運動がなぜ健康に良いか【メカニズムを解説】

運動が健康に良い事を知らない人はいませんが、何故良いのか知ってますか?

これは実はとても大事なことで、たくさんの研究が行われています。

この記事では、数あるメカニズムを簡潔にまとめて紹介します。

メカニズムを知ることで、「どういう状態の方に効果があるか」も見えてきます。

 

 

運動がなぜ健康に良いか【メカニズムを解説】

運動がなぜ健康に良いか【メカニズムを解説】

運動が健康に良い、と最初に言ったのは数千年前、ヒポクラテス。

疫学的にしっかり初めて示されたのは20世紀になってからでした。

その後たくさんの基礎研究、臨床研究が行われ、そのメカニズムが明らかになってきました。

 

この記事で紹介するのは、「運動が心肺機能に良いメカニズム」のまとめです。

最近のreview論文を参照しています(Nat Metab 2020 0.1038/s42255-020-0262-1)。

 

前半では、

・運動による心機能への影響

・高齢化するとなぜ心機能が低下するか

という2点をお話します。

 

 

運動による心機能への影響

まず、運動でどのように心機能が変化するか、説明していきます。

 

心臓の形態が変わる

・心拍出量(CO)=心拍数(HR)× 一回拍出量(SV)

→HRは置いておいて、運動中はSVが増加します

→これは左室拡張末期容量(LVEDV)が増える事+収縮力自体が増すことによります

 

長期に運動すると、心臓の形態が変わります。

→LVEDVが増え、SVが増えます

→結果、心拍出量が増えます。

 

*運動により心室の壁が厚くなります(eccentric hypertrophy)が、これは肥大型心筋症での厚くなり方とは異なります

→肥大型心筋症では心筋が固くなり、SVが減ります

→この「病的な心肥大」と「運動による生理的な心肥大」の違い、がとても重要です。以下の説明でも時々出てきます。

 

 

徐脈になる

安静時の脈が遅くなります。

若い頃激しい運動していた方、健康診断で徐脈で引っかかることありませんか?

あれです。健康の証。

 

メカニズムは以下の3つが考えられてます。

・副交感神経の活性化

・アドレナリン刺激の感受性低下

・Intrinsic HRの低下

 

詳細略ですが、交感神経がずっと働きっぱなしだと良くないのです。

 

*副交感神経の活性化は、心拍数の変動が大きい事に繋がります(Higher HR variability)。

→HR variabilityは大きいほど心血管病リスクが低いです。

 

 

Reverse remodeling

心臓のremodelingというのは、心筋細胞が繊維細胞に置換され、その部分が動かなくなる(固くなる)事をいいます。結果、SVが減少し、それを補うため心臓が拡張します。

特に心筋梗塞にて顕著で、梗塞箇所に認められる変化ですが、心臓病なら何でも原因になります。

 

Reverse remodelingとは、remodelingした心臓の機能(SV)が改善することを言います。

→心臓病により心臓が固くなってSVが低下した方でも、運動をすることにより、残っている心筋細胞の収縮力が上がり、心臓が柔らかくなり、心臓が小さくなる可能性があります。

 

*多くの場合これは期待されますが、心臓移植後は話が別かもしれません。移植後はかなり複雑な状態です。運動がreverse remodelingに関与するという報告はありますが、まだ確定的ではありません。

 

 

心臓の「高齢化」を運動で良くする

続いて、なぜ年をとると心臓が悪くなるか、を説明します。

このメカニズムを知ることで、特に高齢者にとって、運動はとても重要なことが分かります。

 

運動に適切に反応できなくなる

運動中はCOを上げなければいけませんが、COの構成要素であるHRもSVも十分に上昇できなくなります(cardiac reserveの低下)。

 

この大きな原因の一つは、心臓の自律神経系がうまく機能しなくなることです

…高いカテコラミンに慢性的に暴露していると(高齢者で多い)、心臓のβアドレナリン受容体が脱神経化し、交感神経の活性化を抑制できなくなってしまうのが原因です

→そして、これは運動により可逆的です

 

*運動により、間質のカルシウムイオン濃度が上昇しづらくなることも原因です。

→すると、心臓の収縮力が弱まります

…高齢化により、これを調整する機能が低下することによると考えられています(SERCA2aなど)

 

 

高齢化による心臓リモデリング

上で説明した心臓リモデリングですが、年を取ることで、大まかには次のような変化が起きます:

心筋細胞の肥大化と心臓線維化

→細胞外基質の沈着

→心臓が固くなり、ホメオスタシスが崩れる

 

