北海道体育学研究

50：43−51，2015

原著論文

高強度間欠的運動時の運動パフォーマンスと酸化ストレスとの関連
神

林

舛

谷

夕

勲１，塚

本

未

来２，木

本

理

可３，東

郷

将

成４

貴５，石

村

宣

人５，内

田

英

二６，武

田

秀

勝７

Relationship between exercise performance andoxidative stress in high-intensity intermittent exercise
Isao Kambayashi １，Miku Tsukamoto ２，Rika Kimoto ３，Masanari Togo ４
Yuki Masuya ５，Nobuhito Ishimura ６，Eiji Uchida ７，and Hidekatsu Takeda ８

Abstract
We examined whether exercise performance was attenuated by exercise-induced oxidative stress（EIOS）in highintensity intermittent sprint cycling. Urinary 8-hydroxy-deoxyguanosine（8-OHdG）level was used as a biomarker
of EIOS. Prior to the experiment, we attempted to clarify whether the spot or 24-hours pooled urine procedure wasmost suitable for evaluating EIOS by urinary 8-OHdG level. The six subjects were college students who regularly
participated in a sports training program. All participants gave written informed consent. Subjects performed 1-minof cycling, consisting of a 7-s sprint at maximal eﬀort（resistance was set at 8% of body weight）and a 53-s recovery（unloaded cycling at 60 rpm）using a bicycle ergometer. Subjects repeated the set 20 times without a break. Urine
samples were collected before and after exercise for 24-hours to evaluate 8-OHdG level. With the spot urine analysis,
only urinary 8-OHdG level at 1-h after exercise（1 h）was signiﬁcantly increased compared with baseline（before
exercise）．However, EIOS could not be discerned in the 24-h pooled urine after exercise. Forty-two college students（including the original 6 subjects）then performed the same intermittent sprint cycling exercise. Urine samples
were collected at baseline and 1 h after exercise to determine the relationship between exercise performance and
EIOS. Mean power output of 7-sec sprint cycling gradually decreased until the 10th set, and then remained constant.
A total power of 20 sets（TP）and decline rate from the 1st to the 10th set（DR）were used for exercise performance

１．北海道教育大学札幌校〒002‑8502 札幌市北区あいの里5‑3‑1‑5
２．東海大学国際文化学部〒005‑8601 札幌市南区南沢5‑1‑1
３．旭川工業高等専門学校〒071‑8142 旭川市春光台2‑2‑1‑6
４．酪農学園大学大学院酪農学研究科〒069‑8501 江別市文京台緑町582
５．北海道教育大学大学院教育学研究科〒002‑8502 札幌市北区あいの里5‑3‑1‑5
６．大正大学人間学部〒170‑8470 東京都豊島区西巣鴨3‑20‑1
７．北星学園大学社会福祉学部〒004‑8631 札幌市厚別区大谷地西2‑3‑1
著者連絡先

神林 勲
kambayashi.isao@s.hokkyodai.ac.jp

１．Hokkaido University of Education Sapporo
5‑3‑1‑5 Ainosato Kita-ku Sapporo 002‑8502
２．School of International Culture Relations, Tokai
University
5‑1‑1‑1 Minaminosawa Minami-ku Sapporo 005‑8601
３．Asahikawa National College of Technology
2‑2‑1‑6 Shunko-dai Asahikawa 071‑8142
４．Graduate School of Dairy Science, Rakuno Gakuen
University
582 Midorimachi Bunkyodai Ebetsu 069‑8501
５．Graduate School of Education, Hokkaido Universityof Education
5‑3‑1‑5 Ainosato Kita-ku Sapporo 002‑8502
６．Faculty of Human Sciences, Taisho University
3‑20‑1 Nishi-sugamo Toshima-ku Tokyo 170‑8470
７．School of Social Welfare, Hokusei Gakuen
University
2‑3‑1 Oyachi Atsubetsu-ku Sapporo 004‑8631

─ 43 ─

神林

勲ほか

運動パフォーマンスと酸化ストレス

indexes. Urinary 8-OHdG level at 1 h（23.9±1.6 ng・kg −1・h −1）was signiﬁcantly higher than that at baseline（6.3±0.6 ng・kg −1・h −1）．There was no signiﬁcant relationship between TP and urinary 8-OHdG level；however, DR
was signiﬁcantly related to urinary 8-OHdG level. Results suggested that EIOS might deteriorate power output of
the early phase in high-intensity intermittent sprint cycling exercise.
Key words : mean power, total power, decline rate, urinary 8-OHdG level, spot urine, 24-hour pooled urine

