HIITのスマートウォッチは心拍を追える？手首と胸ベルトの誤差を読み分ける

HIIT中に息は弾むのに、スマートウォッチの心拍表示は低い。そんな場面を、手首と上腕の光学測定、胸ベルトを比べた検証から考える。平均のずれと個々の誤差の違い、運動種目や装着位置で変わる精度、数字だけで負荷を増やさないための記録の読み方を整理する。

最後の運動を終え、手を膝についたところで時計を見る。息は弾んでいるのに、画面の心拍数は思ったほど高くない。「もっと動けたのか」と考える前に、その数字を何が、どこで測ったのかを確認したい。手首の表示は、体の頑張りをそのまま印字した成績表ではない。

HIIT中でも光を使った測定が基準の測定とよく一致した検証はある。一方で、胸ベルトと比較した別の試験では、手首に着ける機器の精度が活動の種類によって変わっていた。したがって「光学式は全部だめ」でも「時計なら全部正確」でもなく、試した機器、装着位置、動きの条件までそろえて読む必要がある。[2][3]

ここで確かめるのは、心臓の反応そのものよりも、それを画面にする測定の側である。反応の時間経過は既存記事「HIITの心拍数はすぐ上がらない？短い運動で数字を追いすぎない読み方」に譲る。本記事では、低い表示を見て負荷を足す前に、研究の誤差をどう読むかを考える。[2][3]

手首の光と胸の電気は、同じ入口ではない

光学式の測定は、光を利用して脈の情報を捉える方法で、研究では光電式容積脈波という名でも扱われる。これに対し、比較の基準として用いられた胸ベルトは、心電図に基づく心拍の測定である。時計の形かベルトの形かという見た目だけでなく、測定の入口が違う。[2][3]

健康な成人を対象とした機器の検証では、光学式で得た脈拍数を、心電図パッチなどの基準値と対応させている。ここでいう「正確」は、体力の高さを当てることではなく、同じ場面で得た基準の数値にどれだけ近いかという意味だ。測定が正確であることと、その日の運動が自分に適切であることは、別々に考えたい。[2]

手首や腕に着ける機器を調べた研究は、装着位置、血流、動き、機器の更新などで性能が変わり得ることを背景にしている。そのため、運動中の表示を評価するときには、座っているときの一致だけでは足りない。使いたい活動に近い条件で比べた検証が役立つ。[3]

たとえば、自転車をこぎながら測った結果を読んだとする。その試験が確かめたのは、その自転車運動での測定である。床に手をつく動きや、腕を繰り返し振る動きまで、同じ誤差だと約束したものではない。活動によって精度が変わった別の検証もあるため、種目を省いて「運動中に正確だった」とだけ覚えると、研究の使い道が広がりすぎる。[2][3]

日常では「心拍計」という呼び方でひとまとめにしやすい。しかし、自分の記録を振り返るなら、どの機器をどこに着け、何をしていたかを一緒に残すほうが、研究との対応を考えやすい。これは誤差をなくす装着法の提案ではなく、違う条件の数字を同じ物差しにしないための記録の工夫である。[3]

自転車のHIITでは、光学式がよく一致した検証もある

健康な成人35人が自転車の負荷を段階的に上げるHIITを行った検証では、光学式の脈拍数について7,183組の対応する測定値が得られた。基準には心電図パッチとパルスオキシメーターが用いられ、脈拍数のほか、拍動と次の拍動の間隔、酸素飽和度も調べられた。対象は健康な人であり、18〜39歳の女性の日常のHIITに当てはめるには、運動種目や機器の条件を照合する必要がある。[2]

脈拍数の平均的な偏りは毎分0.05拍と小さく、二乗平均平方根誤差は毎分2.51拍だった。二乗平均平方根誤差は、ずれを二乗して平均し、その平方根を取る指標である。大きいずれの影響も受けるため、単に差を足し合わせた平均とは意味が異なる。この機器は、この試験条件で脈拍数をよく捉えていたと評価された。[2]

ただし、平均の偏りが小さいことは、どの瞬間も基準との差がほぼゼロだったことを意味しない。測定値の一致限界は毎分−4.87〜4.97拍だった。平均するとよく合う、という情報に加えて、個々の対応値には幅がある、という情報も残る。表示の末尾まで一致していなければ失敗、という読み方は厳しすぎる。[2]

