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肥満と減量（理論編)　知っておきたい肥満と減量の基礎知識
【理論3】減量に筋力トレーニングが必要な理由

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　健康科学課　今川 泰憲（スポーツ科学員）

■筋力トレーニングが体脂肪を減らすメカニズム�T（除脂肪量および基礎代謝量の増加）

　運動中のエネルギー源は、強度が低い運動、長時間の運動（有酸素運動）ほど体脂肪が利用される比率が多くなります。反対に、筋力トレーニング（以下、筋トレと省略します）や短距離走など短時間で高強度の運動（無酸素運動）ほど糖質が利用される比率が高まります（図1.参照）。
したがって、“運動中”により多くの体脂肪を燃やすためには、ウォーキングやジョギングなどの軽い運動を長時間行なうことが効果的です。
　では、筋トレなどの無酸素運動が脂肪燃焼に効果がないのかというとそうではありません。有酸素運動が“運動中に脂肪を多く燃やす”のに対して、筋トレは、“運動後に脂肪が燃えやすい状態をつくる”ことが科学的に証明されているからです。
　本編では、“減量を行なう上で筋トレが効果的な理由”について、何回かに分けて解説をしていきたいと思います。

図１．運動強度、運動時間とエネルギー供給源の関係（Fox,1982から作図）

1.マラソン選手と短距離選手、体脂肪率が低いのはどっち？

　体脂肪を減らすために筋トレが効果的であることは、トップアスリートの体脂肪率を観察するとわかります。
　皆さんは、有酸素運動の代表的種目であるマラソンのランナーと無酸素運動の代表的種目である短距離走の選手の体脂肪率がどの程度かご存知ですか？
　トップアスリートの体脂肪率をインターネットや書籍類で調べたところ、マラソンランナーの体脂肪率は男子が5〜8％、女子は男子より少し多めで8〜10％程度の選手が多く見られました。一方、短距離選手は、男子が4〜6％、女子が8〜11％程度で、男女ともにマラソンランナーと短距離選手との間で大きな差は見られませんでした。
　練習の大部分を有酸素運動に費やしているマラソンランナーと練習の大部分を無酸素運動に費やしている短距離選手の間で、体脂肪率にほとんど差がないのは不思議ではありませんか？

　また、私が調べた範囲で体脂肪率が最も低かった日本人のトップアスリートは、ロンドンオリンピック・男子器械体操の金メダリストとアテネオリンピック・陸上競技男子ハンマー投げの金メダリストで、（測定時期や測定方法にもよると思いますが）、両選手ともマラソンランナーよりもさらに低い3〜4％という数字でした。器械体操もハンマー投げも、短距離走と同じ無酸素運動の代表的種目であることに注目してください。

2.筋肉量が多い人は、安静時のエネルギー消費量も多い？

　理論2：「筋肉量（除脂肪体重）の減少を抑え、筋肉量を増やしてで太りにくい体質に変える」でも解説しましたが、減量においては、筋肉、骨、内臓などの除脂肪組織をできるだけ維持しながら、体脂肪だけを減少させることが重要です。
　それは、除脂肪組織は脂肪組織に比べてエネルギー代謝が活発であるため（表１.参照）、除脂肪量が減少すると、安静時のエネルギー消費量も少なくなってしまい、結果としてエネルギーを貯めやすい身体になってしまうからです。反対に、除脂肪量が多い人ほど安静時のエネルギー消費量が多く、脂肪が貯まりにくい身体といえます。

表１．主な組織・器官のエネルギー代謝量と全体に占める割合（Elia.1992から作成）
　
　体重が70kgで体脂肪率が約20％の男性を想定した場合の全身および主な組織・器官のエネルギー代謝量

