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Vo2AT およびVossubmax による長距離選手
Performanceの推定について
丸山 敦夫･美坂 幸治
(1983年10月15日 受理)
Prediction of Running Performance from Vo2AT ●
and Vo2submax in the Long Distance Runners
Atsuo Maruyama and Kouji Misaka
Ⅰ は じ め に すべての身体運動は,主に,糖質と脂質のエネルギー源を使って, TCA回路および電子伝達系 をもつ有酸素的代謝(aerobic metabolism)や ATP-CP 系および解糖系をもつ無酸素的代謝 (anaerobic metabolism)を経てATP.を産生し,筋の収縮を引き起こすことによって成立してい る｡この両代謝が運動強度に対してどのような割合で関与するかについては,つぎのように考えら れる｡すなわち,日常生活,体操,ジョギング等,最大運動強度の40-50%までの強度の身体運動 は,ほとんど有酸素的代謝に依存するが 50%を超えて,強度が高くなるにつれ,有酸素的代謝の 他に無酸素的代謝系が動員され,この両者からATPが供給される｡さらに100%以上の強度にな ると,そのほとんどが無酸素的代謝に依存する｡この有酸素的代謝を代表する生理学的パラメータ は酸素摂取量(Vo2)で,無酸素的代謝のそれは酸素負債量(02debt)である｡特に,酸素摂取量 の最大値は持久性評価や体力の指標として活用され,重要な生理学的パラメータである｡ この最大酸素摂取量(寸02max)は,持久性競技者16)24)26)では,一般人や他の競技者と比較して 著しく高く 70-80ml/kg-minを示している｡陸上競技の長距離種目の選手は高いVo2maxを 有し,さらにVo2max値と長距離走performance との間には密接な関連が認められている｡し かしながら,数多くの長距離選手のVo2maxが測定され,そのperformanceとの関連が検討され ている中で,一概に, Vo2maxからperformanceを推定することはできなくなっている｡すなわ ち Vo^maxがperformanceを決定づける唯一の生理学的パラメータではないことが指摘されて いる｡このように,鍛練度の高い長距離選手のperformanceに影響を与える身体的要因としては, 無酸素的能力4)20)38)走行時の酸素摂取水準の維持能力17)18)走行時の酸素摂取量の経済性･効 率5)10)有酸素的代謝から代謝性acidosis -の変移点での寸02で表される無酸素的閥値19)25)36) さらに走の技術1)23)などをあげることができる｡ 特に,走の経済性･効率および無酸素的闘値でのV02は, Vo2maxが量的能力を代表するのに
･ 占 玉 ■ n - い 小 川 型 ､ ･ -∴ ･ 1 ･ ′ -J ･ ･ ･ ∃ T 一 叫 日 . ︰ H I ｣ γ 54 Vo2ATおよびVo2submaxによる長距離選手performanceの推定について 対して,質的な能力を表し, performanceの優劣に大きく影響を与えていると考えられる｡つま り,走の経済性･琴率の良さは, Vo2maxが同水準である･が,同一スピードで走行している時の や02が低い者ほど,相対的な生体負担度が低いことを示している｡そして,無酸素的閥値は33)35)36) 疲労物質である乳酸の蓄積に伴う代謝性のacidosisの臨界値であり,この値が高い者ほど,走ス ピードが高くても有酸素的に走行することが可能であることを示している｡ 本研究は,この走の経済性･効率と無酸素的閥値におけるや02に注目し,長距離選手のperfor-manceをより客観的に評価しうる指標について検討した｡ Ⅱ 実 験 方 法 被験者は 5000m, 10kmおよび20kmの記録をもつ11名の鹿児島大学陸上競技部に所属して いる長距離選手で,毎日規則的に専門練習を実施している者である｡彼らの身体的特性は表1に示 したように,年齢,身重,および体重は,それぞれ平均21才, 168.8cmおよび58.5kgであり, 最大簡素摂取量(Vo2max)は67.3-76.3ml/kg*minの範囲にわたり,平均値および標準偏差 値は 71.-6土3.28ml/kgサminであった｡また 5000m, 10kmおよび20kmの記録は,それぞ れ15分40秒, 32分53秒および66分56秒であぅた｡
