暑熱環境下における持久的パフォーマンスに及ぼす Crashed ice 摂取の影響 [ PDF

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(1)暑熱環境下における持久的パフォーマンスに及ぼす Crashed ice 摂取の影響キーワード：運動前冷却，水分補給，直腸温，冷水，運動人間環境学府行動システム専攻健康行動学コース 2HE12037Y 内藤貴司背景. の知る限りこの 1 編しかない．. 過度な体温上昇は，運動パフォーマンスの低下を引き. 一方，暑熱環境下における運動中の暑熱障害や運動パ. 起こす．その機序の詳細は不明であるが，暑熱環境下に. フォーマンスの低下および脱水の予防のために，運動中. おける持久的パフォーマンスの低下は，危機的限界温度. の水分補給に関しても多くの研究が行われてきた．. に達することが原因のひとつであると考えられている．. Mundel et al.4)は，運動中の 4℃の飲料摂取は 19℃のそ. Gonzalez-Alonso et al.1)は，運動開始時の深部温が異な. れと比較して，運動開始 30 分後から直腸温を 0.25℃低. るにもかかわらず，運動終了時の深部温は同様であった. 下させ，疲労困憊に至るまでのサイクリング時間を 11％. と報告した．暑熱環境下において運動を継続的に実施す. 延長させたと報告している．また，Lee et al.5)は運動前. ると，深部温が危機的限界温度まで上昇し，運動パフォ. および運動中の４℃の水の摂取は，37℃の水の摂取時に. ーマンスの低下や疲労困憊を引き起こす．そのため，深. 比べ運動開始時の直腸温を 0.5℃低下させ，疲労困憊に. 部温上昇の抑制の方略が多く示されてきた．一般的な方. 至るまでのサイクリング運動を 11.8 分間延長させるこ. 法は，運動前冷却と水分補給である．. とを報告した．しかしながら，運動中の水分補給は冷水，. 運動前冷却の基本的な方略は，運動前に深部体温を低. 水道水もしくは温水の比較しかみられず，Crashed ice. 下させることにある．それによって危機的限界温度に達. を用いた研究は認められない．また，Crashed ice と冷. するまでの時間を延長し，疲労困憊に至るまでの時間や，. 水を同時に比較検討した研究は運動前冷却においても認. ランニングやサイクリング距離と時間を延長させること. められない．以上のことから，暑熱環境下における持久. が示されている．運動前冷却の介入様式は，体外冷却と. 的パフォーマンスを改善するより実践的な方略として，. 体内冷却の 2 つに分けられる．. 運動前および運動中の両方における Crashed ice 摂取は. その中でも体内冷却の研究は Siegel et al.2)が，水と結. 冷水以上に冷却効果が得られるのではないかと考えられ. 晶化した水性の氷の懸濁液（solution）である Ice slurry. る．. を運動前に摂取すると，冷水摂取の場合と比較して運動. . 開始時の直腸温を 0.66±0.14℃低下させ，疲労困憊まで. 目的 . のランニング時間を 19±6％延長させたと報告している．. 本研究の目的は，運動前と運動中の Crashed ice 摂取. しかし，Ice slurry の作製には専用の作製器が必要であ. の併用が冷水以上に暑熱環境での持久的パフォーマンス. り，その作製器の電源の確保，Ice slurry の運搬の問題. の低下の抑制に効果的であるかどうかを検討することで. も指摘されている．そのため，Ice slurry により近い砕. あった． . かれた氷（Crashed ice）の方がより簡易的に作成できるため実践的な方略ではないかとも考えられる．Ihsan et al.3)は運動前に. Crashed ice を摂取した場合，水道水摂. 方法 1)被験者 . 取と比較して運動前の胃腸内温度を 1.1℃低下させ，. 被験者は，健常男性 9 名[年齢; 23 ± 4 歳, 身長; 172.2 ±. 40km サイクリングのタイムトライアル時間を 6.5％短. 5.0 cm, 体重; 64.0 ± 9.6 kg, 最大酸素摂取量(VO2max);. 縮させることを報告した．この研究で用いられた水道水. 47.7 ± 8.7 ml/kg/min]であった．彼らには本研究の目的，. の温度は 26℃であった．したがって，彼らの研究結果は，. 方法，危険性等を説明し，被験者全員から実験に参加す. Crashed ice の影響ではなく単に摂取した飲料の温度の. ることに同意を得た．本研究は，九州大学大学院人間環. 違いによるものかもしれない．そのため，さらに低い温. 境学研究院健康・スポーツ科学講座の倫理委員会の承認. 度の飲料水を摂取した場合に比べても，Crashed ice の. を得た．. 運動前冷却が有効であるかどうか不明である．いずれにしろ，運動前の Crashed ice 摂取に関する研究は著者ら. ●.