Ⅰ．緒動における疲労の原因の１つとして ROS 生成の増大が言考えられており（和田ほか，2006），酸化ストレスによっ

球技などの競技スポーツでは，ダッシュやジャンプ等て筋の張力発揮が低下するという組織レベルの研究もあの高強度運動が歩行やジョギング等の低強度運動を挟んる（Reid, 2001，Moopanar and Allen, 2005，Yamada,で間欠的に反復される．運動は骨格筋により具現化されet al., 2006）．よって，高強度間欠的運動における酸化るため，競技中，高い運動パフォーマンスを維持するにストレスの増大がパフォーマンスの低下と関連するといは，高強度運動時で発揮される筋力や筋パワーの低下をう仮説が立てられるが，この関係を検討した研究は見当抑制することが重要となる．

たらない．唯一，Deminice et al.（2010）は水泳選手を

高強度間欠的な運動における発揮パワーの維持には，対象に100m の全力泳を８回反復する運動において，パ個人の無酸素能力（Gaitanos, et al., 1993）に加え，有フォーマンスと酸化ストレスとの相関関係を検討してい酸素能力の優劣が重要であるとされている．坂井ほか

るものの，用いられているパフォーマンスは個人の最大（1999）は，高強度間欠的なハイパワー発揮能力の維持能力であり，全力泳の反復で認められるパフォーマンス

は有酸素能力と関連が深いことを認めており，神林ほかの低下との関連性は検討されていない．

（2007）
も同様な報告を行っている．
有酸素能力が高いと，そこで本研究は目的①として，自転車エルゴメーター

筋内のクレアチンリン酸の減少や pH の低下を抑制するを用いて高強度間欠的運動を被検者に負荷し，その時ことができ，それが発揮パワーの維持につながることがの運動パフォーマンスを，発揮パワーの総和である総示唆されている（本間ほか，2005）．

パワー（total power；以下 TP）と発揮パワーの低下率

高 強 度 運 動 に お い て は， 活 性 酸 素 種（Reactive（decline rate；以下 DR）の２つにより評価し，酸化ス

oxygen species；以下 ROS）による酸化ストレスが生

トレスの指標である尿中8-OHdG レベルとの関連を検討

じる．例えば，30秒間の全力ペダリング運動からなるした．また，実験の開始に先立ち，目的②として，そのWingate テスト（Groussard et al., 2003）や疲労困憊ま運動による酸化ストレスを尿中8-OHdG レベルで評価すでの漸増負荷運動（神林ほか，2005）の後に酸化ストるのに適した採尿法［蓄尿法もしくは採尿された尿毎レスの増大が認められている．また，Kabasakalis et（スポット尿）の評価法］と，スポット尿での評価の場

al.（2014）は，50m の全力泳を６回行った後，酸化スト合の採尿タイミングについても合わせ検討した．健康・レスの指標である血中の8- ヒドロキシデオキシグアノシ

スポーツ科学において，尿中8-OHdG は生体に負荷されン（8-hydroxy-deoxyguanosine；以下 8-OHdG）濃度がた酸化ストレスを示す指標であると考えられているが有意に増加したことを報告している．他方で，ROS を（Laura et al., 2000），尿中8-OHdG を用いて運動後の酸消去する抗酸化物質を投与することで，最高酸素摂取化ストレスを評価した研究では，増加するもの（Radak

4

量（Peak oxygen uptake；以下 VO2peak）の92％に相et al., 2000，Tsai et al., 2001，Almar et al., 2002，齋藤

当する負荷の自転車漕ぎ運動の疲労困憊まで時間が延長

ほか，2005）と増加しないもの（Sumida et al., 1997a としたとの報告もある（Medved et al., 2004）．高強度間b，Hartmann et al., 1998）があり，結果が一致してい欠的運動についての報告は少ないものの，体重の８％のない．増加が認められなかった研究では，8-OHdG の評

