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解糖系と乳酸とは?(ヒトのエネルギー供給)

解糖系と乳酸とは?(ヒトのエネルギー供給)

ヒトが活動するためには、エネルギーが必要です。そのエネルギー源というのが、ATP(アデノシン三リン酸: adenosine tri phosphate)と呼ばれる物質です。

 

ヒトは、このATPを使ってエネルギーを生み出し、身体活動をしています。

 

 

関連記事

・ヒトのエネルギー源(炭水化物、脂質、タンパク質とアデノシン三リン酸:ATP)

 

・ATP-CP系とは?(運動とエネルギー供給)

 

しかし、ATPは不安定な物質であるため、体内に僅かしか蓄えられません。なので、別のエネルギーを使って、絶えずATPを作り直し続けないと、活動を続けることができなくなります。

 

このATPを作り直す(再合成する)仕組みには、大きく3つのルートがあり、それが「ATP-CP系」「解糖系」「有酸素系」と呼ばれるものです。ここでは、その一つである「解糖系」について紹介します。

 


解糖系とは?

解糖系とは、筋中の糖分(グリコーゲンやグルコース)を使ってエネルギーを生み出し、ATPを再合成する仕組みです。

 

グリコーゲンとは筋肉や肝臓に蓄えられている糖のことで、グルコースは主に血中に流れている糖のことを言います。

 

この糖(グリコーゲンやグルコース)は、様々な過程を経て、ピルビン酸という物質まで分解され、その過程で生じるエネルギーが、ATPを再合成するのに使われることになります。この過程のみでは、酸素は使われないので、糖をピルビン酸に分解するまでのエネルギー供給系は、無酸素性のエネルギー供給系に分類されます。

 

 

また、この解糖系は、強度の高い運動であれば運動開始後1〜2秒で高まります。この引き金となるのが、筋収縮に伴い放出されるカルシウムイオン(Ca2+)です。このカルシウムイオンは筋グリコーゲンの分解を高めているわけです(カルシウムイオンについてはこちら…【一発で覚える】筋収縮の仕組み)

 

さらに、運動を行い始めるとATPはADPとPiに分解されます。このADPとPiも、筋グリコーゲンを分解する律速酵素であるホスホリラーゼや、ホスホフルクトキナーゼを活性化し、解糖系の代謝を促進します。

 

このような諸要素が引き金となり、運動開始直後から解糖系の貢献が高まっていきます。

解糖系と乳酸

解糖系があまり働かなくても良い状況下の時、糖の分解によりできたピルビン酸は、ミトコンドリアというエネルギーの生産工場に運ばれ、そこでさらにエネルギーを生み出します(この過程で得られるエネルギーは、酸素を利用しているので、解糖系ではなく有酸素系に分類されます)。そして最終的には、水と二酸化炭素まで分解されます。

 

しかし、強度が高く、かつ持続的な運動のように、解糖系によるエネルギーの生産が進むと、ミトコンドリアでのピルビン酸の処理が追い付かなくなってくるので、ヒトの体内ではピルビン酸をいったん、「乳酸」という物質に変換して蓄えます。

 

この乳酸は、最終的には以下の2つのルートで処理されることになります。

 

 

乳酸が作られた筋肉自体でエネルギーになる

運動中に解糖系の動員が緩やかになった時、作られた乳酸はピルビン酸に再変換され、その筋肉でエネルギー源になります。

 

 

血中へ出て行き、他の筋や臓器でエネルギーになる

蓄積した乳酸は、血中へと運び出されて、他の筋肉や臓器でエネルギー源になります。

 

 

 

 

このように、解糖系を経て作られた乳酸は、その筋肉自体や、他の筋肉、臓器のエネルギー源ととして使われることになります。

 

解糖系はこの乳酸を生み出すことから、別名「乳酸性機構」とも呼ばれています。

 

さらに詳しく解糖系について知りたい方はこちらへ↓

・【詳しく知りたい】解糖系によるATPの再合成

 

 

解糖系の持続時間

解糖系は運動時間が30秒〜3分くらいの高強度の運動で、比較的大きな役割を果たします。比較的大きな役割を果たすだけであり、他のルート(ATP-CP系や有酸素系)も働いていることに注意しましょう。

 

具体的には陸上の400m走や800m走、競泳の100m、500〜1000mのスピードスケートなどは、この解糖系の貢献が高い運動であると言えます。

解糖系の能力を高めるためには?

解糖系の能力を高めるためには、その名の通り「糖を分解する」能力を高めることが必要です。そのためには、糖の分解がより必要となるトレーニング刺激が重要です。

 

筋肉には、速筋線維と遅筋線維があり、一般に、糖を分解する能力が高いのは速筋線維です。なので、この速筋線維をいかに動員させるトレーニングをできるかが、解糖系の能力を高めるカギになります。

 

その代表的なトレーニングとして、スプリントトレーニングが挙げられます。これは、いわゆる数十秒から数分に渡って高い速度で走る運動、ペダリング運動を行うようなトレーニングです。そのようなトレーニングを行うことで、解糖系の酵素活性や解糖能力を高めることができます。

 

ただ、一概にスプリントトレーニングとい 言えど、数十秒〜数分の高強度運動を単発で行う場合や、数十秒を短い休息を挟んで数回行う方法など、様々なバリエーションがあります。そのバリエーションの数だけ、効果にも違いが出てきます。

 

・つなぎは歩く?ジョグ?インターバルトレーニングの効果と設定

 

・陸上中長距離選手のためのスプリントインターバルトレーニング

 

また、解糖系の能力が上がると言うことは、それだけ沢山の乳酸が作られて、より乳酸値が高まるはずだと言われていますが、必ずしもそうなるとは限りません。なぜなら、スプリントトレーニングを多量に行えば、乳酸を生成する能力だけでなく、ピルビン酸を処理する能力も高まると考えられるからです。これは、主に速筋線維内のミトコンドリアや毛細血管が増えることで向上します。

 

※30秒×4-6セットの高強度インターバルトレーニングで、有酸素性の能力に関わるミトコンドリアの増加も期待できる。

 

乳酸を作る過程でエネルギーを生み出す能力、そして乳酸やピルビン酸を処理することでエネルギーを生み出す能力、どちらも高めることが、トレーニングにおいて重要になると言えるでしょう。

 

加えて解糖系のパフォーマンスを高めるには、そもそもの糖が十分にあることが必要です。そのためには、食事から十分に炭水化物を摂取して、筋肉や肝臓のグリコーゲン濃度を高めておかなくてはなりません。

 

・脂質と糖質のエネルギー供給バランス

 

・スポーツ選手に必要な糖質の量はどれくらい?

・陸上短距離、中距離にグリコーゲンローディングは必要?

 

 

参考文献

・勝田茂, 和田正信, & 松永智. (2015). 入門運動生理学. 杏林書院.
・芳賀脩光, & 大野秀樹. (2003). トレーニング生理学.
・寺田新. (2017). スポーツ栄養学: 科学の基礎から 「なぜ」 にこたえる. 東京大学出版会.
・山本正嘉. (2011).山地啓司, 大築立志, 田中宏暁 (編), スポーツ・運動生理学概説. 昭和出版: 東京.
・八田秀雄. (2009). 乳酸と運動生理・生化学: エネルギー代謝の仕組み. 市村出版.

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