運動生理学全32問・正解と解説つき
健康運動指導士・ 公式テキスト第4章・ 分量 12%
呼吸器系と運動（換気動態・AT・VT・最大酸素摂取量）、循環器系と運動、脳・神経系と運動、骨格筋系と運動、内分泌系と運動、運動と免疫能、環境と運動（暑熱・寒冷・高所など）。全15章で最大の章のひとつ。
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- Q01#ks-ph-001
安静時の呼吸運動に関する説明として正しいものはどれか。
- 1吸気は横隔膜と外肋間筋の収縮による能動的な運動で、呼気は主に受動的である正解
- 2吸気も呼気も、腹筋群と胸鎖乳突筋の収縮による能動的な運動である
- 3吸気は胸腔内圧が大気圧より高くなることによって空気が流れ込んで生じる
- 4呼気は内肋間筋と腹筋群の強い収縮による能動的な運動で、吸気は主に受動的である
Answer
正解 1：吸気は横隔膜と外肋間筋の収縮による能動的な運動で、呼気は主に受動的である
安静時の吸気では横隔膜と外肋間筋が収縮して胸腔が広がり、胸腔内圧が下がることで空気が流れ込む。呼気はこれらの筋が弛緩し、肺と胸郭の弾性によって元に戻る受動的な運動である。「吸気も呼気も、腹筋群と胸鎖乳突筋の収縮による能動的な運動である」は誤りで、腹筋群が呼気に関わるのは運動時など換気量が大きいときに限られる。「吸気は胸腔内圧が大気圧より高くなることによって空気が流れ込んで生じる」は圧の向きが逆で、吸気では胸腔内圧が大気圧より低くなるために空気が流れ込む。「呼気は内肋間筋と腹筋群の強い収縮による能動的な運動で、吸気は主に受動的である」は吸気と呼気が入れ替わっており、前半は努力性呼気の説明で安静時には当てはまらない。
HINT 安静時は「吸うのが仕事、吐くのは放すだけ」。運動時になって初めて呼気も能動的になる。
- Q02#ks-ph-002
肺胞と肺毛細血管の間で行われるガス交換の仕組みとして正しいものはどれか。
- 1酸素と二酸化炭素の分圧差にしたがった拡散によって行われる正解
- 2肺胞上皮細胞がエネルギーを使って酸素を能動輸送することで行われる
- 3肺胞内の圧力が血管内より高いため、気体が押し出されることで行われる
- 4肺胞を覆う界面活性物質が酸素を選択的に結合させることで行われる
Answer
正解 1：酸素と二酸化炭素の分圧差にしたがった拡散によって行われる
肺胞と肺毛細血管の間のガス交換（外呼吸）は、酸素と二酸化炭素それぞれの分圧差にしたがった拡散という受動的な過程で行われる。組織での内呼吸も同じく拡散による。「肺胞上皮細胞がエネルギーを使って酸素を能動輸送する」は誤りで、ガス交換にエネルギーは使われない。「肺胞内の圧力が血管内より高いため、気体が押し出される」は誤りで、ガス交換を決めるのは全体の圧力差ではなく各気体の分圧差である。「肺胞を覆う界面活性物質が酸素を選択的に結合させる」も誤りで、肺表面活性物質（サーファクタント）の役割は表面張力を下げて肺胞がつぶれるのを防ぐことであり、ガスの運搬には関わらない。
HINT 外呼吸も内呼吸も同じ原理（分圧差による拡散）。違うのは場所と向きだけ。
- Q03#ks-ph-003
運動強度を高めていったときの換気量の増え方として正しいものはどれか。
- 1比較的低い強度では主に一回換気量の増加によって増え、強度が高くなると呼吸数の増加が中心になる正解
- 2強度にかかわらず、呼吸数の増加だけによって分時換気量が増える
- 3強度にかかわらず、一回換気量の増加だけによって分時換気量が増える
- 4最大強度に近づいても一回換気量が肺活量の限界を超えて増え続け、呼吸数は安静時の水準にとどまり続ける
Answer
正解 1：比較的低い強度では主に一回換気量の増加によって増え、強度が高くなると呼吸数の増加が中心になる
運動強度を上げていくと、比較的低い強度では主に一回換気量が増えることで分時換気量が増加し、一回換気量が頭打ちになる高強度域では呼吸数の増加が中心になる。「呼吸数の増加だけによって分時換気量が増える」「一回換気量の増加だけによって分時換気量が増える」はいずれも片方しか見ておらず、両者の寄与が強度によって入れ替わるという点を落としている。「一回換気量が肺活量の限界を超えて増え続け、呼吸数は安静時の水準にとどまり続ける」は誤りで、一回換気量は肺活量の制約から頭打ちになり、高強度では呼吸数が明らかに増える。浅く速い呼吸は換気の効率が下がるため、この点は運動指導上も重要である。
HINT 浅く速い呼吸は死腔の割合が増えて換気の効率が落ちる。高強度で息が苦しくなる一因。
- Q04#ks-ph-004
心臓の刺激伝導系における興奮の伝わる順序として正しいものはどれか。
- 1房室結節 → 洞房結節 → ヒス束 → 脚 → プルキンエ線維
- 2洞房結節 → ヒス束 → 房室結節 → プルキンエ線維 → 脚
- 3プルキンエ線維 → 脚 → ヒス束 → 房室結節 → 洞房結節
- 4洞房結節 → 房室結節 → ヒス束 → 脚 → プルキンエ線維正解
Answer
正解 4：洞房結節 → 房室結節 → ヒス束 → 脚 → プルキンエ線維
心臓の興奮は右心房にある洞房結節で発生し、心房内を伝わって房室結節に達し、ヒス束、左脚・右脚、プルキンエ線維を経て心室筋全体に広がる。洞房結節が歩調とり（ペースメーカー）の役割を担う。「房室結節 → 洞房結節」は起点が逆で、房室結節は心房から心室へ興奮を伝える中継点である。「洞房結節 → ヒス束 → 房室結節」はヒス束と房室結節の順序が入れ替わっている。「プルキンエ線維 → 脚 → ヒス束 → 房室結節 → 洞房結節」は全体が逆向きである。
