アスリートにおけるトレーニング強度の重要性Performance
トレーニング強度はアスリートのコンディショニングにおける基盤であり、パフォーマンス向上において極めて重要な役割を果たす。持久系スポーツにおける強度とは、身体がどのような代謝状態にあるかを指し、すなわち現在の運動が有酸素的に行われているのか、それとも無酸素的に行われているのかを示すものである。
各トレーニングにおける強度を理解することで、特定のエネルギー供給系やパフォーマンス目標に応じた、個別最適化されたトレーニングプログラムを設計することが可能になる。強度を適切にコントロールすることで、アスリートは最高のパフォーマンスを引き出し、競争上の優位性を得ることができる。トレーニング強度とは単に「どれだけきつく行うか」ではなく、「いかに賢くトレーニングするか」ということである。リカバリートレーニングは軽い有酸素運動で行う必要があり、一方で高強度のセッションは無酸素閾値付近で実施されるべきである。各トレーニングは強度と時間によって定義されるが、課題となるのは、日々のトレーニングにおいて何が「今日はイージーなのか」、あるいはインターバルで負荷をかけすぎていないかを適切に判断することである。
有酸素閾値と無酸素閾値
有酸素閾値および無酸素閾値は、トレーニング強度を最適化する上で重要な指標として活用されてきた。有酸素閾値とは、身体が主に有酸素代謝によってエネルギーを産生し続けることができ、かつ乳酸の蓄積が最小限に抑えられる運動強度の境界を指す。この閾値付近、またはそれ以下でトレーニングを行うことで、持久力やエネルギー供給システムの効率が向上する。 一方、無酸素閾値（AT）または乳酸閾値（LT）は、乳酸の生成がその除去能力を上回り始めるポイントを示し、エネルギー供給がより無酸素的な経路へと移行していることを意味する。この閾値付近、あるいはそれをやや上回る強度でトレーニングを行うことで、より高い運動強度を維持する能力が向上し、疲労の発生を遅らせることができる。
トレーニング強度の測定
過去数十年にわたり、トレーニング強度の測定およびその理解は大きく進化してきた。初期には、主観的指標である自覚的運動強度（Rating of Perceived Exertion：RPE）が広く用いられ、アスリートが自身の負荷レベルを把握するためのシンプルかつ有効な方法として機能していた。しかし、スポーツ科学の発展に伴い、より客観的な測定手法が開発された。これには心拍数のモニタリング、パワー出力（サイクリングやローイング）、およびペース（ランニングやスイミング）が含まれ、いずれも強度をより正確に定量化する手段を提供している。
強度指標としての心拍数
心拍数モニタリングは、ワークアウトの強度を評価する上で長年にわたり有用な手段とされてきており、アスリートが自身の運動負荷を把握するための非侵襲的かつシンプルな方法を提供する。心拍数は運動中の身体の酸素およびエネルギー需要に対応して変化し、運動強度が高まるにつれて心拍数も上昇する。しかし、心拍数だけでは「実際の強度」を完全に示すことはできない。例えば、心拍数が150でランニングしている場合でも、それが有酸素的な状態であるか無酸素的な状態であるかは一概には判断できない。トレーニング強度とは身体がどのような代謝状態にあるかを示すものであり、「有酸素的に運動しているのか、それとも無酸素的に運動しているのか」という観点が重要である。そのため、心拍数の測定だけでは強度の判断としては十分ではない。
これはウェアラブル業界における重要な課題の一つとなっている。心拍数には個人差という側面があり、あるアスリートは心拍数160でも有酸素的に走ることができる一方で、別のアスリートにとっては同じ心拍数で無酸素閾値を超えてしまう場合もある。このように、心拍数の数値そのものだけでは、身体の代謝状態という観点での実際の強度を判断することはできない。そのため、消費者が適切な強度レベルを設定できるよう、ゾーンベースの各種計算式が提案されてきた。しかし、人それぞれ身体の反応は異なり、さらにスポーツの種類によっても強度の基準は異なるため、これを正確に捉えることは非常に難しい。
ラボから真実を見つける
ここでラボでのテストが重要な役割を果たす。ラボテストでは、直接的な生化学的指標を測定することで、有酸素代謝から無酸素代謝への移行を分析し、トレーニングにおける適切な強度レベルをより正確に特定することができる。通常、これは運動強度を段階的に上げながら、その各段階における血中乳酸濃度を測定することで行われる。
乳酸閾値（LT）は無酸素閾値を定義する最も一般的な指標であるが、個々のフィットネスレベル、代謝反応、運動の種目など、さまざまな要因の影響を受ける。測定方法には複数の種類があり、利用可能な機器、競技特性、そして用途に応じて求められる精度に基づいて柔軟に選択することができる。中にはラボ環境での測定に適した方法もあれば、実地（フィールド）で適用できる方法もある。乳酸閾値に関する科学的理解が進むにつれて、運動中における乳酸の挙動に関する最新の知見を反映した新しい測定手法も開発されている。
