JATI-ATI「運動生理学」一問一答(全26問)

正解：c. ATP-CP系(ホスファゲン機構)

10秒以内の最大強度運動では、筋内に貯蔵されたATPとクレアチンリン酸(CP)を分解するATP-CP系が主に働く。このシステムは酸素を必要とせず瞬時に大きな出力を供給できるが、貯蔵量が少ないため持続時間は短い。

正解：a. ミトコンドリアの数と大きさの増加

持久力トレーニングではミトコンドリアの数・サイズと酸化系酵素活性が増加し、有酸素的エネルギー産生能力が高まる。同時に毛細血管密度の増加やミオグロビン量の増加も起こり、酸素の利用効率が向上する。

正解：b. 心拍出量 × 動静脈酸素較差

Fickの原理によりVO2max = 心拍出量 ×(動脈血と静脈血の酸素含有量の差=動静脈酸素較差)で表される。心拍出量は心拍数×1回拍出量であり、酸素の運搬能力と末梢での酸素利用能力の両方を反映する。

正解：c. 神経系の適応(動員される運動単位の増加など)

トレーニング開始後の数週間の筋力向上は、筋肥大よりも先に起こる神経系の適応が主因である。運動単位の動員増加、発火頻度の上昇、協働筋の同期化などにより、既存の筋でより大きな力を発揮できるようになる。筋肥大による筋力向上は通常それ以降に顕著となる。

正解：c. 過負荷の原則

過負荷(オーバーロード)の原則とは、適応を引き起こすには日常で受ける以上の刺激(負荷)を与える必要があるという考え方である。負荷は強度・量・頻度などで調整され、適応に応じて漸進的に高めていく(漸進性過負荷)。

正解：c. 酸化能力が高く疲労しにくい

遅筋線維(タイプI)はミトコンドリアや毛細血管、ミオグロビンが豊富で酸化能力が高く、疲労に強いため持久的活動に適する。一方、速筋線維(タイプII)は収縮速度が速く大きな力を出せるが、解糖系依存で疲労しやすい。

正解：b. 心拍数の増加と1回拍出量の増加

運動時には交感神経活動の亢進により心拍数が上昇し、静脈還流量増加による前負荷の増大(フランク・スターリング機構)と収縮力の増強により1回拍出量も増える。両者の積である心拍出量が増加し、活動筋への酸素供給が高まる。

正解：a. 運動終了後も安静時より酸素消費が高い状態が続く現象である

EPOC(運動後過剰酸素消費)は運動終了後も酸素消費が安静レベルより高く維持される現象で、消費したATP・CPの再合成、乳酸の処理、体温上昇やホルモンの影響などにより生じる。かつて「酸素負債(酸素借の返済)」と呼ばれた概念に対応する。

正解：b. 予備心拍数(HRR)や最大心拍数に対する割合

有酸素性トレーニングの強度は、最大心拍数に対する割合(%HRmax)やカルボーネン法による予備心拍数(HRR=最大心拍数−安静時心拍数)に対する割合などで設定するのが一般的である。1RMやRMは主にレジスタンストレーニングの強度設定に用いる。

正解：b. 可逆性の原則(ディトレーニング)

可逆性の原則とは、トレーニングを中止または刺激が不足すると、獲得した体力・機能が時間とともに低下していく(ディトレーニング)という考え方である。一般に持久的能力は比較的早く低下し、適応の維持には継続的な刺激が必要となる。

正解：a. 時間経過とともに脂質利用の割合が増し、糖質利用の割合が減る

中強度の持久的運動では、運動が長く続くにつれて筋グリコーゲンが減少し、相対的に脂質(脂肪酸)酸化への依存度が高まっていく。一方、運動強度が高くなるほど糖質利用の割合が増えるという強度依存の関係もある。

正解：b. 遠心性(エキセントリック)収縮

遠心性(エキセントリック)収縮は、筋が張力を発揮しながら長さが伸びていく収縮で、坂を下る動作や重りをゆっくり下ろす局面などで生じる。求心性収縮は筋が短縮しながら力を出す様式、等尺性収縮は長さが変わらず力を出す様式である。遠心性収縮は遅発性筋肉痛(DOMS)を生じやすい。

正解：a. ATP-PCr系(非乳酸性機構)

運動開始直後の数秒間は、筋内に蓄えられたATPとクレアチンリン酸(PCr)を分解するATP-PCr系が即座にエネルギーを供給する。酸素を必要とせず最も速くパワーを発揮できるが、貯蔵量が限られるため数秒〜十数秒で枯渇し、その後は解糖系に移行する。

