| 研究課題/領域番号 |
16K13014
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| 研究機関 | 大阪教育大学 |
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研究代表者 |
榎木 泰介 大阪教育大学, 教育学部, 准教授 (70392701)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | エネルギー代謝 / 乳酸 / ミトコンドリア / 高強度運動 / ピルビン酸 / モノカルボン酸トランスポーター |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、骨格筋の糖代謝における2つの代謝経路である解糖系と酸化系に注目し、一方を特に活性化させた際に、他方が受ける影響について、実験動物を対象に個体レベルで検討する。糖代謝過程の解糖系で産生されたピルビン酸は乳酸に転換されるか、ミトコンドリアに取り込まれて酸化される。解糖系の亢進ではピルビン酸および乳酸が増加するが、これらのエネルギー基質が酸化系代謝に与える影響については、十分な見解が得られていない。
初年度は、解糖系過程を特に亢進する方法として間欠的高強度運動（HIIT）に注目し、ラット骨格筋内の適応変化を検討した。糖代謝過程において解糖系と酸化系はピルビン酸を互いの接続点としているが、HIITによるピルビン酸の増加が、ミトコンドリアへの流入と、その後の酸化代謝を亢進させるのかについて検討を進めた。
4週間のHIIT負荷ののち、下肢骨格筋を解糖系筋と酸化系筋に分類して解析を行った。ピルビン酸と乳酸を相互転換する乳酸脱水素酵素（LDH-AおよびLDH-B）は、酸化系筋では変化せず、解糖系筋のみで有意な増加を示した。また、ピルビン酸をミトコンドリア内へと代謝する酵素（PDH）は両筋線維ともに変化はみられなかったが、ミトコンドリアにおける酸化系代謝の指標であるCOX4は、解糖系筋および酸化系筋で共に有意な増加を示した。HIITは特に解糖系代謝を活性化させるが、その結果、増加したピルビン酸を乳酸へと転換する経路が亢進した。しかし、MCT4に変化はみられず、乳酸は骨格筋内にとどまるか、ピルビン酸に転換されている。また、PDHに増加がみられないことから、HIITによる細胞質内のピルビン酸の増加は、ミトコンドリアへの流入を促進するほどの変化を引き起こさなかった。しかし、HIITによる解糖系への刺激はCOX4を増加させるなど、酸化系筋の代謝指標に影響を与えることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度には、HIITによる運動負荷実験（4週間・週5回）を実施し、研究検体の収集を行った。分析では特に下肢骨格筋に注目し、酸化系筋と解糖系筋に分けて、骨格筋に局在するエネルギー基質輸送担体や代謝を担う酵素、筋グリコーゲンなど基質濃度の測定を進めた。
さらにHIITの比較として、酸化系代謝を特に活性化した持久的運動群（4週間・週5回）を設定した。初年度には実験動物を用いて2つの運動負荷実験を実施することが出来、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
これまでに、HIITについては主要因子の分析を終え、今後はMIETを分析することによって、解糖系・酸化系の2つの代謝活性の違いが、骨格筋内でどのような影響を与えるのかについて検討する。またそれぞれの運動形態における骨格筋の適応変化について、特にミトコンドリアに注目し、外・内膜に含まれる基質輸送担体およびPDHの増減を解明したいと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の研究内容を継続しつつ、HIITとの比較として、酸化系を特に刺激する持久的運動（MIET）を設定し、実験を進めている。先行研究では、個体レベルで、MIETによる酸化系の特異的な活性化が、ミトコンドリアによるピルビン酸の取り込みを抑制すると報告している。つまり、酸化系を主として刺激するトレーニングでは、糖代謝のうち解糖系から酸化系へのエネルギー代謝連絡を制限してしまう可能性が考えられる。
現在、MIETによって酸化系筋におけるCOX4とMCT1の増加を確認しているが、一方で、PDH、LDH-AおよびLDH-Bに有意な変化がみられなかった。これはHIITと大きく異なる点であり、MIETという運動刺激では、骨格筋内におけるピルビン酸・乳酸の相互転換や、ピルビン酸のミトコンドリアへの流入が活性化しない可能性を示唆している。
今後はさらに、HIITとMIETの差異について、ピルビン酸のミトコンドリアへの取り込み地点に注目して研究を進める。加えて、解糖系筋と酸化系筋の適応変化の違いについても検討を行う。
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