低酸素および高酸素環境下におけるカヤックパドリング時のパフォーマンスと生理応答

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(1)異なる酸素濃度環境がカヤックパドリングに及ぼす影響. 167. 実践研究. 低酸素および高酸素環境下におけるカヤックパドリング時のパフォーマンスと生理応答一箭フェルナンドヒロシ *，中村夏実 **，山本正嘉 ***. Physiological Responses and Exercise Performance During Kayak Paddling Under Hypoxia and Hyperoxia. Fernando Hiroshi Ichiya*，Natsumi Nakamura**，Masayoshi Yamamoto***. 要約本研究では，通常酸素条件（酸素濃度 20.9 ％），低酸素条件（同 16.4 ％）および高酸素条件（同 30.0 ％）において，カヤックパドリング運動を行った際のパフォーマンスおよび生理応答に与える影響について検討することを目的とした．8 名のスプリントカヤック選手を対象に，カヤックエルゴメータを用いて多段階運動負荷試験を実施した．その結果，通常酸素条件と比較して低酸素条件では，最大運動時の運動強度（− 6 ％）および酸素摂取量（− 5 ％）が有意（P < 0.05）に低い値を示した．また，最大下運動時の同一運動強度における換気量および血中乳酸濃度は一部で高い値を示した．一方，通常酸素条件と比較して高酸素条件では，最大運動時の運動強度（+8 ％）および酸素摂取量（+9 ％）が有意（P < 0.05）に高い値を示した．また，最大下運動時の同一運動強度における血中乳酸濃度は一部で有意に低い値を示した．これらのことは，低酸素および高酸素条件でパドリング運動を行うと，通常酸素条件ではかけることのできない，生理的あるいは物理的な負荷をかけられることを意味している．したがって，通常酸素環境に加えて，低酸素および高酸素環境でトレーニングを行うことは，通常酸素環境のみでトレーニングを行う場合と比べて，. ＊＊. ＊＊. 鹿屋体育大学大学院. ＊＊＊. Graduate School of Education, National Institute of Fitness and Sports in Kanoya 〒 891-2393 鹿児島県鹿屋市白水町 1 番地 Shiromizu-cho, 1, Kanoya-City, Kagoshima, 891-2393, Japan. Center for Sports Training Research and Education, National Institute of Fitness and Sports in Kanoya 〒 891-2393 鹿児島県鹿屋市白水町 1 番地 Shiromizu-cho, 1, Kanoya-City, Kagoshima, 891-2393, Japan 受付日： 2010 年 7 月 17 日受諾日： 2011 年 5 月 17 日. 鹿屋体育大学海洋スポーツセンター Center for Water Sports and Sciences, National Institute of Fitness and Sports in Kanoya 〒 893-0054 鹿児島県鹿屋市高須町 2457 Takasu-cho, 2457, Kanoya-City, Kagoshima 893-0054, Japan. 鹿屋体育大学スポーツトレーニング教育研究センター.

(2) トレーニング科学 Vol.23 No.2, 2011. 168. より多様なトレーニング負荷を設定できる可能性があると考えられる．キーワード：低酸素，高酸素，カヤック競技，パドリング，酸素摂取量. Abstract The purpose of this study was to clarify the differences of physiological responses induced by exercise in hypoxia, normoxia, and hyperoxia. Eight sprint kayak paddlers performed incremental tests in hypoxia (16.4 ％), normoxia (20.9 ％), and hyperoxia (30.0 ％) on separated days. As a result, power output (6 ％, P < 0.05) , oxygen uptake (5 ％, P < 0.05) and oxygen saturation were significantly lower at maximal intensity in and hypoxia compared with normoxia. Ventilation volume and blood lactate were significantly higher at some submaximal stages in hypoxia compared with normoxia. In contrast, power output (8 ％, P < 0.05) and oxygen uptake (9 ％, P < 0.05) were significantly higher at maximal intensity in and blood lactate was significantly lower in hyperoxia compared with normoxia. These results indicate that paddling in hypoxia or hyperoxia may increase physical and physiological load compared to normoxia. It could be said that more various training loads can be imposed by adding training in hypoxia and hyperoxia. Key words : hypoxia, hyperoxia, kayak, paddling, oxygen uptake. Ⅰ．研究目的. によれば，低酸素環境下での最大運動時には，最大酸素摂取量や作業能力が低下することが報告されている 2,. 近年，安全性と簡便性に優れる常圧の低酸素室が開発され，これを用いた低酸素トレーニングが普及しつつあ 29). 16, 17, 19, 20, 22, 25). 4, 7,. ．また最大下運動時には，同一運動強度で. の換気量，心拍数，血中乳酸濃度，主観的運動強度が増. る．このシステムでは，高分子膜を用いて空気中の酸. 加するなど，生理的な負担度が高まることも報告されて. 素の一部を分離除去することによって低酸素ガスを作っ. いる 12, 17)．. ている．したがって，分離された高酸素ガスを利用すれ. 一方，高酸素環境下での最大運動時には，最大酸素摂. ば，常圧の高酸素室も作ることができ，これまではほと. 取量や作業能力が増加することが報告されている 1,. んど行われてこなかった高酸素トレーニングの実施も容. 11, 16, 17, 18, 25, 26). 易となった 30)．. の心拍数，換気量，血中乳酸濃度が低下するなど生理的. 低酸素室や高酸素室内でのトレーニングは，一般的には狭い室内でエルゴメータを用いて行わなければならな. 5, 6, 8,. ．また最大下運動時には，同一運動強度で. な負担度が低くなり，運動をより余裕を持って行えることも報告されている 11, 12, 17)．. い，という制約がある．しかしその反面，低地でのト. しかし，先行研究で用いられた運動は，自転車ペダリ. レーニングと並行させて，補助トレーニングのような位. ング 1, 5, 6, 11, 12, 17, 18, 23, 25, 26) やトレッドミル走 2, 4, 7, 8, 19, 25) と. 置づけで随時実施できることや，酸素濃度を自由に変え. いった，下肢を主働筋とする運動様式がほとんどであり，. られるというメリットもある 29,. 上肢を主働筋とする運動様式については未だに検討され. 30). ．このような方法は，. 自然の高地へ出かけ，そこに長期間滞在して行う高地ト. ていない．先行研究をみると，下肢主体の運動と上肢主. レーニングなどでは実施が難しく，人工環境室を利用し. 体の運動との間には，生理的応答にいくつかの違いがあ. たトレーニング特有の長所といえる．ところで，低酸素や高酸素環境下での運動時に，パ. ることが報告されている．たとえば，上肢の運動（アー・ムクランキング）時の Vo2max は，活動筋量が少ないた. フォーマンスや生理応答がどのような影響を受けるかに. めに，下肢中心の運動（自転車ペダリング）と比較して. ついては，古くから多くの研究が行われてきた．それら. 30 ∼ 40 ％も低くなる 27) こと，さらに，活動筋量が少な.

