有酸素性能力の強化

公開日: : 最終更新日:2019/01/27 エクササイズ, スポーツ科学

アスリートにおける有酸素性能力を強化するには,

 

大別すると、

  • 最大酸素摂取量(VO2max, maximal oxygen consumption)
  • 乳酸性閾値(lactate threshold:LT)
  • ランニングエコノミー

 

以上3つの要素の改善が必要と言われています.

 

 

最大酸素摂取量

 

Fick の原理

最大酸素摂取量はこの方程式にて算出されます.

 

Fick の原理:

酸素摂取量(VO2)

=心拍出量(Cardiac Output:CO)×動静脈酸素較差(a-vO2dif)

 

つまり,心拍出量と動静脈酸素較差が酸素摂取量を決定づける大きな因子となります.

 

心拍出量は心臓が吐き出す血液量というのは理解できますが,

動静脈酸素較差というのは理解がやや難しいですね.

 

心拍出量

このとき,心拍出量は

 

1分間の心拍出量(CO)

=1回の拍出量(Stroke Volume:SV)×1分間の心拍数(Heart Rate:HR)

 

で計算できます.

 

動静脈酸素較差

次に,

動静脈酸素較差とは

動脈血と静脈血,それぞれに含まれる血管を流れる血液に含まれる酸素の差

となります.

 

安静時では,数字で簡略化すると

動脈血に含まれる酸素=100%

静脈血に含まれる酸素=75%

となります.

 

つまり,

25%が心臓から出て,手足へ運搬された酸素です.

運搬してくれるのは,赤血球のヘモグロビンです.

 

ちなみに上の数字は

下記の図から,酸素飽和度の曲線を参考にしています.

 

Bohr効果

 

ちなみに,青い太い線に対して,緑色の点線と赤色の点線があります.

赤血球内には2,3-DPG(2,3-ジホスホグリセリン酸)が多い.

これは,解糖系の側副路で産生され,エネルギー源ではないが,強力な酸素親和性低下作用がある.

つまり,DPGが増えると,ヘモグロビンから酸素を離れ,結果的に酸素が供給される.

 

これと同様に,

赤血球内のpH低下,温度の上昇により酸素親和性が低下します.

上の図でいうと,赤い点線のように変化します.言い換えると,酸素解離曲線の右方偏移といいます.

逆の条件では左方偏移もあります.

これを発見した学者の名前をとって,「Bohr効果」といいます.

 

話を戻して,より運動をしている場面をイメージすると

運動を行い疲労して,

乳酸が産生され,

pH低下や2,3-DPGの蓄積が起こったり

体温が上昇すると赤血球の酸素親和性が低下し,酸素が運搬されやすいことになります.

酸素解離曲線でいうと,右方偏移ですね.

 

逆に,外気温が低下していたり,

過呼吸や嘔吐で血液がアルカリ性に変化していたり,

運動していない状況では酸素が運搬されにくいことになります.

酸素解離曲線でいうと,左方偏移ですね.

 

アスリートでは過呼吸により,血液がアルカリ性に変化して,左方偏移が起こるかもしれません.

 

アスリートではないかもしれませんが,

利尿剤の使用や腎臓機能の低下,内分泌系の問題があると血液がアルカリ性に変化し,

左方偏移が起こります.この場合,酸素があっても運搬されにくい状況になりますので

運動をするとすぐに息苦しくなるかもしれません.

 

最大酸素摂取量の最高記録?

 

今まで述べたように

最大酸素摂取量は心臓が出す血液と組織で使用される酸素によって決定されます.

全身の組織です.

そのため,エアロバイクで測定するよりも,全身を動かした方がより高い測定値が望めます.

ちなみに,

現時点で恐らく世界1位の最大酸素摂取量の記録は自転車競技のOskar Svendsen氏が持つ記録とされています.

値は97.5 ml/kg/min.上位にはマラソン選手は勿論ですが,

自転車競技やクロスカントリースキーヤ―が多く占めています.

(参考:http://www.topendsports.com/testing/records/vo2max.htm)

 

最大酸素摂取量を記録するには?

 

記録するには

トレッドミルや自転車エルゴメーターを用いて段階的に負荷を上げて

呼吸量等を測定しなければなりません.

多くのアスリートにとっては,簡単にできるものではなく,実際には間接法を用いて推定する手法が一般的です.

学生であれば一度は行ったことがある,20m シャトルランは日本では非常に有名ですね.

(参考:A maximal multistage 20-m shuttle run test to predict VO2 max. 1980.)

 

乳酸性閾値

運動強度を高くすると,

エネルギー供給のため筋内に分解途中の水素イオンが放出され,血液内に放出されること.

また,HCO3-が血液中に蓄積するためとされています.

下図ではVO2の増大に伴い乳酸も蓄積されていますが,

乳酸値の変動に伴い,VCO2も変動して,相関するようです.

 

 

(参考:Very Early Lactate Threshold in Healthy Young Men as Related to Oxygen Uptake Kinetics)

 

乳酸性閾値の測定

実際に測定するには,乳酸,つまり血液から乳酸を採取する必要があります.

呼気ガスを測定することでその代用をする場合もあります

 

上の図ではLT1.LT2.VTというのが表示されています.

 

LT1:血中乳酸濃度が上昇し始めるポイント,血中乳酸濃度2mmol/ml.

LT2:血中乳酸濃度が急激に上昇し始めるポイント.

OBLA:血中乳酸濃度4mmolの場合.

VT:Ventilation Threshold 換気性作業閾値.CO2が増大するポイント.

 

乳酸性閾値を高めるトレーニング

 

筋力トレーニング

筋における酸素利用を高めるために筋力トレーニングを行います.

負荷としては,非常に高強度の負荷が必要とされています.

 

持久性トレーニング

ロングランのようなトレーニングは筋内の毛細血管数やミトコンドリア密度を増やし,

酸素の拡散と利用を高めます.

 

 

ランニングエコノミー

ランニングエコノミーとは走りの経済性であり,

少ないエネルギーで高い走速度が獲得できれば,ランニングエコノミーが良いとされます.

 

関連性が高い因子

近年では,

バイオメカニクス的要因を検証する研究が多く,

地面反力鉛直成分および水平成分

脚の前方スイング

左右のバランス

等が報告されています.

 

人種の影響

マラソン競技や中距離のトラック種目を含めて,

上位ランキングが多いケニア人の長距離選手は前足部着地が多いと言われています.

これは暗に,地面からの反力や腱のバネを用いて推進力を得るために適しているとも言われています.

 

トレーニングによる影響

以上の因子は筋力トレーニングやプライメトリクストレーニングで強化が可能であり,

それを裏付ける研究もあるようです.

特に,体力が十分でない者では間違いなく,筋力トレーニングは有酸素性能力を高める因子になりそうですね.

 

 

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