有酸素運動でミトコンドリアが増えると楽？量と働く能力の違いを研究で読む

有酸素運動でミトコンドリアが増えると、階段や通勤は楽になるのか。筋肉の中の量と酸素を使う働きを分け、持久力との関係を研究から読む。継続運動と高強度運動の比較、女性を対象にした試験、量の増加が明確でない結果も扱い、体力の数字だけで運動の成果を決めない見方を伝える。

同じ坂道を歩いているのに、以前より脚が軽い。運動を続けたから、筋肉のミトコンドリアが増えたのだろうか。そう考える方向は研究と重なる。ただし、階段の軽さだけで筋肉の中身を言い当てることはできない。ミトコンドリアの特徴と持久力には関係があるが、心臓や血液による酸素の供給も持久力を左右するからだ。[1]

有酸素運動を続けると、骨格筋のミトコンドリアの量や働きは変わりうる。一方、「量が増える」「酸素を使ってエネルギーを供給する能力が高まる」「運動が楽になる」は、同じ測定結果ではない。運動によるミトコンドリアの変化と、持久力の変化が一致しない研究もある。[1][13]

答えの芯は、増えることは体力づくりを支えるが、それだけで楽さが決まるわけではない、という点にある。[1] 老化全般との関係は既存の「【連載】老化と運動 第4回｜ミトコンドリアと運動」に譲り、ここでは日々の運動を読むために、量と機能の違いをたどる。

「増える」は粒を数えるだけの話ではない

ミトコンドリアは、筋肉で酸素を利用し、活動に必要なエネルギーの受け渡しに使われる物質であるアデノシン三リン酸の再合成を支える。その特徴を読むときには、筋肉にどれだけ含まれるかという量と、呼吸機能という働きの面を分ける必要がある。持久力を扱ったレビューでも、ミトコンドリアの含有量と呼吸機能は別の特徴として検討されている。[1]

検索では「ミトコンドリアの数を増やす」と表現されがちだが、研究でいう含有量を、そのまま粒の個数だと思わないほうがよい。広い範囲の運動研究をまとめた系統的レビューでは、ミトコンドリアの含有量を示す指標の運動前後の変化が集計された。「増えた」という言葉の後ろには、何を測ったかという条件が付いている。[3]

工場にたとえれば、設備の総量と生産能力を別々に見るようなものだ。ただし比喩の工場と違い、筋肉の中は運動に応じて作り替わる。持久性運動の仕組みを整理したレビューは、運動中の栄養やエネルギーの状態、筋収縮に伴う一時的な変化が、ミトコンドリアの成長や組み立てにつながる経路を動かすと説明している。[13]

この過程は、運動したその場の反応と、続けた後の適応をつなぐ話である。運動中に細胞が変化を受け取り、遺伝子の情報を使って必要なものを作る働きが進み、筋肉の有酸素的なエネルギー供給能力を支える方向へつながる。[13] 帰宅直後の達成感は大事でも、それを設備の検品結果とは呼べない。

量と機能を分ける目的は、専門用語を増やすことではない。「増加した指標がある」という報告に出合ったとき、その指標が量なのか、働きなのかを確かめるためだ。糖尿病の人を対象とした統合研究では、機能に関わる指標が改善する一方、含有量の増加は統計的に有意でなかった。[2] 対象は40歳以上の2型糖尿病患者であり、18〜39歳の女性への適用には年齢と健康状態の違いを考える必要がある。

穏やかな運動でも量は増えうる

運動の種類によって量の増え方はどれほど違うのか。人の骨格筋を対象とした系統的レビュー・メタ回帰では、ミトコンドリアと毛細血管の定量的な統合全体で、計5973人のデータが扱われた。ミトコンドリアの分析には353本の研究論文が含まれる。年齢、性別、病気の有無が異なる人を含む分析であり、18〜39歳の女性だけの増加率を示す数字としては扱えない。低〜中強度で続ける持久性運動、高強度の運動、短い全力運動を挟む方法を比べた分析である。[3]

頻度、介入期間、開始時の体力などを調整した含有量の増加は、低〜中強度の持久性運動で23±5%、高強度の運動で27±5%、短い全力運動を挟む方法で27±7%だった。これらの増加率に、運動方法による統計的に明確な差は認められなかった。[3] 激しい方法の数字が少し大きいからといって、それを誰にとっても優れた方法と読むことはできない。

これは、同じ人がすべての方法を順番に試した結果ではなく、多くの介入研究をまとめ、条件を調整した比較である。個人の予定表にそのまま貼れる増加率ではない。研究の平均を、自分の筋肉の予約票にすることはできないのである。[3]

