中原雄一(
21/10/20 Wed 22:43
更新)
I. 筋の収縮形態
目次
解説
- 筋の収縮形態には、かなりの分類法があります。なるべく多くの用語を並列して紹介するために、中原のほうで下図のようにまとめてみました。
- 学術的にみると不適切と思われる部分もあります。あくまで便宜上の作成であると解釈してください。
図1：筋収縮形態の分類図(ICO用)
1.動的収縮dynamic contraction
- 動的収縮(ダイナミック コントラクションdynamic contraction)とは、「筋の長さを変えながら張力を発揮する筋収縮形態」の総称です。例えば、筋が短縮しながら、あるいは(受動的に)伸長しながら筋張力を発揮する形態はすべてこの動的収縮に含まれます。i の等張性収縮と同義とされることが多いようです。
- 等張(力)性収縮isotonic contraction
- アイソトニック コントラクション、あるいは単にアイソトニックスisotonicsとも呼ばれ、動的収縮の大部分を占めるものです。通常はバーベルbarbellやダンベルdumbbellなどを用いたトレーニングで起こる自然な筋収縮を等張性収縮と表現します。
- この収縮においては抵抗はが常に一定です。ただし、てこの原理のため使用している筋肉に、常に最大負荷がかかるわけではありません。
- ここでは等張性収縮に以下の2種類を含めます。等張性収縮を動的収縮という名称と同義でとらえ、iii.やiv.まで含む研究者もいます。
- 短縮性収縮concentric contraction
- コンセントリック コントラクションともいいます。これは、筋肉が短縮しながら張力を発揮する収縮形態のことです。トレーニング用語ではポジティブ ワークpositive workという呼び方をすることがあります。
- 例えば、アーム カールarm curlという種目では、バーベルを巻き上げるような動作でこの収縮が起こっていることになるのです。
- 伸長性収縮eccentric contraction
- エクセントリック コントラクションともいいます。筋肉が負荷によって受動的に伸長しながらも、張力を発揮しているような収縮形態を指します。トレーニング用語ではネガティブ ワークnegative workと呼ぶことがあります。
- アーム カールでいえば、いったん巻き上げたバーベルを、重さに耐えながらゆっくり下ろすような動作のときにこの収縮が発生していることになります。
- ウエイト トレーニングではネガティブ ワークの有無がトレーニング効果に大きく影響するといわれます。なぜなら、ネガティブ ワークは、筋の発達に重要な微細裂傷を引き起こすものだからです。この微細裂傷は筋肉痛の原因となることが知られています。
- 等速性収縮isokinetic contraction
- 等速性収縮とは
- アイソキネティック(アイソカイネティック) コントラクションあるいは単にアイソキネティックス(アイソカイネティックス)isokineticsと呼ばれることもあります。
- この収縮は人工的に時間的制限を与えられた筋肉の収縮形態を指すものです。等張性収縮の抵抗が一定であるのに対し、こちらは速度が一定ということになります。
- 例えば運動器具を全力で動かそうとしても、機械が一定の速度に制限していれば、等張性収縮のように加速をつけることは不可能になってしまいます。したがって、我々が運動器具を全力で動かそうとした場合、運動筋はどの関節角度においても最大負荷をかけられていることになるのですが、この意味では後述の等尺性収縮にも似ているといえます。これについて「等速性収縮は等尺性収縮と等張性収縮の両方の性質を持つものだ」とする科学者もいます。
- このエクササイズにはもう一つ、基本的にダブル-ポジティブdouble-positiveであるという特徴があります。つまり、この場合ネガティブ ワークというものが存在しないのです。
- 例えば「膝を伸ばす」という動作のあと、等張性収縮の場合は元に戻すとき(曲げるとき)ネガティブ ワークを行うことになりますが、等速性収縮の場合は「意識的に膝を曲げる」というポジティブ ワークを行わなければならないのです。