(2) 2) 実験手順 i) 最大酸素摂取量の測定本実験に先立ち，自転車エルゴメーターを用いて漸増負荷試験法により最大酸素摂取量の測定を行った（Fig, ●. ●. 1.）．VO2max の達成基準（クライテリア）は，VO2 が（1）レベリングオフに達する，（2）心拍数が最大心拍数（220年齢）の 10％以内，（3）呼吸交換比が 1.05 以上とした．この内 2 つ以上，クライテリアに該当した時のみ ●. ●. VO2max を採用した．また，被験者個人毎のVO2max と ●. 運動強度の一次回帰直線を算出し，60%VO2max 強度お ●. Figure 2. 実験プロトコル. よび 80%VO2max 強度を求めた． Exhaustion�. iii) 測定項目. Room temperature: 25℃� Relative humidity: 50% �. 運動中の酸素摂取量は呼気マスクを着用し，運動開始 9 分〜14 分，24 分〜29 分と 39 分〜44 分に，5 分間採. 180�. 気した．心拍数は心電図テレメータシステムによって無. 150�. 60 rpm�. 120�. 温（Tarm），胸部温（Tchest），大腿温（Tthigh）は実験を通して，5 分毎にデータロガーに記録した．平均皮. 90 W�. 0 min�. 線送信し，30 秒毎に記録した．直腸温（Tre）及び上腕. −. −. 膚温（Tsk）および平均体温（Tb）は，3 点の表皮温や 3�. 6�. 9�. 12�. Respiratory gas and Heart rate�. 直腸温から算出した．蓄熱量（heat storage）は，Heat storage = 0.965×m×△Tb/AD. Fig, 1. 最大酸素摂取量プロトコル. を用いて算出し，単位は W/m2 とした．. ii) 本実験 . iv) 統計処理. 本実験として，Crashed-ice trial（ICE 試行）と. 結果は，平均値±標準偏差で示した．酸素摂取量，心. Cold-water trial（WATER 試行）の 2 試行を，それぞ. 拍数，直腸温，上腕温，胸部温，大腿温，平均皮膚温，. れ別の日に実施し，ランダムな順に実施した．この 2 つ. 平均体温の変化は繰り返しのある 2 要因（飲料×時間）. の試行は，4 日以上の間隔を空けてその手順は同じにさ. 分散分析を用いて検討した．疲労困憊までの時間，蓄熱. れた．. 量，疲労困憊の生理学的指標の変化は繰り返しのある 1. 被験者は気象室（35℃，相対湿度 30％）に入室し，測. 要因（飲料）分散分析を用いた．また，有意水準は 5％. 定器具を装着した．彼らは 5 分間の安静後，家庭用のミ. 未満とした．. キサーで作成された Crashed ice（0.5℃）もしくは冷水結果 . （6℃）を 5 分間隔毎に体重 1 kg 当り 1.25 g ずつ摂取した．飲料摂取終了後，自転車エルゴメーター上で 5 分間. 1) 酸素摂取量および心拍数 . の安静をとり，その後 60%VO2max 強度での疲労困憊に. 酸素摂取量および心拍数，ICE 試行と WATER 試行間. 至るまでのサイクリング運動を開始した．彼らは 2 つの. に有意な差異は認められなかった．. 試行中，運動の 15 分目，30 分目，45 分目にも同様の飲. . 料を体重 1 kg 当り 2.0 g 摂取した．被験者が 60 分経過. 2) 疲労困憊に至るまでのサイクリング時間. しても疲労困憊に至らない場合，運動強度を. 2 試行における各被験者の疲労困憊に至るまでの時間. ●. 80%VO2max にあげ疲労困憊に至らせた．疲労困憊は，. を Fig, 3. に示した． 9 名のうち 8 名の被験者は， WATER. 60 rpm の回転数を 10 秒以上保てなくなったと場合とし. 試行に比べ ICE 試行においてサイクリング時間が長か. た（Fig, 2.）．. った．平均サイクリング時間は ICE 試行では 50.0±12.2. ●. 分， WATER 試行では 42.2±10.1 分であった（p<0.05）．.

