運動強度によって糖質と脂肪の利用割合はどう変わる？｜クロスオーバーコンセプトとは

ランニング

「脂肪を燃やしたいなら、ゆっくり走るのがいい。」

ランニングを始めると、このような話を一度は耳にしたことがあるのではないでしょうか。

一方で、「速く走ると糖質しか使われない」「有酸素運動は脂肪だけを燃やす運動」といった説明を見かけることもあります。

しかし、これらはどちらも正確ではありません。

私たちの身体は、運動中に糖質と脂肪の両方を利用しながらATP（アデノシン三リン酸）を作っています。

違うのは、「どちらを使うか」ではなく、「どちらをどのくらい使うか」という割合です。

運動強度が低いと脂肪の利用割合が高くなり、運動強度が高くなるほど糖質の利用割合が高くなります。しかし、通常のランニングでは糖質だけ、あるいは脂肪だけが使われることはほとんどありません。

この運動強度によって糖質と脂肪の利用割合が変化する考え方を、運動生理学ではクロスオーバーコンセプト（Crossover Concept）と呼びます。

クロスオーバーコンセプトを理解すると、

  • なぜダイエットではゆっくり走ることが勧められるのか
  • なぜマラソンでは糖質補給が重要なのか
  • Zone2トレーニングで何を鍛えられるのか
  • なぜ高強度トレーニングも必要なのか

といった疑問が、一つの流れとして理解できるようになります。

この記事では、運動強度が変わると身体の中で何が起こり、糖質と脂肪の利用割合がどのように変化するのかを、生理学に基づいてわかりやすく解説します。

クロスオーバーコンセプトとは？

クロスオーバーコンセプトとは、運動強度の上昇に伴って、脂肪から糖質へとエネルギー源の利用割合が徐々に変化していくという考え方です。

この概念は、運動生理学者であるGeorge A. Brooks博士らの研究によって提唱され、現在では持久系スポーツのエネルギー代謝を理解するうえで基本となる考え方の一つになっています。