最大酸素摂取量(Vo2max)および無酸素的閥値の酸素摂取量(Vo2anaerobic threshold, Vo2 AT)を得るために,図1で示したように,被験者に斜度50のトレッドミルを用いて,速度漸増法 による走行を行わせ, exhaustion に至らせた｡そのトレッドミル速度は 53.3m/min で開始 し, 1分ごと.に16.7m/minずつ増加させた｡走の経済性･効率のV02を求めるために,一定速 度を負荷した｡この速度は, Costillら8',およびFarrellら10)の268m/minのレースペース を参考にし,斜度Ooのトレッドミルを267m/minで6分間走行させた｡この走行中の酸素摂取 ● 表 1. 被験者の身体特性, V02 maxおよびPerformanceについて SUBJAGE誓禁WEIGP kg汀vo ml/孟MAX g - N CO Tf lO ^ N OO C^min < M O } C N J サ ー l O サ -t O O C O C N ) ( N ! N h N W M C M W I M N O LO t^ ^D OO O LO O O CO O o ) i f l ^ f O -C O ( C N tD ^) (D N N (O S tC N ^C 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5000m 10km PERFORMANCE mm sec 20km ^ -i TF in o co co o eo oo oo m o i M O i ^ s N i o i O o o H S (D N ^ N (D (O N t^ (D N 15'10" 31'24" 14'56" 31'19" 14'52" 31'36" 15'42" 32'46" 15'57" 33'40" 15'56" 33'58" 16'32" 37'30" 15'15" 31'30" 14'38" 31'00" 15'43" 32'52" 16'20" 34'05" 65'01" 62'57" 66'00" 66'45" 69'34" 68'34" 70'02" 65'21" 63'00" 67* 20" 71'37" 15'40" 32'53" 41"7 1'48"5 66'56" 2'41"5
# * 丸山 敦夫･美坂 幸治 〔研究紀要 第34巻〕 55 Treadmill Running u i u i / u i p a a d s I I I I I I I⊥ 0 2 4 6 8 10 12 14 time min 図 1 最大運動および最大下運動の負荷法について submaximal ● exercise
267m/min(0%)
v
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^蝣
^s 0 2 4 6 time mm 塞(Vo2 267)は走行開始の1分目から6分目のV02を1分間値に平均して求めた｡無酸素的聞値 の酸素摂取量(Vo2AT)は,図2にみられるように,肺換気量(VESTPD 1/min),二酸化炭素排推量 (vco2ml/min),呼吸交換比(R), V02に対するVE(VE/Vo2)およびVc02に対するVE(VE/VCO2) の各gas exchange parameterからAT出現時間を決定した｡特に, VE/VC02が上昇しない状 態でしかもVE/V02が上昇する時点を重視した｡このAT出現時間を,ガを時間(mm)とし,yを体重当りのす02(ml/kg min)としたy-Ax+Bの回帰式に代入してVo,ATを求めた.
