筋肉と神経系の解剖学的な詳細を示した、走る人物
運動と全身の健康

状況、運動の種類、
運動量

運動への反応を変えるもの

運動に対する反応は一人ひとり異なります。生理状態、行動、運動の種類、運動量が相互に作用し、身体が運動をどのように感知・応答するかを決めます。

概日、睡眠、ストレス、動機、情緒、環境、生理状態が、神経内分泌、自律神経、自覚的な運動強度と反応に影響します。

行動・状況に関わる
調節要因

  • 概日リズムの状態
  • 睡眠の状態
  • ストレス負荷
  • 動機/情緒
  • 周囲の
    環境

個人の
生理的状態

  • 神経内分泌の
    活性化
  • 自律神経の緊張度
  • 自覚的な
    運動強度
  • 運動への
    反応性

運動の種類

  • 有酸素運動
    (持久力)
  • 抵抗運動
    (筋力)
  • HIIT
    (高強度間歇)
  • 可動性/
    平衡

運動量

  • 強度
  • 時間
  • 頻度
  • 漸進
  • 回復
行動、生理、運動による入力に囲まれた、走る人物。矢印は人物に向かっています。

行動・状況に関わる
調節要因

概日リズムの状態

睡眠の状態

ストレス負荷

動機/情緒

周囲の
環境

個人の
生理的状態

神経内分泌の
活性化

自律神経の緊張度

自覚的な
運動強度

運動への
反応性

運動の種類

有酸素運動
(持久力)

抵抗運動
(筋力)

HIIT
(高強度間歇)

可動性/
平衡

運動量

  • 強度
  • 時間
  • 頻度
  • 漸進
  • 回復
図のテキストを読む

行動・状況に関わる調節要因

概日リズムの状態

睡眠の状態

ストレス負荷

動機/情緒

周囲の環境

個人の生理的状態

神経内分泌の活性化

自律神経の緊張度

自覚的な運動強度

運動への反応性

運動の種類

有酸素運動(持久力)

抵抗運動(筋力)

HIIT(高強度間歇)

可動性/平衡

運動量

  • 強度
  • 時間
  • 頻度
  • 漸進
  • 回復
筋肉と腱、ミトコンドリア、血管、脳と副腎のシグナルが、急性の生理的反応に合流する

運動中の生理的感知

身体が運動を感知する仕組み

運動中には、機械、代謝、循環・低酸素、神経内分泌の変化が同時に感知されます。

機械的負荷は、筋肉の収縮や腱・骨へのストレスを反映します。代謝ストレスは、エネルギー需要の増大、
カルシウムのシグナル伝達、乳酸の産生、グリコーゲンの利用を反映します。

血流と酸素供給の変化は血行動態と低酸素のシグナルを生み、交感神経とホルモンの活性化が
全身の準備状態を整えます。

これらのシグナルが一体となって、体の急性の生理的反応を開始します。

機械的負荷

  • 筋収縮
  • 腱と骨へのストレス
  • 機械的シグナル伝達
  • Integrin/FAK/YAP–TAZ

代謝ストレス

  • AMP/ATP比 ↑
  • AMPKの活性化
  • Ca²⁺のシグナル伝達
  • 乳酸 ↑
  • グリコーゲンの枯渇

循環・低酸素シグナル

  • 血流とずり応力 ↑
  • 一酸化窒素(NO)↑
  • 一過性の低酸素
  • HIF-1αの活性化

神経内分泌の活性化

  • 交感神経の活性化
  • カテコールアミン ↑
  • GH ↑
  • コルチゾール(急性)↑
  • インスリン/グルカゴンの調節

急性の生理的反応

心臓、肺、循環、体温、ホルモン、代謝物の反応が、色付きの矢印を通じて4つの急性の変化に合流する

急性の
生理的
反応

生理的な感知から即時の作用へ

機械的、代謝的、血管系、神経内分泌系のシグナルが合流し、数分から数時間以内に素早い生理的変化を生みます。

心拍・心拍出、換気・酸素、血流、温度、ホルモン・代謝物が変化し、酸素栄養供給、糖脂肪動員、乳酸・ROS の情報伝達、適応準備へとつながります。

数分から数時間で生じる急性反応

  • 心拍数と
    心拍出量 ↑
  • 換気量と
    酸素摂取量 ↑
  • 活動組織・主要器官への
    血流の変化 ↑
  • 体温の
    上昇 ↑
  • ホルモンの
    急増
  • 代謝物の
    放出
6つの生理的反応が、酸素供給の増加、エネルギーの動員、乳酸とROSのシグナル伝達、神経内分泌系の準備に合流する

