Biophysics · 24.15

筋生物物理II：等尺性収縮（isometric contraction）と等張性収縮（isotonic contraction）

Muscle biophysics II — isometric and isotonic contraction

🧠 等尺性収縮isometric contraction等尺性収縮（isometric contraction）isometric contraction（等尺性収縮）と等張性収縮isotonic contraction等張性収縮（isotonic contraction）isotonic contraction（等張性収縮）は、クロスブリッジcross-bridgeクロスブリッジ（cross-bridge）cross-bridge（クロスブリッジ）活動の違いではなく、筋長と外部負荷のどちらを一定にするかという実験条件の違いである。

二つの収縮条件

収縮様式	ほぼ一定の量	主に変化する量	外部仕事external work外部仕事（external work）external work（外部仕事）
等尺性収縮isometric contraction等尺性収縮（isometric contraction）isometric contraction（等尺性収縮）	筋長	張力	$0$
等張性収縮isotonic contraction等張性収縮（isotonic contraction）isotonic contraction（等張性収縮）	負荷	筋長	$F\Delta x$

等尺性収縮isometric contraction等尺性収縮（isometric contraction）isometric contraction（等尺性収縮）でもクロスブリッジ周期cross-bridge cycleクロスブリッジ周期（cross-bridge cycle）cross-bridge cycle（クロスブリッジ周期）は進み、ATP消費と熱産生が起こる。外部物体が移動しないため力学的な外部仕事external work外部仕事（external work）external work（外部仕事）が0なのであり、代謝活動が0なのではない。

前負荷と後負荷

前負荷は収縮前の筋長を決め、長さ–張力関係length-tension relationship張力関係（length-tension relationship）length-tension relationship（張力関係）を通じて発生張力に影響する。後負荷afterload後負荷（afterload）afterload（後負荷）は収縮開始後に筋が持ち上げる負荷であり、大きいほど短縮開始までに高い張力が必要になる。

flowchart TD
  A["刺激後に張力が増加"] --> B["張力が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='afterload'>後負荷</span>未満<br>筋長は一定"]
  B --> C["張力が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='afterload'>後負荷</span>へ到達"]
  C --> D["負荷を持ち上げる<br>筋が短縮"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isotonic'>等張性</span>相"]

実際の運動では、まず負荷と釣り合うまで等尺性isometric等尺性（isometric）isometric（等尺性）に張力を増し、その後に短縮することが多い。

後負荷が短縮へ与える影響

後負荷afterload後負荷（afterload）afterload（後負荷）が大きいほど、短縮速度と短縮距離は小さくなる。負荷が等尺性isometric等尺性（isometric）isometric（等尺性）最大張力に達すれば短縮は起こらない。この連続的な関係を力–速度曲線で定量する。張力を時間的に増やす刺激条件は単収縮single twitch単収縮（single twitch）single twitch（単収縮）・強縮tetanus強縮（tetanus）tetanus（強縮）を参照する。

まとめ

等尺性isometric等尺性（isometric）isometric（等尺性）では筋長が一定、等張性isotonic等張性（isotonic）isotonic（等張性）では負荷がほぼ一定で筋長が変化する。
等尺性収縮isometric contraction等尺性収縮（isometric contraction）isometric contraction（等尺性収縮）でもATP消費と熱産生は起こるが、外部仕事external work外部仕事（external work）external work（外部仕事）は0である。
後負荷afterload後負荷（afterload）afterload（後負荷）が大きいほど短縮速度と短縮距離は小さくなる。