(3) 異なる酸素濃度環境がカヤックパドリングに及ぼす影響. 169. いことから筋緊張が高くなりやすく，そのため血流の制. するために，被験者には各環境条件下での運動時に酸素. 限及び酸素摂取量の制限が起こりやすいと指摘されてい. 濃度を知らせないようにするシングルブラインド法を用. る 13)．また同じ理由で，無酸素性エネルギーの貢献度が. いた．. 14). 高まることも指摘されている．したがって，低酸素や高酸素環境下で上肢を主働筋とするカヤックのパドリング運動を行った場合，従来の下. 2．多段階運動負荷試験運動は，カヤックエルゴメータ（Dansprint Pro，. 肢中心の運動を対象とした先行研究で得られた結果と比. Dansprint 社製）を用いたパドリング運動とし，各環境. べると，それぞれの環境から受ける影響の度合いが異な. 条件下で多段階運動負荷試験を実施した．. る可能性もある．. 本研究で使用したカヤックエルゴメータは空気抵抗式. そこで本研究では，通常酸素条件，低酸素条件および. であり，フライホイールに流入する気体の性質（気温及. 高酸素条件でパドリング運動を行った際のパフォーマン. び湿度）によって牽引の重さが変化する．したがって，. スおよび生理応答に与える影響について検討した．また，. 全てのテストでは，気温を 22 ℃，湿度を 50 ％に設定し，. その結果をもとに，それぞれの環境でトレーニングを行. エルゴメータの牽引の重さを揃えた（エルゴメータの. う際の特徴や可能性について考察することとした．. Drag resistance coefficient は 30 に設定した）．また，フットレストについては，被験者毎に毎回同じ位置に固. Ⅱ．研究方法. 定するようにした．被験者は，環境シミュレータ室に入室後，30 分間の安. A．被験者. 静曝露を行った．その後，任意の運動強度で 15 分間の. 被験者は，競技歴 4 年∼ 8 年の大学生男子カヌーカ. ウォーミングアップを行い，カヤックエルゴメータ上で. ヤック選手 8 名（年齢： 19 ± 1 歳，身長： 170.5 ±. 5 分間の座位安静を挟んだ後に多段階運動負荷試験を開. 2.8cm，体重： 69.3 ± 4.6kg）とした．なお，被験者の. 始した（図 1）．試験は，カヌーエルゴメータのディスプ. 所属する大学カヌー部は，全日本学生選手権や全日本選. レイに表示されるパワー出力によってコントロールし. 手権などの全国レベルの競技会において好成績を収めて. た．強度は 60W から開始し，各強度における運動時間. いる競技レベルの高いチームであった．. を 3 分間とし，1 分間の休息を挟んで 20W ずつ負荷を漸. すべての被験者には，本研究の目的と内容，測定に伴. 増させた．試験は指定されたパワー出力を 3 分間維持す. う危険性を説明し，研究の遂行中に身体の異常等を感じ. ることができなくなるまで継続した．また，ストローク. た場合には，いかなる場合でも自発的に中止できること. 頻度（以下「SR」と略す）は各被験者の自由設定とし. を理解させた上で行った．また緊急時の対応についても，. た．なお，本測定では，平均パワー出力が前ステージを. 所属機関の安全管理体制に従い，十分な注意をしながら. 下回った場合には，データ解析の対象から除外した．. 実施した．. 最大下運動時のデータを 3 条件で比較する際には，全ての被験者が共通して遂行できた運動強度（60W から. B．実験デザイン 1．環境条件と実施要件実験は，環境シミュレータ室（トレーニング環境シ. 1 2 0. 1 0 0. 3分. 入室. 酸素条件（同 16.4 ％，高度 2000m 相当；以下「L 条件」と略す），高酸素条件（同 30.0 ％；以下「H 条件」と略. 3分 3分. ミュレータ，エスペック社製）を用いて，常圧の通常酸素条件（酸素濃度 20.9 ％；以下「C 条件」と略す），低. 3分. 通常酸素（C）条件（酸素濃度20.9%）低酸素（L）条件（酸素濃度16.4%）高酸素（H）条件（酸素濃度30.0%）. 安静. W‐Up. 安静. 30分. 15分. 5分. 8 0. 6 0. W. W. W. W 1分. 1分. 1分. す）の 3 条件を設定した．3 条件の測定は，被験者毎に環境シミュレータ室内. ランダムな順序とし，6 日間以上の間隔をあけ，1 日のうちの同一時間帯に行った．なお，心理的な影響を軽減. 図1. 実験のプロトコル. オールアウトまで20Wずつ負荷を漸増.