負荷での７秒間全力ペダリングを１分間に１回，20回反価に24時間の蓄尿が用いられている．一方で，増加を報復させた研究（神林ほか，2004）では，運動終了１時間

告した研究では，スポット尿や短時間での蓄尿を用いて後に排泄された尿のみでの評価ではあるものの，酸化ス測定が行われていた．加えて，本研究と同様な運動負荷

トレスの指標である尿中8-OHdG 含有量の増加を認めてを用いた先の研究（神林ほか，2004）では，運動終了１

いる．短距離選手を対象に，同様な負荷で15秒間の全力

時間後に排泄されたスポット尿のみでしか評価を行ってペダリングを１分間の休息で４回反復した研究（Jówko

いない．以上のことから，先行研究の結果の不一致には

et al., 2014）においても，脂質過酸化の指標であるマロ

採尿法の影響が考えられ，また，スポット尿で評価する

ンジアルデヒドが運動後に有意に増加している．

場合には運動終了後のどの程度の時間経過で行えばよい

このように間欠的な運動を含む高強度運動では酸化ス
トレスが生じることが報告されている．また，高強度運かは明らかになっていない．そこで，本研究では目的①に加えて目的②の検討を行うものである．

─ 44 ─

Kambayashi I．et al．exercise performance and oxidative stressⅡ．方グを53秒間，計１分間を１セットとし，それを連続的に法

20セット行わせた．運動中は，胸部誘導により心拍数を連続的に記録した．被検者には１セット目より全力ペダ

Ａ．被検者
被検者は大学で運動部に所属し，定期的にトレーニリングを行うこと，20セットに渡ってできる限り発揮パングを実施している男性42名であった（年齢20.3±0.4

ワーを維持することを指示した．また，全力ペダリング

歳，身長175.0±1.3 cm，体重67.1±1.6 kg，BMI 21.9±1.8時には常に検者による声掛けを行い，全力ペダリングをkg・（m2）−1，平均値±標準誤差）．本研究の参加にあたり，促した．各セットの発揮パワーは７秒間の平均パワーと被検者には研究の趣旨および安全性・危険性について口し，その平均パワーを体重で除した値（Watts・kg −1）

頭と文書で十分に説明し，自主的な参加の同意を文書にを分析に用いた．運動後は運動前と同じ条件で体重の測より得た．また，本研究の実験プロトコルは，札幌医科定を行い，体重減分に見合う水分量を運動終了30分以内

大学の倫理委員会の承認を受け，ヘルシンキ宣言に則りに摂取させた．

実施された．

20セットの平均パワーの推移から，各被検者の運動
パフォーマンスを２つの方法により評価した．１つはＢ．実験の概要

20セットの平均パワーの総和である TP，もう１つは１

被検者は，自転車エルゴメーターを用いた20分間の高セット目から10セット目までの低下率 DR である．TP

強度間欠的運動を行った．実験前日は激しい運動やトは，20セットの総和である TP1−20，前半10セットの総和

レーニングは制限され，運動前２食の食事は検者が用である TP1−10，後半10セットの総和である TP11−20の３意したものを摂らせた．採尿は，運動前の安静時（以つの指標を用いた．DR は，１セット目から10セット目

下 baseline）と運動終了１時間後（以下１h）の２回実までの低下率を一次回帰式（y=ax+b）によって求めた施した．すべての尿サンプルの8-OHdG 濃度の測定に

傾き（a）で評価した．

は， 酵 素 免 疫 測 定 法（Enzyme-linked immunosorbent

被 検 者42名 中18名（ 年 齢19.9±0.3歳， 身 長175.3±−11.1cm，体重67.9±1.1kg，BMI 22.1±0.3kg・（m2），平assay；以下 ELISA 法）を用いた．
42名の被検者の内，６名（年齢20.5±0.4歳，身長171.5
2 −1

均値±標準誤差）において，２分間の安静開始から高強±2.8 cm，体重67.7±7.8 kg，BMI 22.7±1.8kg・（m ） ，

度間欠的運動終了まで，自動呼気ガス分析装置（ミナト

平均値±標準誤差）を対象とし，４日間に渡る採尿法・

医科学社製 AE-280S）を用いて，breath-by-breath 法に採尿タイミングと尿中8-OHdG レベルに関する実験を

より酸素摂取量（Oxygenuptake；以下 VO2）の測定を行った．この期間，被検者には実験以外での激しい運動行った．測定されたデータを８呼吸ごとに移動平均し，やトレーニングは制限し，食事は実験期間中，同一のも呼気ガスデータは60秒ごとに単純平均したものを分析にのを摂らせた．実験１日目は通常の生活を行わせ，実験供した．VO2を測定した被検者18名は，高強度間欠的運

