調査 ・ 報告

運動時のエネルギー代謝と糖質制限食
滋賀県立大学

人間文化学部

生活栄養学科

運動栄養学研究室

東田一彦

【要約】
スポーツ栄養学の歴史は、糖質摂取とともにあるといっても過言ではないほど、糖質に関する研究は多い。
しかし、昨今ではその糖質の摂取量を制限することがブームとなっている。実験動物から得られた研究結果とは異なり、アスリートが糖質制限（低糖質・高脂肪食）をしても、多くの場合は劇的にパフォーマンスを高める効果は期待できなさそうである。
た背景と、糖質制限が運動時のエネルギー代謝やパはじめにフォーマンスに与える影響について、最新の研究成専門書のみならず、商業誌においてもたびたび取果を含めて紹介する。

り上げられる「糖質制限」は、もはや一過性の流行ではなく、市民権を得た言葉となっている。この流

１．運動時のエネルギー代謝

行は、一般人だけでなく、糖質摂取量がパフォーマンスを大きく左右するアスリートにおいても同様で運動を行うには筋肉を収縮させる必要がある。筋ある。本稿では、運動時のエネルギー代謝について肉の収縮にはエネルギー源となるアデノシン三リン概説し、糖質制限がこれほどまでに流行するに至っ酸（ATP）を利用するが、もともと筋肉に蓄えら

図１

骨格筋でのATP再合成経路

脂肪酸

グルコース

血液
①中性脂肪

③脂肪酸
②
解糖系

ピルビン酸
ATPATP

ATP-PCr系
ATP

グリコーゲン

有酸素系

骨格筋
資料：筆者作成

54 砂糖類・でん粉情報 2021.5

れているATPは非常に少ない。そのため、運動をるため、有酸素性エネルギー供給機構とも呼ばれる。

行いながら常に筋肉の中でATPを再合成する必要

この経路は、安静時や長時間運動時の主なエネルがある。筋肉には大きく分けて三つのATP再合成ギー供給源となる。

機構が存在することが知られている（図１）。

（４）運 動強度・運動時間とエネルギー供給系の関係（１）ATP–PCr系
ATP–PCr系では、骨格筋に貯蔵されているクレ

上述した三つのエネルギー供給系は、運動の強度アチンリン酸（PCr）の分解によるエネルギーを利と時間によりそれぞれの貢献度が変化する。図２は、用してATPを再合成する。この系は一つの酵素の各エネルギー供給機構の貢献度を模式的に示してい反応で進むので、非常に速い速度でATPを再合成る。短距離走のような高強度で短時間の運動では、することができる。そのため、ATP–PCr系は、急ATP–PCr系や解糖系が中心となる。反対に、ウォー速なATPの供給が必要となる短距離走や瞬発的なキングやジョギングのように強度が低い運動の場合運動時の主要なエネルギー供給源となる。しかし、は、長時間に継続することが可能である。そのよう筋肉内に貯えられているPCrの量も非常に少量なのな場合では有酸素系のエネルギー供給機構が主なエで、ATP–PCr系を最大限に利用したとしても7〜ネルギー源となる１）。

（２）解糖系
解糖系では、糖質を摂取することで生成され、筋肉に蓄えられたグリコーゲン、または血液中から取り込んだグルコースを分解することでATPを再合成する。ATP–PCr系と解糖系のATP再合成の反応には酸素を必要としないため、これらは無酸素性エネルギー供給機構とも呼ばれる。解糖系の反応が高まり、グリコーゲンやグルコースの分解が極度に高

図２

運動時間および運動強度とエネルギー供給系の寄与率の関係

100

有酸素系

ATP-PCr系

ATPの供給割合(%)

8秒間しか運動を持続できないと考えられている。

解糖系

まると、乳酸が蓄積し始める。俗に言われる「乳酸が溜まってきた」は、解糖系を利用したATPの再内臓脂肪や皮下脂肪などの脂肪組織で分解された脂肪酸、筋肉内に貯蔵されている中性脂肪から供給

運動時間
運動強度

長 低（３）有酸素系

短 高合成が高まっていることを意味している。

0

資料：Philadelphia, Saunders.「Sports Physiology」
注：運動強度が高く運動時間が短い場合はATP–PCr系の寄与率が高くなる。一方、運動時間が長くなるにつれて有酸素系の貢献度が高まる。