(4) トレーニング科学 Vol.23 No.2, 2011. 170. 120W）を用いた．また，最大運動時のデータの比較に. 器（Vmax29c，Sensor Medics 社製）によって分析した. は，オールアウト時の値を用いた．なお，オールアウト. 後，ガス量は乾式ガスメータ（DC-5C，シナガワ社製）. の判定は酸素摂取量のプラトーが出現すること，呼吸交. によって定量した．各ステージの値は 1 分間の平均値と・して算出した．そして，最大運動時で得られた VO2 およ・・・び VE の最高値を VO2peak および VEpeak とした．. 換比が 1.1 以上であること，血中乳酸濃度が 10mmol/l 以上に達していること，主観的運動強度が 19 あるいは 20 であること，および年齢から推定される最大心拍数（最高心拍数，220 −年齢）にほぼ達していること，の 5 項目中で 2 項目以上に当てはまることを条件とした．. 4．心拍数，血中乳酸濃度，主観的運動強度心拍数（以下「HR」と略す）は，安静時から測定終了時まで，心拍計（Accurex Plus，Polar 社製）を用い. C．測定項目. て 1 秒毎に連続的に測定した．. 1．カヤックエルゴメータ運動におけるパフォーマンス. 血中乳酸濃度（以下「La」と略す）は，各ステップの. カヤックエルゴメータ運動におけるパワー出力（以下. 運動終了直後の休息中に指尖より採血し，簡易血中乳酸. PO と略す）や SR は，1 ストローク毎にカヌーエルゴ. 測定器（Lactate Pro，Arkray 社製）を用いて測定した．. メータのディスプレイに表示される値をビデオに録画. 主観的運動強度（以下「RPE」と略す）は，Borg3) の. し，連続して記録した．そして各ステージ最後の 1 分間. 主観的運動強度表 15) を用いて，各ステップの運動終了直. のデータのみを用い，平均値を算出して PO と SR を決. 後に記録した．. 定した．さらに，各ステージの PO を SR で除した値（1 ストローク当たりのパワー；以下「WPS」と略す）を算出した．. D．統計処理測定した値は，平均値±標準偏差で示した．統計処理. また，3 分間の運動を継続できたステージの PO を最. は，条件と PO をそれぞれ要因とした反復測定による二. とした．しかし，指定された運動強高運動強度（PO peak）. 元配置分散分析法を用いて行い，低酸素条件と通常酸素. 度を 3 分間持続できなかった場合，以下に示す坂本ら 21). 条件，および高酸素条件と通常酸素条件との間で差の検. の式を用いて POpeak を算出した．運動継続時間は，被験. 定を行った．その結果，各条件間に有意な差が認められ. 者が目標とする強度で運動を遂行できた時間を累積して. た場合には Tukey の多重比較により，その後の検定を. 算出した．. 行った．なお有意水準は 5 ％未満とした．. × PO peak =（最終ステージ終了強度−前ステップ強度） 180 秒/最終ステップ運動時間＋前ステージ終了強度. 2．動脈血酸素飽和度. Ⅲ．結果図 2 ∼図 4 は，C 条件および L 条件，H 条件の各種生理. 動脈血酸素飽和度（以下「SpO 2」と略す）は，パル. 応答について，最大下運動時および最大運動時の値を示. スオキシメーター（Pulsox-3si，Minolta 社製）を用い. したものである．なお，最大下運動時の値は，全ての被験. て，被験者の指尖に装着して測定した．そして，各ス. 者が 3 環境条件下で遂行できた値の最高値である 120W. テージの運動終了直後から 30 秒以内に得られた最低値を採用した．また，SpO 2 の相対的な関係については，. までのデータを示した．なお 120W とは，各環境下で測・定された VO2peak に対して，L 条件で 85 ± 5 ％，C 条件で. 各環境条件間での差を求め，Point（以下「P」と略す）. 80 ± 6 ％，H 条件で 76 ± 4 ％に相当する値であった．. で表した．. A．最大運動時 3．酸素摂取量と換気量・酸素摂取量（以下「V O 2」と略す）と換気量（以下・「VE」と略す）は，ダグラスバッグ法を用いて測定した．. C 条件との量的な比較で示したものである．PO peak は，. 呼気ガス中の酸素濃度，二酸化炭素濃度を呼気ガス分析. 156 ± 20W，C 条件では 167 ± 20W，H 条件では 181 ±. 表 1 は，各環境条件で最大運動時に得られたデータを. 被検者 8 名の平均値で算出したところ，L 条件では.

