生涯持久性運動による単一筋繊維の収縮特性

Single muscle fibre contractile characteristics with lifelong endurance exercise.

抄録

キーポイント:

加齢に伴う骨格筋の健康状態の特徴は、サイズと機能の低下であり、これは速筋繊維で最も顕著に見られる。我々は、生涯（50年以上）持久運動歴のある高齢男性（74±4歳）を対象に、遅筋線維と速筋線維のサイズと収縮機能に対する潜在的な利益を検討した。生涯持久運動者は、若い運動者（25±1歳）および年齢をマッチさせた非運動者（75±2歳）よりも、遅筋線維が大きく、強く、速く、力強いことが示された。生涯持久力運動による恩恵は、速筋繊維では限定的であった。これらの知見は、加齢に伴い速筋繊維を標的とした追加の運動様式（例えば、レジスタンス運動）または他の治療介入が必要であることを示唆している。

KEY POINTS: A hallmark trait of ageing skeletal muscle health is a reduction in size and function, which is most pronounced in the fast muscle fibres. We studied older men (74 ± 4 years) with a history of lifelong (>50 years) endurance exercise to examine potential benefits for slow and fast muscle fibre size and contractile function. Lifelong endurance exercisers had slow muscle fibres that were larger, stronger, faster and more powerful than young exercisers (25 ± 1 years) and age-matched non-exercisers (75 ± 2 years). Limited benefits with lifelong endurance exercise were noted in the fast muscle fibres. These findings suggest that additional exercise modalities (e.g. resistance exercise) or other therapeutic interventions are needed to target fast muscle fibres with age.

ABSTRACT:

我々は、生涯運動者（LLE）（n=21、74±4歳）、高齢健康非運動者（OH）（n=10、75±2歳）、若年運動者（YE）（n=10、25±1歳）の3グループの男性の単一筋線維のサイズと収縮機能に関して調査を行った。LLEは過去53±6年の間に、平均して週に5日、7時間以上運動していた。LLEは、生涯の運動強度に基づいて、パフォーマンス（LLE-P）（n=14）とフィットネス（LLE-F）（n=7）に細分化された。筋生検（外側広筋）でミオシン重鎖（MHC）遅筋（MHC I）および速筋（MHC IIa）繊維のサイズと機能（筋力、スピード、パワー）を検討した。LLEのMHC Iサイズ（7624±2765μm）は、YE（6106±1710μm）およびOH（5476±2467μm）よりも25～40％大きかった（P<0.001）。LLE MHC I線維は、YEおよびOHと比較して、約20％強く、約10％速く、約30％強かった（P＜0.05）。一方、LLEのMHC IIaサイズ（6466±2659μm）はOH（6237±2525μm ; P=0.854）と同程度であり、両群ともYE（7860±1930μm）より約20％小さかった（P<0.001）。MHC IIa収縮機能は群によって異なり、OH (16.7±6.4WL )、LLE (13.9±4.5WL )、YE (12.4±3.5WL )において規格化出力は階層的パターン (OH > LLE > YE; P<0.05) であった。LLE-PとLLE-Fは、速度（LLE-P）または力（LLE-F）によって駆動されるMHC Iパワーで同様の単一線維プロファイルを示し、運動強度が遅筋線維の力学に影響を及ぼすことが示唆された。これらのデータは、生涯持久力運動が遅筋線維のサイズと機能に有益であることを示唆している。LLEとOHの速筋繊維の特性は、トレーニング強度に関わらず同等であることから、加齢に伴い速筋繊維のサイズとパフォーマンスを維持するには、他の運動様式（例：レジスタンストレーニング）または筋治療薬が必要である可能性が示唆された。

ABSTRACT: We investigated single muscle fibre size and contractile function among three groups of men: lifelong exercisers (LLE) (n = 21, 74 ± 4 years), old healthy non-exercisers (OH) (n = 10, 75 ± 2 years) and young exercisers (YE) (n = 10, 25 ± 1 years). On average, LLE had exercised ∼5 days week for ∼7 h week over the past 53 ± 6 years. LLE were subdivided based on lifelong exercise intensity into performance (LLE-P) (n = 14) and fitness (LLE-F) (n = 7). Muscle biopsies (vastus lateralis) were examined for myosin heavy chain (MHC) slow (MHC I) and fast (MHC IIa) fibre size and function (strength, speed, power). LLE MHC I size (7624 ± 2765 μm ) was 25-40% larger (P < 0.001) than YE (6106 ± 1710 μm ) and OH (5476 ± 2467 μm ). LLE MHC I fibres were ∼20% stronger, ∼10% faster and ∼30% more powerful than YE and OH (P < 0.05). By contrast, LLE MHC IIa size (6466 ± 2659 μm ) was similar to OH (6237 ± 2525 μm ; P = 0.854), with both groups ∼20% smaller (P < 0.001) than YE (7860 ± 1930 μm ). MHC IIa contractile function was variable across groups, with a hierarchical pattern (OH > LLE > YE; P < 0.05) in normalized power among OH (16.7 ± 6.4 W L ), LLE (13.9 ± 4.5 W L ) and YE (12.4 ± 3.5 W L ). The LLE-P and LLE-F had similar single fibre profiles with MHC I power driven by speed (LLE-P) or force (LLE-F), suggesting exercise intensity impacted slow muscle fibre mechanics. These data suggest that lifelong endurance exercise benefited slow muscle fibre size and function. Comparable fast fibre characteristics between LLE and OH, regardless of training intensity, suggest other exercise modes (e.g. resistance training) or myotherapeutics may be necessary to preserve fast muscle fibre size and performance with age.