トレーニング科学

科学的トレーニングと

スポーツ障害の予防の基礎

1章 トレーニングの定義

• 言葉の意味

Train but not Strain!（アーサー・リディアード）

• 適応力

高地トレーニングと

ヘモグロビン濃度

過負荷の原理ということ

練習（してから）サボると強くなるメカニズム

トレーニングの原則から

• 「全面性」と「個別性」の原則

トレーニングの特異性とはいうものの

• 「意識性」と「感覚性」の原則

何のための練習か？ → 目的と方法の一致

言語的制御系と感覚的制御系

• 「継続性」と「漸進性」の原則

安定したスキル獲得の重要性

• トレーニングの定義

ハード・トレーニングとディ・トレーニング

組み合わせを考える・・

• 運動条件

強度（Intensity）×時間（Duration）

×頻度（Frequency）

• 強度の漸増

「過負荷」と「漸進性」と「継続性」

• トレーニング計画の「現実性」

「目的」と「方法」の一致

何のためのトレーニング手段なのか・・・

「リスク管理」ということ

• 練習の三原則

「強度」×「時間」×「頻度」の組合せ

• 正しい技術と発達段階にあったスキル獲得

瞬発系筋線維の未発達な子どもは、実は「身長の急成長期」で持久系筋線維が優位・・

でも「持久的筋力」はある・・

しかし骨は「急成長中」で筋肉と靭帯の成長が追いつかず「成長痛」とストレス集中・・

痛みの増加

ストレスを発生以前のレベルまで軽減する努力が重要

ストレスの反復

スポーツ障害の発生のモデル

スポーツ障害の発生（回復不可）

山崎 健、運動とスポーツ外傷・障害（In「健康教育大辞典」）、旬報社、2001年

２章 育ち盛りにきたえる

• 成長段階

成長段階の推定と適切な運動プログラム

• 身体発達の要因

内的要因と外的要因（衛生・栄養・運動）

• 動作の習得

基本的運動形態（Basic Motor Skill）• 基本動作の習得

「臨界期（適時性）」という考え方が必要

• 効果の決定因子

運動・栄養状態・内分泌・神経支配

成長段階と機能の発達

青木純一郎、発育期における適正なトレーニングとは、臨床スポーツ医学 Vol.5-9(1988)より引用

巧みさは１０歳まで スピードやパワーは１５歳頃から（速筋系の発達が始まる）

身長急成長期（怪我をしやすい）の筋肉は持久型！

成長段階の推定ということ・・

• 最大酸素摂取量とローパワートレーニング

筋持久力と全身持久力（10歳以降？）

成長期の子どもの持久的運動の基準

心拍数150拍／分×20～30分×週3回以上

• ハイパワーのトレーニング

男性ホルモン分泌の男女差とドーピング

• 年齢に応じたトレーニング

11歳以下：12～14歳：15～18歳：19歳以上

身長の急成長期は要注意！

３章 エンジンとしての筋肉

• 運動を引き起こす力

能動的筋力発揮と受動的筋力発揮

• 力発揮と筋

骨格筋（随意筋）と平滑筋・心筋（不随意筋）

• 骨格筋の構造

筋線維（核・ミトコンドリア・エネルギー基質・酵素など）

ミオシンとアクチン・フィラメントの滑走説

• 関節角度と発揮される力

3種類のてこ（真の筋力と見かけの筋力）

クリティカル・ゾーン

• 筋活動の様式

等尺性と等張性（短縮性と伸張性）

等速性（コンピュータ制御による負荷様式）

• 筋活動の様式と力の大きさ

等尺性と短縮性（速度-力曲線）

伸張性はある速度までは大きな力発揮

筋線維の種類は３種類

• 遅筋系線維（SO）は酸化能力が高く・・

• 速筋系線維（FG）は解糖能力が高い

さらに、

中間の性質を持つ速筋系線維（FOG)も・・

• 三つの筋線維が混合して「筋」の性質を決定

• ただし機能発達には成長段階によって異なる

• FOGとFGとはトレーニングにより変動するが

• SOとFG&FOGの比率は変わらない！

筋線維の性質を決める遺伝子ACTN3 （RR型、RX型、XX型）ジャマイカ人スプリンターでは75％がRR

型で24％がRX型

しかしケニア人長距離ランナーもほぼ同じ構成比！・・

これはいったい何を意味するのか？

実は筋ごとに筋線維組成が異なる

各関節ごとの動作（役割）の違い各個人ごとの筋組成の違い「ヒラメ筋」は何故共通性が高いのか？

