運動時の3つのエネルギー代謝、クレアチンリン酸系・解糖系・酸化系の違いのまとめ

筋トレの経験を重ねてくると、運動前のエネルギー補給の大切さが分かってきます。
特に、筋トレ前に糖質を摂取するのとしないのとでは、トレーニングのパフォーマンスが圧倒的に変わります。
イメージとして、糖分が身体のエネルギーになるのは分かりやすいですよね。

しかし、なぜ筋肉が糖質を必要とするのでしょうか?
また、同じ身体を動かす運動でも、筋トレは体脂肪が燃焼されないが有酸素運動ではよく燃える、という話を聞きますよね。
そもそも、無酸素運動と有酸素運動という分類自体、なんだか不思議な感じがしないでしょうか。

実は、こういった疑問は身体がエネルギーを生産するシステムについて理解すると、簡単に理解できるようになります。

ところが、体内のシステムの話題になると化学や生物学の分野が絡んでくるので、どうしても複雑で分かりにくくなってしまいます。
そこで今回は、体内のエネルギー生産のシステムについて、コンディショニングに役立つ次のポイントを、分かりやすく解説していきます!

この記事でわかること

  1. 筋肉が運動するためにはATPが必ず必要だが、体内に貯蔵されているATPはごくわずかしかない
  2. ATPを筋肉へ供給し続けるために、身体は3種類のエネルギー代謝システムを使い分けている
  3. クレアチンリン酸系は、ごく短時間で最大筋力を発揮する運動を行うときに活用される
  4. 解糖系は高強度の運動を数十秒間続けるときに活用され、糖質からエネルギーを生成する
  5. 酸化系は低強度の運動を長時間続けるときに活用され、酸素と体脂肪からエネルギーを作り出す
  6. 3種類の代謝系は単独ではなく同時に働いており、互いの機能をサポートし合っている
  7. 筋トレをするときは解糖系やクレアチンリン酸系がメインなので、糖質やクレアチンの摂取が有効
  8. エネルギー代謝システムの知識は、コンディショニングを行う上で大きな力となる

Contents

筋肉は常にATPというエネルギー源で動いており、身体にはATPを供給し続けるシステムが必要

私たちが運動するためには、必ず筋肉が働く必要があります。

筋肉を動かすためには、「ATP(Adenosine Triphosphate、アデノシン三リン酸)」と呼ばれる物質が必要になります。

生物はこのATPを分解することでエネルギーを生成して、筋肉を動かすのです。

体内に貯蔵されているATPはごく微量なので、常にATPを供給し続けるシステムが必要

ATPは、内臓や筋肉繊維中に存在しており、私たちが運動する際のエネルギー源となります。
実は、筋肉はATPだけをエネルギー源としているので、それ以外の物質では筋肉が動くことはできません。
しかし、体内に貯蔵されているATPには限りがあります。

体内にはごくわずかのATP(骨格筋100gあたり0.4g程度)しか備蓄されていないので、最大筋力を発揮する運動を2〜3秒もすると、体内のATPは枯渇してしまいます。
つまり、全力疾走を15mほどするとエネルギーが切れるので、身体は動けなくなってしまうのです。

ところが、実際にはそんなことはありませんよね?
私たちは全力疾走で100mくらい走ることができますし、ペースを十分に落とせば数km走り続けることもできます。
それは、筋肉にエネルギーを供給し続けるための、ATP再合成のシステムである「エネルギー代謝システム」が体内に備わっているからです。

体内には3つのエネルギー生産の方法が備わっており、運動の種類によって使い分けられている

エネルギー代謝システムは、ATPを生成するためのものですが、運動にもいくつかの種類があります。
運動によって必要なエネルギー量や必要な時間が異なるため、すべての運動に対して1つだけの代謝システムを使うと、筋肉へのエネルギー供給の効率が悪くなってしまいます。

例えば、100m走であれば10秒前後という短い時間で膨大なエネルギーが必要になります。
フルマラソンなら2〜3時間という極めて長い時間、エネルギーを供給し続ける必要があります。
そのため、私たちの身体には次の3つのエネルギー代謝システムが備わっています。

