細胞生理学におけるケトン：代謝、シグナリング、治療の進展

生命科学 医学 スポーツ医学 生化学
ケトン 代謝 シグナリング 治療 低糖質食 持久運動 低血糖予防

研究報告：ケトン体の細胞生理学における役割：代謝、シグナル伝達および治療の進展

学術的背景

持久力運動において、炭水化物（Carbohydrate, CHO）の摂取は長年にわたり運動パフォーマンスを向上させるための重要な要素と考えられてきました。従来の見解では、高炭水化物低脂肪食（High-Carbohydrate Low-Fat Diet, HCLF）が筋肉や肝臓のグリコーゲン貯蔵量を増加させ、疲労の発生を遅らせるとされています。しかし、近年では極めて低炭水化物高脂肪食（Very-Low-Carbohydrate High-Fat Diet, LCHF）が注目を集めており、特に持久力アスリートの中でその利用が広がっています。LCHF食は脂肪酸化を増加させることでエネルギーを供給し、炭水化物への依存を減少させると考えられています。しかし、特に長時間の高強度運動において、LCHF食が運動パフォーマンスに与える影響については依然として議論があります。

さらに、運動誘発性低血糖（Exercise-Induced Hypoglycemia, EIH）は疲労の重要な要因の一つと考えられています。初期の研究では、炭水化物の摂取がEIHを防ぐことで運動時間を延長できることが示されました。しかし、グリコーゲン貯蔵への関心が高まるにつれて、EIHに関する研究は徐々に顧みられなくなりました。近年、特にLCHF食の文脈において、EIHが再び研究の焦点となっています。

論文の出典

本論文は、Philip J. Prins、Timothy D. Noakes、Alex Bugaなど、複数の大学や研究機関に所属する学者たちによって共同執筆され、Grove City College、Cape Peninsula University of Technology、The Ohio State Universityなどが含まれています。この論文は2025年1月9日に『American Journal of Physiology-Cell Physiology』誌に掲載されました。

研究デザイン

本研究では、ランダム化クロスオーバー設計を採用し、6週間のHCLF（380g/日）またはLCHF（40g/日）食事適応後の訓練を受けたトライアスロン選手が、最大酸素摂取量（VO2max）の70%での力尽きるまでの時間（Time-to-Exhaustion, TTE）のパフォーマンスを評価することを目的としています。研究の主な目標には以下のものがあります： 1. LCHF食がTTEのパフォーマンスを損なうかどうかを評価する。 2. グリコーゲン貯蔵が低い状況下で、少量の炭水化物（10g/時間）を摂取することでEIHを防ぎ、TTEを延長できるかどうかを検討する。 3. LCHF食適応過程における代謝恒常性の変化を研究する。

研究方法

本研究では、10人の男性トライアスロン選手を募集し、それぞれ6週間にわたってHCLFとLCHFの食事適応期を経験しました。この期間中、カロリー摂取量とトレーニング負荷は一定に保たれました。食事適応期終了後、空腹状態でTTEテストを行いました。テスト中、被験者は炭水化物またはプラセボを摂取しました。テスト中、ガス交換、心拍数、主観的な運動強度、血液中のグルコース、ケトン体、乳酸濃度などの代謝、生理学的、知覚指標がモニタリングされました。

主な結果

  1. 食事適応が運動パフォーマンスに与える影響：6週間のHCLFおよびLCHF食事適応後、選手たちのTTEパフォーマンスには有意な差はありませんでした。これにより、グリコーゲン貯蔵量が少ない場合でも、LCHF食は長時間の高強度運動パフォーマンスを維持できることが示されました。
  2. 炭水化物摂取が運動パフォーマンスに与える影響：少量の炭水化物（10g/時間）を摂取することで、すべての食事条件においてTTEパフォーマンスが大幅に延長され、平均して22%の改善が見られました。この効果は主にEIHを防ぐことによって達成され、炭水化物酸化速度の増加によるものではありませんでした。
  3. 代謝適応のプロセス：LCHF食は24時間内のグルコース濃度を著しく低下させましたが、4週間後にグルコース濃度は正常に戻り、同時に血液中のケトン体濃度も安定しました。これは、LCHF食が代謝恒常性を達成するためには少なくとも4週間の適応期間が必要であることを示しています。

議論と意義

本研究の結果は、高炭水化物摂取が長時間の持久力運動パフォーマンスを維持するために重要であるという従来の見解に挑戦しています。研究では、LCHF食が運動パフォーマンスを損なわないこと、そして少量の炭水化物摂取がEIHを防ぐことで運動パフォーマンスを大幅に向上させることを明らかにしました。また、LCHF食適応過程における代謝恒常性の変化を明らかにし、4週間の適応期間の重要性を強調しました。

これらの発見は、アスリートの栄養戦略にとって重要な示唆を与えます。まず、LCHF食は耐久力アスリートにとって炭水化物摂取を減らす必要がある場合の代替食として活用可能です。次に、少量の炭水化物摂取が長時間の運動中に効果を発揮することから、アスリートが大量の炭水化物を摂取しなくても運動パフォーマンスを維持できることを示しており、運動栄養戦略の最適化に新たな方向性を提供します。

研究のハイライト

  1. LCHF食の実現可能性：本研究では初めて、LCHF食が長時間の高強度運動パフォーマンスを維持できることを証明し、従来の高炭水化物食に関する概念に挑戦しました。
  2. 少量の炭水化物摂取の効果：わずか10g/時間の炭水化物摂取でEIHを防ぎ、運動パフォーマンスを大幅に向上させることができることがわかりました。これは運動栄養戦略の最適化に新しい方向性を提供します。
  3. 代謝適応の時間：本研究は、LCHF食適応過程における代謝恒常性の変化を明らかにし、4週間の適応期間の重要性を強調しました。

結論

本研究では、ランダム化クロスオーバー設計を用いて、LCHFとHCLF食が持久力運動パフォーマンスに与える影響を体系的に評価しました。研究結果は、LCHF食が運動パフォーマンスを損なわないこと、そして少量の炭水化物摂取がEIHを防ぐことで運動パフォーマンスを大幅に向上させることを示しています。これらの発見は、アスリートの栄養戦略に新たな科学的根拠を提供し、LCHF食の運動におけるさらなる研究の基盤を築きます。