心拍トレーニングゾーンとは何か
心拍トレーニングゾーンとは、最大心拍数(MHR)または心拍予備(HRR)に対する割合として表される運動強度の範囲であり、運動中のさまざまな生理学的・代謝的状態に対応する。最も広く用いられているシステムでは、運動を非常に軽い努力(ゾーン1)から最大努力(ゾーン5)までの5段階に分ける。運動生理学者やスポーツコーチは、有酸素基礎の構築、乳酸閾値の改善、最大パワーの発揮といった、目的とする生理学的適応に応じた適切な強度でトレーニングを処方するためにゾーンを用いる。
トレーニングゾーンの枠組みは、アメリカスポーツ医学会(ACSM)などの団体で用いられており、ランナー、サイクリスト、その他の有酸素系アスリート向けの体系的な持久力トレーニング計画の中心的な要素となっている。ゾーンに基づくトレーニングにより、アスリートや運動を行う人は、単一の未分化な努力レベルでトレーニングするのではなく、各セッションの強度を特定の目標に一致させることができる。5ゾーンモデルは持久系スポーツで最も一般的なモデルだが、用途に応じて3ゾーン、6ゾーン、7ゾーンのシステムを用いるものもある。
心拍トレーニングの5つのゾーン
以下の表は、最大心拍数に対する割合(%最大心拍数)と心拍予備に対する割合(%心拍予備、カルボーネン法)を用いて一般的に定義される5ゾーンモデルを示している。ゾーンの境界値は団体やコーチによって多少異なるが、以下の数値は広く引用されている運動生理学の文献に基づく代表的な値である。
| ゾーン | 名称 | %最大心拍数 | %心拍予備 | 主な適応 |
|---|---|---|---|---|
| ゾーン1 | アクティブリカバリー/非常に軽い | 50-60% | 50-60% | 回復、基礎的な有酸素コンディショニング |
| ゾーン2 | 有酸素基礎/軽い | 60-70% | 60-70% | 脂肪酸化、ミトコンドリア密度、有酸素持久力 |
| ゾーン3 | 有酸素/中程度 | 70-80% | 70-80% | 有酸素能力、心血管の効率 |
| ゾーン4 | 閾値/きつい | 80-90% | 80-90% | 乳酸閾値、レースペースへの適応 |
| ゾーン5 | 最大/全力 | 90-100% | 90-100% | VO2max、神経筋パワー |
フォックス式 vs タナカ式:最大心拍数の推定
正確な心拍ゾーンは、信頼できる最大心拍数(MHR)の推定値に依存する。最も広く知られている計算式はフォックス式(220引く年齢)であり、1970年代から臨床現場やフィットネス現場で使用されてきた。フォックス式は厳密に管理された一次研究から導き出されたものではなく、観察データに基づく近似値であった。よく引用される限界として、この推定値の標準誤差は個人ではおよそプラスマイナス10-12拍/分とされており、実際の個人のMHRが計算式の予測値と大きく異なる場合があることを意味する。
2001年、Hirofumi Tanakaらは、351件の研究、18,000人を超える被験者のデータを対象としたメタ分析を、Journal of the American College of Cardiology誌に発表した。タナカ式--208引く(0.7掛ける年齢)--の標準誤差はおよそプラスマイナス7.1拍/分と報告されており、フォックス式の推定値よりも明らかに小さかった。タナカ式は年齢と性別の交互作用も弱く、フォックス式よりも男女間で一貫性が高い可能性が示唆されている。運動生理学の教科書では両方の計算式が頻繁に引用されており、健康な成人にはタナカ式の方がわずかに正確であるとしばしば指摘されている。
カルボーネン法:心拍予備を用いる方法
カルボーネン法は、フィンランドの生理学者マルッティ・カルボーネンによって開発され、1957年に発表された方法で、単純な最大心拍数ではなく心拍予備(HRR)を用いて目標心拍数を算出する。HRRは最大心拍数から安静時心拍数を引いた値として計算される。ある強度における目標心拍数は次の式で求められる:安静時心拍数 + (強度の割合 x HRR)。例えば、安静時心拍数60拍/分、最大心拍数190拍/分の人のゾーン2下限(HRRの60%)を求めると:60 + (0.60 x 130) = 138拍/分となる。
カルボーネン法は、安静時心拍数を考慮に入れる点で、単純な%最大心拍数よりも個人の心血管フィットネスをよく反映すると、多くの運動生理学者に考えられている。安静時心拍数は個人差が大きく、有酸素トレーニングによって低下する。高度に訓練された持久系アスリートは安静時心拍数が40拍/分程度になることがあり、最大心拍数が同じであっても、安静時心拍数80拍/分の座りがちな人とは大きく異なる目標ゾーンが導かれる。ACSMは運動処方のガイドラインにカルボーネン法を含めている。
ゾーン2トレーニング:有酸素基礎構築の科学
ゾーン2トレーニング--最大心拍数または心拍予備の60-70%で行う持続的な有酸素運動--は、ミトコンドリア密度、脂肪酸化能力、有酸素基礎の向上と関連している。ゾーン2の強度では、体は主に有酸素代謝を用い、脂肪と少量の炭水化物を燃料として利用する。運動生理学者は、乳酸の顕著な蓄積なしに長時間持続できる、脂肪酸化とミトコンドリア適応が生じる強度としてゾーン2を研究してきた。
Seilerらによるエリート持久系アスリートのトレーニング配分に関する研究では、アスリートがトレーニング量の大部分を低強度(おおむねゾーン1-2に相当)で行い、高強度(ゾーン4-5)には少量を割き、中強度(ゾーン3)にはごくわずかしか費やさないという、いわゆる分極化パターンが示されている。このモデル--ポラライズド・トレーニング(分極化トレーニング)と呼ばれることもある--は、閾値重視のトレーニングアプローチと比較して研究されてきた。その根拠は、低強度の運動量が有酸素能力とミトコンドリア機能を構築する一方、高強度のセッションがVO2maxと乳酸閾値を向上させるという考え方である。
自分に合った心拍ゾーンを見つける方法
個人の最大心拍数とトレーニングゾーンを最も正確に把握する方法は、運動生理学者やスポーツ医学の専門家が実施する段階的運動負荷試験(GXT)であり、多くの場合ガス交換の測定(VO2max試験)を併用する。実験室での検査では、年齢に基づく計算式よりも生理学的に意味のあるゾーン境界に近い換気性閾値を特定できる。
実験室での検査を利用できないほとんどのレクリエーション運動愛好家やアスリートにとっては、計算式による推定値と心拍計を組み合わせることが実用的な代替手段となる。タナカ式(208引く0.7掛ける年齢)またはフォックス式(220引く年齢)を用いてMHRを推定し、この推定値に対する割合としてゾーンを算出できる。MHRの予測には個人差があることを踏まえ、ゾーンはあくまで出発点の目安として扱い、自覚的運動強度やトレーニングへの反応に基づいて随時調整すべきである。
よくある質問
ゾーン2心拍トレーニングとは何か?