(5) †††. SpO（% ） 2. 100. †††. ††. †††. †††. 95 90. ＊＊＊＊＊＊. 85. ＊＊＊. H条件 C条件 L条件. 80 75. ＊＊＊＊＊＊. 0 0. 60. 80. 100. 120. All-out 140. PO（W）図 2 各環境条件下での運動時における動脈血酸素飽和度＊＊＊： P < 0.001（C 条件 vs L 条件） ††： P < 0.01，†††： P < 0.001（C 条件 vs H 条件）. HR（beats・・min −1） La（m ） mmol・l−1. 異なる酸素濃度環境がカヤックパドリングに及ぼす影響. 205 190 175 160 145 130 115 100 85 0. 171. H条件 C条件 L条件. † 40. 60. †. 80. 100. 12. ＊. 8. ＊. 4. †. 35 3.5 2.5. ＊. 1.5 0 40. 60. 0. 60. 80. 0. 60. 80. 80. 100. 120. All-out 140. 160. VE(l・m min −1). 120. All-out. 100. 120. All-out. 20 18 16 14 12 10 8 6 0. ＊＊. PO(W). 120 ＊. 80. 100. †. RP E. VO 2(l・min −1). H条件 C 条件 L条件. All-out. 16. 0. 4.5. 120. 20. 図 4 各環境条件下での運動時における心拍数，血中乳酸濃度，主観的運動強度. ＊＊. ＊. ＊： P < 0.05（C 条件 vs L 条件） †： P < 0.05（C 条件 vs H 条件）. 40 0 40. 60. 80. 100. 120. 140 All-out. 運動強度(W) PO(W). 図 3 各環境条件下での運動時における酸素摂取量と換気量＊： P < 0.05，＊＊： P < 0.01（C 条件 vs L 条件） †： P < 0.05（C 条件 vs H 条件）. 18 ％高い値を示し，その差は有意（P < 0.01）であった． H 条件では，運動継続時間，POpeak および WPS は，C 条件に対してそれぞれ 10 ％，8 ％，5 ％高い値を示し，その差は有意（P < 0.05）であった．また，SpO2 は 3P，・ VO2peak は 9 ％高い値を示し，いずれも有意（P < 0.001, P < 0.05）な差であった．. 18W となり，酸素濃度が高い条件ほど，増大する傾向が見られた．また，C 条件と，L 条件および H 条件との間には有意（P < 0.05）な差が認められた．. B．最大下運動時表 2 は，最大下運動時における各環境条件で得られた. 各測定項目について，C 条件に対して比較すると，L. データを，量的に比べたものである．比較を行う運動強. 条件では運動継続時間，PO peak はそれぞれ 9 ％，6 ％低. 度は，各被験者の C 条件下での OBLA 強度（血中乳酸. い値を示し，その差は有意（P < 0.05）であった．また，・ SpO2 は 14P，VO2peak では 5 ％低い値が認められ，その・差は有意（P < 0.001, P < 0.05）であった．V Epeak は. 濃度のカーブが 4mmol/l に相当する運動強度）を用いた．なお，被験者 8 名の OBLA 強度は，115 ± 12W であった． SpO2 は，L 条件で 10P 低く，その差は（P < 0.001）で.

(6) トレーニング科学 Vol.23 No.2, 2011. 172. 表1. 運度継続時間(min) POpeak (W). 各環境条件下での最大運動時の各指標の値. 通常酸素(C)条件. 低酸素(L)条件. 高酸素(H)条件. 19±3. 17±3 ＊ (- 9%). 21±3 † (+10%). 167±20. 156±20＊ (- 6%). 181±18 † (+8%). SR(strokes・min−1). 94±7. 91±7 (- 3%). 97±11 (+3%). WPS(W/ stroke). 1.7±0.1. 1.7±0.1 (- 4 %). 1.8±0.1 † (+5%). SpO2(%). 95±1. 82±6 ＊＊＊ (- 14P). 98±1 ††† (+3P). ・ VO2peak(l・min−1). 3.28±0.5. ・ VEpeak(l・min−1). 94.7±22.6. HR(beats・min−1). 191±9. 187±8 (- 2%). 194±8 (+2%). La(mmol・l−1). 12.6±2.2. 12.4±2.6 (- 2%). 13.4±1.6 (+6%). 20±1. 20±1 （0%）. 19.0±1 (- 2%). RPE. 3.11±0.4 ＊ (- 5%). 3.57±0.4 † (+9%). 112.1±22＊＊ (+18%). 98.1±20.7 (+4%). ＊： P < 0.05，＊＊： P < 0.01，＊＊＊： P < 0.001（C 条件 vs L 条件） †： P < 0.05，†††： P < 0.001（C 条件 vs H 条件）. 表2. 各環境条件下での最大下運動時の各指標の値. 最大下運動の強度は，通常酸素条件における OBLA（115 ± 12W）を用いた. 通常酸素(C)条件. 低酸素(L)条件. 高酸素(H)条件. SR(strokes・min−1). 74±10. 76±9 （+2%）. 74±11 （0%）. WPS(W/stroke). 1.5±0.1. 1.5±0.1 （-3%）. 1.5±0.2 （0%）. SpO2(%). 97±2. 88±3 ＊＊＊（-10P）. 98±2 †† （+1P）. VO2(l・min−1). 2.58±0.34. 2.64±0.33 （+6%）. 2.63±0.31 （+2%）. VE(l・min−1). 62.1±12.1. 76.3±9.8 ＊＊（+23%）. 60.3±7.5 （-3%）. HR(beats・min−1). 150±12. 153±12 （+2%）. 145±13 † （-4%）. La(mmol・l−1). 4.0±0.0. 5 5±1 1＊ 5.5±1.1 （+38%）. 3.4±0.5 3 4 05 † （-13%）. 13±1. 14±1＊（+7%）. 13±1 （-2%）. RPE. ＊： P < 0.05，＊＊： P < 0.01，＊＊＊： P < 0.001（C 条件 vs L 条件） †： P < 0.05，††： P < 0.01（C 条件 vs H 条件）.

