スタミナは筋肉量で決まらない！？【持久力を左右するミトコンドリアの正体】

同じ距離を走っているのに、最後まで余裕がある人もいれば、すぐに息が上がってしまう人もいます。同じような体格でも、長時間動き続けられる人と、早い段階で疲れてしまう人がいるのはなぜでしょうか。

一般的には、筋力や運動経験の差だと考えられがちです。しかし、スタミナの違いは、外見から分かる特徴だけでは説明できません。体の中では、目に見えないさまざまな仕組みが働いています。

第81回雑学調査レポートでは、そんな「スタミナ」に関する雑学をご紹介していきます。

スタミナはエネルギーの貯蔵量だけでは決まらない

「スタミナがある人」と聞くと、体内に大量のエネルギーをため込んでいる人を想像するかもしれません。

確かに、筋肉や肝臓に蓄えられるグリコーゲンや体脂肪は、長時間の運動を支える重要なエネルギー源です。しかし、持久力はエネルギー源の量だけで決まるものではありません。

重要なのは、運動中に必要なエネルギーを筋肉の中で作り続けられるかどうかです。

筋肉を動かすときには、「ATP（アデノシン三リン酸）」という分子が直接使われます。ただし、筋肉内に保存されているATPは少量であり、蓄えられた分だけでは運動を長く続けられません。

そこで体は、糖質や脂質などを材料としてATPを繰り返し作り直します。このATPの再合成において、中心的な役割を担うのが細胞内のミトコンドリアです。

スタミナがある体とは、巨大なエネルギータンクを持つ体ではありません。運動中に必要なATPを効率よく再合成し、筋肉を動かし続けられる体だと考えると分かりやすいでしょう。

ミトコンドリアが「細胞の発電所」と呼ばれる理由

ミトコンドリアは、酸素を利用して糖質や脂質などからATPを作る細胞内の構造です。

発電所が燃料から電気を作るように、ミトコンドリアは栄養素に含まれるエネルギーを、細胞が利用できるATPへ変換します。そのため、ミトコンドリアは「細胞の発電所」と呼ばれています。

ただし、ミトコンドリアが作ったATPが全身の別の場所へ送られるわけではありません。基本的には、それぞれの細胞内でATPが作られ、その細胞の活動に使われます。筋肉の場合は、筋細胞内で作られたATPが筋収縮などに利用されます。

ミトコンドリアの働きが特に重要になるのが、ウォーキング、ランニング、サイクリング、水泳など、一定時間続ける運動です。

低強度から中強度の運動では、酸素を利用してATPを作る有酸素性の仕組みが大きな役割を果たします。一方、全力疾走や重量挙げのような短時間の激しい運動では、酸素を直接利用せず、素早くATPを供給する仕組みの割合が高くなります。

もっとも、実際の運動では、どれか一つの仕組みだけが単独で働くわけではありません。有酸素性と無酸素性のエネルギー供給は同時に働いており、運動条件によってそれぞれの割合が変わります。

主な条件は次のとおりです。

筋肉量が多くても、酸素を十分に運べなかったり、筋肉内で酸素をうまく利用できなかったりすれば、長時間動き続けることは困難です。

反対に、見た目の筋肉がそれほど大きくなくても、酸素を運ぶ能力やミトコンドリアの働きが持久系運動に適応していれば、高い持久力を発揮できる可能性があります。

持久力トレーニングでミトコンドリアはどう変わるのか

持久力トレーニングをすると、「ミトコンドリアの数が増える」と説明されることがあります。

この説明は完全な間違いではありません。しかし、実際に筋肉内で起こる変化は、単純な個数の増加だけではありません。

研究では、ミトコンドリアについて、主に次のような項目が調べられています。

ミトコンドリアは、細胞内で完全に独立した粒として固定されているわけではありません。互いに融合したり分裂したりしながら、形やつながり方を変えています。

複数のミトコンドリアが網目状につながる場合もあるため、単純に一個、二個と数えることが難しいこともあります。そのため、研究では個数だけでなく、体積や酵素活性、関連タンパク質の量などを使って適応の程度を評価します。

