はじめに
筋力トレーニングは身体の恒常性を一時的に破壊する行為であり、破壊された恒常性に筋肥大という形で身体は適応する。そして筋肥大を最大化するためには、筋力トレーニングで狙った部位の筋繊維すべてにメカニカルテンションをかけていくことが重要になってくる。
この記事では多くの筋繊維を動員するための理論と、多くの筋繊維を動員する方法を解説する。
理論としてサイズの原理、筋腱複合体、筋肥大誘発について解説する。そして筋力トレーニングにこれらがどう関係するかを解説し、それらどうトレーニングに応用するか考察する。
サイズの原理
サイズの原理とは、小さな運動単位から運動に動員されるという原理である。サイズの原理を理解する前にモーターユニットと全か無の法則について理解しよう。
モーターユニット
https://www.docplexus.com/posts/-the-pattern-of-motor-neuron-discharge-and-the-characteristics-of-the-motor-unitより引用。モーターユニットを表した図。αモーターニューロンが活性化すると、ニューロンによって支配されている筋繊維が刺激され収縮する。
αモーターニューロンとは筋繊維と接続し、その筋繊維を神経支配する神経細胞である。そして一つのαモーターニューロンと、それがシグナルを伝達するすべての筋繊維をまとめてモーターユニットという。
筋繊維は外部の刺激に反応して収縮をする。この外部の刺激を筋繊維へ伝える役割を担うのが神経であり、筋繊維は神経と二つで一つの単位として構成される。
https://www.unm.edu/~lkravitz/Exercise%20Phys/neuromuscular.htmlより引用。
運動ニューロンと筋繊維間のシナプス、若しくは間をNeuromuscular junction（神経筋結合部）という。ここは運動神経との末端と筋肉の間にあるシナプス結合部であり、神経と筋肉へ活動電位が伝導する場である。ここを通して神経と筋肉系とやり取りが発生する。
筋収縮はモーターユニットを一つの単位として起こっており、筋収縮と負荷は基本的に相関関係にある。モーターユニットの特徴から導かれる原理、法則としてサイズの原理、全か無の法則というものがあり、モーターユニットをいかに運動で動員するかが筋肥大用のトレーニングで重要になる。
全か無の法則
「個々のモーターユニットは収縮するか収縮しないかという二つの様式しか持たない」ことを全か無の法則という。
αモーターニューロンが運動単位内に活動電位を経由する際、単位内のすべての筋繊維が力を発揮する。運動単位をより活性化させることが、骨格筋がより多くの力を発生させる方法である。
少ない力発揮の際には、少ない運動単位が動員される。筋繊維の種類についてこの記事では詳しく述べないが、ヒトの筋繊維は収縮速度、最大発揮できる筋力といった特徴の違いからⅠ型繊維とⅡ型繊維に大きく分類される。
Ⅱ型繊維はⅠ型繊維と比較して収縮速度が強く最大発揮できる筋力が大きいため多くの筋繊維、運動単位を含んでいる。骨格筋の収縮の際には、強度が高くなるにつれてⅠ型繊維→Ⅱ型繊維と段階的に運動単位が動員される。
運動単位では一般的に、筋繊維が決まった順序で活性化され動員される。換言すれば、特定の筋肉の運動単位は順位付けがされている。例えば大腿四頭筋を例に大腿四頭筋全体で400の運動単位が存在するとする。大腿四頭筋全体の運動単位には1～400まで順位付けがなされており、微細な動きの際には順位1の運動単位のみが動員され、負荷が最大筋力に近づくにつれ2、3、4と動員される運動単位数が増加していく。通常ある力を生み出すためには、おなじ運動単位が同じ順番で動員される。
運動単位には、活性化して100％の力を発揮するか活性化せずに0％の力を発揮するかの二つしかないのだ。最大筋力の20％の負荷で運動した際に、対象筋の筋繊維すべてが20％の力を発揮して運動するのではなく、対象筋の20％が運動に参加し80％は運動に参加していない。
このように、個々の運動単位は収縮するか収縮しないかの二つの様式しか持たないことを、「全か無の法則」という。
サイズの原理
サイズの原理とは、「運動単位の動員についての順序は、強度に依存して小さい単位から大きい単位の順で動員される」という原理である。
小さな運動単位は運動の最初に動員される。Ⅰ型繊維は小さな運動神経を有しているから、低強度な運動や、高頻度な力の生成が要求される運動で最初に動員される。Ⅱ型繊維は、増加した運動を行うための力が必要になった際にはじめて動員される。