'洞白数(HR), Vo2および各gas exchange parameterは,最大走行運動および一定の最大下 走行運動申すべて連続して測定した｡ HRはECG法によるR頼波を1分ごとに数えた Vo,お よび各gas exchange parameterは, aerobic processer (日本電機三栄社製)のrespiratory
56 Vo2ATおよびVo2submaxによる長距離選手performanceの推定について metabolic analyzerを使用した｡このanalyzerの較 正は従来のDauglas'bag法によって行った Vo.は, v-0. 999x+2. 75 (x: Douglas'bag法, v: analyzer), Se-1.58ml/kg-min, r-0.995となり, VEは,y-0.999∬+1.63, Se-1.391/min STPD, γ-0.999と いう回帰式,標準誤差および相関係数が得られ,この analyzerは測定に際し,信頼できる値を得ることが できると考えられる｡
Ⅲ 結果および考察
● 1 Vo2max 持久性評価の指横として生理学的に最も信頼されて いるVo2maxは,体重当りで見ても平均71.6土3.28 ml/kg*min となり,持久性競技者のす02max同様 に高い値を示した｡本研究の被験者のVo2max牢よ ぴ5000m performance (15分40秒土41秒7)は, 長距離選手を対象とした山崎および青木38), Tanaka ら32)丸山および美坂21'の報告とは峰同水準セあった｡ Costillら9)ち, 3マイルの平均記録が13分18秒 m相当13分47秒)となる一流長距節選手のVo2max は,平均で77.4士3.69ml/kgサminと非常に高い値を Treadmil 000 4 O z 0 3 A 出 S-A/凹A N o U > ＼ k】 ･> 2 6 ● ● 1 0 0 0 0 4 3 2 ● ● ● ●巨ト
L _ ｢ 1 I 1 J -｢ ト ト l ト ● ● AT 10 time mm 図 Anaerobic thresholdの決定方法 持っていることを報告している｡ また,このような長距離選手の筋線維タイプは70%以上がslow twitch点berで占められてい ると言われ,このslow twitch丘ber(%ST)はミトコンドリア量,コハク酸脱水素酵素量,毛細 血管の密度など,酸素を摂取するのに非常に有益な基質を豊富にもっている Ivy ら12'は Vo, maxが38.3-70.9ml/kg-minの20名の被験者を用いて Vo2max-%ST, vo2max一筋の呼 吸能力および% ST一筋の呼吸能力の関係を調べたところ,それぞれに0.1%水準で,有意な相関 を得ている｡またVo2maxを制限する因子として %STや筋の呼吸能力をあげており,筋自体 の酸化能力がVo2maxに大きく影響していることを示唆している｡本研究では, Vo2max-perfor-manceの関係は, Foster ら11)やFarrellら10)と異なり,有意な相関が得られなかった(図3) が,これは被験者群のVo2maxの範囲が67,3-76.3ml/kg-min と比較的狭かったからであろ う3)5)38)0丸山 敦夫･美坂 幸治 7 66 ( U I U I ) ∈ q O N ( u ( u i i u ) a o u -j o j j a j u i o o o s ● ● ● ● 叶 1 . -｣ 叶 t J 15 ● y--5.667x+ 1359.8 Se=33.13 r--0.538 ns 〔研究紀要 第34巻〕 57 ■ y--17.7x 5350.9 Se=165.9 r--0.370 ns ■ y--19.Ox+3402.8 Se=96.8 r--0.590 ns O o 0 0 ●● (uiunuqoi inococo lI111I 65 70 75 ●
Vo2 max(ml/kg min) ● 図 Vo2max と Performanceの関係について 2 す0,267および%Vo,267● 267m/minの一定速度で走行した時の平均Vo2(Vo2 267)は表2のように平均50.0土3.3lml/ kg mm となり,その範囲は44.8-54.4ml/kg minに亘った｡ Vo2maxに対する Vo2267の割 表 2. 