(3) Tab, 1.各被験者の運動前と運動中の蓄熱量. 70�. Time to exhaustion (min)�. 60�. subjects�. 50�. 40�. 30�. 20�. 10�. 0�. Cold Water�. Crashed Ice�. Fig, 3. 2 試行の各被験者の疲労困憊に至るまでの時間 . Pre-exercise� WATER� ICE� (W/m2)� (W/m2)�. Post-exercise� WATER� ICE� (W/m2)� (W/m2)�. a�. 2.64 �. -11.13 �. 54.39 �. 59.96 �. b�. -4.15 �. -5.32 �. 80.31 �. 75.78 �. c�. -1.90 �. -10.51 �. 86.64 �. 86.61 �. d�. -8.39 �. -11.03 �. 55.38 �. 61.02 �. e�. -0.36 �. -8.08 �. 54.78 �. 69.11 �. f�. -2.53 �. -6.03 �. 64.83 �. 90.70 �. g�. -2.82 �. 0.25 �. 92.10 �. 83.14 �. h�. -3.12 �. -3.93 �. 45.77 �. 51.57 �. i�. 1.01 �. -12.74 �. 60.13 �. 77.78 �. Mean�. -2.18 �. -7.61 �. 66.04 �. 72.64 �. SD�. 3.18�. 4.21�. 15.39�. 12.58�. *. 3) 直腸温 2 試行における 9 名の被験者の平均直腸温を Fig, 4. に. 考察 . 示した．運動開始前の 35〜15 分まで ICE と WATER 試. Gonzalez-Alonso et al.は 1)，運動前の食道温を浸水に. 行において有意な差は認められなかった．しかし運動開. よる運動前冷却により 1.5℃低下させ，冷却を行わない. 始 10 分前から，Crashed ice 摂取は冷水摂取以上に直腸. 群と比較して疲労困憊までのサイクリング時間を 18 分. 温を低下させた（− 0.37±0.03℃ vs − 0.17±0.02℃）．. 延長させたことを報告している．運動前冷却後の蓄熱量. その結果，運動開始 10 分前より ICE 試行の直腸温は. 能の増加は，対照条件と比較して体温調節系の負荷を減. WATER 試行と比べ有意に低い値を示し，運動開始時に. 少させ代謝性産熱の貯蔵の増加を可能にする 1)．本研究. おいては 0.32±0.09℃低かった（p<0.05）．運動中に直. においても，このことを裏付けるものと思われる．. 腸温は上昇し続けたが，運動開始 30 分まで ICE 試行は. Crashed ice 摂取により直腸温及び平均体温を低下さ. WATER 試行よりも有意に低かった（p<0.05）．運動中. せ，冷水摂取以上に蓄熱量を低下させた．Crashed ice. の直腸温の上昇率は， ICE 試行: 0.23±0.07℃と WATER. 摂取によるサイクリング時間の増加及び危機的限界温度. 試行: 0.22±0.07℃で有意な差は認められなかった．疲労. 到達までの遅延は，冷水摂取と比較して蓄熱量能の増加. 困憊時の直腸温は，ICE 試行: 38.87±0.38℃と WATER. による可能性が示唆された．. 試行: 38.93±0.52℃でほぼ同じ値を示した．. 本研究における Crashed ice 摂取は，冷水摂取以上に運動開始時の直腸温を低下させると示した．Siegel et. * * * **. *. *. *. *. al.2)は常温環境下（24.4℃）において，運動開始前に体重 1 kg 当り 7.5 g の Ice slurry を摂取の影響を検討した．その結果，運動開始時の直腸温を 0.66℃低下させた．本研究における Crashed ice 摂取による運動開始時の直腸温の低下は 0.37℃であった．Ice slurry 摂取による Siegel et al.の研究と同量の Crashed ice 摂取にもかかわらず，直腸温の低下は小さかった．