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筋力増強運動の物理学的・生理学的観点の強度指標 | Nakajima整骨院|横浜で野球,サッカーによる肩,肘,腰,膝,足のインディバ施術で評判

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筋力増強運動の物理学的・生理学的観点の強度指標

2014.03.30 | Category: ウェイトトレーニング,運動生理学

関節運動

物理的強度

筋力増強運動における強度指標の代表は、持ち上げる重りの重量になります。

 

単位は「kg」が一般的で、米国から輸入製品の場合にはポンド「1bs」を用いることもあります。

  • 1[kg]=2.2[1bs]
  • 1[1bs]=0.454[kg]

膝関節伸展や肘関節屈曲といった単関節運動で発揮される評定する場合には、その回転運動のトルクを評価することもあります。

最新の生体エネルギー学(高強度運動中のATP産生クレアチンリン酸(PCr)が継続的に最大18分間にわたって利用されている)

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無酸素性トレーニング時のエネルギー供給機構(ATP-PCr・速い解糖系)

2014.03.29 | Category: 栄養学,運動生理学

 

running

無酸素性エネルギーは疲労困憊にいたる供給時間の短いホスファゲン系(ATP-PCr系)と比較的長い供給時間の長く速い解糖系(乳酸系)にわかれます。

①フォスファゲン系(ATP-PCr系)

ホスファゲン

体内にあるATPの総量は約85gと推定されていますが、これは高強度のエクササイズを最大努力で継続すれば数秒で枯渇してしまいます。

 

このATPを再合成するエネルギー代謝経路のうち、最も供給スピードの速いのがフォスファゲン系(ATP-PCr:PCr=クレアチンリン酸)になります。

 

クレアチンリン酸はATP同様に高エネルギーリン酸化合物になり、クレアチンキナーゼ(酵素)によりクレアチンとリン酸に分解され、この分解反応に伴い高エネルギーを放出し、ATPの再合成に利用されます。

※細胞内のクレアチンリン酸量はATPの約3~5倍と言われていますが、これでも5~10倍の高強度のエクササイズで使い果たしてしまいます。このため、フォスファゲン系のエネルギー供給経路が主に働きをもつ時間帯は50mや100mのスプリントなどの5~10秒位の短時間、高強度の身体活動や比較的強度の高いエクササイズの運動開始のエネルギー供給経路として非常に重要です。

最新の生体エネルギー学(高強度運動中のATP産生クレアチンリン酸(PCr)が継続的に最大18分間にわたって利用されている)

②速い解糖系(グリコリシス・乳酸)

フォスファゲン系を引き継ぐ形でエネルギー供給の割合が高まるのが、速い解糖系(乳酸系)になります。

 

これは血中グルコースや筋グリコーゲンなどの炭水化物を分解する過程で得られるエネルギーをATP再合成に利用するシステムになります。

 

グルコースの分解には「速い解糖系」「遅い解糖系」があります。

 

解糖系

a)速い解糖系

グルコースを変換する一連の反応過程で生じたピルビン酸を無酸素的に分解する解糖系(グリコリシス)。

※最終過程で乳酸を産生することから乳酸系とも言われます。

b)遅い解糖系

ピルビン酸をミトコンドリアに輸送して有酸素的に変換する過程で得られるエネルギーを利用してATPを再合成する解糖系(有酸素的解糖系)。

※遅い解糖系は有酸素性代謝機構になります。

③フォスフォルクトキナーゼ(PFK)

筋細胞内のグルコースはフォスフォルクトキナーゼ(PFK)と呼ばれる酵素により触媒され最終的に2つのピルビン酸を生成します。

 

ピルビン酸はさらに無酸素的に分解され乳酸を生成します。

 

この一連の反応過程で得られるエネルギーによりATPが再合成されます。

※最終産物である乳酸の生成スピードがその除去能力を上回れば組織内の乳酸濃度が上昇します。

 