される脂肪酸、さらに解糖系で合成されたピルビン

次に、具体的に運動時のエネルギー源の貢献度を

酸 な ど が ミ ト コ ン ド リ ア 内 で 酸 化 さ れ る過 程 で見てみよう（図3）。通常の歩行のような低強度運ATPを再合成する経路を有酸素系と呼ぶ。酸素を動中では、血液から取り込まれた脂肪酸や筋肉に貯利用してATPを合成するエネルギー供給機構であ蔵している中性脂肪などが主なエネルギー源となっ砂糖類・でん粉情報 2021.5 55

図３300エネルギー消費量(cal/kg/min)

250

運動強度とエネルギー源の関係
血中グルコース
血中脂肪酸
筋中性脂肪
筋グリコーゲン

２．スポーツパフォーマンスと糖質制限食の歴史
上述したように、スポーツ栄養学の発展によって、200高い運動パフォーマンスを発揮するためには、いか150に糖質が重要な要素であるかが明らかにされている。では、一般人のボディメイクではなく、アスリー100トが行う糖質制限という考えはどのようにして生ま500れ、現在の流行に至ったのであろうか。この流行の
低強度

中強度

高強度

資料：The American journal of physiology「Regulation of endogenous fat and carbohydrate metabolism in relation to
exercise intensity and duration」
注：運動強度が上がるにつれて筋グリコーゲンの利用量（利用割合）が高くなる。

一つの要因となっているのが、運動によって筋グリコーゲンを低下させ、さらに筋グリコーゲンが低い状態で就寝するという、Train–Low, Sleep–Lowという栄養補給法・トレーニング法が挙げられる。ている。一方、運動強度が上がり、ジョギングのよ

これは、食事とトレーニングの組み合わせにより、うな中強度な運動中では、筋グリコーゲンの利用割意図的に筋グリコーゲンが少ない状態を作り出すこ合が上昇している。さらに強度が高いランニングのとで、トレーニング効果を高めることができる、とような高強度な運動になると、筋グリコーゲンが主いう研究成果に基づいている4、5）。

なエネルギー源となる２）。また、中強度以上の運動
こん ぱい

一方、この方法よりも前に、糖質制限の火付け役

では、筋グリコーゲンが枯渇した時点で疲労困憊にとなった研究が存在し、現在でも形を変えて引き継至ってしまい、それ以上運動を継続できなくなってがれている。それは、糖質とならび、運動時のもうしまう。この時点では、もう一つのエネルギー源で一つの主要なエネルギー源である脂質を大量に摂取ある脂肪は内臓などにたっぷりと貯蔵されているにすることで、筋グリコーゲンを使う代わりに、脂質もかかわらず、である。実際のスポーツ場面では、をエネルギー源として利用する、という発想である。

全力運動、つまり超高強度な運動と低強度の運動がこの着想の一つの元となったのが、北極圏で見られ組み合わさっている場合が多いが、アスリートだけるそりを引く犬の食餌である。そり犬はクジラやアでなく、一般の人が行う運動であっても糖質がいかザラシの肉など、糖質摂取含量が非常に少なく、脂に重要なエネルギー供給源であることがお分かりい肪を多く含む食餌、つまり糖質制限食を日常的に摂ただけるだろう。

取している。糖質摂取量が少ないそり犬の持久性運

このような研究成果をもとに、スポーツ栄養学で動パフォーマンスが非常に高いことに着目し、実験は、エネルギー源としての糖質に着目した研究が多動物やヒトを対象に低糖質・高脂肪食の摂取が運動く行われていて、いつ、どれくらいの量の糖質を摂パフォーマンスに及ぼす影響の検証が行われた。著取するとパフォーマンスの向上やリカバリーに効果者が確認できた、低糖質・高脂肪食摂取と運動パ的か、ということが明らかになってきている。具体

フォーマンスとの関係についての最初の研究では、的な糖質の摂取量については、他の総説を参考にし脂質のエネルギー比が83〜85%であり、糖質の摂ていただきたい3）。

取量が極端に低い食事を用いていた6）。研究に参加した被験者は、この食事を4週間摂取したのちに運56 砂糖類・でん粉情報 2021.5

動能力を測定している。その結果、運動パフォーマ向上はほとんど報告されていない。研究によっては、ンスが低下した被験者がいたが、著しく向上した被ヒトにおいてはパフォーマンスが悪化するケースも験者もいたことから、平均値を見た場合、運動パ報告されている9）。実験動物で得られた研究結果が、フォーマンスは変化しない、つまり低糖質・高脂肪ヒトを対象にした場合には結果再現できない、とい食を摂取しても運動パフォーマンスは低下しない、うことはよく見られることである。ヒトで低糖質・という結論であった。この研究は1980年代に発表