「クロスオーバー（Cross Over）」とは、「交差する」という意味です。

運動強度が低いときは脂肪の利用割合が高く、糖質の利用割合は比較的低くなります。

しかし、運動強度が上がるにつれて糖質の利用割合は少しずつ増え、反対に脂肪の利用割合は少しずつ低下していきます。

そして、ある運動強度付近で両者の割合が逆転します。

この「割合が交差する現象」が、クロスオーバーコンセプトという名前の由来です。

ここで重要なのは、身体がエネルギー源を切り替えているわけではないということです。

「ここからは糖質だけ」「ここまでは脂肪だけ」という境界線は存在しません。

実際には、糖質と脂肪は運動開始直後から同時に利用されています。

運動強度に応じて変わるのは、あくまでも利用割合です。

例えば、ウォーキングでは脂肪の割合が高くても糖質は使われています。

反対に、マラソンペースやテンポ走では糖質の割合が増えますが、脂肪も引き続きエネルギー源として利用されています。

このように、身体は必要なエネルギー量に応じて糖質と脂肪の配分を調整しながらATPを作っています。

そもそも、なぜ身体は糖質と脂肪の両方を使うのか

この疑問を理解するためには、まずATPについて簡単に振り返ってみましょう。

ATPは筋肉を動かすための直接的なエネルギーです。

しかし、筋肉の中に蓄えられているATPはごくわずかしかありません。

そのため、ランニング中はATPを使い続けると同時に、新しいATPを絶えず作り続ける必要があります。

このATPの材料となる代表的な栄養素が、糖質と脂肪です。

糖質は解糖系を経てピルビン酸となり、有酸素代謝ではアセチルCoAを経てクエン酸回路へ入ります。

一方、脂肪は脂肪酸として利用され、β酸化によってアセチルCoAへ変換されます。

入口は異なりますが、どちらも最終的にはミトコンドリアでATPを作るという共通のゴールへ向かいます。

つまり、身体は最初から糖質か脂肪のどちらか一方だけを使うようには設計されていません。

ATPを安定して供給するために、複数のエネルギー源を状況に応じて組み合わせながら利用しているのです。

運動強度によって利用割合が変化する理由

では、なぜ身体は運動強度に応じて糖質と脂肪の利用割合を変えるのでしょうか。

その答えは、筋肉が必要とするATPの量と、そのATPをどれだけ速く作らなければならないかにあります。

ウォーキングのような低強度運動では、ATPはそれほど速く大量に作る必要はありません。

そのため、ATPを作るまでに時間はかかるものの、非常に多くのエネルギーを生み出せる脂肪を十分に利用できます。

しかし、テンポ走やインターバル走のように運動強度が高くなると、筋肉は短時間で大量のATPを必要とします。

この状況では、脂肪だけではATPの供給速度が間に合いません。

そこで身体は、より速くATPを作ることができる糖質の利用割合を増やして対応します。

つまり、クロスオーバーコンセプトは「脂肪が使えなくなる現象」ではなく、身体がATPを効率よく供給するために、最適な燃料の割合へ調整している現象なのです。

なぜ低強度では脂肪の利用割合が高くなるのか

クロスオーバーコンセプトを理解するうえで最も重要なのが、「なぜ身体は運動強度によって利用するエネルギー源を変えるのか」という点です。

結論からいうと、その理由は筋肉が必要とするATPを、最も効率よく供給するためです。

身体は「脂肪を燃やそう」「糖質を使おう」と意識して選択しているわけではありません。

その瞬間に必要なATPを最も効率よく作れる方法を、自動的に選んでいます。

脂肪は非常に優秀なエネルギー源

脂肪は「ダイエットの敵」というイメージを持たれることがありますが、運動生理学では非常に優秀な燃料です。

例えば、代表的な脂肪酸であるパルミチン酸1分子からは、およそ106分子のATPが作られるとされています。

一方、ブドウ糖1分子から得られるATPは約30〜32分子です。

さらに体脂肪は数万kcalものエネルギーを蓄えています。

つまり脂肪は、長時間運動を支えるには理想的な燃料なのです。

唯一の弱点は「ATPを作る速さ」

しかし、脂肪にも弱点があります。

それは、ATPを作るまでに時間がかかることです。

脂肪酸は筋肉へ運ばれ、ミトコンドリアへ入り、β酸化を受け、アセチルCoAとなり、クエン酸回路、電子伝達系を経てATPになります。

工程が多い分、ATPを大量に作る能力は高い一方で、短時間にATPを供給する速度では糖質に及びません。

だからこそ、ウォーキングやLSD、Zone2のような低強度運動では、この「少し時間はかかるが燃費の良いシステム」が十分に機能します。

筋肉が必要とするATP量もそれほど多くないため、脂肪を中心としたエネルギー供給だけでも需要を満たせるのです。

酸素が十分に使えることも大きな理由

脂肪酸の代謝は、有酸素エネルギー代謝そのものです。

β酸化、クエン酸回路、電子伝達系のいずれも酸素を利用しながらATPを産生します。

低強度運動では呼吸や循環にも余裕があり、筋肉へ十分な酸素を届けられます。

そのため、脂肪を利用したATP産生が効率よく進みやすくなります。

もちろん、このときも糖質は利用されています。

脂肪だけが燃えているわけではありません。

重要なのは、脂肪の利用割合が高くなっているという点です。

運動強度が上がるとなぜ糖質の割合が増えるのか

では、ランニングのペースを上げると何が起こるのでしょうか。

最も大きな変化は、筋肉が必要とするATPの量です。

ジョギングでは十分だったATP供給量も、テンポ走やLT走、インターバル走になると追いつかなくなります。

そこで身体は、より短時間でATPを作れる糖質の利用割合を増やします。

糖質は「すぐに使える燃料」である

糖質は筋肉内に筋グリコーゲンとして蓄えられています。