２日目の午前９時から４日目の午前中までは検者らが準動の１週間以上前に，自転車エルゴメーター（COMBI

備した部屋で生活するよう指示した．実験２日目の午前

社製75XL Ⅱ）によるランプ負荷法（30watts・min −1）

4

4

９時から実験３日目の午前９時までの間に運動前24時間の尿中8-OHdG レベルを調べるため，自由排泄されたす
べてのスポット尿を回収した．高強度間欠的運動は３日目の午前中に行い，１h と運動終了３時間後（以下３h），
５時間後（以下５h）で排尿するように指示し，以後は運動終了後24時間まで自由排泄させ，それらのスポット
尿をすべて回収した．実験２日目と３日目における採尿の概要については図１に示した．
Ｃ．高強度間欠的運動
42名の被検者はパワーマックス（COMBI 社製 V Ⅱ）
を用いて高強度間欠的運動を行った．運動前に衣服の着用のない状態で体重を測定し，着衣後，ウォームアップとストレッチを実施した．パワーマックスの椅子の高さとハンドルの位置を調節した後，靴とペダルを粘着性のテープにより固定した．自転車上で２分間安静状態を保Fig.1

持した後，高強度間欠的運動として体重×0.08kp の負荷
で全力ペダリングを７秒間，無負荷（０kp）の状態でメトロノームのリズムにあわせた毎分60回転のペダリン─ 45 ─

Urine collection in the 2nd and 3rd experimental days. Spoturine samples were stored 2 ml in each urine excretion,
and afterwards remnants pooled all together as 24 hours
urine samples at rest or after intermittent sprint cycling.
Ex；high-intensity intermittent exercise,↑；Urineexcretion

神林

勲ほか

運動パフォーマンスと酸化ストレス4を用いた漸増負荷運動により VO2peak の測定を実施し低下し，それ以降はほぼ一定を維持した．20セット中のた．測定結果は，18名の平均値（±標準偏差）で53.3±

VO2について，被検者18名の平均値は40.5±2.9ml・kg −1・2.3ml・kg −1・min −1であった．

min −1であり，75.1±2.7%VO2peak に相当する酸素摂取

44

水準であった（換気量；93.9±2.5L・min −1，二酸化炭素
排泄量；42.3±2.7ml・kg −1・min −1，ガス交換比；1.04±

Ｄ．採尿方法被検者は排尿されたすべての尿をプラスチック製の

0.01）．平均心拍数は160.4±2.7bpm を示した．また，高カップに排泄した．採尿後，ただちに検者が排泄時刻

強度間欠的運動における１セット目の平均パワーの絶対の確認と尿量の測定を行った．その後，尿中8-OHdG 濃

値（803±10Watts）は，漸増負荷運動において疲労困憊度の分析のために，２ml をマイクロチューブに分注し，分析まで−80℃で凍結保存した．４日間にわたる実験に参加した６名の被検者の採尿においては，２ml の分注
後に残った尿をすべて１つに蓄尿し，それを高強度間欠的運動前後の24時間蓄尿（運動前；以下 Pre 24，運動後；
以下 Post 24）として分析に供した（図１）．
Ｅ．尿中8-OHdG レベルの分析
凍結保存していた尿サンプルを常温で解凍した後，卓上遠心分離機（BECKMAN 社製 Microfuge R）を用い，3000g で10分間遠心分離を行った．そして，沈殿物を除いた上澄みを8-OHdG の分析に用いた．尿中8-OHdG 濃度の分析は，96ウェルのプレートを用いた ELISA 法に

Fig.2

Change of averaged mean power in each set during highintensity intermittent exercise. Data are presented meanand standard errors.

Fig.3

Individual changes of urinary 8-OHdG level at each spot
urine sample in 6 subjects during 24 hours before andafter high-intensity intermittent exercise. Open circles
are presented just before exercise（i.e., baseline）．

よる測定キット（日本老化制御研究所製）を使用した．
各尿サンプルの8-OHdG 濃度は，３つのウェルの測定値の平均値を用いた．
本研究は，尿中8-OHdG レベルを尿中8-OHdG 濃度に排泄量を乗じ，体重と排泄までに要した時間で除した排泄速度（ng・kg −1・h −1）で評価した．その理由は，濃度のみの評価では発汗に伴う尿量減少の影響を受けること，濃度をクレアチニンで補正する方法では運動により尿中クレアチニン量も増加してしまう（Almar et al.，2002）からである．24時間の蓄尿においては，濃度と排泄量を乗じ体重で除した値（尿中8-OHdG 含有量）と尿中8-OHdG レベルの２つで評価した．
Ｆ．統計処理
測定した値は全て平均値±標準誤差で表した．各変数間についての平均値の差の検定では，２群間の比較には対応のある t 検定を用い，３群以上の比較には一元配置の分散分析を行い，その後に多重比較検定を行った．２
つの変数間の相関関係の検討にはピアソン積率相関分析を用いた．なお，有意水準はいずれの場合も５％未満と
した．

