有酸素系エネルギー供給の仕組み

有酸素系エネルギー供給の仕組み




有酸素系エネルギー供給の仕組み

 

 

ヒトはATP(アデノシン三リン酸)という物質を分解する時に生まれるエネルギーを使って活動をしています。筋肉を動かしたり、脳を働かせたり、内臓を活動させたりするエネルギー源は、全てATPを分解することで得られます。

 

 

しかし、このATPは非常に不安定な存在で、体内にほんの少ししか蓄えがありません。そのため、別のエネルギーを使って、ATPを再合成させ続けないと、ヒトの活動は止まってしまいます。

 

 

その別のエネルギーを生み出す仕組みが、ヒトには大きく分けて3つあり、それが「ATP-CP系」「解糖系」「有酸素系」と呼ばれているものです。

 

 

ここでは、その中の「有酸素系」について紹介していきます。

 

 

関連記事

・ ATP-CP系とは?(運動とエネルギー供給)

 

・解糖系と乳酸とは?(ヒトのエネルギー供給)            

 

・【詳しく知りたい】解糖系によるATPの再合成

 

 

 

有酸素系のエネルギー供給とは?

 

有酸素系のエネルギー供給とは、その名の通り「酸素を使ってエネルギーを生み出す仕組み」です。

 

 

ATPを再合成する他の仕組みである「ATP-CP系」「解糖系」では、酸素を使わずにエネルギーを生み出しますが、有酸素系では、呼吸することで取り込んだ酸素を使って、エネルギーを生み出します。

 

 

そして、この有酸素系のエネルギー供給の材料となるのが、脂質です。

 

 

脂質は遊離脂肪酸として血中に存在しており、ミトコンドリアというエネルギーの生産工場に入っていきます。また、糖は解糖系で分解されたあとピルビン酸となって、ミトコンドリアに入ります。

 

 

そこで遊離脂肪酸もピルビン酸も、アセチルCoAという物質に作り変えられ、トリカルボン酸回路(TCA回路:TCAサイクル)に取り込まれ、複雑な過程を経て処理されていきます。

 

 

 

 

TCAサイクルの複雑な過程について、詳しく知りたい方はこちらへ(図解:有酸素系のエネルギー供給とTCAサイクル(※作成中))。

 

 

この回路でアセチルCoAは、最初にクエン酸に変換されるため、TCA回路は別名、クエン酸回路とも呼ばれています。また、この回路の順番を決定した生化学者の名前がクレブス(Krebs)だったことから、クレブス回路と呼ばれることもあります。

 

 

このTCA回路で、水素イオンがたくさん生み出され、電子伝達系がこの水素から電子を受け取ります。最終的に、その電子を使って酸素を還元して水にし、その過程において多くのATPを生み出します。この時の電子伝達系におけるATPの再合成は、酸化的リン酸化と呼ばれています。

 

 

解糖系では、1モルのグルコースからは2モル、1モルのグリコーゲンからは3モルのATPしか生産できませんでした。しかし、この有酸素系のエネルギー供給を合わせると、1モルのグルコースからは38モル、1モルのグリコーゲンからは39モルのATPを作り出すことができます。

 

 

つまり、エネルギーを生み出すまでに時間はかかるけど、それだけ効率よく、大量にエネルギーを生産することができるわけです。

 

 

 

有酸素系のエネルギー供給速度

 

有酸素系のエネルギー供給は、その過程が非常に複雑なため、ATP-CP系や解糖系と比べてエネルギーの供給速度が遅いのが特徴です。そのため、有酸素系のエネルギー供給だけでは、あまり大きなパワーを生み出すことはできません。

 

 

しかし、糖と脂肪、酸素の供給がなくならない限り、無限にエネルギーを生み出すことができるため、長続きしやすいエネルギー供給系だと言えます。つまり、強度が低くて持続時間が長いような運動の場合、この有酸素系のエネルギー供給による貢献度が高くなるわけです。

 

 

具体的には、陸上5000mや10000m、マラソンやクロスカントリースキー、トライアスロンなどです。

 

 

 

有酸素系の能力を高めるためには?

 

ATP-CP系や解糖系だけでは、運動を長い時間続けることはできません。したがって、比較的長い時間の運動パフォーマンスを高めるためには、長続きする有酸素系のエネルギー供給能力を高めることが重要です。

 

 

しかし、有酸素系ではエネルギー供給の過程が複雑で、素早くエネルギーを生み出すことが出来ず、大きな力を発揮することができません。なぜなら、ミトコンドリアでのエネルギー生成の速度が追いつかないからです。

 

 

ではどうすれば良いかというと、単純に、ミトコンドリアでのエネルギー生成が追いつくように、ミトコンドリアの容量を増やせれば解決するわけです。

 

 

加えて、ミトコンドリアへの、酸素やその他のエネルギーの出入りを助ける毛細血管の量も増やす必要があります(その他、酸化酵素活性、ミオグロビン量なども関連)。

 

 

持久走などのトレーニングを行うことで、エネルギーを使い続ける、糖や脂質を使い続けるような刺激を与えることで、このミトコンドリアや毛細血管の容量は増えていきます。

 

 

また、筋肉には持久力はあるがパワーに乏しい遅筋線維と、大きなパワーは出せるが持久力に乏しい速筋線維があります。

 

 

 

 

この遅筋線維にはミトコンドリアが多いため、持久性に優れている一方、速筋線維ではミトコンドリアが少なくなっています。

 

 

しかし、この速筋線維もトレーニングをすることによって、ミトコンドリアを増やすことができるわけです。特に、持久力とスピードが求められるようなスポーツでは、この速筋線維のミトコンドリアを増やすことがとても重要になります。速筋線維が持久力をつければ、大きなパワーを持続的に発揮できるようになるからです。

 

 

速筋線維の持久性を高めたいなら、遅いペースの運動ではなく、高いペース、呼吸が乱れてしまうような強度での運動を、長く続けることが重要です。

 

 

関連記事

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有酸素系は、高強度の運動でも働いている

 

エネルギーに関する話をする時に、必ず注意すべきことがあります。それは、「全てのエネルギー系は、常に同時に働いており、どれか一つだけが働いている瞬間はない」ということです。

 

 

つまり、「運動開始後の数秒はATP-CP系だけが働いている!」「その後の30秒くらいは解糖系」「それより長くなると有酸素系に切り替わる!」

 

 

…では無いということです。

 

 

実際には、数十秒程度の高強度の運動でも、運動開始直後からミトコンドリアでの酸化反応が高まり、最初から有酸素系のエネルギー供給もきちんと行われています。

 

 

注意して、覚えておきましょう。

 

 

 

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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