(7) 異なる酸素濃度環境がカヤックパドリングに及ぼす影響. あった．また H 条件では 1P 高い値を示し，その差は有意（P < 0.01）であった．また，C 条件と比較すると，・ VE は，L 条件で 23 ％高い値を示し，その差は有意（P < 0.01）であった．La は L 条件で 38 ％高く，その差は. 173. ら，SpO2 が低下し（図 2），活動筋への酸素運搬量の低・下が引き起こされ，V O2peak が低下したために（図 3）， POpeak および運動継続時間（表 1）が低下したものと説明できる．. 有意（P < 0.05）であった．また H 条件で 13 ％低く，そ. また高酸素環境下の場合には，吸気ガスの酸素濃度が. の差は有意（P < 0.05）であった．HR は H 条件で 4 ％低. 高くなることから肺胞内の酸素分圧が上昇し，肺毛細血. い値を示し，その差は有意（P < 0.05）であった．RPE. 管の酸素飽和度が高まると報告されている 5,. については，L 条件のみ，有意（P < 0.05）に高い値を. め，活動筋への酸素運搬が容易になり，組織での酸素消. 示した．. 費が高まることから，運動継続時間が延長されることに・より，POpeak が増加し，VO2peak が増加（図 3）したもの. また，図 2 ∼ 4 によって，最大下の各運動強度での生理応答を比べてみると，SpO 2 は全ての運動強度におい. 25). ．そのた. と説明できる 1, 5, 6, 8, 11, 18, 25, 26, 28)．. て，C 条件と比較して L 条件では有意（P <0.001）に低. なお，先行研究には報告例がなく，本研究で新たに得. い値を，H 条件では有意（P < 0.01, P < 0.001）に高い値・を示した（図 2）．VE は，L 条件の 80W から 120W では. られた知見として，H 条件では最大運動時の WPS が C. C 条件と比較して有意に高い値を示した（図 3，P <. WPS は，自転車エルゴメータやトレッドミルといった. 0.05, P < 0.01）．HR は，H 条件の 60W および 80W では，. 運動様式にはない変量であり，本研究では，1 ストロー. 有意に低い値を示した（図 4，P < 0.05）．また，La は C. ク当たりに発揮する PO を示す指標である．表 1 をみる. 条件と比較して L 条件の 100W および 120W では有意に. と，POpeak は SR の増大ではなく，WPS の増大の影響を. 高い値を示し，H 条件においては運動開始から 100W ま. 大きく受けていることが示唆される．なお，このような. ではほぼ同様な値であったが，120W で有意に低い値を. 高酸素ガス吸入の影響により，WPS が特異的に増大し. 示した（図 4，P < 0.05）．. た理由については，本研究の結果からでは明確ではない. 条件よりも有意に高値を示したことが挙げられる（表 1）．. ため，今後の検討課題といえる．. Ⅳ．考察 B．最大下運動時本研究では，環境条件を常圧の低酸素条件（L 条件）および高酸素条件（H 条件）とし，多段階のカヤックパ. 最大下運動時の生理応答について見ると，L 条件は C ・条件と比較して，一部の区間では VE および La において. ドリング運動をオールアウトに至るまで行った．そして，. 有意に高い値が認められた．また H 条件は C 条件と比較. パフォーマンスおよび生理応答がどのように異なるかに. して，SpO2 は有意に高い値を示し，一部の区間では HR. ついて，常圧の通常酸素条件（C 条件）との間で比較検. および La は有意に低い値が認められた．このような傾. 討した．. 向は，自転車ペダリング運動 12,. 17). ，トレッドミル走 5)，. 他の運動様式を用いて行われた先行研究の結果とも一致. A．最大運動時. するものであった．. ・ VO2peak は，C 条件に対して H 条件では有意に高い値を，. 上記のような結果が得られた理由としては，先行研. また L 条件では有意に低い値を示した（図 3）．これらの. 究 2, 4, 5, 7, 25) や生理学のテキスト 28) でも述べられているよ. 傾向は，自転車ペダリング運動 5,. うに，低酸素環境下については酸素濃度の低下に伴い，. 17, 20, 25). ，トレッドミル. 走 2, 4, 5, 7, 19, 25) ローイング運動 16) といった，他の運動様式. 吸気酸素分圧および動脈酸素分圧の低下により，体内へ. を用いて同様の目的の下に行われた先行研究の結果とも. の酸素供給量が低下し，SpO 2 の低下およびそれを代償・するために V E，La，HR の増加が起こったものと考え. 一致するものであった．このような結果が得られた理由としては，先行研究 2, 4, 5, 7, 25). や生理学のテキスト. 28). でも述べられているように，. 低酸素環境下において吸気の酸素分圧が低下することか. られる．・一方，H 条件は前記の通り，V O2peak や PO peak が高い値を示すことから，最大下運動時の同一運動強度であれ.