HINT 房室結節は興奮をわざと遅らせる関所。心房が収縮しきってから心室が収縮するための時間差をつくる。
- Q05#ks-ph-005
運動強度を漸増させたときの心拍出量・心拍数・一回拍出量の変化として正しいものはどれか。
- 1心拍出量は運動強度にかかわらずほぼ一定に保たれ、心拍数だけが増加する
- 2心拍数は最大強度まで直線的に増加するが、一回拍出量は比較的低い強度で頭打ちになる正解
- 3心拍数と一回拍出量がともに最大強度まで直線的に増加し続ける
- 4一回拍出量は最大強度まで直線的に増加し続けるが、心拍数は中強度で頭打ちになり一定の水準を保つ
Answer
正解 2：心拍数は最大強度まで直線的に増加するが、一回拍出量は比較的低い強度で頭打ちになる
心拍出量は心拍数と一回拍出量の積で表される。運動強度を上げていくと心拍数は最大強度まで概ね直線的に増加するのに対し、一回拍出量は最大酸素摂取量のおおむね40〜50%程度（資料により40〜60%）の比較的低い強度で頭打ちになる。したがって高強度域での心拍出量の増加は主に心拍数の増加による。「心拍数と一回拍出量がともに最大強度まで直線的に増加し続ける」は一回拍出量の頭打ちを見落としている。「一回拍出量は最大強度まで直線的に増加し続けるが、心拍数は中強度で頭打ちになり一定の水準を保つ」は両者が入れ替わっている。「心拍出量は運動強度にかかわらずほぼ一定に保たれ、心拍数だけが増加する」は誤りで、心拍出量は運動時には安静時の数倍に増加する。
HINT だから運動強度の指標に心拍数が使える。一回拍出量は早々に頭打ちになるので指標にならない。
- Q06#ks-ph-006
フランク・スターリングの心臓の法則の説明として正しいものはどれか。
- 1心拍数が増えるほど心室への充満量が増え、一回拍出量も比例して増える
- 2動脈圧が高くなるほど心筋が強く引き伸ばされ、心臓から拍出される血液量が増える
- 3心筋が収縮によって生じる張力は、心室に流入する血液量とは無関係で、交感神経の活動の強さだけで決まる
- 4心筋が収縮前に引き伸ばされるほど、収縮によって生じる張力が大きくなり一回拍出量が増える正解
Answer
正解 4：心筋が収縮前に引き伸ばされるほど、収縮によって生じる張力が大きくなり一回拍出量が増える
フランク・スターリングの法則は、心室に流入する血液量（前負荷）が増えて心筋が収縮前に引き伸ばされるほど、収縮時に生じる張力が大きくなり一回拍出量が増えるという関係を指す。運動時に静脈還流量が増えると一回拍出量が増えるのはこの仕組みによる。「心拍数が増えるほど心室への充満量が増え、一回拍出量も比例して増える」は誤りで、心拍数が過度に増えると拡張期が短くなり充満量はむしろ減るため、一回拍出量は減少しうる。「動脈圧が高くなるほど心筋が強く引き伸ばされ、心臓から拍出される血液量が増える」は誤りで、動脈圧は後負荷にあたり、高くなると拍出の妨げになる。「心筋が収縮によって生じる張力は、心室に流入する血液量とは無関係で、交感神経の活動の強さだけで決まる」は誤りで、交感神経も収縮力に影響するが、この法則は前負荷による機序を述べたものである。
HINT クールダウンをせずに急に止めると静脈還流が減り、前負荷が落ちて血圧が下がる。この法則の実務的な意味。
- Q07#ks-ph-007
中等度強度の有酸素性運動を行っているときの血圧の変化として正しいものはどれか。
- 1収縮期血圧・拡張期血圧ともに運動開始とともに低下し、運動中は低いまま保たれる
- 2収縮期血圧は強度に応じて上昇するが、拡張期血圧はほとんど変化しないか、わずかに低下する正解
- 3収縮期血圧・拡張期血圧ともに強度に応じて同じ程度まで直線的に上昇する
- 4収縮期血圧は末梢血管抵抗の低下によってほとんど変化しないが、拡張期血圧だけが強度に応じて著明に上昇する
Answer
正解 2：収縮期血圧は強度に応じて上昇するが、拡張期血圧はほとんど変化しないか、わずかに低下する
有酸素性運動では心拍出量が増えるため収縮期血圧は強度に応じて上昇する。一方、活動筋の血管が拡張して末梢血管抵抗が下がるため、拡張期血圧はほとんど変わらないか、わずかに低下する。「収縮期血圧・拡張期血圧ともに強度に応じて同じ程度まで直線的に上昇する」のは高強度のレジスタンス運動などで見られる反応で、有酸素性運動の典型ではない。「収縮期血圧は末梢血管抵抗の低下によってほとんど変化しないが、拡張期血圧だけが強度に応じて著明に上昇する」は両者が入れ替わっている。「ともに運動開始とともに低下し、運動中は低いまま保たれる」は誤りで、血圧が低下するのは運動後に見られる現象（運動後低血圧）である。
HINT 運動中に拡張期血圧が上がり続けるのは異常の兆候。運動負荷試験の中止基準にも関わる。
- Q08#ks-ph-008
運動時の血流再配分に関する説明として正しいものはどれか。
- 1心拍出量が増えるため、骨格筋と腹部内臓の両方への血流の割合が増加する
- 2脳への血流量は運動強度が上がるほど直線的に大きく増加する
- 3皮膚への血流は、体温が上昇しても放熱より血圧の維持が優先されるため一定に保たれる
- 4骨格筋への血流の割合が大きく増え、腹部内臓や腎臓への血流の割合は低下する正解
Answer
正解 4：骨格筋への血流の割合が大きく増え、腹部内臓や腎臓への血流の割合は低下する
