組織再生における運動の利点

運動誘発性組織再生

身体活動とは、主に骨格筋によって生成され、エネルギー消費をもたらす身体の動きを指し、日常生活、職業、レジャー、および活動的な交通手段の一部として行われる運動やスポーツを広く含みます。過去数十年にわたり、身体活動は日常生活に不可欠な要素であり、健康と長寿の促進に不可欠であることが臨床研究と実験研究によって確信されてきました。重要なことは、現在、身体活動の不足が世界中で 4 番目に多い死因となっていることが報告されていることです。2020 年の世界保健機関 (WHO) ガイドラインによると、150 ～ 300 分間の中強度の身体活動、または 75 ～ 150 分間の激しい強度の身体活動、または中程度の強度と激しい強度の有酸素性身体活動の同等の組み合わせが必要であると記載されています。週ごとに実施する必要があります。しかし、世界中の成人の約 3 分の 1 は、WHO が推奨する身体活動の最低強度または最低時間を満たしていません。身体的不活動は、主に冠状動脈性心疾患、 糖尿病、がん、さらには精神的健康 などの非伝染性疾患に悪影響を及ぼし、世界的な健康状態を劇的に悪化させていることが、実質的な証拠によって示されています。健康への負担や人々の寿命を縮めます。したがって、身体活動の促進は、人間の寿命の質を向上させるための重要な方法の 1 つです。
理論的には、運動は、計画され、構造化された、反復的な身体活動の一種として定義されます。体育活動および社会文化活動の一種として、定期的な運動はますます多くの人々に受け入れられています。運動には基本的に持久力（有酸素性）トレーニングとレジスタンス（無酸素性）トレーニングの2種類があります。生理学的には、持久力運動トレーニングは、有酸素条件下でグルコース代謝が酸素に依存する運動を指しますが、レジスタンス運動トレーニングは、無酸素条件で重量または過負荷が行われる運動を指します。短期間の高強度または最大強度の活動で、前者は通常、心臓血管系および呼吸器系の適応を誘導しますが、後者は主にタイプ II 線維の筋原線維量の増加を通じて筋肥大を引き起こす可能性が高く、中枢神経系の変化を伴います。
米国スポーツ医学アカデミーの運動検査と処方ガイドラインによると、持久力運動は、ウォーキング、ジョギング、ダンス、水泳、サイクリングなどの幅広い身体活動であり、強度はより低いです。最大強度よりも強く、数分から数時間続くことがあります。持久力運動トレーニングは、運動処方の FITT (頻度、強度、時間、種類) – VP (量、進行度) の原則に基づいており、運動の強度は心拍数、酸素消費量 (VO 2 )の観点から説明できます。
一般的なレジスタンス運動トレーニングには、バーベル ベンチ プレス、バーベル オーバーヘッド スクワット、ダンベル上腕二頭筋カール、その他の筋力トレーニングが含まれます。筋力トレーニングに最適なトレーニング負荷はまだ研究中です。1 セットの 6 ～ 12 回の繰り返しを、1 回の約 70 ～ 85% の範囲の負荷で最大週 2 ～ 3 回実行すると、十分なトレーニング効果が得られる可能性があることが示唆されています。実際、有酸素運動の強度が無酸素運動の閾値を超えると持久運動が無酸素運動になる可能性があるため、身体活動の複雑さによって 2 種類の運動の間にそれほど明確な境界はありません。さまざまな種類の運動によって引き起こされる生理学的反応についての理解が深まり、高強度インターバルトレーニング (HIIT) や中強度の継続運動トレーニング (MICT) など、さまざまな運動戦略が登場しました。特に、HIIT は心肺機能のフィットネス、減量、慢性疾患の改善において優れていることが証明されているため、フィットネス愛好家やアスリートの間で人気が高まっています。全体として、運動の多様性がさまざまな生理学的適応を引き起こし、さまざまな身体状態を改善するために運動トレーニングを的を絞って利用することが可能になります。