(8) トレーニング科学 Vol.23 No.2, 2011. 174. ば相対強度が低くなり，La および HR の低下が起こったものと考えられる 5, 8, 12)．. 2．高酸素環境による影響本研究では，通常酸素環境下と比較して，高酸素ガス. C．カヤック運動と他の運動様式との比較本研究では，カヤックパドリングという，先行研究に. の吸入（酸素濃度 30.0 ％）により，カヤックパドリング・による VO2peak は 9 ％，POpeak は 8 ％増加した．一方，自転車エルゴメータを用いた先行研究では，Powers ら 18). はない運動様式を対象として，低酸素および高酸素環境. はそれぞれ 7 ％，5 ％の増加（酸素濃度 60 ％相当），. 下による影響を検討した．その結果，前記のように，各. ， Peltonen ら 17) は 13 ％と 5 ％の増加（酸素濃度 32 ％相当）. 環境条件下での値の変化の定性的な傾向については，自. Welch ら 25) はそれぞれ 5 ％，6 ％の増加（酸素濃度 60 ％. 転車ペダリング，トレッドミル走，ローイングといった. 相当）を報告している．トレッドミルを用いた研究では，. 運動様式を対象とした先行研究と類似していた．そこで. 藤瀬ら 8) はそれぞれ 4 ％，7 ％の増加（酸素濃度 60 ％）. 次に，定量的に見た値の変化について，先行研究の結果. と報告している．またローイングでは，Peltonen ら 16). と比べてみることとする．. がそれぞれ，10 ％と 6 ％の増加（酸素濃度 60 ％）と報告している．. 1．低酸素環境による影響. 以上の結果を比較すると，本研究で用いた高酸素ガス. 本研究では，通常酸素環境下と比較して，2000m 相当. の酸素濃度は 30 ％であったにもかかわらず，60 ％の高. 高度（酸素濃度 16.4 ％）の低酸素ガスの吸入により，カ・ヤックパドリングによる VO2peak および POpeak はそれぞ. 酸素ガスを用いた先行研究 8,. れ，5 ％，6 ％低い値を示した．一方，自転車エルゴ. グ運動は，下肢中心の運動と同等またはそれ以上に，高. メータを用いた先行研究では，Peltonen ら 17) はそれぞ. 酸素ガス吸入の影響が大きく表れる可能性があるといえ. れ 17 ％と 13 ％の低下（高度 2800m）を報告している．. るかもしれない．. 2). 18, 25). と同等の POpeak の増大. がみられた．したがって，上肢中心のカヤックパドリン. トレッドミルを用いた研究では，Adams ららがそれ. この理由については，以下の可能性が考えられる．す. ぞれ，17 ％と 7 ％の低下（高度 2300m），また Squires. なわち，前節で述べたように上肢中心の運動は筋量が少. ら 22) は 19 ％と 12 ％の低下（高度 2286m）と報告してい. ないために，通常酸素環境では酸素環境の制限を受けや. る．ローイングでは，Peltonen ら. 16). がそれぞれ，18 ％. すいという性質がある．この性質は逆に，高酸素環境下. これらと本研究における低下率とを比較すると，先行. で動脈血の酸素分圧が増加して，活動筋量における酸素・供給の制限が緩和された場合，より大きな V O 2peak や. 研究で用いられた高度とはやや異なることを考慮して. PO peak の改善をもたらす方向に作用するのかもしれな. も，下肢中心の運動よりも低下率は小さい傾向にあるよ. い．. と 15 ％の低下（高度 2300m）と報告している．. うに見える．この理由として，次のような可能性が考えられる．すなわち，カヤックパドリングは上肢中心の運. D．トレーニング現場への応用について本研究の結果をもとに，カヤック選手が実際に低酸素. 動であることから，自転車，トレッドミルといった下肢・中心の運動と比べて活動筋量が少なく 23, 27)，VO2 の制限. や高酸素室を用いてトレーニングを行う場合に，どのよ. をもたらしやすい．一方，ローイングでは，上肢も同時. うに応用できるかについて考えてみると，次のような可. に使う全身運動（混合運動）であるが，主動筋は下肢中・心の運動であることから 24)，VO2 の制限は少ないと考え. 能性があげられる．. られる．. 1．低酸素環境下でのトレーニング. これらのことから，上肢を中心とするカヤックパドリ. 低酸素環境下でのトレーニングについては，従来から. ングは，他の運動様式と比較して無酸素性エネルギーの. 行われてきた高所トレーニングと同様の効果が考えられ. 貢献度が大きく 14,. る．すなわち低酸素環境下では，通常酸素環境下に比べ. 23). ，このため低酸素環境下の影響を受. けにくい可能性があると考えられる．. て最大運動時には物理的に大きな負荷はかけられない．しかし，最大下・最大運動時ともに SpO2 が顕著に低い.

