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【序論】乳酸と筋疲労ー百年の誤解ー
「激しい運動をすると筋肉に乳酸が溜まり、それが疲労（筋力低下や痛み）の原因になる」という説は、20世紀初頭から長らく生理学の定説とされてきました¹⁾²⁾。
実際、1850年代にはドイツの生理学者デュ・ボワ=レイモンが「筋肉は刺激により酸性になる」現象を報告し、それを乳酸の生成によると推測しています³⁾。
1907年、ウォルター・フレッチャーとフレデリック・ホプキンズはカエルの筋肉を用いた古典的実験で、低酸素下の収縮により筋グリコーゲンが乳酸に変わり、十分な酸素があると乳酸が消失することを示しました⁴⁾。
彼らは乳酸が無酸素的（嫌気的）代謝の産物であり、回復期には酸素の供給によって再利用されると考察し、この発見は後に「酸素負債」概念につながりました。
1920年代、A.V. ヒルとオットー・マイヤーホフはこの研究を発展させ、酸素不足の筋肉では乳酸が蓄積し、回復期に酸素を使って乳酸が燃焼または糖に再変換されることを示し、1922年にノーベル生理学・医学賞を受賞しています³⁾。
彼らの研究は後にコリ回路 （図１、乳酸→肝臓での糖新生→グリコーゲン再合成）として定式化され、1947年にカール・コリとゲルティー・コリもノーベル賞を受賞しました。ヒルは筋収縮後の過剰酸素消費を「酸素負債」と呼び、その一部は乳酸除去のために使われると考えました。
図１ コリ回路
５）より画像引用
またマルガリアらは1933年に、この酸素負債を速い成分（無乳酸性: alactacid）と遅い成分（乳酸性: lactacid）に分け、遅い成分は乳酸の除去・代謝に対応すると提唱しました¹⁾。
このような背景から、「乳酸の蓄積が筋を酸性に傾け収縮を阻害するため疲労を引き起こす」との理解が広まり、1920~60年代の生理学では乳酸は典型的な「疲労物質」とみなされていました 。
実際、「細胞内の乳酸蓄積による酸性化が筋疲労の主因である」と多くの教科書や論文が述べていました⁶⁾。例えばノルウェーの生理学者オーリー・ヘルマンセンも1981年の会議で「乳酸は筋疲労の主要因である」と総括しており、この考え方が1980年代頃まで根強く残っていました¹⁾。
しかし一方で、乳酸に対する見方には当初から未解明の点も指摘されていました。
筋収縮中に乳酸が生成され「働きを終えたら除去されねばならない」ことは分かっていたものの、乳酸が単に「邪魔者」なのか、それとも何らかの役割を果たしているのかは議論が続いていました³⁾。
また、乳酸は疲労した筋だけでなく血中や他組織にも増加すること、心臓など一部の臓器は乳酸を好んで利用することが示唆されており、乳酸＝有害廃棄物という単純な図式には疑問も残っていたのです。
【転換点】「乳酸革命」と新たな理論
1970年代以降、乳酸に対する見方は劇的に転換し始めます。
この変革期はしばしば「乳酸革命」と呼ばれ¹⁾、従来の常識が次々と覆されていきました。
最大の転換点の一つは、カリフォルニア大学バークレー校のジョージ・ブルックスらの研究です。
ブルックスは1970年代から一連の実験で、乳酸は運動中常に産生されており、筋肉や心臓で積極的にエネルギー源として利用されていることを示しました⁷⁾。
彼のグループはラットやヒトの実験で、運動中に生じた乳酸の大部分がリアルタイムで他の組織で酸化され、燃焼し消費されていることを明らかにしています。
実際1986年には、持続的運動で生じた乳酸の75%以上が運動中に酸化的に除去され、グルコース（糖新生）に変換されるのは約20%に過ぎないと報告されました⁸⁾。
さらに同研究では、運動によって速筋（主に解糖系でエネルギーをつくる筋）でつくられた乳酸が、血液を通じて心臓や遅筋（酸化的にエネルギーを生み出す筋）に運ばれ、そこで燃料として積極的に使われていることが示されました。
つまり、乳酸がエネルギーの「橋渡し役」として、発生源の筋から別の筋へと受け渡される仕組み（シャトル）が働いているのです⁷⁾（図２）。
図２ 乳酸シャトル（Lactate Shuttle：LA）仮説
７）より画像引用
ブルックスは1985年前後にこの概念を「乳酸シャトル仮説」（Lactate Shuttle）として提唱し、乳酸は「捨てられる廃棄物ではなく、生体内を巡ってエネルギーを融通し合うための中間物質」であるとの新しい見方を提示しました⁸⁾。