筋肉の中に保管されているため、必要になった瞬間から利用できます。

筋グリコーゲンは解糖系で速やかに分解され、ATPを産生します。

さらに、酸素供給が十分であれば、その後はピルビン酸からアセチルCoAとなり、クエン酸回路や電子伝達系へ進みます。

つまり、高強度運動で糖質利用が増える理由は、「糖質しか使えないから」ではありません。

糖質の方がATPを速く供給できるからです。

筋線維の違いも関係している

運動強度が高くなると、速筋線維の動員が増えます。

速筋線維は瞬間的に大きな力を発揮できますが、その分、ATPの消費速度も速くなります。

そのため、速筋線維では糖質への依存度が高くなります。

坂道ダッシュやインターバル走で脚が一気に重くなるのは、このような筋線維の特徴も関係しています。

脂肪の「利用割合」と「利用量」は同じではない

ここまで読むと、「ゆっくり走れば走るほど脂肪が燃える」と思うかもしれません。

しかし、実際にはそう単純ではありません。

ここで区別して考えたいのが、脂肪の利用割合と脂肪の利用量です。

この2つは似ているようで、まったく異なる意味を持っています。

利用割合とは

利用割合とは、消費したエネルギー全体のうち、どのくらいを脂肪が占めているかという割合です。

例えば、ある運動で100kcalを消費し、そのうち70kcalが脂肪由来であれば、脂肪利用割合は70％になります。

低強度運動では、この割合が高くなります。

そのため、「脂肪燃焼にはゆっくり走るのが良い」と説明されることが多いのです。

利用量とは

一方、利用量とは、実際にどれだけの脂肪をエネルギーとして使ったかという絶対量です。

ここで重要なのは、運動強度が上がるほど総エネルギー消費量も増えるということです。

例えば、

  • ウォーキングでは1分間に5kcal消費する
  • ジョギングでは1分間に10kcal消費する

という状況を考えてみましょう。

ウォーキングでは脂肪利用割合が70％だったとしても、脂肪由来のエネルギーは約3.5kcalです。

一方、ジョギングでは脂肪利用割合が50％まで下がったとしても、脂肪由来のエネルギーは5kcalになります。

つまり、割合は下がっていても、実際に使われる脂肪の量は増えていることがあるのです。

これは、ダイエット目的で運動する人が特に知っておきたいポイントです。

脂肪利用量が最も多くなる「FATmax」

では、脂肪を最も多く利用できる運動強度はどこなのでしょうか。

その強度を表す指標がFATmax（ファットマックス）です。

FATmaxとは、1分あたりの脂肪酸化量が最大になる運動強度を意味します。

脂肪利用割合が最も高い強度ではありません。

ここが、非常に誤解されやすいポイントです。

運動強度が極端に低い場合、脂肪利用割合は高くなります。

しかし、総エネルギー消費量が少ないため、脂肪酸化量そのものはそれほど多くありません。

反対に、運動強度を少し上げると総エネルギー消費量が増え、脂肪酸化量も増加します。

ところが、さらに強度を上げると糖質利用割合が急激に増え始めるため、脂肪酸化量は徐々に低下していきます。

つまり、脂肪酸化量は一直線に増え続けるわけではなく、山のようなカーブを描きます。

その頂点がFATmaxです。

クロスオーバーコンセプトとの違い

クロスオーバーコンセプトとFATmaxは混同されがちですが、示している内容は異なります。

項目 クロスオーバーコンセプト FATmax
注目するもの 糖質と脂肪の利用割合 脂肪酸化量
目的 エネルギー源の変化を理解する 脂肪利用能力を評価する
運動強度との関係 強度が上がるほど糖質割合が増える 中程度の強度で最大になる

どちらも脂肪代謝を理解するうえで重要ですが、まったく同じ概念ではありません。

クロスオーバーコンセプトは「糖質と脂肪のバランス」に注目した考え方であり、FATmaxは「脂肪を最も多く利用できる運動強度」を示す指標です。

研究からも確認されているクロスオーバーコンセプト

クロスオーバーコンセプトは理論だけではありません。

実際の研究でも、その存在が確認されています。

代表的なのが、George A. Brooks博士らの研究です。

Brooks博士らは、運動強度が高くなるにつれて糖質利用割合が増え、脂肪利用割合が低下することを示し、この現象をクロスオーバーコンセプトとして提唱しました。

さらに、Romijnらは持久系アスリートを対象とした研究で、運動強度ごとの脂肪酸化量と糖質利用量を詳しく測定しました。

その結果、脂肪酸化量は中程度の運動強度で最大となり、その後は糖質利用が優位になることが示されています。

これらの研究は、現在の持久系トレーニングやZone2トレーニング、FATmax理論の基礎となっています。

ランニングでは運動強度によって何がエネルギー源になるのか

ここまで説明してきたクロスオーバーコンセプトを、実際のランニングに当てはめてみましょう。

ランナーにとって重要なのは、「糖質か脂肪か」という二択ではありません。

現在行っているトレーニングが、どのエネルギー供給システムを中心に使っているのかを理解することです。

もちろん個人差はありますが、一般的には次のような傾向があります。

運動 主なエネルギー源 有酸素代謝の割合 乳酸との関係
ウォーキング 脂肪 ＞ 糖質 非常に高い 乳酸はほとんど蓄積しない
LSD 脂肪 ＞ 糖質 非常に高い 乳酸産生・除去はほぼ均衡
Zone2 脂肪 ≧ 糖質 非常に高い 乳酸はエネルギーとして再利用される
マラソンペース 糖質 ≧ 脂肪 高い 乳酸はほぼ処理しながら走れる
LT走・テンポ走 糖質 ＞ 脂肪 高い 乳酸産生量が徐々に増える
インターバル走 糖質が主体 有酸素・無酸素の両方 乳酸産生量が大きく増える