Ⅲ．結

果

Ａ．高強度間欠的運動における運動パフォーマンスの評価
高強度間欠的運動における各セットの平均パワーの推移を図２に示した．平均パワーはセットの中盤（10 〜
11セット目）まではセットが進むにつれてほぼ直線的に─ 46 ─

Kambayashi I．et al．exercise performance and oxidative stress
Table 1 Change of urinary 8-OHdG level before and after high-intensity intermittent exercise in 6 subjects.
Pre24
Urinary 8-OHdG level（ng・kg −1・h −1）＊＊baseline

5.5±0.3

4.4±0.81h＊＊18.6±2.93h

5h

Post247.7±1.0

3.7±0.3

5.1±0.4

denotes signiﬁcant diﬀerence（p<0.01）compared with other values.

Fig.4

Individual urinary 8-OHdG level before（baseline）andafter 1 h of high-intensity intermittent exercise（1h）．
Closed circles are presented mean and standard errors atbaseline and 1 h, respectively.

Table 2 Correlation coeﬃcients between exercise performanceand oxidative stress makers.
Urinary 8-OHdG level1h−0.184−0.040TP1−10−0.136−0.033TP11−20−0.233−0.094DR−0.405＊＊−0.391＊＊

Relationship between urinary 8-OHdG level and decline
rate (DR, y-axis) in hight-intensity intermittent exercise.

および運動後でそれぞれ138.6±14.7ng・kg −1，139.3±
8.7ng・kg −1であり有意差はなかった．スポット尿の総⊿TP1−20

Fig.5

和（Ｘ）と蓄尿（Ｙ）での尿中8-OHdG 含有量の回帰分析を行ったところ，運動前の回帰式の傾きは1.003，相関係数は0.927，運動後の回帰式の傾きは1.349，相関係数は0.959であった．加えて，運動前と運動後のそれぞRelationships between 3 TP（total power）parameters and urinary
8-OHdG level were not signiﬁcant. ＊＊；p<0.01

れにおいてスポット尿の総和と蓄尿の8-OHdG 含有量の平均値には有意差がなかった．Pre24と Post24における
尿 中8-OHdG レ ベ ル は，5.5±0.3ng・kg −1・h −1と5.1±に達した負荷（340±11Watts）のおよそ2.4倍であった．

0.4ng・kg −1・h −1であり有意差は認められなかった．

TP1−20，TP1−10お よ び TP11−20の 平 均 値 は，そ れ ぞ れ−1−1

図３に，被検者６名における運動前24時間（上図）と192.3±2.0Watts・kg ，99.9±0.91Watts・kg および92.1

運動後24時間（下図）の尿中8-OHdG レベルを，すべて±1.3Watts・kg −1であった．DR は，−0.195±0.024Watts・のスポット尿で示した．運動前では2.1ng・kg −1・h −1か

kg −1・set −1となった．

ら12.9ng・kg −1・h −1の間で推移していたが，運動後ではいずれの被検者においても１h に最大値が現れ，そのＢ．高強度間欠的運動前後24時間の尿中8-OHdG とその後，３h，５h と減少し，それ以降は運動前のレベルで推移した．被検者６名の Pre24，baseline，１h，３h，推移
蓄 尿 で あ る Pre24と Post24の 尿 中8-OHdG 含 有 量 は，

５h および Post24における尿中8-OHdG レベルついて比−1

そ れ ぞ れ142.7±11.9ng・kg と128.4±12.3ng・kg で較したところ，１h のみが他の値に比較して有意に高値あった．また，スポット尿ごとに尿中8-OHdG 含有量をであった（表１）．

−1

計算し，それを合計した総和は，高強度間欠的運動前─ 47 ─

神林

勲ほか

運動パフォーマンスと酸化ストレス
8-OHdG の尿中への排泄は，運動後，比較的早期に完了

Ｃ．運動パフォーマンスと尿中8-OHdG レベルの関連
図４には，被検者42名における baseline と1h の尿中すると考えられる．以上のことから，運動後24時間の蓄