スキルを支える速筋系線維

⇒ 主要な張力発揮と運動方向を決定？

遅筋系線維⇒ 補完的張力発揮

とミトコンドリアによる乳酸利用？

速い錐体路細胞は・・

• Fast PT細胞

→ 相動性運動単位

• Slow PT細胞

→ 緊張性運動単位

ということは・・

筋組成と遺伝子検査

検査される遺伝子

• ACTN3遺伝子（R/R型、R/X型、X/X型）

αアクチニン3の発現に関与？

• ACE遺伝子（I/I型、I/D型、D/D型）

アンギオテンシノーゲンへの反応

⇒ 血圧調整に関与？

• PPARGC1A遺伝子（G/G型、G/S型、S/S型）

PGC－1α ⇒ ミトコンドリアの増殖に関与？

４章 筋肉と神経

• 筋活動と興奮-収縮連関

運動神経-アセチルコリン-筋細胞膜興奮

-筋小胞体Ca++-ATP加水分解-筋線維収縮

• 運動単位（NMU）と神経支配比

広頸筋（1：25） 腓腹筋（1：1934）

• 力の調節

単収縮と強縮及び筋線維の「同期」

運動情報の流れのシェーマ

筋はここだけに関与（運動と感覚）

• 大脳の働き

自発的運動と感覚依存性運動

• 神経系の反応

刺激→感覚受容器→求心性神経→感覚野

→運動野→遠心性神経→筋線維→動作

反復される筋力発揮時の「中枢性抑制」

• 筋活動のエネルギー

ATPの分解と再合成（3つの補填-生産系）

• 運動時間とエネルギー獲得機構（血中乳酸）

セーチェノフの“積極的休息”

大脳皮質での興奮と抑制過程の同時的及び相互的誘導現象

“長い単調な運動は中枢神経系に疲労の増大をもたらし、運動感覚は失われる。運動を交替したり、諸運動の相互関係をよくみて、正しい一貫性のある運動を選択することにより、大脳皮質における運動能力の高い水準を確保することができる。”クレストフニコフ、スポーツの生理学（ロシア語版1951年、邦訳1978年）

動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出すシス

テム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △

中枢性抑制の“脱抑制”効果

3×3システムの意味するもの

脊髄反射から姿勢反射まで

反射量の調整ということ

上位中枢からの二つの運動指令

筋線維を動かすα運動神経

筋紡錘を動かすγ運動神経

筋紡錘からのⅠa 群求心性線維

上位中枢からの伸張反射の制御

• 剣道のつばぜり合いでの「胴、一本！」

• 「ふん、次はやられないぜ・・」

• 今度は「面、一本！」

もっと複雑な組み合わせも

• いてて画鋲踏んだ・・

• 歩行パターンの発生の相反性神経支配？

• いや、赤ちゃんの「原始歩行」は違うような・・

姿勢反射とスポーツ姿勢

人間の随意運動の中枢は？

４つの運動制御の中枢（伊藤正男）とその hierarchy

①大脳皮質運動野及び体性感覚野からの入力

②脊髄と脊髄固有運動中枢

③「神経計算機」としての小脳

④「姿勢安定装置」としての大脳基底核（最近は『ディレクター』と考えられる？）

運動情報の流れ（Brooks）

BG Coudate：大脳基底核・尾状核 BG Putamen：被核 LIMBIC CX：辺縁皮質

ACCOC CX：連合皮質 MOTOR CX：運動皮質 MOTOR SERVO：動作サーボ

Lateral Cb：外側小脳 Interm Cb：内側小脳 H：海馬

超コンピューター・・大脳基底核

• ほとんどの神経回路を抑制し、必要な神経回路だけを脱抑制する

• 独裁者や指揮官のいなくなる病気・・パーキンソン病

•「いけ～！」という状況を支配するもの？

•ドーベルマンがいくはずがスピッツやチワワがいくと・・

制御対象としての眼球、眼筋、運動神経細胞 （動特性 ＝ Ｇ ）

制御装置としての前庭器官・核、小脳片葉（逆動特性 ＝ －１／Ｇ）

小脳は、制御装置の動特性を制御対象の動特性の逆数に等しく保つ（反復により性能が向上する！）

小脳は何を学習するのか？

ダイナミックステレオタイプの新モデル（山崎、2004）

さらに「身体系マトリクス」（P1・P2・P3・・PN）と「環境系マトリクス」（E1・E2・E3・・EN）が加わる？

反応時間（RT）ということ

筋は収縮しているのに“動けない”