乳酸濃度の上昇は筋組織のPhを低下させ、各酵素活性を阻害するためにエネルギー供給能力と筋収縮力を低下させます。

 

フォスフォルクトキナーゼは解糖系代謝反応を高める働きを持っていますが、フォスファゲン系の代謝が、高まり筋内ADP,AMPの濃度が高くなるとより活性化され、逆に筋内のATP濃度が十分に高いとフォスフォルクトキナーゼ活性は低下し、有酸素系の代謝機構のATP生成が増加します。

エネルギー供給系の順番(必ずしもATP-CP系が7秒、解糖系が33秒続き、合計40秒程度の間は、無酸素的にエネルギーが供給されるのか?)

引用・索引 ストレングス&コンディショニングⅠ理論編

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エネルギー供給機構の糖質・脂質・タンパク質の生理学(スポーツ栄養学)

2014.03.28 | Category: 栄養学,運動生理学

エネルギー供給機構

糖質(炭水化物)

糖質は身体の中では血中グルコース(血糖)、肝グリコーゲン、筋グリコーゲンの形で存在しています。

 

身体含有量は血中グルコースが約5g、肝グリコーゲンが約70~100g、筋グリコーゲンが300~400gになります。

※糖質は約4kcalのエネルギーに相当します。

 

運動の初期や高強度の運動時には筋グリコーゲンが利用されますが、無機的解糖のために乳酸が産生され、この乳酸は血中に逸脱し肝臓に運ばれてグルコースに再合成され、エネルギーとして利用されます。

 

また、乳酸は筋肉中のミトコンドリアに運ばれて有酸素的なエネルギー源としても利用されます。

※長時間の運動の場合には筋グリコーゲンの減少と血中グルコース濃度も減少します。

 

(血中グルコース濃度は空腹時に80~100mg/d㍑に調整されていますが、運動により血中グルコース濃度が著しく低下すると低血糖反射が起こる可能性があります。これは脳・神経系はグルコースのみをエネルギー源としているために、血中グルコース濃度が低下すると肝グリコーゲンが動員され血糖値を一定に保っています。)

運動中のエネルギーレベルに対する絶食の影響(グリコーゲン濃度が低下して状態でトレーニングを行うことがタンパク質の分解を加速させることを考えると、筋力や筋量の増大を考えるアスリートに不利益をもたらす可能性がある)

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有酸素性トレーニングの運動強度とは(物理学的観点と生理学的観点)

2014.03.27 | Category: 有酸素運動

運動強度

物理的強度

運動の強度を表す変量としてさまざまなものがありますが、物理学的に定義されるものを「物理的強度」生理学的観点から定義されるものを生理的強度と呼び、客観的な基準にとらわれず運動者実践者の主観に委ねる評定を「主観的強度と言います。

 

運動の強度をエネルギー論的な観点からとらえる時に、もっとも適当な変量は「仕事率(WR)」になります。

 

これは「パワー」とも呼ばれますが単位表記方式として代表的なのは「W(ワット)」になります。

 

※自転車エルゴメーターの表記法として「kpw/分」がありますが、量単位の相関関係は下記のようなものになります。

 

1W=6kpm/分

 

ウォーキングやランニングなど移動運動の強度を表す為には「仕事率」より「速度(V)」の方がわかりやすく、その際は「m/分(分速)」が標準的で、場合によっては「km/時(時速)」が用いられることもあります。

 

1m/s=60m/分

1m/s=3.6km/時

ランニングと競技パフォーマンス(有酸素性能力を測定するフィールドテストは、連続的多段階トラックテストと、最大努力による多段階シャトルランテストの導入によって変革を遂げた)

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レジスタンストレーニングの障害予防・機能解剖学的観点(反復回数8~12回のトレーニングを行う方が結合組織の大きさ、太さ、強度を増大させる)

