エネルギー源と筋線維のタイプ

筋肉が蓄えているATPは数秒分の収縮をまかなう量しかないので、絶えず作り続けなければなりません。

小さなタンク

クロスブリッジサイクルの一回一回、カルシウムポンプの一回一回でATPが使われますが、筋線維が持っているATPは数秒分の収縮をまかなう量しかありません。使うのとほぼ同じ速さでATPを作り直す必要があります。筋細胞はこれを3つの方法で行い、それぞれ働く速さと続けられる時間が異なります。

クレアチンリン酸：最初の数秒

静止している筋肉では、余ったATPがクレアチンという分子にリン酸基を渡し、クレアチンリン酸ができます。収縮が始まると、クレアチンキナーゼという酵素がそのリン酸をADPに戻し、再びATPを作ります。この反応はとても速いのですが、蓄えは少なく、約15秒分の仕事しかもちません。

解糖：速いが効率が悪い

次に働くのは解糖で、酸素を使わずにグルコースを分解します。グルコースは血液から、または筋肉に蓄えられたグリコーゲンから来ます。解糖はクレアチンリン酸より遅く、効率もあまりよくありません。グルコース1分子から差し引きで得られるのはATP 2分子と、ピルビン酸2分子だけです。酸素が足りないと、ピルビン酸は乳酸に変えられます。これによって解糖は続けられますが、疲労の一因になることがあります。解糖だけでまかなえる活動は約1分間で、短く激しい運動には十分です。

有酸素呼吸：ゆっくり安定して

酸素があると、ミトコンドリアはグルコース、ピルビン酸、脂肪酸を二酸化炭素と水まで完全に分解します。この有酸素呼吸ではグルコース1分子あたり約30～32分子のATPができ、解糖よりはるかに多くなりますが、速さは劣り、酸素を安定して供給し続ける必要があります。静止しているときや中程度の仕事をしているとき、筋肉が使うATPの約95パーセントは有酸素呼吸でまかなわれます。ミオグロビンというタンパク質が、筋線維の中に少量の酸素を蓄えています。激しく体を動かしたあとしばらく呼吸が速いままなのは、ATPとクレアチンリン酸を元に戻し、乳酸を処理するために余分な酸素が必要だからです。この余分に必要な酸素を酸素負債といいます。

筋肉が疲れる理由

筋疲労とは、筋肉が神経系からの信号に十分に応えられなくなることです。その原因は完全にはわかっていません。ATPの減少、細胞内のpHの低下、ナトリウムとカリウムのバランスが崩れてカルシウムの放出が乱れることが、いずれも関係するとされています。神経系は仕事を分担させてもいます。長く一定の仕事では、一部の運動単位が働いている間、ほかの運動単位は休んでいます。

3種類の筋線維

骨格筋の筋線維は、収縮の速さとATPの作り方によって違いがあります。遅筋酸化型（SO）線維はゆっくり収縮し、有酸素呼吸に頼ります。細く、ミトコンドリアと毛細血管が豊富で、ミオグロビンによって赤い色をしています。出す張力は大きくありませんが、長く働き続けられるので、姿勢を保つのに向いています。速筋酸化型（FO）線維は速く収縮しますが、やはり主に酸素を使うので、張力はより大きく、疲れるのは少し早くなります。歩くような動きに向いています。速筋解糖型（FG）線維は太く、グリコーゲンを多く蓄え、解糖に頼ります。白っぽい色で、速く力強い収縮をしますが、すぐに疲れます。速筋線維はATPを遅筋線維の約2倍の速さで分解するので、クロスブリッジのサイクルも速くなります。ほとんどの筋肉は3種類すべてを含み、その割合は筋肉の仕事に合ったものになっています。

模型でATPをオフにして、ATPがなくなるとクロスブリッジのレベルで何が起こるかを見てみましょう。

これは体のつくりとはたらきについての教材です。医学的な助言ではなく、診断や治療に使うものではありません。