生理学

発育・発達とトレーニング

●身長の発育
発育に関しては、5歳から17歳の子供の身長の 変化示す。11歳くらいまではほぼ同じ変化量で 12歳がピークを示している。個人差により12~ 14歳ごろにピークを示し、これを Peak Height Velocityという。身長は16~18歳ごろにはほぼ 最高に達する。
●体重の発育
5歳から17歳の子供の体重の変化を示す。 体重の増加量は、10歳くらいまではほぼ同じで、 12歳からピークを示している。体重の増加量の ピークは個人差があり、11~15歳ごろに 見られる。体重は15歳ごろにはほぼ最大に 達し、これと同調するように筋量の増加の 割合は、14歳前後にピークとなり、思春期の 第二次性徴に伴う男性ホルモン(テストステロン) の上昇に関する。身長と体重の変化を総合すると 11歳ごろ以前の思春期前の子供は、年齢ととも に比例的に発達する。12歳から15歳ごろの 思春期の子供の発育の変化は著しく、16歳以降 ほぼ完成する。思春期の子供の身体の変化には 十分注意しなければならない。

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運動能力の発達

運動能力の発達にかんして、2002年度文部 科学省のデータから、握力、20mシャトルラン、 50m素、反復横とびの成績の6歳から19歳まで の子供について示す。握力は筋力を20mシャトル ランは持久力を、50m走はスピードを反復横とび は敏捷性を評価している。握力は、12歳ごろから 急激に増加し、17歳ごろには大人とほぼ同じ値 になる。体重の変化すなわち筋量の変化と一致 している。20mシャトルランは、年齢とともに比例 的に速くなり、15歳ごろにはほぼ大人と同じ速さ になる。反復横とびは、年齢とともに比例的には 増加し、14歳ごろにはほぼ大人と同じレベル になる。


●運動能力の発達パターン
運動能力のデータを19歳の値を100%として、 発達率で表した。50m走は、50m平均速度に 換算し直した。 筋力、持久力、スピード、敏捷性の発達の違い がよくわかる。 特に思春期の筋力の発達が顕著で思春期が 終了して大人のレベルに達している。 男性ホルモンによる筋力の増大の影響が明らか である。また、持久力は思春期には大人のレベル に達している。肺の容量や酸素摂取能力は、 身体の成長と大きく関係するので、身体や体重の 発達が著しく時期と一致した変化を示している。 50m走は、身長の伸びと同じような変化を表し、 15、16歳で大人のレベルになる。脚の長さの 変化との関係がある。
反復横跳びは、10歳までの年間の発達が著しく そのご14歳ごろには大人と同じレベルになる。 10歳ごろまでに神経システムが著しく発達する。 バランス、、敏捷性、コーディネーションは、神経システム の発達が重要なのでこのごろに神経システムへ 刺激が重要である。
●スキャモンの発育・発達曲線
1930年にスキャモン(Scammon)が20歳を 100%とした場合の成長のパターンを4つに分類し 成長には時期的な交代があることを示している。 神経系の発達は非常に速く、次にリンパセン型が 特徴的な成長を示し、一般型はS字状の曲線を 示す。生殖型は一般型すなわち身体が伸びて いる時は抑制され、思春期(第二次性徴期)を 迎えて性ホルモンの分泌に伴い著しく変化し、 また、男性ホルモンによる身体の発育へ影響が 14歳以降の一般型の変化に認められる。これら の発育・発達の特徴は、大きく4つの年代区分に 分けられて、サッカーとの関係が次のように 考えられている。



http://www.bea.hi-ho.ne.jp/y-kondou/page_1.htm へのリンク


●プレゴールデンエイジ
(9歳ごろ以下)は、神経系が著しく発達する時期 であり、多量多様な動きを与えて神経系の配線を より多様にする必要がある。動きづくり、身の こなしなどスポーツの基礎づくりが重要である。
●ゴルデンエージ
(12歳ごろ以下)は、神経系の発達がほぼ完成 に近づき、形態的にもやや安定した時期に入る。 動作の習得に対する準備態勢も整い、動作取得 にとって最も有利なこの時期は、サッカーに必要な あらゆるスキル獲得の最適な時期である。
●ポスト・ゴールデンエイジ
(15歳ごろ以下)は、発育のスパート期を迎える。 骨格の急激な性徴は、新たな技術を習得する には不利となる。しかし、この時期は男性 ホルモンの分泌は速筋線維の発達を促し、 身につけた技術をより速く、より強く発揮する ことが可能であるが、過度な筋力トレーニングは 注意が必要である。持久性の発達が期待される。
●インディペンデントエイジ
(16歳ごろ以上)は、発育の完成期を迎え、筋力 トレーニングによってより速く、より強い力を発揮する 能力が向上する時期である。