主な急性の変化

栄養と酸素の
供給の増加

血液灌流と
基質の利用可能性の向上。

エネルギーの動員

グルコースと脂肪酸:
基質の利用可能性の
向上。

代謝副産物による
シグナル伝達

乳酸とROS:
細胞に情報を伝えるシグナル。

神経内分泌系の準備

適応に向けた
準備状態の向上。

6つの急性の生理的反応が、色付きの矢印を通じて4つの即時の変化に合流します。

数分から数時間で生じる急性反応

心拍数と
心拍出量 ↑

換気量と
酸素摂取量 ↑

活動組織・主要器官への
血流の変化 ↑

体温の
上昇 ↑

ホルモンの
急増

代謝物の
放出

主な急性の変化

栄養と酸素の
供給の増加

血液灌流と
基質の利用可能性の向上。

エネルギーの動員

グルコースと脂肪酸:
基質の利用可能性の
向上。

代謝副産物による
シグナル伝達

乳酸とROS:
細胞に情報を伝えるシグナル。

神経内分泌系の準備

適応に向けた
準備状態の向上。

乳酸

ROS

図のテキストを読む

数分から数時間で生じる急性反応

心拍数と心拍出量 ↑

換気量と酸素摂取量 ↑

活動組織・主要器官への血流の変化 ↑

体温 ↑

ホルモンの急増

代謝物の放出

主な急性の変化

栄養と酸素の供給の増加

血液灌流と基質の利用可能性の向上。

エネルギーの動員

グルコースと脂肪酸:基質の利用可能性の向上。

代謝副産物によるシグナル伝達

乳酸とROS:細胞に情報を伝えるシグナル。

神経内分泌系の準備

適応に向けた準備状態の向上。

乳酸

ROS

収縮する
筋肉からの
末梢シグナル

内分泌器官としての骨格筋

筋は内分泌器官でもあります。収縮する筋が、活動とエネルギー状態を伝えるシグナルを放出し、脳や他の器官へとつなぎます。

これらのシグナルには、マイオカイン、エクサカイン、
代謝物、成長因子、血管関連因子が含まれます。
血液循環と神経の情報伝達を通じて、
協調した全身の反応に
貢献します。

収縮する骨格筋が、紫色のマイオカイン、赤色の代謝物、青緑色の成長因子を血液循環に放出する

内分泌器官として働く
収縮中の
骨格筋

マイオカイン・運動関連因子

  • IL-6
  • Irisin/FNDC5
  • IL-15
  • FGF21
  • Apelin
  • Myonectin

代謝物

  • 乳酸
  • ATP / ADP / AMP
  • アミノ酸
  • ケトン体

成長・血管関連因子

  • IGF-1
  • VEGF
  • HGF
収縮する筋肉が、3群の分子シグナルを曲線状の血管に放出します。

マイオカイン・運動関連因子

  • IL-6
  • Irisin/FNDC5
  • IL-15
  • FGF21
  • Apelin
  • Myonectin

代謝物

  • 乳酸
  • ATP / ADP / AMP
  • アミノ酸
  • ケトン体

成長・血管関連因子

  • IGF-1
  • VEGF
  • HGF

内分泌器官として働く
収縮中の
骨格筋

図のテキストを読む

マイオカイン・運動関連因子

  • IL-6
  • Irisin/FNDC5
  • IL-15
  • FGF21
  • Apelin
  • Myonectin

代謝物

  • 乳酸
  • ATP / ADP / AMP
  • アミノ酸
  • ケトン体

成長・血管関連因子

  • IGF-1
  • VEGF
  • HGF

内分泌器官としての骨格筋

筋肉、関節、代謝のセンサーが脳に情報を伝え、脳は自律神経、ホルモン、運動の出力を協調させる。感覚と感情の入力もこれらの経路に影響する

神経経路と
中枢での統合

運動による末梢のシグナルが脳に届く仕組み

筋、関節、代謝の入力が、求心性経路を通じて中枢神経系に届きます。

脳幹、視床下部、辺縁系、皮質が情報を統合し、ANS・HPA・運動出力を調整します。脳と末梢組織は双方向に情報を交換します。

感覚環境、情動の方向性、自律神経調節、ストレス緩和も、辺縁系・視床下部、HPA軸/ANS、神経化学的経路を介して反応を変化させる可能性があります。

求心性シグナル

  • 筋肉の
    センサー
  • 関節の
    センサー
  • 代謝の
    センサー

中枢統合

脳幹・視床下部・大脳辺縁系・大脳皮質

脳の各構造が求心性シグナルを統合し、遠心性反応を協調させる

遠心性の出力

  • ANS
  • HPA軸
  • 運動
    系

感覚・情緒による神経調節入力

感覚と感情に関わる状況が神経のシグナル伝達に影響する
  • 感覚的な状況
  • 情緒の快・不快
  • 自律神経の調節
  • ストレスを緩和する入力
  • 辺縁系と視床下部の
    回路
  • HPA軸/ANS
  • 神経化学的な
    シグナル伝達
求心性センサーが中央の脳につながり、遠心性の出力が右側に配置され、感覚・感情のパネルが下から接続しています。

