筋トレと有酸素運動を続けても痩せないとき、筋肉の水の通り道が気になる人へ。アクアポリンを調べた動物実験から、水と燃料の移動、タンパク質の量と働く場所の違いを読む。体重や脚のむくみを細胞の仕組みだけで説明できない理由と、研究の数字を日常に持ち込む前の確認点を示す。
運動を終えて靴を履き直すと、脚の重さが気になる。「筋トレも有酸素運動もしているのに痩せない。筋肉に水がたまっているのだろうか」。検索を進めると、アクアポリンという見慣れない名前が出てくる。
アクアポリンは、細胞を包む膜を水が通るためのタンパク質である。ただし、その働きが分かることと、自分の脚のむくみの理由が分かることは別だ。筋肉を調べたマウス実験では、水だけでなくグリセロールという燃料に関わる物質の移動にも注目している。[4][7]
ここで答えるのは「水の通り道を増やせば痩せるのか」という問いである。動物の膜タンパク質や代謝の変化から、人の減量法や筋トレと有酸素運動の優劣を決めることはできない。飲んだ水と血漿量の話は既存記事「筋トレと有酸素運動で体重が増える？飲んだ水と血漿量の戻り方を分けて読む」に譲り、こちらは細胞の境界で何を測っているのかを追う。
既存記事「筋トレ前の有酸素運動で力はどう変わる？塩素の通り道と筋肉の電気を読む」は電気信号の調節を扱っている。その問いも譲り、ここでは水やグリセロールを通すタンパク質と、測定対象の違いに絞る。
水の通り道は、筋肉から水を抜く排水管なのか
アクアポリンという名前の入口には、膜を通る水を調べた実験がある。発見の経緯を紹介した歴史的記事では、未知のタンパク質をアフリカツメガエルの卵母細胞に発現させ、水の透過性を確かめている。水の通りにくい卵母細胞が、周囲の溶液の条件によって膨らみ、破裂したことが、水チャネルとしての機能を明らかにした。卵母細胞での実験であり、18〜39歳の女性のむくみや運動後の水分変化へそのまま当てはめることはできない。[7]
発見の経緯も、名前から機能を推測する危うさを教える。研究者たちが調べていたのは赤血球の別のタンパク質で、アクアポリンは当初、混ざり込んだ物質として見つかった。腎臓の尿細管や赤血球に多いことが分かっても、それだけでは機能を決められず、水チャネルではないかという仮説を細胞で試す段階が必要だった。どこに多いかという観察と、何を通すかという実験をつないだ発見である。[7]
水チャネルとは水を通す経路のことだ。この実験で重要なのは、タンパク質があることに加えて、細胞を置いた周囲の条件である。細胞は水を外へ捨てる実演をしたのではなく、水が入り込むことで膨らんだ。「通り道」という言葉を「外へ抜く専用設備」に置き換えると、発見を示した場面からして読み違えてしまう。[7]
筋肉で調べられているものにも種類がある。水とグリセロールの膜をまたぐ輸送を助けるアクアポリンの一種がAQP3である。筋肉の細胞表面での存在を調べた研究では、AQP1やAQP4と同じ場所に重なる証拠は認められなかった。似た名前が並んでいても、同じ場所で同じ仕事をするものとして束ねないほうがよい。[4]
ここで、鏡で見た脚の輪郭を思い浮かべてほしい。その観察には「いつ、どこが、どう見えたか」という情報がある。一方、細胞表面の染色には「どのタンパク質が、どこにあるか」という情報がある。観察している対象も、答えられる問いも違う。脚の印象だけでAQP3が増えたと判断するのは、建物の外観から室内の配線を言い当てるような飛躍になる。
また、通り道が見つかっただけでは、運動中の働きをすべて説明したことにならない。膜を染めて場所を確かめる作業と、走れる時間を測る作業、運動後の代謝物を調べる作業を組み合わせて初めて、研究の問いが具体化する。アクアポリンをめぐる筋肉の実験も、そのように異なる測定を突き合わせている。[4]
初日の汗は、予約した人だけが持ち帰れる。
マウスの走れる時間は、水だけの話ではなかった
AQP3を調べた実験では、このタンパク質を作れないようにした欠損マウスと、通常のマウスを比べた。トレッドミルを毎分12m、傾斜10度で走らせ、疲労して走れなくなるまでを観察している。AQP3欠損マウスは通常のマウスより疲れやすく、平均の運動継続時間が短かった。欠損マウスでの結果を18〜39歳の女性へそのまま当てはめることはできず、女性の運動能力との関係は別に検証する必要がある。[4]