この表を見ると分かるように、ランニングでは強度が上がるにつれて糖質の割合は増えていきます。

しかし、マラソンペース程度であれば脂肪も継続して利用されています。

また、インターバル走でも有酸素代謝が止まるわけではありません。

高強度になるほど無酸素性エネルギー供給の割合が増えますが、有酸素代謝も同時にATPを供給し続けています。

Zone2が注目される理由

近年、多くの市民ランナーやトップアスリートがZone2トレーニングを重視しています。

その理由の一つが、脂肪利用能力を高めやすい強度だからです。

Zone2では、有酸素代謝が主体となり、脂肪酸化が活発に行われます。

さらに、ミトコンドリアへの刺激も十分に得られるため、持久力向上に重要な適応が起こりやすいことが知られています。

ただし、Zone2は「脂肪だけを燃やすトレーニング」ではありません。

糖質も同時に利用されており、その割合が比較的少ないというだけです。

この点は、クロスオーバーコンセプトを理解していると誤解しにくくなります。

糖質を使うことは悪いことではない

「脂肪を多く使えるランナーほど優秀」というイメージを持つ人もいますが、それも少し違います。

確かに、脂肪を効率よく利用できる能力はフルマラソンやウルトラマラソンのような長時間競技では大きな武器になります。

しかし、それだけでは速く走ることはできません。

ペースを上げるためには、糖質を素早く利用してATPを供給する能力も欠かせません。

例えば、レース終盤のペースアップや上り坂、向かい風への対応では、筋肉は短時間で大量のATPを必要とします。

このとき活躍するのが筋グリコーゲンを利用した糖質代謝です。

つまり、速いランナーほど糖質を使わないのではなく、必要な場面で糖質を効率よく使い、必要のない場面では脂肪を上手に利用して糖質を節約しているのです。

これが「グリコーゲン・スパリング（Glycogen Sparing：グリコーゲン節約効果）」と呼ばれる現象です。

持久力の高いランナーほど、同じペースで走っていても脂肪利用割合が高くなる傾向があります。

その結果、筋グリコーゲンの消耗を遅らせ、レース終盤までエネルギー切れを起こしにくくなります。

一方で、勝負どころでは十分な糖質利用能力があるため、最後までスピードを維持できるのです。

ランナーがクロスオーバーコンセプトを知るメリット

クロスオーバーコンセプトは、単なる運動生理学の知識ではありません。

日々のトレーニングを考えるうえでも、大きなヒントになります。

  • なぜZone2トレーニングが持久力向上につながるのか
  • なぜロング走では補給が必要なのか
  • なぜインターバル走も取り入れる必要があるのか
  • なぜダイエットでは低強度運動が勧められるのか

これらはすべて、「運動強度によって糖質と脂肪の利用割合が変化する」という一つの原理から説明できます。

身体は常に糖質と脂肪を組み合わせながらATPを作っています。

そして、その配分を最適化することで、限られたエネルギーを効率よく使い、長時間走り続けられるようにしているのです。

まとめ

ランニング中に使われるエネルギー源は、「糖質」か「脂肪」のどちらか一方ではありません。

身体は運動を始めた瞬間から糖質と脂肪の両方を利用し、その割合を運動強度に応じて調整しながらATPを作り続けています。

この考え方がクロスオーバーコンセプトです。

運動強度が低いときは、ATPを急いで作る必要がないため、脂肪の利用割合が高くなります。

一方で、運動強度が高くなると、筋肉は短時間で大量のATPを必要とするため、糖質の利用割合が徐々に高くなります。

ただし、これは「脂肪から糖質へ切り替わる」という意味ではありません。

糖質と脂肪は常に同時に利用されており、身体はその時々の運動強度に合わせて最も効率よくATPを作れるよう配分を変えています。

また、「脂肪利用割合が高いこと」と「脂肪を多く燃焼していること」は同じではありません。

脂肪の利用割合は低強度で高くなりますが、脂肪の利用量は中程度の運動強度で最大となることが知られており、この強度をFATmaxと呼びます。

クロスオーバーコンセプトとFATmaxを正しく理解すると、Zone2トレーニングやロング走、レース中の補給戦略がなぜ重要なのかも理解しやすくなります。

ランナーにとって大切なのは、「糖質を使わない身体」を目指すことではありません。

脂肪を効率よく利用して筋グリコーゲンを節約しながら、必要な場面では糖質を素早く使ってスピードを維持できる身体を作ることです。

そのためには、低強度トレーニングだけでなく、マラソンペース走やLT走、インターバル走なども目的に応じて取り入れる必要があります。

クロスオーバーコンセプトは、単なる運動生理学の理論ではありません。

「今日はどの強度で走るのか」「このトレーニングは何を鍛えているのか」を理解するための土台となる考え方です。

糖質と脂肪、それぞれの役割を理解して運動強度を選択することが、効率よく持久力を高め、フルマラソンやウルトラマラソンで最後まで走り切る力につながるでしょう。

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