正解：b. 心拍出量(中心循環)による酸素運搬能力

VO2maxは主に心拍出量(1回拍出量×心拍数)による酸素運搬能力によって規定されると考えられている。持久的トレーニングではとくに1回拍出量の増大による心拍出量の向上が大きく寄与する。肺機能は健常者では通常の制限因子になりにくい。

正解：b. 毛細血管密度が増加し酸素利用能が高まる

持久的トレーニングでは筋の毛細血管密度とミトコンドリア量・酸化系酵素活性が増加し、酸素の取り込み・利用能力(末梢の適応)が高まる。また1回拍出量の増大により安静時心拍数は低下(徐脈)する。

正解：a. 血中乳酸が安静値から急激に増加し始める運動強度

乳酸性作業閾値(LT)は、運動強度の漸増に伴い血中乳酸濃度が安静値から急増し始める点を指し、有酸素的な持久力の指標となる。トレーニングによりLTがより高い強度側へ移動すると、より高い強度でも乳酸が蓄積しにくくなる。

正解：b. ミオグロビン含量が多く疲労耐性が高い

遅筋線維(タイプI)はミオグロビン・ミトコンドリア・毛細血管が豊富で、酸化系の能力が高く疲労耐性に優れる。一方で収縮速度や最大張力は速筋線維より低い。速筋線維(タイプII)は収縮が速く大きな力を出せるが疲労しやすい。

正解：b. 運動強度が低いときは小さい運動単位から先に動員される

サイズの原理では、運動強度(必要な張力)が低いときは閾値の低い小型の運動単位(主に遅筋)から動員され、強度が高まるにつれて大型の運動単位(主に速筋)が追加動員される。これにより低強度では疲労しにくく効率的な力発揮が可能となる。

正解：b. EPOC(運動後過剰酸素消費)

運動後に酸素摂取量が安静レベルへ戻るまで高い状態が続く現象をEPOC(運動後過剰酸素消費)という。PCrの再合成、乳酸の処理、体温・ホルモン・換気の上昇などの回復過程に酸素が使われるためで、運動強度が高いほど大きくなる。

正解：a. クロスオーバーポイント

クロスオーバーポイントとは、運動強度の上昇に伴い主要なエネルギー基質が脂質から糖質(炭水化物)へと相対的に切り替わる強度を指す。低強度では脂質利用の割合が高く、強度が上がるほど糖質依存が高まる。

正解：c. 伸張性(エキセントリック)収縮

伸張性(エキセントリック)収縮は、筋が張力を発揮しながら引き伸ばされる収縮で、等尺性最大を上回る大きな張力を発揮できる。一方でこの収縮様式は筋線維の微細損傷を起こしやすく、遅発性筋肉痛(DOMS)の主因となる。

正解：c. 伸張性収縮の後に多くみられ、運動24〜72時間後に痛みがピークとなる

DOMSは伸張性(エキセントリック)収縮を多く含む運動後に生じやすく、筋線維や結合組織の微細損傷と炎症反応が関与する。痛みは運動直後ではなく24〜72時間後にピークを迎える。かつて言われた「乳酸が原因」という説は否定されている。

正解：b. 有酸素的なエネルギー供給(酸素の利用)

運動で消費されたPCrの再合成は主に有酸素的(酸化的リン酸化)なATP供給に依存する。そのため酸素運搬・利用能力の高い人ほどPCr回復が速く、間欠的な高強度運動の反復パフォーマンスが維持されやすい。

正解：b. 神経系の適応(動員・発火頻度・協調性の改善)

レジスタンストレーニング開始後の数週間でみられる筋力の急増は、筋肥大よりも先に神経系の適応(運動単位の動員増加、発火頻度の上昇、筋間協調の改善など)が主因である。筋肥大による筋力向上はその後、数週間以上の継続で顕著になる。

正解：a. 増大し、組織での酸素抽出能が高まる

持久的トレーニングでは末梢の適応(ミトコンドリア・毛細血管・酸化酵素の増加)により、活動筋での酸素抽出能が高まり動静脈酸素較差が増大する。これは中心循環(心拍出量)の向上とともにVO2max増加に寄与する(Fickの原理:VO2=心拍出量×a-vO2 diff)。

正解：a. 筋が急激に伸張されると同名筋が反射的に収縮する(伸張反射)

筋紡錘は筋の長さ(伸張)とその速度を感知する受容器で、筋が急激に伸ばされると伸張反射(例:膝蓋腱反射)を介して同名筋を反射的に収縮させる。一方、腱にあるゴルジ腱器官は過度の張力を感知して筋を弛緩させる(自原抑制)反射に関与する。