求心性シグナル

筋肉の
センサー

関節の
センサー

代謝の
センサー

中枢統合

脳幹・視床下部・大脳辺縁系・大脳皮質

遠心性の出力

ANS

HPA軸

運動
系

感覚・情緒による神経調節入力

  • 感覚的な状況
  • 情緒の快・不快
  • 自律神経の調節
  • ストレスを緩和する入力

辺縁系と視床下部の
回路

HPA軸/ANS

神経化学的な
シグナル伝達

図のテキストを読む

求心性シグナル

筋肉のセンサー

関節のセンサー

代謝のセンサー

中枢統合

脳幹・視床下部・大脳辺縁系・大脳皮質

遠心性の出力

ANS

HPA軸

運動系

感覚・情緒による神経調節入力

  • 感覚的な状況
  • 情緒の快・不快
  • 自律神経の調節
  • ストレスを緩和する入力

辺縁系と視床下部の回路

HPA軸/ANS

神経化学的なシグナル伝達

脳のネットワークが、図示された5つの経路を通じて、モノアミン系、コリン作動性、興奮・抑制、報酬、神経栄養のシグナル伝達をつなぐ

神経化学的反応と
神経調節の
反応

運動が脳のシグナル伝達を調節する仕組み

運動は、動機、情緒、認知、痛み、神経適応に関わる複数の神経化学系に影響します。

モノアミン系、コリン作動性、興奮・抑制系、内因性の報酬経路は、神経栄養因子とともに反応します。これらのシステムは独立して働くのではなく、協調した調節によって身体活動に対する脳の反応を形づくります。

脳を囲む5つのシグナル伝達経路

モノアミン

  • ドーパミン(DA)
  • セロトニン(5-HT)
  • ノルアドレナリン(NE)

興奮と抑制の
バランス

  • グルタミン酸とGABAの
    バランスの
    改善

コリン作動性の
シグナル伝達

  • アセチルコリン(ACh)

内因性の報酬
と鎮痛

  • エンドカンナビノイド
    (AEA、2-AG)
  • β-エンドルフィン

神経栄養因子

  • BDNF
  • IGF-1
  • VEGF
5色の神経経路が中央の脳を囲み、シナプスと神経栄養の円形のイラストが配置されています。

モノアミン

  • ドーパミン(DA)
  • セロトニン(5-HT)
  • ノルアドレナリン(NE)

興奮と抑制の
バランス

  • グルタミン酸とGABAの
    バランスの
    改善

コリン作動性の
シグナル伝達

  • アセチルコリン(ACh)

内因性の報酬
と鎮痛

  • エンドカンナビノイド
    (AEA、2-AG)
  • β-エンドルフィン

神経栄養因子

  • BDNF
  • IGF-1
  • VEGF
図のテキストを読む

モノアミン

  • ドーパミン(DA)
  • セロトニン(5-HT)
  • ノルアドレナリン(NE)

興奮・抑制

  • グルタミン酸とGABAのバランスの改善

コリン作動性シグナル

  • アセチルコリン(ACh)