反応時間の構成因子（相手も同じ）

Total Reaction TimeReaction Time

Preparation PMT MT mvT next Task

onset of EMG（？） Stimulus onset of movement予測？ end of first Task

PMT:前動作時間 MT:動作時間 ｍｖT：移動時間

反応時間の構成因子と規定因子

Total Reaction Time：反応動作時間

Reaction Time：反応時間

Preparation：事前準備（事前の手がかりから予測すると刺激提示以前にGO？）

不応期：リセットと反応方向の再構成（遅れ）

mvT：動作時間（移動開始から課題終了まで）／筋出力レベルが関与する

next Task：次の課題への対応

「連関」と「調和」がキーワード

エネルギー供給系と運動制御の関係は？

有酸素的解糖と無酸素的解糖

遅筋系 速筋系

フォックスとマティウズ（1981）

この時には運び屋MCT4が必要＝高強度✕短時間トレーニング

この時には運び屋のMCT1が必要

＝低強度✕長時間トレーニング

「乳酸シャトル」の意味するもの・・

３×３システムによる動作の発現

定本ら（1987年）の図を山崎が改変

動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出すシステム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △

マルチレイアシステム

動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出す

システム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出す

システム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △

上腕二頭筋（屈筋側）

上腕三頭筋（伸筋側）

肘関節周りの拮抗筋

Y＝ [PCｒN] × [SｋN]（ハイパワー系スキル）

+ ［GlyN］ × ［SkN]（ミドルパワー系スキル）

+ [MtcN] × [SkN]（ローパワー系スキル）

+ ｂ （残差：その他の要因）

［N］ はその時点でのエネルギーレベルの変数

スキルも個別的に対応してトレーニングが行われる

⇒ 疲労状態でも必要とされる異なるスキルがある

トレーニングのプロセスでは・・

PCｒ0 Gly0 Mtc0 Smα

PCｒ1 Gly1 Mtc1 Smβ

Y＝ PCｒ2 Gly2 Mtc2 Smγ

： ： ： ：

PCｒN GlyN MｔｃN Smω

+ ｂ （残差：その他の要因）

“トレーニングは個別的状況で実施され抽象的能力として形成される（山崎：2007）”

運動習熟によるスキル・モード複合体の独立

セーチェノフの“積極的休息”

大脳皮質での興奮と抑制過程の同時的及び相互的誘導現象

“長い単調な運動は中枢神経系に疲労の増大をもたらし、運動感覚は失われる。運動を交替したり、諸運動の相互関係をよくみて、正しい一貫性のある運動を選択することにより、大脳皮質における運動能力の高い水準を確保することができる。”クレストフニコフ、スポーツの生理学（ロシア語版1951年、邦訳1978年）

動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出すシス

テム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △

中枢性抑制の“脱抑制”効果

3×3システムの意味するもの

ストレッチングの効用

• 筋の粘性要素と弾性要素

• 筋緊張の残存トーヌス

筋長が関節可動範囲を決定する

• 筋紡錘からの求心性信号の効果

• スタティックとバリスティック（弾みの利用）

• ウェイクアップ：プレエクササイズ：リフレッシュ：エラスティック：パワーアップとPNF：ヒールダウン

５章 力強さ～筋組成と速筋線維～

• 筋断面積と筋力

等尺性筋力は生理学的断面積に比例

• 筋線維の種類

SO線維（タイプⅠ）

FG線維（タイプⅡb）

FOG線維（タイプⅡa）

• 筋線維組成と筋出力のタイプ

３×３システムによる動作の発現

定本ら（1987年）の図を山崎が改変

動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出すシステム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △

2014/3/25 第62回現代スポーツ研究会

3種類の筋線維

FG：さらにFG1、FG2・・？FOG：トレーニングでFGへSO：長距離選手の腓腹筋では80％を占める

速筋系と遅筋系の役割分担

• 主要な張力と運動方向（スキル）決定に関与する速筋系（FG:TypeⅡb）

• 補完的張力を発揮しながら「乳酸シャトル」でミトコンドリア工場をフル稼働する遅筋系（TypeⅠ、FOG：TypeⅡa、心筋も？）

• 問題は「どうやって使うのか」ということ

40Hzにピークパワーがある（遅い成分が優位）

・・持久性の収縮だった

（Hz：1秒間の活動数）

90Hzにピークパワーがある（速い成分が優位）

・・ 瞬発性の収縮だった

• 筋線維組成とスポーツ種目

バイオプシー（生検）

筋電図の周波数解析

• 遺伝的要因

運動野錐体路細胞（Slow PTとFast PT）

• 速筋線維の動員

運動強度の漸増と筋線維タイプの動員順

• 運動の種類と筋線維の動員

30Km走と1分間自転車ペダリングの筋グリコーゲンの枯渇（遅筋線維と速筋線維）

６章 ねばり強さとは～遅筋線維と呼吸・循環系～

• 筋線維の代謝

ATPアーゼ活性・代謝酵素・代謝基質

• 運動強度と酸素摂取量

タイプⅡaは酸化能力が高いがⅡbでは長続きしない？

• 実際の競技場面

無酸素性機構と有酸素性機構のバランス

実際には「運動効率」や「運動様式」も関与

• 酸素の筋肉への運搬

肺胞と血液、筋細胞と血液間でのガス交換

• 最大酸素摂取量（ml/min/kg）

呼吸・循環系の総合された指標

• 呼吸機能（肺拡散容量:ml/mmHg）

換気量＝呼吸数×1回換気量

最大酸素摂取量とヘモグロビン量との相関

• 循環機能の影響（毎分30Lの例も）

心拍出量＝心拍数×1回拍出量×動静脈間較差（90～110ml：トレーニングと関係小）

「運動効率」の重要性

有酸素的能力＆無酸素的能力

Vsランニングスピード

７章 体力測定

• 筋の活動能力と競技成績

P=En1×S1+En2×S2+En3×S3+・・・+b• 体力と技術

出力系と運動効率（経済性）

• 体力を測る単位（数字で比較する）

非乳酸機構？ → ハイパワータイプ自転車

• 運動時間と発揮パワー

短時間～中程度～長時間の運動

パフォーマンスのモデル化

競技成績を決めるもの・・

P＝C・∫E（M）P：パフォーマンスC：サイバネティックスE：化学的エネルギー（physical resource）

M：意欲（エネルギー動員因子）

猪飼道夫：身体運動の生理学（1973年）pp.336

“コオーディネーション”にかかわる7つのカテゴリー（ハルトマン：2009）

“インテグレイション（統合）”という概念も

しかしこのモデルには“エネルギー供給系”が入っていない・・？

“場当たり”で決定しているわけではないらしい・・

M.T.Turvey,P.N.Kugler（1984）：AN ECOROGICAL APPROACH TO PERCEPTION AND ACTION，(In ”Human Motor Action：Bernstein Reassessed”）pp.375