参考:エネルギー生成とスプリント

クレアチンリン酸系は、短時間で大量のエネルギーを一気に生成するためのもの

クレアチンリン酸系(ATP-CP系とも呼ばれる)の代謝システムは、短時間で大量のエネルギーを一気に生成するためのものです。
その一方で、ごく短時間でエネルギー供給が終わってしまうので、長時間の運動には使われません。

運動強度が非常に高い場合に対応するために、瞬間的にエネルギーを作り出せるようになっている

ATPを分解してエネルギーを作り出すときに、「ADP(adenosine diphosphate、アデノシン二リン酸)」という物質も同時に生成されます。
これは、ATPからひとつのリン酸が離脱したもので、クレアチンリン酸系の代謝システムでは、このADPとクレアチンリン酸が使用されます。

この、クレアチンリン酸系の代謝システムが使用されるのは、瞬発力を必要とする運動を行うときです。
100m走のような短距離競技や、パワーリフティングで重いバーベルを一気に持ち上げるときなどです。

こういった超高強度の運動では、瞬時に多くのエネルギーが必要になるため、筋肉中に蓄積されているATPはわずか数秒で枯渇してしまいます。

クレアチンリン酸は超高強度の運動に対応するため、ATPを極めて短時間で生成できるという性質があります。
したがって、運動の途中で身体が動かなくなってしまうということはありませんが、それでもクレアチンリン酸系ではごく短時間しかエネルギーを供給できません。

クレアチンリン酸系の働きによって、最大筋力を発揮する運動を8〜10秒間続けられるようになる

もし、体内にクレアチンリン酸系の代謝システムがないと、最大強度を発揮する運動は2〜3秒程度しかできません。
クレアチンリン酸の働きによって、この時間が8〜10秒まで引き延ばされます。
あまり違いがないような気がするかもしれませんが、それは体内のクレアチンリン酸にも限りがあるからです。

クレアチンリン酸もATPと同様に骨格筋等に備蓄されていますが、その量はATPの2〜4倍程度に過ぎません。
そのため、いくらクレアチンリン酸系でエネルギーを生産できるからといって、最大筋力を発揮できる運動は8〜10秒間が限界なのです。
その代わりに、この代謝系では瞬間的にパワーを生み出すことが可能です。

ところで、クレアチンリン酸と聞くと「クレアチン」というサプリメントを思い浮かべるのではないでしょうか。
クレアチンにはADPに作用して、再びATPを生成するという働きがあるため、クレアチンリン酸系の代謝システムを使用できる時間を少しだけ延ばせます。

つまり、クレアチンには筋持久力が向上するという効果があるのです。

解糖系の代謝システムは、高強度の運動を数十秒ほど続けるためにATPを生成する

解糖系の代謝システムは、クレアチンリン酸系の次に素早くATPを生成して、高強度の運動を数十秒ほど続けるためのエネルギーを供給します。
この代謝システムでは、運動強度と時間を両立できるという特性から、筋トレと非常に関係性の深いものです。
筋トレをしているときは、主にこの解糖系でエネルギーが供給されているのです。

解糖系では筋肉中のグリコーゲンを利用して、筋肉へエネルギーを供給する

解糖系の代謝システムは、200m〜1,500mの陸上競技や球技全般、また筋力トレーニング等で頻繁に活用されます。
こういった運動では、それなりに強度の高い運動をしばらく続ける必要があるため、ATPの供給速度と持続時間が両立されている必要があります。

解糖系では、筋肉中のグリコーゲン(糖質の一種)を利用してATPを生成します。

筋トレ講座では「トレーニング前には必ず糖質を摂取せよ」という記述がありますが、これは筋トレで解糖系の代謝システムが活用されるため、体内に十分な糖質が蓄積されている必要があるからです。