2014.03.26 | Category: リハビリテーション,運動生理学

レジスタンストレーニング

障害を起こしやすい姿勢

レジスタンストレーニングの初心者が最初に最も障害されるおそれのある部位は腰部・脊椎になります。

 

とくに、腰椎(L4-5)または仙椎(L5-S1)の椎間板ヘルニアが多く見られます。

 

通常、胸椎部が背側、腰背部は前部にカーブを描く(前弯)のS字型になり、この状態では椎間板は扁平な形ですが、腰部が丸くなると椎間板を押し潰す力が働きます。

 

したがって、腰背部の前弯を保ったまま姿勢を保持することが椎間板への圧力を減らす意味でも重要になります。

※バーベルを保持するために体幹部が前傾すると、脊柱とバーベルの距離が増して椎間板を軸とするトルクが増大するため、脊柱起立筋がバーベルの10倍以上の張力を発揮しないといけないため(脊柱起立筋のモーメントアームが短いため(5cm))、その圧力が椎間板にも働く為になります。

 

ハムストリング損傷のリハビリテーション(股関節伸展と対側のハムストリング伸張との間に両側性の連結が確認されている為、腰椎-骨盤域における筋の神経筋制御を狙うエクササイズが再発予防に有効)

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運動と酸素の生理学的指標(無酸素性作業閾値と乳酸性作業閾値)

2014.03.25 | Category: 運動生理学

運動と酸素

酸素需要量

身体で消費される酸素の量は運動強度を示すものでこれを、酸素消費量(oxygen Consumption)といいます。

 

酸素消費量は内呼吸で取り入れた酸素量を指し、一般的に人は基礎代謝として1分間に200~300mlの酸素を摂取しています。

 

そして、運動などで酸素の需要が高まると呼吸・循環器系が応答し運動に見合った量の酸素を身体に取り入れます(酸素需要量)。

 

運動直後には呼吸機能が直ちに応答できずに酸素を借りた状態で運動を行うことになり酸素不足が生じることになり、この状態を酸素借といい、運動強度が高くなるほどこの酸素借は大きくなります(高強度、長時間の運動では借と負債が等しくならず、酸素負債は運動後過剰酸素消費:EPOCと呼びます)。

 

運動強度が低い場合は酸素不足は無いので運動開始数分で酸素需要量と酸素摂取量は等しく長時間の運動が可能となり、この等しい状態を定常状態といいます。

無酸素系競技と有酸素性トレーニング(持久系運動がもたらす適応が、激しい運動間の回復時間を短縮するという点に着目することは有益になる)

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トレーニングの運動刺激による結合組織への生理学的効果

2014.03.24 | Category: リハビリテーション,運動生理学

運動

結合組織(connective tissue)とは

結合組織(connective tissue)とは広義には間葉組織に由来する様々な組織をいい、組織同士を連結し、他の組織や器官の間を埋め支持する役目を持つ組織を総称します(靭帯、脂肪組織、軟骨、骨まで含まれる)。

 

狭義には疎性結合組織(コラーゲン線維など)を本来の結合組織とし、全身に広く分布します。

脊椎屈曲エクササイズと柔軟性(脊椎屈曲エクササイズが矢状面での脊椎の可動性を高め、向上した柔軟性は、結合組織の強度の増加、神経筋コーディネーションを改善する)

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リコンディショニング時の関節可動域運動(ROM運動)の際に必要な病態生理と運動学の理解の重要性

2014.03.23 | Category: リハビリテーション,運動生理学

可動域訓練

関節可動域運動(ROM運動)

関節可動域を維持改善する目的で実施される運動をROM運動、伸張運動(矯正運動)といいます。

 

とくに、他動的運動では組織の過伸展(over stretch)にならないように注意することと下記の項目が重要になります。

  • ①運動学等の基礎知識に基づいて行う。
  • ②生理的ROMの範囲内で行う。
  • ③痛みのある場合、痛みの軽減を優先しその可動域の範囲を考慮する。
  • ④筋の走行を考慮し関連ある関節を固定し、それを優先し施術する。