8-OHdG レベルの変化を示した．すべての被検者におい尿で8-OHdG を測定すると，運動による酸化ストレスをて，１h で増加が認められた．１h の平均値23.9±1.6ng・評価できず，尿中8-OHdG によって酸化ストレスを評価

kg −1・h −1は，baseline の 平 均 値6.3±0.6ng・kg −1・h −1

する場合は，運動後の採尿法・採尿タイミングに留意しよりも有意に高値であった．baseline から１h への変化て実施しなければならないことが示唆される．

量（⊿8-OHdG）の平均値は，17.6±1.4ng・kg −1・h −1であっ

表２に示したように，運動パフォーマンスの指標である TP は，いずれも尿中8-OHdG レベルと有意な相関関た．
表２に，運動パフォーマンスと尿中8-OHdG レベルと係が認められなかった．このことは，20セットを通じての相関分析における相関係数を示した．TP については，

みた運動パフォーマンスは酸化ストレスの影響を受け３つの指標は1h の尿中8-OHdG レベルと⊿8-OHdG といず，高い TP を発揮するには先行研究でも指摘されていずれも有意な相関関係は認められなかった．しかしながるように，優れた有酸素能力が必要なことを示唆する（坂ら，DR は尿中8-OHdG レベル，⊿8-OhdG のどちらとも

井ほか，1999；神林ほか，2007；鬼頭ほか，2007）．ま中程度ながら有意な相関関係があった．それらの散布図

た，20セットの内で最も高い平均パワーを100％としてを図５に示した．

各セットの％平均パワーの推移をみると，個人差は小さ
く，各被検者とも10 〜 11セット目以降はいずれも約80%
Ⅳ．考で推移した．よって，TP を高くするには，有酸素能力

察の向上に加えて，トレーニングの方向性として１セット本研究で得られた主要な知見は以下に示す通りである．高強度間欠的運動の前半の発揮パワー低下率（DR）で発揮される平均パワーを高めることが必要であると考えられる．

は，1h における尿中8-OHdG レベルや baseline からの増一方で，DR は尿中8-OHdG レベルと有意な相関関係

加量と中程度ながら有意な相関関係が認められた．このが認められた（表２，図５）．このことは，高強度間欠ことから，ROS による酸化ストレスが高強度間欠的運的運動の前半における平均パワーの低下は，酸化ストレ

動前半の発揮パワー低下と関連することが示唆された．

スとの関連が示唆される．セットの進行に伴う平均パ

また，６名の被検者を対象に，高強度間欠的運動前後２

ワー低下はアデノシン３リン酸（以下，ATP）供給能

日間のすべての尿を回収し，採尿方法・採尿タイミングの低下の影響が大きいと考えられるが，酸化ストレスにと尿中8-OHdG レベルの関係を検討したところ，高強度よる筋機能低下の関与も推察される．高強度運動によっ

間欠的運動後の尿中8-OHdG レベルを評価するには蓄尿て抗酸化能力を上回る過剰な ROS 生成が酸化ストレス法ではなくスポット尿による評価を用い，運動後１時間以上経過した最初の排尿で評価することが最も適していをもたらすが，それが筋機能低下となることが先行研究によって示されている．In vitro の実験では，筋線維をることが明らかとなった．

ROS に暴露すると，張力が低下し ROS 補足剤を添加す先の研究（神林ほか，2004）で，本研究と同一の運

ると張力低下が抑制されること（Reid, 2001），カルシ

動負荷後，尿中8-OHdG 濃度が１h のスポット尿においウムイオン濃度に対する感受性が低下し筋張力が減少すて有意に増加したことが報告され，尿中の8-OHdG 濃度ること（Moopanar and Allen, 2005）が報告されている．

は運動後，比較的早期に増加することが示唆されていMatsunaga et al.（2003）は，最大酸素摂取量の100％にる．スポット尿による採尿タイミングに関する測定か相当する強度でラットを走行させ，骨格筋における筋小ら，尿中8-OHdG レベルは１h で最も高くなり，３h や胞体カルシウム ATPase 活性の減少とともに ATPase に

５h ではすでに安静時の値と変わらないレベルにまで回含有されるカルボニル基（酸化ストレスの指標）が増復した（図３，表１）．１h，３h および５h は，被検者加したことを認めている．また，この ATPase に ATPへの指示によって行われた強制排尿であることから，尿を局所的に供給するクレアチンキナーゼも ROS の影響

中8-OHdG レベルで運動による酸化ストレスを評価するを受けて活性が低下すると予想されている（和田ほか，

場合，運動後１時間以上経過した最初のスポット尿で評2006）．以上のことから，過剰な ROS 生成による筋への価することが最も適していることが明らかとなった．こ酸化ストレスが平均パワーの低下をもたらし，酸化ストの結果は，心拍予備力の60 〜 70％で１時間の自転車漕レスの指標である尿中8-OHdG レベルと関連性が認めらぎ運動後において，尿中8-OHdG レベルは運動２時間後れたと推察される．