ゾーン2心拍トレーニングとは、最大心拍数の60-70%(またはカルボーネン法による心拍予備の60-70%)で行う持続的な有酸素運動を指す。この強度では、体は主に有酸素的な脂肪酸化を利用しており、著しい乳酸の蓄積なしに長時間持続可能である。ゾーン2は有酸素基礎、ミトコンドリア密度、脂肪酸化能力の向上と関連しており、多くの持久力トレーニングプログラムの基盤を形成する。
最大心拍数の計算式はフォックス式とタナカ式のどちらがより正確か?
健康な成人においては、タナカ式(208引く0.7掛ける年齢)の方がフォックス式(220引く年齢)よりもわずかに正確であると一般に考えられている。Journal of the American College of Cardiology誌に掲載されたTanakaらによる2001年のメタ分析は、351件の研究、18,000人を超える被験者のデータに基づき、タナカ式の標準誤差をおよそプラスマイナス7.1拍/分と報告した。フォックス式の標準誤差はおよそプラスマイナス10-12拍/分と引用されている。どちらの計算式も個人差のある推定値を提供するものであり、実験室での検査が依然として最も正確な方法である。
目標心拍数を算出するカルボーネン法とは何か?
カルボーネン法は、最大心拍数から安静時心拍数を引いた心拍予備(HRR)を用いて目標心拍数を算出する。目標心拍数 = 安静時心拍数 + (強度の割合 x HRR)。例えば、安静時心拍数65拍/分、最大心拍数185拍/分の人が強度60%を目標とする場合:65 + (0.60 x 120) = 137拍/分となる。この方法は単純な%最大心拍数よりも個人の心血管フィットネスレベルをよく反映すると考えられており、ACSMの運動処方ガイドラインにも含まれている。
心拍トレーニングゾーンはいくつあるか?
最も一般的なモデルでは、トレーニング強度をおよそ50-60%、60-70%、70-80%、80-90%、90-100%(最大心拍数に対する割合)に相当する5つのゾーンに分ける。3ゾーン(楽、中程度、きつい)を用いるシステムもあれば、より細かいトレーニング処方のために6ゾーンや7ゾーンを用いるシステムもある。5ゾーンモデルは持久系スポーツで広く用いられており、ACSMや主要なスポーツコーチング団体が引用する枠組みと一致している。
心拍計を使ってゾーントレーニングをすることはできるか?
できる。胸ストラップ式でも手首装着の光学式センサーでも、心拍計を使えば、算出した心拍ゾーンに対してリアルタイムでトレーニング強度をモニタリングできる。胸ストラップ式のモニターは、特に高強度の運動時において、手首装着の光学式センサーより一般に正確である。計算式または実験室での検査によって最大心拍数を推定したら、目標ゾーンの境界値をほとんどのフィットネスウォッチやトレーニングアプリに入力し、セッション中の努力を導くことができる。
%最大心拍数と%心拍予備のゾーンの違いは何か?
%最大心拍数(%MHR)のゾーンは、最大心拍数のみに対する割合として算出される。%心拍予備(%HRR)のゾーンはカルボーネン法を用い、安静時心拍数を考慮に入れる。同じ割合の目標値であっても、%HRRゾーンは同じ人物における%MHRゾーンよりも絶対的な心拍数の値が高くなる。多くの運動生理学者は、特に安静時心拍数が著しく低いまたは高い人にとって、%HRRゾーンの方がより個別化された処方であると考えている。
参考文献
- Tanaka H, Monahan KD, Seals DR. "Age-predicted maximal heart rate revisited." Journal of the American College of Cardiology, 2001;37(1):153-156.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription. 11th ed. Wolters Kluwer, 2022.
- Karvonen MJ, Kentala E, Mustala O. "The effects of training on heart rate; a longitudinal study." Annales Medicinae Experimentalis et Biologiae Fenniae, 1957;35(3):307-315.
- Seiler S, Tønnessen E. "Intervals, thresholds, and long slow distance: the role of intensity and duration in endurance training." Sportscience, 2009;13:32-53.
- Fox SM, Naughton JP, Haskell WL. "Physical activity and the prevention of coronary heart disease." Annals of Clinical Research, 1971;3(6):404-432.
- Thomas DM, Bredlau C, Bosy-Westphal A, et al. "Relationships between body roundness with body fat and visceral adipose tissue emerging from a new geometrical model." Obesity, 2013;21(11):2264-2271.