過去何世紀にもわたって、運動トレーニングは、正常な生理学的状態下での組織機能を強化し、心血管疾患、慢性メタボリックシンドローム、神経障害および精神障害などのさまざまな病理学的状態下での機能を回復するための効果的なアプローチとみなされてきました。および主に化学薬品によって治療される癌も対象です。しかし、機能細胞が失われる病気の多くは、組織や器官の再生のために細胞の補充に依存しています。現在、再生の定義はより正確かつ明確になってきており、それぞれ胚制御、恒常性再生、修復的再生として知られています。修復的再生は、損傷を修復したり、生理学的機能を置き換えるために、再生された組織構造を体内に移植するという最終目標を表しているため、恒常性組織がどのように一貫した免疫応答を引き起こして再生プログラムを開始するかを知ることは非常に理にかなっています。適切な細胞可塑性、損傷後の幹細胞および間質細胞の応答。よく知られているように、組織または器官の再生の基本プロセスには、まずさまざまな形の細胞可塑性が関与する必要があります。これは、さまざまな損傷によって損傷を受けた組織の再生が、調整された細胞の増殖、分化、およびアポトーシスを通じて組織構造を変更することを意味します。再生は生理学的に細胞アポトーシスに対するホメオスタシスに貢献しますが、心血管系や神経系などのいくつかの重要な器官の完全な機能回復のために虚血組織や損傷した組織を修復する能力は非常に限られています。したがって、現在、内因性幹細胞の活性化や外因性幹細胞の補充など、多くのアプローチが組織再生療法に適用されています。重要なことに、ここ数十年で、運動は損傷した組織の回復促進にも貢献できることが示唆されており、これは組織再生の新しい理論的基礎を提供します。
修復再生に関する研究がますます注目を集めているため、運動誘発性組織再生は新しい治療戦略を提供します。最近、高強度トレーニングのみが骨格筋のミトコンドリア呼吸機能マーカーの変化を刺激し、酸化的リン酸化レベルを高めることができることが報告されており、これは再び運動時間および/または強度に対して用量依存的な反応があることを証明しています。ただし、運動がもたらす幅広い健康上の利点を体験するのに必要なレベルの運動をすべての人が達成できるわけではありません。したがって、運動がさまざまな臓器にどのような影響を与え、損傷の修復を促進するかは、最も興味深いトピックの 1 つであり、研究者がこれらの効果を医薬品で模倣する動機となっています。効果的な治療法を開発するには、運動によって引き起こされる再生効果の根本的なメカニズムを分子、細胞、システムのレベルで理解することが重要です。

運動による筋肉の再生

筋骨格系は、人体の可動性と強度に不可欠な要素です。筋骨格系の最も重要な構成要素である骨格筋は、筋線維と結合組織によって特徴付けられ、成人の体の 35% 以上を占め、体全体のタンパク質の 50 ～ 75% を含みます。機械的傷害、虚血傷害、炎症性傷害、さらには先天性または後天性萎縮さえも、結合組織の破壊を伴うものとして説明されており、骨格筋量の減少、運動単位の排出率の低下、および機能障害を引き起こします。広範な損傷後の骨格筋量の回復は収縮活動によって改善できるため、適度な運動トレーニングが損傷後の筋肉の再生を促進することが判明しています。一般に、骨格筋における持久力運動の局所的適応は、主にミトコンドリア生合成と毛細血管密度の増加に焦点を当てており、これにより、エネルギーを生成するために酸素を輸送および使用する体の能力を助け、したがって筋肉疲労の発症を遅らせることができると広く信じられている。長時間の有酸素運動中に、持久力運動トレーニングは筋肉量の維持と怪我後の回復を促進することも示されています。ノテキシン誘発ヒラメ筋変性のラットモデルでは、ランニング運動により筋肉再生中の筋肉量と筋肉断面積の完全な回復が保証され、座りがちなグループよりも筋肉の回復がはるかに速くなりました。対照的に、レジスタンス運動トレーニングは、神経筋の適応、筋断面積 (CSA) の増加、および結合組織の硬さの変化の結果として、筋力とパワーの増加にさらに役立ちます。筋力トレーニングは、筋線維 CSA および I 型線維の増加を通じて、前十字靱帯再建患者における遷延性大腿四頭筋萎縮を大幅に改善しました。
注目すべきことに、新しい複合運動トレーニング戦略である HIIT は、体積筋損失損傷の再生領域における筋肉の再生、神経支配、血管新生を促進し、羊膜足場を用いた幹細胞移植の治癒効果をさらに高めることが報告されています。さまざまな運動トレーニングによって誘発される筋肉の再生について述べたように、さらなる研究では、同じ体積で異なる負荷/モード (上り坂と平地) を評価して、これがトレーニング後の筋肉の再生に影響を与えるかどうかを確認し、効率を向上させる複合運動パターンを提供することを目指す必要があると考えられている。
初期の炎症と血行再建、その後の線維化と再神経支配の後に筋形成が起こり、その結果、筋肉量と機能が回復します。ヒト成人骨格筋における筋形成の重要な構成要素と考えられている真の組織特異的幹細胞は衛星（サテライト）細胞です。筋線維が損傷した後、サテライト細胞が活性化、増殖、分化し、その有糸分裂活動は持久力や抵抗運動トレーニングの形で運動することによって強化できることが確信されています。さらに、衛星細胞の調節による骨格筋の再生は、炎症促進性マクロファージと抗炎症性マクロファージのバランスによって影響を受けます。運動は、M1 マクロファージ表現型から M2 マクロファージ表現型への移行を引き起こし、損傷部位のサテライト細胞の増殖と分化を調節することが確認されています。さらに、線維脂肪生成前駆細胞 (FAP) も、筋肉損傷に応答して活性化され、炎症細胞およびサテライト細胞との機能的相互作用を確立して筋肉修復を促進することが確認されています。さらに最近では、急性筋肉損傷および慢性炎症性ミオパチーのマウスモデルにおいて、運動がFAPの老化を促進することによりサテライト細胞を増加および活性化することが証明されており、これは運動誘発性筋肉再生に対する新たな治療戦略を提供する。