AQP3の位置を調べる際には、タンパク質を染めて観察する免疫組織化学と、異なる標的を光で見分ける二重免疫蛍光染色が使われた。対象は太もも裏の骨格筋であり、細胞表面のAQP3を確認する作業だった。走行時間の測定だけでは得られない、筋肉のどこに着目するかという情報が加わっている。[4]
ここで対象は人ではなくマウス、運動は限界までの走行である。仕事帰りに自分のペースで歩く場面とも、姿勢を確かめながら重りを扱う場面とも条件が違う。実験に書かれた速度を人の運動メニューへ移す理由はない。数値は推奨強度ではなく、何をさせたときに違いが出たかを知るための手掛かりだ。[4]
研究では、運動直後と24時間後、48時間後に調べる設計を取り、筋肉の燃料に関わる指標を測定した。疲労困憊に至る運動後には、血中のグルコース、筋肉のグリコーゲン、中性脂肪、遊離脂肪酸が、両群で運動前より減少した。運動能力の差を見るときにも、こうした複数の物質の動きを確認している。[4]
注目されたのは筋肉内のグリセロールである。通常のマウスでは運動後に減ったのに対し、AQP3欠損マウスでは増えた。著者らは、筋肉からのグリセロールの流出が少なくなることで、肝臓がグリセロールから糖を作る過程を通じたエネルギー供給が制約され、運動能力の低下に関わる可能性を示した。[4]
糖を作るこの過程を糖新生と呼ぶ。この論文の解釈は、筋肉内だけで閉じた話ではなく、筋肉から出た物質と肝臓での燃料供給をつなぐ仮説になっている。水を通すタンパク質を調べ始めたら、燃料の受け渡しの問題に行き着いたわけだ。名前に水が入っているからといって、結果を読む際にも水と燃料の移動を分ける必要がある。[4]
ただし、実験で確かめた変化と、そこから提案された仕組みは区別したい。走行時間と筋肉内グリセロールの違いは測定された結果であり、糖新生を介した供給の制約は、その結果を説明する可能性として述べられている。「AQP3を増やせば持久力が上がる」という人への処方に変えると、この区別が失われる。[4]
筋肉の量が大きいことと、力を出せることも違う
AQP4については、筋肉の膜への配置に関わる別のタンパク質から考える研究がある。アルファ1シントロフィンは、AQP4などを筋細胞膜へ集める働きに関わるタンパク質である。このタンパク質を欠損したマウスで、筋肉が傷ついた後の再生を調べた比較実験が行われた。損傷後のマウスが対象であり、18〜39歳の女性の通常の筋トレへそのまま当てはめることはできない。[6]
実験では、すねの前側にある前脛骨筋へカルディオトキシンを注入し、再生過程を観察している。欠損マウスの再生筋では、通常のマウスの再生筋より目立った肥大と筋線維の分裂がみられた。一方、処置していない欠損マウスの筋肉には、大きな組織学的変化がなかった。変化は「欠損している」だけでなく、「損傷から再生している」という条件と一緒に読む必要がある。[6]
さらに、再生の早期には、神経と筋肉が接する神経筋接合部の形が大きく乱れ、運動能力の低下を伴っていた。再生筋の収縮力も低下している。筋肉が大きく見える方向の変化と、力を出す機能の変化が、そろって好ましい方向に進んだ実験ではない。[6]
この結果を「筋トレで脚が張るのはAQP4のせいだ」と読むことはできない。操作したのはAQP4だけではなく、複数のタンパク質の配置に関わるアルファ1シントロフィンであり、対象は損傷後の再生筋だ。実験の条件を外して、健康な人の運動後の脚に名前だけを当てはめると、原因を絞り込んだように見えてしまう。[6]
ここには、運動の研究を読むうえで使える視点がある。大きさ、力、走れる時間、膜のタンパク質は、それぞれ異なる測定対象だ。日常でも「太く感じる」「動かしやすい」「疲れやすい」を同じ一言で片付けず、何を気にしているのか言葉を分けたい。研究でも筋肥大と収縮力を別々に測るのは、大きさと働きの関係を確かめるためである。[6]
数字で読む水の通り道の実験
毎分12m・傾斜10度：AQP3欠損マウスの疲労困憊までの走行条件であり、人の目標ではない。[4]
24時間後・48時間後：同じ実験で、運動直後に加えて設けられた測定時点を指す。[4]
5週間：雄ラットの心臓で、食事と運動による遺伝子発現を調べた期間に当たる。[5]
3.47倍：その心臓実験の運動群で、対照群に比べたAQP7遺伝子発現の値である。[5]
毎分2〜8m・10分間：脳梗塞モデルのラットで使われたトレッドミル運動の条件である。[2]
初日の汗は、予約した人だけが持ち帰れる。
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