高脂肪食を摂取した場合に運動パフォーマンスの向されたが、筋グリコーゲンに注目が集まっていたス上が見られない原因としてはいくつか考えられる。

ポーツ栄養学に一石を投じる斬新な研究であった。

一つ目は、体重の増加がある。脂肪を多く摂取す

この研究を皮切りに、高脂肪食、つまり糖質を制ることで骨格筋の代謝適応が引き起こされるには、限した食事と運動パフォーマンスや運動時のエネル数週間単位の時間がかかると考えられている。長期

ギー代謝に関する研究が活発に行われた。脂質エネ間にわたり高脂肪の食事を食べていると摂取カロルギー比が78%の低糖質・高脂肪食を5週間摂餌リー過剰となり、体重・体脂肪の増加が起きてしました動物（ラット）の研究では、糖質の摂取量が少う。

ないために筋グリコーゲン量が減少したが、運動継もう一つの要因としては、脂肪を利用する能力が

続 時 間 が 飛 躍 的 に 向 上 し た こ と が 報 告 され て い

高まった代償としての、糖質を利用する能力が下がる7）。さらに、運動トレーニングと低糖質・高脂肪ることが挙げられる。上述したように、糖質を無酸食摂取を同時に行った場合、トレーニングもしくは素的に分解し、ATPを再合成する経路は、高強度

低糖質・高脂肪食摂取単独よりもさらに高い運動パ

運動時には非常に大切なエネルギー源となる。運動フォーマンスを発揮したことも報告されている8）。

強度が高まると必要となるエネルギー量も増加する

これらの結果から、実験動物においては、低糖質・ため、糖質を利用する能力が下がってしまう低糖

高脂肪食摂取は運動パフォーマンスを高めると考え

質・高脂肪食摂取では、急激なエネルギー需要に対られる。低糖質・高脂肪食摂取によってこのような応できず運動パフォーマンスが低下してしまうと考適応が引き起こされるメカニズムとしては、脂肪をえられる。

多く摂取することで、筋肉が脂肪を利用する能力が高まった結果、筋グリコーゲンの利用が抑制される（筋グリコーゲンの節約効果）からであると考えられる。

3．糖質制限と運動パフォーマンスに関する近年の発展

動物実験での結果から、低糖質・高脂肪食摂取に最近では、さらに極端な糖質制限、いわゆるケトよる脂肪利用の高進が、ヒトでも運動パフォーマンジェニック食（注１） がスポーツの分野にも導入されスを向上させるのではないか、という仮説のもとさ始めた。いわゆる糖質制限食では、少ないながらもまざまな研究が行われた。動物実験で得られた結果糖質が含まれている。一方、ケトジェニック食ではと同様に、ヒトにおいても低糖質・高脂肪食の摂取糖質含量を可能な限りそぎ落とすことで、体内でケによって、筋肉の脂肪を利用する能力が高まり、運トン体（注２） が合成される状態にする。アスリート

動中の脂質酸化量（脂肪を利用した量）が高まるこだけでなく、スポーツ愛好家からも注目されているとが明らかとなった。しかし、肝心の運動パフォー

ケトジェニック食であるが、運動パフォーマンスにマンスは、他の動物で報告されているような劇的な与える影響を厳密な方法で調べた研究はそれほど多砂糖類・でん粉情報 2021.5 57くはない。また、報告されている持久力や筋力など半年以上にわたりケトジェニック食を摂取したウル

4．その他糖質制限が身体に及ぼす影響

トラマラソン選手を対象にした研究では、高糖質食

現在では糖質制限はアスリートだけでなく、一般を摂取したアスリートに比べて、脂質量が高くなるの人にとっても身近なものになっている。特に、手ことも報告されている10）。このように、非常に長軽に減量ができる、という理由からテレビ、雑誌や時間にわたって試合が行われるような競技においてソーシャルネットワーキングサービス（SNS）なは、低糖質・高脂肪食やケトジェニック食が効果的どで広まった背景があるのではないだろうか。確かな場合があるかもしれない。に、食事内容を細かく気にするよりも、糖質源（白の研究結果は一貫していないものが多い。ただし、これまでに紹介した、低糖質・高脂肪食やさらに米、パン、うどんなど）を食べない、という単純明極端なケトジェニック食の研究では、目覚ましい運快な方法は、継続して実施する上で重要である。糖動パフォーマンスの向上、という結果にはつながっ質制限食と健康的な食事による減量効果を比べた研ていないが、これらスポーツ栄養学研究の発展は、究では、どちらも効果に差はない、という結論が多）く報告されている13）。数年のうちに、この糖質制の創出につながっている。ケトジェニック食では、限のブームは去るかもしれないが、現時点では糖質糖質をほとんど含まない食事を摂取することで、体の摂取量を制限することが、他のダイエット法と比内でケトン体を合成することが重要なステップであべて特に効果があるわけでないので、無理をして糖るが、この代謝適応を飛び越えて、ケトン体自体を質制限をするメリットは多くないといえるだろう。