この仮説は当初議論を呼びましたが、その後の研究により細胞間シャトルのみならず細胞内シャトル（筋線維内で産生された乳酸がミトコンドリアに運ばれ燃料となる経路）や脳内シャトル（星状膠細胞からニューロンへの乳酸供給）など、様々なレベルで乳酸のシャトル機構が実証されていきます¹⁾。
現在では「細胞-細胞乳酸シャトル」の存在は実験的支持がほぼ満場一致で得られており、精巣やペルオキシソーム内代謝に至るまで含めた拡張的なシャトル概念へと発展しています¹⁾。こうした知見は、乳酸が少なくとも一時的には「有用な代謝燃料」として機能し得ることを強く示唆し、疲労物質どころか運動時のエネルギー循環を支える中心的役割を担うことが明らかになってきました¹⁾。
さらに決定的だったのは、乳酸が「筋肉を酸性化して疲労をもたらす犯人ではない」ことの生化学的証拠が示されたことです。
2004年、ロバート・A・ロバーグスら⁹⁾は「Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis（運動誘発性代謝性アシドーシスの生化学）」という詳細なレビューを発表し、従来「乳酸（乳酸＝乳酸イオン + 水素イオン）の蓄積が筋内pH低下（乳酸アシドーシス）を招き、その結果疲労が起きる」と説明されてきたモデルを再検証しました。
ロバーグスらの解析によると、解糖系で生成されたピルビン酸が乳酸に変わる反応自体は、水素イオン（プロトン）を放出しません。むしろこの反応は、エネルギー代謝に必要な NAD⁺ を再生するうえで不可欠なプロセスであり、乳酸がつくられなければ解糖系は止まり、結果として代謝性アシドーシス（体内の酸性状態）はかえって早く進んでしまうと指摘しています⁹⁾。
筋収縮に伴うATPの加水分解では必ず水素イオン（プロトン）が発生しますが、十分な酸素供給があればミトコンドリア呼吸によってそれらは処理され、細胞内pHは安定に保たれます⁹⁾。
しかし高強度の運動でATP需要がミトコンドリアの供給能力を超えると、解糖系やホスファゲン系（ATP-クレアチンリン酸系）によるATP産生が増え、その過程で余分なプロトンが蓄積して細胞が酸性化します。
このとき乳酸の産生は、余剰のピルビン酸を消費してNAD⁺を再生し、解糖系を継続させつつピルビン酸や水素イオンの蓄積を防ぐ役割を果たします⁹⁾。
言い換えれば、乳酸は「疲労の原因」どころか「疲労（アシドーシス）の進行を遅らせる救済措置」なのです。
ロバーグスらは「乳酸が生じなければ筋疲労はもっと速く起こり、パフォーマンスは著しく低下するだろう」とまで述べ、80年以上信じられてきた“乳酸悪玉説”を痛烈に批判しました⁹⁾。
この見解を支持するように、同じく2004年にデビッド・アレンとヒューケ・ヴェスターブラッドも「筋疲労の主因は乳酸ではなく無機リン酸である」とのレビューを発表し、筋内に蓄積する無機リン酸（ATP分解やクレアチンリン酸分解で生じる）がカルシウム動態を乱し収縮阻害を引き起こす主要因であり、乳酸による酸性化はそれほど大きな寄与をしないと結論しています²⁾¹⁰⁾ 。
こうした研究の積み重ねにより、「高強度運動時の筋疲労=乳酸のせい」という図式は徐々に崩れ去り、教科書の記述も書き換えられるようになりました。実際、日本においても八田秀雄らが「乳酸=疲労物質は大いなる誤解である」と指摘し、研究者の間ではもはや旧来の説明はほとんど聞かれなくなった²⁾と述べています。
現在では、一般向けにも「乳酸は疲労の犯人ではない」という啓蒙が進みつつあります¹¹⁾。
乳酸の生理的役割の再評価（エネルギー基質・代謝調節・酸塩基平衡）
上述のような理論の転換に伴い、乳酸の生理的役割についても再評価が進みました。単なる「疲労の副産物」どころか、乳酸は多面的な機能を持つことが判明したのです。以下、主要な役割について専門的知見を踏まえて解説します。
エネルギー源（酸化基質）としての乳酸
乳酸はグルコースが部分分解された中間代謝産物であり、ピルビン酸と並んで重要な燃料分子です。心筋や遅筋線維など酸化的能力の高い組織では、乳酸はむしろ好ましいエネルギー源となります。例えば安静時や低強度運動時でも、筋肉や赤血球から放出された乳酸が血中を循環し、心臓や他の筋で取り込まれて酸化されます⁸⁾。