運動による骨と軟骨の再生

簡単に説明すると、老化した骨格の主な特徴は、骨の減少、関節軟骨の劣化、椎間板の変性、狭まりであり、これらが痛みや可動性の喪失に寄与します。身体活動は骨格の健康を維持する上で不可欠な要素であると長い間認識されてきました。持久運動と抵抗運動の両方が生理学的に十代の若者の骨の成長を促進し、最大骨量を増加させ、成人期の骨粗鬆症の予防に貢献することが多くの研究で示されています。したがって、特に閉経後の女性では、特定の運動プログラムに従うことによって、加齢による一般的な骨量の減少が軽減されると確信されています。持久力運動は全体的な健康を維持する上で重要ですが、骨の適応と運動の部位特異的効果の基本規則にはレジスタンストレーニングの方がより適用できる可能性があります。最近、レジスタンス運動または持久力運動の 8 週間の運動プロトコールの実験により、レジスタンス運動は骨の強度を高めるのに効果がある可能性が高いが、持久力運動ではないことが確認されました。実際、素早いジャンプなど、高い速度または頻度で大きなひずみを引き起こす機械的負荷に対して、骨はより積極的に反応することが確認されています。これは、従来のトレーニング パターンでは骨形成を引き起こす運動能力の弱さを引き起こします。
したがって、Davison et al. は、骨形成の効率を改善するための新しい運動器具と運動トレーニング パターンを確立し、骨量減少 (骨粗鬆症または骨減少症) 状態に苦しむ人々に希望を与えました。さらに、骨の再生は、血管新生と骨形成のカップリングと呼ばれる、骨化組織の血管新生にも依存します。トレッドミルのランニングにより、ラットの近位骨幹端の血管数が生理学的に増加し、運動に応じて骨密度 (BMD) が大幅に変化する可能性があることを発見しました。その後、一連の研究により、運動が骨欠損の治癒中に血管新生を刺激し、骨の再生も促進することが明らかになりました。
軟骨損傷は有病率の高い病態であり、一般人口の 63%、アスリートでは 36% に達しています。不適切または過剰な運動は主に関節損傷を悪化させますが、適度な運動は変形性関節症の治癒に有益な効果を発揮することが認識されています。ランニングや水泳などの伝統的なトレーニングと、ピラティスやヨガなどの非伝統的なトレーニングの両方が、主に痛みや筋力の改善に関して、膝関節や変形性股関節症の管理に効果があることが広く報告されています。特に、げっ歯類のモデルは、適度な運動が外傷後の軟骨病変の進行を防ぐことを示しています。さらに、負荷と椎間板の再生プロセスの間には用量反応関係があることが示唆されており、これは腰椎伸展抵抗運動介入で通常使用される負荷パターン（高負荷、低容量、低頻度）が、椎間板の再生を促します。実際、軟骨組織は細胞性が限られており、血管系が欠如しているため、治癒能力が抑制されており、そのため、幹細胞移植や生体材料やデバイスの応用など、再生を促進する移植に注目が集まっています。
重要なことに、運動は軟骨再生療法の効果的なアジュバントとしても考えられています。運動は、破骨細胞形成性サイトカインの産生を下方制御し、抗破骨細胞形成性サイトカインの産生を上方制御することにより、損傷した関節軟骨および軟骨下骨の治療を成功させるための自家軟骨細胞インプラント、マトリックス誘導性自家軟骨細胞インプラント、および間葉系幹細胞（MSC）インプラントの可能性を高めるという実質的な証拠が示されています。さらに最近では、Liu らは、生分解性圧電足場を移植した骨軟骨欠損ウサギにおいて、運動によって硝子軟骨の再生が促進され、軟骨が完全に治癒したことを実証しました。これは変形性関節症の治療に応用できる可能性があります。
よく知られているように、身体活動は関節や骨に機械的ストレスを引き起こし、再生の過程で幹細胞の増殖と分化を促進します。急激な運動により、造血幹細胞 (HSC )および MSC を含む循環幹細胞および前駆細胞が増加することが報告されています。興味深いことに、骨芽細胞と軟骨細胞は MSCの多能性骨格幹細胞に由来しており、破骨細胞は HSC のマクロファージ系統に由来しています。骨の形成は骨芽細胞によって行われ、吸収は破骨細胞によって行われます。これは、骨の再生が 2 種類の細胞のバランスに依存していることを意味します。運動は、骨格幹細胞の骨芽細胞への分化を誘導することが示されています。持久力トレーニングはマウスの骨髄 MSC の総数を増加させ、MSC の骨形成分化能を高め、MSC の脂肪生成能を阻害することがわかっています。注目すべきことに、将来の吸収部位への破骨細胞の補充は主に骨芽細胞によって制御されています。適度な運動は、オステオプロテゲリンの発現を増加させ、核因子κBリガンドの受容体活性化因子の発現を減少させ、どちらも骨芽細胞によって発現され、破骨細胞の分化と活性を阻害することが示されています。したがって、機械的刺激と生化学的シグナル伝達に応答する幹細胞の調節機構は、運動誘発性の骨再生にとって重要です。

