Mechanisms of neuro-muscular fatigue in sprint running

Research Project

Project/Area Number	23K16693
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	欠畑岳東京大学, 大学院総合文化研究科, 特別研究員 (80824606)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywords	筋疲労 / スプリント走 / 神経制御 / 筋シナジー
Outline of Research at the Start	筋疲労は、① 脳-脊髄などの命令が乱れることによる中枢性疲労と ② エネルギー供給系などの代謝応答の変化によって引き起こされると考えられている。しかし、スプリント走の筋疲労を導くメカニズムは、その全容が解明されているわけではない。そこで、本研究はスプリント中の筋神経活動と代謝応答を同時に計測し(研究課題1)、アスリートの競技力（個人差）は疲労耐性に起因するという仮説を検証し(研究課題2)、スプリント中の筋疲労のメカニズムの包括的な理解と、アスリートのハイパフォーマンスの背景に潜む神経科学的および生理学的要因を明らかにすることを目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	本研究はスプリント中の筋神経活動と代謝応答を計測し、アスリートの競技力（個人差）は疲労耐性に起因するという仮説を検証し、スプリント中の筋疲労のメカニズムの包括的な理解と、アスリートのハイパフォーマンスの背景に潜む神経科学的および生理学的要因を明らかにすることを目的とする。本年度は、スプリント中の筋疲労について中枢神経系の視点から解明するため陸上競技400m走における実験を完了させた。実験の目的は、下肢および体幹の14筋から抽出される筋シナジー（複数筋の機能的なモジュール）について、400m走の序盤(100-150m)と筋疲労状態にある終盤(350-400m)で比較することで、スプリント中の筋疲労について中枢神経系の視点から解明することであった。その結果、筋疲労が誘発されている終盤において走速度、ピッチ、ストライドの有意な低下が観察された。抽出されたシナジー数は序盤(7.0 ±0.7)、終盤(7.2 ± 0.4)で有意差はなかった。一方、個別の筋シナジーの特徴について検討すると、終盤に特異的な筋シナジーが抽出された。特に、股関節筋（大腿直筋、大腿筋膜張筋、大殿筋）における個々の筋加重(Muscle weights)および時間パターン(Temporal patterns)に変化が見られた。しかし、股関節筋以外の他筋（足関節や膝関節筋、体幹筋）における筋加重、時間パターンには有意な変化はなかった。以上より、400m走の終盤では、股関節筋（大腿直筋、大腿筋膜張筋、大殿筋）における筋協調パターンに変化が生じ、このことがパフォーマンスの低下を誘発する一つの要因であることが考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、当初の計画通り400m走における筋活動のデータ取得を完了させ、その成果を国際紙へ掲載させることができたため。
Strategy for Future Research Activity	スポーツ運動中の筋疲労をキーワードに、様々な運動課題を対象とした実験系を予定している。また、同時計測を行う生理指標と組み合わせた考察を進めることで、アスリートの競技力（個人差）は疲労耐性に起因するという仮説を検証し、スプリント中の筋疲労のメカニズムの包括的な理解と、アスリートのハイパフォーマンスの背景に潜む神経科学的および生理学的要因を明らかにしていく。