ブルックスらの提唱した乳酸シャトル概念により、「乳酸はグルコースと並ぶ全身性のエネルギー通貨である」という見方が定着しました⁸⁾。
実際、脳は安静時にブドウ糖を主燃料としていますが、運動時や飢餓時には血中乳酸を積極的に取り込んで利用することが分かっています。乳酸は血液脳関門を通過できるため、近年乳酸は「もう一つの脳のエネルギー源」とも呼ばれます。
また骨格筋内でも、速筋（解糖系）で生じた乳酸が遅筋（酸化系）のミトコンドリアに取り込まれて燃焼することで、筋内でのエネルギー再配分が行われています¹⁾。
このように乳酸は全身的および細胞内的なエネルギー分配ネットワークを形成しており、たとえ一部の組織で過剰に産生されても、他の需要部位で有効活用される仕組みが備わっているのです。
糖新生の前駆体としての乳酸⁸⁾
肝臓や腎臓において、乳酸は糖新生の主要な素材となります。激しい運動で生じた乳酸の一部（ヒトでは20%前後）はコリ回路を経て肝臓でグルコースに再合成され、運動後の血糖維持や筋グリコーゲン回復を助けることが古くから知られています。例えばマラソン後に肝グリコーゲンが減少する一方、筋グリコーゲンが部分的に回復するのは、乳酸由来の糖新生と再貯蔵によるものです。
最も長時間のハードな運動では乳酸の多くが燃料として即座に酸化されてしまうため、糖新生に回せる割合は限られます。
そのため完全なグリコーゲン補充には食事からの炭水化物摂取が不可欠ですが、乳酸は「運動中は燃料、運動後は血糖源」として二段構えでエネルギー代謝に寄与しているといえます。
酸塩基平衡への寄与（緩衝作用）
従来は「乳酸=強酸」とみなされてきましたが、乳酸生成そのものは水素イオンの発生要因ではなく、むしろ筋細胞の酸過剰を抑える方向に作用します⁹⁾ 。
乳酸イオン（陰イオン）は生成時にH⁺と対をなして細胞質から血中へ排出されます。このとき乳酸陰イオンはプロトンの“運び屋”として働き、筋細胞内に蓄積しつつあるH⁺を筋外に緩衝移送する役割を担います。具体的には筋細胞膜上の一価陰イオン輸送体（MCT = モノカルボン酸トランスポーター）によって、乳酸とH⁺が1:1で共輸送されるためです。
運動中に血中乳酸濃度が上昇すると同時に血液の重炭酸緩衝系が働いてpHが大きく乱れないのは、乳酸が陰イオンとしてH⁺を結合し運搬することで、局所的な酸蓄積を全身へ拡散・緩和している側面もあります。
さらに、乳酸は高カリウム環境下での筋収縮力低下を防ぐ作用も報告されています¹²⁾。
激しい運動では活動筋からK⁺が漏出して細胞外K⁺濃度が上昇し、筋線維の興奮伝導が低下して収縮力が落ちる一因になります。しかし乳酸イオンが存在すると筋細胞膜の興奮性が部分的に維持され、カリウムによる疲労（収縮不全）を緩和する効果があることが動物実験で示唆されています¹²⁾。
このように乳酸は、生化学的な緩衝役としても「疲労を引き起こすどころか、防止する働きさえある」と評価し直されています¹²⁾。
シグナル伝達・生理調節¹³⁾
近年、乳酸は単なる代謝中間体に留まらず、シグナリング分子（情報伝達物質）としても重要であることが分かってきました。乳酸そのものや乳酸に伴うH⁺の変化が受容体や転写因子に作用して、細胞の遺伝子発現や機能を調節する例が報告されています。例えば乳酸はGタンパク質共役受容体(GPR81, HCA1)のリガンドとして脂肪燃焼を抑制したり、血管新生や炎症調節に関与することが知られています。
また運動時に筋から放出された乳酸が脳に取り込まれると、交感神経系や呼吸調節のシグナルになる可能性も示唆されています。特にトレーニング科学の分野では、乳酸は適応誘導のトリガーとして注目されています。
つまり、繰り返し運動で乳酸に曝露されること自体が、筋細胞にミトコンドリアの新生や酸化酵素の発現増加を促し、持久力向上につながることが示唆されているのです。
実際、ブルックスらの研究によれば、定期的に高乳酸負荷の運動を行ったトレーニング群ではミトコンドリア量の増加やエネルギー代謝の柔軟性向上、認知機能の改善が観察されています¹³⁾。このような作用から、近年では乳酸は「ラクトホルモン（乳酸ホルモン）」とも呼ばれ、単なる代謝物を超えたホメオスタシス調節機能に注目が集まっています。
以上のように、乳酸はエネルギー供給源から環境緩衝、シグナル伝達まで多彩な役割を果たすことが判明しました。これは、「乳酸=筋肉の疲労毒」という旧来の見方とは全く対照的です。
