理学療法ジャーナル43巻7号

2009年07月発行

特集 筋再生と理学療法

運動，荷重，伸張が筋萎縮予防に与える効果とそのメカニズム

著者： 河上敬介¹ 縣信秀² 宮津真寿美³

所属機関： ¹名古屋大学医学部保健学科 ²浜松大学保健医療学部理学療法学科 ³愛知医療学院短期大学リハビリテーション学科

ページ範囲：P.581 - P.590

機械刺激による筋の肥大や萎縮軽減

　骨格筋は，様々な環境によってその大きさを変える，可塑性に富んだ器官である．例えば，長期臥床などによって骨格筋がほとんど使用されない環境に晒されれば，筋は萎縮する．一方，スポーツ選手のように毎日トレーニングを行っていると，筋は肥大する．では，骨格筋が肥大したり，萎縮したりする鍵はどこにあるのだろうか．

　宇宙ステーションに長期滞在し，地球に帰還した直後の宇宙飛行士のことを思い浮かべてほしい．彼らの筋力は，立つことすらままならないほど低下している．彼らは，宇宙ステーションの中でハードなミッションを行い，さらにはトレーニングも行っている．地球上で，健康な成人が同じことを行っていれば，宇宙飛行士のような激しい筋力低下が起こることはない．宇宙環境下にいる宇宙飛行士と地球環境下にいるわれわれとで，何が違うのだろうか．この疑問に答えるための重要な鍵は，「重力」の有無である．

参考文献

1）Adachi R, et al：Uptake of albumin is coupled with stretch-induced hypertrophy of skeletal muscle cells in culture. Zoolog Sci 20：557-565, 2003

2）Vandenburgh H, et al：In vitro model for stretch-induced hypertrophy of skeletal muscle. Science 203（4377）：265-268, 1979

3）Baewer DV, et al：Passive stretch inhibits central corelike lesion formation in the soleus muscles of hindlimb-suspended unloaded rats. J Appl Physiol 97：930-934, 2004

4）Coutinho EL, et al：Bouts of passive stretching after immobilization of the rat soleus muscle increase collagen macromolecular organization and muscle fiber area. Connect Tissue Res 47：278-286, 2006

5）Goldspink DF, et al：The role of passive stretch and repetitive electrical stimulation in preventing skeletal muscle atrophy while reprogramming gene expression to improve fatigue resistance. J Card Surg 6（suppl）：218-224, 1991

6）Williams PE：Use of intermittent stretch in the prevention of serial sarcomere loss in immobilised muscle. Ann Rheum Dis 49：316-317, 1990

7）Goldspink DF：The influence of passive stretch on the growth and protein turnover of the denervated extensor digitorum longus muscle. Biochem J 174：595-602, 1978

8）Agata N, et al：Repetitive stretch suppresses denervation-induced atrophy of soleus muscle in rats. Muscle Nerve 39：456-462, 2009

9）竹縄忠臣：タンパク質がわかる，羊土社，2003

10）谷口直之：医学を学ぶための生物学，南江堂，1998

11）鈴木紘一：タンパク質分解―分子機構と細胞機能―，シュプリンガー・フェアラーク，2000

12）第15回「大学と科学」公開シンポジウム：タンパク質分解の不思議―こわれてなくてもこわれすぎてもいけない―，クバプロ，2001

13）De Deyne PG：Application of passive stretch and its implications for muscle fibers. Phys Ther 81：819-827, 2001

14）Rommel C, et al：Mediation of IGF-1-induced skeletal myotube hypertrophy by PI（3）K/Akt/mTOR and PI（3）K/Akt/GSK3 pathways. Nat Cell Biol 3：1009-1013, 2001

15）Tidball JG：Mechanical signal transduction in skeletal muscle growth and adaptation. J Appl Physiol 98：1900-1908, 2005

16）Perrone CE, et al：Collagen and stretch modulate autocrine secretion of insulin-like growth factor-1 and insulin-like growth factor binding proteins from differentiated skeletal muscle cells. J Biol Chem 270：2099-2106, 1995