発育・発達を考慮したトレーニング

サッカーにおいてプレーの速さが重要で、相手や 味方の選手とボールの動きを予測判断する速さ と、動きの速さ(Agility), いわゆる敏捷性が関係 する。このAgilityは、ボディバランス、巧緻性、 スピード、筋力の体力要素が必要で、動きの しなやかさ、方向転換、反転、ステップワークの 速さとパワーの大きさなどから評価される。バランス と巧緻性は神経、筋機構が関連し、スピードと 筋力は筋量の増加と関連する。発育・発達の 年代別特徴から神経系の発達が著しく時期と、 体格の発育とともに筋の発達が著しい時期が あるので、プレゴールデンエイジからポスト ゴルデンエイジのトレーニングにおいては、神経系の 発達を促進させることを目的とする。発育の完成 期となり筋量が著しく変化するインディペンデントエイジ のトレーニングにおいては、筋量や筋力の増加が 目的となる。

サッカーの必要な体力

運動選手の体力要素は、筋力、スピード、持久性 で、これらはお互いに関連している。マラソン選手 は持久性、スプリンターはスピード、重量挙げ 選手は筋力が重要であるが、サッカーではこれらが 複合した能力が必要である。また、単にこの 3つの要素が必要なだけでなく、スピード、持久 性、筋持久性、パワーもまた必要であり、そして これらのほかに柔軟性や巧緻性が関係する。 サッカー選手は、体操選手のような優れた柔軟性 やフィギュアスケーターのような卓越した巧緻性は いらないが、それでも柔軟性と巧緻性は 重要である。

●試合中の走るスピードの変化
デンマークのJ.Bangsboがサッカー選手の試合中 の5分間での走るスピードの変化を示した。 5分間の中でもまったく動かないときや時速 30kmでダッシュするときなどがあり、運動強度 の強い動きと弱い動きが間欠敵に出現する。 90間のサッカー試合で選手が平均1300回ぐらい スピードチェンジしていると言われている。

●試合中の動きの質
デンマークトップチームの試合全体の中で動きの 質の出現時間割合を示す。
平均活動時間割合で;


  • 立ち止まり   17%
  • 歩行       40%
  • 時速12km走 35%(分速200m)
  • 低速度のランイング 8% 時速21km (分速350m)
  • 高速度のランイング 時速30km(分速500m、100mを12秒
  • 超スプリント  0.6%で計算すると32秒程度である。


●ポジション別の動きの質
ポジションによって動きの質や運動量は変わる。 ポジション別の試合中の移動距離を移動速度別 に、歩行、時速8km程度のジョッキング、時速 12~21kmのランイング、時速30kmの スプリントにわけて示す。全体の運動量は ミッドフィルダーが多く、ディフェンスとフォワード は同じような運動量になる。スピリンとによる 移動距離はセンターフォワードが一番長く、ランインク ゙による移動距離は、攻撃的ミッドフィルダーが 一番長く、次いでフルバック、センターフォワードが 長い。守備的ミッドフィルダーはジョッギングによる移動 が多く、歩行での移動は、センターディフェンダーや センターフォワードで多いことが分かる。

●試合中の心拍数変化
試合中の心拍数の変化を示します。試合中の動きの質の変化と同じように,心拍数は多くなったり少なくなったりと間欠的に変化しています。この心拍数を試合全体で平均すると試合前半は171拍,後半は164拍となり,これを酸素摂取量と心拍数の関係に当てはめると前半が78%最大酸素摂取量,後半が72%最大酸素摂取量相当になることがわかります。すなわち試合全体の平均の運動強度は前半が78%,後半が72%だといえます。しかしながら,試合中の運動強度を平均して示すことは必ずしもサッカーの真の運動強度を示しているとはいえません。サッカーの試合中の動きの質の変化や心拍数の変化が示すような, 運動強度の変化が間欠的な場合は,Verheijen (1998)が示すように有酸素的エネルギー供給による運動と無酸素的エネルギー供給による運動が混在し, マラソンのような連続的な運動中のエネルギー代謝とは明らかに異なった代謝応答が見られます。