- この場合大腿部の前面の筋肉と後面の筋肉を1回の往復で鍛えられる、という利点があるように見えますが、ネガティブ ワークという鍛え方ができないという弱点もあるのです。
- これらは次のB.で述べるマシンの特性による制限といえます。
- 測定基準としての等速性収縮理論
- この収縮形態は動作に時間的な制限を与えるため、かなり精密な機械を使用しなければなりません。老舗のサイベックスCybexやメラックMeracなどが等速性収縮を起こせる数少ないマシンとして知られますが、1台が1,500万円前後と高価でした。現在まで、これらはトレーニング用というよりむしろ筋力測定用に用いられてきた歴史を持っています。
- このような背景があって、等速性収縮理論は1970年代に、一気に筋の性格や測定をする際の基準を作り上げたといえます。
- トレーニングへの利用
- サイベックス マシンはあまりにも高価すぎるため、トレーニング用としてもう少し簡単なものも開発され、使われていました。「ミニ-ジムMini-gym」という水泳用のトレーニング器具は、等速性収縮をモデルにしたトレーニング器具としては草分け的な存在だといえるでしょう。遠心抵抗器を用いて厳密な意味で等速性収縮であるとはいえないまでも、それに極めて近い筋収縮を得ることが可能でした。
- さらに、一般にも有名なのはアポロ エクササイザーという器具です。宇宙飛行士が宇宙空間で生活を続けると重力を受けないために脱灰が起こり、骨がもろくなってしまうということは広く知られています。宇宙船内に簡単に持ち込めて、エクササイズも簡単に行える器具として開発されたのが園なの由来だそうです。
- 実は私も過去にこの器具を持っていて、高校時代に基礎的な筋力を作ることに成功しました。
- この器具は摩擦抵抗を利用することで加速を殺して行うエクササイズが行えます。残念ながらダブル-ポジティブの運動はできませんでした。
- 他の収縮形態より優れているのか
- 等速性収縮を用いたエクササイズは当初等張性収縮や後述の等尺性収縮を凌駕するものとして宣伝されましたが、大がかりな装置が必要であり、ネガティブ ワークが行えないなどの弱点もありました。また、実際の陸上運動への応用を考えると現実的でない部分も相当にあったといえます。というのは、実際の競技の場で、筋肉を等速で動かすような機会はまず考えられないからです。
- このような理由で、現在では等速性収縮を応用したエクササイズも単なるトレーニングの一形態として捉えられるようになっています。
- 等速性収縮とは
- バイオキネティックスbiokinetics
- 等速性収縮を基準に、スピード トレーニングの概念を加えた筋収縮の形態です。
- 1980年代に入ると、生化学やバイオメカニクスbiomechanicsの分野の研究が進み、最大筋力＝ハイスピードで筋が収縮しない、ということが明らかになってきました。これを受けてスピード トレーニングの概念がトレーニングの世界に急激に影響を与えはじめたのです。
- バイオキネティクスというのはインディアナ大学のカウンシルマンCouncilman博士の造語ですが、これはスピードや加速性を失わせずに等速性収縮と同じような効果をもたらす収縮の概念となっています。この博士は、トレーニング者の動きに合わせて負荷が変化する調節抵抗(アコモデイティブ レジスタンスaccommodative resistance)を実現した「バイオキネティック」とというマシンを開発ししました。
- バイオキネティックスをいくつかの物質・器具と関連させて考えてみます。
- 水water
- はじめに挙げておきたいのは「水」です。水中では水を押したら押しだけの力が抵抗としてかえってくるし、完全なダブル-ポジティブ運動でもあります。スピードを加えたエクササイズも可能なので、水泳のエクササイズはバイオキネティックスそのものなのではないでしょうか。あくまでも中原の意見です。
- 油圧マシン各種
- 80年代、商用、家庭用ともにもてはやされたのが油圧を利用したマシンでした。ミズノ(株)が自社の油圧マシン(ハイドラフィットネス)でできるエクササイズのことをオムニキネティックスomnikineticsと呼んだこともありました。
