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有酸素性エネルギー代謝

ヒトが生命を維持するためには、生体内においてエネルギーを作り出すことが必要です。有酸素性エネルギー代謝は、そのエネルギー生成過程のひとつの経路で、主に脂肪酸をエネルギー源として利用します。このエネルギー代謝は、運動中においても重要な働きをしています。

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有酸素性エネルギー代謝の仕組み

私たちの身体の中では、エネルギー源となるアデノシン三リン酸(ATP)が作り出され、そのATPが分解されることによって生産されるエネルギーを利用し、生命を維持しています。骨格筋において、ATPを分解した際のエネルギーを利用して筋収縮を行うことにより、身体を動かしたり運動を行ったりすることが可能になります。

しかしながら、組織におけるATP量には限りがあります。そのため、いくつかの経路によりATPが生成されます。大きく分けて、無酸素性エネルギー代謝(クレアチンリン酸系や解糖系)と有酸素性エネルギー代謝です。

有酸素性エネルギー代謝は、主にミトコンドリア内で行われます。グルコースや脂肪酸や多くのアミノ酸は、アセチルCoAにまで代謝され、クエン酸回路に入ります。その後このクエン酸回路から呼吸鎖に入り、そこで大量のATPが産生されます。この過程は酸素を必要とするため、有酸素性エネルギー代謝と呼ばれます。

運動時のエネルギー供給源

運動時には運動強度や運動時間により、無酸素性エネルギー代謝と有酸素性エネルギー代謝が、シーソーの関係でエネルギー源を供給しています。無酸素性エネルギー代謝の解糖系では、グルコースやグリコーゲンを分解することでATPを産生し、有酸素性エネルギー代謝では、解糖系からの代謝産物であるアセチルCoAを利用するとともに、体内に貯蔵されていた脂肪酸を分解することでATPを産生します。

運動強度とエネルギー供給源との関係を調べた研究[1]では、運動強度が高まるとともに血中グルコースの分解と筋グリコーゲンの分解が増大し、糖によるエネルギー供給の寄与が大きくなっています。一方、血中脂肪酸の分解は運動強度が高まるにつれて低下し、筋における脂肪酸の分解は運動強度が65%VO2max(最大酸素摂取量)で最大となり、20%VO2maxと85%VO2maxでは低いという結果が認められています。ただし、同じ時間の運動を実施するのであれば、高強度運動ほど総エネルギー消費量が大きくなることから、脂肪酸の分解量は85%VO2maxで最も多くなることにも注目する必要があります。

また、トレーニングをすると運動時のエネルギー供給源に占める脂肪酸の比率が大きくなり、もうひとつのエネルギー供給源であるグルコースの消費を節約することにつながります。その結果として、限られた貯蔵量しかないグリコーゲンの消費も節約され、スタミナの増大に貢献することとなります。

(最終更新日:2023年02月20日)

村上 晴香 むらかみ はるか

立命館大学 スポーツ健康科学部 教授

広島女子大学家政学部卒業。筑波大学大学院体育研究科修了。博士(スポーツ医学)。
筑波大学にて助手、研究員、医薬基盤・健康・栄養研究所にて研究員、室長を経て、2020年より現職。身体活動や運動行動に関する研究を行っている。

参考文献

  1. Romijn JA, Coyle EF, Sidossis LS, Gastaldelli A, Horowitz JF, Endert E, Wolfe RR. Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to exercise intensity and duration. Am J Physiol. 1993; 265(3 Pt 1): E380-91.
  2. 山地啓司, 大築立志, 田中宏暁編著. スポーツ・運動生理学概説. 明和出版, 2011.