(9) 異なる酸素濃度環境がカヤックパドリングに及ぼす影響. 175. ・値を示し，VE および La は高い値を示すなど，生理的な. 競技において，艇のスピードを高めるためには SR だけ. 負荷も増加する．特に SpO2 については，図 2 を見ると，. ではなく 1 ストロークの推進距離も高めることが重要に. 運動強度が低い最大下運動時でも 80 ％台のレベルにま. なる 10)．そして本研究では，最大運動時において，H 条. で低下している．このレベルは，通常酸素環境下では最. 件では C 条件と同様な高い SR を保持しつつ，WPS が高. 大運動を行ったとしても 90 ％以下に低下させることが. い値を示したことにより POpeak の増加をもたらした．こ. 困難だということ 18) を考えると，非常に低い値といえる．. れらのことから，高酸素環境下では 1 ストローク当たり. そのため，低酸素環境下でトレーニングを行うと，体. の推進距離を高めるためのトレーニングとして活用でき. 内は通常酸素環境下で決して起こらないような低酸素状態のもとで，呼吸循環系や代謝系により大きな負荷をかけて運動を行えるというメリットが考えられる．. る可能性があると考えられる．一方，高酸素環境下で最大下運動のトレーニングを行う場合には，通常酸素環境で同じ運動を行うよりも，余. 考察でも述べたように，ペダリング運動のような下肢. 裕をもって遂行できることになる．このような特性は，. の筋が主働筋となる運動と比べて，上肢の筋が主働筋と. 持久力トレーニングの量を増加させるといった目的や，. なるカヤック運動では低酸素環境による生理応答の影響. あるいは同一強度の運動をより余裕をもって行えること. はより小さくなる．しかしこれまでにも，カヌー選手を. から，技術面を改善するためのトレーニングにも活用で. 対象として，通常トレーニングに加え低酸素トレーニン. きると考えられる．. グを補助的に行うことにより，大きな効果が得られたと 9). する報告は存在する．. なお，高酸素トレーニングの場合，通常酸素環境よりも高い強度でトレーニングを行えるが，その反面で高酸. なお，低酸素トレーニングは通常酸素環境でのトレー. 素トレーニング後に顕著な局所の筋疲労を起こすことが. ニングと比べて，オーバートレーニングになりやすい可. あるという報告もある 30)．そのため，トレーニングを行. 能性も指摘されている．したがって，トレーニングを行. う際には疲労と痛みを抑えるために十分な回復を得ると. う際には，被験者が曝露されている時間や酸素濃度，ま. いった，トレーニングプログラムを考える必要があるだ. たトレーニングプログラムの設定などについて，個人差. ろう．. を考慮しつつ設定をする必要があるだろう 30)．. Ⅴ．まとめ 2．高酸素環境下でのトレーニング本研究の結果，下肢中心の運動を対象とした先行研究. 本研究では，低酸素条件（酸素濃度 16.4 ％，高度. と同様，カヤックパドリング運動でも高酸素環境下での. 2000m 相当），高酸素条件（同 30.0 ％）通常酸素条件. 最大運動時には，通常酸素環境下よりも物理的に大きな. （同 20.9 ％），の 3 条件を設定し，8 名のカヤック選手を. 負荷をかけられることが明らかとなった．C 条件と比較. 対象に多段階運動負荷試験を行った．そして，上肢を中. して，最大下運動時には HR，La などから見た生理的な. 心とするパドリング運動において，パフォーマンスおよ. 負担度が軽減する．また SpO2 は，最大下および最大運. び生理応答がどのように異なるかについて検討した．. 動時のいずれの運動強度においても，より高い値を維持できる．. 低酸素条件では，通常酸素条件と比較して，どの運動強度においても動脈血酸素飽和度が有意に低い値を示し. したがって，高酸素環境下で高強度の持続トレーニン. た．また，最大下運動時では換気量および血中乳酸濃度. グやインターバルトレーニングを行う場合，通常酸素環. は有意に高い値を示し，最大運動時には最高運動強度と. 境下よりも高い強度や，多くの回数の運動を行える可能. 最高酸素摂取量が低い値を示した．. 30). 性がある．このことは，言い換えると実際の競技場面. 高酸素条件では，動脈血酸素飽和度はどの運動強度に. に近い高強度の運動領域で，より多くのトレーニングを. おいても有意に高い値を維持した．そして，最大下運動. 遂行できるというメリットになると考えられる．. 時では一部の運動強度で心拍数および血中乳酸濃度が有. また，最大運動時に WPS が高値を示すという特性については，次のような利用価値が考えられる．カヤック. 意に低い値を示し，最大運動時には最高運動強度と最高酸素摂取量が有意に増加した．.