サイズの原理は、多くの運動単位を動員することでより大きな力を生み出すことができることを説明しており、これは対象筋にかかる負荷が大きくなるほど動員される運動単位、つまり多くの筋繊維が動員されることを意味している。
サイズの原理の考察
サイズの原理に基づくと、多くの筋繊維を運動に動員する方法として対象筋へかかる負荷を大きくすることと、小さな運動単位が疲労するまで運動継続すること、が考えられる。
前者について、使用される負荷とモーターユニットの動員数には一定の相関関係があるといえるこれは複数の研究からも理解できる。
この研究では、トレーニング経験者11名が、MVC(最大随意収縮)の60～90％の強度でベンチプレスを行い、ベンチプレス中の大胸筋、三角筋前部、三角筋後部の筋活動が筋電図で評価された。結果として筋活動は60％～70％、70％～80％までは有意に増加したが、80％～90％の間では有意差がなかった。
https://journals.lww.com/nsca-jscr/Fulltext/2014/06000/Relationship_of_Pectoralis_Major_Muscle_Size_With.33.aspxより引用。この図はベンチプレスの1RMと大胸筋の筋断面積に強い相関関係があることを示している。
後者について、何時間も継続する運動は最大筋力下で行われ、骨格筋への張力は強くない。結果として、神経系は持久的運動に適した筋繊維であるⅠ型繊維といくらかのⅡ型繊維を最初に動員して運動を継続する。運動が継続しⅠ型繊維が疲労しグリコーゲンを消費すると、神経系はそこで初めてより多くのⅡ型繊維を動員して運動を維持しようとする。Ⅰ型繊維が完全に疲労して初めてⅡ型繊維が動員される可能性が出てくるのだ。
Ⅱ型繊維がⅠ型繊維より早い収縮速度を持つということから、負荷を素早く動かそうとする際(爆発的挙上)に多くのモーターユニットが動員される。大きなモーターユニットを有する筋繊維はⅡ型繊維であり、これらは最大張力に達するまでの速度がⅠ型繊維と比較して速い。これらの筋繊維は速度に反応しやすく、爆発的挙上により動員されやすい。
筋力トレーニングにおいて、挙上速度をゆっくり行う群と速く行う群では、速く行う群に顕著な筋肉量の増加が見られ、ゆっくり行う群では骨格筋の活性化レベルが低下することが報告されている。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22328004/及びhttps://www.uwlax.edu/globalassets/offices-services/urc/jur-online/pdf/2004/egan.pdf参照。
筋肥大を目的としたトレーニングでは爆発的挙上が基本といえるだろう。
サイズの原理と筋力トレーニング
複数の研究で、使用重量と筋肥大には相関関係がないと主張されている。使用重量と筋肥大の関係に関しては筆者の記事「漸進的オーバーロードと現実的オーバーロード管理方法を解説。」して触れているのでそちらを見てほしい。
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サイズの原理を理解すれば低負荷でも高負荷でもトレーニングボリュームが同じであれば筋肥大効果は同じと理解できる。しかし、最初から低負荷トレーニングで高負荷トレーニングと同等の刺激を対象筋に与えようと考えることは非現実的かつ非効率的といわざるを得ない。なぜなら、サイズの原理を理由に低負荷トレーニングは多くの時間とエネルギーを要し、限界まで反復せずに根を上げてしまうと高負荷トレーニングと同等の負荷が得られないからだ。高負荷トレーニングは低負荷トレーニングと比較して最初からⅡ型筋繊維を含む多くの筋繊維が運動に動員され、多くの筋繊維にメカニカルテンションを発生させることができる。
さらに、高負荷トレーニングを採用することで、筋肥大に有効なメカニカルテンションを筋繊維に発生させるために必要なグリコーゲン等のエネルギー量も減らすことができる。このメリットは、増量期の場合は、多くの筋繊維を動員する運動のために使用できるグリコーゲンの量を増やすことを意味する。減量期の場合は、既存の筋繊維の維持のために使用されるグリコーゲン量をアンダーカロリー内のグリコーゲンで賄いやすくすることを意味する。高強度トレーニングは低強度トレーニングよりも増量期の場合は効果的筋肥大に、減量期の場合は増量期につけた筋繊維の維持に効果的である。
