エキセントリックトレーニングについての科学論文抜粋

以下は科学論文・和訳に秀でている方に小社がエキセントリックトレーニングについて科学雑誌から抜粋・和訳をお願いした成果物です。
大変申し訳ございませんが、私は英語を理解できませんので下記和訳が適切かどうかわかりません。

もくじ

Eccentric Exercie: A Comprehensive Review of a Distinctive Training Method
(和訳) エキセントリック・エクササイズ-特徴的なトレーニング方法の総評-

著者 Aaron Bubbico, Len Kravitz

エキセントリック・エクササイズの紹介と歴史
エキセントリックな筋肉の動きは、多くの動作において、関節構造を損傷から守るために、同調（短縮）動作の制動力または反対力として定期的に起こる。エキセントリックな動作では、筋肉が緊張した状態で、反対の力（重りなど）が筋肉の発生する力よりも大きいため、筋肉が伸長する。運動生理学における古典的な筋負荷研究のほとんどは、等尺性（同じ長さ）および等張性（短くなる）収縮に焦点を当ててきた。それにもかかわらず、エキセントリックな筋動作に関する最初の研究観察の一つは、1882年にFickが行ったもので、彼は伸張状態の筋収縮が短縮状態の筋収縮よりも大きな力を生み出すことを発見した(Lindstedt, LaStayo, and Reich, 2001)。その約50年後には、ノーベル賞受賞者となったA.V.ヒルが、エキセントリックした筋活動の方がコンセントリックの筋活動よりも体のエネルギー需要が少ないことを明らかにした（Lindstedt, LaStayo, and Reich）。Lindstedt、LaStayo、Reichによると、1953年にAsmussenがエキセントリック運動を「excentric」と紹介した。「ex」は離れた場所を意味し、「centric」は中心を意味するため、中心から離れていくという意味が込められている。さらに、Lindstedtらは、エキセントリックした筋肉の動作のように、体重が筋肉の発達した力を上回る場合、筋肉はこの負荷のかかった動作でエネルギーを吸収していることから、「負の仕事」と呼ばれると説明している。エキセントリック運動の分野の研究は、スポーツやリハビリテーションの多くの分野で拡大し続けている。この総説では、エキセントリック運動の生理的メカニズム、エキセントリック運動のDOMSへの影響、repeated bout effect、片側エキセントリック運動と不動肢への影響、老齢者と若年者のエキセントリックトレーニングに対する反応の違い、亜最大対最大エキセントリック運動と筋損傷への影響、エキセントリック運動と1-RM筋力、エキセントリック運動とリハビリテーション、エキセントリック運動のエネルギーコストなどについて検討する。

コンセントリック作用とエキセントリック作用の生理的メカニズムとは？
筋肉は張力を発生させる組織であり，サルコメアと呼ばれる小さな収縮単位から構成されている（図1参照）。サルコメアには、太いミオシンと細いアクチンのミオフィラメント（筋フィラメントまたはタンパク質）が含まれており、これらが重なり合うことでクロスブリッジ結合（付着）が形成される。筋収縮のクロスブリッジ（またはスライディングフィラメント）理論では、筋の短縮は、ミオシンのクロスブリッジが周期的にアクチンに付着し、アクチンをミオシンの上に引き寄せることで力が発生し、短縮するとしている（Herzog et al.） Herzogらは、クロスブリッジの付着・離脱の各サイクルは、1分子のアデノシン三リン酸（ATP）の分裂によって動力を得ていると付け加えている。この短縮と収縮のサイクルは、コンセントリック運動（または収縮）と呼ばれている。平地を歩くとき、ボールを蹴るとき、重りを持つときなど、筋肉が仕事をするときに見られるのがコンセントリック状の筋活動である。
一方、エキセントリック筋収縮とは、筋肉に反対の力がかかったときに、その力の大きさよりも反対の力（持ち上げられる重さ）の方が大きい場合に、筋肉が伸びることである。Herzogら（2008）は、筋繊維の筋フィラメントを伸ばしながら収縮させると（すなわち、エキセントリック収縮を行うと）、クロスブリッジの剥離率が低下し（したがって、クロスブリッジが付着したままの割合が増加し）、エキセントリックバウトでより大きな力が発生するのではないかと提唱している。さらにHerzogらは、エキセントリック収縮時にタイチンタンパク質（図1参照）の剛性が高まることを付け加えている。タイチンは、伸長中（負荷がかかっている状態）の筋の力産生に、受動的な（つまり、張りのある）力の増強を加える。Herzogらは、十分に解明されていない他の代謝的な力増強の変化が、サルコメアのエキセントリックな筋動作中にも起こっていると推測している。エキセントリックな筋収縮の例としては、坂道を下るときの歩行や、重りや物を下ろすときに重力に抵抗することなどが挙げられる。エキセントリックな動作では、筋フィラメントがサルコメアに負担をかけ、運動誘発性遅発性筋痛（DOMS）と呼ばれる損傷を引き起こす可能性がある。

サルコメアの構造 コンセントリック作用とエキセントリック作用のメカニズム
a) コンセントリック作用では、ミオシン架橋が付着してアクチンタンパク質を互いに引き寄せ、サルコメアを短くする。
b) エキセントリック作用では、ミオシン架橋が付着し、アクチンタンパク質が互いに離れていく（体重が筋肉の力よりも大きいため）ので、サルコメアが長くなる。

エキセントリック・エクササイズによるDOMSに至るまでの一連の流れとは？
あらゆる種類の筋収縮、特にトレーニングをしていない人がDOMSを引き起こす可能性があるが、特にエキセントリックな運動をした後に顕著に現れる。DOMSは一般的に、運動後 8～10時間で明らかになり、24～48時間でピークに達する筋肉の痛みと腫れを特徴としている(Barnaave and Thompson, 1993)。しかし、DOMS の効果を説明する際には、痛みではなく「圧痛」という言葉を使う方が適切かもしれない(Proske & Allen, 2005)。
DOMS の多因子性の原因を説明する理論はいくつかある。一つの仮説は、結合組織理論で、小胞体の非収縮要素(すなわち結合組織)と筋タンパク質を取り囲む結合組織(すなわち小胞体)の破壊を強調するものです(Malachy et al., 1999)。Malachyらは、DOMSの細胞理論として広く知られているのは、エキセントリックな収縮の際にサルコメアにかかる不可逆的な負荷に着目し、その結果、サルコメアの構成要素が破壊されることだと続けている。しかし、最近になって、DOMSには、アクチンタンパク質に結合するミオシン架橋の励起結合（E-C）メカニズムが加わっているという新しい理論が発表された（Proske & Allen, 2005）。Lamb (2009) は、パワーストロークの動き（すなわち、アクチンがミオシンタンパク質の上を滑ること）を開始する（小胞体からの）カルシウムイオンの放出は、（コンセントリック運動に比べて）エキセントリック収縮で大きく「引き伸ばされる」と説明している。Lamb氏によると、このE-C結合の伸長の乱れに続いてカルシウムイオンが大量に放出されると、サルコメア内の電圧調整センサー（筋肉内の神経入力を調整する）が乱れ、これがエキセントリックな運動から発生するDOMSの一因にもなっているという（Lamb, 2009）。

筋タンパク質を取り囲む小胞体
筋タンパク質を取り囲む小胞体には、カルシウムイオンが含まれている。筋小胞体は、エキセントリックな収縮によって過度に伸ばされると、含まれているカルシウムイオンが大量に放出されることがある。カルシウムイオンは二重の正電荷を帯びているので、筋肉の電圧調整センサーを乱し、DOMSの原因となる可能性がある。
DOMSの原因については多くの説があり、まだまだ研究が必要であるが、すべての説が、運動によるDOMSが筋肉の多因子事象であることを明確に示している。エキセントリック収縮中のサルコメアの過伸展に伴い、サルコメア内から「ポッピング」と呼ばれる張力の解放が起こる(Morgan, 1990)。この現象は、ミオシンフィラメントとアクチンフィラメントの一部がほとんど、あるいは全く重ならないために起こるもので、サルコメア内の結合組織や他のタンパク質にかかる伸長張力はその能力を超えており、最終的にはエキセントリック負荷の繰り返しにより筋細胞の損傷につながる(Barnaave & Allen, 1995)。

エキセントリック・トレーニングのリピート・バウト効果とは？
DOMSとエキセントリック・エクササイズに関連して、大きな期待が寄せられている研究分野の一つに、リピート・バウト効果（RBE）がある。エキセントリック運動によるDOMSの痛みを防ぐ、あるいは軽減する（あるいはDOMSの回復を早める）唯一の方法は、エキセントリックトレーニングの1週間以上前に筋肉をエキセントリック的に刺激することである（Pettitt et al.2005）。このようにして得られたエキセントリック負荷に対するDOMS反応の低下をRBEと呼ぶ。DOMSの原因となる運動を行い、数日後（および／または最大6ヶ月後）にそのエキセントリック運動を繰り返すと、DOMSのレベルが著しく低下し、循環クレアチンキナーゼレベル（筋損傷のマーカー）が低下し、可動域の回復が促進され、筋力の回復が促進されることが、いくつかの研究で示されている（Nosaka et al.）。 2回、6回、10回の最大エキセントリック収縮を行うことで、数週間後に24回から50回の最大筋収縮を繰り返し行う際の保護効果が得られることが示されている(McHugh, 2003)。何がRBEを引き起こすのかはまだ決定的には決まっていないが、筋への神経入力、筋の再構築における結合組織、細胞の適応（サルコメアの増加）が寄与しているという説がいくつかある(McHugh, 2003; McHugh et al., 1999)。

片側エキセントリック運動による非可動肢への影響とは？
レジスタンストレーニングの研究では、対側の手足を動かすトレーニングが、反対側の動かない手足に与える影響が多く報告されている。クロストレーニング効果は、伝統的なレジスタンストレーニングにおいて、トレーニングをしていない肢への改善の移行をもたらすことが示されている(Housh et al, 1998)が、エキセントリックのみのトレーニングによる筋力の移行についてはほとんど知られていない。Houshらが行った調査では、8週間の片側エキセントリック・オンリー・トレーニングにより、トレーニングを行った肢の筋力が向上し(27%)、トレーニングを行っていない肢や反対側の肢の筋力も向上することがわかった(17%)。これらの適応は、筋肥大（筋肉の大きさの増加）によるものではなく、トレーニングした筋肉に対する神経適応によるものであることを著者らは示した。本研究の意義は、怪我や手術をして手足が動かなくなった人に期待と希望を与え、エキセントリック・トレーニングが障害のある手足の筋力増強に有効であることを示すものである。

エキセントリック・トレーニングに対する老齢者と若年者の反応に違いはあるのか？
高齢者は、若い人に見られるようなエキセントリック運動による筋損傷の影響を受けにくいと言われている。LavenderとNosaka(2006)は、高齢者(平均年齢=70歳)と若年者(平均年齢=19歳)の男性を対象に、肘関節屈筋のエキセントリック運動5回(1RMの40%)を6セット行ったときの反応を調査した。その結果、若い男性の方がDOMSを起こしやすく、エキセントリックトレーニング後のDOMSの代謝マーカー（クレアチンキナーゼ濃度の上昇など）も大きかった。著者らは、高齢者グループの可動域がわずかに減少したこと（筋肉の加齢変化による）が、若年者グループに比べてDOMSのレベルが低かったことの一部の説明になるのではないかと提案した。また、加齢に伴い、エキセントリックなトレーニングで特に負荷がかかる（DOMSにつながる）速筋繊維の消失や萎縮（サイズの減少）が起こる傾向がある（Lavender and Nosaka）。さらに、LavenderとNosakaは、高齢者は「本能的に」運動による筋損傷を避けるための神経抑制メカニズムを発達させているのではないかと仮説を立てている。女性の場合、Ploutz-Snyderら(2001)は、膝伸展筋力を評価する12週間の研究において、高齢女性(66歳)は、若年女性(23歳)と比較して、コンセントリックおよびエキセントリックのいずれの筋力トレーニングにおいてもDOMSに差がないことを明らかにした。
加齢や運動不足に伴う筋肉量や筋力の低下（サルコペニアと呼ばれる）により、エキセントリック筋力トレーニングが高齢の男性・女性の患者にも取り入れられる主要なトレーニング手法であることを知っておくことは貴重である。実際、エキセントリック運動は、男性(18～80歳)のII型(速筋)筋繊維のサイズを増加させ、女性(20～74歳)の筋力を大幅に向上させることが示されている(Hortobagyi et al., 1995)。

エントリーレベルのクライアントには何を実施するのがベストか？　エキセントリック運動は、最大値以下か最大値か？
前述したように、エキセントリックな負荷は、特に慣れていない状態や、最大または最大に近い強度では、DOMSを引き起こします。従来のレジスタンストレーニングでは、リフトの負荷は通常、最大値以下（すなわち、1-RMの何％か）です。NosakaとNewton(2002)は、亜最大と最大のエキセントリックトレーニングのDOMS効果を比較するために、トレーニングをしていない男性の片腕に亜最大のエキセントリックトレーニング(1-RMの50%で10回×3セット)を行い、4週間後に最大のエキセントリックリフト(1-RMの100%で10回×3セット)を行って、肘の屈筋の筋損傷を測定しました。その結果、トレーニングをしていない被験者がエキセントリック運動を行う際に50％の負荷を使用すると、トレーニングをしていない被験者が最大エキセントリック運動を行う場合と比較して、筋肉の損傷が有意に少なく、回復の速度が向上することが分かりました。この研究結果は、パーソナルトレーナーにとっても意味のあるものです。なぜなら、強度が高すぎるとDOMSを引き起こし、顧客の運動継続性を低下させる可能性があるからです。そこで研究者らは、初心者のクライアントの運動プログラムを作成する際には、最大値に近い、あるいは最大値のエキセントリック筋収縮の使用を避けることを推奨している。

エキセントリック運動と1-RM強度
ストレングスアスリートやパワーアスリートは、筋力の増減を測定する方法として、1-RMに大きく注目します。1-RMが高ければ高いほど、運動者やアスリートは相対的な最大下トレーニング量を増やすことができ、最大下の筋力パフォーマンスを向上させることができます。Doanら(2002)が行った研究では、リフトのエキセントリック期に超絶負荷(すなわち、1-RMの105%)をかけることで、1-RMを急性的に高めることができることを発見しました。このエキセントリック負荷の急性的な増加（1-RMよりも5％大きい）は、すべての被験者の1-RMコンセントリックパフォーマンスを5～15ポンド向上させました。エキセントリック・ローディングによって筋力が向上する理由としては、筋への神経刺激の増強、筋の貯蔵弾性エネルギーの増加、筋肥大の増加などが挙げられます。エキセントリックな運動によって筋内に神経刺激が加わると、筋紡錘が大きく伸張します。筋紡錘は、筋肉の中で収縮タンパク質（アクチンとミオシン）と平行に存在する伸張受容体です。筋紡錘は、収縮タンパク質（アクチンとミオシン）と平行に存在する筋の伸張受容体で、伸張と伸張速度に反応します。この筋紡錘の伸張が増大すると、筋肉への発火運動神経（筋肉に走行する神経）が活性化され、筋線維のコンセントリック収縮力が増大する可能性がある（Deitz, Schmidtbleicher and Noth, 1979）。Doan氏らは、アスリートやクライアントがトレーニングの停滞期を打破するために完成させるツールとして、超軸エキセントリックトレーニングが優れていると提案しています。クライアントがエキセントリックトレーニングでより重い重量を持ち上げられることに気づくと、Doan氏らは「脳を騙して、より重いコンセントリック収縮に向けて神経学的に準備させている」と提案しています。また、超過激なエキセントリックトレーニングを行うと同調性1RMのパフォーマンスが向上するという理論には、筋肉が輪ゴムのように反応するという概念があります。Doan氏らは、動的なエキセントリック力が大きくなることで、筋線維や腱への弾性エネルギーの貯蔵量が増加し、その結果、コンセントリック動作でより大きな力を生み出す能力が得られるのではないかと説明しています。興味深いことに、Hortobagyiら(1996)は、等速性コンセントリックトレーニングと等速性エキセントリックトレーニングの12週間の研究において、被験者はコンセントリックトレーニングのレジメンでより多くの疲労を経験したと述べている。著者らは、これらの知見から、レクリエーションの場でエキセントリック・トレーニングを取り入れることの重要性が唱えられていると結論づけている。

エキセントリック運動とリハビリテーション
前十字靭帯再建術（ACL-R）のリハビリテーションは、依然として困難な研究分野である。ACL-Rのリハビリテーションの安全で効果的な方法は常に研究されています。効果的な回復のためには、術後早期に注意深く段階的に筋肉に負荷をかけることが不可欠です。Gerber氏ら（2009年）は、術後3週間から12週間のエキセントリック・トレーニング・プログラム（機能的リハビリテーション・エクササイズも併用）を行った患者は、体重負荷運動、レジスタンス・エクササイズ、機能的トレーニングなどの標準的なリハビリテーション・プロトコルに比べて、大腿四頭筋と大殿筋の筋量と全体的な機能が大きく改善したことを明らかにした。1年後の追跡調査では、大腿四頭筋と大殿筋の体積は、エキセントリック運動群の方が50％以上改善していた。さらに、全体的な機能の改善は、標準的なリハビリテーションの対照群に比べて、エキセントリック群で有意に大きかった。本研究の結果は、ACL-Rリハビリテーションプログラムの初期段階でエキセントリック運動を行うことの重要性を示している。
リハビリテーションの現場で扱われるもう一つの一般的な傷害（特にアスリート）は、膝蓋腱症（ジャンパー膝）です。ジャンパー膝は、バレーボール、バスケットボール、サッカーなどのハイレベルな選手に多く見られる(Lian et al., 2005)。

Bahrら（2006年）は、主に男性のアスリートと非アスリートを組み合わせたグループにおいて、ジャンパー膝に対して、12週間のエキセントリックなリハビリテーション介入を行い、外科的介入とエキセントリックな運動リハビリテーションの間に測定可能な差がないことを発見しました。どちらの治療法（手術とエキセントリック筋力トレーニング）でも、膝の機能は確実に改善しました。研究者らは、ジャンパー膝の患者が外科手術を受ける前に、エキセントリック・トレーニングを低リスクかつ低コストで行うことを検討すべきであると結論づけています。フィットネス愛好家がレクリエーションスポーツに参加するために自分を追い込むことが一般的になっている中、パーソナルトレーナーは、リハビリテーション後のコンディショニングを必要とするクライアントに対して、エキセントリックトレーニングが実行可能な介入方法であることを認識することが役立つ。

エキセントリック運動と代謝の促進
エキセントリックなエクササイズを行うことで、トレーニングをしていない人でもトレーニングをした人でも、全身運動後の安静時エネルギー消費量が急性かつ有意に増加することが研究で明らかになりました(Hackney et al., 2008)。Hackneyらは、エキセントリックを強調した全身運動（すべてのエクササイズで1秒のコンセントリックと3秒のエキセントリック）を行うと、運動後の安静時エネルギー消費量が約9％上昇することを発見した。レジスタンス運動による安静時のエネルギー消費量は、DOMSに伴う回復・修復要因、全体的な筋肉の修復プロセス、タンパク質合成に伴うエネルギーコストが原因と考えられます。(Hackney et al, 2008).