　もしも、減量を有酸素運動と食事制限だけで行えば、除脂肪量は確実に減少していきます。また、有酸素運動だけを長期に渡って実施すると、身体はエネルギーの浪費を防ぐように適応して、脂肪を貯めやすくなるともいわれています。
　上述した短距離走や器械体操の選手、ハンマー投げ選手の体脂肪率が、マラソンランナーと同じレベルまたはそれ以上に少ない理由は、彼らがマラソンランナーと同じように毎日長い時間有酸素運動を行ってきたからではなく、高強度の運動によって筋肉（とくに速筋線維）を鍛え、除脂肪量を多く維持してきたことが大きな原因の一つと考えられます。

3.除脂肪量が1kg増えると基礎代謝量はどのぐらい増えるのか

(1)筋肉1kg当たりの基礎代謝量は13kcal
　それでは、筋力トレーニング（以下、筋トレと省略する）を行って筋肉などの除脂肪量が増えれば、基礎代謝量はどのぐらい増えるのでしょうか？
　筋肉（骨格筋）が除脂肪量に占める割合は、一般人では約50％程度とされており、身体の組織・器官の中では１日のエネルギー代謝量が最も多い器官とされています（表.1参照）。しかし、筋肉1kg当たりのエネルギー代謝量は１日約13kcalであり、それほど多くないこともわかります（脂肪組織の約3倍）。このデータを見ると、“筋肉を1kg増やしても基礎代謝量は13kcalしか増えないので、筋トレに減量の効果はほとんどない”と考えてしまいます。しかし、筋トレには、自律神経系（交感神経）や内分泌（ホルモン）系の働きを活性化するなどして、全身のエネルギー代謝を促進する効果もあります。
　単純に、筋肉を1kgつけたら全身の基礎代謝が13kcalアップする、2kgつけたら26kcalアップするという計算にはならないのです。



(2)除脂肪量が1kg増加すると基礎代謝量が50kcalアップ
　図-1は、谷本ら（近畿大学,2009）が行なったトレーニング実験の結果を基に作図（改変）したものです。この研究結果は、筋生理学で有名な東京大学石井直方先生の著書の中でも紹介されています。
　実験は、19〜22歳の男性を対象に全身の筋トレ（スロートレーニング＝スロトレ）を週2回の頻度で3ヶ月間実施し、基礎代謝量の変化を調べました。その結果、3ヶ月後に除脂肪量が約2kg増加し、基礎代謝量が約100kcalアップしたと報告しています。
　すなわち、除脂肪量1kgの増加につき基礎代謝量が約50kcalアップした計算になります。

4.たったの50kcal？

　“除脂肪量を1kg増やしても１日でたったの50kcal？”などとあなどってはいけません。1日たったの50kcalも、1ヶ月（30日）では約1,500kcal（体脂肪量に換算すると約0.2kg)、1年では18,250kcal（同、約2.5kg）、5年では91,250kcal（同、約12.5kg）にもなるからです。
　このように、除脂肪量を多く維持することは、その期間が長ければ長いほど大きな差となって現われます。読者の方の中には、食事量は若いときとあまり変わっていないのに、毎年わずかずつ体重が増えてきて、気がつけば5年で5kg、10年で10kg体重が増えたという方はいらっしゃいませんか？もし仮に、その5〜10年の間に除脂肪量を1kgでも多く維持していたならば、そのような体重増加は起こらなかったかもしれませんね。



　図-2は、2006〜2011年までの間に当センターのスポーツ版人間ドッグ（スポーツプログラムサービス）を受けられた方（男子2,233名、女子3,197名）の除脂肪量の年代別平均値を表したものです。この図から、男子の除脂肪量は30歳代、女子の除脂肪量は20〜45歳ぐらいをピークにして、それ以降急激に減少する傾向がうかがえます。
　そして、男子の78歳以上の平均値（48.8kg）は、28〜32歳の平均値（57.6kg）に比べて約-9kg、女子の78歳以上の平均値（34.9kg）は、23〜27歳の平均値（41.5kg）に比べて約-6.5kg少ないことがわかります。
　このような加齢に伴う除脂肪量の減少を最小限に抑えることが、「メタボリックシンドローム」の予防だけでなく、「ロコモティブシンドローム」の予防にも大いに役立つものと考えられます。
　その対策として最も効果的なのが、筋力トレーニングなのです。