20世紀には悪者扱いされていた乳酸ですが、21世紀の現在、その評価は「代謝の要役を担う不死鳥の如き分子）」¹⁾¹³⁾へと一変したのです 。
現代の科学的コンセンサスと最新知見
現在、運動生理学や医学の専門家の間では「乳酸は疲労物質ではない」という点でほぼ意見が一致しています。
むしろ乳酸は「生体内で常に産生・利用されている重要な代謝中間体」¹⁴⁾であり 、「激しい運動や病態で乳酸が増えるのは、ストレスによる有害な産物が蓄積しているのではなく、身体がエネルギー需給の乱れを補償し適応しようとしている兆候である」⁶⁾という解釈が主流です 。
例えば、重症患者では血中乳酸値の上昇が予後不良の指標とされますが、一部の医療者は「乳酸値はストレス（有害度）の指標ではなく、ストレイン（生体負荷への適応度）の指標と捉えるべきだ」と提唱しています¹⁴⁾。
実際、乳酸を補給して患者の代謝をサポートする治療も試みられており、敗血症など炎症性疾患での乳酸の有用性が研究されています¹⁴⁾。
スポーツ現場でも、乳酸生成を過度に恐れるよりも、如何に乳酸をエネルギー源やトレーニング刺激として活用するかが議論されるようになりました。例えば、高強度インターバルトレーニングでは意図的に乳酸負荷を繰り返し、身体を乳酸処理に適応させることでパフォーマンス向上を図ります。こうしたアプローチは、乳酸が「鍛えるべき対象」であって「忌避すべき老廃物」ではないことを物語っています。
学術的にも、21世紀に入り乳酸に関する総説論文やシンポジウムが相次ぎ、現在のコンセンサスがまとめられています。
2004年のL.B.グラッデンのレビュー「Lactate metabolism: a new paradigm for the third millennium」は、「20世紀の大半で乳酸は行き止まりの老廃物・疲労毒と見なされてきたが、1970年代以降パラダイムシフトが起こり、現在は乳酸シャトルの時代である」と述べています¹⁾。
同レビューは、「もはや乳酸を代謝の犯罪者扱いすることはできない。乳酸は細胞レベルから全身レベルまで代謝ネットワークの中心選手である」と結論づけています¹⁾。
また、乳酸研究の第一人者ジョージ・ブルックス教授は2018年にCell Metabolism誌の総説「The Science and Translation of Lactate Shuttle Theory」を発表し、「かつては嫌気的代謝の廃棄物と思われた乳酸が、常に（安静時でも）産生されており、主要なエネルギー源・糖新生前駆体・シグナル分子として働く」¹⁴⁾ことを詳述しています。
さらに2022年にはブルックスらによる「Lactate in Contemporary Biology: a phoenix risen（現代生物学に蘇る不死鳥＝乳酸）」という論文が発表され、「一世紀を経て今こそ乳酸代謝の理解を改める時である。乳酸シャトルは生体代謝の重要な構成要素であり、21世紀の生命科学において乳酸は再び重要性を増している」¹³⁾と宣言されています。
このように最新のレビュー論文でも、乳酸は従来の汚名を返上し、生体に不可欠な役割を担う分子として位置づけられているのです。
最後に強調すべきは、「乳酸＝疲労物質」という古典的図式が崩れ去ったからといって、「筋疲労の謎が全て解明した」わけではないという点です。
筋疲労のメカニズムは依然多因子的であり、無機リン酸の蓄積、カリウムイオン動態、カルシウム放出機構の変調、酸化ストレスや中枢性要因など様々な要素が関与します。
その中で乳酸は長らく誤解されてきた一因ではありましたが、現在では疲労の原因ではなく結果であり、むしろ身体を守る側面さえ持つと理解されます⁹⁾¹²⁾ 。
今後も乳酸に関する研究は、代謝回路の制御、スポーツパフォーマンスの向上、疾病からの回復促進など多方面で発展が期待されます。
かつて忌み嫌われた乳酸は、「疲労物質」という不名誉な烙印を押されてから一世紀を経て、ようやく本来の役割を認められつつあります。
最新の科学的コンセンサスは、その役割を正しく評価した上で、乳酸を「生体に有益な物質」⁷⁾として扱う時代へ移行しているのです。
引用・参考文献一覧
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