Siegel et al.6)は別の研究において，暑熱環境下（34℃）における同量の Ice slurry の摂取により運動開始時の直腸温を 0.43℃低下させた．本研究の摂取環境は暑熱環境下（35℃）であっ. Fig, 4. 2 試行の各被験者の直腸温. たため，この直腸温低下の度合いの差は，摂取環境の温度の差によるものかもしれない．また，Crashed ice は. 4) 蓄熱量. Ice slurry と同様に懸濁液であるが，Siegel et al.が使用. Tab, 1.に，2 試行における各被験者の運動開始時と運. した Ice slurry の温度は− 1℃であり，本研究で用いた. 動終了後の蓄熱量を示した．運動開始時の ICE 試行の蓄. Crashed ice（0.5℃）よりも低温であった．したがって，. 熱量は，WATER 試行よりも有意に減少した．疲労困憊. 飲料温度の差も影響している可能性もあろう．. 時の蓄熱量は，条件間で有意な差異は認められなかった．. 運動中の直腸温の上昇率は，ICE 試行と WATER 試行で有意な差が認められなかった．この結果は，運動前冷.

(4) 却に加えて運動中の冷水摂取による冷却介入を実施し，. 比べて低い直腸温の値は，有酸素性の体力レベルが関係. 運動中の直腸温の上昇率の変化を観測しなかった Lee et. しているかもしれない．本研究において用いた被験者の. al.5)の研究結果と同様であった．一方，Mundel. al.4). VO2max は 47.7 ml/kg/min であり，先行研究においては. は，暑熱環境下（33.9℃）での運動中の 4℃の水の摂取. 有酸素性体力がないものに分類され，また本研究におい. は，19℃の水と比較して運動開始 20 分以降に有意に直. て条件間で有意な差異はなかったため，危機的限界温度. 腸温を低下させた，と報告している．加えて，Mundel et. に達していた可能性も考えられる．. al.4)の研究において，被験者は運動中に摂取した．この摂取量は，Lee et. al.5)の. et. ●. 4℃の水を 1.3 L. 600 ml や本研究. 結論 . の 383 ml よりも多い．運動中の水分補給量は，発汗量. 本研究において，運動前の Crashed ice 摂取は冷水摂. と同等が望ましいとされているが，本研究の発汗量は，. 取以上に持久的パフォーマンスを向上させた．一方で，. 水分摂取量以上の量である．したがって，運動中の直腸. 運動中の Crashed ice の摂取は冷水摂取と直腸温の上昇. 温の上昇率は飲料の温度に加えて，摂取する量において. 度合いに有意な差はなかった．したがって，運動中では. も影響されるかもしれない．運動中は多くの熱が産熱さ. なく運動前の摂取によって直腸温の大きな低下をもたら. れるため，運動中の水分補給量を増加させる必要がある. し，それが熱貯蔵能を大きくし，危機的限界温度に達す. かもしれない．Hasegawa et al.7)は，運動前冷却に加え. る時間を延長させた，と考えられる．Crashed ice はミ. て運動中の発汗量分の 14〜16℃の水分摂取は，水分摂取. キサー等で簡単に作成でき，競技会や練習において実践. ●. を行わない群と比較して，60％VO2max 強度の運動開始. 的な方略となることが示唆される．. 50 分後より有意に低い値を示すと報告している．本研究では，被験者の疲労困憊に至った時間と飲料摂取の時間. 主要引用文献 . （15 分間隔）の関係から，運動開始後 30 分までしか検. 1) Gonzalez-Alonso et al. (1999): Influence of body. 討を行うことができなかった．したがって，直腸温の上. temperature on the development of fatigue during. 昇率は運動の後半において低下していた可能性も考えら. prolonged exercise in the heat. J. Appl. Physiol. 86: 1032-1039.. れる．暑熱環境下における持久的パフォーマンスは危機的限界温度に達すると，パフォーマンスの低下及び終了を引き起こすと示されてきた．