健康な身体を支える骨の機能と役割について


活動的なライフスタイルを送るうえで、骨、腱、靭帯等の「結合組織」はとても重要な役割を担っています。普段の生活であまり意識することはないかもしれませんが、トレーニングを続けていくうえでも、結合組織の役割や機能について理解しておくのはとても重要です。今回は結合組織、その中でも特に骨の役割や機能についてご紹介いたします。

皆さんはご自身の骨や腱、靭帯について、どれくらい興味をもっているでしょう。

例えば、骨折や捻挫等の傷害を負ってしまった場合は、それらを早く治すために色々と調べたりすると思いますが、普段はそれほど関心がないのではないでしょうか。 結合組織の中でも特に骨は、単に身体を支えたり、動かしたりするためだけでなく、その他多くの機能や役割を担っています。今回は、特に骨の役割や機能に焦点をあて、骨がどのような機能をもち、また日々の健康にどのような形で寄与しているかについて解説していきます。

 

1. 骨の役割と機能

第1回目のコラムで成人の骨は206個あるとご紹介しましたが、骨の形や大きさは実に様々です。例えば、胸骨の一部である剣状突起(胸骨の一番下にあるとがった骨)は、2~3cm前後の非常に小さい骨であるのに対し、大腿骨のように約40cmという大きな骨もあります。

骨は筋肉、腱、靭帯、関節、神経、循環系(血液、リンパを循環させる器官の集まり)など、身体運動に関わる多様な組織・器官と密接に連携し、「運動器」としての役割を発揮しています。

運動器とは、身体運動に関わる骨、筋肉、関節、神経等の総称であり、自分の意思で活用することができる唯一の組織なので、運動器の障害は直接我々の生活機能の低下に結びつくことになります。

運動器の中でも特に骨が担っている役割は非常に多く、基本的には身体を支えることにあるのですが、それ以外には脳や内臓の保護や、造血作用などがあります。また、骨はカルシウムを貯蔵する機能や、血中のカルシウム濃度が低下した際に、骨に貯蔵してあるカルシウムを血液中に放出し、一定量を維持するという働きもあります。

ちなみにカルシウム=骨といったイメージがあるかもしれませんが、カルシウムは骨強度を高めたり、それを維持したりするだけでなく、神経系の情報伝達や筋肉の収縮、血液の凝固などにも欠かせない物質です。骨を強くするという目的以外にも、重要な微量ミネラルだということを覚えておきましょう。

以下で簡単に骨の機能を挙げていますが、いかがでしょう。普段皆さんが思っている以上に、多くの機能があるのではないでしょうか。

【骨の機能】

・支持作用:頭部や内臓を支持し、身体を支える保護作用:骨格を形成し、頭蓋骨や胸腔等、脳や内臓など重要な器官を保護する
・運動作用:付着する筋、腱の収縮・伸張等により可動性のある関節を支点に運動が行われる
・造血作用:骨髄(赤色骨髄)で、赤血球や白血球、血小板を新生する
・貯蔵作用:カルシウム、ナトリウム、カリウム、リン等の電解質が骨中に貯蔵され必要に応じて血中に放出される

 

2. 骨形成のメカニズム

骨は大きく分けて皮質骨(緻密骨)と海綿骨に分けられます。骨は軽量かつ頑健さが求められるため、外側の皮質骨は非常に密度が高く頑丈にできており、一方の内側の海綿骨は骨髄腔内に広がる骨梁と呼ばれる小さな骨の集まりになっています。さらに、骨梁に囲まれた空間には多くの血管と血液が流れ、骨髄を形成しています。ちなみに、骨粗しょう症等で初期の骨量減少が認められるのは海綿骨です。

一般的に骨、腱、靭帯、筋膜、軟骨などを結合組織と呼びますが、筋収縮で生じた力は骨とつながる腱の付着部に作用し、曲げ、圧縮、捻りを起こします。力学的負荷が骨に加わると、骨組織の表面に存在する骨芽細胞(新しく骨を作り出すために必要な細胞)が歪みの生じた部分の表面へと移動し、骨のモデリング(形成)が起こります。(下図1-1参照)

 

【図1-1】力学的負荷に対する骨のモデリング

図表出典・引用:ストレングストレーニング&コンデイショニング第4版(ブックハウス・エイチディ)

 

(a):長軸(垂直)方向に荷重ストレスが加わると、骨が曲がり(破線)、最も変形の大きい部位で骨のモデリングを促す刺激となる
(b):骨芽細胞がコラーゲン線維をその部位に負荷する
(c):休眠状態にあった骨芽細胞が負荷のかかった部位に移動する
(d):コラーゲン線維が石灰化し、効率よく骨の直径が増加する

ちなみに、新たな骨形成を引き起こすための刺激閾値(*)のことをMES(minimal essential strain)と呼び、この閾値を下回る刺激では新しい骨形成を引き起こすための刺激としては不十分になります。なお、MESは骨折を起こす力の約1/10とされています。

これらのことから骨形成を促すには力学的負荷を与えることが如何に重要かがよくわかります。

(*)骨形成を引き起こすために必要な刺激の限界値のこと

参考文献:ストレングストレーニング&コンデイショニング第4版(ブックハウス・エイチディ)

