心肺機能は坂道で鍛える方がよい？速度を落として比べる上り歩きの負荷を読む

坂道をゆっくり歩いても息が弾むのはなぜか。同じ速さの平地歩行との比較、速度を落としたときの負荷、酸素消費と息苦しさの違いを研究から読む。上り歩きの検査を長期のトレーニング効果と混同せず、坂道ダッシュに進む前に確かめたい、日常の歩行記録の見方も整理する。

坂の入口で歩調を緩めたのに、息は弾んだままだ。平らな道で自分を追い越した人が、坂の途中では急に近くなる。こちらも足は遅くなっているのに、呼吸だけは忙しい。坂道では、歩く速度と体にかかる負荷を同じものとして扱えない。屋外歩行の測定研究でも、酸素消費を見積もる際には速度と勾配を組み合わせている。[6]

答えの芯は、坂道なら速く歩かなくても負荷をつくれる一方、坂道の方が必ず心肺機能を伸ばすとは決められない、ということだ。上り歩きで大きな酸素摂取量に達した検査はあるが、それは平地より優れた長期の練習効果を示す比較とは違う。[9] 今日の息の弾みと、練習を続けた後の体力を分けて考えたい。

既存記事「有酸素運動のウォーキングは足幅を広げると楽？左右の安定と消費を研究で読む」には足元の左右の間隔を譲る。また「30代女性のダイエット、上り坂は遅くてもきつい？平地とそろえる速さと負担を読む」が扱う消費の比較から一歩進め、ここでは心肺への負荷を何で比較するか、検査の数字を練習へどう読み替えるかを中心に置く。

既存記事「心肺機能を呼吸法で鍛えられる？吸う筋肉への負荷と持久力の変化を読む」（現行題「心肺機能を呼吸法で鍛えられる？吸う力の伸びと長く動ける変化を分けて読む」）には呼吸筋を鍛える練習を譲る。ここでの呼吸は、歩行の負荷を読むための反応として扱う。

坂道の負荷は、速さだけでは読めない

屋外で若く健康な成人30人を調べた測定研究では、平地と平均勾配3.7%、10.8%の上り坂で、時速2.0、3.5、5.0kmの歩行を行った。各条件の歩行は6分間で、順序は無作為化され、携帯型の測定器で酸素摂取量などを測った。速度だけでなく、道の傾きも組み合わせて調べている。対象は若く健康な成人であり、18〜39歳の女性だけの負荷の目安として使うには、対象を絞った検証が必要だ。[6]

酸素摂取量とは、体が取り込む酸素の量であり、この研究では運動中の代謝を表す測定値として用いられている。実測した速度と勾配を使った代謝量の予測は、決定係数が0.85だった。これは予測値と測定値の対応の強さを表す指標で、歩く速さと傾斜が負荷を読む重要な手掛かりになることを示す。ただし、各速度を各坂道で何段階落とせば負荷が同じになるかという、全員共通の処方ではない。ここで示す0.85は代謝量の予測の対応を表し、勾配3.7%や10.8%で平地より消費が何%増えるかを表す数字とは区別する。[6]

平地を急いで歩く日と、坂道をゆっくり上る日。歩行記録に距離と時間だけを書けば、後者は調子の悪い日に見えるかもしれない。だが、研究が代謝を予測するために必要としたのは速度だけではなかった。日常の記録にも「平地」「上りが続く道」といった条件を添えると、速さの変化を体力の変化と早合点しにくい。これは測定研究から導く記録上の工夫である。[6]

比較したい内容も先に決めたい。同じ速さを維持したときに坂で何が変わるのか。速度を落として似た酸素消費にしたとき、呼吸の感じ方は同じか。坂を使った検査で最大の能力を測れるか。どれも坂道の話だが、実験でそろえる条件が異なる。条件の違う研究の数字をつないで、坂道が平地より何倍よいと結ぶことはできない。[6][9][12]

屋外の研究で使われたのは、道全体の平均勾配である。[6] 家から駅までの経路を振り返る際も、坂の名前だけで同じ条件と考えず、どの区間を歩いたかを残したい。たとえば坂の途中から歩いた日と、入口から上った日を、同じコース名だけで比較しない。研究の測定を家庭で再現するためではなく、自分が何を比べているかを見失わないための記録だ。歩いた場所の情報は、速さを評価するときの背景になる。

坂の入口で速度を落とすことを、練習の失敗と考える必要はない。速度を下げた歩行と坂の傾斜を組み合わせて負荷を考える余地があるからだ。[6] 電車の発車時刻には勾配の欄がないが、体の負担を比べるノートにはあった方がよい。

足を運ぶ仕事は、上りでどう変わるのか

坂の仕組みを調べる研究には、足首を助ける装置を使った実験もある。健康な9人が、秒速1.25mで勾配0%、5%、10%、15%の歩行を行い、足首の外骨格装置を作動させた条件と作動させない条件を比べた研究だ。外骨格とは、体の外側から関節の動きを助ける装置を指す。健康な参加者の装置実験なので、18〜39歳の女性の日常歩行に数値をそのまま当てはめることはできない。[10]