運動はreverse remodeling、心臓を柔らかくする効果があると考えられています。

例えば実際、筋トレを行うことで、心臓の柔らかさを保ち、高齢者の心機能低下を予防することが示されています。

負荷をかけることが重要です。

 

その他

✔心筋細胞のミトコンドリア機能低下

・心筋細胞は勝手にずっと収縮→弛緩を繰り返す、非常に大きなエネルギーを必要とする細胞です。

このエネルギーの源はミトコンドリアにあるのですが、高齢化とともにミトコンドリア機能が低下してしまいます。

=エネルギーが足りなくなってしまうということです。

→これも運動により予防することができます。

 

✔心筋細胞のロス

・実は高齢化とともに心筋細胞が死んでしまいます。17→90歳で30%もの心筋細胞がなくなるという報告から始まり、エビデンスが蓄積されてきました。

→心筋細胞は分裂しないので、心筋細胞が増えることはないと思われていたのですが、、、

→少しずつ、心筋細胞が新しいものに置き換わっている(年に1%未満程度)ということが、その後わかりました。

→そして、運動により心筋細胞が置き換わるスピードが早くなる、ということが(マウスで)証明されているのです!

 

 

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以上、

・なぜ運動が良いか

・なぜ高齢化による心機能低下が運動により予防されるか

を簡潔に説明しました。

 

引き続き、後半です。

分子的メカニズムを解説していきます!!

 

 

運動がなぜ健康に良いか【分子的メカニズムを解説】

運動がなぜ健康に良いか【分子的メカニズムを解説】

 

運動により、10万以上の遺伝子、蛋白発現が変わることが言われています。

しかしその多くがassociational change. 原因でないということです。

ここでは、大元の変化だ(主要な原因だ)と考えられているメカニズムを紹介します。

 

 

より有効にエネルギー産生できるようになる

・運動

→転写調節因子PGC-1αの活性化(心筋、骨格筋)

ミトコンドリア生合成を活性化

→ミトコンドリアのエネルギー代謝に関わる遺伝子を活性化

(酸化的リン酸化、脂肪酸酸化(FAO)酵素など)

→運動により増えるATPの需要に対応できるようになる(ATPをより多く産生できるようになる

 

*これに加え、PRODHという酵素やMOXIという蛋白が、運動中にエネルギーのホメオスタシスを保つために必要で、最近注目されています。

 

 

シグナルカスケード

運動によりIGF1-PI3K-Akt経路が活性化

…PI3Kサブユニットp110が、運動による生理的な心筋肥大に必要

…Aktという蛋白も、生理的な心臓の発育に必要

 

*かなり省略しています。

基礎研究でかなり重要な領域です。例えば炎症にも関わっています。

 

 

Non-coding RNA

運動によりマイクロRNAの心臓での発現量が変化します。

いくつか主要な例だと:

 

miR-17-3pの活性化:心臓発育、虚血への抵抗性に関与

→PTEN(PI3K-Aktのnegative regulator)を抑制

miR-222発現の増加、miR-133発現量の低下

→前者は生理的な心筋肥大に関与、後者は病的な心筋肥大にも関与

 

*miR-222を抑制すると心筋細胞増殖に関わる遺伝子発現が抑制されることから、心筋再生への応用が期待されています。

→詳細には、CITED4 と C/EBPβ という転写因子に関わります

 

 

ストレス抵抗性

運動により、次のような変化が起きます

・heat shock protein 72 (HSP72) 蛋白の発現

・HIF-1αという転写因子の発現

・KATP-channelを開く

→これらはischemia-reperfusion (IR) injuryを抑えることが示されています

 

*IR injuryとは、心筋梗塞で血管が閉塞した後、血管を開いたことで生じる傷害です。

当然血管を開かないとどんどん心筋は死んでいってしまうのですが、開くことで急に血流が流れてくることで、例えば活性酸素が発生して心筋障害に繋がります。

IR injuryを抑える=ストレス抵抗性、という大雑把な認識です。

 

 

メカニズムは色々複雑である

このように、運動という単純なexposureに対して、心臓は複雑な分子的なメカニズムで反応します。

信じられないくらい簡略化したのが上の説明なので、実際はとても複雑です。

こういう研究のimplicationとしては、これらがより明確になることで、「運動による良い効果」が得られる創薬に結びつくかも、ということでしょう。

 

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以上、こんな話を知っていれば「博識な人」として一目置かれること間違いなし。

ではまた。

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