試合中のエネルギー

試合中に利用されたエネルギー基質の割合を調べると,筋グリコーゲンが重要なエネルギー基質であることがわかります試合中の大腿四頭筋の筋グリコーゲンの変化を,スウェーデンの6名の選手の試合前,ハーフタイム,試合後に観察すると試合前半だけで筋グリコーゲンが大きく減少していることがわかります。筋グリコーゲンが枯渇すると試合中のパフォーマンスが低下するので,試合前には筋グリコーゲン貯蔵量を高めておくことが重要です。

●試合中の血中乳酸値
試合中の血中乳酸値について、研究者の報告を まとめた。前半途中、前半終了後、後半途中、 後半終了後の血中乳酸値の変化を示す。 J・Bangsboo博士が報告した、デンマーク リーグの結果を除いて、4mmolを超える値を示し、 8mmolを超える報告もある。血中乳酸値では、 疲労困憊のレベルではないが、試合中において 乳酸系のエネルギー供給の関与が大きいことが 分かる。

●筋収縮の仕組み
筋肉の運動は、関節をまたいて骨と骨に付着した 筋肉が収縮することによって起こる。 筋肉は筋線維の集合体である。筋線維は収縮 タンパク(アクチンフィラメントとミオシンフィレメント)を持つ筋原 線維から構成される。ミオシンフィラメントはミオシンヘッドと 呼ばれるATP(アデノシン3リン酸)をもった部分が アクチンフィラメントと結合してATPがADP(アデノシン2 リン酸)に分解した時の科学エネルギーを利用して アクチンフィラメントを引き込む現象が起きる。筋活動 指令がなくなるとアクチンフィラメントからミオシンヘッドが はずれ元の状態に戻る。 収縮の時に使用されたATPを再合成するために ATP-CP系、乳酸系、有酸素系、と呼ばれる 3つのエネルギー供給系が作用される。

●筋細胞のエネルギー供給
細胞の構造示す。細胞は細胞膜に囲まれ、核と 細胞質を持つ。細胞質には、ミトコンドリア、リゾソーム (異物消化、自己消化、生理活性物質の 制御、細胞外物質の分解、細胞消化の作用) リボソーム(タンパク質生合成の作用)などを含み、 ここでタンパク質合成、エネルギー代謝が行われる 特にミトコンドリアは、有酸素系の源である。 比較的運動強度が弱く、筋細胞に対して酸素 供給が十分に行うことができるような運動の 場合は、ミトコンドリアの中で効率良くATPを生成 することができる。しかし、運動強度が強く酸素 の供給が不十分な場合は、筋細胞質内で筋 グリコーゲンが分解され、乳酸が生成される。

●エネルギー供給系の仕組み
筋細胞質内でのエネルギー供給系の科学的 仕組みを示す。筋のATPは極微量なので、 さらに筋の収縮を続けたり、反復をするために はATPを再合成する仕組みが必要である。 この時に筋細胞中にあるCP(クレアチンリン酸)が 分解されてATPを再合成する経路をATP-CP 系と呼ぶ。ATP-CO系での運動継続可能時間 は7~8秒程度である。 次に筋グリコーゲンをピルビン酸まで分解する解糖系 の反応を通じてATPを再合成する経路があり、 これは酸素供給が不十分だとピルビン酸が乳酸 に変化してしますため、乳酸系と呼ぶ。 乳酸がある程度以上筋肉中に蓄積すると、ATP を再合成する反応は抑制され、筋肉は収縮する ことができなくなるので、乳酸系での運動継続 可能時間は30~35秒程度である。 ATP-CP系と乳酸系は、酸素のない状態で 行われるてめ無酸素系といわれる。筋細胞に 取り込まれた酸素を利用して、ミトコンドリア内で エネルギーケ源(糖、脂質、タンパク質)を分解し得ら れたアセチルCoAからクレブス回路(TCA回路)と 酸化的リン酸化を通してATPを再合成する経路 を有酸素系とよぶ。乳酸のように反応を阻害 する物質は生成されないため、十分な酸素が 取り込まれ、エネルギー源が蓄えられている 限り、長時間運動を継続することができる。 3つのエネルギー供給系による運動は、それら を利用できる筋線維の特性により、発揮力の 大きさと時間が変わる。ATP-CP系では短時間 に大きな力を発揮するようなハイパワーな動作、 乳酸系では中程度の力を40秒程度発揮する ようなミドルパワーな動作、有酸素系では弱い 力を長時間発揮し続けるようなローパワーな 動作に開与する。