急な上りでは装置が足首に加える機械的な仕事が増えた。それでも、装置の作動による正味の代謝パワーの相対的な減少は、勾配を通じて10〜13%と同程度だった。著者らは、上り坂では力学的な仕事の配分が、足首から膝や股関節側へ変わることを示唆している。坂の負荷を、ふくらはぎだけの頑張りと説明し切れない結果である。[10]

この実験では、足首の筋肉と腱が行う仕事の見かけの効率も、平地の0.53から勾配15%の0.38へ低下した。研究者らは、上りではアキレス腱に蓄えた弾性エネルギーの寄与が減り、筋線維が能動的に短くなる働きの寄与が増えると解釈している。[10] 「坂では体が重く感じる」という日常語の内側には、仕事の分担や行い方の変化もある。

ただし、これは装置を使って仕組みを探った小規模な実験である。数値をそのまま日常の靴で歩く人の消費量に置き換えたり、膝や股関節を強く使うほどよいというフォーム指導に変えたりはできない。[10] この研究の役割は、上り歩きを平地歩行の単純な早送りとして捉えないための説明にある。

年齢の異なる成人を比較した別の研究では、若年群の平均年齢は22.3歳、高齢群は74.5歳だった。秒速1.3mをそろえ、勾配0〜7.5%の範囲で歩いたところ、高齢群は全勾配を通じて代謝コストが13〜17%大きく、効率は12%低く、脚の筋肉が同時に活動する程度は25%大きかった。若年成人と高齢成人の比較なので、18〜39歳の女性の個人差をそのまま表す数値としては使えない。[4]

反対方向に働く筋肉が同時に活動することを、ここでは共活動と呼ぶ。高齢群では共活動と代謝コストの関連は弱く、相関係数は0.233だった。また、共活動は効率の低さとは関連していなかった。したがって、負荷の個人差を「余計な力が入っているから」と単独の原因に還元するのも適切ではない。[4]

友人と同じ坂を同じ速さで歩いても、負担を個別に見る必要がある。この年齢比較の結果を若い女性全員へ直接当てはめることはできないが、速度と勾配をそろえても、歩く人の条件によって代謝の負担が異なる例ではある。[4] 一緒に歩く相手のペースは、測定器の代わりにはならない。

息が弾む瞬間と、使う酸素は同じ指標ではない

坂に入ってすぐ呼吸が変わったからといって、その変化の大きさだけで酸素消費を読めるわけではない。ボランティア4人を調べた呼吸の実験では、平地で酸素摂取量が毎分1Lとなる歩行、同じ速度の傾斜歩行で毎分2Lとなる条件、平地で速度を上げて毎分2Lとなる条件を比べた。少人数のボランティア実験であり、18〜39歳の女性全体の反応へ広げるには慎重さが必要だ。[12]

運動開始時の換気量、つまり出入りする空気の量の変化は、同じ速度の平地と傾斜歩行では同程度だった。一方、速度を上げた平地歩行では、その変化が大きかった。研究者らは、運動開始時の換気の変化を決める要因として、酸素消費で表す負荷より、手足を動かす頻度が重要だと結論している。[12]

ここで見ているのは、歩き始めの反応である。坂の途中まで歩いたときの呼吸、最大まで運動したときの能力、練習を重ねた後の変化を一緒に説明する数字ではない。[12] 坂へ入った直後に平地と同じように感じたとしても、負荷まで変わらないとは判断しない。逆に、足を速く動かして呼吸が急に変わっても、それだけで坂より優れた練習と決めない方がよい。

記録するなら「坂に入った直後」と「上り終わる前」のように、感じた場面を添える方法がある。開始時の換気を調べた研究から導く記録上の提案であり、体力を判定する検査ではない。[12] 呼吸という同じ言葉でも、いつの反応を話しているかが分かれば、前回との比較も具体的になる。

実験では呼吸する空気や二酸化炭素の条件も操作し、空気を呼吸する条件でも結果を確かめている。日常生活の歩行そのものを再現する研究とは役割が違うが、「呼吸の変化」と「酸素消費」が常に同じ比率で動くわけではないことを考える手掛かりになる。[12] 感じたきつさを消す必要はない。測定値と同じものだと決めつけず、別の欄に残せばよい。

数字で読む上り歩きの比較条件

30人：屋外歩行で速度と勾配から代謝量を予測した研究の、若く健康な成人の人数。[6]

時速2.0、3.5、5.0km：同研究で比べた歩行速度である。推奨する練習速度の一覧ではない。[6]

平均勾配3.7%と10.8%：同研究で平地と比較した上り坂の条件を示す。[6]

13〜17%：速度をそろえた年齢比較で、高齢群の代謝コストが若年群より大きかった程度を表す。[4]

毎分1Lと2L：運動開始時の換気反応を調べた実験で設定された酸素摂取量。[12]