エキセントリックについての考察
エキセントリックな筋運動は、この記事で説明・要約したように、コンディショニングに多くのユニークな特徴をもたらします。運動の専門家にとっての課題は、このパワーを生み出すトレーニング方法の可能性を認識し、クライアントにメリットをもたらす効果的なワークアウトを構成することである。

エキセントリックトレーニングに関する15の重要な調査結果
1) エキセントリックな運動は、アクチン・ミオシンのクロスブリッジの剥離率が低下するため、エキセントリックな運動中に大きな力を生み出します(Herzog et al., 2008)。そのため、エキセントリックな運動では、より大きな重量を扱うことができる。
2) エキセントリックな収縮は、コンセントリックな動作よりも大きな力を生み出すにもかかわらず、より少ないエネルギーしか使用しません。これは、コンセントリック運動では1分子のATPが各アクチン・ミオシンのクロスブリッジを切り離すのに使われるからです。しかし、エキセントリックな動作では、筋繊維が伸ばされることにより、いくつかのクロスブリッジが強制的に切り離されるため、ATPの使用量が少なくなるの(McHugh et al., 1999)。
3) クライアントの中には、筋肉痛とは対照的に、DOMS により筋肉の「圧痛」を感じる人もいる (Proske & Allen, 2005)。
4) DOMS を著しく減少させるためにクライアントにエキセントリック運動を利用する唯一の科学的な方法は、repeated bout 効果です。エキセントリック・エクササイズを完了し、1週間（またはそれ以上）後にそのワークアウトを繰り返すと、2回目のワークアウト後のDOMSがはるかに少なくなる(Pettitt et al., 2005)。
5) 怪我をしたクライアントにとって、「健康な」四肢のエキセントリックなエクササイズは、（怪我をしたり最近手術をした）固定された四肢のクロストレーニングのための実行可能なオプションである(Housh, 1998)。
6)高齢のクライアントは、いくつかの抑制メカニズムや生理学的メカニズムにより、若いクライアントに見られるようなエキセントリックエクササイズによる筋損傷の影響を受けにくい(Lavender and Nosaka, 2006)。したがって、エキセントリックトレーニングは、高齢のクライアントに利用するのに有効な戦略である。
7) 「エントリーレベル」のクライアントには、最大値に近い、または最大値のエキセントリック筋収縮を行わないようにします(Nosaka and Newton, 2002)。最大値以下の負荷はDOMSが非常に少ないことがわかっており、クライアントの運動コンプライアンスを向上させることができる。
8) レジスタンスエクササイズのプログラムには、エキセントリックなエクササイズの期間を含めるべきである。これは、クライアントが以前に怪我をした場合に、怪我や再受傷から保護するためである(Proske and Allen, 2005)。
9) 筋力とサイズを最適に発達させるために、プログラムにはコンセントリックトレーニングとエキセントリックトレーニングを含めるべきである(Proske and Allen, 2005)。
10)レジスタンストレーニングプログラムに超マックスエキセントリックローディング(すなわち、1-RMの100%以上)が組み込まれていれば、サブマックストレーニング量の強化が可能である(Dogan et al., 2002)。
11) 超絶エキセントリックトレーニング(すなわち、1-RMの100%以上)は、アスリートやクライアントがトレーニングの停滞期を打破するために完成させるべき優れたツールである(Dogan et al., 2002)。
12)エキセントリックトレーニングは、下半身のケガのリハビリテーション後のケガの回復に成功した介入であることが示されている(Bahr et al., 2006)。
13) いくつかの研究では、被験者はコンセントリックトレーニングと比較してエキセントリックトレーニングの方が疲労が少ないと報告している。これらの知見は、パーソナルトレーニングの場でエキセントリックトレーニングを取り入れることの重要性を裏付けるものである(Hortobagyi et al. 1996)。
14) 全身のエキセントリック強調トレーニング(すなわち、1秒間のコンセントリック収縮と3秒間のエキセントリック収縮)は、ワークアウト後の短時間(最大2時間)の間、安静時代謝率を約9%上昇させることができる(Hackney et al., 2008)。
15) エキセントリックトレーニングのエネルギーコストは非常に低く、発生する力の大きさは異常に大きい。そのため、筋肉はエキセントリックなトレーニングに反応し、筋力、サイズ、パワーに意味のある変化をもたらします(Lindstedt, LaStayo, and Reich, 2001)。

 

Aging, Functional Capacity and Eccentric Exercise Training(和訳) 加齢、機能的能力とエキセントリック運動トレーニング

著者 Mandy L. Gault, Mark E.T. Willems
要約 老化は多因子プロセスであり、最終的には生理的機能の低下を引き起こし、高齢者の健康寿命、生活の質、自立性の低下を引き起こす。運動の参加は、生理学的パラメータの維持を通じて老化の影響を軽減する方法と考えられている。エキセントリック運動は、高齢者に適したモデルである。これは、筋肉が高い筋力を低いエネルギーコストで生み出すことができるからである。しかし、筋肉が適応する前に、筋肉が損傷する危険性がある。このレビューの第1部では、加齢のプロセスと、それによる有酸素運動能力、筋力、したがって機能的可動性の低下について説明している。第2部では、エキセントリック運動とそれに伴う筋肉の損傷、および反復運動効果について説明する。最後に、機能的可動性の変化に焦点を当てて、高齢者が行ったエキセントリック運動の介入についてレビューする。結論として、エキセントリックな持久力運動は、筋力、有酸素能力、機能的能力を向上させるために、高齢者に適用できる可能性のあるトレーニング様式である。しかし、有酸素能力への影響や、エキセントリック持久力運動の理想的な処方を評価するには、さらなる研究が必要である。

寿命が延び、高齢者（65歳以上）の人口が増え続けると、慢性疾患の有病率が高まり、健康寿命が短くなっていきます。高齢者の割合が拡大していることから、加齢プロセスが個人の機能的能力（「過度の疲労を伴わずに安全かつ自立して通常の日常生活を営むことができる生理的能力を有する個人の能力」）にどのような影響を与えるか [1] 、また、定期的な運動が機能的能力の低下の予防策として有用かどうかを理解することが重要です。日常生活動作（ADL）を行う能力は、健康関連のQOLを満足させるために不可欠です。機能低下の病因は複雑ですが、その主な要因として、サルコペニア（加齢に伴う筋肉量と質の低下 [2]）と心血管系の効率低下 [3]が挙げられます。そのため、筋肉系と心血管系の両方の衰えを抑えることで機能低下に対処し、高齢者の生活の質を向上させるような介入方法を開発することが重要である。
エキセントリック・エクササイズ・トレーニングは、高齢者にとって魅力的な非従来型の運動モデルです。酸素要求量が少なく、代謝要求量が低いため、このような活動は加齢に伴う機能的能力の低下に対応できる可能性があります[4-6]。エキセントリックな筋収縮（伸長性収縮と呼ばれるもので筋肉が長くなる）は、階段を降りたり、立っている状態から座っている状態に移行するなどのADLで日常的に起こる[6]。骨格筋の損傷を誘発するために、主に反復的な最大または準最大のエキセントリック筋収縮を利用したトレーニングプログラムは、高齢者の筋力と運動能力を向上させるための効果的なコンディショニング方法と考えられ、より一般的な運動形態になりつつあります[7-9]。しかし、これはすべての人が共通して考えることではありません[10, 11]。高齢者は、運動によって誘発される筋損傷の影響を受けやすく、損傷からの回復が損なわれたり遅れたりするという証拠がいくつかあり[10]、このような運動モデルには潜在的な問題がある[6]。
本レビューの目的は、高齢者の加齢とその機能的能力への影響に関するエビデンスを検証し、エキセントリック運動が高齢者の機能的能力を向上させるためのリハビリテーションツールとして適切な活動形態であるかどうかを検討することである。

老化のメカニズム
老化とは、あるものが存在していた時間のことであり、生体内で起こるプロセスまたはプロセス群の結果であり、時間の経過とともに適応性の低下、機能障害、そして最終的には死に至ると考えられている。初期の研究では、老化は単一の遺伝子や重要な身体システムの結果であると考えられていた。しかし、最近では、加齢の自然なプロセスだけでなく、加齢に伴う冠状動脈性心臓病、糖尿病、がんなどの疾病リスクの増加をも含む、複雑な多因子プロセスであると考えられている[12]。WeinertとTimiras[13]は、加齢がどのようにして、またなぜ起こるのかを説明しようと、約15の加齢理論を提示した。理論は、進化論、分子論、細胞論、システム論の4つのカテゴリーに分類された。これらの理論は個々に明示されたものではなく、様々なレベルの組織で重複している可能性がある[14]。例えば、加齢に伴う分子イベントの変化が細胞の変化につながり、それらが順に、生殖や生存に関わる進化的な意味合いを持つ器官や全身の障害に寄与すると考えられている[13]。サルコペニアは、このような加齢のメカニズムがもたらす主要な結果の一つであり、筋肉量と筋力の低下を引き起こし[15]、さらには、有酸素運動能力を低下させる心血管機能障害も引き起こす[16]。このような結果は、老人性虚弱症候群の原因となり、高齢者の機能、生活の質、および寿命を著しく制限することになる[16]。

加齢による有酸素運動能力の低下
最大酸素摂取量（V̇O2max）は、有酸素能力、すなわち、心肺系の機能的能力の指標です[17]。この測定値は、代謝に不可欠な物質を運搬し、働く筋肉にエネルギーを供給する個人の能力を示しています[17]。加齢に伴うV̇O2maxの低下は、肺活量（呼吸機能）、心拍出量（Q̇）、血液からの酸素抽出量（動脈静脈酸素差）（心血管機能）の変化と関連しており、座っていることが多い高齢者では、V̇O2maxが10年ごとに最大20％低下すると推定されている[3, 18]。
V̇O2maxの低下の原因となる呼吸機能の加齢による変化には、胸壁と肺実質のコンプライアンスの増加があります[19]。これらの構造的変化は、終末期空隙の拡大、残量の増加、潮容積の減少、動脈酸素化の低下を引き起こす。呼吸機能の変化については議論されていますが、加齢に伴う有酸素運動能力の低下に関してより頻繁に議論されているのは、心血管系の変化です[20-22]。心拍出量（Q̇）は、心血管システムが運動している筋肉に酸素と栄養を供給するための中心的なメカニズムです。末梢に送り込まれる血液量が多いほど、酸素の輸送と取り込みの可能性が高くなります[23, 24]。Fagardら[25]は、安静時のQ̇は10年あたり0.23L-min-1減少すると推定しています。Q̇の低下は、運動のピーク時にははるかに大きく、最大1.7L-min-1まで低下すると推定されています[24, 25]。加齢による体表面積の違いや筋肉量の減少を考慮してQ̇を正規化しても、V̇O2maxに対する加齢の影響は解消されません[24, 26]。しかし、ある研究では、運動時の拡張末期のピークボリュームとストロークボリュームが加齢に伴って増加することから、ピーク心拍出量は加齢に伴って減少しないことが示唆されています[27]。最大運動時のQ̇の加齢による減少には、ストローク量よりも最大心拍数の方が関係することが示されている[24, 28]。ストロークボリュームは加齢によって変わらないが、最大運動時にストロークボリュームが増加するメカニズムは若年者と高齢者では異なる[24]。若年成人では、拡張末期容積指数が10％減少し、駆出率が増加することでストローク量が増加しました[24]。一方、高齢者は、拡張末期容積指数の増加により、主に心臓の拡張によってストローク量を増加させ、駆出率の増加は若年成人に比べて3分の1にとどまった[24]。加齢に伴う心拍出量の減少に関連する要因としては、疾患、運動不足、内在する構造的・機能的変化 [29]、βアドレナリン刺激に対する反応性の低下 [21, 24]などが挙げられる。
動脈-静脈酸素差(a-v O2差)-活動中の筋肉から取り出される酸素量-は、加齢に伴うV̇O2maxの低下に寄与する末梢メカニズムです[23, 29]。若年成人と比較して、高齢者の最大a-v O2差は約10%減少します[28, 30]。加齢に伴うa-v O2差の減少は、筋肉の酸化能力の低下、毛細血管密度の低下、および骨格筋の総量に対する比率の低下による酸素抽出量の減少が原因とされています[18, 26, 31]。V̇O2maxの加齢による減少についてのレビューでは、最大心拍出量の加齢による減少はわずかであり、したがって、a-v O2差の減少などの末梢要因の方がV̇O2maxの加齢による減少をよりよく説明できることが示唆されています[21]。
加齢に伴う有酸素能力の低下に対する定期的な運動の効果については、広く研究されており、様々な期間の持久力トレーニングを行うことで、高齢者の男女のV̇O2maxが増加するという結論が出ています[32-35]。高齢者が持久力トレーニングを行うと、若年成人と同様にV̇O2maxが10〜30％増加することが実証されています[34-36]。Puggard[34]は、高齢者（65〜85歳）を対象に、持久力、筋力、柔軟性、バランスのエクササイズを組み合わせたクラスベースのエクササイズプログラムを8ヶ月間実施したところ、V̇O2maxが7％増加したことを示しました。以前の研究では、25歳から65歳までの間のV̇O2maxの加齢による低下が、持久力トレーニングを受けた男性では、座っている男性に比べて40%低いことが報告されています[18]。a-v O2差の増大は、高齢者の運動介入後にV̇O2maxが改善される最も一般的なメカニズムであり[35, 37]、筋肉量、ミトコンドリア量、毛細血管密度の増加により、筋肉が血液から酸素を抽出する能力が向上していることを示しています[35]。

骨格筋力の加齢による低下
人間の加齢に伴い、神経筋の機能や筋肉量が著しく低下することはよく知られています[38-40]。加齢に伴う筋量の減少と筋線維の萎縮、特にII型筋線維の萎縮は「サルコペニア」と呼ばれている[38]。Doherty [41]はサルコペニアを、中枢および末梢神経系の支配の変化、ホルモン状態の変化、炎症の影響、カロリーやタンパク質の摂取量の変化などの影響を包括したものと考えている。
加齢に伴う筋肉量の減少は、25歳から80歳までの間に40%にもなり、全体的な筋力の低下につながる[41]。超音波スキャンを用いて、年齢と大腿四頭筋断面積との関係を評価したところ、高齢女性は若年層の対照群に比べて筋肉量が33%低下していた[42]。さらに、高齢男性は、特に下半身の筋肉の厚さが若年層に比べて低かったが、上半身では加齢に伴い比較的良好に維持されていた[43]。筋肉の厚さに超音波を使用することの限界は、筋肉と筋肉内の脂肪を含む非筋肉組織とを区別できないことです[43]。また、高齢者では筋肉内脂肪が多いため [44] 、超音波を使用すると、筋肉内脂肪が測定に含まれてしまうため、筋肉組織の量を過大評価することになる [43] 。筋断面積の減少は、筋線維のサイズの低下を示しており、この原因となるメカニズムは、活動レベルの低下、および筋タンパク質の合成速度と分解速度の不均衡と密接に関連しており、これが全体的な筋量の減少につながる [45, 46]。これは、成長ホルモンやテストステロンの利用可能性が低くなり、加齢による筋肉サイズの増加が制限されることが原因と考えられます[38]。
加齢に伴う筋力の低下は、主に筋肉量の減少とII型筋線維の減少によるものであるが [47] 、筋力の低下は筋肉量の減少よりも大きいことが多い [43] 。その他の要因としては、ミオシン濃度の低下による興奮-収縮結合の低下[48]や、小胞体のカルシウム感受性および取り込みの低下[49]など、神経筋の機能障害の結果が挙げられる。筋線維の減少は、α運動ニューロンの減少にも起因している[41, 50]。筋線維が使われなくなると、運動単位が使われなくなり、脱神経が起こる[38, 45, 51]。筋収縮時の筋電図（EMG）記録の減少により，加齢した筋肉に存在する運動単位が若い筋肉に比べて最大25％減少することが実証されている[50, 52]。運動ニューロンの数が減ると、残っている運動ユニットのサイズが大きくなり、各運動ニューロンがより多くの筋線維を支配するようになり、筋力の低下に寄与する[53, 54]。
運動、特にレジスタンストレーニングは、高齢者の筋力を向上させ、サルコペニアの影響を打ち消すことが示されている[55-57]。高齢男性を対象に、80％の1反復最大値（1RM）で12週間、週3回のレジスタンストレーニングを行ったところ、大腿中央部の断面積が11％増加したことが報告されている[58]。これは、レジスタンストレーニングによって筋タンパク質の合成、筋原線維の数、アクチンおよびミオシンフィラメント、サルコプラズマおよび結合組織が増加することから、個々の線維の肥大化によるものと考えられる[46, 59]。また、レジスタンストレーニングは、与えられたタスクを実行するために採用されるモーターユニットの数を増やし、それらが同期して作用することを可能にし、力を発生させる能力を高めます[60]。ウォーキングやサイクリングなどの持久力を要する運動は、筋力の向上にはあまり用いられません。

機能的能力
生理学的システム（有酸素運動能力と筋力）に対する加齢の複合的な影響は、社会的・経済的な影響を及ぼすだけでなく、最も重要なことは、高齢者の機能的能力の低下を引き起こすことである[1]。その結果、さらに何年もを不健康な状態で過ごす可能性が高くなります。機能的能力の低下は、高齢者が生活の質の低下に直面することを意味し、立ち上がったり座ったり、道路を横断したりといった日常的な作業をこなすことがより困難になるため、友人や家族への依存度が高まります [61, 62]。これは、加齢に伴う最大筋力と最大酸素摂取量の低下により、高齢者がADLを完了するためには、最大の割合で作業をしなければならないからである[63]。
加齢に伴う機能的能力の低下は、有酸素運動能力や筋肉が最大の力を発揮する能力の低下だけでなく、感覚系の衰えにも関連しています[64]。加齢に伴い，運動反応を生成するための感覚フィードバック（視覚，前庭，体性感覚など）を提供する能力が損なわれていきます[65]。そして、モーターニューロンの減少は、神経支配率とモーターユニットのサイズを増加させます。したがって、感覚フィードバック機構の低下、およびモーターユニットサイズの増加により、機械的出力の増加とモーターユニットの力の総和を通じて、最大下の力の制御がうまくいかなくなります。これにより、筋の安定性が低下し、転倒のリスクが高まります[66, 67]。

高齢者のためのエキセントリック・エクササイズ
エキセントリックな筋収縮の特徴
筋肉の動きには、3つのタイプの収縮があります。1）筋肉が活動して短くなる（コンセントリック）、2）筋肉が活動して長くなる（エキセントリック）、3）筋肉が活動して同じ長さに維持される（アイソメトリック）[10]。コンセントリック性（CON）の筋収縮は，運動や予行演習のような体の動きを生み出し，エキセントリック性（ECC）の筋収縮は，抗重力や制動の動きを生み出す[5]。これらの3種類の収縮のうち，ECC収縮は筋肉へのダメージがかなり大きく [68] ，CONおよび等尺性筋収縮よりも大きな筋力を生み出す [69] 。このような活動はより大きな力を生み出すことができるが、ECC運動はCON運動よりも代謝要求が低いことが特徴である[4,70,71]。主にECC筋の運動は、下り坂を歩いたり走ったりして行うことができる。このような運動では、大腿四頭筋は、ペースを維持したり遅らせたりするための制動力を発揮する際に、エキセントリックに働くことができます。このような活動の代謝需要を、同じ絶対速度で平地を歩く/走るという形の主にCONの作業と比較すると、下り坂の勾配では酸素消費量が少なくなります[4, 71]。Navaltaら[71]は、高齢者が-10%の勾配の上を歩くと、0%の勾配に比べてV̇O2が3mL-kg-min-1減少すると報告しています。Gaultら[4]も同様の結果を報告しており、高齢者の自己選択によるトレッドミル歩行では、収縮期血圧の低下と動脈静脈酸素量の差に加えて、心拍出量の低下により酸素需要が25％低下するとしています。さらに、ECCサイクルエルゴメトリーの形でECC運動の効果を調べた研究もある[72, 73]。Bigland-RitchieとWoods [74]は、ECCサイクリングの酸素需要は、同じ作業量のCONサイクリングに必要な酸素需要のわずか6分の1から7分の1であると報告した。ECC筋の亜最大収縮を繰り返す運動トレーニングが高齢者にとって魅力的な非従来型の運動モデルとなるのは、この代謝需要の低さによるものである[4, 73]。
慣れないECC筋収縮は、遅発性筋痛（DOMS）の症状を伴う運動誘発性の筋損傷を引き起こす[75]。ECC収縮のプロトコルの中には、若年成人と比較して高齢者の筋線維に重度の初期および二次損傷をもたらすものがありますが [10, 76] 、これは高齢者の筋修復を促進し、主要な機能筋の最大筋力を向上させる可能性があります [77] 。直接的な方法としては、Z線の崩壊、小胞体の病変、横管系の病変など、骨格筋のサルコメアの乱れの程度を評価することである[78]。損傷の間接的な測定には、機能的なパフォーマンス、すなわち最大力産生や、クレアチンキナーゼなどの骨格筋酵素またはタンパク質の血清レベルの評価が含まれる[79-81]。しかし、筋肉のパフォーマンスの低下は、最初のエキセントリックな収縮の後にのみ起こり、エキセントリックな作業の繰り返しにより、「リピートバウト効果」として知られる将来の損傷に対する筋肉の抵抗力を高める適応が生じるからである[82, 83]。マウスモデルでは、高齢のげっ歯類の筋肉が運動誘発性の筋損傷を受けた場合、最大で2ヶ月間、機能が戻らないことがよく知られている[76, 84]。高齢者を利用したヒトモデルは限られています。しかし、運動誘発性の筋損傷とそれに伴う問題は、ECC運動によるダメージを受けた後、12時間から72時間の間にピークを迎えることが示されている[78]。自分で選択した歩行速度で下り坂のトレッドミルウォーキング（-10％）を最初に行うと、48時間後に高齢者（平均：67±4歳）の最大随意等尺性力（MVIF）が15％低下し[85]、これは若年成人が下り坂のランニングを行った場合に見られるパフォーマンスの低下と同様である[86]。ECCサイクリングを行った直後のヒトの外側広筋の生検では、サルコメアの乱れが見られ、高齢者（59～63歳）では若年者（20～30歳）に比べて乱れの割合が高かった[87]。別の研究では、9週間のレジスタンス・トレーニング・プログラムの最後の試合の後、外側広筋の生体組織を評価した[88]。その結果、高齢女性（65～75歳）では最大17％のサルコメアの乱れが見られたが、若い女性（20～30歳）ではわずか2～5％であった。Rothら[88]が行った活動は、単関節のECC筋の最大収縮であったが、Gaultら[85]とManfrediら[87]は、参加者にさまざまな関節の亜最大収縮を行わせた。これは、高齢者の損傷レベルが低く、適応能力が高いことを意味する。

