フィールドテストが存在する理由
VO2マックス――激しい運動中に体が酸素を取り込んで利用できる最大速度――を直接測定するには、実験室で疲労困憊に至るまでガス交換分析を伴う漸増運動負荷テストを行う必要があり、これはほとんどの人が利用できる資源ではありません。フィールドテストは実用的な代替手段として開発され、それぞれが走行距離、歩行時間、心拍数の回復といった、最小限の機器で測定できるパフォーマンスまたは生理学的指標から心肺持久力を推測します。
フィールドテストは酸素消費量を直接測定するのではなく間接的に体力を推測するため、いずれも実験室テストに比べて何らかの精度の低下を伴います。その具体的なトレードオフはテストによって異なり、最大努力を要求する代わりに精度を優先するものもあれば、身体的負荷を減らす代わりに精度をある程度犠牲にするものもあります。
クーパー12分間走テスト
1968年にケネス・H・クーパーが米空軍要員のデータをもとにJAMA誌で発表したクーパーテストは、平坦で距離が測定されたコースを12分間、一定のペースで最大努力を保って走った距離からVO2マックスを推定します。式は次のとおりです。VO2マックス(ml/kg/min)=(距離[メートル]から504.9を引いた値)÷44.73。クーパーは、この研究対象集団において、12分間の走行距離と実験室で測定した酸素摂取量との間に強い相関が見られたと報告しています。
計算例:12分間で2,400メートルを走った選手の推定VO2マックスは、(2,400−504.9)÷44.73≈42.4ml/kg/minです。同じ時間で2,000メートルを走った選手の推定VO2マックスは、(2,000−504.9)÷44.73≈33.4ml/kg/minです。
12分間持続する真に最大努力の走行を要求するため、クーパーテストは持続的なハードランニングにすでに慣れている人向きです。若く健康な軍人を対象に検証されたものであるため、その集団から大きく異なる人々――未トレーニングの人や高齢者を含む――に対しては精度が低くなります。
ロックポート1マイル歩行テスト
1987年にKlineらがMedicine & Science in Sports & Exercise誌で発表したロックポートテストは、平坦で距離が測定されたコースをできるだけ速く1マイル歩くのにかかった時間と、ゴール直後に測定した心拍数を組み合わせてVO2マックスを推定します。式は次のとおりです。VO2マックス(ml/kg/min)=132.853−0.0769×体重(lb)−0.3877×年齢+6.315×性別(男性=1、女性=0)−3.2649×時間(分)−0.1565×心拍数(bpm)。
計算例:体重75kg(165.3lb)の30歳男性が15分00秒で1マイルを歩き終え、ゴール時心拍数が140bpmだった場合、推定VO2マックスは132.853−(0.0769×165.3)−(0.3877×30)+6.315−(3.2649×15)−(0.1565×140)≈43.9ml/kg/minです。
最大努力での走行ではなく速歩を用いるため、ロックポートテストはクーパーテストよりも参加者にかかる心血管系の負荷が低く、そのため高齢者や初心者、あるいは全力走が適さない人に対してよく用いられます。元の検証研究では推定標準誤差が数ml/kg/min程度と報告されており、個々の推定値は真の実験室測定値とその程度は妥当にずれうるということを意味します。
ハーバードステップテスト:異なるタイプのフィールドテスト
ハーバード疲労研究所のLucien Brouhaらが開発し、1943年にResearch Quarterly誌で発表したハーバードステップテストは、クーパーテストやロックポートテストとは異なるアプローチを取ります。ml/kg/min単位でVO2マックスを直接推定するのではなく、一定時間の踏み台昇降運動とその後に測定する3回の回復期脈拍数から、身体的フィットネス指数(PFI)を算出します。根底にある考え方は、心血管系がより健康であるほど、標準化された運動負荷の後に心拍数がより速く低い値まで戻るというものです。
長い形のPFI計算式は、PFI=(100×運動時間[秒])÷(2×3回の30秒間回復期脈拍数の合計)です。計算例:300秒の全時間を昇降した人が、回復期脈拍数75、65、55(合計195)を記録した場合、PFIは(100×300)÷(2×195)≈76.9となり、標準的な分類では「やや優秀」の区分に入ります。
最大努力での走行や歩行時のパフォーマンスではなく、一定の中程度の踏み台昇降負荷からの回復を測定するため、ハーバードステップテストは身体的負荷の点で他の2つの中間に位置します。そのPFIスコアはml/kg/min単位のVO2マックス推定値とは異なる測定値であるため、クーパーやロックポートの結果と数値として直接比較すべきではありません――これは異なる根本的な信号に基づく別のフィットネス指数です。
3つのテストの比較
以下の表は、それぞれの公表されたプロトコルに基づく3つのテストの実用的な違いをまとめたものです。
| テスト | 測定するもの | 身体的負荷 | 最も適した対象 |
|---|---|---|---|
| クーパー12分間走 | 走行距離からのVO2マックス推定値(ml/kg/min) | 最大努力での走行 | ハードランニングに慣れた、鍛えられたフィットな人 |
| ロックポート1マイル歩行 | 歩行時間とゴール時心拍数からのVO2マックス推定値(ml/kg/min) | 速歩、ほぼ最大だが走行より心血管系への負荷は低い | 初心者、高齢者、最大努力での走行を避けるべき人 |
| ハーバードステップテスト | 固定された踏み台昇降後の心拍数回復からの身体的フィットネス指数 | 最大5分間の中程度・一定負荷の踏み台昇降 | サブマキシマル(最大下)で回復ベースのプロトコルが適する人 |