運動時には交感神経の働きで腹部内臓や腎臓の血管が収縮し、これらへの血流の割合が低下する一方、活動する骨格筋の血管は拡張して血流の割合が大きく増える。これを血流再配分という。「心拍出量が増えるため、骨格筋と腹部内臓の両方への血流の割合が増加する」は誤りで、心拍出量が増えても配分の割合は一定ではなく、増える部位と減る部位が生じる。「脳への血流量は運動強度が上がるほど直線的に大きく増加する」は誤りで、脳血流には自動調節が働くため、運動強度に比例して大きく増えることはない。「皮膚への血流は、体温が上昇しても放熱より血圧の維持が優先されるため一定に保たれる」も誤りで、体温上昇にともない放熱のために皮膚血流はむしろ増加する。
HINT 食後すぐの運動が勧められない理由がここにある。消化のための内臓血流と競合する。
- Q09#ks-ph-009
運動単位の動員における「サイズの原理」の説明として正しいものはどれか。
- 1発揮する力が小さいうちは小さい運動単位から動員され、力が大きくなるにつれて大きい運動単位が加わる正解
- 2発揮する力の大きさにかかわらず、すべての運動単位が同時に動員される
- 3発揮する力が小さいうちは大きい運動単位から動員され、力が大きくなるにつれて小さい運動単位が加わる
- 4動員される運動単位の順序は毎回ランダムに決まり規則性を欠いている
Answer
正解 1：発揮する力が小さいうちは小さい運動単位から動員され、力が大きくなるにつれて大きい運動単位が加わる
サイズの原理とは、運動単位が支配する筋線維数の少ない（＝小さい）ものから順に動員され、必要な力が大きくなるにつれて大きい運動単位が加わっていくという規則である。小さい運動単位は遅筋線維を、大きい運動単位は速筋線維を支配する傾向があるため、低強度では遅筋線維が中心に働くことになる。「すべての運動単位が同時に動員される」は誤りで、それでは力の細かな調節ができない。「大きい運動単位から動員され」は順序が逆である。「毎回ランダムに決まり規則性を欠いている」も誤りで、動員には明確な順序性がある。
HINT 速筋線維を使いたければ、強度を上げるか、疲労するまで続けて動員を進めるしかない。
- Q10#ks-ph-010
筋紡錘と腱紡錘（ゴルジ腱器官）の働きに関する説明として正しいものはどれか。
- 1筋紡錘は筋の張力を感知して収縮を抑制し、腱紡錘は筋の長さとその変化する速さを感知して伸張反射を起こす
- 2筋紡錘と腱紡錘はいずれも筋の長さの変化を感知し、同じ向きの反射を起こす
- 3筋紡錘と腱紡錘はいずれも関節の角度だけを感知し、筋の収縮には直接作用しない
- 4筋紡錘は筋の長さの変化を感知して伸張反射を起こし、腱紡錘は筋の張力を感知して収縮を抑制する正解
Answer
正解 4：筋紡錘は筋の長さの変化を感知して伸張反射を起こし、腱紡錘は筋の張力を感知して収縮を抑制する
筋紡錘は筋腹の中にあって筋の長さとその変化する速さを感知し、急に伸ばされると同じ筋を収縮させる伸張反射を起こす。腱紡錘（ゴルジ腱器官）は筋と腱の移行部にあって筋の張力を感知し、張力が過大になると同じ筋の収縮を抑える（自原抑制）。反動をつけた勢いのよいストレッチングが勧められないのは、筋紡錘を介した伸張反射でかえって筋が収縮してしまうためである。「筋紡錘は筋の張力を感知して収縮を抑制し、腱紡錘は筋の長さとその変化する速さを感知して伸張反射を起こす」とする記述は両者の役割が入れ替わっている。「いずれも筋の長さの変化を感知し、同じ向きの反射を起こす」は誤りで、感知する対象も反射の向きも異なる。「関節の角度だけを感知し、筋の収縮には直接作用しない」も誤りで、どちらも筋の状態を感知して筋の活動を変える。
HINT 静的ストレッチングをゆっくり行う理由がこれ。速く伸ばすと筋紡錘が働いて逆効果になる。
- Q11#ks-ph-011
神経筋接合部における興奮の伝達に関する説明として正しいものはどれか。
- 1運動神経と筋線維は隙間なく直接つながっており、電流がそのまま流れ込むことで筋線維に活動電位が生じる
- 2運動神経の終末からアドレナリンが放出され、筋線維側の受容体に結合して収縮させる
- 3筋線維側から神経へ向けてアセチルコリンが放出され、収縮の指令が折り返される
- 4運動神経終末からアセチルコリンが放出され、受容体に結合し活動電位が生じる正解
Answer
正解 4：運動神経終末からアセチルコリンが放出され、受容体に結合し活動電位が生じる
運動神経の終末に活動電位が到達するとアセチルコリンが放出され、これが筋線維側の受容体に結合することで筋線維に活動電位が生じ、収縮につながる。「運動神経と筋線維は隙間なく直接つながっており、電流がそのまま流れ込む」は誤りで、両者の間にはシナプス間隙があり、化学伝達を介する。「運動神経の終末からアドレナリンが放出され、筋線維側の受容体に結合して収縮させる」は伝達物質が誤りで、アドレナリンは主に副腎髄質から分泌されるホルモンであり、神経筋接合部の伝達物質はアセチルコリンである。「筋線維側から神経へ向けてアセチルコリンが放出され、収縮の指令が折り返される」は伝達の向きが逆である。
HINT 骨格筋を動かすのはアセチルコリン。アドレナリンは血流に乗って全身に働くホルモンで役割が違う。
- Q12#ks-ph-012
運動時の自律神経系の働きとして正しいものはどれか。
- 1交感神経の活動が高まり、心拍数の増加と骨格筋の血管拡張が起こる正解
- 2副交感神経の活動が高まり、心拍数と心収縮力が増加する
- 3交感神経の活動が低下することで末梢の血管が拡張し、心拍出量が増加する
- 4自律神経は運動中には休止し、運動後の回復期にのみ心拍数の調節に関与する
Answer
正解 1：交感神経の活動が高まり、心拍数の増加と骨格筋の血管拡張が起こる