各被験者のVo2267,Vo2AT,%Vo2267および%ATについて ●●● CTTRTVO226 sUBJ>ml/孟ml/min g minmlプ呈2AT%Vo2267%AT g - min%% c q w ^ i n -< o n in oo H CO ^ (N m co a> iO Tf ● ● ● ● ● ● ● ● OO Tf H H CO ^ N N OJ lfi Tr x F T F L n m i n T p m m T i < T f ォ m O H N l/J TC ^ ^ ffi lN H N ● ● ● ● ● ● ● ● ● L O C ｣ > 0 0 0 0 0 0 0 m < D * O t ^ < N L n m L o i n m ^ t 4 T } < m L O T j < L O n o iD OO fO Tf oo o fo w co ● ● ● ● ● ● ● ● ● Tf m O CO rH OO t^ O LO ^ C.D t O ^ N N N ^ O N N ^ D < O N o c^ f-1 OO TP O oo o^ c^ m o ● ● ● ● ● ● ● ● N H H W N N N i n m O O C C N OO OO NMD N Ui N N <r) N
● 58 Vo2ATおよびVo2submaxによる長距離選手performanceの推定について 70 c o c o ( i n a i ) U I 3 J O 5 C -c o L O i -I t -I 1 -I ( U I U I ) 8 3 U B U I J ｡ J J 8 J l " 0 0 0 9
l︼
65 70 75 (UIUI)UDjOI cDl-OO^COCO T⊥iVo2 267m/min/Vo2 max {%)
図 %Vo2 267と Performance との関係について 令(%寸02 267)は,平均69.9士4.42%であった｡ Costillら8), Farrellら10)および Bransford およびHowley2)の268ml/minのV02は,それぞれ51.2, 50.2および50.8ml/kgサminとなっ ており,本研究の値とほぼ同じ値を示した｡ Scheenら27)は, 6段階の一定負荷で20分間運動させ, ほぼ連続的に乳酸を測定しているが Vo2maxの71%強度での一定運動は V02が一定であるの に対し,血中乳酸が著しく上昇していた｡この乳酸値は63%の運動での乳酸上昇より1.5倍以上 大きいことを指摘している｡本研究の6分間の%Vo, 267が71%以上を示した被験者が, No. 5. 7および11の3名おり,これらの被験者は鍛練者であるが,走行中に乳酸蓄積の可能性が大きく, performanceにも大きく影響していると考えられる｡
Vo2 267-performanceの関係は, ConleyおよびKrauhenbuhl5 の報告と異なり, 5000m, 10km および20km とも有意な相的が得られなかった｡しかしながら, %寸02 267-performance の関 係は図4に示したように, 3種目とも1%水準で有意な相関を認めた｡走の経済性や効率を評価す る際に, Vo,267の絶対値と%Vo2267の相対値はほとんど変わらないとされているが,本研究の 結果Vo2max の範囲が狭い場合,絶対値だけでなく,相対値でも検討することが必要である｡こ ● のことは,ある走スピードに対する経済性のよさを表わすものであり,最大下走行時のVo2相対 値のperformanceへの影響についても考慮すべきであるといえよう｡ 3 Vo2ATおよび%AT
丸山 敦夫･美坂 幸治 〔研究紀要 第34巻〕 59
謝に無酸素的代謝が加わり,後者の産物である乳酸の増加によって,筋申および血中のpH, HCO3 などが低下し,酸性に憤く(代謝性acidosis)変移点でのV02で表されている30)33) この Vo2 ATは,表2で示されたように平均で52.8土4.33ml/kg-minであり, %ATは 73.8士4.58%とな った｡ Tanakaら32)は27名の,申,長距離選手を対象にトレッドミルを用いて, distance perfor-mance, vo2 AT, vo2maxについて検討しているが, 3マイルのperformanceが平均14分50 秒2 (5000m15分22秒)をもつ選手群のVo2maxが70.1土5.9ml/kgサminで,そのVo2 ATが 52.8土7.9ml/kg*minであり % AT は 75.6土7.9%であったという｡このVo2ATの値は, 本研究のものと一致し, %ATは,わずかに高い値である｡また, Withers ら37)も長距離選手を 対象にVo, ATおよび%ATをみており, 52.7士6.2ml/kgサmin および77.3土2.6%という値
を示した｡本研究のVo, ATおよび%AT値はほぼ妥当な値であると考えられる｡