- 油圧のマシンはトレーニング者の動きに合わせて負荷が変化しますし、ダブル-ポジティブの運動も行うことが可能でした。サイベックスやメラックと並ぶ測定用マシンとしてエリエールARIELというものがありますが、こちらも油圧式です。
- 水圧マシン
- 日本では見かけたことがありませんが、水圧を利用したマシンもあるにはありました。私は現物を確認したことはありませんが写真で見た限りでは「ばかでかい」という印象です。
- 空気圧マシン
- さらに、細かい重量調節が簡単な上、ダブル-ポジティブではなく普通のウエイト トレーニングと同様にポジティブ・ネガティブ両エクササイズを空気圧で行うことで実現したカイザーKaiserというマシンも存在します。こちらはスピード トレーニングが極めて行いやすく、アスリートの筋力強化にかなり直接的に役立つとされていました。
- ウエイト スタックマシンの努力
- 調節抵抗に対して可変抵抗variable resistanceという言葉があります。一般的に可変抵抗という言葉を使う場合、ウエイトを用いたマシンのトレーニング効率を上げるためものであるというイメージが強いのですが、全体的にみれば調節抵抗も可変抵抗の1つと考えて良いかもしれません。
- ウエイト スタック式マシンでも、この可変抵抗方式を用いることにより、全可動域におけるトレーニング効果を高めようとするものがあります。さまざまな関節角度において動作に対する抵抗を変え、なるべくその関節角度における最大負荷がかかるように工夫されたものです。
- ユニバーサル マシンUniversal Machine
- ベンチ プレスbench pressやショルダー プレスshoulder pressなど、プレス系の運動では、ウエイトを持ち上げる力がスタート付近で弱く、フィニッシュ ポイントで強くなるという特徴があります。
- ユニバーサルはこの部分に着目し、独自にDVR(動的可変抵抗方式dynamic variable resistance)を採用しました。これは、スタート時の負荷が一番軽いのですが、動作中直線的に負荷が上昇していき、フィニッシュ時の負荷が最大になるという方式です。これは基本的にてこの原理を応用して負荷を変えていくものでした。
- ノーチラス マシンNautilus Machine
- 1970年代のアメリカではノーチラス マシンが市場を占めました。このマシンはノーチラス(おうむ貝)型のカムcamを用い、関節角度において一番弱いポイント(スティッキング ポイント)で一番負荷を軽く、一番強いポイントで負荷を高くするような設定が可能になっていました。このカムの発明は、プレス系以外の種目にも可変抵抗をもたらしました。直線的に負荷が増大するユニバーサルのDVRより一歩突っ込んだ概念と考えて良いでしょう。
- 今でもほとんどのウエイト スタック方式マシンはノーチラス マシンのカムと全く同じ原理を採用しています。
- 油圧や空気圧などの調節抵抗と根本的に異なるのは、トレーニング者の出力に対して抵抗を変えるのではなく、可変抵抗のパターンが決まっているということです。あらかじめ多くのデータをとり、それに基づいてマシンの設計が施されているわけです。
- このようなわけで、どのトレーニング者が利用しても可変抵抗の発生パターンは全く同一となり、全ての人と一致することは考えにくいようです。
- プライオメトリックスpriometorics
- プライオメトリックスとは
- 普通、プライオメトリックスは筋収縮形態に分類されていないと思います。ここでは、他の基本的な筋収縮形態と比較する目的で紹介します。
- 筋には、通常の状態よりもさらに引き伸ばされると、ゴムなどと同じように元の長さに戻ろうとする性質があります。これを筋弾性あるいは筋の弾性要素といいます。
- トレーニングにおいて、収縮の前に筋肉をいったん引き伸ばしておくと筋弾性が利用できるため、より重い重量でのトレーニングが可能になります。
- また、筋は急激に引き伸ばされると、筋内の筋紡錘という受容体が反応して逆に収縮を起こす性質を持っていますが、このような反応を伸長反射といいます。プライオメトリックスはこの伸長反射を引き起こすことを主な目的にしています。