Gonzalez-Alonso et al.1)は， ●. 危機的限界温度に及ぼす影響に関して運動鍛錬者（V O2max:. 65.8 ml/kg/min）を被験者に用いた研究を行った．. 被験者は，暑熱環境下（40℃, 相対湿度 19％）において ●. 運動前に身体を冷却または加温し，暑熱環境下で 60％V O2max. 強度のサイクリング運動が遂行できなくなるま. 2) Siegel et al. (2010): Ice slurry ingestion increases core temperature capacity and running time in the heat. Med. Sci. Sports Exerc. 42: 717-725. 3) Ihsan et al. (2010): Beneficial effects of ice ingestion as a precooling strategy on 40-km cycling time-trial performance. Int. J. Sports Physiol. Perform. 5: 140-151. 4) Mundel et al. (2006): Drink temperature influences fluid intake and endurance capacity in men during exercise in a hot, dry environment. Exp. Physiol. 91: 925-933.. で行った．その結果，運動開始時の食道温は冷却や加温. 5) Lee et al. (2008): Cold drink ingestion improves exercise. の条件により異なったが，疲労困憊時の食道温はどの条. endurance capacity in the heat. Med. Sci. Sports Exerc.. 件下においても 40.1~40.2℃であった．本研究における. 40: 1637-1644.. ●. ICE 試行と WATER 試行の 60％VO2max 強度での疲労. 6) Siegel et al. (2012): Pre-cooling with ice slurry ingestion l. 困憊時の直腸温は，それぞれ 38.87℃と 38.93℃であっ. eads to similar run times to exhaustion in the heat as cold. た．Cheung and McLellan8)は，危機的限界温度に及ぼ. water immersion. J. Sports Sci. 30: 155-165.. す有酸素性の体力レベルの影響を比較検討した．被験者は，暑熱環境下（40℃, 相対湿度 30％）において 3.5 km/h の速度で疲労困憊まで歩行運動した．その結果，暑熱順化や脱水等の水和状態に関係なく有酸素性の体力のある ●. 被験者（VO2max > 55 ml/kg/min）は，有酸素性体力が ●. ないそれ（VO2max < 50 ml/kg/min）と比較して，疲労困憊時の直腸温は有意に高い値を示した（39.3 vs 38.7℃）．したがって，Gonzalez-Alonso et al.の研究と. 7) Hasegawa et al. (2006): Combined effects of pre-cooling and water ingestion on thermoregulation and physical capacity during exercise in a hot environment. J. Sports Sci. 24: 3-9. 8) Cheung and McLellan (1998): Heat acclimation, aerobic fitness, and hydration effects on tolerance during uncompensable heat stress. J. Appl. Physiol. 84: 1731-1739..

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