に有意に増加し，６時間後には安静時の値に回復するこ本研究で用いた高強度間欠的運動は，20セット全体のとを報告した先行研究（斉藤ほか，2005）とも一致する．

平均値でみると，75.1±2.7％ VO2peak に相当する酸素

細胞内における8-OHdG の修復酵素のメカニズムや尿中摂取水準であった．しかしながら，骨格筋での酸素動態への排泄については明らかではないが（Nakano et al.,を考えると，高強度間欠的運動は７秒間の全力ペダリン

2003），運動により生成が増加した ROS が引き起こした

グと無負荷での53秒間（60rpm）のペダリングで構成さ4─ 48 ─

Kambayashi I．et al．exercise performance and oxidative stress
れていたことから，７秒間のハイパワー発揮では機械的る．例えば，電子スピン共鳴装置を用いた in vitro の実

圧迫（mechanical compression）により活動筋内で脱酸験において，スーパーオキシドの消去能は調整サンプル

素化が生じ，その後の無負荷でのペダリング時の血流回内の乳酸濃度に依存して増加することが報告されている

復で再酸素化が生じていたと推察される（加藤と大西，（Groussard et al., 2000）．今後，運動前後のみならず運

2006）．運動時においてミトコンドリアで ROS である

動中の酸化ストレス指標の動態や抗酸化能の測定等，よスーパーオキシドが生成する状況は，酸素が不足した状り詳細な検討が必要である．

態で酸化的リン酸化が進行し ATP の再合成が行われる

本研究は，一過性の高強度間欠的運動における運動時である．このような状態では，電子の受け皿となる酸パフォーマンスの評価指標の１つが，ROS による酸化素の供給が不足しているためミトコンドリア内膜上の電ストレス指標と有意な相関関係を認めた最初の研究で子伝達系に電子が貯留し，マトリックス内のプロトン濃ある．これまでは，抗酸化物質の投与によって筋力低度の増加により電圧も増加している．そこへ酸素が急激下の抑制が認められたり（Shindoh et al., 1990；Reid etに供給されると電子が電子伝達系上を一斉に動き出し，

al, 1994），オーバートレーニングによる慢性的な疲労

電子の漏出が増加する．
漏出した電子は酸素と反応して，状態と酸化ストレスとの関連が報告されたりしてきた

スーパーオキシドとなる．先行研究（Shi et al., 1999）（Margonis et al., 2007）．その中で一過性の運動においにおいて，高強度運動後の疲労した骨格筋内のミトコンて運動パフォーマンスの優劣が酸化ストレスと関連するドリアでは呼吸調節率（RCR）が低下し，内膜から電子ことを示した意義は大きい．Fatouros et al.（2010）は，が漏出しやすくなっていることが報告されている．よっサッカーゲーム（45分間×２）後，72時間の回復期で無て，ミトコンドリアからの ROS 生成が高強度間欠的運

酸素的な運動パフォーマンス（スピードやジャンプ力）

動における酸化ストレスの１要因と推察される．

は低下し，酸化ストレス指標が増加していることを報告

ミトコンドリアからの ROS 生成に加えて，ROS 生成している．このような報告とも考えあわせ，高強度間欠の他の原因としてキサンチンオキシダーゼ系が考えられ的運動が含まれる競技スポーツにおいては，酸化ストレる．虚血や高い張力発揮の連続は細胞内カルシウムイオ

スへの対応が必要であると考えらえる．

ン濃度の増加によりカルシウムイオン依存性プロテアー

今後の展望として，他の酸化ストレス指標や抗酸化能

ゼが活性化され，その加水分解作用によりキサンチンデ

力の評価，抗酸化物質の投与の影響を検討するための介

ヒドロゲナーゼがキサンチンオキシダーゼに変換され入実験，異なる運動様式による高強度間欠的運動を実施

る．加えて，ADP 濃度の増加によりヒポキサンチン濃する等して，高強度間欠的運動の運動パフォーマンスと度も増加する．このような状態で酸素が供給されると，酸化ストレスとの関連をより詳細に検討して行く必要がキサンチンオキシダーゼ，ヒポキサンチンおよび酸素があるだろう．加えて，本研究では被検者が常に全力で各共存することになり，多量の ROS が生成される（Sachdev