人数と測定の組数も分けて読みたい。7,183組は7,183人を調べたという意味ではなく、参加者35人から得た対応測定の数である。運動中に繰り返し比較できた点と、多様な人に同じ性能が保証されるかという点は同じではない。大きな測定件数だけを見て、大規模な住民調査のように扱うべきではない。[2]

皮膚のタイプや性別による区分でも結果は一貫していた。一方、参加者は健康な人で、研究者は心疾患のある人が負荷の高い運動をする場合には、さらに検証が必要だとしている。病気の管理に使う数値を、健康な人の自転車試験だけで保証することはできない。医療上の運動管理は医師に相談する領域である。[2]

この結果は、光学式という仕組み自体を一括して否定する見方への反例になる。ただし、別の機器や別の動きで同じ成績を得たことにはならない。自分の時計が手首にあるという共通点だけでは、この検証結果をそのまま自分の画面に移せない。[2][3]

上腕と手首の比較では、誤差の大きさが違った

別の機器妥当性研究では、健康な16人が横になる状態からHIITまで、強度の異なる9種類の活動をそれぞれ繰り返した。女性7人、男性9人で、平均年齢は27.4歳だった。上腕、前腕、両手首という装着位置を含め、光学式機器の値を心電図式の胸ベルトと比較している。男女混合の小規模な検証なので、18〜39歳の女性に同じ誤差の大きさが当てはまるかは別に確かめる必要がある。[3]

上腕に着けた機器は、多くの活動で高い精度を示した。全体の平均的な偏りは毎分−0.05拍、平均絶対誤差は毎分1.43拍、平均絶対パーセント誤差は1.35%だった。平均絶対誤差とは、基準との差を正負にかかわらず大きさとして扱って平均した値である。高めのずれと低めのずれが、足し算で打ち消し合わない指標だ。[3]

一方、手首の機器では活動による変動が大きく、非利き手側で平均の偏りは毎分2.56拍、平均絶対誤差は毎分6.41拍、平均絶対パーセント誤差は6.82%だった。全体としてやや高めに測る傾向があり、精度は中程度と評価された。低い表示ばかりが時計の誤差ではない点も押さえておきたい。[3]

ここでは、上腕と手首で用いた機器そのものも異なる。結果を見て「同じ時計を上腕に移せば誤差が減る」と結論することはできない。比較から読めるのは、機器の選択と装着位置の組み合わせが重要だということだ。位置だけの効果と、機器だけの効果を切り分けた数値として扱わないほうがよい。[3]

さらに、この研究の手首の機器は、低い心拍での変動が大きい一方、高い強度では比較的よい性能を示した。激しく動けば必ず光学式が外れる、という単純な説明にも収まらない。活動や強度ごとに結果が違う以上、「高強度だから信用できない」と理由を決めるより、その機器の検証条件を探すほうが筋が通る。[3]

再現性も別の物差しである。同じ人が繰り返したときの値のばらつきを調べたところ、上腕の機器は活動全体で高い再現性を示したが、手首では活動間の違いが大きかった。基準に近いかという正確さと、繰り返して似た結果になるかという再現性を分けると、時計の評価を一言で済ませずに済む。[3]

同じ試験では、基準との差だけでなく、測定値が一緒に増減する関係も調べている。非利き手首の機器の相関係数は0.93だったが、平均絶対誤差は毎分6.41拍である。増減の方向をよく追えることと、表示される値が基準と近いことは、同じ説明ではない。相関が高いという言葉だけを見て、誤差の数字を読み飛ばさないようにしたい。[3]

また、解析では測定上の乱れや外れ値を除く処理が行われている。研究の集計値は、画面を見ている最中のすべての出来事を、そのまま並べたものとは限らない。運動中に表示を見失った経験があっても、集計の精度だけでその場面を説明しきろうとしないことだ。解析で扱った値と、利用者が目にする表示の体験を区別すると、研究への期待を適切な範囲に置ける。[3]

数字で読むHIITの心拍測定

35人・7,183組：自転車のHIITで脈拍数を基準値と比較した規模であり、測定組数と人数は異なる。[2]

毎分2.51拍：その検証における脈拍数の二乗平均平方根誤差で、個々の誤差の上限ではない。[2]

毎分−4.87〜4.97拍：同じ検証の一致限界。平均の偏りとは別に、差の幅を見る数値である。[2]

毎分1.43拍と6.41拍：別の試験で報告された上腕の機器と非利き手首の機器の平均絶対誤差。活動全体の値である。[3]

16人・9種類の活動：上腕と手首の機器を胸ベルトと比べた試験の規模。全員のすべての運動を代表する数字ではない。[3]