このエネルギー代謝には、グリコーゲンが分解される過程で乳酸が生成されるという特性があります。
一般的に、乳酸は疲労物質なので存在しない方が良いような悪者として扱われていますが、実は乳酸はATP再合成のエネルギー源として活用されることが明らかになっています。

乳酸は単なる疲労物質ではなく、ATP生成のためのエネルギー源となる大切なもの

筋肉中の細胞には、グルコース(糖質)がグリコーゲンという集合体として貯蔵されています。
解糖系では、その名のとおりグリコーゲンを再びグルコースに解糖(分解)して、それが「ピルビン酸」という物質に変換される際にATPが生成されます。
実は、代謝の過程で生じる乳酸の元となる物質が、ピルビン酸なのです。

ピルビン酸は、エネルギーが早急に必要とされる場合(筋トレのような高強度の運動時)や、体内に酸素が十分に供給されていない状況では、乳酸に変換されて細胞や血液に拡散します。
エネルギー供給を急がない場合(ジョギングのような低強度の運動時)では、筋細胞中のミトコンドリアへ運ばれて、後ほど解説する酸化系の代謝が行われます。

以前の常識では、乳酸は疲労物質とされていましたが、最近はこのようなエネルギー源となる大切な物質だということが明らかになりました。
つまり、乳酸は筋肉の疲労と単純に結びついているわけではないので、乳酸の発生を抑えてしまうと、むしろ運動のパフォーマンスを低下させてしまうかもしれないのです。

酸化系の代謝システムは、運動を長時間続けるために必要なATPを供給するためのもの

最後に解説する酸化系は、最もATPを生成する速度が遅い代謝システムです。
エネルギーの供給に時間が掛かる分、長時間に渡って筋肉へATPを送り続けることができます。
持久性の競技では、酸化系の威力が存分に発揮されます。

酸化系の代謝システムでは、酸素と体脂肪を利用してATPを生成する

酸化系は長時間に渡って筋肉へエネルギーを供給し続けることができるので、5,000m走やマラソンのような持久性の競技で活用されます。
この代謝系では酸素を使用するので、こういった運動はよく有酸素運動と呼ばれています。
酸化系ではATP生成の速度が遅いかわりに、長時間でも生成し続けることが可能なので、強度が低い長時間の運動で活躍します。

また、酸化系の代謝システムでは、酸素だけではなく脂肪も同時に利用されるため、持久性の運動をすると体脂肪を燃焼させることができます。
ジョギングやサイクリングなどが、有酸素運動としてダイエットのために行われているのは、こういった酸化系の特性によるものです。

さらに、酸化系には高強度の運動から身体を回復させるために、クレアチンリン酸を再生成するという特殊な役割もあります。
クレアチンリン酸系を活用する超高強度の運動を行った後は、筋肉中に貯蔵されていたクレアチンリン酸が枯渇してしまいます。
それを復活させるために、酸化系の代謝システムも使用されているのです。

酸化系では筋肉中のミトコンドリアで、エネルギーの生産が行われている

酸化系の代謝は、筋肉中に存在する「ミトコンドリア」という器官で行われます。
筋トレで直接的に脂肪が燃焼されることはありませんが、有酸素運動では体脂肪が燃焼されるので痩せることができます。
実は、これには代謝系の特性が大きく影響しているのです。

低強度の運動で活動する遅筋繊維にはミトコンドリアが多く、ミトコンドリアは脂肪をエネルギー源としています。
その一方で、高強度の運動で活躍する速筋繊維には、ミトコンドリアがほとんどないため解糖系の代謝が活発で、乳酸が産出しやすくなります。
つまり、有酸素運動を行うとミトコンドリアが活性化するため、体脂肪がどんどん消費されていくのです。

実は、この酸化系の代謝システムは、前述した解糖系と密接に関わっています。
解糖系の代謝で生成されたピルビン酸は、筋肉のミトコンドリア内に入って、「クエン酸回路(TCA回路とも呼ばれる)」で酸素と反応してATPを生産します。
つまり、酸化系は唯一酸素を必要とする代謝システムなのです。

