筋肉生理学：簡単な説明

ジャンフランコデアンジェリス博士によって

組織構造や筋生理学についての大まかな知識さえも持たずに、インストラクターやパーソナルトレーナーが様々なトピックについて「経験的な」説明をするのを見るのはがっかりしています。

肉眼的な解剖学的構造についての多少なりとも詳細な知識しかない、あたかも上腕二頭筋または胸筋がどこにあるのかを知るのに十分であり、組織構造を誤解し、筋肉の生化学および生理学をさらに理解することはほとんどない。私は可能な限り、生物科学の素人にも利用可能な、簡潔で簡単な主題の扱いをするようにします。

組織学的構造

筋組織は他の組織（神経系、骨系、結合系）とは明らかに異なる特徴があります。つまり、収縮性、つまり筋組織は収縮したり、その長さを短くすることができます。それがどのように短縮し、どのようなメカニズムがあるのかを見る前に、その構造について話しましょう。我々は、組織学的にも機能的にも異なる3種類の筋肉組織を持っています。骨格筋組織、平滑筋組織、心筋組織です。最初と他の2つの間の主な機能の違いは、最初のものが意志によって支配されている間、他の2つは意志から独立しているということです。一つ目は骨を動かす筋肉、私たちがバーベル、ダンベルそして機械で訓練する筋肉です。 2番目のタイプは、胃、腸などの筋肉などの内臓の筋肉によって与えられます。私たちが毎日見ているように、それは意志によって制御されていません。 3番目のタイプは心臓のものです：心臓でさえ筋肉でできています、実際にそれは収縮することができます。特に、心筋でさえも横紋筋であるため、骨格筋と非常によく似ていますが、重要な違いは、その周期的収縮は意志とは無関係です。

骨格横紋筋は、随意運動活動、従ってスポーツ活動に関与するものである。横紋筋は、生物の他のすべての構造や装置と同様に細胞で構成されています。細胞は独立した生活が可能な最小単位です。人体には何十億もの細胞があり、それらのほとんどすべてが細胞質と呼ばれるゼラチン状物質に囲まれた核と呼ばれる中心部を持っています。筋肉を構成する細胞は、 筋肉繊維と呼ばれます：それらは、筋肉の軸に対して縦方向に配置され、ストリップに集められた細長い要素です。横紋筋線維の主な特徴は3つあります。

それは非常に大きいです、長さは数センチメートルに達することができます、直径は10-100ミクロンです（1ミクロン= 1/1000 mm）。体の他の細胞は、いくつかの例外を除いて、微視的な大きさです。
それは多くの核を持っていて（ほとんどすべての細胞はただ一つしか持っていません）、それゆえ「多核シンシチウム」と呼ばれています。
それは横に横縞状に見える、すなわちそれは暗いバンドと明るいバンドの交番を示す。筋繊維は、その細胞質に細長い構造を有し、繊維の軸に、したがって筋原繊維と呼ばれる筋肉のそれにも縦方向に配置されており、細胞内に配置された細長いコードと考えることができる。筋原線維はまた横方向に縞模様であり、それらは繊維全体の縞模様の原因となるものである。
筋原線維を取り、調べてみましょう。それは、バンドAと呼ばれる暗いバンドと、バンドIの真ん中にIと呼ばれる明るいバンドがあります。ラインZと呼ばれる暗いラインがあります。筋節は、収縮要素と筋肉の最小機能単位を表します。実際には、その筋節が短くなるので繊維は短くなります。

それでは、 筋原線維がどのようにして作られるのかを見てみましょう。それがいわゆる筋肉の超微細構造です。それはフィラメント、ミオシンフィラメントと呼ばれるいくつかの大きなもの、アクチンフィラメントと呼ばれる細いものから作られています。バンドAが太いフィラメントによって形成されるように大きなものと細いものが一緒に収まり（これが暗いのはこのためです）、代わりに重いフィラメントにくっついていない細いフィラメントの部分によってバンドIが形成されます。細いフィラメントは軽いです）。