サイズの原理に基づくと、多くに筋繊維に刺激を与えるには高負荷トレーニングが効果的といえる。多くの筋繊維を動員するという観点から見ると、低負荷トレーニングを使う局面は高負荷トレーニングで多くの筋繊維を疲労させた状況だろう。というのもこのような状況では疲労させていない状況で行うより効率的に多くの筋繊維を動員できる可能性が高いからである。レストポーズ法やドロップセット法が有効な理由がここにあるが、これについては後述する。
しかし低負荷トレーニングを最初から行うことは、高負荷トレーニングで使用したいエネルギーを使用し、また多くの筋繊維を動員するのに要する時間がかかってしまうため効果的とは言えない。
筋腱複合体
弾性力
https://sports-science.ajinomoto.co.jp/thm07_joint-tendon/より引用。
骨格筋はそのまま骨に付着しているのではなく、腱を介して付着している。
骨格筋は外部の負荷に反応して収縮するという性質を持ち、腱は外部の負荷を蓄積し、伸ばされると強い力で短縮するという性質を持つ。腱の持つ性質を弾性力といい、「変形した物質体が、その変形の原因となった力を取り除くと、元の形や大きさに戻る能力」と定義される。
腱が元の位置まで戻る際に発揮される力が弾性力であり、弾性力にはフックの法則が適応される。
https://www.bio-meca.com/en/glomeca-3-hookes-law/より引用。フックの法則(F＝-kx)を表した図。フックの法則とは、ばねの伸びは加えた力に比例するという法則である。 (F：弾性力の大きさ、k：ばね定数、x：ばねの変位)
ヒトの運動は、骨格筋の収縮だけでなく腱の弾性力も共同して達成されている。この骨格筋と腱の性質を合わせて筋腱複合作用といい、共同して運動を達成する骨格筋と腱を一つの構造とみる概念を筋腱複合体という。
弾性力の利用と消失
上記で腱の持つ弾性力という性質とヒトの運動が筋腱複合体によって達成されることが分かった。ここでは腱の弾性力が利用される場面と、腱の弾性力を消失したい場面を考える、筋肥大を目的としたトレーニングでは後者が望ましい。
腱の弾性力は我々が思うよりも強く、腱の弾性力を利用することで骨格筋の収縮を少なくし大きな力発揮ができる。立位の状態からそのままジャンプする場合と、立位から深くしゃがみこんでその勢いのままジャンプする場合を比較すると、後者の方が高く飛べるはずである。これは加速度によって伸ばされた腱が元に戻る力が筋繊維の収縮に追加して発揮されたからである。
この腱の弾性力は絶対的な重量向上を目指すパワーリフティングや、アームレスリングといった競技だけでなくおおよそほとんどの競技で利用される。というのも腱の弾性力が運動に占める割合を高くすることで、骨格筋の疲労を少なくできたり、発揮される力の総合量を多くすることができるからである。
例えばアームレスラーは動作の最初に上腕屈筋群の筋肉を収縮させきってから、腱の弾性力を利用して相手を倒す。アームレスラーの動作中の上腕屈筋群は常に等尺性収縮であるといえる。こうすることで、相手の力が自分の腱を引き延ばし、骨格筋が発生させるよりも強い力を弾性力で発揮することができるのだ。
筋力トレーニングの目的が筋肥大の場合、他の競技トレーニングとは異なり骨格筋の力のみで運動を行いたい。つまり腱の弾性力を限りなく消失させて運動したい。というのも筋肥大のためには多くの筋繊維を動員して負荷を筋繊維に与えてたいからであり、腱の弾性力を使ってあげた負荷は筋繊維で仕事をせずに扱った負荷なので筋肥大効果は薄いのだ。
腱の弾性力を消失するためには
上の動画は世界的アームレスラーであるDevon Larrattの腕トレの一部と、トップボディビルダーのフィルヒースの上腕屈筋群のトレーニングである。両者はトレーニングをする目的が異なるので、同じ腕トレでも降ろし方や使う筋肉、テンポなどが異なることが分かる。
どのようにして腱の弾性力を消失するか、弾性力を消失するために腱の持つ性質を思い出そう。腱はフックの法則に従い、外部の負荷によって引き伸ばされると元に戻る性質がある。元に戻る際に発揮される力が弾性力である。
腱の性質から、腱は不随意的構造物であり形の変化は外部の負荷に依存している。一方で筋肉は随意的構造物である。フックの法則と腱の構造的特徴から、ボトムポジションにて骨格筋が等尺性収縮(骨格筋を固める動作)を行うと、腱がより引き伸ばされ腱の運動に占める割合が高くなる。逆にボトムポジションにて腱と骨格筋が同時に伸展すると、腱の伸展の程度が小さくなり腱の弾性力は少なくなる。
以上のことから、腱の弾性力を小さくする方法として、エキセントリック収縮はゆっくりと耐えるよりも、多少骨格筋を弛緩させる意識で行う方が、かえって骨格筋をストレッチでき運動に占める骨格筋の割合を高めることができると推測できる。感覚的に言うとエキセントリック収縮でグッ、グッと所々で止めない意識である。