3つのエネルギー代謝は同時に起こるので、1つだけ使われるということはない

ここまでを整理すると

  • 運動強度が非常に高い場合はクレアチンリン酸系
  • 高強度の運動を数十秒間続ける場合は解糖系
  • 長時間にわたって運動を続ける場合は酸化系の代謝システム

が使用されます。

しかし、実際にところは全てのエネルギー代謝が同時に起こっているのです。

エネルギーの代謝システムは同時に起こっており、運動強度によってその割合が異なる

先ほども少し触れたように、100m走やパワーリフティングのような、超高強度の運動をごく短時間行う場合はクレアチンリン酸系が使用されますが、代謝の過程でクレアチンリン酸はすぐに枯渇してしまいます。
しかし、こういった運動は1回しか行えないということはなく、インターバルをはさむとまた身体が動けるようになります。

これは、クレアチンリン酸系を使用しているときも、同時に酸化系の代謝が行われ、枯渇したクレアチンリン酸を再合成しているからなのです。
クレアチンのサプリメントを使用すると、酸化系と共にクレアチンリン酸系の代謝をサポートできるため、筋持久力が向上して高強度の運動を行える時間が延びます。

100m走を行っているときも、解糖系や酸化系の代謝も行われているため、運動前の糖質摂取は欠かせませんし、体脂肪も少しは燃焼されます。
また、ジョギングやサイクリングのような持久性の運動を行っているときも、解糖系の代謝システムが同時に働いており、ピルビン酸がミトコンドリアで活用されます。
このように、代謝系は3種類同時に働いており、運動強度によってその割合が異なるのです。

有酸素運動と無酸素運動という名称の由来は、代謝システムの特性に由来している

運動の種類について述べるときに、よく「有酸素運動」と「無酸素運動」という名称が使用されます。
こういった呼び方について、疑問を感じた方もいらっしゃるのではないでしょうか。

なぜなら、無酸素運動のときも私たちは酸素をしっかり使用しており、筋トレでは呼吸法がとても大切だからです。
実は、有酸素運動と無酸素運動というのは、エネルギー代謝システムの特性に由来しているので、呼吸については関係がないのです。

運動時間が非常に長いサイクリングや長距離走は、ATP生産時に酸素を必要とする酸化系を使用するので、有酸素運動と呼ばれます。
運動強度の高い短距離走や筋力トレーニングは、ATPの生成に酸素を必要としないクレアチンリン酸系や解糖系を使用するので、無酸素運動と呼ばれるのです。

エネルギー代謝システムの知識は、コンディショニングを行う上で大きな力となる

筋肉のエネルギー源であるATPを生産するための、3つの代謝系について見てきましたが、こうした知識はどういうときに活かせばいいのでしょうか?
実は、エネルギー代謝システムの知識は、スポーツや筋トレのコンディションを管理するときの強い味方になるのです。

持久性の競技ではカーボローディングを行うことで、パフォーマンスを向上させることができる

持久性の競技では、「カーボローディング」と呼ばれる糖質貯蔵テクニックを競技の1週間ほど前から始めると、パフォーマンスを向上させることができます。
しかし、ここまで記事を読まれた方は、どうも腑に落ちないような感じがするかもしれません。

持久性の競技では酸化系が使用されるため、糖質はあまり関係ないような気がします。
先ほども少し触れましたが、実は酸化系がATPを製造する前には、まず解糖系でピルビン酸が生成される必要があります。
その後、運動の強度が低い場合はピルビン酸がミトコンドリアへ向かって酸化系の代謝を行い、高強度の場合は乳酸へ変換されて解糖系の代謝が活性化されます。

つまり、酸化系と解糖系は表裏一体の存在であり、体内に十分な糖質が貯蔵されていないと、持久性の運動に必要なエネルギーを酸化系で満足に生産しづらくなります。
こういった理由から、持久性競技の試合前には、カーボローディングを行うことが推奨されているのです。