運動時には交感神経の活動が高まり、心拍数の増加、心収縮力の増大、腹部内臓の血管収縮と活動筋の血管拡張などが起こって、酸素と栄養を活動筋へ届ける態勢がつくられる。「副交感神経の活動が高まり、心拍数と心収縮力が増加する」は誤りで、副交感神経（迷走神経）は心拍数を下げる方向に働き、運動開始直後の心拍数増加はまずこの抑制が外れることによる。「交感神経の活動が低下することで末梢の血管が拡張し、心拍出量が増加する」は方向が逆で、心拍出量の増加は交感神経の活動が高まることによる。「自律神経は運動中には休止し、運動後の回復期にのみ心拍数の調節に関与する」も誤りで、運動中こそ自律神経による調節が働いている。
HINT 運動開始直後の心拍数上昇は「副交感神経のブレーキが外れる」ことから始まる。交感神経が効いてくるのはその後。
- Q13#ks-ph-013
骨格筋の収縮機構（滑走説）の説明として正しいものはどれか。
- 1筋小胞体からナトリウムイオンが放出され、トロポニンに結合してアクチンの構造を変化させることで短縮する
- 2カルシウムイオンがトロポニンに結合し、ミオシン頭部がアクチンと結合して滑り込み筋節が短縮する正解
- 3アクチンフィラメントとミオシンフィラメントそのものが縮み、重なり具合を保ったまま筋節が短縮する
- 4筋小胞体から放出されたカルシウムイオンがミオシン頭部に直接結合し、フィラメントの長さが変わることで筋節が短縮する
Answer
正解 2：カルシウムイオンがトロポニンに結合し、ミオシン頭部がアクチンと結合して滑り込み筋節が短縮する
活動電位が筋線維に伝わると筋小胞体からカルシウムイオンが放出され、これがアクチンフィラメント側のトロポニンに結合する。その結果トロポミオシンの位置が変わってミオシン頭部の結合部位が露出し、ミオシン頭部がアクチンと結合して滑り込むことで筋節が短縮する。「アクチンフィラメントとミオシンフィラメントそのものが縮み、重なり具合を保ったまま筋節が短縮する」は滑走説が否定した古い考え方で、実際にはフィラメントの長さは変わらず重なりが増える。「カルシウムイオンがミオシン頭部に直接結合し、フィラメントの長さが変わることで筋節が短縮する」は結合先もフィラメントの扱いも誤りで、カルシウムイオンが結合するのはトロポニンである。「筋小胞体からナトリウムイオンが放出され、トロポニンに結合して」も誤りで、筋小胞体から放出されるのはカルシウムイオンである。
HINT 「滑走」の名のとおり、縮むのはフィラメントではなく筋節（サルコメア）。
- Q14#ks-ph-014
骨格筋の筋線維タイプに関する説明として正しいものはどれか。
- 1遅筋線維（タイプⅠ）はミトコンドリアに富み、酸化能力が高く疲れにくい正解
- 2遅筋線維（タイプⅠ）は解糖系の能力が高く、短時間に大きな力を発揮することに適している
- 3速筋線維（タイプⅡ）はミオグロビンを多く含み、持久的な活動に適している
- 4筋線維タイプの割合はすべての骨格筋でほぼ共通し、個人差もみられない
Answer
正解 1：遅筋線維（タイプⅠ）はミトコンドリアに富み、酸化能力が高く疲れにくい
遅筋線維（タイプⅠ、SO線維）はミトコンドリアと毛細血管に富み、ミオグロビンを多く含んで酸化能力が高く、収縮速度は遅いが疲労しにくい。持久的な活動を担う。「遅筋線維は解糖系の能力が高く、短時間に大きな力を発揮することに適している」は速筋線維の特徴で、両者が入れ替わっている。「速筋線維はミオグロビンを多く含み、持久的な活動に適している」も同様に遅筋線維の特徴である。「すべての骨格筋でほぼ共通し、個人差もみられない」は誤りで、姿勢保持に関わるヒラメ筋では遅筋線維の割合が高いなど、部位によって明らかな違いがあり、個人差も大きい。
HINT ミオグロビンが多い＝赤い＝遅筋。魚の赤身と白身の違いと同じ理屈。
- Q15#ks-ph-015
運動時のエネルギー供給機構に関する説明として正しいものはどれか。
- 1運動中はいずれか1つの機構だけが働き、他の機構は完全に停止している
- 2ATP-CP系は最も速くATPを供給できるが持続時間は短く、有酸素系は供給速度は遅いが長時間持続できる正解
- 3ATP-CP系は供給速度が遅く、クレアチンリン酸の貯蔵量が多く長く持続でき、有酸素系はすぐに枯渇する
- 4解糖系は酸素を必要とし、供給速度は有酸素系より遅く持続時間も短い
Answer
正解 2：ATP-CP系は最も速くATPを供給できるが持続時間は短く、有酸素系は供給速度は遅いが長時間持続できる
ATP-CP系（非乳酸性機構）はクレアチンリン酸を用いて最も速くATPを供給できるが、貯蔵量が限られるため持続時間はごく短い。解糖系（乳酸性機構）はこれに次ぐ速さで、有酸素系は供給速度が最も遅いかわりに、糖質と脂質を使って長時間にわたり供給を続けられる。「ATP-CP系は供給速度が遅く、クレアチンリン酸の貯蔵量が多く長く持続でき、有酸素系はすぐに枯渇する」は特徴が逆で、クレアチンリン酸の貯蔵量はごくわずかである。「解糖系は酸素を必要とし、供給速度は有酸素系より遅く持続時間も短い」も誤りで、解糖系は酸素を必要としない無酸素性の機構であり、供給速度は有酸素系より速い。「いずれか1つの機構だけが働き、他の機構は完全に停止している」は誤りで、3つの機構は常に並行して働き、強度と時間に応じて寄与の割合が変わる。
HINT 「切り替わる」のではなく「割合が変わる」。どの強度でも3つとも動いている。
- Q16#ks-ph-016
レジスタンストレーニングを開始した初期に筋力が向上する主な要因はどれか。
- 1運動単位の動員数の増加といった神経系の適応正解
- 2腱の弾性が高まり、筋が発揮した力が関節へ効率よく伝わるようになること
- 3骨格筋における毛細血管密度とミトコンドリアの増加
- 4腱と靱帯の長さが伸びることによる関節可動域の拡大
Answer
正解 1：運動単位の動員数の増加といった神経系の適応