17）McKoy G, et al：Expression of insulin growth factor-1 splice variants and structural genes in rabbit skeletal muscle induced by stretch and stimulation. J Physiol 516（Pt 2）：583-592, 1999

18）Yang H, et al：Changes in muscle fibre type, muscle mass and IGF-Ⅰ gene expression in rabbit skeletal muscle subjected to stretch. J Anat 190（Pt 4）：613-622, 1997

19）Spangenburg EE, et al：A functional insulin-like growth factor receptor is not necessary for load-induced skeletal muscle hypertrophy. J Physiol 586：283-291, 2008

20）Kalapesi FB, et al：Stretch-activated channels：a mini-review. Are stretch-activated channels an ocular barometer?. Clin Experiment Ophthalmol 33：210-217, 2005

21）曽我部正博，他：SAチャネルは細胞の機械センサーか?．蛋白質・核酸・酵素 41：2-13，1996

channel by activation of the insulin-like growth factor-1 receptor. J Neurosci 17（18）：6918-6928, 1997

23）Molkentin JD, et al：A calcineurin-dependent transcriptional pathway for cardiac hypertrophy. Cell 93：215-228, 1998

-dependent calcineurin signalling pathway. Nature 400（6744）：576-581, 1999

25）Chin ER, et al：A calcineurin-dependent transcriptional pathway controls skeletal muscle fiber type. Genes Dev 12（16）：2499-2509, 1998

26）Bodine SC, et al：Identification of ubiquitin ligases required for skeletal muscle atrophy. Science 294（5547）：1704-1708, 2001

27）Sandri M, et al：Foxo transcription factors induce the atrophy-related ubiquitin ligase atrogin-1 and cause skeletal muscle atrophy. Cell 117：399-412, 2004

28）Hoffman EP, et al：Balancing muscle hypertrophy and atrophy. Nat Med 10：584-585, 2004

29）Mauro A：Satellite cell of skeletal muscle fibers. J Biophys Biochem Cytol 9：493-495, 1961

30）Bischoff R：Proliferation of muscle satellite cells on intact myofibers in culture. Dev Biol 115：129-139, 1986

31）Ambrosio F, et al：The effect of muscle loading on skeletal muscle regenerative potential：an update of current research findings relating to aging and neuromuscular pathology. Am J Phys Med Rehabil 88：145-155, 2009

32）Rosenblatt JD, et al：Gamma irradiation prevents compensatory hypertrophy of overloaded mouse extensor digitorum longus muscle. J Appl Physiol 73：2538-2543, 1992.

33）Allen DL, et al：Plasticity of myonuclear number in hypertrophied and atrophied mammalian skeletal muscle fibers. J Appl Physiol 78：1969-1976, 1995

34）Darr KC, et al：Hindlimb suspension suppresses muscle growth and satellite cell proliferation. J Appl Physiol 67：1827-1834, 1989

35）Mitchell PO, et al：A muscle precursor cell-dependent pathway contributes to muscle growth after atrophy. Am J Physiol Cell Physiol 281：C1706-1715, 2001

36）Hawke TJ：Muscle stem cells and exercise training. Exerc Sport Sci Rev 33：63-68, 2005

37）Stockdale FE：DNA synthesis in differentiating skeletal muscle cells：initiation by ultraviolet light. Science 171（976）：1145-1147, 1971

38）Lowe DA, et al：Stretch-induced myogenin, MyoD, and MRF4 expression and acute hypertrophy in quail slow-tonic muscle are not dependent upon satellite cell proliferation. Cell Tissue Res 296：531-539, 1999

39）Tatsumi R, et al：Release of hepatocyte growth factor from mechanically stretched skeletal muscle satellite cells and role of pH and nitric oxide. Mol Biol Cell 13：2909-2918, 2002

40）Clarke MS, et al：Mechanical load induces sarcoplasmic wounding and FGF release in differentiated human skeletal muscle cultures. FASEB J 10：502-509, 1996

河上敬介，他：機械刺激による骨格筋の応答．望月 久，他（編）：筋機能改善の理学療法とそのメカニズム―理学療法の科学的基礎を求めて（第2版・第2刷），pp138－154，ナップ，2009