既存のミトコンドリアが大きくなることもある

健康な男性21人を対象に、6週間の持久力トレーニングを行った研究では、筋線維内に占めるミトコンドリアの体積の割合が増加しました。

この研究で注目されたのは、新しいミトコンドリアが大量に独立して作られたというよりも、主に既存のミトコンドリアが大きくなっていた点です。

この変化を発電所に例えると、「小さな発電所が次々と新設された」というより、「すでにある発電設備が拡張された」と表現できます。

ただし、すべての人に同じ変化が起こるとは限りません。ミトコンドリアの適応には、次のような条件が影響します。

「ミトコンドリアが増えた」という研究結果を見るときは、何を測定したのかを確認する必要があります。

個数を数えたのか、体積を測ったのか、酵素活性やタンパク質量を調べたのか、あるいは酸素を使う能力を評価したのかによって、「増加」が意味する内容は異なります。

ミトコンドリアが適応すると同じ運動を楽に続けやすくなる

持久力トレーニングを続けると、筋肉は酸素を利用してATPを作る能力を高めていきます。

筋肉内のミトコンドリア量や呼吸能力が高まると、トレーニング前と同じ速度で走った場合でも、以前より余裕を持ってエネルギーを供給しやすくなります。

同じ強度の運動を行っても、筋肉内部のエネルギー状態が乱れにくくなり、運動を続けるために必要な負担を抑えられる可能性があります。

簡単にいえば、以前と同じ仕事を、より無理なく処理できるようになるということです。

これが、トレーニングを続けた人が「以前はすぐに苦しくなった速度でも、長く走れるようになった」と感じる理由の一つです。

ただし、実際に運動を楽に感じるようになる理由は、ミトコンドリアの変化だけではありません。心拍数の変化、毛細血管の発達、運動フォームの改善、筋力の向上、動作への慣れなども関係します。

糖質と脂質の両方からATPを作る

長時間の運動では、筋肉は主に糖質と脂質を材料としてATPを作ります。

糖質は、筋肉内や肝臓にグリコーゲンとして蓄えられています。脂質は、主に体脂肪や筋肉内の脂肪として保存されています。

持久力トレーニングを行うと、エネルギー代謝に関係する酵素やタンパク質が変化し、糖質や脂質を利用する能力が高まります。

ただし、「脂質を使える体になれば糖質は必要ない」という意味ではありません。

一般的に、運動強度が高くなるほど、短時間でATPを供給しやすい糖質の重要性が高まります。長時間の運動であっても、速いペースで走る場合や坂道を登る場合には、筋肉内のグリコーゲンが重要です。

脂質は体内に多く蓄えられていますが、ATPを作るためには十分な酸素が必要です。また、同じ時間内に供給できるエネルギーの速さという点では、糖質が有利になる場面があります。

糖質と脂質がどの程度使われるかは、次の条件によって変わります。

スタミナがある体は、一つの燃料だけを使う体ではありません。運動条件に応じて糖質と脂質を利用し、必要なATPを作り続けられる体です。

ミトコンドリアが発達しても疲労はなくならない

ミトコンドリアが持久系運動に適応しても、疲れなくなるわけではありません。

運動中の疲労には、ミトコンドリア以外にも多くの要素が関係しています。

ミトコンドリアの適応によって高まりやすいのは、筋肉が酸素や栄養素を利用してATPを作る能力です。

この能力が高まれば、同じ強度の運動を行ったときに、限界へ達するまでの時間が長くなる可能性があります。また、以前と同じ時間だけ運動する場合には、より速いペースを維持できることもあります。

