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筋肉の成長メカニズムとVBT

これまでに、筋肉の解剖学や、持ち上げ動作を行う際に筋肉がどのように収縮するかについては触れてきましたが、それでもまだ解明されていない疑問が残っています。筋肉は実際にどのように成長し、どのように適応して体を強くしていくのでしょうか？そして、筋肉の成長とVBTはどのように相互作用するのでしょうか？

まず、これについて説明すると、筋力を高めるには、神経適応と筋肥大という2つの基本的な方法があります。

神経系の適応と筋肥大

トレーニングプログラムの初期段階における筋力向上の大部分は、神経適応によるものである。また、高速トレーニングで見られる変化の多くも、神経適応によるものである[5]。さらに、低速および高速での筋力向上の一部も、神経適応によるものである[4]。

運動ニューロンから筋肉へ信号を伝達する機能単位は、運動単位と呼ばれます。各筋肉には複数の運動単位があり、それらはその筋肉に付着するすべての筋線維に信号を送ることができます。この信号は筋肉に収縮するよう指示します。動員される運動単位が多ければ多いほど、筋肉の収縮は強くなります [4]。

トレーニングを受けていない筋肉では、その筋肉の運動単位をすべて活性化させることはできません [2-3]。そこでトレーニングの出番となります。トレーニングによって、脳はより多くの運動ニューロンを意図的に活性化させる方法を学びます。その結果、より多くの運動単位が動員され、より強力な筋収縮がもたらされます [1-3]。 また、トレーニングによって運動ニューロンは、より速いペースで一斉に活動するよう学習します[1, 3]。各運動ニューロンとそれに続く運動単位が同期して活動することで、筋肉はより強力な収縮を生み出すことができるようになります。

筋肉群によって、発火頻度と動員度合いの重要度は異なります。研究によると、手の筋肉のような小さな筋肉群は、より大きな力を生み出すために、ほぼ完全に発火頻度の増加に依存しています。一方、上腕二頭筋や大腿四頭筋のような大きな筋肉は、発火頻度は非常に高い負荷がかかるまで一定に保たれる一方で、動員によって力を増大させます [2]。

従来のパーセンテージベースのプログラムでは、こうした神経適応は、1RMの約15～40％という軽い負荷で行われる初期の適応です。筋肥大とVBTは、1.3 m/sを超える速度に対応します。

「サイズの原則」と筋肉

研究により、高速な動きによって運動単位が「サイズ原則」に反する働きをする可能性があることが明らかになりつつある[2]。サイズ原則とは、より大きな運動単位よりも、まずより小さな運動単位が動員されるというものである。しかし、通常、小さな運動単位は、より遅く、より弱い収縮しか生み出さない。サイズ原則に反することで、筋肉は速く強力な大きな運動単位に直接移行することができ、その結果、力強い動きがより速く生み出される。

「サイズ原則」によれば、神経適応は低速かつ高負荷の条件下でも生じ、これが脳にすべての運動単位を活性化させる方法を教える最も確実な方法である [4]。負荷が1RMの40～60％の範囲まで増加し、速度が約0.75～1.3m/sまで低下すると、神経適応は運動単位がより効果的に発火するよう引き続き促す。このより効果的な段階において、筋肥大が生じる。

一般的なPBTでは、この範囲でパワーが発揮されますが、VBTではこの範囲が「スピード・ストレングス」と「ストレングス・スピード」に分けられます。神経適応と筋肥大の相乗効果により、力-速度プロファイル全体が右方向へシフトし、その結果、バランスの取れたパワー発揮能力の向上がもたらされます。

筋肉の成長と肥大

肥大とは、ミオシンフィラメントが太くなり、その数が増えることによって、筋細胞が物理的に成長する現象である。フィラメントのサイズと数の増加は、より大きな力とパワーの向上につながる [3]。 肥大は通常、アスリートの1RMに近い高負荷で、低速な速度域において生じます[2, 4, 5]。これが、従来のパーセンテージベースのトレーニングにおいて「肥大」として一般的に知られている特性が、「加速力」または0.5～0.75 m/sの速度域でトレーニングされる理由です。Perch VBTプログラムPerch 、これらの速度範囲を簡単にPerch 。