(10) トレーニング科学 Vol.23 No.2, 2011. 176. 以上の結果から，低酸素や高酸素環境下では，通常酸素環境下ではかけることのできないような物理的・生理的な負荷をかけることが可能といえる．したがって，それぞれの環境条件が身体の各器官に対して，どのような. electromyographic thresholds during incremental exercise tests in normoxia, hypoxia and hyperoxia, Eur. J. Appl. Physiol., 69: 110-118, 1994. 13）中垣浩平，吉岡利貢，梅村義久，鍋倉賢治：我が国のフラットウォータカヤック選手の体力特性，トレーニング科学，18: 229-239, 2006.. 過負荷をかけられるかを考慮しつつ，各条件下でのト. 14）中垣浩平，吉岡利貢，鍋倉賢治：カヤックパドリング中の. レーニングを取り入れることにより，通常酸素環境下だ. 無酸素性および有酸素性エネルギー代謝の貢献比，体力科. けで行うよりも，高い効果を上げることも可能であると. 15）小野寺孝一，宮下充正：全身持久性運動における主観的強. 学，57: 261-270, 2008. 度と客観的強度の対応性； Rating perceived exertion の観. 考えられる．. 点から，体育学研究，21: 191-203, 1976. 16） Peltonen, J. E., J. Rantamaki, S. P. Niittymaki, K. Sweins,. 引用文献 1 ） Adams, R. P., H. G. Welch: Oxygen uptake, acid-base status, and performance with varied inspired oxygen fractions, J. Physiol., 49: 863-968, 1980. 2 ） Adams, W. C., E. M. Bernauer, D. B. Dill, J. B. Bomar Jr : Effects of equivalent sea-level and altitude training on ・ Vo2max and running performance, J. Appl. Physiol., 39: 262-266, 1975. 3 ） Borg, G.: Perceived exertion as an indicator of somatic stress, Scand. J. Rehabil. Med., 2: 92-98, 1970. 4 ） Daniels, J., N. Oldridge: The effects of alternate exposure to altitude and sea level on world-class middle-distance runners, Med. Sci. Sports Exer., 2: 107-112, 1970. 5 ） Ekblom, B., R. Huot, E. M. Stein, A. T. Thorstensson: Effect of changes in arterial oxygen content on circulation and physical performance, J. Appl. Physiol., 39: 71-75, 1975. 6 ） Fagraeus, L., J. Karlsson, D. Linnarsson, B. Saltin: Oxygen uptake during maximal work at lowered and raised ambient air pressures, Acta Physiol. Scand., 87: 411-421, 1973. 7 ） Faulkner, J. A., J. Kollias, C. B. Favour, E. R. Buskirk, B. Balke: Maximum aerobic capacity and running performance at altitude, J. Appl. Physiol., 24: 685-691, 1968. 8 ）藤瀬武彦，杉山文宏，加藤建志，岩垣丞恒，松本正彦，山村雅一：漸増負荷運動時の高濃度酸素吸入が持久的運動鍛錬者の作業成績及び生理的変量に及ぼす効果，トレーニング科学，9: 31-38, 1997. 9 ）一箭フェルナンドヒロシ，實川英樹，山本正嘉：カナディアンカヌー競技選手を対象とした低酸素環境下での高強度インターバルトレーニングの効果とその問題点，スポーツパフォーマンス研究，2, 153-164, 2010. 10）国立スポーツ科学センター： JJESS，日本人カヌー選手のレースパフォーマンスの実態および北京オリンピックへ向けたレース戦略の目標，http://naash.go.jp/jiss/Portals/ 0/info/doc/JJESS_02_01.pdf, 2009. 11） Margaria, R., E. Camporesi, P. Aghemo, G. Sassi: The effect of O 2 breathing on maximal aerobic power, Pflugers Arch., 336: 225-235, 1972. 12） Mateika, J. F., J. Duffin: The ventilation, lactate and. J. T. Viitasalo, H. K. Rusko: Effects of oxygen fraction in inspired air on rowing performance, Med. Sci. Sports Exer., 27: 573-579, 1995. 17） Peltonen, J. E., H. O. Tikkanen, H. K. Rusko: Cardiorespiratory responses to exercise in acute hypoxia, hyperoxia and normoxia, Eur. J. Appl. Physiol., 85: 82-88, 2001. 18） Powers, S. K., J. Lawler, J. A. Dempsey, S. Dodd, G. Landry: Effects of incomplete pulmonary gas exchange ・ on Vo2max, J. Appl. Physiol., 66: 2491-2495, 1989. 19） Pugh, L. G.: Athletes at altitude, J. Physiol., 192: 619-646, 1967. 20） Robergs, R. A., R. Quintana, D. L. Parker, C. C. Frankel: Multiple variables explain the variability in decrement in ・ V o 2 max during acute hypobaric hypoxia, Med. Sci. Sports Exer., 30: 869-879, 1998. 21）坂本剛健，牧田茂，里見潤：世界ジュニア選手権日本代表男子ボート選手の過去 10 年間（1992-2001）の運動負荷血中乳酸濃度測定による体力評価，トレーニング科学，15: 121-128, 2003. 22） Squires, R. W., E. R. Buskirk: Aerobic capacity during acute exposure to simulated altitude, 914 to 2286 meters, Med. Sci. Sports Exer., 14: 36-40, 1982. 23） Tesch, P. A.: Physiological characteristics of elite kayak paddlers, Can. J. Appl. Spt. Sci. 8: 287-291. 1983. 24） Volianitis, S., N. H. Secher: Rowing, the ultimate challenge to the human body-implications for physiological variables, Clin. Physiol. Funct. Imaging, 29:241-244, 2009. 25） Welch, H. G.: Effects of hypoxia and hyperoxia on human performance, Exerc. Sport Sci. Rev., 15: 191-221, 1987. 26） Weltman, A., V. Katch, S. Sady: Effects of increasing oxygen availability on bicycle ergometer endurance performance, Ergonomics, 21: 427-438, 1978. ・ 27）山地啓司： Vo2max の測定，最大酸素摂取量の科学，改訂第 2 版，杏林書院，東京，pp.3-41, 2001. ・ 28）山地啓司：環境条件と V o 2max，最大酸素摂取量の科学，改訂第 2 版，杏林書院，東京，pp.190-211, 2001. 29）山本正嘉： 21 世紀の高所トレーニングへの提案，トレーニング科学，12: 61-68, 2001. 30）山本正嘉：低酸素トレーニングと高酸素トレーニング，バイオメカニクス研究，6: 271-280, 2002..

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