運動時の細胞下筋グリコーゲン利用の不均一性がヒトの持久力に影響を与える

Heterogeneity in subcellular muscle glycogen utilisation during exercise impacts endurance capacity in man.

• Rasmus Jensen
• Niels Ørtenblad
• Marie-Louise Holleufer Stausholm
• Mette Carina Skjaerbaek
• Daniel Nykvist Larsen
• Mette Hansen
• Hans-Christer Holmberg
• Peter Plomgaard
• Joachim Nielsen

抄録

キーポイント:

50年前に運動生理学の研究で筋肉の生検が日常的に行われるようになってから、筋肉のグリコーゲン含有量が運動パフォーマンスを決定する重要な要素であることがすぐに明らかになりました。グリコーゲン粒子は筋肉内の異なるプールに貯蔵されていますが、運動中の各プールの役割や、これが食事によってどのように影響を受けるかは不明です。ここでは、食事と運動がこれらのプールに及ぼす影響、および長時間のサイクリング中の持久力との関係を調べた。我々は、高炭水化物負荷で改善された持久力は、グリコーゲンプールの明確なストアの利用の時間的シフトに関連付けられており、密接にアクチンとミオシンに最も近いグリコーゲンプールの内容（筋原線維内グリコーゲン）にリンクされていることをここで実証した。これらの知見は、個々の筋線維におけるグリコーゲンの異なる細胞内マイクロコンパートメントを区別することの機能的重要性を強調している。 ABSTRACT：筋細胞では、グリコーゲンは3つの異なる細胞内プールに貯蔵されている：筋原線維間または筋原線維内（それぞれ筋間グリコーゲンと筋原線維内グリコーゲン）、またはサルコレムマの下（サルコレムマ下グリコーゲン）。ここで、我々は、これらの異なるプールの内容とタイプ1と2の筋繊維の持久力との関係に食事と運動の影響を調査した。3つの異なる食事(MIX、高炭水化物=HIGH、低炭水化物=LOW)を72時間摂取した後、11人の男性が疲労困憊するまで最大V̇COの75%でサイクリングをしました。運動前、運動中、運動後に得られた筋生検のグリコーゲンプールの体積含量を透過型電子顕微鏡写真で定量化した。疲労困憊までの時間の平均（SD）は、HIGH試験、MIX試験、LOW試験でそれぞれ150分（30）、112分（22）、69分（18）であった（P<0.001）。重回帰分析で示されたように、1型線維内グリコーゲン含量は、特に運動60分後に、疲労困憊までの時間と最も強い相関を示した。HIGH試験では、筋原線維内グリコーゲンは最初の60分間の運動中に惜しまれていたが、これは通常よりも高いレベルのレベルと鎖骨下グリコーゲンの利用率に関連していた。すべての試験において、肋骨下グリコーゲンと筋原線維内グリコーゲンの利用は、相対的には筋原線維間グリコーゲンの利用よりも顕著であった。結論として、筋原線維内グリコーゲンの筋プールは、ヒトの持久力に最も重要であるように思われる。さらに、サブサルコレムグリコーゲンの局所的な豊富さは、運動中の筋原線維内グリコーゲンの利用を減少させる。この記事は著作権で保護されています。すべての権利を保有しています。

KEY POINTS: When muscle biopsies first began to be used routinely in research on exercise physiology five decades ago, it soon become clear that the muscle content of glycogen is an important determinant of exercise performance. Glycogen particles are stored in distinct pools within the muscles, but the role of each pool during exercise and how this is affected by diet is unknown. Here, the effects of diet and exercise on these pools, as well as their relationship to endurance during prolonged cycling were examined. We demonstrate here that an improved endurance capacity with high carbohydrate loading is associated with a temporal shift in the utilization of the distinct stores of glycogen pools and is closely linked to the content of the glycogen pool closest to actin and myosin (intramyofibrillar glycogen). These findings highlight the functional importance of distinguishing between different subcellular microcompartments of glycogen in individual muscle fibres ABSTRACT: In muscle cells, glycogen is stored in three distinct subcellular pools: between or within myofibrils (inter- and intramyofibrillar glycogen, respectively) or beneath the sarcolemma (subsarcolemmal glycogen) and these pools may well have different functions. Here, we investigated the effect of diet and exercise on the content of these distinct pools and their relation to endurance capacity in type 1 and 2 muscle fibres. Following consumption of three different diets (MIX, high in carbohydrate = HIGH, or low in carbohydrate = LOW) for 72 h, 11 men cycled at 75% of V̇CO max until exhaustion. The volumetric content of the glycogen pools in muscle biopsies obtained before, during, and after exercise were quantified by transmission electron micrograph. Mean (SD) time to exhaustion was 150 (30), 112 (22), and 69 (18) minutes in the HIGH, MIX, and LOW trials, respectively (P < 0.001). As shown by multiple regression analyses, the intramyofibrillar glycogen content in type 1 fibres, particularly after 60 min of exercise, correlated the strongest with time to exhaustion. In the HIGH trial, intramyofibrillar glycogen was spared during the initial 60 min of exercise, which was associated with above levels and utilisation of subsarcolemmal glycogen above normal. In all trials, utilisation of subsarcolemmal and intramyofibrillar glycogen was more pronounced than that of intermyofibrillar glycogen in relative terms. In conclusion, the muscle pool of intramyofibrillar glycogen appears to be the most important for endurance capacity in humans. In addition, a local abundance of subsarcolemmal glycogen reduces the utilization of intramyofibrillar glycogen during exercise. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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