筋損傷のメカニズム
ECCの筋損傷による筋力低下のメカニズムについては、広くレビューされている[78, 79, 89-91]。これらのレビューには、飛び出したサルコメア理論、興奮-収縮（E-C）カップリングの変化、細胞骨格タンパク質などが含まれる。飛び出したサルコメア理論では、サルコメアが損傷する。サルコメアの不均一性は，力長曲線の下降辺にある不安定なサルコメアにつながる [79]。筋肉が下降辺で急激に引き伸ばされると、弱いサルコメは降伏点を超えて伸長し、フィラメントの重なりはほとんどないか、まったくない状態になる [79]。このような収縮が1回だけ起こり（単収縮）、筋が弛緩すると、過伸展したほとんどのサルコメアは再び統合され、損傷を受けない。しかし、エキセントリック収縮を繰り返すと、再統合に失敗したサルコメアは、その後の収縮で張力を発揮することができず、そのため、隣接するサルコメアに余計な負荷がかかり、破裂して乱れてしまうという「ポッピング・サルコメア理論」が知られている[90]。追加のサルコメアが破裂することで混乱が拡大し、最終的に膜（サルコレムマ、T管、小胞体）の断裂につながり、最大随意等尺性力の低下を引き起こすと考えられている[90]。
ECC筋収縮後の筋力低下のもう一つの説明は、興奮-収縮（E-C）カップリングの失敗である。E-C結合とは，神経筋接合部でのアセチルコリンの放出から始まり，小胞体からのCa2+の放出で終わる一連のイベントである [91]．筋小胞体から放出されたカルシウムは，Ca2+放出チャネルに沿って遊離Ca2+のレベルを上昇させ，これがトロポニンに結合することで，アクチンとミオシン間のクロスブリッジサイクルが開始され，力が発生する[92]．ECCの収縮がサルコメアを過剰に伸張させるため、T字管とSRに損傷を与え、その結果、細胞外Ca2+が内向きに漏出し、安静時のCa2+レベルが上昇することが示唆されている[90]。また，マウスの単繊維でECCを繰り返し収縮させると，破たんした細胞内のCa2+が減少する[93]．このことは、t管からSR Ca2+放出チャネルに送られる信号が何らかの形で失敗し、SR Ca2+の放出が減少し、クロスブリッジの開始を助けるための遊離Ca2+のレベルが低下したことを示唆している[91]。
タイチン、ネブリン、デスミン、ジストロフィンは、細胞骨格タンパク質であり、サルコメリック構造を安定化させ、繊維の横方向や繊維間で力を伝達する役割を担っている[79]。LieberとFridén [94]は、エキセントリック損傷後に細胞骨格タンパク質であるデスミンが失われることを示した。このことから、ECC筋収縮後にサルコメアが過度に伸展すると、細胞内Ca2+が局所的に上昇し、カルパインなどのプロテアーゼが活性化されてデスミンが加水分解され、構造的な支持が失われてサルコメアが破壊されるのではないかと考えられている[94]。

要約すると、ECC収縮はサルコメアの伸長を引き起こすが、そのほとんどは弛緩時に正常に戻り、アクチンとミオシンが再統合することができる。ECC収縮が繰り返されると、アクチンとミオシンの再統合が妨げられ、t-チューブ、SR、細胞骨格タンパク質に損傷が生じる。損傷を受けたSRとt-tubuleは、SRのCa2+放出チャネルを開く能力を低下させ、力の発生を抑制する。

リピートバウト効果
運動誘発性の筋損傷は、同じECC運動を繰り返すと徐々に減少することが知られており、これは「リピートバウト効果」として知られている。したがって、主にECC筋収縮を伴う定期的な運動に参加している被験者は、訓練を受けていない人よりも運動誘発性筋損傷の影響を受けにくい[95]。数多くの研究がリピートバウト効果を実証しているが、1つの具体的なメカニズムについてはほとんど意見が一致していない[96, 97]。一般に、リピートバウト効果を説明するために、1）神経理論、2）機械理論、3）細胞理論の3つのカテゴリーが提案されている[98, 99]。
ECCの収縮時には、同じ筋肉のCONの収縮と比較して、より少ない運動単位の活性化で済む[100]。また、ECC収縮時には閾値の高い運動ユニットが選択的にリクルートされるため、筋損傷は少数の活性線維に大きなストレスがかかった結果となる[101]。速筋線維が選択的にリクルートされることで、ECC運動中に損傷を受けやすくなる [101, 102]。GoldenとDudley [103]は、選択的な動員による運動ユニットの動員の変化を示唆している。つまり、ECC収縮時に運動単位の活性化が少ないと、筋肉が学習する機会が得られ、反復運動時の運動単位の活性化をより効率的に行うことができるのである。また、最初のECC収縮の後、運動単位の発火率がより同期化され、繰り返しのECC収縮の際に筋原線維のストレスがさらに軽減されることが示唆されている[104]。また、運動単位の活性化あたりの力が減少することも示されており [105, 106]、神経の適応により、反復運動ではより多くの活性線維に作業負荷が分散されるというNosaka and Clarkson [107]の理論が支持されている。
結合組織理論／機械的理論は、サルコメアの伸長およびサルコメアの飛び出しと密接に関連している[98, 99]。サルコメアが破裂すると、連続した張力を維持するために受動的な構造への依存度が高くなり、ECCの反復的な収縮によってさらにサルコメアが破裂することになる。中間フィラメント（デスミンなど）は、直列および並列の両方のサルコメアの構造的完全性を維持する役割を担っている[99]。最初のECC運動で中間フィラメントが損傷すると、機械的な故障が生じ、筋力低下の原因となる [108]。最初のエキセントリックな運動は、中間フィラメントの構造再編成を開始し、ECC収縮によるさらなる損傷を防ぐと考えられている[108]。この保護効果は、筋原線維のストレスに耐える結合組織の能力が向上することに起因するとされている[98]。Lapierら[109]は、ラットの筋肉でECC収縮を繰り返した後の組織修復は、筋肉内の結合組織の増加によって特徴づけられ、その結果、筋肉の剛性が向上してさらなる損傷を防ぐことができると示唆している[110]。

最初のECC反復収縮によりサルコメアが破壊されると、細胞膜（サルコレンマ、SR、t管）が損傷してCa2+が流入し、筋線維（筋原線維またはサルコメア）内で反応が起こるという細胞理論がある[98, 99]。このリピートバウト効果には3つの基本的な提案があります：1）細胞膜の強化、2）弱い繊維やサルコメアのプールの除去、3）一連のサルコメアの追加 [98, 99]。細胞膜の強化は、破壊されたサルコレンマとSRから細胞内のCa2+が最初に流入することで促進される[(Clarkson and Tremblay, 1988). これにより、ホメオスタシスが失われ、細胞骨格タンパク質（例：デスミン、細胞の壊死）の消失が始まる。しかしながら、ECC運動の初期段階では、サルコレンマとSRが強くなり、さらなる破壊を防ぐことが示唆されている[82]。また、ECC運動の初回は、影響を受けやすい筋線維やサルコメアを特定して除去することで、影響を受けやすい筋線維やサルコメアのプールに破壊をもたらす[111][107]。最後に、最初のECC運動後の筋損傷を修復するために、筋原線維内のサルコメアが直列に追加されることが提案されている[112]。サーコメアが縦方向に追加されることで、反復運動時のサーコメアのひずみが軽減され、筋原線維のオーバーラップが継続され、サーコメアの飛び出しが減少し、破壊やさらなる強度低下が回避される[113]。LynnとMorgan[114]は、1週間のダウンヒルランニング後にラットの中広筋に連続したサルコメアが追加されたことを示し、この提案を支持しているが、ECC運動の最初のバウトでは、サルコメアが再生されるのに十分な時間と、サルコメアが破壊されるのに十分な刺激を与える必要がある[99]。また、SRからのCa2+放出が増加し、Ca2+感度が向上することで、E-C結合が適応するとも考えられている[82]。一般的に、ECC運動後のリピートバウト効果の唯一の原因となるメカニズムはない。また、筋肉を保護するためには、最初の運動で大きなダメージを受ける必要はない。

エキセントリック運動の介入
高齢者が行うエキセントリックな運動介入は様々な形で実施されている。大半の研究は、高齢者の機能的可動性を向上させるためのエキセントリック・レジスタンス・トレーニングの使用に焦点を当てている[115, 116]。標準的なCON単関節運動の筋力トレーニングと比較して、ECC過負荷および等速運動のエクササイズは、若年者および高齢者においてより優れた筋力向上をもたらすことが実証されている[117, 118]。下半身の機能的能力、特に膝伸展筋の改善に焦点を当てた研究は、高齢者の自立性の維持と転倒のリスクの低減に不可欠である。最大随意収縮を用いた12週間のECC等速度性膝伸展訓練（週3日、30回）により、高齢者男女（65～87歳）の膝伸展筋の最大CON強度、ECC強度、等速度性強度が最大26％改善されました［116］。Meloら[115]は、Symonsら[116]よりもECCアイソキネティックトレーニングの強度(75-80%)と頻度(週2日)を低くして、同様の最大膝伸展筋力の改善を報告した。しかし、Meloら[115]の参加者は、1回のセッションでより多くの反復回数（48回）を徐々にこなし、被験者数が少なく、対照群を用いておらず、12週間の高ECC筋力トレーニングによる健康な高齢男性の心拍変動に焦点を当てた研究でした。ECCの膝伸展トルクに改善が見られなかった従来のウェイトトレーニングプログラムと比較すると、ECCレジスタンストレーニングはトルクを最大17％改善し、それに伴い筋膜長も増加しました[119]。この2つのトレーニングレジメンは、筋構造と筋力に異なる適応をもたらした[119]。従来の筋力トレーニングは、一定の外部負荷を持ち上げたり下げたりするもので、持ち上げた段階（CON）にのみ「過負荷」をかけるものでしたが、ペネーション角の増加に加えて、最大CONトルクのみが改善されました[119]。これは、腱の骨端に沿ってより多くの収縮物質を詰める戦略の代表的なものであり、平行なサルコメアの増加と一致している[120]。ECCトレーニング後には、筋膜長の増加が見られ、ECCトルクのみが増加した。ECC群の高負荷は、従来の筋力トレーニングと比較して、筋線維に大きな伸張を誘発し、直列サルコメアの付加を促すより強力な刺激となった可能性がある[119]。トレーニングに対する適応における特異性の概念は、等速性動力計を用いた文献で一貫している。従来のトレーニングはCONの筋力に大きな影響を与え、ECCトレーニングはECCの筋力に大きな改善をもたらすが、これはトレーニングプログラムで使用される収縮の種類と一致している[117, 121]。
主にECC筋の収縮を伴う持久力運動が高齢者の機能的能力に及ぼす影響を調査した研究は、あまり多くない。これには、ECCサイクリングや下り坂のトレッドミルウォーキングなどの運動が含まれ、筋力、断面積、機能的パフォーマンスの改善が示されている[7, 8, 122-124]。ECCレジスタンストレーニングは高齢者にもうまく適用できるが [119, 121] 、心肺機能を低下させるだけでなく、単関節に大きな機械的ストレスを与える可能性がある。しかし、ECC筋収縮を利用した耐久エルゴメータートレーニングは、閉じた筋連鎖で高角速度で行うことができ、単関節にかかるピークフォースを最小限に抑えることができ、筋力、筋量、そして潜在的な有酸素適応にメリットがある[122]。また、このようなトレーニングプログラムは、心血管需要が少ないなどの好ましい特徴を持っているため、従来の運動プログラムに対する耐性が限られている可能性のある合併症を持つ高齢者にも適用することができます[7, 125, 124]。
12週間のECCサイクリングを行った高齢者は、従来のレジスタンストレーニングプログラムよりも等尺性膝伸展筋力が向上した[122]。また、ECCサイクリングの参加者と従来の筋力トレーニングの参加者の両方で、機能的可動性（タイムアップ＆ゴー、Bergバランススケール）の改善が報告された［122］。平地（主にCONの筋収縮）および下り坂（主にECCの筋収縮）のトレッドミルウォーキングを12週間行ったところ、等尺性膝伸展筋力および機能的可動性が同様に向上したことが報告されました[7, 8]。小規模ではあるが、等尺性筋力の向上は、特に下り坂のトレッドミルウォーキングの介入を完了した参加者において、機能的可動性テストにおける最大下のパフォーマンスのより大きな向上をもたらしたことから、生物学的な関連性があると考えられる[7, 8, 122]。しかし、適応のメカニズムはCONとECCのトレッドミルウォーキングでは異なっていた。CONトレッドミルウォーキング後の最大等尺性力の増加は、m. vastus lateralisの神経活性化の増加によるものであり、ECCトレッドミルウォーキングではそのような変化は確認されなかった[8]。Muellerら[122]の参加者は、Gaultら[7]の高齢者と比較して、機能的可動性タスクの改善が少なかった（7％対22％）。両研究の高齢者は、ベースライン時の機能的可動性が同程度であったことから、運動プログラムに参加する前の身体状態は良好であったと考えられる。しかし、Gaultら[7]は、最初から主観的に自分で選んだ歩行速度で、週3回、30分間の運動を行った。Muellerら[122]は、遅発性筋痛を避けるため、サイクルエルゴメーターでのECCトレーニング負荷を徐々に増加させ、運動時間も週2回、20分間のECCサイクリングに漸増させた。この低い初期負荷、継続時間、トレーニング頻度は十分な過負荷ではなく、Muellerら[122]による遅発性適応の原因となった可能性がある。また、完了した機能テストは主に歩行に基づいていたため、Gaultら[7]およびGault & Willems[8]が完了した歩行介入は、評価された機能タスクの完了により特化した活動となりました。しかし、この研究では、最初の下り坂でのトレッドミルウォーキングから48時間後に参加者の最大随意的等尺性力が15％低下したことから、筋損傷を避けるためにECC負荷を徐々に増加させなかった。Muellerら[122]と同様のアプローチでECCトレーニングを行った場合、トレッドミルの勾配、強度、時間を3週間かけて段階的に負荷を増加させることができるかどうかを調査することは興味深い。筋損傷や遅発性筋痛がない状態で、筋力や機能的可動性に同様の改善が得られるのでしょうか？また、トレッドミルウォーキングの介入[7,8]では、トレーニング強度が平地と下り坂のトレッドミルウォーキングで一致していないため、比較が困難です。今後の研究では、強度を一致させたプログラムへの適応を評価する必要がある。
これらの既述の研究の参加者は、いずれも良好な身体状態の健康な高齢者である[7, 8, 122]。さらにいくつかの研究では、臨床集団におけるECC耐久型トレーニングプログラムの使用が検討されている。LaStayoら[126]はECCステッパープログラムが高齢のがんサバイバーの筋肉と運動能力に与える影響を評価した。Gaultら[7]と同様に、強度は主観的なもので、強度の指標として自覚的労作率が用いられ、徐々に進行していった。週3回、最大20分間のECCトレーニングを12週間行ったところ、参加者は大腿四頭筋の除脂肪組織断面積、膝伸展力、6分間歩行距離が改善し、階段を安全に降りるまでの時間が短縮された [126] 。Gault and Willems [8]では、参加者の筋力は健康な高齢者と比較して低かったものの、6分間歩行テストで測定された有酸素能力の改善を含め、筋力と機能的可動性に対するECCトレーニングプログラムの適応は同様であったと報告しています（LaStayo et al 2011）。ほとんどの研究が筋機能に焦点を当てているため、心血管機能に対するECC持久系トレーニングの効果については、我々の知る限りでは限られた研究しかない。追加の臨床研究では、耐糖能異常のある高齢女性を対象に、ECCトレーニングが筋力と有酸素能力を含む身体能力に及ぼす効果が調査されました[127]。12週間のECCエルゴメータートレーニングは、6分間歩行テストで測定される有酸素能力を8％改善しただけでなく、脚の除脂肪軟部組織量と大腿四頭筋の最大等尺性筋力も増加しました[127]。しかし、このような運動介入後の高齢者の有酸素性の変化は、最大酸素摂取量を直接測定するものではなく、準最大運動テストが利用されているため、解釈が難しい [126, 127]。また、持久力ベースのECC運動介入を実施したすべての研究では、参加者はAmerican College of Sports Medicineに準拠した有酸素能力向上のための運動参加の最低要件（週に150分、中程度の強度[128]）を満たしていた。これらの知見を総合すると、健康な高齢者と臨床症状のある高齢者の両方にとって、ECC筋収縮を主体とした持久運動は、筋力と機能的能力の向上に適していることが示唆される。このメカニズムは、筋の成長、修復、再構築に関与する因子をコードする転写産物の特異的な発現に関連している可能性がある[129]。

概要
老化は多因子過程であり、自然な老化過程の結果であるだけでなく、疾病の存在を促進する生活習慣や環境要因によっても促進されます。サルコペニアは、このような加齢のメカニズムがもたらす結果の一つであり、心血管機能障害による有酸素能力の低下に加えて、筋肉量や筋力の低下をもたらします。このような結果は、老人性虚弱症候群の原因となり、高齢者の機能的可動性の低下に伴い、機能、生活の質、寿命を著しく制限することになります。ECC運動は、低い代謝要求量で大きな機械的な力を発生させることを特徴としており、臨床症状の有無にかかわらず、高齢者の生活の質を向上させるために用いることができる。大規模な筋群を使用し、主にECC筋の収縮を伴う持久的な運動（サイクリング、トレッドミル、ステッピング）は、高齢者の最大筋力と有酸素運動能力を向上させる。また、高齢者の最大筋力や有酸素運動能力を向上させ、転倒リスクを低減させることが示されています。さらに、時間制限付き上り下り、5回繰り返しの座位から立位、階段下り、最大歩行速度などの機能的課題をこなす能力を向上させることができます。高齢者にとって有望な運動方法ではあるが、持久力をベースとしたECC運動は、トレーニング方法に適応するための基礎的な生理学を理解するために、さらに検討する必要がある（図1）。筋損傷を避けるための介入には特に注意が必要で、遅発性筋痛や最大筋力の低下があってもなくても、同様の適応が得られるのでしょうか？また、ECC運動介入に対する有酸素適応や、慢性的な持久力ベースのECC運動に対する骨格筋や神経系の反応に関わる全身的、細胞的、分子的な事象に関する研究は限られています。

 

Physiological and Neural Adaptations to Eccentric Exercise: Mechanisms and Considerations for Training,(和訳) エキセントリックな運動に対する生理学的および神経学的適応。メカニズムとトレーニングの注意点

著者 Nosratollah Hedayatpour, Deborah Falla
要約 エキセントリックな運動は、細胞内の筋損傷、疼痛、繊維の興奮性低下、初期の筋力低下など、初期に好ましくない影響を与えることが特徴である。しかし、エキセントリック収縮のように過負荷と組み合わせたストレッチは、トレーニングに対する生理学的および神経学的な適応を誘発する効果的な刺激となります。エキセントリックな運動によって誘発される適応には，筋肥大，皮質活動の増加，運動単位の行動の変化などがあり，これらすべてが筋機能の向上に寄与する。この総説では、様々な形態の運動に対する神経筋の適応を検討し、エキセントリック運動のトレーニング効果を紹介し、トレーニングへの影響を考察している。

1. はじめに
運動によって誘発される神経筋および機能的変化は、実行された運動の様式に固有のものである。運動による筋の適応には，機械的張力，細胞内損傷，代謝ストレスのすべてが関与していると考えられている[1-5]。運動時に利用できる3種類の筋収縮（コンセントリック、アイソメトリック、エキセントリック）のうち、エキセントリック運動とは、緊張下で筋が伸長する動作のことです。エキセントリック運動では、筋肉にかかる負荷が、筋肉が生み出す力よりも大きく、筋肉が引き伸ばされて、長くなる収縮が生じます。エキセントリックな運動は、コンセントリック／アイソメトリックな収縮と比較して、筋肉の微小な変化とより大きな機械的張力が特徴であり、その結果、より大きな筋肉の適応が得られる可能性があります。すべての形式の運動が印象的な筋適応を誘発する可能性がありますが、どの方法が適応獲得を最大化するのに最適かは必ずしも明らかではありません。この論文では、運動トレーニングに対する生理学的（代謝、組織化学的）および神経学的適応を記録した研究の概要を、エキセントリックな運動に重点を置いて紹介している。