●運動時間とエネルギー供給系
最大努力運動時のATP-CP系,乳酸系,有酸素系の三つのエネルギー供給が関与する時間的な関係を示します。シュートやヘディングのためのジャンプ,あるいはスプリントのような動作はATP-CP系が主に関与します。カウンター時の攻守やボールのチェイシング時のように早い動きを30秒程度継続するような動作は乳酸系が関与します。そして90分間動き続けるため,あるいはCPの回復,乳酸の除去などは有酸素系が関与します。サッカーのように運動強度が強い動作と弱い動作が間欠的に出現するような運動は,ハイパワーな動作によって枯渇したCPの回復やミドルパワーな動作によって蓄積した乳酸の除去をできるだけ素早く行い,次のパワフルな動作に準備することが重要で,有酸素系の能力も大切になります。つまり,サッカーにおいては,すべてのエネルギー供給系が重要なのです。

●筋線維タイプ

今までの三つのエネルギー供給系による力の発揮特性は,筋線維(特にミオシンフィラメント)の収縮特性に関係しています。筋線維は大きく遅筋線維と速筋線維の2種類に分けられます。遅筋線維は赤筋とも呼ばれ,カツオやマグロのような赤身の回遊魚が例となりように,筋の収縮速度は遅いけれど持久性に優れていて,毛細血管やミオグロビンが多いと言う特徴があります。速筋線維は白筋とも呼ばれ,タイやヒラメのような白身の磯魚が例となるように,筋の収縮速度は速いけれど持久性に劣ると言う特徴があります。これの2つの筋線維は,短縮タイプ,筋線維タイプ,組織生化学的タイプの分け方で色々の呼び方をします。遅筋線維では,STTypeISOと呼ばれ,速筋線維はさらに2つに分類され,FTaTypeIIaFOGと,FTbTypeIIbFGに分けて呼ばれます。なお,FTcTypeIIcInetrmediateは遅筋,速筋でもない未分化の線維であると言われています。サッカー選手の筋組成では,40-60%が速筋線維であると報告されていて,つまり幅があるようです.いわゆるスプリンター型とマラソン型の中間であるようです。


    遅筋線維     速筋線維

遅筋線維 速筋線維
ST(slow twich) FT (fast twich)
FTc Fta FTb
Type Ⅰ Type Ⅱ
Type Ⅱa Type Ⅱb
SO※1 Intermediate  FOG※2 FG※3
※1 SLOW  OXIDATIVE;遅筋、有酸素的
※2 FAST OXIDATIVE GLYCOLYTIC;速筋、有酸素的、解糖的 
※3 FAST GLYCOLYTIC; 速筋、解糖的
注;FTc, typeⅡc. Intermediateは遅筋線維にも速筋線維にも
どちらにも属さない、未分化の線維であると考えられている。

筋線維組成とトレーニング

●筋線維タイプの特徴
遅筋線維と速筋線維について、その特徴を表 にまとめた。遅筋線維はST、type Ⅰなどと 呼ばれ、有酸素能力が高く、筋発揮は遅くて 弱いが疲労しにくい特徴をがある。速筋線維 には2種類があり、一つはFTa, Tyepe Ⅱa など と呼ばれ、有酸素能力がやや高く、無酸素能力 も高く、筋発力は大きいが比較的疲労しにくい 特徴を持つ。もう一つはFTb, Type Ⅱb などと 呼ばれ、無酸素能力は非常に高く、筋発揮力 は大きいが疲労しやすい特徴を持つ。 それぞれのタイプの筋線維は筋中に混在して いる。またそれぞれの筋線維タイプの混ざり 具合でその筋の収縮特性あるいは選手の特性 までを判断することができる。例えば、マラソン選手 はST線維が多いとか、重量挙げ選手は、FTb 線維が多いなどという。
発揮される力の大きさによって、その発揮に関与 する筋線維タイプが変わる。ローパワーの動作では、 運動神経細胞のサイズの小さいSTタイプの 筋線維が関与し,ミドル、ハイパワーになるとFTa,FTb が関与してくる。
これはサイズの原理と呼ばれ、運動神経細胞の 興奮水準が低い運動単位を持つ筋線維から力を 発揮することを意味している。