中枢神経系における運動誘発性の再生

神経幹細胞および神経前駆細胞 (NSPC) は、中枢神経系 (CNS) 再生の主要なプロモーターであり、神経新生を介して移動し、高度に特殊化されたニューロンのネットワークに分化します。一方、希突起膠細胞および星状膠細胞はグリア新生を介して生成されます。CNS 損傷に対するNSPCの反応は非常に複雑で、損傷の範囲と位置に依存するため、成人の内因性神経新生は非常に物議を醸しています。最近、海馬には、成人海馬神経新生（AHN）と呼ばれる新しいニューロンを生成し続けるNSPCが含まれていることが確認されました。このNSPCは、加齢とともに減少しますが、ほぼ生涯にわたって継続します。加齢に伴う神経変性疾患は、おそらく成人海馬神経新生の障害と関連していると考えられます。これらの動物研究は、自発的な運動が海馬の神経新生を促進し、この脳構造における加齢に伴う細胞増殖の低下を防ぐことを示しています。さらに、運動はヒトの左海馬の容積保持を誘発することも明らかにされており、持久力運動による介入が加齢に伴う海馬の劣化を防ぐのに有用であることを示唆しています。加齢に加えて、外傷、虚血性傷害、および炎症は、多くの場合、CNS に不可逆的な損傷と機能喪失をもたらします。虚血性損傷は依然として CNS におけるニューロン喪失の重要なリスクです。持久運動と抵抗運動の両方のトレーニングは、脳卒中後の人々の認知能力を向上させバランスや歩行速度などの機能的パフォーマンスを改善することが報告されており 、これは運動が中枢神経系の修復を促進することを示唆しています。ニューロン。さらに、虚血性脳卒中げっ歯類モデルでは、ホイールランニングやトレッドミルトレーニングなどの初期の持久運動が機能的および神経細胞の回復に寄与し、主にシナプス可塑性の強化、ミエリン再生 およびニューロンの促進による運動機能の改善に寄与することが確認されています。生存率、脳血管新生の促進。多発性硬化症 (MS) は、希突起膠細胞の喪失と軸索変性/脱髄を特徴とする別の種類の CNS 疾患です。最近新たに発表された研究では、運動が希突起膠形成、再髄鞘形成、軸索再生など、MS 患者の中枢神経系の転帰に治療上の利点があることを示唆しています。