2. 運動トレーニングと生理的適応
高強度レジスタンストレーニングは，骨格筋において，筋の収縮性および非収縮性要素の変化を含む重大な生理的適応と関連している [6] 。筋に機械的な過負荷がかかると，筋線維と細胞外マトリックスに障害が生じ，これがタンパク質合成プロセスを刺激する [7] 。また，高強度の運動によって引き起こされる機械的緊張は，代謝ストレスの割合を増加させ，マイトジェン活性化プロテインキナーゼ経路などのタンパク質合成に関与する細胞内経路を刺激する可能性があり，これが運動誘発性の筋成長に一役買っていると考えられる[1, 2]。並列および直列のサルコメアの総数が増加することで，筋節長とペネーション角が増加し，結果として筋肥大が起こると考えられている。筋肥大を促進するためには、過負荷と組み合わせたストレッチが最も効果的な刺激であることが提唱されています[8, 9]。エキセントリックな運動中、骨格筋は伸張と過負荷の両方にさらされ、骨格筋の収縮成分と構造成分の細胞内損傷を誘発する [10, 11]。この細胞内損傷は，遺伝子発現や筋肥大のためのマスターシグナル伝達経路の活性化を含む一連の生理学的事象を引き起こす [1, 8, 10]。しかし、健康な筋肉では、機械的刺激（運動による機械的刺激）が筋肥大に関連する主要なメカニズムであると考えられる。このことは，運動誘発性の筋緊張に伴う繊維壊死を伴わないサルコメア数の増加によって実証されている[12]。骨格筋は力学的情報を感知し，この刺激をタンパク質合成速度を調節する生化学的事象に変換する。しかし，エキセントリックな収縮は，コンセントリックな運動よりも大きな機械的張力を筋線維に引き起こすため，この形式の運動では，筋断面積（CSA）とペネーション角の増加から推測されるように，直列および並列のサルコメアがより急速に付加される[13]。これまでの研究では、慢性的にエキセントリックな運動を行った筋肉では繊維長が増加することが報告されているが[14]、一方で、コンセントリックな運動を行った筋肉では繊維長が減少するか、変化がないことが示されている[15]。また，高強度のエキセントリック運動後の筋肥大が大きければ，繊維のペネトレーション角も大きくなることがわかった[15]。これらの結果は、高強度の運動によって誘発される機械的刺激が、筋肥大の主要なメカニズムである可能性を示しています。また、Hortobágyiら[16]は、固定後の筋量回復は、コンセントリックトレーニングやアイソメトリックトレーニングに比べて、エキセントリックエクササイズで最も大きくなることを観察しており、これはエキセントリックエクササイズで生じる機械的張力が大きいことが原因であると考えられている[17]。同様に、他の研究では、骨格筋内の組織化学的特性や代謝基質の変化を通じて、筋肉量を増加させるには、高張力のエキセントリック運動がコンセントリック運動よりも効果的であることが示されています[18]。

2.1. エキセントリック運動と組織化学的適応
運動による筋肥大反応のメカニズムとしては，ホルモン環境の変化，細胞の膨潤，フリーラジカルの産生，成長を促す転写因子の活性化などが考えられる[6, 7]。力の発生や伸張によって生じる機械的な張力は，筋の成長に関与するシグナル伝達経路を刺激するために不可欠な因子であり，これらの刺激の組み合わせは顕著な相加効果をもたらすようである [9, 19, 20]。機械的刺激は，リボソームとmRNAとの結合の変化やメチルグアノシンの変化を通じて，タンパク質合成速度を調節することができる。機械的な刺激もまた、カルシウムイオンに対する筋線維の膜透過性の変化を通じて、筋肥大に寄与すると考えられる[22]。筋細胞の細胞質内のカルシウム濃度が上昇すると、骨格筋のタンパク質合成速度が増大する[23]。さらに、タイチンはカルシウム結合部位であり、機械的刺激を感知して生化学的シグナルに変換し、伸長収縮時のサルコメアの数や最適な張力を変化させることができる理想的な位置に筋のサルコメアに存在している [24, 25]。
エキセントリックな運動では、収縮している筋肉が強制的に引き伸ばされ、より高い機械的張力と筋小胞が生じる。ミトジェン活性化プロテインキナーゼは，遺伝子発現と筋肥大のマスターシグナル経路であり[26]，機械的張力と細胞内の筋損傷に最も反応すると考えられている[1]。ミトゲン活性化プロテインキナーゼは，細胞のストレスを心筋細胞の適応反応と結びつけ，成長と分化を修飾する [7, 27]。インスリン様成長因子もまた、筋肥大の鍵となる因子と考えられており、機械的負荷に反応してその効果を高めます [28, 29]。インスリン様成長因子は、運動トレーニングに対するIGF-1Eaアイソフォームの機械的反応を介して筋肥大に寄与し、機械的シグナルや細胞内の筋損傷によって活性化されるようである[28, 30]。機械的刺激によってIGF-1遺伝子がIGF-1Eaアイソフォームにスプライシングされ、それによってIGF-IEa mRNAの発現が増加し[31]、筋肥大が起こると考えられている[32]。
エキセントリックな運動による筋肥大は、他の張力感受性同化経路によっても説明できる。例えば、筋肥大に対するテストステロンの効果は機械的負荷によって増強されますが、これは直接的にはタンパク質合成速度の増加とタンパク質分解の抑制によって、また間接的には成長ホルモンのような他の同化ホルモンの放出を刺激することによって行われます[34]。Bammanら[35]は、高強度のエキセントリックな運動がヒトのアンドロゲン受容体の含有量を増加させ、アンドロゲン受容体の含有量の調節は主に速筋線維で起こるようだと報告している[36]。Ahtiainenら[37]は、トレーニング強度、テストステロン濃度、筋断面積の間に有意な相関関係があることを報告しており、高強度のエキセントリックな運動によるテストステロンの上昇が筋肥大に重要な貢献をしていることを示しています。

成長ホルモンは、同化作用と異化作用の両方のプロセスを通じて、筋肥大に寄与すると考えられます。成長ホルモンの増加は、筋細胞の受容体との相互作用を高め、繊維の回復を促進し、肥大反応を刺激します。また、カルシウム依存性経路を含む他の同化シグナル経路も、筋肥大の制御に関与しているとされています[39]。

2.2. エキセントリック運動と代謝適応
力の発生や伸張によって生じる機械的緊張は、筋虚血を引き起こし[8, 9]、骨格筋内の代謝適応を引き起こす可能性があります。エキセントリックな収縮時には、筋線維外要素、特に細胞外マトリックス中のコラーゲン量が長くなるため、受動的な筋緊張が生じ、酸性環境が増大します。このような環境は、筋線維の分解を促進し、交感神経の活動を増大させ[7]、適応的な肥大反応を促進します[2]。同化運動による代謝ストレスは、著しい肥大効果をもたらすことが多くの研究で示されています[2]。

3. 運動トレーニングと神経の適応
トレーニングに対する神経適応とは、トレーニング参加者が特定の動作において主動筋をより完全に活性化し、関連するすべての筋肉の活性化をよりよく調整することで、意図した方向に大きな正味の力を及ぼすことができる神経系内の変化と定義することができる [40]。神経の適応は、トレーニング後に運動皮質、脊髄、神経筋接合部のレベルで起こる可能性がある [41-43]。また、神経筋接合部から離れた場所にある興奮と収縮の結合経路でも適応が起こる可能性がある。トレーニング後に観察された神経適応は、トレーニングの初期段階で筋力が筋サイズに比べて不均衡に増加することを説明しています。例えば、筋力トレーニングの初期段階では、筋電図（EMG）で記録された筋活動の増加が、筋力の大幅な向上と関連して観察されていますが、筋量の変化や骨格筋内の膜特性の変化は見られませんでした[44]。筋力の早期向上は、最大運動単位の放電率の増加 [45, 46]、短いスパイク間間隔（ダブレット）の発生率の増加 [47]、スパイク間間隔の変動性の減少 [48]など、さまざまなメカニズムに起因している。
レジスタンストレーニング後の神経適応を調べた研究は他にも多数ある。Aagaardら[49]は、レジスタンストレーニング後の最大筋収縮時に誘発されるV波およびH反射反応の増加を観察し、皮質脊髄経路における神経駆動の強化および運動ニューロンの興奮性の増加を示した。さらに，これまでの研究では，レジスタンス・トレーニング後に，運動器の放電速度[46]，筋線維の伝導速度[50]，力の発生率に有意な変化があることが示されている[46, 51]．これらの研究を総合すると、レジスタンストレーニング後の筋力増加は、脊髄上および脊髄の両方の適応(すなわち、中枢性運動駆動の増加、運動ニューロンの興奮性の上昇、シナプス前抑制の減少)に起因することがわかる[49]。
レジスタンストレーニングに対する神経適応は、実行される筋収縮の種類に依存し、神経適応と筋力の向上は、エキセントリック収縮、コンセントリック収縮、アイソメトリック収縮のいずれが実行されるかによって異なる[46, 52]。以下のセクションでは、エキセントリックな運動で観察されている特定の神経適応に焦点を当てます。

3.1. エキセントリック運動と皮質活動
運動が皮質の活動に変化をもたらすことはよく知られています[53-55]。これらの変化は、脳波や神経画像などの手法で測定することができ、これらの手法を用いた研究では、皮質の活性化パターンの変化が運動モードや強度に依存することが実証されています[41, 56]。中枢神経系は、エキセントリック収縮時の骨格筋の制御に、等尺性筋やコンセントリック筋の収縮時とは異なる神経戦略を採用していることを考えれば、これは驚くべきことではないだろう。このことは、例えば、エキセントリック収縮時には、コンセントリック収縮時と比較して、速筋モーターユニットが優先的にリクルートされ、相乗効果のある筋肉の活性化レベルが異なることからも明らかである[57-59]。Fangら[41]は、運動の準備と実行のための大脳皮質の活動が、コンセントリックタスクよりもエキセントリックタスクの方が大きいことを示したが、これはおそらく、不要な伸張反射や細胞内の筋損傷を減らすために、伸展する筋からのIa求心性入力を同時に調節（シナプス前入力によるゲーティング）しているためだろう[60]。このように，脳はおそらく，エキセントリックな運動を，コンセントリックな筋活動とは異なる方法で計画・プログラムしているのだろう [41]。さらに、神経画像研究では、フィードバック信号の処理に関連する皮質活動が、コンセントリック動作よりもエキセントリック動作の方が大きいことが示されている。これは、動作の複雑さが高いこと、および/または、伸展した筋肉を制御するための伸展関連の超皮質反射があることによると思われる [61, 62]。さらに，皮質の活性化の開始がエキセントリック性収縮とコンセントリック性収縮では早いことが観察されており [41]，これは，エキセントリック性動作では，より複雑な動作を計画したり，単シナプス反射の興奮性を調節したり，異なる制御戦略（例えば，運動単位のリクルート）を実行したりするためであると考えられている [57, 61, 62]．

3.2. エキセントリック運動と運動器の挙動
筋収縮の際、中枢神経系は、運動単位の発火率を増加させるか、あるいは追加の運動単位を採用することで、増大した筋力の産生を制御します。レジスタンストレーニング後の運動単位の発火率の変化を調べた研究は数多くあり、運動単位の発火率の変化は筋収縮の種類に依存することが示されています。Van Cutsemら[47]は、足関節背屈筋の動的収縮を12週間行った後、運動単位の発火率が上昇し、短いスパイク間間隔(二重唱)が頻繁に発生することを観察した。KamenとKnight[63]も、大腿四頭筋の動的トレーニングを6週間行ったところ、運動単位の発火率が15％増加したことを確認している。同様に、Vila-Chãら[45]は、6週間のレジスタンストレーニング後にvasti運動単位の発火率が有意に増加したことを報告しています。しかし、他の研究では、最小外転筋と大腿四頭筋の等尺性レジスタンストレーニング後に、絶対的な力が有意に増加したにもかかわらず、最大運動単位の発火率に変化がなかったと報告している[46, 64, 65]。これらの研究は，動的レジスタンストレーニングに反応して最大運動単位発火率が増加するが，等尺性レジスタンストレーニングには反応しないことを示唆している。動的レジスタンス運動中の運動単位発火率を高めるためには、ストレッチと過負荷の組み合わせが最も効果的な刺激であることが提唱されています。例えば、Dartnallら[66]は、エキセントリック運動の直後と24時間後に、上腕二頭筋の運動単位のリクルート閾値が約40%低下し、最小運動単位の放電率が11%増加することを示した。このように、エキセントリック運動後には、同じ相対的な力でも、より多くの上腕二頭筋の運動単位が活動していた。
エキセントリック・トレーニング後に筋活動が増加するメカニズムとして、興奮と抑制のプロセスに関わる神経調節経路が考えられている。エキセントリック収縮時には、ゴルジIb求心性神経および関節求心性神経からの脊髄流入により、筋紡錘Ia求心性神経のシナプス前抑制が上昇するが、これは、アクティブなエキセントリック収縮時とコンセントリック収縮時のH反射反応およびEMG振幅の減少によって示されている[67, 68]。エキセントリック・レジスタンス・トレーニング後に観察される神経抑制の除去と、それに対応する最大筋力および筋力増強率の増加は、このような抑制経路のダウンレギュレーション、おそらく中枢下行性経路によるものであると考えられる[69]。

3.3. エキセントリック運動と筋力
エキセントリックな最大筋動作では、コンセントリックな筋動作やアイソメトリックな筋動作に比べて、より大きな最大筋力を発揮することができるため、エキセントリックな筋動作を用いた重負荷トレーニングは、筋力の向上に最も効果的であると考えられます。エキセントリックな運動では、速筋線維が優先的にリクルートされ、おそらく以前は不活発だった運動単位がリクルートされると考えられる[70]。これは機械的張力の増加につながり、その結果、さらに大きな力を生み出すことになるだろう[52]。
FarthingとChilibeck [52]は、8週間のエキセントリックレジスタンストレーニングにより、コンセントリック収縮によるトレーニングよりも大きな筋肥大と筋力が得られたことを報告した。これと同様に、Kaminskiら[69]も、コンセントリック状のトレーニング(19%)に比べて、エキセントリック円状のトレーニング(29%)を行った方が、ピークトルクがより大きく改善することを観察しています。また、伸張-短縮サイクルの筋活動を伴うバリスティック運動は、同調性筋収縮や等尺性筋収縮と比較して、力の発生率を高める効果が最も大きいことが示されています[71]。

4. 考察
エキセントリックエクササイズは、コンセントリックエクササイズやアイソメトリックエクササイズと比較して、力の発生が大きく、エネルギー消費が小さいという特徴があり[72, 73]、そのため臨床治療に有益である。例えば、エキセントリックエクササイズは、腱鞘炎、筋緊張、前十字靭帯(ACL)損傷のリハビリテーションを含む多くの症状を管理するためのリハビリテーションに使用されています[74, 75]。上述のようにエキセントリック運動にはプラスの効果があるが、一方でマイナスの効果もあることに注意しなければならない。例えば、エキセントリック運動の不均一な効果は、筋の活性化 [11]や代替筋の相乗効果 [76]を不均一に変化させ、筋力の不均衡を招く可能性があります。研究によると、集中的なエキセントリック運動は、異なる筋領域に異なる効果をもたらすことが確認されており [4, 5, 11, 77, 78] 、その結果、筋活動の不均衡や関節への負荷配分の変化を引き起こす可能性があります。エキセントリックな運動は、筋肉の微細な病変、痛み、繊維の興奮性の低下、初期の筋力低下とも関連している [4, 77, 79]。さらに、エキセントリックな運動は、摂動時の関節安定性の低下につながる反射活動を損なう可能性があります[43, 80]。このように、長期的な利点に加えて、初期の好ましくない影響を考慮することが重要である。

5. 結論
エキセントリック性収縮は，低い代謝コストで大きな力を発揮できる可能性があるため，トレーニングやリハビリテーションプログラムを考える上で重要である。いくつかの研究で報告されたデータによると、エキセントリック収縮のようにストレッチと過負荷を組み合わせることが、筋の成長を促進し、筋への神経駆動を高めるための最も効果的な刺激であることが示唆されています。このことは、コンセントリック運動やアイソメトリック運動と比較して、エキセントリック運動の方が、より大きな筋肥大、より大きな神経活動、より大きな力の発生をもたらすことからも明らかです。したがって、真の最大エキセントリック負荷を伴うトレーニングは、筋肉の成長を発展させ、神経の抑制を取り除き、筋機能の大幅な向上につながるという点で、コンセントリックおよびアイソメトリックトレーニングよりも効果的であると考えられる。

 

Cardiopulmonary responses to eccentric and concentric resistance exercise in older adults（和訳）高齢者のエキセントリックおよびコンセントリック・レジスタンス運動に対する心肺反応

著者 Alberto F. Vallejo, Edward T. Schroeder, Ling Zheng, Nicole E. Jensky, Fred R. Sattler
要約 背景：歩行高齢者においては、心肺への負担が少なく、有益な筋適応をもたらすことが期待される運動戦略が必要である。

目的：我々は、エキセントリックレジスタンス運動は、集中レジスタンス運動よりも心肺系への負担が少ないという仮説を立てた。

デザイン：筋肉量を増加させることが知られている最大値以下の強度でのレッグスクワットにおいて、エキセントリックレジスタンス運動とコンセントリックレジスタンス運動の効果を比較した。

被験者 19人の高齢者（女性15人／男性4人、年齢65±4歳）と19人の若い基準対照者（女性10人／男性9人、年齢25±2歳）が登録された。

方法：参加者は、エキセントリックのみの運動とコンセントリックのみの運動を5～7日の間隔で行った。

結果：心血管および肺の測定値は、随意の同調1反復最大力（高齢者は68±16kg、若年者は94±36kg）の65％で10回を3セット連続して行う運動中の被験者から収集された。ピーク心拍数（119±10対155±16b.p.m.），収縮期血圧（129±18対167±14mmHg），心係数（7.8±2.0対9.2±1.5l/min/m2），呼気換気量（20.5±5.7対29.8±9.1l/min）は，高齢者ではそれぞれエキセントリック・バウト時の方がコンセントリック・バウト時よりも有意に低かった（すべての比較においてP<0.001）。同様に、ピーク心拍数、収縮期血圧、心係数、呼気換気量も、若年対照者ではエキセントリック時に有意に低かった。 結論：エキセントリックなレジスタンス運動は心肺の要求が少なく、運動耐容能が低く、心肺の有害事象のリスクがある高齢者に適している可能性がある。 はじめに 漸進的なレジスタンス運動は、高齢者の骨格筋力を高齢になっても高めるための有効な手段である。実際、Fiataroneらは、八十代と非十代の高齢者を対象に、レジスタンス運動を行うことで、骨格筋力を3～4倍に高めることができることを示した[1, 2]。重要なのは、このような筋力の向上が骨格筋パワーの向上につながることであり[3]、これが高齢者の歩行加速度、階段昇降速度、起床・帰宅時間、その他の機能評価（階段降下時間、Bergバランステスト）の向上と相関していることである[4, 5]。 しかし、加齢に伴う心肺機能の低下や、高血圧、コレステロール値の上昇、糖尿病などの病気を抱える地域在住の高齢者を対象とした、この種の激しい運動の代謝要求と安全性については不明である。限られた証拠によると、エキセントリック・ベースのレジスタンス・エクササイズは、より代謝効率が高いため、高齢者にとってより許容範囲が広く、より安全である可能性があります[6-8]。従来のレジスタンス運動では、負荷に抗して運動するために筋肉が積極的に短縮する同調性収縮時にほとんどの仕事が行われるのに対し、エキセントリックな筋収縮では筋肉が積極的に伸長する際に力が発揮されます[9]。いくつかの研究では、エキセントリックな運動は、コンセントリックな運動に比べて酸素需要が少なく、骨格筋のパフォーマンスを向上させることが示唆されている。しかし，これらの研究は主に若年者を対象にサイクルエルゴメトリーを用いて実施されており [10, 11]，骨格筋の質量や筋力を増強するための最適な手段とは言えない． 私たちは、サルコペニア（筋肉量の減少）や加齢に伴う心肺機能の低下のリスクがある高齢者には、エキセントリック・レジスタンス運動が適しているという仮説を立てました。エキセントリック・レジスタンス・エクササイズに関するこれまでの研究は、若年の健常者ボランティアを対象に行われており、エキセントリック・エクササイズの強度は、同調性筋力の最大容量の100～130％という過負荷トレーニング刺激を用いていました[13-16]。高齢者にとっては、このような過負荷は耐えられないし、安全ではないと思われる。そこで本研究の目的は、典型的な地域在住の高齢者男女において、骨格筋の肥大と筋力増強をもたらすと期待される同じ最大下負荷のレジスタンス運動を行った場合、エキセントリック運動の方がコンセントリック運動よりも実際の心肺要求量が少ないかどうかを調べることである。対照として、若くて健康な人も参加しました。 心肺機能の結果 高齢者の場合、心拍数、収縮期血圧、拡張期血圧、心係数、および呼気で測定した呼吸の仕事量は、レジスタンス運動のエキセントリック・バットと比較して、コンセントリック・バットで有意に高かった（P<0.001）（表2）。これらの違いは、若年層でも同様に見られた。さらに、若年者と高齢者を比較すると、高齢者の方がエキセントリックとコンセントリックの両方で、心拍数、心拍数、呼気換気量のピーク反応が有意に高かった（P<0.001）。 図1は、レジスタンス運動セッション中に測定した3つのパラメータについて、ベースラインからピーク反応までの絶対的な変化を示したものである。左側のパネルでは、心拍数、収縮期血圧、心拍数の変化は、両年齢層ともに、コンセントリック運動よりもエキセントリック運動の方が有意に低いことが示されている。さらに、コンセントリック運動時の変化は、年齢群間で異なっていた（P<0.05）。エキセントリックバウト中の心拍数と心拍数の変化は、年齢層によって異なっていた。年齢群間の差が、若年者の運動負荷の絶対値が大きいことに起因するかどうかを評価するために（表1）、心肺機能の結果を最大負荷（1回の最大反復回数）で調整した。心拍数と心拍数の年齢群間の有意差は、仕事量で調整した後、エキセントリック・バウツでは解消されたが、コンセントリック・バウツでは3つのパラメータでは解消されなかった（図2、右パネル）。最後に、これらの変数を除脂肪体重（筋肉量の間接的な測定値）と民族で調整したところ、年齢群間の差は見られなかった（P>0.05、データは示さず）。

