Impact of high external load resistance and low external load resistance training with blood flow restriction on anterior cruciate ligament volume in healthy female and male adults: A randomized controlled trial

膝は、私たちの体を支えながら、走る、跳ぶ、方向転換するといった動作を可能にするヒンジ（蝶番）のような役割を果たしています。この関節の中央には、前十字靱帯（ACL）と呼ばれる、強靭でロープのような形状をした組織が存在します。この構造は主要な安定装置として機能し、脛骨が大腿骨に対して前方へ滑りすぎるのを防いでいます。この靱帯が断裂すると、特にアスリートにとって、キャリアを終わらせたり人生を左右したりするような怪我となることがよくあります。数十年にわたり、科学者たちはこの靱帯の大きさが重要であることを知ってきました。より厚く頑丈なACLは、一般的に断裂のリスクが低いことに関連しています。筋肉は運動によって大きく、強くできることが分かっていますが、筋肉のように収縮しない組織である靱帯が、トレーニングに応じて成長することもあり得るのかという考えは、長年の謎でした。もし、この靱帯を安全に厚くする方法を見つけることができれば、それは怪我が発生する前に予防するための新たな道となるかもしれません。

ドイツのロストック大学の研究チームは、特定の種類の筋力トレーニングが実際にACLを大きくすることができるのかどうかを検証するために調査を開始しました。彼らは、筋肉を構築するための2つの非常に異なるアプローチに焦ينしました。一つ目は、高重量抵抗トレーニングであり、これは人々が通常、最大筋力の70〜85％程度の重いウェイトを持ち上げる伝統的な方法です。二つ目は、血流制限を組み合わせた低負荷抵抗トレーニングという手法です。この方法では、参加者は最大筋力のわずか20〜30％程度の非常に軽いウェイトを持ち上げますが、トレーニング中に太ももに特殊なカフ（包帯状の器具）を装着して血流を部分的に制限します。この制限によって代謝廃棄物が蓄積し、酸素が不足することで、体は実際よりもはるかに激しい運動をしていると錯覚させられます。これまでの研究では、どちらの方法も効果的に筋肉を増強できることが示されてきましたが、どちらかの方法が靱帯自体のサイズをも変えることができるのかは、誰も知りませんでした。

答えを見つけるために、研究者たちは、本格的なウェイトリフティングの経験が最近ない、18歳から35歳までの健康な男女60人の成人を募集しました。彼らはボランティアを3つのグループに無作為に分けました。一つのグループは重いウェイトを持ち上げるルーチンを行い、別のグループは血流制限カフを用いた軽いリフティングを行い、そして第三のグループは、新しいエクササイズプログラムを開始することなく、通常の日常生活を続ける対照群（コントロールグループ）となりました。すべてのトレーニンググループは、週に3回、16週間にわたって運動を行いました。トレーニング開始前と終了後の両方に、すべての参加者に対して強力な磁気共鳴画像装置（MRI）を用いた詳細なスキャンが行われました。この技術により、研究者たちは利き脚のACLの容積と大腿四頭筋の容積を高い精度で正確に測定することができました。また、トレーニングがパフォーマンスにどのように影響するかを確認するために、筋力と電気的活動も測定しました。

結果は、2つのトレーニング方法の間に驚くべき違いがあることを明らかにしました。重いウェイトを持ち上げたグループでは、対照群と比較してACLのサイズに有意な変化は見られませんでした。実際、彼らの靱帯の容積は実質的に同じままでした。しかし、血流制限技術を用いたグループでは、ACLの容積に明確な増加が見られました。平均して、彼らの靱帯は約4％、すなわち約99立方ミリメートルの増加を示しました。この変化は単なる統計的な変動ではなく、測定可能な物理的な適応でした。研究者がデータを詳しく調べたところ、この成長は主に男性の参加者に観察され、対照群と比較して大きな効果量を示しました。女性の参加者にはグループ間で統計的に有意な差は見られませんでしたが、全体的な知見は、靱帯の適応能力が性別によって異なる可能性があり、その効果は男性において最も顕著であることを示唆しています。

靱帯の結果は限定的でしたが、筋肉の結果は両方のトレーニンググループで一貫していました。重いウェイトを持ち上げたグループと血流制限グループの両方が、対照群よりも大腿四頭筋が有意に大きくなることが確認されました。彼らはまた、抵抗に対して押し返すような動的な動きにおいて、特に筋力も向上しました。これは、血流制限を用いた軽いトレーニングが、筋肉を構築する上で重いリフティングと同等に効果的であることを裏付けるとともに、新たな、予期せぬ側面、すなわち、筋肉を鍛えるだけでなく、靱帯を成長させる刺激を与える可能性もあることを示しています。研究者たちは、靱帯は大きくなったものの、この増加が実際のスポーツの怪我における断裂を実際に防ぐのに十分な大きさであるかどうかは、まだ分かっていないと指摘しました。この研究は、これらの厚くなった靱帯が、突然の衝撃や不適切な着地に耐えられるかどうかをテストしたものではありません。

また、本研究では、なぜ重いリフティングが同様の結果を生み出さなかったのかについても探求されました。重いウェイトを持ち上げる際の激しい機械的ストレスが、筋肉には良いものの、靱帯に微小な損傷や炎症を引き起こし、それがプラスの適応を妨げた可能性がある、あるいは、そのストレスが組織が肯定的に適応するには単純に高すぎたのかもしれません。対照的に、軽い機械的負荷と血流制限による高い代謝ストレスの組み合わせは、靱帯を厚くするための完璧な環境を作り出したようです。研究者たちは、この低酸素環境が、組織の修復と構築を助ける成長因子の生成を刺激したのではないかと考えています。

最終的に、この研究はスポーツ医学における新たな扉を開きます。これは、靱帯が何もしなくても同じサイズであり続ける静的な構造物ではなく、適応可能であるが、その適応のタイプはトレーニング方法やトレーニングを行う人の生物学的特性に大きく依存することを示しています。男性にとって、ルーチンに血流制限トレーニングを取り入れることは、筋肉を強くするだけでなく、膝を保護する靱帯を厚くするという二重のメリットをもたらす可能性があります。女性については話が異なり、なぜ彼女たちの靱帯がこの研究においてそれほど顕著に成長しなかったのかという理由は、今後の研究における重要な課題として残されています。これらの知見は、怪我の予防への道が、単に膝周囲の筋肉を強化することだけでなく、靱帯自体をより頑丈にするための「正しい種類のストレス」を見つけることにある可能性を示唆しています。