収縮メカニズム

組織学的構造と超微細構造がわかったので、収縮のメカニズムを説明できます。収縮では、軽いフィラメントが重いフィラメントの間を流れ、その結果、バンドIの長さが減少します。したがって、筋節の長さ、つまりZバンドと他のバンドの間の距離も短くなります。したがって、収縮はフィラメントが短くなったためではなく、筋節の長さを短くしたために起こります。筋節の長さを短くすると筋原繊維の長さが短くなるので、筋原繊維が繊維を構成するので、繊維の長さが短くなり、その結果、繊維でできている筋肉が短くなる。明らかに、これらのフィラメントが流動するためにはエネルギーが必要であり、これは物質によって与えられます：ATP（アデノシン三リン酸）、これは体のエネルギー通貨です。 ATPは食物の酸化によって形成されます。食物が持っているエネルギーはATPに渡され、次にATPをフィラメントに与えてそれらを流動させます。収縮が起こるためには、他の元素、Ca 2+イオン（カルシウム）も必要です。筋肉細胞はその内部に大量のストックを保持し、収縮が起こらなければならないときにそれを筋節に利用可能にする。

巨視的観点からの筋収縮

収縮要素が筋節であることを我々は見てきた、我々は今筋肉全体を調べそして生理学的観点からそれを研究するが、肉眼的に。筋肉が収縮するためには、 電気刺激が到達する必要があります。この刺激は、（自然に起こるように）脊髄から始まる運動神経からのものです。あるいはそれは、切除され電気的に刺激された運動神経、または電気的に筋肉を直接刺激することによってもたらされる可能性があります。筋肉をとることを想像してみてください。一端は固定点に結び付けられていて、もう一端は私たちがそれをおもりに掛けています。この時点で我々はそれを電気的に刺激する。筋肉は収縮します。つまり、筋肉が短くなり、体重が増えます。この収縮は等張性収縮と呼ばれます。その代わりに、筋肉を両端で2つの硬い支持体に結び付けると、刺激すると筋肉は短くなることなく緊張力を増します。これは等尺性収縮と呼ばれます。実際には、私たちが行き止まりにバーを持ってそれを持ち上げるならば、これは等張性収縮になるでしょう。私達がそれを非常に重い重量で積み、そしてそれを持ち上げようとしている間、筋肉を最大限まで収縮させたとしても、それを動かさないなら、これは等尺性収縮と呼ばれます等張性収縮では、我々は機械的な仕事をしました（仕事＝力×変位）。等尺性収縮では、仕事=力×変位= 0、変位= 0、仕事=力x 0 = 0なので、機械的仕事はゼロです。

私たちが非常に高い頻度で筋肉を刺激すると（すなわち、毎秒多数のインパルス）、それは非常に高い強度を発達させ、最大まで収縮したままになります：この状態の筋肉は破傷風にあると言われます。筋肉は自由に少しでもたくさんでも収縮できます。これは2つのメカニズムを通して可能です：1）筋肉がほとんど収縮していないとき、いくつかの繊維だけが収縮します。収縮の強さを増すと、他の繊維が追加されます。２）繊維は、放電の頻度、すなわち単位時間内に筋肉に到達する電気インパルスの数に応じて、より少ないまたはより大きな力で収縮することができる。これら2つの変数を調節することによって、中枢神経系は筋肉が収縮しなければならない力で命令します。それが強い収縮を指令するとき、筋肉のほとんどすべての繊維は短くなるだけでなく、それらをすべて短くするでしょう。弱い収縮を指令するとき、ほんの数本の繊維が短くなり、より小さな力で短くなります。

私達は今筋肉生理学のもう一つの重要な面に取り組む：筋肉調子。筋緊張は、軽度の筋収縮の連続状態として定義することができ、それは意志とは無関係です。どのような要因がこの収縮状態を引き起こしますか？出生前の筋肉は骨と同じ長さであり、発達とともに、骨は筋肉よりも長く伸びるため、筋肉は伸びます。筋肉が伸びると、脊髄反射（筋反射）が原因で収縮します。したがって、筋肉が受ける連続的な伸びによって、わずかではあるが持続的な収縮の連続的な状態が決まります。原因は反射であり、反射神経の主な特徴は非自発的であるため、トーンは意志によって支配されていません。緊張は神経反射に基づく現象なので、中枢神経系から筋肉に向かう神経を切断すると、弛緩して完全に緊張を失います。