Vo, ATは高度に鍛練された選手ほど高いと言われている24)36)が,一流選手を対象としたや02 ATをみると, Rusko ら25)は女子のクロスカントリースキ-ヤーをbicycle ergometerで測定し, Vo2maxが47.3ml/kg-min, vo2 ATが40.9ml/kgサminであり %ATは86%という高い 値であったと報告している.また MickelsonおよびHagernenn22)は25名のエリートボート選 手を対象にrow ergometerを用いて, Vo2 ATを測定し,絶対値で4.771/min (weight 89.85 kg), %ATが83.5%であった｡垣接 Vo2 ATを測定した報告ではないが, Costillら7)の報告に ょると, 2時間8分33秒の記録をもつマラソン元世界最高記録保持者のクレ●ィトンのVo2maxは 69.3ml/kg mmでしかないが,マラソン時平均スピ-ドで, 30分間トレッドミルを走らせ,寸02 を測定したところ, Vo2max の86%にも相当する値でマラソンを走破していることを指摘してい る｡マラソン時の血中乳酸値が低いこ と6)から,この86%Vo2max は無酸素 的閉値に相当する負荷であろうと考えら れる｡これらのことから,一流選手では 80%以上の %AT を必要とすると考え られる｡ 次に,このATと,筋自体の特性や筋 の酸化能力との関係について検討する｡
Ⅰvy ら13)は, Vo2max, lactate
thresh-old (LT), %ST および筋の呼吸能力 について,これらの相互関係を考察して いる｡それによると, %ST-vo2maxの 相関は0.62で %ST-LTは0.74とな り, %STとの結びつきはLTが高い｡ さらに,筋の呼吸能力-Vo2maxは0.83 s m W Z UIUI.9DU吋UUOJJ8JUIOOOS 17 16 y--6.66X十1303.1 Se=22.94 r--0.812 P<0.01 '--24.69X +5388.3 Se-133.81 ･0.663 P<0.05 45 50 55 60 Vo2 AT (ml′/kg'min) 図 5 Vo2AT と Performanceの関係について
60 Vo2ATおよびVo2submaxによる長距離選手performanceの推定について 表 3. 各指数とPerformanceの相関係数について P e rfo rm a n c e In d ex 5 00 0 m 10 k m 2 0 k m ● V o 2 in ax ● - 0 .5 4 0 0 .5 90 - 0 . 37 0 V o 2 26 7m / m in 0 .3 70 0 .3 34 0 .5 15 ● V o 2 A T - 0 .8 1 2 * * - 0 .82 1 * * - 0 .66 3 * ● ● V o 226 7// V o 2m a x 0 .7 5 4 : 0 .76 5 : 0 . 77 6 * * ● ● V o 2A T / V 0 2m a x ● - 0 .6 4 5 * 一 0 .62 5 * - 0 .57 6 ● V O 22 67 / V O 2A T 0 . 89 6 : 0 .90 8 : 0 .86 2 : * p<0.05 ** p<0.01 *** p<0.001 で,筋の呼吸能カーLTは0.94となり, 筋の呼吸能力もLTの方が密接な関係の あることを示している｡これは, STの 筋線椎に含まれているミトコンドリア量 が筋の酸化能力を高め,運動強度が高く なっても筋申乳酸の蓄積を遅らせ,循環 血中への乳酸の放出,血液内蓄積等に関 し重要な要因となることを示唆している｡ vo2AT,および %AT と perfor-mance との関係をみると,表3でもわ かるようにVo,AT-performance の関 係は,図5のように5000m, 10kmお よび20kmで,それぞれ, -0.812, -0.821および-0.663と,ともに有意 な相関が認められた｡ %AT-perfor-manceは5000mおよび10kmで,それ .｣ 70 ≡ ヽ J ≡ 出 宍65 ｣ S J 3 2 uiuOaou吋UIJ｡JJ9J E000.9 90 100 110 120 や｡ 2 267m/min/寸02 AT ( u ! E i " X O I c o c D
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80 ● 図 6 Vo2 267/Vo2ATとPerformanceの 関係について ぞれ-0.645および-0.625の有意な相関が認められたが, 20kmでは,有意な相関は認められなか った｡ Vo2 AT-performanceの関係について, Tanakaら32'は, 3マイルの記録との関係で, -0.869 という高い有意な相関を得ている｡ Farrellら10'も Vo, AT-4種目の長距離走のperformance の相関がVo2max-performanceの相関より高い値を示している TanakaらおよびFarrellら のVo2 AT-performanceの相関係数が本研究より高いのは Vo2 ATの範囲が広いためであると 考えられる｡丸山 敦夫･美坂 幸治 〔研究紀要 第34巻〕 61
Sjodm とJacobs29)およびJacobs14)はマラソン時の走行速度をOBLA(LA4mmole//)の走 行速度を100%にした時の割合で表しているが,本研究ではこの方法を参考に,有酸素的代謝に無酸