考察
本研究は、慢性トレーニング中に骨格筋の肥大と筋力増強をもたらすことが明らかになっている亜最大負荷（同調1反復最大値の65％）でのエキセントリック・レジスタンス運動とコンセントリック・レジスタンス運動の代謝効果を比較した初めての研究である[19]。その結果、典型的な加齢疾患を持つ高齢の地域住民に対して、これらの負荷でエキセントリック・レジスタンス運動を行った際の心拍数、収縮期血圧、心係数、呼気換気量などの心血管・肺系のピーク反応は、コンセントリック運動と比較して有意に低いことが明らかになった。この結果は、若年の健康な参加者においても概ね同様であった。

加齢に伴い、運動に反応して末梢血管抵抗が増加し、若い参加者に比べて収縮期血圧の上昇が大きくなる[20]。実際，本研究の高齢者参加者は，若年者参加者と比較して，エキセントリック運動とコンセントリック運動の両方において，収縮期血圧と心拍数の変化が大きかった（図2）。年齢群間の心肺反応のその他の違いは、年齢による心肺機能の制限、骨格筋の繊維の種類と数の変化、あるいは高齢者の内皮機能障害を伴うインスリン抵抗性によるものと考えられ、同程度の仕事量をこなすために同程度の酸素量を骨格筋に供給するには、より大きな心拍数の反応が必要となる。
さらに、高齢者では、インスリン抵抗性は、大動脈の拡張能力の低下と末梢動脈抵抗の増加を伴う内皮機能障害と関連している[21-23]。今回の高齢者では高血圧がコントロールされていたが，絶対的な仕事量が若年者よりも少なかったにもかかわらず，実際に内皮機能障害があったとすれば，このグループで血圧がより上昇するのは当然のことである。さらに、高齢者グループには、インスリン抵抗性や内皮機能障害が大きいと予想されるヒスパニック系住民が多く含まれていた[24]。これらの要因にかかわらず、重要な観察結果は、収縮期血圧と心拍数の増加が、コンセントリック運動よりもエキセントリック運動の方が少ないということです。Overendらも、高齢者のレジスタンス運動において、最大心拍数と平均動脈圧は、コンセントリックよりもエキセントリックの方が低いことを示しており、今回の結果をさらに裏付けている[25]。しかし、彼らの研究では、運動刺激は等尺性膝伸展時のトルク出力に基づいており、呼吸測定は収集されていませんでした。
呼気換気と心拍数の絶対的および相対的（変化率）な増加は、若年被験者のほうが大きかったが、これは運動前の同調性1反復最大値の結果に基づいて、若年被験者のほうがテスト中の絶対的な仕事量が大きかったためと考えられる。しかし，運動強度（1反復最大負荷）で調整すると，エキセントリック運動ではグループ間の差がなくなったが，コンセントリック運動では差が残った。
上記の制限に加えて、エキセントリックおよびコンセントリックレジスタンスエクササイズ時の加速度（力＝質量×加速度）のばらつきにより、レッグスクワット時の力に差が生じた可能性がある。メトロノームを使用して両モードの加速度を標準化し、ベンチを使用して下降運動の範囲を制限する試みがなされた。しかし、フォースプレートを使用し、正味の関節運動を測定すれば、エキセントリックとコンセントリックの運動中の力が本当に同じであることが確認できたはずである。

研究によると、筋肉の適応（筋力と肥大）は、標準的なコンセントリックベースのトレーニングモードと比較して、エキセントリックレジスタンス運動トレーニングの方が優れていることがわかっている[26-28]。コンセントリック1反復の最大値の65％の負荷で筋量、筋力、パワーが有意に増加していることから[19, 29, 30]、本研究で評価した負荷でのエキセントリックレジスタンス運動は、長期的なトレーニングで使用した場合、骨格筋の効果をもたらすはずである。さらに、高齢者のエキセントリックサイクリングは、身体機能のいくつかの側面において、コンセントリックベースの運動よりも大きな効果をもたらす可能性があるというデータがあります[6, 7]。最後に、コンセントリック運動では心肺系にかかるストレスが大きいため、心肺機能が低下している高齢者は、最大強度以下の65%程度の強度でもコンセントリック運動プログラムに耐えられない可能性があります。

私たちは、慢性肺疾患、冠動脈虚血、心筋症などの明らかな心肺機能障害を持つ高齢者では、エキセントリック性レジスタンス運動がよりよく耐えられるはずだと考えています。実際、Meyerらは、中高年の冠動脈疾患患者において、エキセントリック有酸素運動で4倍の仕事量が得られるにもかかわらず、右心カテーテル検査の結果は、エキセントリックとコンセントリックのサイクルエルゴメトリーで同等であることを示した[8]。有酸素運動は、骨格筋量や体力を増加させる効果的な方法ではありませんが、この研究は、レジスタンスベースであれ有酸素運動であれ、エキセントリック運動自体がより代謝効率が高く、高齢者の同じ作業負荷であれば、より安全で良好な忍容性が得られる可能性があるという我々の発見を支持しています。今回の結果に基づき、今後の研究では、運動耐容能の低い集団（加齢やがん・エイズなどの異化疾患）や、慢性肺疾患や心不全などで心肺機能が制限されている集団に対して、最大値以下の強度でエキセントリックトレーニングを行うことで、筋量・筋力・パワー・身体機能がより向上するのか、少なくとも同等の効果が得られるのかを評価する必要があります。

 

Eccentric resistance training reduces both non-response to exercise and cardiovascular risk factors in adult with overweight or obesity（和訳） エキセントリック的なレジスタンス・トレーニングは、過体重または肥満の成人において、運動への無反応と心血管危険因子の両方を減少させる

著者 A. Díaz-Vegasa, A. Espinozab, C. Cofréd, P. Sánchez-Aguilerac
要約 目的 – 本研究の目的は、異なる心血管危険因子および運動への無反応の有病率に対する、コンセントリックまたはエキセントリックレジスタンストレーニングの効果を比較することである。材料と方法 – 過体重または肥満の男性22名を2つの運動グループに分け、ロシアンベルトの助けを借りて開発したスクワットで構成されたコンセントリックレジスタンス（CRT）またはエキセントリックレジスタンス（ERT）のトレーニングをそれぞれ実施した。各プロトコルは8回×4セットで、週3回、4週間にわたって展開した。
結果 – CRTは、ウエスト周囲径（WC）を111.1±4.30cmから109.4±4.69cmに、収縮期血圧（SP）を119.7±6.41mmHgから117±5.32mmHgに減少させた。ERTはWCを110.5±4.69cmから104.4±4.05cmに、SPを121.2±4.74mmHgから116.9±5.18mmHgに減少させた。ERTはCRTと比較して、水深の減少効果が大きかった（CTで-3.5％、ETで-11.7％）。さらに、CRTは29.5±2.01から30.5±1.43ml/kg/minに、ERTは28.6±2.34から31.92±2.31ml/kg/minに、それぞれVO2ピーク値を増加させた。最後に、ERTプロトコルではCRTに比べてトレーニングに対する反応の割合が高いことが観察された。

心血管疾患(CVD)は、世界の罹患率および死亡率の第一要因であり[1]、座りがちな生活習慣がCVDの主な修正可能な危険因子であることが明らかになっています[2]。これらの観察結果を受けて、いくつかの団体は、一般の人々の心肺機能を向上させるために運動量を増やすことを推奨しています[3,4]。疫学調査によると、座りがちな生活は、高血圧や中心性肥満など、ほとんどのCVD危険因子の有病率の高さと正の相関があることがわかっています[3]。CVDの危険因子を減らすためには、有酸素運動が一般的に行われています[5]。興味深いことに，心臓リハビリテーションのガイドラインでは，レジスタンストレーニング（RT）は有酸素運動と同じレベルでは含まれていません[5]）。今日では、RTが心血管の健康に有益な効果をもたらす可能性を示す研究がいくつか登場している[6,7]。
運動の種類に応じて、RTはdynamic RTとstaticまたはisometric RTに分けられる。動的RTには，同調性収縮とエキセントリック性収縮が含まれる。コンセントリック的な動作は筋繊維の短縮を伴い，エキセントリック的な動作は筋繊維の積極的な伸長を伴う[8]。筋力　　
トレーニングの特異性の原則[9]に基づき、コンセントリックレジスタンストレーニングとエキセントリックレジスタンストレーニング(それぞれCRTとERT)は、筋に異なる刺激を与え、したがって、異なる局所的および全身的な適応をもたらす可能性があると仮定されてきた[10,11]。例えば、CRTは正常血圧の成人の安静時血圧を低下させ[12]、ERTは肥満または過体重の人の安静時血圧を低下させます。 肥満または過体重の人のCVD危険因子に関するプロトコルは完全には定義されていません。
運動トレーニングによる介入は、平均的にはすべての利点があるにもかかわらず、身体トレーニング後の個人差が大きい [14]。この個人間のばらつきは、同じ刺激を与えても、ある被験者はプラスの効果を得ることができ（例えば、レスポンダー）、他の被験者はトレーニング後に変化のない反応を示すことができる（例えば、ノンレスポンダー、NR）ことを示唆している[14,15]。NRの有病率は、持久力トレーニング[16]、CRT[14]、高強度インターバルトレーニング[15]などのさまざまなトレーニングプロトコルの後に記述されている。例えば、収縮期血圧(SP)と拡張期血圧(DP)の変化におけるNRの有病率は、コンセントリックレジスタンストレーニング後にそれぞれ60.9%と59.1%となっています[17]。しかし、これらの研究では、過体重または肥満の成人を対象としたCRTまたはECT後のCVD危険因子の変化およびNRの有病率を報告していない。
そこで、本研究の目的は、ダイナミックCRTまたはERTが、ピーク酸素消費量、中心性肥満、肥満度指数、血圧（BP）などの異なるCVD危険因子に及ぼす影響を評価することでした。さらに、両タイプのトレーニング後に、異なる変数におけるNRの有病率を評価した。CRTとERTの両方で、肥満度と血圧が有意に減少したが、肥満度には影響がなかった。さらに、その効果の大きさはCRTよりERTの方が高かった。興味深いことに、NR被験者の有病率はCRTよりERTの方が低かった。

3.1. コンセントリックおよびエキセントリック・レジスタンス・トレーニングが肥満度、ウエスト周囲径および血圧値に及ぼす影響
表1に示すように、ベースラインでは、年齢、BMI、WC、BPの値はCT群とET群で差がありませんでした。4週間のCRTにより、WCは111.1±4.30cmから109.4±4.69cmに減少し、BMIには有意な影響がなく、変化率は-5.5％に相当した（表2）。血圧測定では、SPが119.7±6.41mmHgから117±5.32mmHgへと有意に減少し、CRT後に2.1％の減少が見られた（表2）。CRTはDPおよびMBPに影響を与えなかった。その他、RPPはCRT後に95.9±12.76から91.6±10.03に減少した（表2）。一方、4週間のERTは、WCを110.5±4.69cmから104.4±4.05cmに減少させ（変化率2.5％に相当）、SPとDPの両方を減少させたが、SPだけは121.2±4.74mmHgから116.9±5.18mmHgに有意な変化を示し（SPとDPはそれぞれP = 0.0030とP = 0.0739）、エキセントリックERT後の変化率は-3.5％に相当した（Table 3）。さらに，ERTはMBPを97.1±5.35から93.4±4.25 mm Hgに低下させ，-3.7%に相当した（Table 3）。ERTはBMIに影響を与えなかった。最後に、RPPはERTの後、100.1±11.82から90.6±10.41に減少した（表3）。興味深いことに、ERTはCRTに比べてWC値を減少させる効果が大きかった（CTとETでそれぞれ-3.5％と-11.7％）（Fig.2）。

3.2. 3.2.コンセントリックおよびエキセントリック・レジスタンス・トレーニングのピーク酸素消費量への影響
トレーニング後の機能的能力を評価するために，VO2のピーク値を測定することにした。CRT群とERT群では、基礎レベルでは差が見られなかった（それぞれ29.5±2.01および28.6±2.34ml/kg/min）。4週間のCRTは、VO2ピークを29.5±2.01から30.5±1.43ml/kg/minに増加させ（図3A）、これは3.5％の増加に相当する（図3C）。我々の前回の結果によると、ERTの後では、VO2ピークの増加の大きさが28.6±2.34から31.92±2.31ml/kg/minとなり、11.7%の増加となった（図3BおよびC）。

3.3. 同調性またはエキセントリック性レジスタンストレーニング後の運動への反応および非反応の有病率
運動に対するRおよびNRの有病率を、それぞれの方法に従って算出した。図4はCRTまたはERTに対するNRの有病率を示したものである。CRT後のNRの有病率は平均で20％であった。それぞれの結果を個別に分析すると、BMIとMBPは運動に対するNRの有病率が高く、それぞれ30％であった。一方、CRT後の運動に対するNRの有病率は、VO2ピーク値とDPが20％、WCとSPがそれぞれ10％と低かった。興味深いことに、ERTではCRTに比べて個人の運動耐容能障害の有病率が低かった。平均すると、ERT後の運動耐容能障害の有病率は16.6％であった。各パラメータの個別分析では、運動非依存症の有病率は、BMIで33,3％、DPとVO2ピークで16,6％、SPで8,3％、WCとMBPで0％であった。かなり重要なことは、ERTプロトコルではCRTと比較してトレーニングに対する反応の割合が高いようである。

考察
本研究の目的は、体重過多および肥満の成人男性を対象に、CRTおよびERTが異なるCVD危険因子およびBMI、WC、BP、MBP、RPP、VO2ピークなどの生理学的パラメータに及ぼす影響を比較し、CRTまたはERT後の運動に対するNRの有病率を決定することであった。CRTおよびERTは、いずれもBMIに影響を与えることなく、WC、SPを減少させ、VO2ピークを増加させた。さらに、CRTではなくERTではMBPとRPPが減少した。最後に、NRの有病率はCRTよりERTの方が低かった。したがって、ERTは通常、神経筋の適応や筋肉量の増加を目的として実施されるが、その潜在的な心血管への影響を見逃すべきではない。
肥満は、少なくとも部分的には筋肉量の減少による機能的能力の低下と関連しており、運動耐容能を低下させます[19]。本研究で得られた結果は、CRTまたはERTプロトコルのいずれかで機能的能力の改善を示した。主な適応はERTで観察され、VO2ピークの最終値はCRTよりも高かった。Vincentら[20]は，CRTと比較してERTがより大きな代謝および心肺反応を引き起こすことを示した。その一方で、VO2ピークは筋肉量と関連している[21]。興味深いことに、ERTはin vitro [22]およびin vivo [23]モデルの両方で、肥大経路の主要な活性化を誘導し、ERT後のVO2ピークの増加を説明することができる。
運動トレーニングがBPに与える影響は、運動の種類や処方方法によって異なる割合で変化します。いくつかの研究では、BPに対するダイナミックレジスタンストレーニングの急性効果が評価されているが[25-29]、CVDの危険因子に対するERTの慢性効果についてはあまり研究されていない。我々の結果は、CRTまたはERTのいずれかを行った後、安静時のBPに対してそれぞれ-2.1％と-3.5％と同様の効果を示し、12週間のCRTでSPが3.1％減少したことを示したÁlvarezら[15]と同様であった。どちらのトレーニングプロトコールでもDPの変化は見られなかった。これは、サンプル数が少ないため、DPへの影響の違いを検出することができないためと考えられる。
運動に対するNRの有病率は、主に持久力トレーニング[16]、高強度インターバルトレーニング[15]、またはCRT[14]の後に研究されている。例えば、12週間のCRTでは、糖尿病前の被験者の糖負荷試験の改善に対する運動に対するNRは44％であった[30]。さらに、12週間または24週間のCRTの後、運動に対するNRの有病率は、体格指数がそれぞれ4.5％と23％減少しました[14]。今回の研究では、CRTまたはERTの後、BMIに対する運動に対するNRの有病率がそれぞれ30％と33.3％であることを確認した。さらに、CRT 後の体重計の運動非依存症は 10%であり、この結果は 9 ヶ月の CRT+食事介入後の体重計の運動非依存症の有病率(7.2%)と同様であった [31]。興味深いことに、ERTの後では、水虫の運動に対するNRの有病率は0％であった。本研究では、ERTの後ではCRTに比べて運動に対するNRの有病率が常に低いことも示した。トレーニングに対する適応反応には個人差があるにもかかわらず、レジスタンスタイプの運動トレーニングに積極的に反応しない被験者を一人も見つけることができなかった。このように、運動に対するNRの分類は、異なるパラメータが異なる適応反応を示す可能性があるため、慎重に行う必要がある。したがって、レジスタンストレーニングに対する適応反応を分析するためには、完全なアウトカム評価を行う必要がある。
結論として、過体重または肥満の成人男性において、ERTまたはCRTのいずれかを4週間実施することで、CVD危険因子が減少し、機能的能力が向上した。

Effectiveness and feasibility of eccentric and task-oriented strength training in individuals with stroke
（和訳）脳卒中患者におけるエキセントリックおよびタスク指向の筋力トレーニングの効果と実現可能性

著者 Mireille Folkerts
要約 背景 筋力トレーニングは、脳卒中患者の機能を向上させることができる。しかし，どのようなタイプの筋力トレーニングが最も効果的であり，実現可能であるかは不明である。目的 慢性脳卒中患者において、エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングを組み合わせた介入の効果と実現可能性を評価すること。方法は以下の通り。11名の参加者を、最初に4週間のエキセントリック筋力トレーニングを行い、次に4週間のタスク指向の筋力トレーニングを行うグループ（EST-TOST）またはその逆のグループ（TOST-EST）に無作為に割り付けた。筋力と上肢機能は、それぞれハンドヘルドダイナモメーター（HHD）とアクションリサーチアームテスト（ARAT）で測定した。実現可能性は、内発的動機づけ指数（IMI）、アドヒアランス、ドロップアウト率で評価した。結果 ARATスコア（平均差7.3；p＜0.05）、肩と肘の筋力（平均差それぞれ23.96N；p＜0.001、27.41N；p＜0.003）に有意な増加が見られた。参加者はESTとTOSTの両方をIMIで81%と評価し、アドヒアランス率は高く、脱落者は1名であった。結論 本研究の結果は、エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングの組み合わせが、慢性脳卒中患者の機能と筋力を向上させるための効果的で実現可能なトレーニング方法であることを示している。