レジスタンストレーニングの開始から数週間程度の筋力向上は、主に運動単位の動員数の増加、発火頻度の上昇、拮抗筋の不要な共収縮の減少といった神経系の適応による。筋の断面積が明らかに増える筋肥大はその後に現れる。「腱の弾性が高まり、筋が発揮した力が関節へ効率よく伝わるようになること」は誤りで、腱の性質の変化はより長い期間をかけて起こり、開始初期の筋力向上を説明しない。「骨格筋における毛細血管密度とミトコンドリアの増加」は持久的なトレーニングで見られる適応で、初期の筋力向上の主因ではない。「腱と靱帯の長さが伸びることによる関節可動域の拡大」は筋力の向上とは別の現象である。
HINT 初心者が最初の数週間で急に挙がるようになるのは「筋肉がついた」からではなく「使えるようになった」から。
- Q17#ks-ph-017
筋が発揮できる力の大きさと最も強く関係する要素はどれか。
- 1筋を支配する運動神経の全長
- 2筋の生理学的横断面積正解
- 3筋の長さそのもの
- 4筋線維に含まれるミトコンドリアの数
Answer
正解 2：筋の生理学的横断面積
筋が発揮できる力の大きさは、筋線維の走行に対して直角に切った断面である生理学的横断面積とよく対応する。羽状筋のように筋線維が斜めに走る筋では、見かけの太さ（解剖学的横断面積）より生理学的横断面積が大きくなり、その分だけ大きな力を出せる。「筋の長さそのもの」は力ではなく短縮できる距離や速度に関係する。「ミトコンドリアの数」は有酸素性のエネルギー供給能力に関わり、持久性には効くが最大筋力を決める要素ではない。「運動神経の全長」は力の大きさとは関係しない。
HINT 「太さ＝力、長さ＝スピードと可動範囲」。羽状筋は同じ体積で断面積を稼ぐ構造。
- Q18#ks-ph-018
運動時の血糖値の維持に関わるホルモンの働きとして正しいものはどれか。
- 1インスリンの分泌が増え肝グリコーゲン分解が促され、グルカゴンやアドレナリンの分泌は低下する
- 2グルカゴンの分泌が低下し、アドレナリンやコルチゾールの分泌も低下する
- 3運動中はホルモンによる調節は働かず、血糖値は運動前の食事の内容だけで決まる
- 4グルカゴンやアドレナリンの分泌が増え、インスリンの分泌は低下する正解
Answer
正解 4：グルカゴンやアドレナリンの分泌が増え、インスリンの分泌は低下する
運動中は血糖を供給する必要があるため、グルカゴン、アドレナリン、コルチゾール、成長ホルモンといった血糖を上げる方向のホルモンの分泌が増えて肝グリコーゲンの分解と糖新生が促される。一方、血糖を下げる方向に働くインスリンの分泌は低下する。「インスリンの分泌が増え肝グリコーゲン分解が促され、グルカゴンやアドレナリンの分泌は低下する」は関係がすべて逆で、インスリンはグリコーゲンの合成を促す側である。「グルカゴンの分泌が低下し、アドレナリンやコルチゾールの分泌も低下する」も方向が逆である。「運動中はホルモンによる調節は働かず、血糖値は運動前の食事の内容だけで決まる」も誤りで、運動中こそ活発に調節されている。なお運動中は筋への糖の取り込みがインスリンに依存しない経路でも進むため、糖尿病患者では血糖が下がりやすい点に注意する。
HINT インスリンだけが「下げる」側で、上げる側のホルモンは何種類もある。生体は低血糖をより強く嫌う。
- Q19#ks-ph-019
運動と骨格筋における糖の取り込みに関する説明として正しいものはどれか。
- 1筋収縮そのものが糖輸送体を細胞膜へ移動させ、糖の取り込みはインスリンの作用だけでなく別の経路でも進む正解
- 2骨格筋への糖の取り込みはインスリンの経路のみで起こるため、インスリン量が不足すると取り込みが止まる
- 3運動によって骨格筋の糖の取り込みは低下し、血糖値は上昇する
- 4糖の取り込みは運動終了と同時にただちに運動前の水準へ戻る
Answer
正解 1：筋収縮そのものが糖輸送体を細胞膜へ移動させ、糖の取り込みはインスリンの作用だけでなく別の経路でも進む
骨格筋では、インスリンの作用だけでなく、筋収縮そのものが糖輸送体（GLUT4）を細胞膜へ移動させるため、別の経路でも糖の取り込みが進む。これが運動療法が糖尿病に有効である生理学的な根拠の一つになっている。「インスリンの経路のみで起こる」は誤りで、収縮による経路が存在することが要点である。「運動によって骨格筋の糖の取り込みは低下し、血糖値は上昇する」は方向が逆である。「運動終了と同時にただちに運動前の水準へ戻る」も誤りで、運動後しばらくインスリン感受性が高まった状態が続くため、運動後にも血糖の改善が見込める。
HINT 運動の降糖作用は「その場」と「あと」の二段構え。運動後もインスリンが効きやすい状態が続く。
- Q20#ks-ph-020
運動と成長ホルモンの関係として正しいものはどれか。
- 1強度の高い運動で分泌が高まり、脂肪分解や合成を促す正解
- 2分泌が最も多くなるのは日中の活動時で、夜間の睡眠中は少ない
- 3運動によって分泌が抑制され、脂肪の分解やたんぱく質の合成が抑えられる
- 4成長期にのみ分泌され、骨端線が閉じた成人では分泌が止まる
Answer
正解 1：強度の高い運動で分泌が高まり、脂肪分解や合成を促す
成長ホルモンは一定以上の強度の運動によって分泌が高まり、脂肪組織での脂肪分解やたんぱく質の合成を促す。乳酸の蓄積を伴う強度で分泌が増えやすいことが知られている。「分泌が最も多くなるのは日中の活動時で、夜間の睡眠中は少ない」は誤りで、成長ホルモンは夜間の睡眠中（とくに深い睡眠の時間帯）にまとまって分泌される。分泌は運動強度にも依存し、一日を通じて一定ということはない。「運動によって分泌が抑制され、脂肪の分解やたんぱく質の合成が抑えられる」は方向が逆である。「成長期にのみ分泌され、骨端線が閉じた成人では分泌が止まる」も誤りで、分泌量は加齢とともに減るものの成人でも分泌され、体組成の維持に関わる。
