重りを持ち上げると、腕の筋肉で複雑な一連の動作が行われ、運動が可能になりますが、同時に筋肉に損傷が生じないようにしています。上腕三頭筋と上腕二頭筋で何が起こるか考えてみよう。
筋肉はどうやって収縮するの？
筋線維は長くて細い円柱状の細胞で、化学エネルギーを運動に変換するのに必要な機構を備えています。線維は互いに平行で、通常は縦方向に並んでいます。コラーゲンの鞘が個々の線維を取り囲んでいます。線維の束と筋肉全体はより多くの結合組織に囲まれています。血管、運動ニューロン(筋線維を刺激する神経の一種)、その他の神経が束の間に巻きついています。
各筋線維の収縮装置は筋原線維とよばれる平行した長い円柱状の繊維が配列しています。アクチンとミオシンは筋原線維に含まれる収縮性のタンパク質ポリマーで、長さも長く、平行に伸びています。ATPに由来するエネルギーを使ってアクチンとミオシン「フィラメント」はクロスブリッジを介して結合し、互いに反対方向にスライドして収縮を起こします。
ボートのオールのように、ミオシンフィラメント(ボートを漕いで)から伸びてアクチン(水)をつかみ、アクチンを引き寄せて押し出す。それからクロスブリッジ(オール)は再循環し、別のアクチン(水)を掴み収縮を続ける。これは、筋肉がどのように短縮するかを説明する 「スライディングフィラメント」 とクロスブリッジ理論です。
相互抑制
上腕二頭筋(主導筋)が収縮すると、信号が上腕三頭筋(拮抗筋)に送られてリラックスし、運動ができるようになります。
伸張［伸展］反射
三頭筋とすべての筋肉には、一次終末（らせん系終末）と呼ばれる特殊な筋線維があります。この受容体は三頭筋の伸展速度と伸展の程度に敏感です。三頭筋が伸長すると、この受容体は伸長の量と速度に比例したシグナルを送り、三頭筋に収縮を伝えます。これは、三頭筋が伸びすぎないようにするための安全機構です。
ゴルジ腱反射
それぞれの筋の腱にはゴルジ腱器官が含まれている。この受容体は、筋肉が伸びたり縮んだりしたときに生じる張力に敏感です。受容体には張力に対する閾値があり、張力が高くなりすぎると解放されます。上腕二頭筋が収縮し、閾値を超えると、信号が上腕二頭筋に送られ、上腕二頭筋がリラックスします。この機構は、重量が重すぎる場合や動きが速すぎる場合に、上腕二頭筋が損傷を受けるのを防ぎます。
三頭筋が伸びるにつれて、ストレッチ動作と伸張反射の複合作用が三頭筋の腱の緊張を高めます。閾値に達すると、受容体は三頭筋を弛緩させるメッセージを三頭筋に送ります。これにより、三頭筋をさらに伸ばすことができます。
筋肉痛
激しい運動の約24~48時間後に筋肉痛が起こる場合は、通常は偏心性収縮(遅発性筋肉痛)が関与しています。これにより、神経終末を刺激する細胞内圧が上昇し、腫脹および局所的な痛みが生じます。
関連文献
・MARSDEN, C. D., MERTON, P. A. and MORTON, H. B. (1976) Stretch reflex and servo action in a variety of human muscles. The Journal of Physiology, 259 (2), p. 531-560
・CHEUNG, K., HUME, P. A. and MAXWELL, L. (2003) Delayed onset muscle soreness. Sports Medicine, 33 (2), p. 145-164
参照ページ
MACKENZIE, B. (2001) Muscle Movement [WWW] Available from: https://www.brianmac.co.uk/musmov.htm [Accessed 8/3/2020]