「疲れない体になる」というより、「以前より速いペースや長い時間まで運動を続けられる体になる」と考えるほうが正確です。

最大酸素摂取量とスタミナは同じではない

持久力を示す代表的な指標に「最大酸素摂取量」があります。「VO₂max」と呼ばれることもあります。

最大酸素摂取量とは、激しい運動中に体が取り込み、利用できる酸素量の最大値です。

この数値には、主に次のような能力が関係します。

最大酸素摂取量は、持久力を評価する重要な指標です。しかし、この数値だけで実際のスタミナがすべて決まるわけではありません。

研究をまとめたシステマティックレビューでは、トレーニングによるミトコンドリア関連指標の増加率は、最大酸素摂取量の増加率よりも大きい傾向が示されています。

つまり、最大酸素摂取量があまり変わっていなくても、筋肉内では持久系運動に適した変化が進んでいる可能性があります。

また、最大酸素摂取量が同程度の人同士でも、次の条件が異なれば、実際の持久力には差が生じます。

スタミナは、一つの数値だけで完全に説明できる能力ではありません。心臓、肺、血液、筋肉、神経系などが協力した結果として表れる総合的な能力です。

低強度運動と高強度運動のどちらでも適応は起こる

ミトコンドリアを持久系運動に適応させる方法として、ゆっくり長く走るトレーニングがよく知られています。

しかし、ミトコンドリアの適応は、低強度から中強度の持久力トレーニングだけで起こるわけではありません。

高強度インターバルトレーニングや、短時間の全力運動を繰り返すスプリントインターバルトレーニングでも、ミトコンドリアに関係する指標が増加することが分かっています。

2024年にオンラインで発表された大規模なシステマティックレビューとメタ回帰分析では、353件の研究と5650人分のデータが扱われました。

トレーニング期間や頻度、開始時の体力などを統計的に調整した推定値では、ミトコンドリア量を示す指標の増加率は次のとおりでした。

これらの数値から、高強度運動は、運動時間当たりで見ると大きな変化を引き起こす可能性があると考えられます。

ただし、この結果は「短時間の全力運動だけをすればよい」という意味ではありません。長期的な適応を進めるためには、安全に継続できる運動量を確保することも重要です。

研究ごとに参加者の体力、運動内容、測定方法などが異なるため、数値を単純に比較して、どの方法がすべての人に最も優れていると決めることもできません。

体内の変化は比較的早く始まる

同じシステマティックレビューでは、トレーニング開始から2週間の時点でも、ミトコンドリア関連指標の平均的な変化が確認されました。

これは、運動を始めてから比較的早い段階で、筋肉内の適応が始まる可能性を示しています。

ただし、すべての人が2週間で明確なスタミナ向上を実感できるわけではありません。

筋肉の内部では変化が始まっていても、それが走行距離、タイム、疲れにくさなどに表れるまでには、さらに時間が必要な場合があります。

トレーニングへの反応には個人差もあります。運動経験、年齢、健康状態、食事、睡眠、トレーニング内容などによって、変化の大きさや速さは異なります。

短期間で効果を感じられないからといって、体内で何も変化していないとは限りません。目に見える成果だけで判断せず、安全に継続できる方法を選ぶことが重要です。

低強度から中強度の運動は習慣化しやすい

ウォーキング、軽いジョギング、サイクリング、水泳などは、持久力トレーニングを始めやすい方法です。

呼吸がやや速くなるものの、短い会話を続けられる程度の強度であれば、運動経験が少ない人でも比較的取り組みやすいでしょう。

低強度から中強度の運動には、長い時間続けやすく、筋肉や関節への負担を調整しやすいという利点があります。運動時間や頻度を確保しやすいため、運動習慣を作る方法としても適しています。

ただし、「会話できる強度」には個人差があります。速度や心拍数だけで判断せず、運動中に感じるきつさや、翌日まで強い疲労が残っていないかも確認することが大切です。

運動後に強い痛みが続く場合や、日常生活に支障が出るほど疲れる場合には、強度や運動時間が高すぎる可能性があります。

高強度インターバルトレーニングは負担にも注意する

高強度インターバルトレーニングでは、きつい運動と軽い運動、または休憩を交互に行います。

短時間でも筋肉や心肺機能に強い刺激を与えられるため、ミトコンドリア関連指標や最大酸素摂取量の向上につながる可能性があります。

一方、運動経験が少ない人が急に激しいインターバルトレーニングを始めると、筋肉や関節への負担が大きくなりやすく、けがや運動習慣の中断につながる場合があります。

高強度であれば、必ず低強度より優れているわけではありません。効果の高い運動であっても、継続できなければ長期的な適応にはつながりにくくなります。

まずは安全に続けられる運動量を確保し、体力や目的に合わせて強度の高い運動を組み合わせる方法が現実的です。

持病がある人、運動中に胸痛や強い息苦しさを経験したことがある人、長期間ほとんど運動していない人は、急に高強度運動を始めるべきではありません。必要に応じて、事前に医師などの専門家へ相談することが大切です。