内因性の報酬・鎮痛

  • エンドカンナビノイド(AEA、2-AG)
  • β-エンドルフィン

神経栄養因子

  • BDNF
  • IGF-1
  • VEGF
収縮する骨格筋が、脳、心臓、骨、腸、膵臓、脂肪組織、肝臓と双方向に情報を伝え合う

臓器間の
コミュニケーション

運動が筋肉と
全身の臓器をつなぐ

運動中に生まれるシグナルは、骨格筋、脳、末梢臓器の間に多方向の情報伝達を生みます。

筋と脳、心血管、骨、
肝、脂肪、膵、
免疫・腸の連携が、
神経、代謝、血管、
骨格、免疫の応答を
協調させ、
全身の反応へとつなぎます。

双方向のシグナル伝達経路でつながる筋肉と7つの臓器

収縮する
骨格筋

筋肉と脳

  • 神経可塑性
  • 気分
  • 認知
  • ストレスへのレジリエンス

筋肉–心臓・
血管軸

  • NOの産生
  • 血管新生
  • 血圧の
    調節

筋肉と骨

  • 骨芽細胞の活動
  • 骨の再構築

筋肉と肝臓

  • グルコースの取り込み
  • グリコーゲンの調節
  • インスリン感受性

筋肉と脂肪組織

  • 脂肪分解
  • 内臓脂肪の減少
  • アディポカインの調節

筋肉と膵臓

  • インスリンの分泌
  • 血糖の恒常性

筋肉と免疫・腸

  • 免疫調節
  • サイトカインのバランス
  • 腸内微生物叢の調節
中央の骨格筋が、双方向の矢印を通じて周囲の7つの臓器と情報を伝え合います。

筋肉と脳

  • 神経可塑性
  • 気分
  • 認知
  • ストレスへのレジリエンス

筋肉–心臓・
血管軸

  • NOの産生
  • 血管新生
  • 血圧の
    調節

筋肉と骨

  • 骨芽細胞の活動
  • 骨の再構築

筋肉と肝臓

  • グルコースの取り込み
  • グリコーゲンの調節
  • インスリン感受性

筋肉と脂肪組織

  • 脂肪分解
  • 内臓脂肪の減少
  • アディポカインの調節

筋肉と免疫・腸

  • 免疫調節
  • サイトカインのバランス
  • 腸内微生物叢の調節

筋肉と膵臓

  • インスリンの分泌
  • 血糖の恒常性

収縮する
骨格筋

図のテキストを読む

筋肉と脳

  • 神経可塑性
  • 気分
  • 認知
  • ストレスへのレジリエンス

筋肉と心血管

  • NOの産生
  • 血管新生
  • 血圧の調節

筋肉と骨

  • 骨芽細胞の活動
  • 骨の再構築

筋肉と肝臓

  • グルコースの取り込み
  • グリコーゲンの調節
  • インスリン感受性

筋肉と脂肪組織

  • 脂肪分解
  • 内臓脂肪の減少
  • アディポカインの調節

筋肉と免疫・腸

  • 免疫調節
  • サイトカインのバランス
  • 腸内微生物叢の調節

筋肉と膵臓

  • インスリンの分泌
  • 血糖の恒常性

収縮する骨格筋

筋肉、脳、全身の臓器のシグナルが細胞膜に集まり、6つの細胞内経路を活性化する

下流の
細胞内
シグナル

運動のシグナルが細胞の適応を生む仕組み

AMPK、PGC-1α、Akt/mTOR、Nrf2、SIRT1、自食・ミトファジー、NF-κB などの経路が、細胞のエネルギー、構造、防御、更新、炎症適応に関わります。

運動を繰り返すことで、短期的な反応が持続的な細胞・全身の適応へと発展していきます。

シグナルが細胞膜を越え、AMPK、PGC-1α、Akt / mTOR、Nrf2、サーチュイン、NF-κBの経路を活性化する

末梢のシグナル

(収縮する筋肉やその他の組織から)

  • マイオカイン/
    エクサカイン
  • 代謝物
  • 成長因子/
    血管関連因子

神経化学的反応と
神経調節の反応

(中枢神経系)

器官間の連携

細胞外空間

細胞膜

細胞質

AMPK
エネルギー
代謝
PGC-1α
ミトコンドリアの
生合成
Akt / mTOR
タンパク質
合成
Nrf2
抗酸化
防御
サーチュイン
(SIRT1)
自食/
ミトファジー
NF-κB
(慢性)
細胞の修復と
抗炎症性の
適応
筋肉、脳、臓器のシグナルが細胞膜を越え、図示された6つの細胞内経路とその作用へとつながります。

末梢のシグナル

(収縮する筋肉やその他の組織から)

マイオカイン/
エクサカイン

代謝物

成長因子/
血管関連因子

神経化学的反応と
神経調節の反応

(中枢神経系)

器官間の連携

細胞外空間

細胞膜

細胞質

AMPK

PGC-1α

Akt / mTOR

Nrf2

サーチュイン
(SIRT1)

NF-κB
(慢性)

エネルギー
代謝

ミトコンドリアの
生合成

タンパク質
合成

抗酸化
防御

自食/
ミトファジー

細胞の修復と
抗炎症性の
適応

ATP

図のテキストを読む

末梢のシグナル

(収縮する筋肉やその他の組織から)

マイオカイン/エクサカイン

代謝物

成長因子/血管関連因子

神経化学的反応と神経調節の反応

(中枢神経系)

器官間の連携

細胞外空間

細胞膜

細胞質

AMPK

エネルギー代謝

PGC-1α

ミトコンドリアの生合成

Akt / mTOR

タンパク質合成

Nrf2

抗酸化防御

サーチュイン(SIRT1)

自食/ミトファジー

NF-κB(慢性)

細胞の修復と抗炎症性の適応

ATP