- 一番有名な種目は、バーベルを担いでベンチに上り、さらにベンチから飛び下りたあとジャンピング スクワットを行うという過激なものです。これをデプス ジャンプdepth jumpといいます。
- ベンチから飛び下りて着地の瞬間、膝を屈することになりますが、これが一時的に大腿四頭筋を引き伸ばした状態に当たります(伸長性収縮)。これによって筋弾性による反発と伸長反射が同時に起こるので、その力を借りて、極めて爆発的なジャンピング スクワットを行うことができることになります(短縮性収縮)。したがって、通常の収縮力以上の張力を発揮することが可能になると考えられるのです。
- これは本格的にスポーツを行う選手のためのトレーニングですから、フィットネス種目として採用されることはありえません。
- そのほか、上半身のトレーニングとしては腕立て伏せジャンプ(腕立て伏せの姿勢から腕の力で上半身をはね上げるもの)など有名です。
- プリ-ストレッチpre-stretch
- ウエイト トレーニングのテクニックの一つにプリ-ストレッチがあります。これもプライオメトリックスの応用であるといえます。
- 例えば、ベンチ プレスであれば、まず普通にバーベルを上げたあとネガティブ ワークでゆっくりと下ろします。最後の数㎝、というところで急激にバーベルを下ろし、その反発力でバーベルを押し上げるわけです。ここではいったん急激にストレッチされた大胸筋が伸長反射によって強く収縮することになります。このやり方を用いれば、通常の場合よりも筋線維の動員が多くなるそうです。パワー リフティングの選手がこのようなトレーニングを行っているのをよく見かけます。
- プライオメトリックスとは
2.静的収縮static contraction
- 静的収縮とは、筋肉の長さを変えずに張力を発揮する収縮のことです。一般的には等尺性収縮、あるいはアイソメトリック コントラクションisometric contractionという名前で知られています。単にアイソメトリックスisometricsと呼ぶこともあります。
- アイソメトリック トレーニング
- この収縮を応用したトレーニングが、アイソメトリック トレーニングisometric trainingです。これは1953年にヘティンガー T. Hettingerおよびミューラー E. A. Mullerが発表して有名になったトレーニング法です。ほとんどの方が経験されていると思いますが、胸の前で両手を押し合う、あるいは引き合うといった種目もアイソメトリック トレーニングであり、筋肉が等尺性収縮を起こしているのです。
- このトレーニングを専門的に行う場合、パワー ラックpower rackという器具を用います。
- 4本ある柱には細かい穴が等間隔に開いており、前方の柱と後方の柱の間に横棒を渡します。その横棒にバーを押し当てるようにすることで、いろいろな関節角度でのアイソメトリック トレーニングが可能になるのです。
- トレーニング効果は全力で行うときに6秒間持続すれば最大の効果を得ることができるといわれましたが、初心者においては力の出し方が分からないこともままあるため、10秒くらいは必要になるでしょう。
- アイソメトリック トレーニングが考案された当初は、最大筋力の50％の出力で効果が最大になり、それ以上出力しても効果は変わらないとされていました。しかし、のちに訂正され、通常のウエイト トレーニングのように60％以上の出力がないと十分な効果が得られないといわれるようになっています。
- また、このトレーニングを行う際は、1つの種目につき1つの関節角度だけでなく、いくつかの関節角度を設定してトレーニングする必要があります。
- この収縮を応用したトレーニングが、アイソメトリック トレーニングisometric trainingです。これは1953年にヘティンガー T. Hettingerおよびミューラー E. A. Mullerが発表して有名になったトレーニング法です。ほとんどの方が経験されていると思いますが、胸の前で両手を押し合う、あるいは引き合うといった種目もアイソメトリック トレーニングであり、筋肉が等尺性収縮を起こしているのです。