体が慣れている以上の負荷をかける際、筋線維の筋膜および筋原線維に損傷が生じる [5]。 その後24～48時間の間に、損傷した筋線維は修復され、肥大が起こり得る。損傷した筋線維を修復するためには、タンパク質合成の速度がタンパク質分解の速度を上回っていなければならない[1, 5]。そうでない場合、筋肉は成長するどころか破壊されてしまう可能性がある。そのため、各トレーニングセッションにおいてアスリート一人ひとりのストレスや疲労を考慮することに加え、トレーニング後の休息と食事管理が非常に重要となる[5]。

筋原線維の数と太さが増加すると肥大が起こりますが、必ずしも筋肉や四肢のサイズが大きくなるわけではありません。 研究によると、四肢の周囲径が増加する前に、ミオシンフィラメントの密度が最大50%まで増加することが示されている。最近の研究では、トレーニング後に四肢の周囲径の増加は見られなかったものの、密度の増加、単位面積あたりの力の増大、および前述のような神経適応により、筋力が40%向上したことが確認された[3]。

筋肥大が生じるまでには、神経適応が生じるよりもはるかに長い時間がかかります。そのため、トレーニングプログラムの初期段階における筋力向上の大部分は、速度や負荷に関係なく、運動単位の動員数や発火頻度の増加に起因すると考えられます[1]。筋肥大が生じると、それ以降、筋力向上の大部分は筋肥大によってもたらされるようになります。また、筋力を最大限に引き出すためには、負荷と速度を組み合わせたトレーニングを行う必要があります。

結論

筋肉がさまざまな負荷や速度に物理的にどのように適応するかについては、まだ解明されていない点が多い。これまでの研究によると、高速の動きと、より低速で重い負荷を伴う動きを組み合わせることで、筋力とパワーの向上が最も大きくなるとされている [6]。

プログラムに低強度・高強度の最大努力レジスタンストレーニングの両方を組み込むことで、筋線維を、より遅筋型のI型酸化線維から、より強力で速筋型のII型筋線維へと転換させることができる [3, 6]。この組み合わせにより、アスリートは筋短縮速度の向上と筋線維強度の向上を実現でき、最終的にはパワーの向上につながり、力-速度曲線を右方にシフトさせる [3, 6]。

トレーニングを通じてこれを測定することで、筋力とパワーの目標達成に役立ちます。速度が速い場合、つまり負荷が軽い場合、筋力の向上の大部分は神経系の適応によるものとなります。 1RMに近い負荷では、向上分の大部分は筋肥大、すなわち筋肉の成長によるものとなります。中程度の速度域では、神経適応と筋肥大が組み合わさった形となります。筋肥大とVBTは切り離せない関係にあります。VBTによって筋肥大につながる神経適応を追跡できるためです。また、Perch コーチやアスリートは適切な速度でワークアウトを計画し、神経レベルおよび筋肥大レベルでの筋力向上を実現Perch 。

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出典

  1. アンドリュース（MAW）. 運動はどのようにして筋肉を強くするのか？『サイエンティフィック・アメリカン』.https://www.scientificamerican.com/article/how-does-exercise-make-yo. 2003年10月27日公開. 2021年5月19日閲覧.
  2. Behm DG, Sale DG. レジスタンストレーニングの速度特異性.Sports Medicine. 1993;15(6):374-388. doi:10.2165/00007256-199315060-00003
  3. Jones DA, Rutherford OM, Parker DF. 筋力トレーニングによる骨格筋の生理学的変化.Quarterly Journal of Experimental Physiology. 1989;74(3):233-256. doi:10.1113/expphysiol.1989.sp003268
  4. 川森 N、Haff GG. 筋力向上のための最適なトレーニング負荷.Journal of Strength and Conditioning Research. 2004;18(3):675-684. doi:10.1519/00124278-200408000-00051
  5. Leyva J. 「筋肉はどのように成長するのか？ 筋肉成長の科学」。BuiltLean。https://www.builtlean.com/muscles-grow/。2020年12月31日公開。2021年5月19日閲覧。
  6. Wilson JM, Loenneke JP, Jo E, Wilson GJ, Zourdos MC, Kim J-S. 持久力、筋力、およびパワートレーニングが筋線維タイプの変化に及ぼす影響.Journal of Strength and Conditioning Research. 2012;26(6):1724-1729. doi:10.1519/jsc.0b013e318234eb6f
  7. Baechle, T., Earle, R., & 全米ストレングス＆コンディショニング協会（米国） (2008). 『ストレングストレーニングとコンディショニングの基礎』（第3版）. イリノイ州シャンペーン：ヒューマン・キネティクス.

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