またボトムとトップで少しだけ動作を止めることも有効である。これは先で述べたジャンプの比較と同じことであり、ボトムとトップを素早く行うと発生する加速度を少なくし弾性力を消失させるというものである。
ボトムで0.3秒から0.5秒ほど停止し、腱の弾性力を消失させると筋腱複合体の動きを阻止し腱の弾性力を最小化できる。例えばベンチプレスでボトムで重りをバウンドさせると、身体の腱が強く引き延ばされ高い弾性力が発揮されるのだ。一方ボトムで重りの動きを止めてから重りを挙げると。運動の多くを骨格筋の収縮で行うことになる。発揮される力は後者の方が前者よりも小さいが、筋繊維の動員数は後者の方が多くなり、筋肥大のためのカーフのトレーニングでは後者のような動きをすることが効果的である。
筋腱複合体と腱の弾性力の性質から考えると、エキセントリック収縮時に過度にゆっくりと耐えすぎない（過度な等尺性収縮を抑制する）ことと、ボトムとトップで0.5秒ほど動きを止めることが多くの筋繊維を運動に動員するうえで重要になってくる。
筋肥大誘発レップ
筋肥大誘発レップとは
筋肥大誘発レップとは、メカニカルテンションが筋肥大に重要であること、メカニカルテンションは挙上の限界の数レップ前に増加する、ということを踏まえたモデル及び概念であり、「挙上の限界前の5レップ」と定義される。
そして筋肥大誘発レップに基づけば、「限界前の5レップこそが筋肥大を誘発するレップ」であり、「筋肥大誘発レップ内でのトレーニングボリュームの増加が筋肥大につながる」と考えられる。
https://sandcresearch.medium.com/how-does-training-volume-differ-between-training-to-failure-avoiding-failure-and-using-advanced-90e26d57bca9より引用。最大挙上回数(RM)と筋肥大誘発レップの関係を表した図。高重量であるほど、筋肥大誘発レップに到達するまでの回数が少ない。
例えば、1RMの場合、筋肥大誘発レップは1レップ、3RMの場合の筋肥大誘発レップは3レップとなる。15RMの場合、理論上は15回反復することができるため、最後の5レップ前の10レップは筋肥大誘発レップではないことになる。
また筋肥大誘発レップでは、反復の限界の手前でセットを終了した場合についても考察される。なぜならセットのラストレップは神経系への疲労が大きく、毎セット限界まで行うセット数を増やすと、疲労の過度な蓄積を招き、長期的に見た際の筋肥大効率が低下する可能性が高いよ考えられるからだ。反復の限界の1レップ手前で終了し、その代わりにセット数を少し増やすことで、過度な疲労の蓄積を軽減しつつ筋肥大誘発レップを増加させることができるかもしれない。例えば、限界の1レップ前で1セットを終了し4セット行った場合と、限界まで反復し3セット行った場合では、前者の筋肥大誘発レップは16レップ、後者は15レップとなる。前者の方が、疲労の蓄積を軽減しつつ筋肥大誘発レップを増加できるかもしれない。
https://sandcresearch.medium.com/how-does-training-volume-differ-between-training-to-failure-avoiding-failure-and-using-advanced-90e26d57bca9より引用。最大挙上回数(RM)と筋肥大誘発レップ－1レップの関係を図に表したもの。
限界－1レップでやめる方法は、高頻度でトレーニングする場合には有効である。というのも本当の限界のラストレップでの神経の疲労は、他のレップでの神経疲労よりも大きいからである。週2回同じ部位をトレーニングするようにプログラムを管理する場合は、筋肥大誘発レップを1レップ逃がすことで神経疲労を少なくするのは効果的である。
一方で週1回しかトレーニングできない場合は、神経疲労のことはあまり考えずに各セット限界までトレーニングしたほうが良いだろう。オーバートレーニングの原因は高強度(高重量限界まで)ではなく高ボリュームである可能性が高く、追い込みを回避してセット数を増加させればその分、ボリュームという観点から疲労を蓄積してしまう。
筋肥大誘発レップの考察
まず筋肥大誘発レップでは、最後の数レップの方が最初のレップよりも筋肉にかかるメカニカルテンションが大きいため筋肥大効果が高いとするが、この考えは複数の研究でも報告されており、かつサイズの原理からも理解することができる。限界手前のレップの方が最初の数レップよりも動員される筋繊維の数が多くなるからである。多くの筋繊維にメカニカルテンションがかかる方が筋肥大効果が高いことは明白である。