口から摂取する、という方法まで検討が行われてい糖質制限と運動パフォーマンスについては上で述る。2016年に最初のケトン体摂取と運動パフォー

べたが、これらの研究成果として、糖質制限とスポーマンスに関する研究が発表されて以来11）、いくつツに関して新しい関係が分かってきたこともある。

もの研究が、特に持久性運動を対象に発表されてい糖質を含めエネルギー摂取量を制限した状態で激し。研究結果としては、パフォーマンスが高まっい運動をすると、筋肉からIL–6というホルモンのた、というものから、変化なし、むしろケトン体摂分泌が高くなる。IL–6は、食事から摂取した鉄の取で低下した、というように一致した見解は得られ吸収を妨げるホルモン、ヘプシジンを増やす働きがていないのが現状である。

あるので、鉄の吸収を悪くすることで貧血につなが新たなサプリメント（エルゴジェニックエイド

（注3）

る

12）

（注１）ケトン体の生成を高めるような低糖質・高脂肪の食事。ケトン食とも呼ぶ。
（注２）肝臓での脂質酸化が著しく高まることで産生され14）。
る可能性が最近になって分かってきた（図4）

貧血は鉄の摂取不足が主な原因、ということは知られているが、鉄を十分に摂取していてもエネルギーるアセトン、アセト酢酸、βヒドロキシ酪酸の総称。

摂取量が足りないことで鉄の吸収を妨げてしまう可心臓や脳、骨格筋などでエネルギー源として利用能性がある。このように糖質制限は、パフォーマンされる。

スに直接影響するだけでなく、コンディショニング（注3）運動能力やパフォーマンスの向上が期待できる物
質。

58 砂糖類・でん粉情報 2021.5にも影響を与える食事であることが分かってきた。

４日間の長時間運動が血清ヘプシジン濃度と筋グリコーゲン量に与える影響

足群
群

110100

栄養不足群

9080
7060

1220

栄養不足群
15栄養充足群
栄養充足群

105050
4日目

25栄養充足群
血清ヘプシジン濃度(ng/mL)

足群

筋グリコーゲン濃度(mmol/L)

120

1日目

2日目

3日目

4日目

1110

9

8

7

6

5
1日目

2日目

3日目

4日目

資料：Physiol Rep「Effect of low energy availability during three consecutive days of endurance training on iron metabolism in malelong distance runners」
注：エネルギー不足状態（糖質も制限している）でトレーニングを行うと、筋グリコーゲンが減ってしまい、ヘプシジンが高くなる。

おわりに筋グリコーゲン濃度(mmol/L)

図４な差を埋めるために日々激しいトレーニングを行っているアスリートが採用できる一つの方法である。

本稿では、糖質制限が流行している背景となった

しかし、その場合に気を付けるべきなのは、糖質を研究成果を取りあげ、パフォーマンスに関する最近制限したために起こるエネルギー摂取不足に陥らなの研究結果を紹介した。エネルギー源という観点かいことである。エネルギーの消費量と摂取量のバラら見た場合には、糖質はパフォーマンスを左右するンスが崩れるとさまざまな弊害が出てくる。しかし、重要な要素である。そのため、特別な目的もなく糖自分がどれだけエネルギーを消費していて、どれく質の摂取量を制限するということは、パフォーマン

らいエネルギーを摂取する必要があるか、というこ

スとコンディショニングの観点からは良いとは言えとが分からない場合が多いと思われる。糖質をはじない。一方で、脂肪を利用する能力が高まる、細かめとする食事の内容を見直す場合には、栄養素の摂いことを考えずに減量に取り組めるなど、確かに糖取量の計算や具体的な献立の作成を行うことができ質摂取量を制限することで得られるメリットがないる専門家（スポーツ栄養士など）のサポートを受けわけではない。自分のパフォーマンスを高めるためながら行っていただきたい。に糖質摂取量を変化させる、という試みは、わずか

砂糖類・でん粉情報 2021.5 59

【参考資料】
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「Effect of low energy availability during three consecutive daysof endurance training on iron metabolism in male long distance runners」『Physiol Rep』
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