リコンディショニング時の筋力増強の正常生理と病態生理の理解の重要性

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リコンディショニング時の関節可動域制限への物理療法(温熱・超音波)の生理学的効果

2014.03.22 | Category: 慢性疼痛,炎症,運動生理学

低周波施術器とトレーニング

関節可動域制限への物理療法の効果

 

可動域制限に対しての伸張運動(stretch exercise)の実施前に温熱療法が施行されます。

 

Lehmannは生理学的効果を実証するためにラットの尾を用いて種々の温度下における伸長力との関係を調べ、25℃の温度にてラットの腱の伸張率は約15%になったと述べています(これは臨床上効果の期待できる伸張率約1.5%の10倍に達する)。

 

腱・関節包への超音波療法

 

Gerstenは超音波の腱・関節包などの線維結合織はその伸張性を増大していると述べ、温熱作用が線維蛋白の性質を変化させることに働いたのであろうと説明しています。

 

一方、WolpersやGrossらは超音波照射にてコラーゲン線維の結合が妨げられたと報告しています。

 

超音波の生理学的効果

 

臨床的に使用される超音波は0.8~1MCのもので物理療法の中で最も深く熱を到達出来るものとされています。

 

1MCの波長の超音波では皮膚表面の約半分のエネルギーが5cmの深部まで及び、10cmの深さでは約1/4のエネルギー量が到達するとされています。

 

超音波は組織のインピーダンスにより、異なる組織境界面でのエネルギー反射散乱が熱エネルギーへと転換されやすい性質を持っており、特に骨は超音波エネルギーの約30%が反射するため骨と隣接する筋組織での熱産生は著名で、線維肥厚組織や瘢痕組織においてとくにすぐれていると言われています(温熱効果に加え機械的効果もあるため)。

 

超音波を直接患部に照射しないで疼痛関連脊髄根部に照射する方法も、自律神経系に対する超音波の効果を活かした方法もあり、また、薬物を超音波エネルギーにより皮内に浸透させる効果もあります。

 

※一方、温熱作用が関節内温度の上昇に伴い、ヒアルロン酸などの代謝が著名に増加したり、膝関節内温度が33~36℃に上昇すると軟骨の破壊が4倍に増加するなどの報告もありますが、超音波ほど適用性の広い、かつ未知の面を秘めた物理療法は無いと言えます。

引用・索引 理学療法概論

アイシング(cryo therapy)冷に対する痛みの軽減効果の生理学的反応

2014.03.21 | Category: アイシング,運動生理学

アイシングの生理学

冷に対する生理的反応

冷刺激を与えた時の組織反応は、その「温度刺激」「時間」「変化」という三大要素に左右され、温度刺激の三要素と言われます。

 

また、刺激を受ける組織細胞の種類、すなわちその新陳代謝の高さにも関係し、組織温度が変化するとその化学反応の速度も変化します。

 

一般に10℃の温度上昇で組織の化学反応速度は約2倍と言われ、これをvan`t Hoffの法則(Q10の法則)と言います。

※変性した細胞(温度調整を欠く細胞)ではQ10は14~18倍になります。

 

一般に生体の温冷にたいする生理的適応範囲は10~40℃で35℃付近を境として皮膚血管は拡張あるいは収縮を行い、体核温度調整に貢献してます。

 

急性外傷とRICE(コールドスプレーは筋スパズムや筋・筋膜トリガーポイントなど神経終末には作用は認められるが、深部組織への効果はないとされる)

急性外傷の疼痛と神経系へのアイシング(ICEセラピー)の効果

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MMTや筋力トレーニングでの等張性筋収縮と疑似等尺性運動とは

2014.03.20 | Category: 運動生理学

筋肉の収縮による様式

等張性筋力トレーニング(isotonic exercise)