素的代謝が加わるanaerobic thresholdのVo2(Vo2 AT)を100%とし,そして,競技のペースに相 当する267m/minで走行する時のVo2(Vo2 267)の割合(Vo2267/Vo2 AT)とperformanceの 関係をみた｡図6に示されたように 5000m, 10kmおよび20kmで, γ-0.896, 0.908および 0.862という0.1%水準で有意に高い相関が認められ Vo, AT-performance関係より密接な関連 がみられた｡ Jacobs ら15)は,持久性運動能力の指標としての血中乳酸値について検討している｡ここでは OBLAの仕事量が高いほど,運動時のexhaustion時間が長く,また 200Wの運動を6分間行な った時の血中乳酸値が低いほど, exhaustion時間の長いことを指摘している｡彼らは, exhaustion 時間でperformance を表したが,本研究で示されたように Vo2 267が低いこと Vo2ATが高 いことが, performanceが良くなることを裏付けていると考えられる｡また, Stegmann および Kmdermann31)は, 4mmole/Jの血中乳酸値で決めたAT強度(OBLA)と固有ATの強度(ほ ぼ同じ概念)で,長時間の運動を行わせた結果, 4mmole/JのAT強度は14.4分でexhaustion に達したが,固有のAT強度は50分間の運動を完結することができたことを指摘し, Simon ら28) も同様の結果を報告している｡この4mmole/J値の強度は既に乳酸が蓄積した状態を示しており, %OBLAは%ATよりかなり高い強度を示していると思われる｡ 我々のVo, AT決定はWassermann33)34)の方法に従って決定したが,この値はほぼ2mmole/∫ に近い値であり,この2mmole/JのLAは有酸素的代謝領域に近く,乳酸の急な上昇開始点とも ほぼ一致していると思われる｡ このようにVo2AT を100%としてみると,その最大下運動が, 身体にとってどのような負担になるか,その程度を把握することができる｡すなわちVo2267/Vo2 ATが100%を越える場合,その選手は無酸素的代謝領域で走行しており,持久性には不利である ことを表し, 70-80%の値で走行する選手はその競技レースの絶対スピードが,相対的に低いこと を表している｡以上のことから,この値は,競技のperformanceを推定するのにたいへんよい客 観的指標になるものと考えられる｡ Ⅳ 結 請 本研究は,長距離選手のperformanceを客観的に評価しう･る生理学的指標について, Vo2max, vo, AT, %AT, Vo2 267, %Vo2 267, Vo2 267/Vo2 AT等の指数を用いて検討した｡
(1) 5000m, 10kmおよび20kmのperformanceが平均15分40秒, 32分53秒,および 66分56秒をもつ11名の長距離選手のVo2max は,平均71.6土3.28ml/kgォmin であった｡ そのVo2max とperformance との相関は, 3種目とも有意な差がなかった｡
(2) vo2267および%Vo2267は平均で50.0土3.3iml/kg-minおよび69.9土4.42%であり, vo2 267-performanceの関係は, 3種目とも有意な差が認められなかったが, %Vo2 267-per
for-62
●
Vo2ATおよびVo｡submaxによる長距離選手performanceの推定について
manceの関係は, 3種目とも1%水準で有意な相関が認められた｡
(3) vo2AT および%ATは,平均52.8士4.33ml/kgサmin および73.8士4.58%であり, Vo2 AT-performanceとの関係は, 3種目とも1 %水準で有意な相関がみられた｡ %AT-perfor-manceの関係は5000mおよび10kmの2種目に5%水準で有意な相関が得られた｡ (4) Vo2ATを100%とした時のVo, 267 の割合でみた指数と performance との関係をみ たところ, 3種目とも0.1%水準で有意な相関が得られた｡いくつかの指数の中で Vo,267/Vo2 ATの値が,最も performance と密接な関係が得られ,この指数は, Vo2max がほぼ同水準に ある長距離選手のperformanceをより客観的に評価するのによい指標となると考えられる｡ 終稿にあたり,本実験に協力してくれた四元清路学士,有薗公博学士,並びに被験者の各位に,厚く御礼申し 上げたい｡ なお,本研究の要旨は,昭和58年,第32回九州体育学会に発表した｡ 参 考 文 献
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