他方、総運動時間あたりで比べると、短い全力運動を挟む方法の効率は、高強度の運動の約2.3倍、低〜中強度の持久性運動の約3.9倍とされた。[3] ここでいう効率は、ミトコンドリアの含有量を増やすという特定の結果を、運動時間で割った見方だ。生活の中で取り組みやすいかという問いとは区別しておきたい。

同じレビューでは、開始時の体力が低いほど、含有量の増加率が大きい傾向も示された。また、年齢、性別、閉経の有無、病気の有無によって、含有量の適応が左右されるという結果ではなかった。[3] 体力のある人の大きな運動量だけを見て、始めたばかりの自分を採点する必要はない。出発点の違いが、研究結果を読むうえでも重要なのである。

女性の試験では量と呼吸が一緒に変わった

肥満のある女性を対象とした無作為化比較試験の二次解析では、運動群20人と対照群15人が比べられた。18〜39歳の女性でも、肥満の有無や運動内容が異なれば、この結果の適用範囲は変わる。運動群は有酸素運動と筋力トレーニングを組み合わせ、12週間続けた。筋肉を調べると、ミトコンドリアの含有量と呼吸機能の両方に、運動による増加が認められた。[18]

この研究の特徴は、呼吸機能だけを切り離さず、筋肉の中の脂質の構成も調べた点にある。ミトコンドリアの膜に関係する脂質などの変化が、含有量の増加に伴う呼吸の増加と関連していた。[18] 「よく働くようになった」という表現の中には、量が増えたことで筋肉全体として使える能力が増した、という意味も含まれる。

したがって、呼吸の値が上がったから、ミトコンドリアの単位量あたりの性能まで必ず高まった、と読み替えてはいけない。この試験の結論は、筋肉内の脂質の変化が、含有量に伴う呼吸の増加と関連したというものだ。[18] 大きな設備を持つ工場が多く生産したとき、設備ごとの性能向上まで決めつけないのと同じである。

元の試験では、ピーク酸素摂取量も運動前の24.9±2.4から運動後の27.6±3.4 mL/kg/分へ増えた。これは運動時に取り込める酸素の量に関する全身の指標であり、筋肉だけを測った値とは異なる。[18] 筋肉の測定と全身の測定を一緒に示すことで、変化を多面的に眺められる。

ただし対象は肥満のある女性であり、運動も有酸素運動だけではない。この結果から、あらゆる女性の散歩やヨガに同じ増加を約束することはできない。[18] 女性が参加した研究だからという理由だけで、生活条件も運動内容も違う人へ結論を広げないことが大切だ。

この試験では、呼吸機能を筋肉の試料で測り、全身のインスリン感受性は別の検査で評価している。運動時の酸素摂取量、筋肉の呼吸、血糖調節に関わる反応を、それぞれの方法で測った設計である。[18] 「代謝が上がった」と一言で済ませず、何を評価した数値かを分けると、結果の意味が具体的になる。

また、この報告は無作為化比較試験の二次解析である。もとの試験に、筋肉の呼吸や脂質などを調べた分析を加えている。[18] 運動群で複数の変化が生じたことと、その変化同士が原因と結果として結び付くことは同じではない。脂質と呼吸の関連が見られたからといって、その脂質を増やす別の方法を選べば運動を置き換えられる、という話にはならない。

筋肉内の脂質も、一括して増えた、減ったという結果ではなかった。特定の脂質は増えた一方、ジアシルグリセロールとセラミドという脂質群の総量には変化がなかった。[18] 名前を暗記する必要はない。体の中の脂質をすべて同じものとして扱うと、ミトコンドリアの働きに伴う細かな変化を取り逃がす、という点を押さえればよい。

これは体の見た目だけでは拾いにくい変化を考える手掛かりにもなる。研究が直接調べたのは、筋肉の試料に含まれる脂質や呼吸機能である。[18] 運動を始めた人が鏡の前で変化を探す場面とは、観察している場所が違う。見た目の変化を目標にしない人にも、筋肉が運動へ適応するという問いは残る。ただし、見た目が同じなら内部は必ず変わった、と逆向きに断定することはできない。

数字で読むミトコンドリアの量と働き

23±5%：低〜中強度の持久性運動に伴う、調整後の含有量の増加率。[3]

27±5%：高強度の運動に伴う、調整後の含有量の増加率。低〜中強度との差は明確ではなかった。[3]

27±7%：短い全力運動を挟む方法に伴う、調整後の含有量の増加率。[3]

12週間：肥満のある女性に有酸素運動と筋力トレーニングを組み合わせた試験の期間。[18]

18研究・394人：糖尿病のある人のミトコンドリア関連指標を検討したメタ分析の規模。[2]