ミトコンドリアの適応には運動の継続が必要

一度運動しただけで、ミトコンドリアの長期的な適応が完成するわけではありません。

1回の運動でも、筋肉内では遺伝子の働きや細胞内の情報伝達に一時的な変化が起こります。その後、運動を繰り返すことで、代謝に関係するタンパク質、酵素活性、ミトコンドリア量などの長期的な変化につながります。

つまり、1回ごとの運動によって生じる小さな反応が積み重なり、持久力トレーニングへの適応が形成されていきます。

世界保健機関は、成人が健康上の利益を得るための運動量として、次の基準を示しています。

これは、競技成績を最大化するためのトレーニングメニューではなく、健康を維持するための一般的な目安です。

必要な運動量は、年齢、体力、健康状態、生活環境によって異なります。最初から推奨量をすべて達成しようとせず、無理のない範囲から始め、少しずつ増やしていくことが大切です。

また、毎回強い運動を行う必要はありません。負担の軽い運動と強度の高い運動を適切に組み合わせ、休養も確保することが継続につながります。

ミトコンドリアだけで持久力は決まらない

ミトコンドリアはスタミナを支える重要な要素ですが、持久力のすべてを説明できるわけではありません。

長時間動き続けるためには、肺から取り込んだ酸素を、心臓と血液によって筋肉へ運ばなければなりません。筋肉には、届けられた酸素を受け取り、ATPの生産に利用する能力が必要です。

実際の持久力には、主に次のような要素が関係します。

ミトコンドリアが発達していても、酸素を運ぶ能力、筋力、運動技術、栄養状態などに問題があれば、十分な持久力を発揮できない可能性があります。

反対に、最大酸素摂取量やミトコンドリアだけに目立った変化がなくても、運動効率やフォーム、ペース配分が改善することで、競技成績が向上する場合があります。

スタミナを高めるには、ミトコンドリアだけに注目するのではなく、有酸素運動、筋力トレーニング、運動技術、食事、睡眠、休養を含めて体全体を整える必要があります。

注目すべきなのは個数だけではなく総量と機能

持久力トレーニングによって、筋肉内のミトコンドリア量を示す指標は増加します。

しかし、その変化を「ミトコンドリアの個数が増える」という現象だけで説明することはできません。

既存のミトコンドリアが大きくなる場合もあれば、代謝に関係する酵素やタンパク質が増える場合もあります。酸素を利用してATPを作る能力や、ミトコンドリア内部の構造、互いのつながり方が変化することもあります。

スタミナとの関係を考えるときは、ミトコンドリアの個数だけではなく、次のような点を見る必要があります。

スタミナがある体とは、単にエネルギーを大量に保管している体ではありません。

運動中に必要なATPを効率よく作り直し、筋肉を動かし続けられるように適応した体です。外見では分かりにくくても、筋肉の内部では、運動の刺激に合わせて「細胞の発電設備」が変化しています。

まとめ

同じような体格でも、長く動き続けられる人と、すぐに疲れてしまう人がいる理由は、見た目の筋肉量だけでは説明できません。

筋肉の内部では、運動中に必要なATPを作り続けるために、ミトコンドリアをはじめとするさまざまな仕組みが働いています。さらに、心臓、血液、毛細血管、神経系なども協力しながら、体全体で持久力を支えています。

スタミナは、生まれつき決められた能力ではありません。無理のない運動を繰り返すことで、目には見えない細胞の働きも少しずつ変化していきます。