さまざまな測定方法は、個々のアスリートに対して無酸素閾値を定義することの難しさも浮き彫りにしている。最終的に、アスリートが適切な強度レベルを把握するためには、テストプロトコル、実施するラボ、そして担当者によって結果が大きく異なる可能性がある。これは、ある研究論文において、単一のデータセットに対して複数の乳酸閾値の測定方法を1つのグラフ上に示すことで説明されている。その結果のばらつきは非常に大きく、閾値は243ワットから338ワットの範囲に及ぶ可能性があった。このグラフでは、各測定方法が乳酸カーブ上の円として示されており、各手法名の横にその結果として得られた出力（パワー）値が付記されている。
David Cらによる論文「Anaerobic Threshold: 50+ Years of Controversy」（文献(3)）に掲載された図は、乳酸閾値を評価するさまざまな方法を1つのグラフ上で示したものである。
ラボの結果をフィールドへ応用する
ラボで得られた結果を日々のトレーニングに活用するには、いくつかの課題が存在する。これらは複数の要因によるものである。
スポーツによる違い
スポーツによって求められる強度レベルは異なる。ランニングのトレッドミルやサイクリングのエルゴメータでラボテストを実施したとしても、その結果がクロスカントリースキーやサッカーといった他の競技にそのまま適用できるとは限らない。このため、テストプロトコルにおける測定値が、アスリートが日常のトレーニングの一部として行う特定のスポーツにおける実際の強度レベルを正確に反映しないという課題が生じる。
スポーツの種類によって求められる強度は異なり、その違いは関与する筋肉量、動作パターン、バイオメカニクス、エネルギー供給システムの寄与、そして環境条件などによって影響を受ける。
- 例えば、ランニングはサイクリングに比べてより多くの筋肉を使用し、かつエキセントリック収縮が多く含まれるため、乳酸の産生が増加し、乳酸の除去能力が低下する可能性がある。
- 水泳はランニングやサイクリングと比較して上半身の筋肉の関与が大きく、かつ水平姿勢で行われるため、血流やガス交換に影響を及ぼす可能性がある。
- ローイングは上半身と下半身の両方の筋肉を使用し、ストロークレートや出力が変動するため、乳酸動態や酸素摂取量に影響を及ぼす可能性がある。
以下は研究の一例である。 Szymonらによる「トライアスリートにおけるトレッドミルとサイクルエルゴメータの心肺運動負荷試験結果の差異、およびそれらと身体組成および体格指数（BMI）との関連」。 [2] これは、ランニングとサイクリングにおける強度レベルの違いを示している。強調された数値は、研究参加者においてサイクリングとランニングを比較した際に、平均で13拍/分の心拍数の差があることを示している。同様に、別の結果では参加者間で平均6拍/分の心拍数の差が見られることも示されている。 (2)
したがって、一般的な数値を用いたり、あるスポーツで得られた数値を別のスポーツにそのまま転用したりするのではなく、それぞれのスポーツごとに強度レベルを評価・特定することが重要である。さらに、あらかじめ設定された強度レベルに影響を及ぼす要因として、テクニック、使用する器具、地形などの環境条件、気温や水温、風といったスポーツ特有の要素も考慮する必要がある。
日々の変動
時間の経過とともに、トレーニングによる適応の結果として、アスリートの無酸素閾値は変化する可能性がある。身体のコンディションが向上するにつれてこの閾値は上昇することがあり、その場合、継続的にパフォーマンスを向上させるためには、トレーニング強度を適切に調整する必要がある。
強度測定における一般的な課題の一つは、環境要因である。例えば高温下でランニングを行う場合、通常よりも心拍数が10〜20拍高くなることが予想される。このため、現在の運動強度が依然として目標とするレベルにあるのかを判断することが非常に難しくなる。同様の課題は、ランニングペースで強度を測定する場合にも見られ、テクニカルな地形や冬季の環境下でのランニングでは、その指標が適切に機能しないことがある。また、標高の影響によっても心拍数が10〜20拍程度変動する可能性がある。
アスリートの身体コンディションは、睡眠、栄養、ストレス、回復状況といった要因によって日々変化する。また、日々の個人差、すなわち朝型か夜型かといった傾向も、その日のパフォーマンスに影響を及ぼす。こうした日内および日々の変動は無酸素閾値にも影響を与えるため、トレーニングセッションをまたいで一貫した強度を維持することが難しくなる場合がある。さらに、これらの変化は同一日の中でも大きく生じることがある。
ここでは、Knaier Rらによる研究「アスリートにおける最大酸素摂取量の日内変動は日々の変動の2倍以上大きい」（文献(4)）を紹介する。この研究は、被験者の一日の異なる時間帯におけるVO2maxの変化を示している。本研究では、VO2maxにおける平均的な差異を確認することができた。
- 日内変動：5.0 ± 1.9 ml/kg/min
- 日々の変動：2.0 ± 1.0 ml/kg/min
その意味を定量的に捉えると、5 ml/kg/minの差は、マラソンにおいて約10〜15分の差、あるいはランニングペースで1kmあたり約10〜15秒の差に相当する可能性がある。実際のトレーニングでは、ゾーン3でトレーニングしているつもりでも、実際にはゾーン5の強度で運動している可能性があることを意味する。