運動による末梢神経系の再生

神経系の再生能力は、末梢神経系 (PNS) と CNS の間で大きく異なります。反対に、成人のヒト PNS は、損傷後に軸索が再生し、意図した標的に首尾よく再神経支配する能力を保持しています。PNSでは、損傷した神経がワラー変性を起こし、その後、損傷の上流の軸索が標的組織に向かって極性成長します。したがって、軸索の再生を促進することは、末梢神経損傷後の機能回復を改善するための治療標的であると考えられることが多い。いくつかの臨床研究は、糖尿病性末梢神経障害 (DPN)、化学療法誘発性末梢神経障害 (CIPN)、さらには手根管症候群などの末梢神経障害のさまざまな側面にプラスの影響を与える非薬理学的アプローチとしての運動を示唆しています。
これらの研究の中で、持久力と抵抗運動の 10 週間の複合トレーニング プログラムにより、DPN 患者の痛みと神経因性症状が大幅に軽減され、近位皮膚生検からの表皮内神経線維の分岐が増加しました。同様に、CIPN 患者においては、痛みの軽減や身体機能の改善、深部感度や静的平衡能力の改善などの運動のプラスの効果が確認されています。末梢神経の再生を促進する運動の効果は動物モデルでも観察されています。生理学的には、ラダーベースのレジスタンストレーニングは、有髄軸索CSA、無髄軸索CSA、ミエリン鞘の厚さ、シュワン細胞核面積を含む成体ラットの橈骨神経（SN）と坐骨神経（SN）に同様の成長を効果的に誘導した。一方、マウス SN 圧潰後の機能的および組織学的回復は、偏心運動による治療によってプラスの影響を受けました。適度な水泳トレーニングは、SN 結紮マウスまたは SN 切断マウスでも神経再生を促進することが判明しました。さらに、トレッドミルトレーニングは、正中神経圧挫傷ラットモデルにおいて神経再生を促進し、機能回復を促進し、筋萎縮を防止した。

運動による造血組織の再生

運動は造血系にも再生効果をもたらします。この点に関して、マウスモデルにおけるトレッドミル運動トレーニングの前臨床研究では、持久運動が骨髄微小環境を修正し、造血を変化させ、造血再生を促進することができることが証明されています。白血球は造血幹細胞および造血前駆細胞 (HSPC) に由来し、運動の主要な応答細胞として機能します。最近、ランニング運動により脂肪組織におけるレプチンの産生が減少し、マウスのHSPCの増殖と白血球の産生が調節されることが報告されています。白血球生成、HSPC エピゲノムおよびトランスクリプトームに対する運動の影響は、数週間持続します。興味深いことに、超持久運動は循環白血球の増加に寄与し、ヒトの循環造血前駆細胞の機能の非常に顕著な低下をもたらす炎症反応を誘発することも示されました。これは、異なる運動強度やパターンに応じた生体の異なる炎症効果の結果である可能性があります。造血幹細胞移植（HSCT）は、血液悪性腫瘍または重度の非悪性血液疾患に対して使用されることが増えています。運動が HSPC に影響を与えると確信されているため、運動療法と組み合わせた HSCT も予後を改善するために検討する価値のあるトピックです。骨髄移植後に持久力運動で事前調整されたマウスにおいて、生存効果と総血液再構成の増加を実証しました。