セットのペダリングを実施したかどうかの客観的な指標

and Davies, 2008）．以上のように，ミトコンドリアからを得ることができていないため，研究としての限界も存の電子漏出やキサンチンオキシダーゼ系が，本研究で用在する．今後は生理学的・心理学的な指標について検討いた高強度間欠的運動の ROS 生成源と推察される．

を深め，被検者が最大努力で間欠的運動に従事していた本研究では，後半10セットの運動においても酸化ストことを評価する必要があるだろう．

レスが生じていたと推察されるが，平均パワーの低下が認められなかった（図２）．この原因については明らか

Ⅴ．ま と めではないものの，筋パワー発揮の源となる ATP の供給能の低下の影響が大きいことが考えられる．筋バイオプ

本研究では被検者42名を対象に，体重×0.08kp の負シー法を用いた先行研究（Gaitanos et al., 1993）による荷で全力ペダリング７秒間を20セット実施する高強度と，体重の6.5％の負荷で６秒間の全力ペダリングを30

間欠的運動を負荷し，安静時（baseline）と運動終了１秒間の休息で10回反復させた場合，10回目の運動中の時間後（１h）において採尿を行い，酸化ストレス指標

解糖系による ATP 再合成能は１回目のそれと比較してとして尿中8-OHdG レベルを評価した．そして，高強度13％に，10回目の運動後のクレアチンリン酸量は１回目

間欠的運動の運動パフォーマンス（TP と DR）と尿中の運動前の16％であったと報告されている．
この結果は，

8-OHdG レベルとの関連を検討した．また，６名の被検

後半10セットにおいてはクレアチンリン酸量や解糖系に者を対象に，高強度間欠的運動前後２日間のすべての尿よる ATP 再合成能がほぼ底打ち状態になっていることを回収し，採尿法・採尿タイミングが尿中8-OHdG レベを示している．よって，後半10セットで平均パワーの低ルに与える影響を合わせて検討した．結果は以下に示す

下が認められなかったのは，前述のような ATP 供給能通りである．

の底打ちと関係しているかもしれない．加えて，ROS

１．７秒間の平均パワーは中盤（10 〜 11セット）まで生成の減少，抗酸化能力の増加もしくはその両方によはセットが進むにつれてほぼ直線的に低下し，12

る影響により酸化ストレスが軽減されていた可能性もあセット以降はほぼ一定を維持した．

─ 49 ─

神林

勲ほか

運動パフォーマンスと酸化ストレス
712‑719.

２．尿中8-OHdG レベルは被検者全員において１h で増加し，平均値でみると baseline に比較して１h で有Groussard, C., Morel, I., Chevanne, M., Monnier, M.,
Cillard, J., and Delamarche, A.（2000）Free radical意であった．

scavenging and antioxidant eﬀects of lactate ion：

３．高強度間欠的運動後の尿中8-OHdG レベルは，１h

an in vitro study. J.Appl.Physiol., 89：169‑175.

で最も高くなり，その２時間後以降は安静時の値にGroussard, C., Rannou-Bekono, F., Machefer, G.,まで回復した．
４．DR は，１h における尿中8-OHdG レベルや baseline

Chevanne, M., Vincent, S., Sergent, O., Cillard, J.,からの増加量と中程度ながら有意な相関関係が認めand Gratas-Delamarche, A.（2003）Changes inられた．

blood lipid peroxidation markers and antioxidants
after a single sprint anaerobic exercise. Eur.J.Appl.

以上のことから，高強度間欠的運動において尿中Physiol., 89：14‑20.

8-OHdG レベルで酸化ストレスを評価するには，蓄尿法を用いるのではなく，運動後１時間以上経過した最初のHartmann, A., Pfuhler, S., Dennog, C., Germadnik,

排尿で評価することが最も適していることが明らかと

D., Pilger, A., and Speit, G. （1998） Exercise-

なった．また，運動パフォーマンスの指標の１つである

induced DNA effects in human leukocytes are

DR と尿中8-OHdG レベルには有意な相関関係が認めら

not accompanied by increased formation of

れたことから，ROS による酸化ストレスと運動前半の8-hydroxy-2ʼ-deoxyguanosine or induction of
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本研究の一部は，北海道教育大学学術研究推進経費（学54：783-791.

長裁量経費）および文部科学省イノベーションシステム
整備事業・地域イノベーション戦略支援プログラム（グKabasakalis, A., Tsalis, G., Zafrana, E., Loupos, D., and

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