- アイソメトリック トレーニングの適用例
- アイソメトリック トレーニングは1900年代半ばに流行した方法です。
- アメリカの医師ジョン B ジーグラーJ. B. Zieglerと体育学者のフランシス ドルリーF. Druryらの指導で、ウエイト リフティングのビル マーチBill Marchがこのトレーニングをルーティンの中に併用した結果、わずか3ヶ月で体重が80kgから90kgへ、記録も357kgから443kgに急伸したとのことです。
- しかし、この成功はアイソメトリック トレーニングの効果だけによるものかどうかは疑問です。逆にアイソメトリック トレーニングを専門に行っている人がアイソトニック トレーニングを取り入れたら記録が伸びる、ということも考えられますから。
- おそらく普段慣れていないような筋肉の使い方をしたことにより、筋肉を新たに刺激し、発達させることにつながった可能性も指摘しなければならないでしょう。
- アイソメトリック トレーニングを真剣に実践していた有名人にブルース リーBruce Leeがいます。自宅に自分専用のパワー ラックを持っていましたが、ここで紹介した写真より前後の幅が狭く、完全にアイソメトリック トレーニング専用のパワー ラックでした。彼の一番弟子のダニー イノサントDan Inosanto氏によると、2本の棒をベルトでつないだアイソメトリック器具を開発し、使っていたこともあるそうです。
- 体重比で考えた場合、ブルース リーのパワーは絶大で、33kgのダンベルを胸まで持ち上げ、それをゆっくり肩の高さで前方に動かし、腕を伸ばした状態で2～3秒止められたそうです。
- ただ、一般的なアイソメトリックスと異なるのは、リーが東洋的な姿勢を利用してアイソメトリックスを実施している写真が多く見られることです。彼の強力なパワーの秘密がそのあたりに隠されているのではないかと思われます。
- アイソトニック トレーニングとの比較
- ここで、動的収縮の代表であるアイソトニック トレーニングとアイソメトリック トレーニングの違いを比較してみることにします。
表 1 アイソトニック トレーニングとアイソメトリック トレーニングの比較
| トレーニングの種類 | 負荷 | 収縮持続時間 | エネルギー消費量 | 疲労感 | 血液循環 |
| アイソトニック トレーニング | 小 | 短 | 大 | 小 | 多 |
| アイソメトリック トレーニング | 大 | 長 | 小 | 大 | 少 |
- アイソメトリック トレーニングの長所
- 筋肉の収縮時間が長い
- アイソトニック トレーニングより大きな負荷を与えることが可能である
- エネルギー消費が少ない状態で筋力増強が可能である
- 負荷が変わらない
- 動きを伴わないので、負荷が大きいわりにけがをしにくい
- 必ずしも道具を必要とせず、場所をとらない
- アイソメトリック トレーニングの短所
- 負荷の強さなども含めて目標がはっきりせず、面白みに欠ける
- 血液循環に乏しいため、一説には筋肥大の期待が少ない
- 運動の瞬間の血液循環が筋肥大に関係するのかどうかは大いに異論があります。筋肥大は基本的にトレーニング中ではなく、休息中に起こるからです。
- エネルギー消費量が少なく、心肺機能の向上や引き締め効果は薄い
- 敏捷性・巧緻性などは得られず、動きの中での筋力発揮に効果が少ない
- 過去、アイソメトリック トレーニングを採用したフットボール選手の中に肉離れなどのけが人が相次いだことがありました。そのため、このトレーニングは動きの中で必要とされる筋力を得るには不適ではないかといわれるようになってしまっています。
- トレーニングした関節角度においてしか、トレーニング効果が認められない
- 血圧が上昇しやすい
- 運動の瞬間に血流が止まることが血圧の上昇につながるという弱点は見逃せません。
- アイソメトリック トレーニングの場合、全力の50％以上の力を発揮すると、ほぼ血流が完全に止まってしまうため、急激な血圧上昇を招くことになります。
- 高血圧疾患の者、高齢者には全く不向きなトレーニングであり、禁忌ともいうべきです。