筋トレでは解糖系とクレアチンリン酸系が協力して働くので、糖質とクレアチンの摂取が有効

筋トレは高強度の運動を行うので、クレアチンリン酸系が優先されるような気がしますが、筋肥大に最適な70%1RM〜80%1RM(最大強度の70〜80%)の負荷なら、強度と運動時間の兼ね合いで解糖系がメインになります。
とはいえ、先ほども解説したように全ての代謝系が同時に働くので、クレアチンリン酸系も稼働しています。

これが、「糖質やクレアチンの摂取が筋トレのパフォーマンスを高める」と言われている最大の理由です。
糖質(グルコース)を摂取すると、肝臓や骨格筋にグリコーゲンという形で貯蔵され、運動時に再びグルコースに分解されてエネルギー源になります。
体内の糖質量が十分でないと、パフォーマンスが大幅に低下してしまいます。

また、クレアチンのサプリメントを摂取すると、クレアチンリン酸系に欠かせないクレアチンリン酸の生成をサポートできるため、エネルギーを生成する時間を少し延ばすことができます。
クレアチンを摂取するとレップ数が増えるのは、筋持久力が向上するからなのです。

筋トレのインターバルが欠かせないのは、酸化系でクレアチンリン酸を復活させるという目的もあるため

筋トレをするときは、誰でもセットや種目の間には休憩時間を挟みます。
これは、単に体力を回復させるためでもありますが、体内の代謝システムの環境を整えるという意味もあります。
筋トレではクレアチンリン酸系も活用されますが、当然のことながら1セット行うと筋肉中のクレアチンリン酸はほとんど無くなります。

実は、筋トレのインターバルで呼吸を繰り返すと酸化系の代謝も活性化され、減少したクレアチンリン酸を復活させることができるのです。
したがって、高強度のコンパウンド種目を行った後は、少なくとも1分間、理想は2〜3分のインターバルを挟まないと、次のセット以降でパフォーマンスを発揮するのが難しくなります。

このように、体内の代謝システムは全て密接に関連しており、エネルギー生成だけではなく他の代謝系のサポートをする働きもあります。

エネルギー代謝システムは奥が深い分野で、詳しく理解しようとすると化学や生物学の専門的な知識が必要になり、非常に複雑になってしまいます。
したがって、筋トレ愛好家の方々は、まずは当記事で解説した基本的な内容を理解しておくと良いでしょう。

3つのエネルギー代謝システムを理解して、スポーツや筋トレのコンディショニングに活かそう!

今回は、体内のエネルギー生産のシステムについて、コンディショニングに役立つ次のポイントを解説してきました。

今回のまとめ

  1. 筋肉が運動するためにはATPが必ず必要だが、体内に貯蔵されているATPはごくわずかしかない
  2. ATPを筋肉へ供給し続けるために、身体は3種類のエネルギー代謝システムを使い分けている
  3. クレアチンリン酸系は、ごく短時間で最大筋力を発揮する運動を行うときに活用される
  4. 解糖系は高強度の運動を数十秒間続けるときに活用され、糖質からエネルギーを生成する
  5. 酸化系は低強度の運動を長時間続けるときに活用され、酸素と体脂肪からエネルギーを作り出す
  6. 3種類の代謝系は単独ではなく同時に働いており、互いの機能をサポートし合っている
  7. 筋トレをするときは解糖系やクレアチンリン酸系がメインなので、糖質やクレアチンの摂取が有効
  8. エネルギー代謝システムの知識は、コンディショニングを行う上で大きな力となる

私たちが運動するときは、運動の強度や時間に応じて、3つの代謝システムが使い分けられています。
それぞれに特性があり、ATPの合成に必要な物質が異なるので、エネルギー代謝システムについて理解しておくと、コンディショニングに関する様々な疑問が紐解けるようになります。

例えば、筋トレを行うときは事前に糖質やクレアチンを摂取しておくと、トレーニングのパフォーマンスが高まります。
持久性競技の試合に臨む前には、カーボローディングを行うのが非常に効果的です。
3つのエネルギー代謝システムを理解して、スポーツや筋トレのコンディショニングに活かしていきましょう!

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