エネルギー生成とスプリント

Energy　Production　&　Sprint

エネルギー生成とスプリント

**はじめに**

私たちのすべての体の運動は、筋の収縮により骨格が動かされて行われます。そして、この筋の収縮は、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）がＡＤＰ（アデノシン二リン酸）に分解されて発生するエネルギーによっておこります。運動を継続するには、このＡＴＰを供給し続けることが必要です。これらのことについては生物の授業でも習っていると思いますが、糖代謝の過程では、解糖系（２ＡＴＰ）・ＴＣＡ回路（２ＡＴＰ）・電子（水素）伝達系（３４ＡＴＰ）から、トータルで３８ＡＴＰが発生します。ＡＤＰからＡＴＰの再合成や、産生に関わるエネルギー発生系には、無酸素系（アネロビック）と有酸素系（エアロビック）があります。そして、運動強度や運動時間によって、これら２つの生成過程は使い分けられます。

糖代謝におけるＡＴＰ生成

段　階	生　成　過　程	ＡＴＰ生成時の化学反応
第１段階	解　糖　系	C₆H₁₂O₆　　→　　2C₃H₄O₃　＋　2(2H)　＋　2ATP
第２段階	ＴＣＡ回路	2C₃H₄O₃　＋　6H₂O　　→　　6CO₂　＋　10(2H)　＋　2ATP
第３段階	電子伝達系	12(2H)　＋　6O₂　　→　　12H₂O　＋　34ATP
総　　　和	酸素呼吸	C₆H₁₂O₆　＋　6O₂　＋　6H₂O　　→　　6CO₂　＋　12H₂O　＋　38ATP

**エネルギー生成系**

１．無酸素系過程

①ＡＴＰ－ＣＰ系
ＡＤＰからＡＴＰを合成するときに、筋にに蓄えられているクレアチンリン酸（ＣＰ）が、クレアチンとリン酸に分解されるエネルギーを使ってＡＴＰの再合成を行います。この反応はエネルギー生成の過程で酸素なしにすばやく行えます（体重１ｋｇあたり１３ｋｃａｌ／秒）。スタートダッシュなどはこの発生系のエネルギーによるものです。しかし、筋中のＣＰ量はごく僅か（体重１ｋｇあたり１００ｋｃａｌ）なので、このエネルギー発生系ではそれほど長く運動を継続できません。全力の運動を行った場合、１００／１３＝７．８秒（実際には約１０秒程度）が限度です。

②乳酸系（解糖系）

１０秒を超えて全力運動を続けると、エネルギーの生成過程にグリコーゲンが分解されて乳酸が生成される過程が加わります。この乳酸は酸素が十分に供給されないと筋に蓄積され疲労の原因となります。乳酸系のエネルギー生成は、体重１ｋｇあたり７ｋｃａｌ／秒なので、全力運動を継続できる時間は３３秒となり、ＡＴＰ－ＣＰ系と合わせた無酸素系過程の運動継続時間は４１秒ということになります。実際のレースにおいては完全な全力運動を行っているわけではないので、さらに運動時間は長くなります。また、無酸素系過程では、運動中に多くの酸素負債（酸素の不足）が生じるので、運動終了後も呼吸が乱れた状態が続きます。４００ｍ～８００ｍがレース中から終了直後にかけて苦しいのは、乳酸の蓄積によるものです。

２．有酸素系過程


３分以上継続できるレベルの全力運動では、細胞のミトコンドリア内で酸素を使ってグリコーゲンないし脂肪が最も効率よく燃焼され、生成されるエネルギー量も非常に多くなります。有酸素系の運動では、運動時に発生する乳酸が少ないので、運動終了後もそれほど呼吸は乱れません。