HINT 成長ホルモンは睡眠中にも多く分泌される。運動指導では睡眠の確保もあわせて助言する根拠になる。
- Q21#ks-ph-021
運動と免疫機能の関係について、一般に知られている傾向として正しいものはどれか。
- 1運動は免疫機能とは無関係であり、上気道感染症のリスクにも影響しない
- 2中等度の運動は免疫機能を一時的に低下させ、激しい運動ほど免疫機能を高める
- 3中等度の運動の習慣は上気道感染症のリスクを下げるが、激しい運動の後には一過性に感染しやすい時期が生じる正解
- 4運動強度や時間によらず、運動量が多いほど感染症リスクは直線的に低下し、激しい運動の後も変わらない
Answer
正解 3：中等度の運動の習慣は上気道感染症のリスクを下げるが、激しい運動の後には一過性に感染しやすい時期が生じる
運動量と上気道感染症のリスクの関係はJカーブを描くと説明される。運動をしない者に比べて中等度の運動を習慣的に行う者はリスクが低い傾向にある一方、激しい運動を長時間行った後には免疫機能が一過性に低下し感染しやすくなる時期（オープンウィンドウ）が生じるとされる。「運動強度や時間によらず、運動量が多いほど感染症リスクは直線的に低下し、激しい運動の後も変わらない」は高強度・長時間側の上昇を見落としている。「運動は免疫機能とは無関係であり、上気道感染症のリスクにも影響しない」は誤りで、免疫指標の変化が繰り返し報告されている。「中等度の運動は免疫機能を一時的に低下させ、激しい運動ほど免疫機能を高める」は関係が逆である。
HINT 「ほどほどが一番」がグラフの形になったのがJカーブ。やりすぎは無害ではない。
- Q22#ks-ph-022
高強度・長時間の運動を行った直後の免疫指標の変化として、一般に報告されている傾向はどれか。
- 1運動直後に体温が下がることで、ナチュラルキラー細胞の活性が高まる
- 2ナチュラルキラー細胞の活性や唾液中の分泌型免疫グロブリンAが一過性に低下する正解
- 3すべての免疫細胞の数と機能が持続的に高まり、感染しにくくなる
- 4免疫指標は運動の強度や時間によって変動の幅は軽微である
Answer
正解 2：ナチュラルキラー細胞の活性や唾液中の分泌型免疫グロブリンAが一過性に低下する
高強度・長時間の運動の直後には、ナチュラルキラー細胞の活性や唾液中の分泌型免疫グロブリンA（sIgA）が一過性に低下することが報告されており、この時期に感染のリスクが高まると考えられている。「すべての免疫細胞の数と機能が持続的に高まり、感染しにくくなる」は誤りで、運動直後に一部の免疫細胞が一時的に増えることはあっても、その後に低下する時期が続く。「免疫指標は運動の強度や時間によって変動の幅は軽微である」も誤りである。「運動直後に体温が下がることで、ナチュラルキラー細胞の活性が高まる」も誤りで、運動直後の体温は上昇しており、前提そのものが成り立たない。
HINT 大会や高強度期の直後は、体調管理と休養をセットで助言する根拠になる知見。
- Q23#ks-ph-023
暑熱環境での運動時における体温調節の主な経路はどれか。
- 1発汗した汗が皮膚表面で蒸発するときに熱を奪う蒸発による放熱正解
- 2皮膚に接して温まった空気が入れ替わることで熱が運ばれる対流による放熱
- 3皮膚から周囲の物体へ赤外線などの電磁波として熱が移る放射による放熱
- 4呼気に含まれる水蒸気とともに熱が逃げる呼吸からの放熱
Answer
正解 1：発汗した汗が皮膚表面で蒸発するときに熱を奪う蒸発による放熱
熱放散には放射・伝導・対流・蒸発の経路があり、いずれも実在するが、気温が高く体表面と外気の温度差が小さくなる暑熱環境では蒸発以外が働きにくくなる。そのため、発汗した汗が蒸発するときに気化熱を奪う蒸発が主な経路となる。汗は皮膚の上を流れ落ちるだけでは放熱に寄与せず、蒸発して初めて熱を奪う点が重要である。「皮膚に接して温まった空気が入れ替わることで熱が運ばれる対流による放熱」と「皮膚から周囲の物体へ赤外線などの電磁波として熱が移る放射による放熱」は、いずれも実在する経路だが、外気温が体表面温度に近づくほど温度差が小さくなり働きにくくなる。「呼気に含まれる水蒸気とともに熱が逃げる呼吸からの放熱」も実在するが、ヒトでは量が限られ主な経路にはならない。なお皮膚から空気への熱移動は対流であり、伝導は接触した物体どうしの熱移動を指す。
HINT 湿度が高いと汗が蒸発できず、体温が下がらない。気温だけでなく湿度を見る理由がこれ。
- Q24#ks-ph-024
暑熱順化が成立したときに現れる生体の変化として正しいものはどれか。
- 1発汗が始まる体温が高くなり、発汗量が減少し、汗に含まれる塩分の濃度が上昇する
- 2発汗量は変わらないが、皮膚血流量が減少して体温が上がりやすくなる
- 3循環血液量が減少し、同じ運動強度での心拍数が上昇する
- 4発汗が始まる体温が低くなり、発汗量が増えるとともに汗に含まれる塩分の濃度が低下する正解
Answer
正解 4：発汗が始まる体温が低くなり、発汗量が増えるとともに汗に含まれる塩分の濃度が低下する
暑熱環境に繰り返しさらされることで成立する暑熱順化では、より低い体温の段階から発汗が始まり、発汗量が増え、かつ汗腺での塩分の再吸収が高まって汗に含まれる塩分の濃度が低下する。その結果、体温上昇を抑えつつ塩分の損失を減らせるようになる。「発汗が始まる体温が高くなり、発汗量が減少し、汗に含まれる塩分の濃度が上昇する」は順化の方向とすべて逆である。「発汗量は変わらないが、皮膚血流量が減少して体温が上がりやすくなる」も誤りで、順化により発汗量は増え、皮膚血流も増えて放熱しやすくなる。「循環血液量が減少し、同じ運動強度での心拍数が上昇する」も逆で、順化により循環血液量は増加し、同一強度での心拍数は低下する。