■筋力トレーニングが体脂肪を減らすメカニズム�U（成長ホルモンの脂肪分解作用）

5.筋力トレーニングを行うと体脂肪が燃えやすくなる？

(1)体脂肪が燃焼するまでの過程
　体脂肪は、脂肪細胞の中に中性脂肪という形で蓄えられています。この中性脂肪は、そのままの形では運動のエネルギー源として利用することはできず、脂肪分解作用を持つホルモン（アドレナリン、ノルアドレナリン、成長ホルモンなど）と酵素（ホルモン感受性リパーゼ^※など）の働きによって遊離脂肪酸とグリセロールに分解された後、血中に放出された遊離脂肪酸が運動のエネルギー源として利用されることになります。「脂肪燃焼」とは、正確には中性脂肪が分解されて遊離脂肪酸が消費されるまでの過程を指します（図-1参照）。

※ホルモン感受性リパーゼ：脂肪細胞の中に存在し、中性脂肪を遊離脂肪酸とグリセロールに分解する酵素。アドレナリン、ノルアドレナリン、成長ホルモンなどの作用によってその働きが活性化する。

(2)成長ホルモンが体脂肪の分解を促進する
　さて、筋力トレーニングのような激しい運動を行なうと、筋肉内で乳酸などの代謝産物が蓄積し、筋肉内にある化学受容器（「侵害受容器」と呼ばれています）が刺激されます。侵害受容器は、“この運動はかなりきついぞ！”という信号を脳に伝達し、脳下垂体という場所から成長ホルモンが分泌されます。
　一般に成長ホルモンは、骨や筋肉に作用してその発育・発達を促す、疲労（損傷）した筋肉の回復を早めるなどの働きを持つことで知られていますが、一方で、脂肪細胞に含まれるホルモン感受性リパーゼを活性化し、中性脂肪の分解を促す強い作用があることも明らかになっています。
　すなわち、筋力トレーニングそれ自体が体脂肪を燃やすのではなく、筋力トレーニングを行うことで、体脂肪が燃えやすい状態をつくることができるのです。



　　　　　　　図-1.筋力トレーニングによる成長ホルモンの分泌、体脂肪の分解、脂肪燃焼までの過程

６.有酸素運動と筋力トレーニング、どっちを先に行なえばよいか？

　脂肪燃焼を目的に運動プログラムを作成する場合、“有酸素運動と筋力トレーニングのどちらを先に実施すれば効果的か？”という議論はかなり以前からありました。この点について、現在では、「筋力トレーニングを先に実施し、中性脂肪の分解が十分に進んだ状態で有酸素運動を行なった方が、より効果的に体脂肪を燃焼させることができる」との見解が有力となっています。では反対に、筋力トレーニングより先に有酸素運動を実施するとどうなるのでしょうか？
　後藤准教授（立命館大学、2005）らは、有酸素運動の前に筋力トレーニングを行うグループと有酸素運動の後に筋力トレーニングを行うグループに分けて、成長ホルモンの分泌の様子を調べました（両グループとも有酸素運動と筋力トレーニングの内容は同じでした）。その結果、筋力トレーニングの前に有酸素運動を行うと、筋力トレーニング後の成長ホルモンの分泌が完全に抑えられてしまうことがわかりました。すなわち、同じ内容の筋力トレーニングを行っても、それを有酸素運動の前に実施するか後に実施するのかによって、成長ホルモンの分泌に大きな違いが生じるのです。

　

　　　　　　　　　　　　　　 図-2.脂肪燃焼を目的とした運動プログラムの構成例

　以上から、脂肪燃焼のためには、筋力トレーニング → 有酸素運動の順序で運動プログラムを構成するのが効果的と考えられます。
　ただし、ウォーミングアップをせずにいきなり筋力トレーニングを開始すると怪我の原因にもなりますので、最初にストレッチングや軽めの有酸素運動（5分程度）を行なってから筋力トレーニングに取りかかるようにしましょう。