　人口の高齢化と肥満の増加の結果として、脳卒中患者数はここ数年で大幅に増加しています（Mitchell et al.） 脳卒中は、成人の長期的な障害の主要な原因であり、生活の質に大きな影響を与えます（Jaracz et al.、2014年）。脳卒中患者は上肢の機能障害に直面することが多く、上肢の完全な機能を回復するのはわずか5％です（Kwakkelら、2003年）。このような機能低下は、痙攣、器用さの喪失、感覚の喪失、筋力の喪失によって引き起こされます（Tsu et al.） 後者は、日常生活における活動の制限に最も貢献しているようです(Adaetal.,2006;Canningetal.,2004;Bohannon et al.,1991)。Adaら(2006)は、脳卒中患者の筋力トレーニングは、筋力と活動性の両方に有益な効果があると述べ、脳卒中リハビリテーションにおける筋力トレーニングの実施を推奨している。
以前は、脳卒中患者の筋力トレーニングは、筋痙攣を増加させると考えられていました(Bobath et al., 1990)。しかし、いくつかの研究では、脳卒中患者に筋力トレーニングを行っても痙性を増加させないことが示されており、あるいは逆に痙性を増加させることが示唆されている（Adaら、2006年、Flasbjerら、2012年、Bourbonnaisら、2002年、Abdollahiら、2015年）。現時点では、どの強化介入が最も実行可能で効果的であるかは不明なままである。研究者らは、脳卒中後にはコンセントリック筋力よりもエキセントリック筋力の方が保存されること、また、コンセントリック筋力よりもエキセントリック筋力トレーニングの方が脚力向上に効果的であることを指摘している（Engardtら、1995年、Engら、2009年、Clarkら、2013年）。さらに、片麻痺患者では、エキセントリックなエクササイズの方がエネルギー消費量が少なくて済むため、耐容性が高いようである(Hammami et al., 2012)。これらの知見は、エキセントリック・トレーニングが脳卒中患者に最も適した筋力トレーニングであることを示唆している。
しかし、エキセントリックストレングスの介入には、アイソキネティックダイナモメーターのような非常に高価な装置が使用されることが多い(Engardt et al., 1995; Clark et al., 2013; Lee et al., 2013)。ダイナモメーターは、一度に一人の患者しか使用できません。さらに、このような装置を自由に使える理学療法センターは多くないため、脳卒中患者が自分の環境でトレーニングを行うことは不可能である。エキセントリック・ストレングス・トレーニングのための安価なオプションとしては、ゴム製のエクササイズバンドや家庭で使用できる重りがあります。これらのオプションは、エキセントリック筋トレーニングをより実現可能にし、適用可能にする可能性がありますが、脳卒中患者におけるその有効性はまだ検討されていません。
エキセントリック筋力トレーニング以外にも、タスク指向のトレーニングに関する研究も有望な結果を示している。例えば、Yangら（2006年）は、課題志向の筋力トレーニングを行うことで筋力が向上し、それが機能の改善にもつながると結論づけている。同様の結果は別の研究でも見られ、2週間のタスク指向のトレーニングプログラムは、日常活動中のパフォーマンスと上肢筋力の両方の向上に向けて効果的であると結論づけられています（Park et al.） 動的でタスクに特異的な力の産生は、機能的な運動パフォーマンスに不可欠です（Clark et al.） したがって、タスク指向のトレーニングは、脳卒中患者の上肢機能のリハビリテーションの一部であるべきです。
上肢の機能と筋力を向上させるためには、筋力トレーニングと課題志向のトレーニングを組み合わせることが、課題志向のトレーニングだけよりも効果的であることを示唆する証拠がある。軽度の障害を持つ脳卒中患者に対して、上肢の機能回復を目的とした6週間の介入が行われました（Da Silva et al.、2015）。その結果、どちらのグループも改善したものの、筋力トレーニングと課題志向のトレーニングの両方を行ったグループの方が、課題志向のトレーニングのみを行ったグループよりも大きな改善が見られたことがわかりました。タスク指向の筋力トレーニングが有益な効果を発揮するためには、最小限の筋力が必要である可能性があります。したがって、筋力トレーニングとタスク指向のトレーニングの両方を実施する介入をテストすることは興味深いことである。
筋力トレーニングとタスク志向のトレーニングは、しばしば反復的な性質を持っています。動作を繰り返し行わなければならないトレーニング介入は、魅力的ではなく、時間をかけてやる気を失わせる可能性があり、介入に対する患者の関与と関心が低下する可能性がある。コンピュータゲームを使ってタスク指向の動作を行うコンピュータ支援トレーニングは、トレーニングをより魅力的なものにし、患者の治療アドヒアランスを向上させる可能性があります。最近の研究では、慢性的な脳卒中患者を対象に、動作ベースのコンピューターゲームのコントローラーを使ったトレーニングが行われました（King et al.） 著者らは、セラピストの監督を受けていないにもかかわらず、すべての参加者が介入に関与していたと報告しています。これは、コンピュータ支援トレーニングを用いることで、患者のモチベーションを維持し、トレーニングに専念できることを示唆している。

本研究の目的は、エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングを組み合わせた8週間の介入の有効性と実現可能性に関する予備的証拠に貢献することである。そのため、次の研究課題に取り組んでいます：慢性脳卒中患者において、エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングを組み合わせることで、上肢の機能と筋力がどの程度改善されるのか？エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングを組み合わせることで、機能と筋力の両方が向上するという仮説が立てられています。第二の目的は、エキセントリック筋トレーニングと課題指向の筋力トレーニングの順序によって、トレーニングの効果が異なるかどうかを調べることである。エキセントリックな筋力トレーニングの後にタスク指向の筋力トレーニングを行うと、その逆の場合よりも上肢機能と筋力に対する効果が大きくなるという仮説を立てています。第三に、両トレーニングプログラムの実現可能性を検討し、脳卒中患者のリハビリテーションで大規模に実施できるかどうかを判断する。
合計11人の参加者のうち、5人がEST-TOST群に、6人がTOST-EST群に割り振られた。最後のグループでは、1人の参加者が2週目に脱落しました。他の参加者は全員、無事に研究を終了した。
エキセントリックストレングストレーニングでは、ダンベルなしと2キロのダンベル、エクストラエクストラライトとライトラバーバンドなど、参加者によって強度が異なりました。持続時間は、1つの関節運動につき2×5回から3×15回までで、所要時間は約30分から60分であった。4週間の間に，すべての参加者に対して，介入の強度と時間を増加させた。タスク志向の筋力トレーニングでは，ハンドルバーにかける重さは，まったく重さをかけない状態から500グラムの間で変化した。4週間の介入期間中、参加者全員がハンドルバーにかける重量を増加させた。すべての参加者が30分間のトレーニングを終えることができた。エキセントリックでタスク指向の筋力トレーニングを行った後に、肩の問題、身体的な怪我、患部の腕の筋肉痛について言及した参加者はいなかった。

3.1. 上肢の機能と筋力
まず、ベースライン時の上肢機能（p=0.251）、肩（p=0.175）、肘（p=0.175）、手首（p=0.530）の筋力について、Wilcoxon rank-sum testでEST-TOST群とTOST-EST群の間に有意な差は認められなかった。表4は、FriedmanのANOVAの結果を示しています。
の結果を示している。上肢機能(p=0.010)、肩(p=0.000)と肘(p=0.003)の筋力では有意な増加が見られたが、手首の筋力では差がなかった(p=0.368)。上肢機能の影響は、r=0.75と非常に大きかった。また、肩の筋力と肘の筋力の効果は、それぞれr=0.89、r=0.85と非常に大きかった。手首の筋力はr=0.51と大きな効果があった。
表5は、ESTとTOSTの両方の介入における上肢機能と筋力の経時的な差と、これらの介入間の変化の差を示している。両群の平均差と標準偏差を示した。上肢機能の正の方向への傾向は、ESTとTOSTの介入で見られ、それぞれp=0.035とp=0.028であった。効果はEST(r=-0.67)とTOST(r=-0.70)の介入でそれぞれ大きく、非常に大きかった。TOSTでは、肩の筋力が有意に増加した（p=0.007）。さらに、ESTでは肩（p=0.028）、TOSTでは肘（p=0.017）において、正の方向への傾向が見られた。EST介入では、肩の筋力に対する効果は非常に大きく（r=0.89）、肘の筋力に対する効果は大きく（r=0.60）、手首の筋力に対する効果は小さかった（r=0.27）。TOST介入では、肩の筋力（r=-0.85）と肘の筋力（r=-0.76）の両方で効果の大きさが非常に大きかった。手首の筋力は、r=-0.21と小さな効果しかなかった。
ARATと筋力において、EST群とTOST群の間に有意な差は認められなかった。

3.2. 筋力トレーニングの順序
表6は、EST-TOST群とTOST-EST群の内部および相互間における、上肢機能（ARAT）と筋力（HHD）の差を示しています。また、算出された効果量も示しています。
EST-TOST群とTOST-EST群では、上肢機能と筋力に有意な増加は見られませんでした。上肢機能については、EST-TOST群にp=0.043の傾向が見られました。これは、r=0.90と非常に大きな効果である。筋力については、肩(p=0.043)については、EST-TOST群で、肩、肘、手首についてはTOST-EST群で、それぞれr=-0.91、r=-0.90、r=-0.82と非常に大きな傾向が見られた。
EST-TOST群とTOST-EST群の間には、上肢機能については傾向が見られるものの、有意な差は見られない（p=0.015）。EST-TOST群とTOST-EST群の平均値を見ると、有意差はEST-TOST TOST群では肩（p=0.042）、TOST-EST群では肘（p=0.043）にある。EST-TOST群の肩、肘、手首の効果量は、それぞれ非常に大きい（r=0.90）、大きい（r=0.78）、中程度（r=0.30）である。TOST-ESTグループの肩、肘、手首の効果量は、それぞれr=-0.91、r=-0.90、r=-0.82と非常に大きい。
EST-TOST群とTOST-EST群の間には、上肢機能については傾向が見られるものの、有意な差は見られない（p=0.015）。EST-TOST群とTOST-EST群の平均値を見ると、肩、肘、手首の合計スコアがそれぞれr=-0.91、r=-0.90、r=-0.82と非常に大きく、EST-TOST群に有意な差があることがわかる。
ESTとTOSTの実施可能性は、IMI、アドヒアランス、脱落率で判断した。表7は、ESTとTOSTの介入に対するIMIのスコアと、計算されたCronbach (1951)αを示しています。内部一貫性は、ESTの介入の知覚された選択(=0.64)とTOSTの介入の知覚された能力(=0.69)で疑問視されています。その他の下位尺度は、EST介入のPerceived Com-petenceでは許容範囲内、EST介入のValue/Usefulnessでは優れています。IMIのトータルスコアは、ESTとTOSTのいずれにおいても0.89と良好であった(George et al., 2003)。
サブスケールのスコアは、ESTグループでは、Perceived Competenceが5.08、Value/Usefulnessが6.51となっている。TOSTグループのスコアは、「知覚された能力」が5.27から「価値/無駄」が6.16の間です。IMIの合計スコアは、両介入策ともに5.69であった。
本研究では、1名の参加者が、TOST介入の2週目で、トレーニングが自分にとって価値がないと考え、辞退した。他の参加者は全員、トレーニングプログラム全体を無事に終了した。1人の参加者は、TOST介入の2回目のトレーニング週に、1つのトレーニングセッションを自宅に忘れてしまった。他の参加者は全員、合計24のトレーニングセッションをこなした。数回、参加者の1人がリハビリテーションセンターを訪れることができませんでした。このような状況が発生した場合、参加者はリハビリセンターで週1回、自宅で2回のトレーニングを行う代わりに、自宅で週3回のトレーニングを行った。

4. ディスカッション
4.1. 上肢の機能と筋力
本研究の結果は、エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングを組み合わせることで、慢性的な脳卒中患者の機能と筋力が向上するという仮説を支持するものであった。これらの結果は、脳卒中患者のリハビリテーションにおいて、このようなトレーニングを実施することを示唆している。これまでの研究では、筋力の増加は報告されていたが、機能面での効果は認められていなかった(Eng et al., 2004; Morris et al., 2004)。今回の研究では、筋力と機能の両方に大きな効果が見られたことから、エキセントリックな筋力トレーニングとタスク指向の筋力トレーニングを組み合わせることが、筋力と機能の両方を向上させる効果的なトレーニングプログラムであることがわかりました。例えば、Sampsonら（2012）の研究で慢性脳卒中患者に提供された筋力トレーニングと比較すると、今回の研究では筋力がはるかに増加しました。この研究におけるトレーニングプログラムは、週4回、6週間のセッションで構成されており、肩（内転なし）と肘の筋力がそれぞれ11Nと8N増加しました（Sampson et al.） 今回の研究では、週3回、8週間のプログラムを実施したところ、肩（内転なし）と肘の筋力がそれぞれ23Nと27N増加しました。4週間のeccentric strength trainingでも肘の筋力が12N増加し、4週間のtask oriented strength trainingで肩と肘の筋力がそれぞれ18Nと16N増加しました。さらに、今回の研究結果は、同じ動きをベースにしたゲームコントローラーを使用した別の研究の結果と一致しています（Hijmans et al.）

4.2. 筋力トレーニングの順序
本研究では、EST-TOST群とTOST-EST群では筋力に、EST-TOST群では上肢機能に、それぞれ傾向が見られた。ESTTOST群ではARATスコアが平均12.8ポイント上昇したのに対し、TOST-EST群でのARATスコアの上昇は1.8ポイントであった。ARATのMinimally Clinically Important Difference (MCID)は5.7 (Van der Lee et al., 2001)であり、EST-TOST群での増加は臨床的に重要な差であり、TOST-EST群ではそうではないことを示しています。これは、タスク志向の筋力トレーニングは、通常の筋力トレーニングの前に行うとより効果的であるという予想と一致している。しかし、筋力と上肢機能の増加については、EST群とTOST群の間に差は見られなかった。これは、どちらのトレーニングプログラムも筋力と上肢機能の向上に同等の効果があったことを示しています。EST-TOST群とTOST-EST群の効果の違いは、ベースラインでの違いによって説明できる可能性がある。ベースライン時の有意差は認められなかったが、ESTTOST群の参加者は、両群に無作為に割り付けられたにもかかわらず、ベースライン時にTOST-EST群よりもARATのスコアが高く、HHDで測定した筋力が大きかったようである。これらのベースラインでの違いは、本研究で提供された介入が、上肢の強度と機能が高い状態でスタートした脳卒中患者に対してより効果的であることを示している。このことは、Rimmerら（2001）が述べている、より重度の脳卒中患者では、トレーニングの効果が異なる可能性があるということと一致しています。しかし、トレーニングのこの特定の側面は、今後の研究で取り上げられるべきである。

4.3. 実現可能性
本研究の実施可能性は、IMI、アドヒアランス、脱落率を用いて判断しました。
EST、TOSTともに、IMIの平均総得点は81%でした。脳卒中患者を対象としたこれまでの研究では、IMIの合計スコアが86％（Sampsonら、2012年）および87.4％（Jordanら、2014年）であり、モチベーションが高いと報告されている。これらの研究で報告されたIMIスコアは、今回の研究のIMI合計スコアとほぼ同様であり、参加者はエキセントリックでタスク指向の筋力トレーニングプログラムに取り組むことに非常に意欲的であったことが示された。Kingら（2012）が示唆したように、コンピュータ支援トレーニングは、通常の筋力トレーニングよりもモチベーションが高いとは感じられなかった。ESTとTOSTの両方でサブスケールの努力/重要性と価値/有用性のスコアが高かったことは、参加者がトレーニングを価値あるもの、重要なものとして経験したことを示している。参加者は、上肢の筋力と可動性を高めるのに役立つと考えたため、介入に多くの努力を払い、トレーニングを再び行うことを望んだ。さらに、参加者は、2種類の筋力トレーニングを組み合わせることで、様々なエクササイズができるため、トレーニングを楽しく続けられると述べていました。
本研究におけるアドヒアランス率は高く、脱落者は1名のみでした。これは、Macleanら（2002）の研究で、モチベーションの高い患者は、リハビリプログラムに参加し、継続する可能性が高いと述べられていることと一致します。1人の参加者が研究を継続しなかった理由は、トレーニングプログラムが自分にとって価値のないものだと考えたからである。
IMIの結果、高いアドヒアランス率、そして脱落者が1名のみであったことから、提供された筋力トレーニングプログラムは、リハビリテーションプログラムに導入することが可能であることが示唆されました。

4.4. 今後の方向性と限界
今回のパイロットスタディのプロトコルは、脳卒中患者のリハビリテーションに使用するには十分なものである。しかし、今回のプロトコルの限界は、参加者が週2回、自宅で監督なしでトレーニングを行ったため、トレーニングが規定通りに実施されたかどうかを確認できないことである。完全な監視下に置かれることが望ましいが、日記を使用することは、はるかに労力のかからない適切な代替手段である。現在のプロトコルのもう一つの限界は、ARATの天井効果である。介入後にARATの最大スコアに達した参加者が数名いた（EST-TOST群で2名、TOST-EST群で1名）。これにより、結果が過小評価される可能性がありました。

5. 結論
エキセントリックトレーニングとタスク指向の筋力トレーニングの組み合わせは、慢性脳卒中患者の上肢機能と筋力を向上させるための効果的で実現可能なトレーニング方法である。このトレーニングは低コストで、参加者のモチベーションを維持することができた。今回の結果は、TOSTの前にESTを行うべきであることを示唆するものであった。トレーニングの順番によって、筋力や機能の効果が異なるかどうかについては結論が出ていない。

 

Effects of concentric and eccentric training on muscle strength, cross-sectional area, and neural activation
（和訳）集約性およびエキセントリック性トレーニングが筋力および神経活性化に及ぼす影響 筋力，断面積，神経の活性化に及ぼす影響