基準標準としての実験室テスト
3つのフィールドテストはいずれも近似値です。VO2マックスの基準標準は今も、トレッドミルまたは自転車エルゴメーターを用いて実験室で行う漸増運動負荷テストであり続けています。ACSMの『運動処方の指針』(Guidelines for Exercise Testing and Prescription)に記載されているとおり、パフォーマンスや回復の指標から推測するのではなく、ガス交換分析によって酸素消費量を直接測定します。
フィールドテストのどれを選ぶかは、一般にそのプロトコルを本人に合わせる問題です。真に最大努力の走行が可能な人にとっては、クーパーのような最大努力型テストの方が真のVO2マックスに近い推定値が得られる一方、ロックポート歩行テストやハーバードステップテストのような低強度の選択肢は、身体的負荷とリスクを下げる代わりにいくらかの精度を犠牲にします。基礎疾患がある人は、最大努力または準最大努力のフィットネステストを行う前に医療専門家の助言を求めるべきです。
よくある質問
どのVO2マックスフィールドテストが最も正確ですか。
どのフィールドテストも、基準標準であり続けるガス交換分析を伴う実験室での漸増運動負荷テストには及びません。フィールドテストの中では、クーパー12分間走のような最大努力型プロトコルは、真に最大努力での走行が可能な人にとって真のVO2マックスとの相関が一般に高くなる一方、ロックポート歩行テストはより低強度で幅広くアクセスしやすいプロトコルの代わりにいくらかの精度を犠牲にします。
クーパーテストとロックポートテストの違いは何ですか。
どちらもml/kg/min単位でVO2マックスを推定しますが、クーパーテストは最大努力での12分間走の走行距離を用いるのに対し、ロックポートテストは1マイル歩行にかかった時間とゴール時心拍数を用います。ロックポートテストは一般に身体的負荷が低いため、高齢者や初心者、全力走を避けるべき人によく選ばれます。
ハーバードステップテストはVO2マックスを測定しますか。
直接は測定しません。ハーバードステップテストは、踏み台昇降の運動時間と心拍数の回復から身体的フィットネス指数(PFI)を算出するもので、クーパーやロックポートが算出するml/kg/min単位のVO2マックス推定値とは異なる根本的な測定値です。その結果はこれらのテストのVO2マックス数値と数値として比較すべきではありません。
クーパー走テストの代わりにロックポート歩行テストを使うべきなのは誰ですか。
ロックポートテストは、高齢者、初心者、または全力での最大努力走が適さない人によく用いられます。速歩の方が最大努力走よりも体への心血管系の負荷が低いためです。基礎疾患がある人は、いずれのテストを行う前にも医療専門家の助言を求めるべきです。
これらのフィールドテストは実験室テストと比べてどれくらい正確ですか。
各テストには、実験室で測定した酸素摂取量と比べた誤差の記録があります。たとえばロックポートの検証研究では推定標準誤差が数ml/kg/min程度と報告されています。フィールドテストは、個々人の真の値を推定するよりも集団平均を推定する方が信頼性が高いため、結果は正確な測定値ではなく教育的なフィットネス指標として扱うのが最も適切です。
クーパーテストの結果をハーバードステップテストの結果と比較できますか。
直接は比較できません。クーパーテストはml/kg/min単位のVO2マックス推定値を算出するのに対し、ハーバードステップテストは心拍数の回復から導かれる身体的フィットネス指数を算出します。両者は異なる計算式と異なる根本的な信号を用いているため、数値結果は同じ尺度上にありません。
参考文献
- Cooper KH. A means of assessing maximal oxygen intake: correlation between field and treadmill testing. JAMA 1968; 203(3): 201–204.
- Kline GM, Porcari JP, Hintermeister R, Freedson PS, Ward A, McCarron RF, Ross J, Rippe JM. Estimation of VO2max from a one-mile track walk, gender, age, and body weight. Medicine & Science in Sports & Exercise 1987; 19(3): 253–259.
- Brouha L. The step test: a simple method of measuring physical fitness for muscular work in young men. Research Quarterly 1943; 14(1): 31–36.
- The Cooper Institute. Physical Fitness Specialist Certification Manual, revised 1997, Dallas, TX — as reproduced in Heyward VH, Advanced Fitness Assessment and Exercise Prescription.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021 — Table 4.7, cardiorespiratory fitness percentiles from the Cooper Institute Aerobics Center Longitudinal Study.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 11th edition. Wolters Kluwer, 2021.