アスリートにおけるVO2maxの最大酸素摂取量の日内変動は、日々の変動の2倍以上大きいとするKnaierらの研究に基づく、1日の中におけるVO2maxの割合の変動。
長時間トレーニングにおける強度
長時間にわたるトレーニングでは、疲労の蓄積や乳酸などの代謝副産物の増加により、体感される「強度」は変化していく。そのため、アスリートが最適なパフォーマンスを発揮するために適切な強度を把握することは難しくなる場合がある。Jastrzębski Zらによる研究「アマチュアウルトラマラソンランナーにおける100km走行中の血液の酸塩基平衡および乳酸濃度の変化」では、ウルトラディスタンス走行イベントにおいて心拍数、ペース、乳酸に基づいて強度が分析されている。この研究は、レースの進行に伴いペースおよび心拍数といった「強度指標」が段階的に低下していく様子を示している。アスリートはスタート時に時速10km以上、最大心拍数の約78%で走行しているが、レース後半になるにつれて時速8.6km、最大心拍数の約74%へと低下していく。一方で、乳酸値は1.5 mmol/Lから徐々に上昇し、2 mmol/Lに達し、後半では3〜4 mmol/Lの範囲でピークに達する。この結果は、長時間の運動において、あらかじめ設定された強度指標を用いてペース配分を行うことの難しさを示している。
Jastrzębski Zらによる論文「アマチュアウルトラマラソンランナーにおける100km走行中の血液の酸塩基平衡および乳酸濃度の変化」。なお、本記事のグラフには矢印が追加されている。
Summary
持久系スポーツにおいて強度とは、身体の代謝状態を指すものであり、現在の運動が有酸素的であるのか、それとも無酸素的であるのかを示す概念である。無酸素閾値を正確に特定するには、高度な機器や専門的なテストプロトコルが必要であり、すべてのアスリートが容易に利用できるとは限らない。フィールドテストや推定値は一定の指標にはなるものの、ラボでの評価と比較すると精度に欠ける場合がある。さらに、日々の身体コンディション、スポーツの種類の違い、気温や高地といった環境要因、トレーニング時間なども強度レベルに影響を及ぼす。これらの要因により、アスリートにとって日常のトレーニングにおける強度を測定・管理することは大きな課題となる。
ZoneSenseとDDFAインデックスは、この課題を解消することを目的としている。
(1) BENEKE, RALPH；von DUVILLARD, SERGE PETELIN。特定のスポーツ種目における最大乳酸定常状態の決定。Medicine & Science in Sports & Exercise 28(2): 241–246、1996年2月。https://journals.lww.com/acsm-msse/fulltext/1996/02000/determination_of_maximal_lactate_steady_state.13.aspx
(2) Szymon Price、Szczepan Wiecha、Igor Cieśliński、Daniel Śliż、Przemysław Seweryn Kasiak、Jacek Lach、Grzegorz Gruba、Tomasz Kowalski、Artur Mamcarz。 トライアスリートにおけるトレッドミルと自転車エルゴメーターによる心肺運動負荷試験結果の違いおよびそれらと体組成・BMIとの関連。International Journal of Environmental Research and Public Health 2022, 19(6): 3557。https://doi.org/10.3390/ijerph19063557
(3) Poole, D.C.、Rossiter, H.B.、Brooks, G.A.、Gladden, L.B.（2021）。嫌気性閾値：50年以上にわたる議論。The Journal of Physiology 599: 737–767。 https://doi.org/10.1113/JP279963
(4) Knaier R、Qian J、Roth R、Infanger D、Notter T、Wang W、Cajochen C、Scheer FAJL。最大持久力および最大筋力パフォーマンスの日内変動：システマティックレビューおよびメタアナリシス。Medicine & Science in Sports & Exercise 2022年1月1日；54(1):169–180。doi:10.1249/MSS.0000000000002773。PMID:34431827；PMCID:PMC10308487。
(5) Jastrzębski Z、Żychowska M、Konieczna A、Ratkowski W、Radzimiński Ł。アマチュアウルトラマラソンランナーにおける100km走行中の血液の酸塩基平衡および乳酸濃度の変化。Biology of Sport 2015年9月；32(3):261–265。doi:10.5604/20831862.1163372。Epub 2015年7月31日。PMID:26424931；PMCID:PMC4577565。
[AIによる自動翻訳につき、誤訳が含まれる場合があります。]