HINT 順化すると「早く・たくさん・薄い汗をかく」。3点セットで覚えると迷わない。
- Q25#ks-ph-025
寒冷環境での運動に関する説明として正しいものはどれか。
- 1寒冷環境では筋温が低下するほど、筋は大きな力を発揮しやすくなる
- 2皮膚血管が収縮し熱放散を抑え、ふるえで熱産生が起こる正解
- 3皮膚血管が拡張して熱の放散を抑え、発汗による熱産生が起こる
- 4寒冷環境では発汗は最小限で、脱水の心配は乏しい
Answer
正解 2：皮膚血管が収縮し熱放散を抑え、ふるえで熱産生が起こる
寒冷環境では皮膚血管が収縮して体表面からの熱放散を抑え、さらにふるえ（不随意の筋収縮）によって熱を産生することで体温を保とうとする。「皮膚血管が拡張して熱の放散を抑え」は矛盾しており、拡張すれば放熱は増える。また発汗は熱を奪う働きであって熱産生ではない。「発汗は最小限で、脱水の心配は乏しい」は誤りで、寒冷環境でも運動中は発汗があり、加えて呼気からの水分損失や寒冷利尿によって脱水は起こりうる。「筋温が低下するほど、筋は大きな力を発揮しやすくなる」も誤りで、筋温の低下は収縮速度と発揮できる力を下げ、傷害のリスクを高めるため、寒冷下ではウォームアップを十分に行う。
HINT 寒いと喉が渇きにくいだけで、水分は失われている。冬の運動指導でも水分摂取を促す。
- Q26#ks-ph-026
高地（低圧・低酸素）環境に滞在したときに生じる順応として正しいものはどれか。
- 1エリスロポエチンの分泌が高まり、赤血球数とヘモグロビン濃度が増加する正解
- 2腎臓からのエリスロポエチンの分泌が抑えられ、赤血球数が減少して血液の粘度が低下する
- 3低酸素に対する応答として安静時の換気量が低下し、動脈血酸素飽和度が上昇する
- 4最大酸素摂取量が滞在直後から平地より高くなり、持久力が向上する
Answer
正解 1：エリスロポエチンの分泌が高まり、赤血球数とヘモグロビン濃度が増加する
高地では吸気中の酸素分圧が低いため、腎臓からのエリスロポエチンの分泌が高まり、数週間の滞在で赤血球数とヘモグロビン濃度が増加して酸素運搬能力が高まる。これが高地トレーニングの生理学的な根拠である。「腎臓からのエリスロポエチンの分泌が抑えられ、赤血球数が減少して血液の粘度が低下する」は方向が逆である。「低酸素に対する応答として安静時の換気量が低下し、動脈血酸素飽和度が上昇する」も逆で、低酸素に対する応答としてまず換気量が増加し、動脈血酸素飽和度はむしろ低下する。「最大酸素摂取量が滞在直後から平地より高くなり、持久力が向上する」は誤りで、高地では酸素分圧が低いため最大酸素摂取量はむしろ低下する。
HINT 高地順応の即時の反応は換気量の増加、遅れて出るのが赤血球の増加。時間差がある。
- Q27#ks-ph-027
運動中の水分補給に関する説明として最も適切なものはどれか。
- 1喉の渇きを待たずに補給し、高温下では塩分を含む飲料を用いる正解
- 2喉の渇きを強く感じてから、失われた分を一度にまとめて大量に補給する
- 3運動中の体重の減少を防ぐため、水分の補給は休憩時のみ最小限にとどめる
- 4長時間の運動や高温環境下でも、水分を十分に補給していれば塩分は次の食事で補えばよい
Answer
正解 1：喉の渇きを待たずに補給し、高温下では塩分を含む飲料を用いる
喉の渇きはすでに体液が失われ始めてから現れるため、渇きを待たずに計画的に補給することが基本である。長時間の運動や高温環境では発汗により塩分も失われるため、塩分を含む飲料を用いる。「喉の渇きを強く感じてから、失われた分を一度にまとめて大量に補給する」は対応が遅く、胃腸への負担も大きい。「運動中の体重の減少を防ぐため、水分の補給は休憩時のみ最小限にとどめる」は誤りで、運動中の体重減少はおおむね水分の損失であり、これを補うことが水分補給の目的である。「長時間の運動や高温環境下でも、水分を十分に補給していれば塩分は次の食事で補えばよい」は誤りで、水だけを大量に補給すると血液中のナトリウム濃度が薄まり、低ナトリウム血症を招くおそれがある。
HINT 運動前後の体重差がそのまま水分の損失量。現場で使える簡便な指標になる。
- Q28#ks-ph-028
安静時の分時換気量に関する説明として正しいものはどれか。
- 1肺活量と呼吸数の積で表され、安静時はおよそ36〜48L/分である
- 2一回換気量と呼吸数の積で表され、安静時はおよそ1〜2L/分である
- 3一回換気量と呼吸数の積で表され、安静時はおよそ6〜8L/分である正解
- 4一回換気量から死腔量を引いた量と呼吸数の積で、およそ4〜6L/分である
Answer
正解 3：一回換気量と呼吸数の積で表され、安静時はおよそ6〜8L/分である
分時換気量は一回換気量と呼吸数の積で表される。安静時の目安は一回換気量が約500mL、呼吸数が1分間に約12〜16回で、掛け合わせるとおよそ6〜8L/分になる。増やす道はこの2つしかないため、運動時にどちらが先に増えるかが問われる。「一回換気量と呼吸数の積で表され、安静時はおよそ1〜2L/分である」は、約500mLと約12〜16回を掛けた値と合わない。「肺活量と呼吸数の積で表され」は誤りで、肺活量は最大限に吸ってから吐き出せる量であり、安静時の1回の呼吸で出入りする量ではない。「一回換気量から死腔量を引いた量と呼吸数の積」は肺胞換気量の求め方で、ガス交換に関与する分だけを表すものであり、分時換気量とは別の値である。