7.成長ホルモンによる脂肪分解作用は長時間持続する

　成長ホルモン以外で脂肪分解作用を持つホルモンとしては、従来からアドレナリンやノルアドレナリンが知られています。これらのホルモンは、運動の開始直後から分泌されて中性脂肪の分解を促しますが、その効果は短時間（1時間程度）で消失するとされています。
　一方、成長ホルモンによる脂肪分解作用は、筋力トレーニングが終了してからも長時間持続することが研究から明らかになっています。
　石井教授（東京大学、2014）は、その著書｢スロトレ」（高橋書店）の中で、“成長ホルモンの脂肪分解作用は長時間におよぶのが特徴で、｢スロトレ｣の約1時間後から始まり、じつに5〜6時間程度も持続する”と述べています。また、国外の研究では、成長ホルモンの脂肪分解作用は、筋力トレーニングの実施後、約48時間も持続するとの報告もあります（図-3参照）。


　　　　　　　　図-3.筋力トレーニング（TR）によるによる成長ホルモンの分泌と脂肪分解作用の模式図

　成長ホルモンの脂肪分解作用を引き出すためには、筋力トレーニング → 有酸素運動の順序で行なうことが重要なのですが、有酸素運動を行なうタイミングは、必ずしも筋力トレーニングの直後でなくてもよいのです。成長ホルモンによる脂肪分解作用が続いている時間帯（石井教授はこれを「脂肪分解タイム」と呼んでいます）に有酸素運動を実施すること、また、日常生活動作（通勤時の歩き、掃除・洗濯・買い物などの家事など）を活動的に行なうことで、体脂肪をより多く燃焼して減らすことができるのです。


■筋力トレーニングが体脂肪を減らすメカニズム�V（速筋線維を鍛える）

８.安静時にエネルギーを消費するタンパク質 ｢ UCP-3 ｣

　近年、筋肉（骨格筋）の細胞内器官であるミトコンドリア内でUCP-3（脱共益タンパク質-3）と呼ばれるタンパク質が発見されました。UCP-3は、安静時において脂肪や糖などのエネルギーを直接熱に変えて消費する働きを持つタンパク質で、肥満の予防と改善に作用する分子の一つとして注目されています。
　これまでに発見されているUCPにはいくつか種類があるのですが、動物やヒトの｢褐色脂肪｣だけに存在するUCPをUCP-1、主として｢白色脂肪｣の中に存在するUCPをUCP-2、そして、骨格筋や心筋などの筋組織に存在するUCPをUCP-3と呼びます。



これまでにマウスなどの動物を用いた実験では、以下のような点が確認されています。
　�@ 肥満した動物では、UCPの発現と機能が有意に低下している。
　�A 多食しても肥満しない動物はUCPが増加している。
　�B 「遺伝子組み換え」により人為的にUCPの発現を低下させたマウスは肥満し、反対に、UCPの発現を上昇させたマウスは多食させても痩せる。
　　⇒｢痩せの大食い｣？

　従来から、飢餓に備えてエネルギーを節約する遺伝子のことを「倹約遺伝子」（肥満遺伝子）と呼んでいましたが、これに対してUCPを作り出す遺伝子は｢浪費遺伝子｣とも呼ばれています。倹約遺伝子を多く持つ人はエネルギーを消費しにくく“肥満しやすい体質”、逆に浪費遺伝子を多く持つ人はエネルギーを消費しやすく“肥満しにくい体質”と考えられます。