運動による組織再生のメカニズム

運動に応じて、生体は構造的および機能的適応変化を起こし、運動の有益な効果をもたらします。しかし、運動が組織の修復/再生に関与する細胞反応を開始するメカニズムはまだ十分に理解されていません。一般に、運動は主に、流体の流れ、動的張力、圧縮、静水圧などの機械的信号の増加につながります。したがって、生物が機械的負荷を細胞応答に変換するプロセスである機械伝達は、運動に対する適応応答のための強力なシグナル伝達経路の一種とみなされます。機械的信号に加えて、運動によって調節される一連の生理活性物質 (すなわちエクセルカイン) が、恒常性の維持とさまざまな器官の機能障害の改善に寄与していることが、数多くの研究で示されています。これらのエクセルカインは、衛星細胞、骨芽細胞、免疫細胞、内皮細胞、線維芽細胞、マクロファージ、さらには脂肪細胞などのさまざまな細胞から分泌され、運動に応じて自己分泌、傍分泌、または循環調節因子として作用します。特に、機械的ストレスと生化学的シグナルの両方が、運動によって誘発される細胞増殖と再生の促進に関与していることが広範囲に研究されています。運動誘発性組織再生の複雑なメカニズムは急速に進歩しているため、組織再生の制御における実質的に新しい進歩について、複数の側面から考える必要がある。

メカノトランスダクション

実際、機械センサーと呼ばれるさまざまな細胞表面タンパク質および構造が、これらの機械的刺激を電気信号または生化学信号に変換するために提案されている。機械的に活性化されるイオンチャネルの 1 つであるピエゾファミリーは、膜の伸び、静圧、流体せん断応力などのさまざまな形の機械的力に応答する、多くの種類の細胞における重要なメカノセンサーとして浮上しています。注目すべきことに、Piezo1 は骨細胞でも高度に発現しており、幹細胞の分化と骨形成に関与する機械的伸張によって上方制御されます。
さらに、内皮細胞において非選択的カチオンチャネルとして機能する Piezo1 チャネルは、運動によって誘発される血流の変化を感知する、剪断応力誘発性の Ca 2+シグナル伝達にとって非常に重要でした。インテグリンベースの接着複合体の一種である局所接着は、機械的信号を伝達し、タンパク質生合成を促進するもう 1 つの重要な機械センサーです。細胞外マトリックスから機械的刺激を受けるインテグリンベースの接着とは異なり、隣接する細胞の表面にある 2 つの並置された接続であるギャップ結合は、細胞間の機械的シグナル伝達の架け橋です。複数のタイプのコネキシンが機械伝達に応答する役割を果たしており、その中でもコネキシン 43 は、初期骨芽細胞におけるそのノックアウトがマウスの筋肉形成障害を引き起こすことが示されています。骨芽細胞の増殖と活動を調節することによって骨量に影響を与えることが示されています。これらの標準的な膜構造以外にも、機械感受性受容体としてのプレキシン D1 の最近の発見など、新規の機械感受性タンパク質が定期的に発見されており、今後の発見が待たれる可能性が高い。総合すると、これらの重要な膜構造は、外部の機械的刺激に対するさまざまな細胞反応の基礎であり、運動による再生の秘密を解明するためのもう一つの序曲となる可能性があります。
メカノセンサーの助けを借りて、連続的なシグナル伝達カスケードの活性化と下流の標的遺伝子の発現は、骨細胞、筋細胞ニューロン、心筋細胞などのさまざまな細胞型においてさえ、いくつかの共通の特徴を示します。 。
基本的に、シグナル伝達は膜、細胞骨格、核間の直接的な物理的接続を通じて起こり、遺伝子発現とタンパク質合成を引き起こします。重要なことは、情報の伝達には依然として細胞内シグナル伝達分子と二次メッセンジャーを介した生化学シグナルの促進が含まれるということです。最近、伸長骨細胞のマルチオミック解析により、機械的に刺激された骨細胞が骨化と細胞外基質リモデリングを介して骨再生をサポートしていることが明らかになり、ヒトとマウスの両方の細胞におけるWnt/β-カテニン経路の活性化に焦点が当てられており、機械伝達機構の保存が示されています。運動誘発性負荷により、骨細胞における Wnt 経路の阻害剤であるスクレロスチン (SOST) およびディッコフ関連タンパク質 1 (Dkk1) の発現が低下し、新しい骨の形成が刺激されることが確立されています。Hippo シグナル伝達の抑制は組織再生の促進にも重要な役割を果たしており、運動誘発性再生に対する新たな介入メカニズムを示唆しています。老化した骨格筋の再生において Notch シグナル伝達が障害されることが報告されており、運動による生理的刺激によって回復することができます。したがって、臨床介入の新たな標的を提供する可能性のある、さまざまな種類の運動による機械伝達媒介の組織再生の基礎となるメカニズムを実証するために、さらなる研究を実施する必要があります。