著者 Higbie EJ, Cureton KJ, Warren GL 3rd, Prior BM.
要約 Effects of concentric and eccentric training on muscle strength, cross-sectional area, and neural activation.J. Appl.Physiol. 81(5): 2173-2181, 1996.-大腿四頭筋の筋力，断面積，神経活性化に対するコンセントリック（Con）とエキセントリック（Ecc）のアイソキネティック・トレーニングの効果を比較した。女性（年齢20.0±0.5歳）をConトレーニング群（CTG;n=16）、Eccトレーニング群（ETG;n=19）、対照群（CG;n=19）に無作為に割り付け、片側のConまたはEccの膝伸展トレーニングを10週間行う前と後にテストを行った。ConおよびEccの最大随意膝伸展時に測定した平均トルクは、CTGで18.4および12.8％、ETGで6.8および36.2％、CGで4.7および-1.7％、それぞれ増加した。CTGとETGによる増加率は、CGよりも大きかった（P < 0.05）。CTGでは，Conで測定した場合の方がEccで測定した場合よりも増加率が大きかった。ETGでは，ConよりもEccで測定した方が増加率が高かった。また，ETGでは，ConよりもEccで測定した方が，Conで測定したCTGよりも増加量が大きかった。筋力テスト中に測定した筋電図の積分電圧の変化は，CTGでは21.7%と20.0%，ETGでは7.1%と16.7%，CGでは-8.0%と-9.1%であった。磁気共鳴画像（7スライスの合計）で測定した大腿四頭筋の断面積は、ETG（6.6％）の方がCTG（5.0％）よりも増加していた（P<0.05）。以上の結果から，Ecの等速度性筋活動の筋力を向上させるには，Conの等速度性トレーニングよりもEcの方が効果的であり，Conの等速度性筋活動の筋力を向上させるには，Ecの等速度性トレーニングよりもConの方が効果的であると結論づけた。ConとEchのトレーニングによる筋力の向上は、トレーニングとテストに使用した筋動作に大きく依存する。筋肥大と神経適応は，ConとEccの両方のトレーニングによる筋力増加に寄与する。 ある動作で発揮できる最大の力（筋力）を増大させるための主な刺激は、日常生活で遭遇するレベル以上の力を骨格筋が繰り返し発揮することであることはよく知られています（17）。筋力の増加は、コンディショニング中に発揮される相対的な力と筋活動の回数で測定される過負荷の大きさに比例する(17)。最大エキセントリック(Eccentric)な筋動作では、コンセントリック(Con)やアイソメトリック(Isometric)な筋動作よりも大きな最大筋力を発揮することができるため(6)、Ecc筋動作を用いた重負荷トレーニングは、Conやアイソメトリックな筋動作を用いたトレーニングよりも筋力向上に効果的であることが示唆されている(3, 7, 13)。 EccとConの筋動作の筋力増強効果を比較した研究は、曖昧である(3, 4, 7-9, 18,20-22, 24, 26, 40, 43)。トレーニングプロトコルや評価方法の違いが、異なる結果をもたらしている。トレーニングに同じ絶対負荷の亜最大筋活動を用いた研究では、エクササイズとコンササイズは、Con (20)または等尺性筋力 (25)において同様の増加を示した。トレーニングの負荷がそれぞれの筋活動の強さに比例し（エクササイズの方が大きい）、ウェイトリフティングまたは収容型レジスタンスマシンを用いてトレーニングを行った研究では、エクササイズでは等尺性筋力の増加が同程度（21、22）または大きい（24）、コンササイズでは同程度（9、21、26、40）、大きい（8、24）、または増加しない（43）、エクササイズでは同程度（26、40）、大きい（8、24、43）、または増加しない（9）であった。他の研究では、最大下力が同じ（7、18、34）、または最大下力が異なる（3）のCon/Eccの結合筋動作でトレーニングを行ったところ、Con、Ecc、またはCon/Eccの結合筋動作でテストを行った場合、Conの筋動作でトレーニングを行った場合よりも筋力の増加が大きい（3、7、34）、または変わらない（18、34）という結果が得られた。ConとEccのトレーニング後の筋力増加は、トレーニングで使用したのと同じ種類の筋動作で評価したときに最も大きくなる傾向があるが、この知見は普遍的なものではない(27)。 重負荷トレーニング後の筋力の増加は、筋の肥大および/または神経活性化の増加によるものである(12,22,38)。しかし、ConとEcのトレーニングの効果を比較した研究では、筋肉の大きさと神経の活性化の両方を測定したものは1つしかない(24)。そのため、これらのトレーニングモードの相対的な効果の違いの基礎となる生理学的な根拠については、包括的な理解が得られていないのが現状である。EccまたはCon/Eccを組み合わせたトレーニングの効果が大きいのは，神経活性化の変化が大きいこと（3）と，筋肥大が大きいこと（16，24，34）によると考えられている。Eccの筋動作は筋肥大に必要な刺激であると主張されており(5)、いくつかの研究では、ConトレーニングよりもEccまたはCon/Eccを組み合わせたトレーニングの方が筋肥大が大きいとされています(16, 24, 34)。Conの等速度性または収容性レジスタンストレーニングを使用した研究では、筋肥大が見られなかったことから(5, 8, 16, 18, 24, 35)、この結論が支持されています。一方、他の研究では、等速性または収容性のレジスタンス装置を用いたConトレーニング後に、かなりの筋肥大が見られ(19, 31, 34)、また、Ecトレーニングでより大きな力(3)または同じ力(22)を発生させた場合には、ConトレーニングとEc筋の動作を含むトレーニングの間に差はなかった。理論的には，最大エクササイズでは，コン筋動作に比べて力の発揮が大きい（6，24）が，神経の活性化は同じ（24）か小さい（41）ので，最大エクササイズ後の筋力変化がコン筋動作に比べて大きいのは，筋の肥大が大きいか，あるいは肥大と神経の活性化が組み合わさったものであると考えられる。筋寸法はテストモードに関係なく同じであることから，エクササイズとコンササイズのトレーニング後の筋力変化におけるテストモードの違いは，神経活性化の違いによって説明されるべきである。 本研究の目的は，大腿四頭筋の筋力，断面積（CSA），神経活性化に対するConとEccの重抵抗等尺性トレーニングの効果を比較することと，筋力の変化とCSAおよび神経活性化の変化との関係を明らかにすることであった。第一に、筋CSAの増加は、ConトレーニングよりもEccトレーニングの方が大きいが、神経活性化と筋力の増加は、ConトレーニングではConの筋活動時に測定され、EccトレーニングではEccの筋活動時に測定されるというように、トレーニングの形態に特有のものであるという仮説を立てた。次に、筋力の増加は、トレーニング時と同じテストモードで測定した場合には、大腿四頭筋のCSAと神経活性化の増加に関連するが、トレーニング時に使用しなかったテストモードで測定した場合には、筋肥大のみに関連するという仮説を立てた。本研究のユニークな点は、先行研究と比較して、ConとEccのトレーニングによる筋力の変化と、テストモードの特異性の可能性を、筋のCSAと電気的活動（神経活性化）を直接測定して説明しようとしたことである。 結果 Con筋とEcc筋の最大動作時に測定したピークトルクと平均トルクの結果のパターンは同じであった。そのため、平均トルクのデータのみを報告する。3群の右大腿四頭筋の平均トルクの変化を、ConおよびEccの最大等尺性筋動作で測定し、表2に示した。Eccモードでテストしたとき、ETG、CTG、CGの平均値と変化率は、それぞれ34.0（36.2％）、12.5（12.8％）、-1.8（-1.7％）N・mだった。最大平均トルクは，ETGとCTGでCGよりも有意に増加した。ETGの平均トルクの増加は、CTGの増加よりも有意に大きかった。 Conモードでテストした場合、ETG、CTG、CGの平均トルクの平均値と変化率は、それぞれ5.4（6.8％）、14.4（18.4％）、3.8（4.7％）N・mでした。平均トルクの変化は、CTGの方がCGよりも有意に大きかった。ETGとCGでは、平均トルクの変化に有意な差はなかった。CTGの平均トルクの増加は、ETGのそれよりも有意に大きかった。 トレーニング中と同じ筋肉の動きを使って測定したところ，Ecc等速トレーニングの方がCon等速トレーニングよりも筋力が増加した。Eccトレーニング後のEc筋動作で測定した平均トルクの変化（36.2％）は、Conトレーニング後のCon筋動作で測定した平均トルクの変化（18.4％）に比べて有意に大きかった。 トレーニング後のMRIスキャンから求めた大腿四頭筋のCSAの変化を図1に示す。7つのレベル（大腿骨の長さが20〜80％）について、ETGとCTGの大腿四頭筋のCSAの平均値と増加率は、それぞれ1.9〜3.3cm2（6.0〜7.8％）、1.7〜2.8cm2（3.5〜8.6％）であった。7つのレベルの合計では、大腿四頭筋のCSAはCTGの15.0cm2(5.0%)に比べ、ETGでは19.9cm2(6.6%)増加した(Table3)。CGでは大腿四頭筋のCSAの増加は見られなかった。2つのトレーニンググループの大腿四頭筋のCSAの増加量は、CGの増加量よりも有意に大きかった。ETGの増加量は、40、50、60、70%の各レベルおよび7つのレベルの合計で、CTGよりも有意に大きかった。ETGとCTGの差が小さかったのは、CTGの変化のばらつきが大きかったことが一因と考えられる（Fig.2参照）。 右大腿四頭筋のiEMGの変化を、ConおよびEccの最大の随意筋動作時に測定した3群の結果を表4に示す。Eccモードでテストした場合，ETG，CTG，CGの最大iEMGの平均値と変化率は，それぞれ0.4（16.7％），0.4（20.0％），-0.2（-9.1％）mV・sだった。2つのトレーニンググループの最大iEMGの変化は、CGの変化よりも有意に大きかった。しかし，2つのトレーニンググループの最大iEMG活動の増加は，有意な差はなかった。Conモードでテストした場合，ETG，CTG，CGの最大iEMGの平均値と変化率は，それぞれ0.2mV・s（7.1％），0.5mV・s（21.7％），-0.2mV・s（-8.0％）であった。最大iEMGの変化は、CTGの方がCGよりも有意に大きかった。最大iEMGの変化は，2つのトレーニンググループ間，あるいはETGとCGの間では，有意な差はなかった。最大iEMGの平均値は，テスト前とテスト後のそれぞれのグループにおいて，Conテストモードの方がEccテストモードよりも高かった。最大iEMGの変化について，テスト-モード-トレーニング-モード（群×時間×モード）の相互作用は有意ではなかった。 ETGおよびCTGにおいて、ConおよびEccの最大膝伸展時に測定した平均トルクの変化と、大腿四頭筋のCSA（7スライスの合計）の変化との散布図を図2に示す。ETGでは、Ecc筋の動作時に測定された平均トルクの変化は、大腿四頭筋のCSA（r = 0.51;P < 0.05）およびiEMG（r = 0.48;P < 0.05）の変化と中程度の関係があった。大腿四頭筋CSAとiEMGの線形結合は、平均トルク変化の分散の37％を占めた[R = 0.61; standard error of estimate (SEE) = 17 N・m]。ETGにおけるConの筋動作中に測定された平均トルクの変化は小さく、上述したように、対応するCGの変化と有意に異なるものではなかった。そのため、大腿四頭筋のCSA（r = 0.20;P > 0.05）やiEMG（r = 0.43;P > 0.05）の変化とは有意な関係がなかった。大腿四頭筋CSAとiEMGの線形結合は、平均トルク変化の分散の24%(R = 0.48; SEE = 8 N・m)を占めた。CTGでは、Conの筋動作で測定した平均トルクの変化は、大腿四頭筋のCSA（r = 0.70;P < 0.05）およびiEMG（r = 0.68;P < 0.05）の変化と中程度の強い関係があった。大腿四頭筋CSAとiEMGの線形結合は、平均トルク変化の分散の65％を占めた（R = 0.80, SEE = 8 N・m）。Eccの筋動作中に測定された平均トルクの変化は、大腿四頭筋のCSA（r = 0.44;P > 0.05）およびiEMG（r = 0.19;P > 0.05）の変化とは有意な関係がなかった。大腿四頭筋のCSAとiEMGの線形結合は、平均トルク変化の分散の21％を占めた（R = 0.46, SEE = 18 N・m）。

考察
我々の目的は、ConとEccの筋活動時に測定された筋力変化に対するConのみの最大筋活動とEccのみの最大筋活動を伴うトレーニングの効果を比較した研究（8, 9, 24, 43）を発展させ、筋力変化の基礎となるメカニズムについて新たな知見を提供することである。我々は、若い女性を対象に、ConとEccの重抵抗等速運動トレーニングが大腿四頭筋の筋力、CSA、神経活性化に及ぼす影響を直接比較し、筋力の変化と筋のCSAおよび神経活性化の変化との関係を調べた。その結果，エクササイズはエクササイズで測定した筋力を増加させるが，コンササイズでは筋力を増加させないこと，また，コンササイズはコンササイズおよびエクササイズで測定した筋力を増加させることがわかった。テストモードには特異性が認められ，トレーニングで使用した筋動作で測定したときに筋力の変化が最も大きくなった。しかし、Eccトレーニングは、ConトレーニングがCon筋の動作で測定した筋力を増加させるよりも、Ecc筋の動作で測定した筋力を増加させた。EccトレーニングとConトレーニングでは、大腿四頭筋のCSAと最大iEMGは同様に増加したが、Conの筋動作で測定した場合、最大iEMGはEトレーニングでは増加しなかった。EccとConのトレーニング後の筋力増加は、筋肥大と神経活性化の増加にほぼ等しく関係していた。
Conのみの最大筋力とEccのみの最大筋力が、トレーニングで使用したのと同じ筋力を測定したときに筋力を向上させるという我々の知見は、他の多くの研究（7-9, 18, 21, 22, 24, 26,34, 36, 40, 43）と一致している。しかし、エクササイズの方が、コンササイズよりもエクササイズで測定した筋力を向上させた。これは，同様の研究で一貫して見られた結果である（8，24，43）。この結果の一つの解釈として、トレーニングで使用したのと同じ筋動作で筋力を評価した場合、最大の Ecc 筋動作は最大の Con 筋動作と比較して、筋力を増加させるための優れた刺激になるということが挙げられる。しかし、筋力の向上の程度がトレーニングで使用した筋動作の種類に関連する特性に関連するのであれば、Con筋動作へのより大きな一般化が期待された。完全な神経適応を発現させるためには，Ec筋の動作が必要なのかもしれない。別の解釈としては，トレーニング前の被験者は，Con筋動作よりも Ecc筋動作の方が大腿四頭筋を活動させることができず，したがって，神経の活性化を高めることで Ecc筋動作時の筋力を向上させる可能性が高かったと考えられる。Ecc筋の最大動作時の筋活動は、トレーニング前のCon筋の最大動作時の筋活動よりも少なかったが、トレーニング後のCon筋の最大動作時とEcc筋の最大動作時の筋活動のテスト前からテスト後の変化が同様であったことから、神経適応はEcc筋のトレーニング後の方が大きくなかったと考えられる。したがって、Con筋力を向上させるConトレーニングに比べて、Ecc筋力を向上させるEccトレーニングの効果が大きかった理由は不明である。
重いレジスタンストレーニングに対する筋力の適応にはモード特異性があるという過去の報告（27）に基づき，我々は，トレーニング中に使用したのと同じ筋動作を用いてテストを行った場合には筋力の増加が大きく，異なる筋動作を用いて筋力を測定した場合には減少するという仮説を立てた。この仮説は支持された。Eccトレーニング後の筋力の変化は、Con（6.8％）よりも Ecc（36.2％）で測定した方が大きかった。Conの筋動作では有意な増加が見られなかったことから、 EccのトレーニングはConの筋動作には一般化しなかったと考えられる。Eccのみの最大トレーニング後の筋力の適応におけるテストモードの特異性は、いくつかの研究で報告されているが(8, 24, 43)、他の研究では報告されていない(9, 37)。同様に、Conトレーニング後の筋力変化は、Con時（18.4％）に測定すると、Ec時（12.8％）に測定するよりも大きかったが、テストモードの特異性はそれほど大きくなかった。しかし、テストモードの特異性はそれほど大きくなかった。Conトレーニングの効果は、Eccの筋動作にもかなりの程度一般化した。この知見は、他の研究（8、9、24、36、43）と一致している。
重負荷トレーニング後の筋力の増加は、筋および／または神経の適応によるものである。筋肉の適応には、原動筋のCSAの増加（筋肥大）や比張力（単位CSAあたりの力）を増加させる適応がある。神経の適応には，原動筋の運動単位の活性化の増加，相乗効果のある筋肉の活性化の増加，あるいは拮抗する筋肉の活性化の減少などがある(38)。我々の知る限り、本研究は、ConおよびEccの等速運動トレーニングによる筋力の変化の背景にある、CSAおよび原動筋の神経活性化の変化を直接定量化した初めての研究である。
EccとConのアイソキネティック・トレーニングはともに筋肥大を引き起こした。大腿骨の長さの20〜80％の間の大腿四頭筋のCSAの7つの測定値の合計は、ETGでは19.9cm2（6.6％）、CTGでは15cm2（5.0％）増加した。ETGの増加量はCTGの増加量よりも有意に大きかったが、その差は小さかった。この所見は、等速運動マシンや収容抵抗マシンで行ったEcc（22、24）やConの筋動作のみ（16、22、31、34、36）、あるいはウエイトリフティングで行ったConの筋動作のみ（16）で、直接測定した筋CSA、四肢周囲、あるいは筋線維CSAが増加した他の研究と一致している。他の研究では、等速運動マシンや収容抵抗マシンを用いて、エクササイズのみ(8)やコンササイズのみ(3-5, 8, 18,24)のトレーニングを行っても、有意な筋肥大は認められませんでした。このような矛盾した結果を説明するには、筋肉の大きさを評価するために使用する測定法の感度、トレーニングの初期状態、トレーニングの強度と期間など、さまざまな要因が考えられる。
これまでの研究に基づき，我々は，エクササイズはコンササイズよりも大きな筋肥大を引き起こすという仮説を立てた。今回の統計結果は、この仮説を支持するものであった。さらに、この結果は、普遍的な知見ではないものの、Eccのトレーニング(24)やCon/Eccの結合した筋動作によるトレーニングがConの筋動作によるトレーニングよりも大きな筋肥大をもたらすことを見出した研究(16, 18, 34)と一致している(3, 22, 34)。しかし、我々のデータやほとんどの比較研究では、トレーニングモード間の筋肥大の差は比較的小さいことが示唆されている。筋肥大を得るためには、Ecc筋の作用が必要であると主張されてきたが(5)、我々の研究を含む多くの研究(19, 22, 31, 34)から、そうではないことが明らかになっている。　　
筋肥大を得るためにはEc筋の活動が必要であることは（5）、私たちを含む多くの研究（19、22、31、34）で明らかになっています。また、筋肥大の刺激となるのは、エクササイズのみの筋活動で発揮される大きな力ではないことが示唆されている。この点は、ウエイトトレーニングを行った後に、同じ動作をConのみの筋動作で行ったトレーニングと比較して、より大きな筋肥大が認められた研究でも強調されている。この場合、可動域の多くのポイントで発生する力と全体的な強度刺激はConの筋動作の方が大きかった(18, 34)。
任意のレベルの最大下の力と最大の随意筋動作中に、力とiEMG活動の比率が大きくなり、Con筋動作と比較して、Ecc中に活性化される運動単位が少ないことを示唆している(1, 24)。発揮される力のより大きな割合は、明らかに直列の弾性要素の受動的な伸張またはクロスブリッジあたりの力の発生の増加によってもたらされる。したがって、エクササイズ中に発揮される力が同じか大きいかにかかわらず、コン筋よりもエクササイズ中の方が、活性化された筋線維1本あたり、および単位CSAあたりの活性筋がより大きな力を発揮することになる。筋繊維にかかる力や伸展力が大きくなると、無条件に筋繊維が損傷することがあるが、これが筋肥大を大きくするシグナルになると考えられている(34)。さらに、筋肥大の可能性が高い速筋線維(28-30)の動員が増加することも、エクササイズ中の筋肥大に寄与する可能性があります(34)。動物実験では、Con筋と比較して、Ecc筋では、より大きな特異的な張力がかかるため、タンパク質合成が異なる形で増加する可能性が示唆されている(44)。
トレーニングに対する神経適応の1つの要素を評価するために、最大iEMGを測定した。トレーニング後の最大iEMGの変化は，基礎となる筋肉の電気的興奮の度合いを反映していると考えられ，採用された運動単位の数と大きさ，刺激の頻度，発火の同期性に影響される。iEMGの変化は，相乗効果や拮抗効果の活性化など，他の可能性のある神経適応を反映していないため，すべての神経適応の測定値と考えるべきではない(38)。
我々は、ConとEccのトレーニング後の最大iEMG活動の変化は、テストのモードに依存するという仮説を立てた。すなわち、ConとEccの筋動作中に測定した場合、iEMG活動はCTGとETGでそれぞれ同じ程度増加するが、トレーニングで使用しなかった筋動作中に測定した場合は増加が少ないという仮説である。この仮説は一部で確認された。CTGでは，Con筋の最大動作時に測定した最大iEMGの増加率（21.7％）は，Ecc筋の最大動作時に測定したETGの増加率（16.7％）と差がなかった。ETGでは、Con筋の最大動作時に測定された最大iEMG活動の増加（7.1％）は、CGに比べて有意に増加せず、Ecc筋の最大動作時に測定された増加よりも小さかったため、仮説を支持した。一方、CTGでは、Con筋動作時とEcc筋動作時に測定した最大iEMG活動の増加量に差がなく（21.7％と20.0％）、テストモードの特異性がないことがわかった。適応のパターンは、筋力変化で得られたものと非常によく似ていたが、有意な群×時間×テストモードの交互作用は見られなかった。ConおよびEccトレーニング後の最大iEMG活動の増加は，動的重量または等速性重負荷トレーニング後に有意な増加を観察した研究（12，14，31）と一致しているが，そうでない研究（24，42）とは異なる。

トレーニング後の最大筋活動時のiEMGの増加の解釈は不確かです。iEMGの増加は、運動単位の動員および/または運動単位の発火率の増加を反映している可能性があります。等尺性筋動作でtwitch interpolation法を使用したいくつかの研究(38)では、トレーニング前の最大随意収縮時の運動単位の活性化が最大であることが示唆されている。もしこれが事実であれば、トレーニング後のiEMGの増加は、運動単位の発火頻度の増加を反映しているはずであり、これはより大きな力を引き起こすかもしれないし、そうでないかもしれない(11)。しかし、補間された痙攣時の入力は、より持続的な破傷風刺激時の入力とは異なり、破傷風刺激が重畳した動的等速性筋活動時の入力は、常に完全ではない(32)。したがって，トレーニング後に運動ユニットの動員が増加する可能性は否定できない。また、肥大した筋繊維の表面積の増加がトレーニング後のiEMGの増加に寄与している可能性もあるが、発生した筋肥大が比較的小さく、また筋肥大が常に最大iEMGの増加を伴うわけではないという事実(11)から、その可能性は低いと考えられる。大腿部の皮下脂肪の減少も、トレーニング後の最大iEMGの増加に寄与している可能性がある。表面電極は一定の体積からサンプリングされるため、電極とその下の筋肉を隔てる脂肪層が減少すれば、サンプリングされる筋肉が増える可能性がある。しかし，大腿部のMRI（合計7スライス）で測定した脂肪のCSAは，ETGでもCTGでもCGよりも変化しなかったことから，脂肪度の変化はiEMGの増加には関与していないと考えられる。さらに、もし筋肥大や皮下脂肪の減少が筋電図の増加に単独または大部分関与しているのであれば、テストモードに関係なく同様の増加が見られるはずである。このようなことはありませんでした。
テスト前の運動ユニットの活性化が最大であったという証拠はない。トレーニング前のエクササイズの筋活動がConの筋活動と比較して低かったことから、エクササイズの筋活動中に運動器の活性化が最大ではなかったことが示唆された。EccとConのトレーニング後の最大iEMGの増加と筋力の増加との間に正の関係があり、トレーニングで使用したのと同じ筋動作で筋力を測定した場合、ConとEccのトレーニング後のテストで運動単位のリクルートおよび／または刺激頻度の増加が生じたことを示唆している。レジスタンストレーニング後の筋力変化と最大iEMG変化との間には、同様の正の関係が他の研究者によって観察されている(12, 15)。Teschら(41)は、間接的な証拠から、Conの筋活動に比べてEccの最大筋活動では利用可能な運動単位の割合が低いことを示唆していると指摘している。また、トレーニング前にはConよりもEccの最大筋活動時のiEMG値が低いことがわかったが、Eccトレーニング後とConトレーニング後の最大iEMGの変化はほぼ同じであり、例外的にEccトレーニング後にConの筋活動時に測定した最大iEMGは変化しなかったことから、今回のデータはこの仮説を支持するものではない。Eccの筋動作時の最大iEMG活動は、トレーニング後もConの筋動作時よりも低かった。さらにトレーニングを追加することで、Ecc筋動作時の最大筋活動がCon筋動作時の最大筋活動にまで増加するかどうかは不明である。今回のデータは、テスト前の段階では、運動単位の活性化はConとEccのどちらでも最大ではなかったことを示唆している。
ConおよびEccのアイソキネティック・トレーニング後の筋力の有意な変化は，筋肥大と神経活性化の増加の組み合わせによるものであった。しかし，この2つの適応の相対的な重要性を正確に判断することはできなかった。平均的な変化の大きさ、およびトルクの変化と大腿四頭筋のCSAおよび最大iEMGの変化との相関関係から、筋肥大と神経の適応は、エクササイズとエクササイズの両方のトレーニング後の筋力の変化にほぼ同等に寄与していると考えられた。しかし、筋力変化のかなりの部分は、この2つの要素では説明できなかった。この発見は興味深いが、予想されたことである。他の研究では、重度のレジスタンストレーニング後の筋サイズまたは最大iEMGの変化は、筋力の変化とは中程度またはあまり相関しないことがわかっている(12, 22)。測定されたiEMG活動は、トレーニングに対する神経の適応の可能性をすべて反映しているわけではなく、大腿四頭筋全体のCSAは、可動域内の異なるポイントでの異なる筋動作時に活性化される筋線維のCSAに正確に比例しているわけではなく、また、所定の速度での筋収縮時に力を発生させる能力における線維タイプの違いを反映しているわけでもありません。したがって、大腿四頭筋のCSAと最大iEMGの変化率の合計が、平均筋トルクの変化率と一致することは期待できず、測定された筋力の変化と筋CSAおよび最大iEMGの変化との間に強い関係があることは驚くべきことである。
我々は、トレーニングで使用したのと同じ筋動作で筋力を測定した場合、筋力の増加は筋肥大と神経の活性化によって説明され、トレーニングで使用しなかった筋動作で筋力を測定した場合、筋肥大の変化によって説明されるという仮説を立てた。したがって、筋肥大の効果は異なる筋動作に一般化するが、神経の適応は、適応が特定の活性化パターンに起因するため、一般化しないと予測した。この仮説は部分的には支持されました。変化率、平均トルクと筋CSAおよび最大iEMGの変化との相関関係から、CTGとETGのトレーニングで使用した筋動作における筋力の変化には、筋CSAの変化と神経の活性化がほぼ同等に寄与していると考えられた。CTGでは、筋CSAと神経活性化の変化は、トレーニングで使用しなかったEccの筋動作時の筋力変化にもほぼ同じように寄与しているように見えた。つまり、トレーニングで使用しなかった筋動作時に測定した最大iEMGとトルクの変化は、トレーニングで使用した筋動作時とほぼ同じ大きさであったのである。このように，Conトレーニングの効果は，Ec筋の動作にも一般化した。ETGでは、変化のパターンが異なり、エクササイズの筋動作で測定した筋力とiEMGの変化は、コンの筋動作に比べて大きく、エクササイズのトレーニング効果のコンの筋動作への一般化はほとんど見られなかった。CTG、ETGともに、トルク変化と筋CSAやiEMGの変化との関係の強さは、トレーニングに使用していない筋動作の方が劣っており、測定された大腿四頭筋のCSAや最大iEMGの変化以外の要因が、変化のより多くを説明していることを示していた。