エネルギー生成過程と適応する運動時間

エネルギー系	無酸素系			有酸素系
	ＡＴＰ－ＣＰ系	ＡＴＰ－ＣＰ系＋乳酸系	乳酸系＋有酸素系
運動継続時間	１０秒	１０秒～１分３０秒	１分３０秒～３分	３分以上
該当種目	１００ｍ・１００ｍＨ・１１０ｍＨ	２００ｍ・４００ｍ・４００ｍＨ	８００ｍ・１５００ｍ	１５００ｍ以上
即効性	13kcal/kg/sec	13→7kcal/kg/sec	7→3.6kcal/kg/sec	3.6kcal/kg/sec
疲労度	中	大	大	小


運動を継続する時間によって、使われるエネルギー生成過程は異なります。ですから、自分の専門種目の特性を十分認識した上で、必要なトレーニング要素を含んだトレーニング計画を作成・実施することが必要です。また、トレーニングによって発生した乳酸は、酸素を供給することで、すみやかに修理しなければ疲労の回復は遅れます。トレーニングの最後に長めの有酸素運動（ロングジョッグ等）を入れたり、マッサージを施したりすることで、疲労の回復に努めましょう。

**エネルギー代謝のしくみ**

１．ＡＴＰ－ＣＰ系

								再合成
				クレアチン		リン酸		←	クレアチン		＋	リン酸
								→
								分　解
								↓

クレアチンリン酸をクレアチンとリン酸に分解するときに発生するエネルギーを使ってＡＴＰの再合成を行います。
								↓

								再合成
アデノシン		リン酸		リン酸		リン酸		←	アデノシン		リン酸		リン酸		＋	リン酸
								→
								分　解
								↓

ＡＴＰをＡＤＰに分解したときに発生するエネルギーを使って筋収縮がおこります。


２．解糖系　・　ＴＣＡ回路

		炭水化物						脂　質						たんぱく質

↓	←	←		←		←		←		←		←		アスパラギン酸

↓
						↓		←		←		←		アラニン
		解糖系
↓						↓
		ブドウ糖 C₆H₁₂O₆						脂　肪
↓						↓
		↓						↓
↓						↓
		六炭糖二リン酸
↓		↓		↓		↓		↓		↓

↓		三炭糖リン酸		三炭糖リン酸		↓		脂肪酸		グリセリン				グルタミン酸

↓				↓		↓		↓								↓

↓	乳酸 C₃H₆O₃		→ ←	ピルビン酸 C₃H₄O₃		←		酢酸 CH₃COOH								↓

↓				↓				↓								↓

→	→	↓		アセチル CoA
						↓										↓
								←		ビタミンＢ_１


		↓				↓										↓

		オキサロ酢酸 C₄H₄O₅				→		クエン酸 C₆H₈O₇		→		アコニット酸 C₆H₆O₆				↓
		↑										↓				↓

												イソクエン酸 C₆H₈O₇				↓

		リンゴ酸 C₄H₆O₅					ＴＣＡ回路					↓				↓
		↑										オキサロコハク酸 C₆H₆O₇				↓

												↓				↓

		フマル酸 C₄H₄O₄				←		コハク酸 C₄H₆O₄		←		α－ケトグルタル酸 C₅H₆O₅				←





３．電子（水素）伝達系

		ATP						ATP						ATP
		↑						↑						↑
	NADH₂	→	←	FAD	←	→	Fe²⁺	→	←	Fe³⁺	←	→	Fe²⁺	→	←	1/2O₂
		↓			↑			↓			↑			↓
		↓		e-	↑		ﾁﾄｸﾛｰﾑb	↓		ﾁﾄｸﾛｰﾑc	↑		ﾁﾄｸﾛｰﾑa	↓
		↓			↑			↓			↑			↓
	NAD	←	→	FADH₂	→	←	Fe³⁺	←	→	Fe²⁺	→	←	Fe³⁺	←	→	H₂O
				↓										↑
				→	→	→	→	→	→	→	→	→	→	→
									2H

電子伝達系では、上記の表のようにサイクルのなかで電子を受け渡し、その過程でＡＴＰを生成していきます。