老化条件下での運動介入の応用

社会の進歩に伴い、人間の平均寿命は大幅に伸びています。寿命の延長と並行して、高齢化に特有の健康問題が出現し、世界的な負担が増大しています。老化を根絶することはできないことが明らかになりましたが、それでも老化の過程を軽減し、その影響を大幅に改善することができると期待されており、これは最終的な目標が寿命を延ばすだけでなく、生活の質を向上させることであることを意味しています。実際、外傷や炎症に加えて、老化は生涯における重要なプロセスであり、その本質は細胞の複製老化です。
老化細胞は加齢に伴う病状の部位に蓄積し、組織の正常な生理機能に影響を与え、進行性の機能低下を引き起こします。運動トレーニングは、老化した組織の有望な再生介入として考えられており、高齢者が直面する困難な慢性疾患の予防と管理に貢献します。
認知症は、認知能力と記憶の障害を特徴とします。認知症の主で一般的なタイプであるアルツハイマー病 (AD) は、おそらく加齢に伴う成人海馬神経新生機能の障害として識別されます。運動は高齢者のアルツハイマー病発症リスクを軽減するだけでなく、軽度認知障害やアルツハイマー病を持つ人の認知機能も改善することが報告されています。運動によって誘導されるさまざまな生理活性物質が、成人海馬神経新生の回復やシナプス可塑性の調節を介してマウスモデルにおいて神経保護効果を発揮することを示唆する証拠が増えている。さらに、運動がニューロンの生存と可塑性、または神経新生の促進を通じて、他の加齢に伴う神経変性の予後不良を改善できることが、多くの研究で示されています。興味深いことに、持久運動は肝臓由来のグリコシルホスファチジルイノシトール特異的ホスホリパーゼ D1 と呼ばれる酵素の分泌を促進し、マウスの老化した海馬における神経新生と認知の障害を改善することが報告されています。これは、老化した脳に対する他の臓器の影響を調査する新しいアプローチであり、神経変性疾患の治療に新しい標的を提供します。
骨損失のレベルは加齢とともに増加し、高齢者、特に閉経後の女性では骨粗鬆症につながり、骨折のリスクが高まります。運動トレーニングは、骨粗鬆症患者の骨形成を刺激する効果的な方法と考えられています。前述したように、骨は力を受け取る器官であり、骨形成の反応を効果的に引き起こすには十分な機械的強度を達成する必要があります。その結果、すべての種類の運動が BMD に同じプラスの効果をもたらすわけではありません。高強度の有酸素運動または抵抗運動は、BMDの増加を促進するのにより効果的であることが確認されています。さらに、いくつかのメタ分析では、運動は極めて部位特異的であり、刺激を受けた体の部位のみで BMD を増加させることが示されています。したがって、高齢者の全身においてより効果的な骨再生を行うためには、多様なパターンと強度のより複合的な運動を研究する必要がある。

骨格筋量と筋力の低下であるサルコペニアは、加齢の過程で避けられない現象であり、身体能力が低下し、障害に関連する問題が増大します。カペリら は、サイクリング選手の加齢に伴って最大有酸素パワーと無酸素能力の減衰が起こることを示し、加齢に伴う筋肉量の減少を裏付けています。蓄積された証拠は、運動トレーニングが、加齢に伴う筋肉量の減少を軽減、または逆転させるための効果的な介入戦略であることを裏付けています。成人 1,328 名を含むメタ分析では、レジスタンス運動トレーニングが、特に高ボリュームのプログラムを実行した場合に、高齢者の除脂肪体重の増加を引き出すのに効果的であることが実証されました。したがって、筋肉量に対する独立した運動計画の効果として、レジスタンス運動プログラムは、サルコペニアの虚弱高齢者の筋力を増強するのに主に効果的であると思われる。細胞レベルに関しては、抵抗運動と持久運動の両方のトレーニングにより、老齢の動物や人間の再生のための衛星細胞の数が増加することが示されています。
筋肉再生の重要な役割は運動刺激の強度と頻度である可能性がありますが、運動による成長能力の再誘発に関与する具体的なメカニズムはまだ包括的に認識されていません。