興味深い発見は、筋肥大が顕著であるにもかかわらず、Eccトレーニング後のCon強度には有意な増加が見られなかったことである。トレーニングでは使用していないが、同じ筋肉を使用しているタイプの筋活動で測定された筋力の増加を伴わない筋肥大は、他の人々によって観察されている。Saleら(39)は、レッグプレスのウェイトトレーニングにより、レッグプレス1回の最大筋力が29％、コンピュータ軸断層撮影法で測定した左右の膝伸展筋のCSAが11％増加したことを明らかにした。等尺性膝伸展筋力、電気的に誘発される膝伸展筋のピーク・トゥイッチ・トルク、補間トゥイッチ法で測定される膝伸展筋運動単位の活性化は増加しなかった。Saleらは、大幅な筋肥大にもかかわらず筋力が増加しなかったのは、特異的な張力の低下や、アゴニストの抑制やアンタゴニストの共収縮の増加など、筋力を低下させる神経適応の結果である可能性を示唆している。高齢男性を対象とした他の2つの研究（2，10）のデータも，同じパターンであった。我々のデータでは，Con筋の最大動作時の平均トルクと大腿四頭筋のCSAから算出した平均比張力は一定であり，ETGでは最大iEMGは有意に変化しなかった。CTGによるCon筋動作時とETGによるEcc筋動作時の筋力増加は，比張力と最大iEMGの増加を伴っていた。要因として運動器の活性化の変化を除外するような測定値は得られなかったため、単位CSAあたりのトルクの増加には、運動器の活性化の変化と筋の適応が寄与している可能性がある。このように、ETGでCon筋動作時に筋力が向上しなかったのは、CTGでは両モードのテスト中に、ETGではEcc筋動作のテスト中に明らかになった積極的な神経適応がなかったことで説明できるようである。

結論として、ConとEccの等速運動トレーニング後の筋力の向上は、トレーニングとテストに使用した筋動作に大きく依存する。Eccの等速度性筋動作で筋力を向上させるには、Conの等速度性トレーニングよりもEchの方が効果的であり、Conの等速度性筋動作で筋力を向上させるには、Conの等速度性トレーニングよりもEchの方が効果的である。Eccのトレーニングは、ConのトレーニングがConの筋力を増加させるよりも、 Eccの筋力を増加させるので、筋力増加に対するより大きなモード固有の刺激となるようです。ほとんどの活動では、ConとEcの筋活動が連続して行われており、ほとんどの目的のためのトレーニングでは、両方のタイプの筋活動を行うべきであることを示唆している。筋肥大の増加は、Conと比較してEcのトレーニングでわずかに大きく、神経適応は同様であるが、トレーニングとテストモードに依存している。筋肥大と神経適応は、ConとEccの両方の等速運動トレーニングに伴う筋力増加に寄与する。

 

About eccentric exercise(和訳） エキセントリック・エクササイズについて

著者 Warrick McNeill, Dip. Phyty. (NZ) MCSP

数年前、スカイ島の山から長い距離を歩いて下りたとき、慣れないエキセントリック運動が大腿四頭筋に及ぼす影響を知りました。大きな痛み、それに伴う脱力感、硬直、2週間のリハビリが必要でした。回復期の毎日、歩くのに苦労していた私は、私の主な運動である週60マイル（約100km）の通勤用サイクリングが、おそらく心肺機能のスタミナが多少あることを除けば、プラスのトレーニング効果や怪我の予防にはならないことを思い知らされました。サイクリングでの主な筋肉の動きはコンセントリック（Bijker et al.、2002）であるのに対し、歩行での下降時の筋肉の動きは主にエキセントリックです。もし、旅行前の数週間に段階的なエキセントリック過負荷プログラムを行っていれば、後からより強度の高いエキセントリック作業を行うことでエキセントリック性の筋損傷を防ぐことができるというリピートバウト効果（McHugh, 2003）を利用できたかもしれません。ペダルのダウンストロークを交互に行う際に、左右の大腿四頭筋を集中的に短縮すると、臀部とハムストリングスの両方を集中的に使用することができました。まず臀部の筋肉が股関節を伸ばし、次にハムストリングスを中心としたコンセントリック状の膝の屈伸を行います（アップストロークでペダルが脚をクランクの頂点まで押し上げるのを補助します）。ペダルを踏む動作がすべてコンセントリック状であるため、私の普段の筋肉活動にはエキセントリックな作用がなく、慣れない山歩きでの怪我を防ぐことができませんでした。私は最初に山を登りましたが、上り坂での歩行の偏りは臀部とハムストリングスの中間域での集中的な作業で、これはすでに慣れた作業であり、おそらくサイクリングからの持ち越しもあったと思いますが、上り坂での集中的な作業中の代謝コストが大幅に大きいにもかかわらず、膝の伸展筋を痛めたのは、体重以上の負荷をかけて大腿四頭筋を長くしてエキセントリックに減速させた、高速モーターユニット優位の活動でした。

Hoppeler, 2015は、「骨格筋の大部分は収縮性タンパク質で構成されており、通常は筋の短縮（すなわち同調性収縮）に関与していると考えられています。しかし、自然な運動では、筋が活性化されても短くならず、むしろ長くなることに抵抗することが多い（すなわち、エキセントリック収縮を行う）ことは見落とされがちです』と述べています。エキセントリック収縮の2つの主な目的は、「減速のためにエネルギーを散逸させる」ことであり、彼はその目的の主要な説明として下り坂の歩行を用いています。また、「運動エネルギーと位置エネルギーを、運動の初期の立脚相で発生する腱と骨膜の弾性ひずみエネルギーに変換する」ことであり、これは「筋肉の仕事を最小限にするために肢体の支持中に行われる」ものであり、エネルギーを節約することになります。つまり、エキセントリックな動作は、減速してエネルギーを蓄えるのです。
コンセントリックの筋収縮とエキセントリック円の筋収縮では、人間の体の反応は異なります。このことから、リハビリテーションの目標を達成するためには、筋肉が働くときに従う生理的なルールのある側面に焦点を当てることがセラピストにとって有効であることがわかります。
筋線維のリクルートは、Hennemannのサイズ原理（Henneman, 1957）に従っています。これは、ジャンプなどの高強度の作業を行う際に、まず遅筋で疲労しにくい運動単位をリクルートし、次に大きな速筋で疲労しにくい運動単位をリクルートし、最後に大きな速筋で疲労する運動単位をリクルートすることで、筋肉の作業活動の代謝コストを削減するものです。Hoppelerは、Hodson-ToleとWakelingの論文（2009年）を引用して、この古典的なパターンは常に起こるわけではなく、エキセントリック筋運動のような（急速に短くなったり、急速に長くなったりする）状況では、優先的に速い運動単位の収縮が起こる可能性があることを示唆している。このことは、運動で速いエキセントリック収縮を利用することで、速い運動単位の力を選択的に発達させ、おそらく速い筋線維の肥大にかかる時間を短縮できることを示唆しています。
また、コンセントリック収縮とエキセントリック収縮では、発生する力が大きく異なります。エキセントリックな収縮では、同じ速度のコンセントリックな収縮に比べて、力の発生が数倍も急激に増加します（Hoppeler, 2015, Brooks and Faulkner, 1994）。このことからも、エキセントリックなトレーニングがさらなる効率化につながることがわかります。
エキセントリックな収縮は、同一トルクのコンセントリックな収縮の半分の筋電図(EMG)活動しか必要としないようで(Hoppeler, 2015)、エキセントリックな負荷をかけている人は、努力の認識が低いことが示唆されます。

Hoppelerは、1952年に行われた実験（Abbott et al. 2台の自転車は1本のチェーンでつながれていた。ローラーに乗っている方はコンセントリック状に自転車を走らせ、もう一方の自転車は負荷に抵抗してエキセントリック円状に自転車を走らせた。この実験では、「負」の仕事（すなわちエキセントリック的な仕事）に必要なエネルギーを推定することを目的としました。その結果、負の仕事の生理的コストは正の仕事（コンセントリックの仕事）の3.5倍であり、さらに高負荷時には負の仕事の比率が正の仕事の6倍になることがわかりました。このことは、活動中の筋線維は、伸張時の方が短縮時よりも本質的に少ない酸素しか使わないことを示している。
Hoppeler氏は、エキセントリックな収縮が「症状的には遅発性筋肉痛（DOMS）を伴う」筋損傷を引き起こす可能性があることに同意している。DOMSは通常、運動後24時間で発症しますが、エキセントリック収縮による筋損傷が大きい場合は、筋力の即時低下と筋の腫れが生じます。これは、運動前の値の50％までになることもあります。回復には数日かかることもありますが、重大な損傷の場合はそれ以上かかります。コンセントリック性収縮の筋損傷 力の低下は通常、10～30％と中程度ですが、通常は数時間で回復します（Hoppeler, 2015）。
トレーニング中にエキセントリック負荷がコンセントリック負荷よりも大きくなることがあるため、Hoppeler氏は、エキセントリック負荷は運動のコンセントリック相よりも最大で30％多くなることを示唆しています。Hoppeler氏は、自由重量ジムではトレーニングパートナーを使ってエキセントリック期により大きな負荷をかけることができるが、より大きなエキセントリック負荷をかけるための専門器具も開発されていると指摘しています。そのような「エキセントリック・レジスタンス・ストレングス・トレーナー」の一つであるEccentronには、エキセントリック・トレーニングの利点を簡潔にまとめたマーケティング・ベネフィット・リストがあり、これをそのまま引用しています（Webソース1）。
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筋肉は力を発生させるのではなく、力に抵抗するので、エキセントリック運動の集中作業に比べて必要な酸素量が80%少なくて済む。
-自覚的労作感が少ないため、従来のコンセントリック・エクササイズよりも高い力を楽に出すことができる。
-身体は、コンセントリック状に押すことができる重量よりも、エキセントリックに押すことができる重量の方が30-40%多い。
-エキセントリックなトレーニングは、コンセントリックな能力を高めるのに役立つ
-エキセントリックトレーニングは、筋肉の成長と強度を促進する
-高負荷のエクセントリックは、より速い反応やより大きな負荷など、実証された効果をもたらします。
-ADLからスポーツパフォーマンスに至るまでの運動の特異性は、階段の下降、負荷の下降、ジャンプ、減速などの機能的な活動をトレーニングする手段を提供します。
-エキセントリックなトレーニングは、タイプⅡ（速筋）の筋繊維を鍛え、以下のような効果があります。
-総合的な運動能力の向上 – パワー、「バネの質」、反応、敏捷性
-階段を下りるときの安定性、立ち上がるときのバランス感覚の向上
-日常生活での機能的なコントロールとパフォーマンスの向上

リハビリテーションにおけるエキセントリック運動
リハビリテーションにおけるエキセントリックエクササイズの応用としては、腱鞘炎の治療が最もよく知られていますが、ハムストリングスのストレイン(Asklingら、2003年、Heiderscheitら、2010年)、前十字靭帯修復の手術後のリハビリ(Gerberら、2009年、Saka、2014年)、人工膝関節置換術の手術後のリハビリ(BadeとStevens-Lapsley、2012年)、人工股関節置換術の手術後のリハビリ(Di Monacoら、2009年)など、筋損傷を対象とした治療プロトコルも開発されています。2009, Saka, 2014）、人工膝関節全置換術（Bade and Stevens- Lapsley, 2012）と人工股関節全置換術（Di Monaco et al., 2009）、腱板損傷（Robb et al., 2009）、肩峰下インピンジメント症候群（Holmgren et al., 2012）などの手術後のリハビリを行っています。Hoppeler氏は、多数の被験者を対象とした質の高い多施設共同研究が行われていないことを嘆き、この分野の研究を医薬品の臨床試験と比較して、今後もほとんど変化がないだろうと予測している。

腱鞘炎とエキセントリック・エクササイズ
腱炎は、腱の炎症反応を表しますが、調査の結果、機械的負荷による使い過ぎに関連した腱の問題に関連して、患者が痛み、こわばり、機能低下を呈する主な理由ではないことが判明しました。Khanら（1999年）は、これらの問題を「Tendinopathies」と呼ぶべきだと提案しています。Khanはさらに、「腱障害を持つアスリートの効果的な治療は、最も一般的な基礎組織病理学である、非炎症性の状態である腱症を対象としなければならない」と提案した。Khanは、テンディノーシスという言葉を初めて使用したのは1940年代のドイツ人労働者としているが、現代的な使用法は1976年のPudduらの研究に由来する。Khanはテンディノーシスを「炎症反応の臨床的または組織学的徴候を伴わない腱の変性で、しばしば加齢、微小外傷、血管障害に関連する」と表現した。Maffulliらは、2003年に腱鞘炎を失敗した治癒反応としている。組織学的には、1型コラーゲン線維が分離して平行な方向性を失い、修復する3型コラーゲン線維が多く見られる。
Joseph and Denegar, 2015は、腱鞘炎や断裂の発生につながる内因性および外因性の要因を特定しています。アキレス腱症と膝蓋腱症の両方について、年齢と性別の進行、すなわち男性、遺伝、肢体の力学が内在的要因であり、外在的要因には活動レベル、靴、トレーニングテクニック、表面のタイプが含まれる。彼らは負荷履歴を明らかにしているが、過負荷の閾値は現在のところまだ十分に理解されておらず、「腱の機能を最適化するための適切な負荷（量、強度、頻度）を定量化することはまだできない」と指摘している。重要なのは、JosephとDenegarは、腱への適切な負荷は細胞レベルでは同化的（建設的）であり、過負荷は腱組織にとって異化的（破壊的）であるという事実を指摘していることである。彼らは、エキセントリックな運動で見られる一見矛盾した効果を強調している。変性腱である腱症に負荷を加えることは「直感に反する」ことであるが、腱細胞（腱を構成する細胞）はエキセントリック運動によって同化的に刺激され、肯定的な反応を起こす可能性は十分にあるが、すべての場合ではないと指摘している。腱鞘炎のためにエキセントリック・トレーニングを受ける人のうち、一定の割合で失敗し、このグループは外科的修復をすることになるかもしれません。
腱鞘炎は痛みを伴わないため、アキレス腱が何の前触れもなく断裂してしまうこともあります。一見、健康に見える腱が断裂し、それを修復した外科医が、腱が著しく変性していることに気づくのです。
CookとPurdam（2009）は、おそらく重なり合う3つのステージからなるContinuumモデルを提案しています。それは、反応性腱症、腱の障害（治癒不全）、変性腱症である。反応性腱症は、急性の過負荷に反応して起こることが提唱されており、非炎症性の増殖反応とされている。JosephとDenegarは、「腱の障害は反応性の初期段階に似ているが、マトリックスの乱れ、新生血管、神経細胞の成長が大きく、修復を試みたが失敗したという側面がある」と述べ、「荷重調節とエキセントリック運動刺激を含む適切な治療により、腱はこの段階から形態と機能を回復できるという証拠がある」と提案している。変性テンディノパシー（テンディノーシス）は、ほとんど不可逆的であると考えられています」。
臨床において、JosephとDenegarはこの3つの連続体を「急性反応性」と「後期変性」の2つの段階に分け、この2つの段階では治療において異なるアプローチが必要であることを示唆している。急性反応期には、腱への負担を減らすこと（運動強度の低下、相対的な休息、休息期間の増加）が必要であり、炎症を抑制するのではなく、プロスタグランジンや基質の過剰な増殖を抑制するために、非ステロイド性抗炎症薬（NSAID）が必要となるでしょう。ステロイドは短期的には痛みを和らげるかもしれませんが、破裂のリスクを高めます。そのため、ステロイドの使用には慎重な検討が必要であるとしている。変性期後半の治療の焦点は、エキセントリック運動と体外衝撃波治療（ESWT）である。
アキレス腱のエキセントリックプロトコルは、他の腱、特に下肢の腱にエキセントリックローディングをどのように適用するかの青写真として読むことができる。
アキレス腱損傷の診断は、痛みが始まる前の活動レベルの変化を覚えていることが多いため、「より簡単な臨床診断」の一つであるとCookら（2002年）は報告している。アキレス腱は、朝ベッドから出て最初の一歩を踏み出したときから、ほぼフルレンジで動く必要がある。つまり、朝の痛みはこの症状の特徴である。Victorian Institute of Sport Assessment (VISA-A)が開発され、信頼性と妥当性のある結果測定ツールとなっている(Robinson et al., 2001)。アキレス腱（および膝蓋腱）のエキセントリックエクササイズプロトコルは、Alfredsonら（1998年）、Alfredsonら（2005年）の研究に基づいています（図2参照）。このプロトコルは、段差からかかとを落とすことで構成されています。このプロトコルでは、患肢に集中動作を行わず、非患側に体重を移動させて踵を上げ、患側に体重を戻してエキセントリックドロップを行います。Alfredson, 2005は、膝を伸ばした腓腹筋に偏ったエキセントリック運動と膝を曲げたヒラメ筋に偏ったエキセントリック運動の両方を含む15RM(反復最大値)の運動を3セット行うことを推奨している。これは一部の患者にとって大きな負担となるため、セット数を変更することがStevens and Tan, 2014によって提唱されており、依然として良好な結果が得られています。負荷レベルを上げるには、重さのあるバックパックを用意するとよいでしょう。ピラティスの設備が整ったスタジオやクリニックで、リフォーマーやアンダースラング・スプラング・プッシュスルー・バーを使用し、正しい15RMの負荷が得られるようにスプリング・ローディングの張力を変更するなど、プロトコルの修正が妥当であると考えられます。伸展速度は、リハビリを担当するセラピストが変更できるもう一つの要素である。

JosephとDenegarによると、エキセントリックな負荷をかけている間の痛みは問題ないが、痛みが続くようであれば、作業速度や負荷を下げるなどの変更が必要である。
Patella tendinosis regimeでは、同じプロトコルを使用していますが、インクラインボードでのデクラインスクワットエクササイズを使用しています。
エキセントリック・エクササイズは、様々なスポーツや年齢に関連した筋骨格系の疾患のリハビリテーションに適したツールです。しかし、負荷をかけて伸展させたときの筋肉の反応は、コンセントリック状に収縮させたときの筋肉の反応とは異なるため、治療者はより少ない生理学的コストでより大きな強化を実現することができます。エキセントリックな運動は、運動システムの結合要素に負荷をかけて組織学的に変化させ、ポジティブな変化をもたらすことができます。2015年版Hoppelerのテキストをさらに読めば、このテーマについてもっと知りたいと思っている読者には理解できるだろう。