HINT 約500mL × 約12〜16回/分 を自分で掛けて確かめられる。値を覚えるより、その場で計算して出す。
- Q29#ks-ph-029
汗の蒸発による放熱について正しいものはどれか。
- 11Lの汗が蒸発すると、蒸発潜熱によって約580kcalの熱が奪われる正解
- 21Lの汗が蒸発したときに奪われる熱は、約58kcalにとどまる
- 3汗は皮膚の上を流れ落ちる段階で熱を奪い、蒸発とは関わらない
- 4汗が奪う熱の量は発汗量ではなく、汗の塩分の濃度で決まる
Answer
正解 1：1Lの汗が蒸発すると、蒸発潜熱によって約580kcalの熱が奪われる
汗の蒸発潜熱は約0.58kcal/gなので、1Lの汗が蒸発すると約580kcalの熱が奪われることになる。暑熱環境では蒸発がおもな放熱の経路になるため、発汗量と、それが蒸発できる環境かどうかが体温の上がり方を左右する。「1Lの汗が蒸発したときに奪われる熱は、約58kcalにとどまる」は桁が1つ小さく、約0.58kcal/gに1,000gを掛けた値と合わない。「汗は皮膚の上を流れ落ちる段階で熱を奪い、蒸発とは関わらない」は誤りで、流れ落ちた汗は放熱に寄与せず、蒸発して初めて熱を奪う。「汗が奪う熱の量は発汗量ではなく、汗の塩分の濃度で決まる」も誤りで、奪われる熱の量は蒸発した水の量に比例する。
HINT 0.58kcal/g × 1,000g と自分で掛けて出せる。覚えるのは580ではなく0.58のほう。
- Q30#ks-ph-030
脱水と持久的な運動能力の関係について、一般に報告されている目安はどれか。
- 1体重の0.5%程度の脱水から、持久的な運動能力の低下が報告されている
- 2体重の2%程度の脱水から、持久的な運動能力の低下が報告されている正解
- 3体重の10%程度の脱水までは、持久的な運動能力はほとんど変わらないとされる
- 4脱水の程度と持久的な運動能力の低下には関係がみられないとされる
Answer
正解 2：体重の2%程度の脱水から、持久的な運動能力の低下が報告されている
体重の2%程度の脱水から、持久的な運動能力の低下が報告されている。運動の前後の体重差がそのまま水分の損失量の目安になるため、現場では体重を手がかりにこの線を越えていないかを見る。「体重の0.5%程度の脱水から、持久的な運動能力の低下が報告されている」は線が低すぎ、通常の運動でもほぼ常に該当してしまう値である。「体重の10%程度の脱水までは、持久的な運動能力はほとんど変わらないとされる」は線が高すぎ、体重の2%の時点で低下が始まるという報告と合わない。「脱水の程度と持久的な運動能力の低下には関係がみられないとされる」も誤りで、脱水の程度に応じて能力が落ちることが報告されている。
HINT 体重60kgなら1.2kgで2%。運動前後の体重差で測れるので、現場で使える数字として覚える。
- Q31#ks-ph-031
暑熱順化が成立するまでに要する期間の目安はどれか。
- 1おおむね1〜2日。暑熱下で1回運動すれば、その日のうちに成立する
- 2おおむね1〜2か月。季節が変わるころに成立する
- 3おおむね1〜2週間。暑熱下での運動を繰り返すうちに成立する正解
- 4おおむね半年。暑い季節を一度通してようやく成立する
Answer
正解 3：おおむね1〜2週間。暑熱下での運動を繰り返すうちに成立する
暑熱順化は、暑熱環境での運動を繰り返すうちにおおむね1〜2週間で成立するとされる。したがって暑くなる前から少しずつ暑さに身体を慣らしておく組み立てが成り立つ。「おおむね1〜2日。暑熱下で1回運動すれば、その日のうちに成立する」は短すぎ、繰り返しさらされることで成立するという性質と合わない。「おおむね1〜2か月。季節が変わるころに成立する」は長すぎ、夏のあいだに間に合わない見積もりになる。「おおむね半年。暑い季節を一度通してようやく成立する」も長すぎ、1シーズンかかるという見方は実際の期間と離れている。ここで押さえるのは期間だけで、順化によって何が変わるかは別の問題で扱う。
HINT 1〜2週間。暑くなってから慣らすのでは遅く、暑くなる前から始める根拠になる数字。
- Q32#ks-ph-032
安静時の心拍出量の求め方と、その目安として正しいものはどれか。
- 1心拍数と一回拍出量の積で表され、安静時はおよそ0.5L/分である
- 2心拍数と肺活量の積で表され、安静時はおよそ15L/分になるとされる
- 3心拍数と一回拍出量の和で表され、安静時はおよそ140になる
- 4心拍数と一回拍出量の積で、安静時はおよそ5L/分である正解
Answer
正解 4：心拍数と一回拍出量の積で、安静時はおよそ5L/分である
心拍出量は心拍数と一回拍出量の積で表される。安静時の目安は1分間に約70拍、1回に約70mLで、掛け合わせるとおよそ5L/分になる。「心拍数と一回拍出量の積で表され、安静時はおよそ0.5L/分である」は、約70拍と約70mLを掛けた値より桁が1つ小さい。「心拍数と肺活量の積で表され、安静時はおよそ15L/分になるとされる」は式が誤りで、肺活量は最大限に吸ってから吐き出せる空気の量であり、1回の心収縮で送り出される血液の量ではない。「心拍数と一回拍出量の和で表され、安静時はおよそ140になる」も誤りで、心拍出量は和ではなく積で求める量であり、単位も体積を時間で割った形になる。
HINT 約70拍 × 約70mL を自分で掛けて出せる。覚えるのは5L/分ではなく70と70のほう。
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