身体活動は運動単位の性質を変えうる

習慣的な身体活動レベルの変化は、運動単位の収縮の3つの性質、すなわち収縮速度、最大張力、疲労性に影響し得ます。

加齢や寝たきり、四肢の不動化、宇宙飛行などの筋活動の減少は、3つすべての最大能力を減少させます。

身体活動の増加の効果は、活動の強度と期間に依存します。

強い収縮を短時間行う運動を1週間に数回行うことは、収縮速度と運動単位の張力を増加させます。

一方、弱い収縮を長時間行うことは、運動単位の疲労性を減少させうると考えられます。

運動単位の収縮の性質が変化すると、筋線維の構造的特殊化と生化学的性質の適応がもたらされます。

例えば、筋力トレーニングによる収縮速度の向上は、筋線維の最大短縮速度の増加をもたらしますが、これは線維中のミオシン分子の機能の向上によるものだとされています。

同様に、最大張力の向上は、筋線維の径や固有の張力発揮能力の増加をもたらしますが、これは収縮タンパク質の数と密度の増加により引き起こされます。

対照的に、筋線維の疲労性の変化は、毛細血管の密度、ミトコンドリア数、興奮収縮連関、代謝能力のような、多様な要因の適応によってもたらされます。

持久性トレーニングは、ミトコンドリアの産生を促し、筋線維の酸化能力を増大させ、したがって疲労性を減少させます。

この筋線維の適応能力は加齢により減少しますが、筋は90歳でもトレーニングに対する反応を有しています。

筋力トレーニングと持久性トレーニングは筋線維の収縮性能に影響しますが、筋線維の構成を変える効果はありません。

数週間の運動はIIa型とIIx型線維の比率を変えますが、I型線維の比率に変化は生じません。

すべての型の筋線維はトレーニングに反応して適応しますが、その程度はトレーニングにより異なります。

例えば、2〜3ヶ月の下肢の筋力トレーニングは、I型線維の横断面の面積を0〜20%、II型線維で20〜60%増加させ、IIa型線維の比率を約10%増加、その分IIx型線維の比率を減少させます。

さらに持久性トレーニングは、筋線維の型の比率を変えることなしに酸化代謝経路の酵素活性を上昇させますが、トレーニング期間に応じてIIa型線維とIIx型線維の相対的比率は変化します。

逆に、数週間の寝たきり状態や四肢の不動化は、筋線維の比率を変えませんが、線維の太さや固有の張力発揮能力を減少させます。

身体活動は筋のI型線維の比率にほとんど影響を与えませんが、相当な介入は効果を与えます。

例えば、宇宙飛行士は、持続的に筋への重力の影響を減少させ、下肢のI型線維の比率を減少させます。

また、数週間、低頻度で持続的に電気刺激を与えると、I型線維の比率が著しく増加し、線維の太さは顕著に減少します。

同様に、外科的に筋の神経支配を変化させると、筋の活動パターンが変化し、次第に移植した神経がもともと支配していた筋と同様の性質を示すようになります。

下肢の速収縮性の筋を支配していた神経を、例えば遅収縮性の筋につなぐと、遅筋はより速筋のようになります。

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