水の入ったバケツを床から台の上に持ち上げようとする時、上腕二頭筋は等張性筋収縮を行ないます。

 

等張性筋収縮とは関節運動を伴いますが、負荷は一定のものであることが条件になります。

筋肉の収縮様式と筋力(静的収縮:等尺性収縮と動的収縮:短縮性収縮・伸張性収縮)

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痛みに対する物理療法の神経系へのアプローチ・門制御理論(gate control therapy)

2014.03.19 | Category: 炎症,運動生理学

痛み

皮膚の構造とその性質

皮膚は感覚、吸収、分泌、身体保護、それに体温調節などに関係する身体体壁をつくる重要な組織です。

 

身体の血液(その約25%は毛細血管中に存在)その多くは皮膚及び、皮下組織にあり、皮膚を介して与えられる温・冷エネルギーは、その血行動態に影響を及ぼしやすく、逆にその血行動態が温・冷の効果を左右すると考えられています。

 

また、成人ではほぼその体重の60%が血液を含む水分よりなり、この相対的量も温・冷を始めとする物理エネルギーの人体への作用効果に影響を及ぼしています。

筋肉内の酸性化は疲労にどれだけ影響するか?(筋肉内のph{乳酸、水素分子}と筋張力低下の関係)

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筋の持続性収縮と虚血性収縮の生理学的メカニズム

2014.03.18 | Category: 炎症,運動生理学

筋の収縮

筋の痛みと筋スパズム

筋が持続的に収縮を強いられると、その結果として、その結果として筋スパズム(muscle spasm)を限局して起こしやすく、このスパズムは痛みを増悪させ、その結果スパズムが強くなるという具合に、痛み-筋スパズムの悪循環(スパズムループ)を作るようになります。

 

筋スパズムは筋の伸展性の減少や関節可動域制限をきたすこととなり、浮腫や炎症状態など、新陳代謝の異常とからみあい移行し、線維化反応、機能障害へと変化していきます。

 

二次的に、身体外傷を始めとして、多くの因子が疼痛反応を生じ、筋スパズムとの間に頑固な連結を作ります。

筋肉における酸素摂取量(mVO2)はO2供給能力、O2消費能力によって決定される(トレーニングを継続すると筋肉内のミトコンドリアの量が増える)

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痛みと自由神経終末・温冷覚の病態生理

2014.03.17 | Category: 炎症,運動生理学

痛みの生理学

痛みの性質とその特徴

痛み(pain)は生体に対する侵害刺激を警告する役割を果たしており、痛覚受容器を侵害受容器と呼びます。

 

痛みの痛覚は鋭く、局在性のかなり明確なものと、鈍く、局在性のあまり明確でないものの2種類におおよそ分けることができます。

 

前者を鋭痛、第一痛といい、後者を鈍痛、第二痛といい、内部痛や筋・関節の痛みは後者のほうで、深部痛(Deep pain)とも言います。

 

ちなみに痛覚の知覚神経線維には有髄線維のAδ線維、無髄線維のC線維が関係しています。

腰部痛が改善する運動方向への運動介入(運動に伴いLBPが増悪し、痛みが脚部への下方へ放散する現象は症状の悪化を意味するため、「末梢化(Peripheralization)」を起こす運動は避ける)

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ギプス固定による廃用性筋萎縮の神経系と生理学的メカニズム

2014.03.16 | Category: 運動生理学

ギプス固定

廃用性筋萎縮の特徴とその発生機序

脱神経と異なりギプス固定による廃用性筋萎縮は脱神経筋のようなアセチルコリン感受性の亢進や筋収縮反応などの変化は見られません。

 

Gutmannら研究者はグリコーゲン合成の増強が神経支配の存在と深く関係していることを報告しています。

 

脱神経筋ではこのようなことが無いこと、廃用性筋萎縮が筋の収縮活動に対して酵素適応に関係しているとも言われています。

第5中足骨基底部骨折(下駄骨折)

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