９.UCP-3は骨格筋の中でも特に｢速筋線維｣の中に多く存在する

　ヒトの骨格筋は、収縮スピードが速く、筋力やパワー発揮に優れている｢速筋線維」（タイプ�U線維）と、収縮スピードが遅く、筋力やパワー発揮は小さいけれども持久性に優れている｢遅筋線維」（タイプ�T線維）の２種類に大別されます。また、速筋線維には、タイプ�Ua線維（FOG線維）とタイプ�Ub線維（FG線維）などのサブタイプがあり、タイプ�Ub線維は、最も瞬発力に優れているけれども直ぐに疲労してしまう筋線維、タイプ�Ua線維は瞬発力もあって持久性にも比較的優れている筋線維（タイプ�Tとタイプ�Ubの中間型）のことをいいます。
　UCP-3は、これらの筋線維の中で「遅筋線維」よりも「速筋線維」に多く含まれていることがわかっています。また、「速筋線維」の中でもとくにタイプ�Ua線維により多く含まれていることがわかっています。



■長距離ランナーと短距離ランナーの筋線維組成
　筋肉の中に速筋線維と遅筋線維を含む割合のことを筋線維組成と呼んでいます。この筋線維組成は、とくにスポーツを実施していない一般人では平均して約50％ずつなのですが、マラソン選手では平均して82％の遅筋線維を有し、逆に短距離選手は平均して60％が速筋線維、もっとも多い選手では79％の速筋線維を有していることが先行研究の結果で示されています。

１０.「速筋線維」を鍛えればUCP-3を増やせるか？

　UCP-3は速筋線維に多く含まれていることから、速筋線維を鍛える運動をすれば、速筋線維の中のUCP-3の発現が上昇するのではないかと期待されます。
　運動がUCP-3の発現に及ぼす影響を調べた研究では、マウスに急性の運動を行なわせた後に速筋線維でUCP-3の発現が大きく上昇することが確認されています。
　これとは反対に、持久性の運動を継続的に行なわせるとUCP-3の発現が減少するという結果も示されています。ヒトを対象に行なった研究でも、持久系競技の選手ではUCP-3の発現と機能が低下しているとの報告も見られます。持久系競技ではエネルギーの無駄遣いを抑えるためにエネルギー節約型に生体が適応するのではないかと考えられています。
　以上の点から、速筋線維を鍛えれば、速筋線維中のUCP-3の発現が上昇して、安静時にエネルギー（体脂肪）を消費しやすくなる可能性が高いと考えられます。反対に、持久的な運動だけを長期間行なっていると、体脂肪を貯めやすくしてしまう可能性もあるわけです。

１１.｢筋力トレーニング｣は速筋線維を鍛える最も有効な運動

　では、「速筋線維」を鍛えるためにはどのような運動を行なえばよいのでしょうか？
筋線維は、あらゆる身体活動のすべての筋活動に関係しているのではなく、運動強度（負荷の重さ）や持続時間、また、筋肉内の代謝環境（酸素の供給が十分な状態か、不足している状態か）などの運動条件に応じて選択的に動員されることがわかっています。
　たとえば、ウォーキングやジョギングなどの負荷が軽い運動（有酸素運動）では、遅筋線維だけが動員されるに過ぎないのですが、やや速く走ったりすると速筋線維のタイプ�Ua線維までが動員されます。そして、100ｍ走や走り高跳びの跳躍時のように爆発的に大きな筋力やパワーを発揮する際にはタイプ�Ub線維までが動員されます（下図左参照）。



　ダンベルやマシーンなどを使った筋力トレーニングでは、“ぎりぎり10回反復できる重量（10RM）”を用いて行なうのが一般的です。この10RMという負荷の重さは、タイプ�Uaからタイプ�Ubまでの速筋線維の多くを動員できる運動強度になります。
　すなわち、10回程度反復できる負荷を用いて行う筋力トレーニングは、速筋線維を鍛えるための最も有効な運動の一つなのです。
　筋力トレーニングで速筋線維を鍛えて、体脂肪が付きにくい体づくりをしましょう。

【理論編�Vまとめ】
　有酸素運動と筋トレを組み合わせた運動プログラムが減量（減脂肪）のためには最も効果的と考えられます。