筋線維伸長の抑制機構を解明 ― 人間の骨格筋が伸ばされるときのギアリング効果 ―

詳細は 早稲田大学Webサイト をご覧ください。

早稲田大学スポーツ科学学術院の川上 泰雄（かわかみ やすお）教授、同志社大学スポーツ健康科学部の高橋 克毅（たかはし かつき）助手らの研究グループは、人間の骨格筋が伸ばされるときに、筋線維が３次元的にその方向を変化させることで筋線維の伸長の程度が少なくなることを明らかにしました。

本研究成果は、『Medicine & Science in Sports & Exercise』（論文名：Coronal as well as sagittal fascicle dynamics can bring about a gearing effect in muscle elongation by passive lengthening）にて、2023年10月18日（水）に掲載されました。

図1：一般的な構造（A）と羽状構造（B）を有する骨格筋の受動的伸長時の変形 羽状筋（Ｂ）の筋束が回転すると、筋束の伸長よりも筋全体の伸長が大きくなる（ギアリング効果）。

この場合、受動的に筋が伸長する際、筋全体と個々の筋束の長さ変化はおおよそ一致します。しかし、人体に存在する骨格筋の多くは、短い筋束が鳥の羽のように斜めに走行する羽状構造を示します（図１B）。

このような構造を有する筋（羽状筋）の筋束が長さを変化させる際に回転（走行角度が変化）することが示されています。筋束の回転は、幾何学的に、筋全体の長さ変化よりも筋束の長さ変化を小さくする（ギアリング）効果をもたらします。本研究のグループはこれまでに、羽状筋の筋束は実際には3次元的な広がりをもって分布していることを示しました（図2B参照）が、筋束の3次元形状の伸長時の変化や、ギアリング効果に及ぼす影響については不明でした。

■研究の波及効果や社会的影響

身体運動中の骨格筋の傷害は、筋線維が伸長された際に発生しやすいことが知られています。本研究で明らかとなった筋伸長時のギアリング効果は、筋の伸長時に筋線維が引き伸ばされる程度を抑制する機構として役立っていることが想定されます。スポーツやリハビリテーションの現場で、障害予防や柔軟性（関節の可動性）の向上のために、筋を受動的に引き伸ばす「ストレッチング」が行われますが、ストレッチングの効果を得るためには、対象とする筋のギアリング効果の程度を十分に理解しておく必要があることも示唆されます。

■研究者のコメント

川上：人間の骨格筋内の筋線維が3次元的に配置していることは解剖体の観察を通して古くから知られています。本研究はそれを一歩進め、筋束の配置や関節角度が変化したときの動態を生体計測で明らかにしました。今後の人間の骨格筋研究を格段に進歩させる契機となることが期待されます。

高橋：本研究で明らかとなった羽状筋の受動的伸長時におけるギアリング効果の存在は、「骨格筋の構造と機能の関係」に対する従来の理解を拡張する重要な発見であると考えています。また、本研究の知見は、人の運動の仕組みを理解する際の「人体内部へのアプローチ」の重要性を再認識させてくれるものでした。骨格筋の形や動きに関する研究が今後も発展していくことを願っています。

■論文情報

雑誌名：Medicine & Science in Sports & Exercise

論文名：Coronal as well as sagittal fascicle dynamics can bring about a gearing effect in muscle elongation by passive lengthening

執筆者名（所属機関名）： 高橋 克毅（同志社大学）、塩谷 彦人（早稲田大学）、Pavlos E. Evangelidis （早稲田大学）、佐渡 夏紀（筑波大学）、川上 泰雄（早稲田大学）

掲載日時：2023年10月18日（水）

掲載URL：https://journals.lww.com/acsm-msse/abstract/2023/11000/coronal_as_well_as_sagittal_fascicle_dynamics_can.11.aspx

DOI：10.1249/MSS.0000000000003229