筋肥大誘発レップだけを見ると、どんな種目でも85％1RMで取り組むことがベストであると考えられる。しかし高重量は怪我のリスクが高いし、カーフや腹筋、三角筋後部などといった細かい筋肉ではあまりにも重い重量から始めると協働して動く大きな筋肉で動作しがちである。
また限界前でないレップでも、限界前のレップよりは少ないが筋繊維にメカニカルテンションを与えることはできることから、限界まで行うことが第一条件であると考えた方が良い。ただ20レップできる重量を14回で終わらすよウなことはもったいない。
筋肥大の様式及びエネルギー供給系の観点から、筋肥大には6～12レップ程度の範囲が良いと考えられるので、この範囲で限界付近まで行うことが筋繊維を多く動員しつつ筋肥大を狙うには良い。
1セット目10回できる重量でストレートセットを行ったときに、同じ重量で2セット目は8回、3セット目は6回…と回数が落ちた経験はほとんどの人が経験したことがあるはずだ。これは1セット目で対象筋が疲労していることが理由であるが、サイズの原理と筋肥大誘発レップの観点から見ると、全セットの限界前5レップでの筋繊維の動員数は同じであると考えられる。限界まで行うという条件付きではあるが。
筋肥大誘発レップを得るテクニック
最も重要なことは、限界付近までトレーニングを行うことである。筋肥大誘発レップは限界前5レップで得られるからである。本当のラストレップまで行うか限界－1レップで止めるかは疲労と相談しないといけない。筆者は重さをもって使用重量を更新するセットでは限界－1レップでとどめるようにして、他のセットは限界まで行うようにしている。
レストポーズ法は筋肥大誘発レップを短時間で対象筋に与える場合有効なテクニックである。レストポーズ法では1セット終わった後に重量を変えず、10～30秒ほどのレストを挟んで再びトレーニングをする。
レストポーズ法では対象筋が完全に回復していないので当然1セット目よりも反復回数は落ちるが、限界まで行った場合1セット目と同じ筋肥大誘発レップを稼ぐことができる。反復回数が落ちることがミソで、少ない反復回数かつ少ない反復回数の割に軽い使用重量で重い重量を扱った場合と同様の筋肥大誘発レップを得ることができるのだ。このレストポーズ法と筋肥大誘発レップを合わせたトレーニング方法としてマイオレップ法がある。
ドロップセット法も有効である。特に前出したレストポーズ法と合わせるとメカニカルテンションを短時間で対象筋へ与える手段として使える。
レストポーズ法は基本的に使用重量を変えないのだが、複数回レストを挟むと、最後のセットでは反復回数が5回を切ることが多くなる。そのような場合筋肥大誘発レップが少なくなるので10～30％程度使用重量を落としてみる。そうすると5回以上反復できるようになり筋肥大誘発レップを稼ぐことができる。使用重量を下げたとしても、すでに対象筋は疲労した状況から始めるので、最初から使用重量を扱うよりも少ない回数で限界に達することができる。
限界まで行うことが前提にあり、筋肥大誘発レップとサイズの原理に基づいてレストポーズ法とドロップセット法が有効であると考えられる。これらのテクニックは短時間で筋肥大誘発レップを稼ぐ際には有効であるが、通常セットが基本であろう。というのも筋肥大誘発レップではないレップでも程度は低いがメカニカルテンションを対象筋に与えることができ、筋肥大誘発レップだけと全レップとを比較した際の対象筋にかかったメカニカルテンションの総量は後者の方が大きくなるからである。
まとめ
今回は多くの筋繊維を動員することに関連する理論と、それらを踏まえて多くの筋繊維を動員する方法について解説してきた。サイズの原理より高強度で素早く挙上すると、多くのモーターユニットを動員することができ多くの筋繊維を動員することに繋がることが分かる。
筋腱複合体を理解すると、ただ重い重量を挙げればよいのではなく最も腱の弾性力を消失させた、換言すると最も骨格筋を動員する条件での使用重量を伸ばしていくことが重要であるということがわかる。腱の弾性力もフルで利用して絶対的重量を更新していくことは筋肥大トレ―にングの目的ではない。筋肥大トレーニングのためのトレーニング動作は最も重い重量を持つことができない条件とも言えることができる。腱の弾性力を消失するためには、ネガティブで重りを要所要所で止めるように降ろさないことと、ボトムとトップで0.5秒ほど停止することが効果的である。
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