• 主要な体力測定法は何か？

• アネロビックパワーの測定（単位はWatts）体重あたりの脚伸展パワーや最大無酸素

パワー（ハイパワー自転車エルゴメーター）

• 機械的測定のパワーの比較

PWC170（170bpm時の仕事量：Watts）アネロビックパワーと同列で比較可能

• エアロビックパワーの測定

最大酸素摂取量と記録の関連

長距離は相関あり、水泳競技は異なる？

血中乳酸濃度の測定

4ミリモル強度とスピードの関係

• トレーニング効果の目安

• トレーニング経過と体力測定結果

トレーニング内容の再検討（水泳の筋トレ）

• 試合に向けてのピリオダイゼーション

• オーバートレーニング

体重、体脂肪率、朝の心拍数、POMS、血液性状（血中ヘモグロビン濃度とCPK）

• 体力測定の重要性

トレーニング経過のモニタリングの重要性

計画-実行-点検-修正活動-（再）計画-・・・

８章 力強さをきたえる～ハイパワー増大の条件～

• ハイパワーを必要とするスポーツ

• ハイパワーアップの方法

• アイソメトリックトレーニング

• アイソトニックトレーニング

• アイソキネティックトレーニング

• 筋線維の肥大

• ウェイトトレーニング

• ジャンプ力を高める

筋トレ始めたら“止められない”？

パワートレーニングの「特異性」ということ

９章 力強さを持続させる

• ハイパワーの持続

• ハイパワーの持続能力と競技成績

• アイソキネティックトレーニング

• ハイパワー持続力を高めるトレーニング

• 運動持続時間の影響

• 球技でのハイパワーの持続

• ディ・トレーニングの影響

↑ 最高速度を維持する能力に大きな違いが見られる

50秒台の選手は高い筋出力を発揮し維持している ↓

運動の継続時間とトレーニング効果

↑ ハイパワーは7秒間でしか伸びないローパワーは30秒間でも足りない？

10章 ねばり強さをきたえる

• ローパワーのスポーツ

• ローパワー向上のトレーニング

• ローパワートレーニングの発展

• 長距離種目のトレーニング法

• トレーニングの効果

• トレーニングの限界と効果の持続

• ミトコンドリア

• 高所トレーニング

有酸素的解糖と無酸素的解糖

遅筋系 速筋系

フォックスとマティウズ（1981）

この時には運び屋MCT4が必要＝高強度✕短時間トレーニング

この時には運び屋のMCT1が必要

＝低強度✕長時間トレーニング

「乳酸シャトル」の意味するもの・・

八田秀雄、乳と運動生理・生化学、市村出版、２００９年

３×３システムによる動作の発現

定本ら（1987年）の図を山崎が改変

動きをつくり出すシステム

TypeⅠ TypeⅡa TypeⅡb

エネルギーをつくり出すシステム

ATP-PCr系 ○ ◎ ◎

解糖系 △ ◎ ●

有酸素系 ◎ ○ △

2014/3/25 第62回現代スポーツ研究会

トレーニングは同一強度での乳酸値を低下させる（4ミリモル強度）

１１章 エネルギーの補給

• スポーツ活動と食事• 運動強度と利用されるエネルギー源• トレーニング中のエネルギー源の欠乏• スポーツ選手の食事• ビタミンとミネラル• 高糖質食• 試合期の食事• 水分補給• 体重調節• 抗酸化剤の補給

スポーツライフ・マネジメント

• 「運動」「栄養」「休養」とそのマネジメントの重要性

• 運動と栄養摂取のタイミング

• 成長ホルモンの分泌のタイミングと睡眠

• 筋線維の増大

• 増量と減量

→ ターゲットは「脂肪」で「筋肉」をまもること

筋グリコーゲンの枯渇⇓

肝グリコーゲンの放出⇓

（糖質：グルコースの経口摂取）血糖値（血中グルコース）の増加

⇓筋での糖の再利用促進

エネルギー所要量と摂取量

標高1800ｍの高地トレーニングで毎日12時間16000ｍ×14日間泳ぎ続けたフェルプスの食事（12000Kcal）

＜朝＞● サンドイッチ（目玉焼き３つ、チーズ、レタス、トマト、たまねぎ、マヨネーズ）● オムレツ（卵5つ使用）● コーン（砕いたものを１ボウル分）● フレンチトースト（粉砂糖をふりかけて3枚）● パンケーキ（チョコレートチップを混ぜて3枚）● コーヒー2杯＜昼＞● パスタ（約4人分の量、トマトソースがけ）● サンドイッチ（厚切りハム、チーズ、マヨネーズ）● エナジー・ドリンク類＜夜＞● パスタ（約4人分の量、トマトソースがけ）● ピザ（6から8切れ）● エナジ・ドリンク類

山崎 健（新潟大学） 111

まずは食事バランスから

1990年NHK放送：マーク・スピッツ40歳の挑戦より

アメリカ人の平均

日本人の平均に近い？

山崎 健（新潟大学） 112

ウェイトコントロールと運動・食事

• 減量は「体脂肪」をターゲットに・・

無理な食事制限は筋や赤血球を破壊する

大塚製薬提供VTRより山崎 健（新潟大学） 113

• 増量は「筋量」をターゲットに・・

ウェイトトレーニングとタンパク質・アミノ酸の摂取とタイミング

山崎 健（新潟大学） 114

スピード持久力：グリコーゲン量

• 炭水化物食（特に“粒状食”がよい？）

• トレーニング直後の食事摂取が重要

山崎 健（新潟大学） 115

12章 中高年にきたえる

• 中年齢者のスポーツ実施• 中高齢者のトレーニング可能性• ハイパワー発揮能力の低下と向上• 加齢にともなう最大酸素摂取量の減少• ローパワー発揮能力の向上• 骨密度の低下と運動• 中高齢スポーツ選手• 運動習慣と生活習慣病の予防• 軽度有疾患者の運動実施

運動実施こそ最も重要⇒ “椅子は殺し屋！！”