 

3. 骨強度を増加させるトレーニングの種類と方法

骨の強さ(骨強度)は、骨の量(骨量、骨密度)と骨の質で決まり、骨密度と筋力、筋量の間には、一つが増加すると他も増加するという「正の相関関係」の存在が、これまで多くの研究で報告されています。

また、レジスタンストレーニングを行っているスポーツ選手は、同年代で運動していない人に比べて骨密度が高いことが報告されています。その理由は、筋収縮によって生み出される力が骨に与える力学的ストレスを増加させることで、骨自体はそのストレスに耐えるので、骨の質量と強度が高められるためです。
したがって、筋トレによる筋力や筋量の増加は、骨密度(BMD:bone mineral density)の増加にも貢献することが考えれます。

さらに、新たな骨形成を促すには、「負荷の特異性」、「負荷のスピードと方向」、「トレーニング量」、「適したエクササイズ種目の選択」、「漸増性過負荷」、「多様性」などが重要になってきます。
負荷の特異性については特に重要で、骨格の特定部位へと直接的に負荷が加わるエクササイズを選択することが要求されます。例えば、大腿骨の骨密度増加には、ランニングが適した運動といえますが、手首の骨密度を上げるための種目選択としては適しているとはいえません。これらは、特に骨粗しょう症を起こしやすい部位の骨量増加のトレーニングを考えるとき等に、非常に重要となります。

また、骨盤や脊柱等の骨密度増加には下肢に大きな衝撃を与えるバスケットボール、バレーボール等、ジャンプ動作が入る競技が効果が高いと言われています。
ではトレーニングの場合は、どのような種目がよいのでしょう。
基本的には複数の関節が関与して、力のベクトルが脊柱と股関節を通るエクササイズが推奨されます。つまり地面に対して垂直方向に圧力がかかるエクササイズを選択し、自重よりも一定以上の負荷をかけて行うのが良いとされます。したがって、トレーニングの場合は、下の画像のようなスクワットが骨密度の増加に大きく貢献すると考えられます。

ちなみに、骨密度増加に関してレッグプレスとスクワットを比較した研究では、レッグプレスよりもスクワットの方が大腿骨転子部(*)の骨密度増加により効果的であったという報告があります。

したがって、骨密度の増加にはエクササイズの特異性が大きく関係することに加え、体軸にある骨格、つまり頭蓋骨、脊柱、肋骨および胸骨に対して垂直に負荷が加わるようなエクササイズを選択することが大変重要であるということが分かります。

(*)大腿骨は大腿骨頭、大腿骨頚部、転子部と呼ばれる3つの部位で構成されており、大腿骨転子部は、その3つの部分の一番下にあたる部分を指す。

参考文献:ストレングストレーニング&コンデイショニング第4版(ブックハウス・エイチディ)

 

まとめ

運動やスポーツはもちろん、何か難しい作業を行う時に「○○をうまくやるには、ちょっとしたコツが必要です」等と言われることがありますが、このコツとは「骨(コツ)」が由来です。語原由来辞典によると、「骨は身体の中心にあり、身体を支える役目を果たしていることから、人間の本質や素質などを意味する」となっています。そこから、コツは勘所や要領を意味するようになり、物事の本質を見抜き自分のものにすることを「コツをつかむ」と言うようになったとされています。

今回は骨の機能や役割について紹介しましたが、人の臓器や結合組織は、古くなったからといって、車のパーツのように新しいものと取り替えることができません。故障しても終生同じものを使用し続けなければいけませんので、末永く大事に使う“コツ”を掴んで、健康な生活を送りたいですね。

ライタープロフィール

特定非営利活動法人 NSCAジャパン
ヒューマンパフォーマンスセンター マネージャー
木須 久智 (きす ひさとも)

筑波大学大学院体育研究科修了、専門は運動生化学。「レジスタンス運動における内分泌応答と眼圧の関係について研究を行う」。修了後は医療福祉系専門学校の非常勤講師およびフリーランスのパーソナルトレーナーとして活動。2009年4月にNSCAジャパン事務局に入局、同事務局では試験、会員管理、広報等、各部署を担当し、2017年4月からNSCAジャパンヒューマンパフォーマンスセンターの施設長を務める。
資格:CSCS, NSCA-CPT
一言:筋トレを通じて健全なココロとカラダを手に入れましょう!

 

トレーナープロフィール

特定非営利活動法人 NSCAジャパン
ヒューマンパフォーマンスセンター ディレクター
ヘッドS&Cコーチ
吉田 直人 (よしだ なおと)

中央大学経済学部卒業後、一度は金融業に就職するも、トレーナーの道を選ぶ。ウイダートレーニングラボヘッドS&Cコーチとして、育成年代からプロ選手まであらゆる競技のアスリートを指導したほか、ビーチバレーの草野選手や、ミス・ユニバース・ジャパンのモデルらの身体作りにも従事。その後、ジャパンラグビートップリーグHonda HEATヘッドS&Cコーチとして5年間従事し、2017年4月よりNSCAジャパンヒューマンパフォーマンセンターヘッドS&Cコーチを務める。
資格:CSCS,NSCA-CPT

 

 

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