筋肉の収縮力は、その横断面によって異なり、4〜6 kg.cm 2です。しかし、原則は原則的に有効であり、直接的な比例の正確な比率はありません：運動選手では、他の運動選手のそれよりわずかに小さい筋肉はより強くなることができます。筋肉はそれが増加する抵抗と訓練されればその容積を増加させる（それは重量に基づく体操が基づいている原則である）。筋繊維の本数は一定のままですが、各筋繊維の体積は増加することを強調しておく必要があります。この現象は筋肉肥大と呼ばれます。

筋肉の生化学

それでは、筋肉で起こる反応の問題に直面しましょう。収縮が起こるためにはエネルギーが生じると私たちはすでに言っています。このエネルギーは、細胞がいわゆるATP（アデノシン三リン酸）に保存し、筋肉にエネルギーを与えるとADP（アデノシン二リン酸）+ Pi（無機リン酸）に変わります。反応はリン酸を除去することです。筋肉で起こる反応はATP→ADP + Pi +エネルギーです。しかし、ATPストックは少なく、再合成する必要があります。それゆえ、筋肉が収縮するためには、逆反応（ＡＤＰ＋Ｐｉ＋エネルギー＞ＡＴＰ）もまた起こらなければならず、その結果筋肉は常に利用可能なＡＴＰを有する。 ATPの再合成に必要なエネルギーは私たちに食べ物を与えます：これらは消化され吸収された後、正確にATPの形にするために、血液を通して筋肉に到達し、そこでエネルギーを放棄します。

優秀なエネルギー物質は糖、特にブドウ糖によって与えられます。グルコースは酸素の存在下で（好気的条件下で）開裂する可能性があり、それは不適切に言われているように「燃やされている」。解放されたエネルギーはATPからそれを取りますが、グルコースは水と二酸化炭素以外に何も持っていません。グルコース分子から３６分子のＡＴＰが得られる。しかしグルコースは酸素の不在下で攻撃されることもあり、その場合それは乳酸に変換されそして２つのＡＴＰ分子のみが形成される。それから血中に入った乳酸は肝臓に行き、そこで再びグルコースに変換されます。この乳酸の循環はコリ循環と呼ばれます。筋肉が収縮すると実際にはどうなりますか？初めに、筋肉が収縮し始めると、ＡＴＰはすぐに使い尽くされ、その後、心臓および呼吸器への適応がないため、筋肉に到達する酸素は不十分であり、したがってグルコースは次のように分裂する。酸素を形成する乳酸がない。 2つ目の状況は、次の2つの状況が考えられます。1）努力が軽い方法で続く場合、酸素は十分です、それからグルコースは水と無水炭水化物で酸化します：乳酸は蓄積せず、運動は何時間も続きますしたがって、この種の努力は有酸素と呼ばれます。２）努力が激しいままであると、筋肉に大量の酸素が到達するが、酸素がないと大量のグルコースが分解する。それゆえ、たくさんの乳酸が形成され、それが疲労を引き起こすでしょう（私達は嫌気性の努力について話します；例えば100メートルのような速い走り）。安静時には、乳酸は酸素の存在下でグルコースに戻ります。最初は、有酸素運動でも酸素が不足しています。酸素の借金について話します。該酸素は乳酸からグルコースを再合成するために使用されるであろう。実際、努力の直後、私たちは通常よりも多くの酸素を消費します。私たちは借金を返済しています。ご覧のとおり、グルコースは筋肉の最も重要な燃料であるため、燃料の例としてグルコースを挙げました。事実、脂肪がより多くのエネルギーを持っていても、それらを酸化するためには、常に一定量のグリシドともっと多くの酸素が必要です。これらがないと、重大な障害（ケトン症およびアシドーシス）があります。 タンパク質は筋肉を形成するために使用される唯一のものであるため、 タンパク質は燃料として使用することができます、それらの中でプラスチック機能が優勢です。脂質は、同じ重量に対して、糖やたんぱく質よりも多くのエネルギーを持っているという特徴を持っています。それらは理想的には沈殿物として使われています。つまり、グリシドは燃料、タンパク質は原材料、脂質は埋蔵量です。

この記事では、筋肉の生理機能について、科学的な厳密さを無視することなく、できるだけ明確にするように試みました。フィットネス事業者が生理機能にもっと真剣に関心を持つように刺激すれば、素晴らしい結果が得られると思います。この素晴らしい人体を何らかの方法で理解しようとするためには、生理学と解剖学の基本概念が不可欠の文化遺産でなければなりません。