筋線維タイプの特徴
項目 筋線維の分類
ST FT
系統 収縮タイプ ST Fta FTb
筋線維タイプ Type Ⅰ TypeⅡa TypeⅡb
運動単位タイプ S FR FF
組織性化学的タイプ SO FOG FG
特徴 酸化(有酸素能力) 高い やや高い 低い
解糖(無酸素)の力 低い 高い 非常に高い
収縮スピード 遅い 遅い 速い
運動単位の張力 弱い やや弱い 弱い
疲労耐性 高い やや高い 低い
運動神経細胞のサイズ
運動神経伝導速度 遅い 速い 速い

●サッカー選手の筋組成
サッカー選手の筋組成の報告をまとめた。ST線維 の占める割合が40%から60%の範囲を示して いるサッカー選手のSTとFTの割合は50:50で あり、明らかにマラソン型でも、スプリンター型 でもないといえる。
●一流サッカー選手の筋組成
J・BANGSBOO博士は長距離ランナー、一流サッカー 選手と一流でないサッカー選手の筋線維組成を 比較した。長距離ランナーはst線維が70%を 占めるが、サッカー選手は60%と違いが分かる。 さらにFT線維の割合を見ると一流選手はFTaが 35%、FTb5%に対して、一流でない選手は、 FTa20%,FTbが20%で、一流選手の方が疲労 しにくいことが明らかである。サッカー選手にとって はFTaの筋線維が重要である。

トレーニング効果

●エネルギー代謝系に及ばす効果
1-ローパワートレーニングがエネルギー代謝系に及ばす効果について;

■ST筋線維が増大する。しかし、ST線維とFT
■ 筋中の毛細血管数が増加する。
■ 筋中のミオグロビンが増加する
■ 筋中のミトコンドリアの数と大きさが増加する
■ 多くの酸化系酸素の活性が増加する。
■ 酸素運搬システムの適応とともに酸化システム 機能の向上と持久生が改善される。
■ 持久的トレーニングが行われた筋では筋 グリコーゲンの蓄え増加し、脂肪(中性脂肪)も 増加する。
■ 脂質のβ酸化に関与する多くの酸素の活性 が増加し、遊離脂肪酸が増加する。
■ エネルギー源としてグリコーゲンを節約して、脂質の利用を増加させる。


2-ミドル・ハイパワートレーニンクが゙エネルギー代謝系に及ばす効果について;

■ 無酸素的エネルギーシステムの改善より、筋力の増加が大きい。
■ 動くに効率が良くなり、エネルギー消費を 少なくする。
■ 30秒を超えるような比較的長い距離のスプリントはエネルギーの一部が酸化過程からも供給されるので、筋の有酸素能力も改善される。
■ 筋の乳酸除去能力が改善される。

トレーニングのサッカーに対する効果

■ ローパワートレーニング
運動に必要なエネルギーの多くが有酸素的に 供給され、選手は試合中により強い運動を長時 間続けることができる。
高強度運動後の回復に必要な時間を短く させる。

■ ミドル・ハイパワートレーニング
加速、スプリント、タックル、シュートのような 激しい動きのパフォーマンスが改善される。
試合中の高強度運動を長時間行う能力を向上 さえる。
高強度運動を頻繁に行うことができる。

体力トレーニングのポイント

  1. ターゲットを明確にしたトレーニング
  2. 筋肉づくりは栄養と休息が必要
  3. 個々に応じて目標の設定が必要
  4. 必要性の知識から効果的な体力トレーニング
  5. ボールを使ったトレーニング
  6. 発育発達に応じたトレーニング

■ ロー、ミドル・ハイパワーについてのトレーニング プラン時間設定などについてフィジカルトレーニング のページでいくつかの効果的例とともに細かく 説明しますのでご覧ください。


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