有酸素運動中の呼吸交換比が1を超えたら、酸素を使わなくなったのか。重炭酸による酸の調節、呼吸の仕方、運動開始時の二酸化炭素の出入りを、人を対象にした研究で読み分ける。ヨガやピラティスを数字だけで分類せず、検査結果を比べるときに確かめたい条件も整理する。
自転車をこぐ検査を終え、結果の用紙を開く。「呼吸交換比」の欄にある数字が1を超えている。比率なのに上限を突き抜けたようで、どこか計算を間違えたのかと思う。しかし、健常者が行う運動実験でも、呼吸の条件によってこの値は変わる。1を超えたというだけで測定の失敗とは決められない。[5][7]
答えの芯は、口元で測る二酸化炭素の排出と酸素の摂取が、別々の条件で変化することだ。酸・塩基の状態を調節する重炭酸を用いた実験では、酸素摂取量が変わらなくても呼吸交換比が上がった。呼吸交換比の上昇を、そのまま「酸素を使わない運動に完全に切り替わった」と読むことはできない。[7]
既存記事「有酸素運動の呼気で脂肪燃焼は分かる？燃料の推定と息の勢いを分ける読み方」には、燃料を推定する問いを譲る。ここでは、なぜ呼吸の比率が1を超えうるのか、そしてその数字と息切れや運動の境目がなぜ一致しないことがあるのかに絞る。[4][5][7]
呼吸交換比は酸素の使用率ではない
検査で見る呼吸交換比は、二酸化炭素の排出量を酸素摂取量に対して見た比率である。酸素をどれだけ使い切ったかという百分率ではない。運動中の研究では、酸素摂取量、二酸化炭素排出量、換気量と並べて扱われる。いずれも呼吸に関わるが、同じ量を別名で表示したものではない。[4][7]
「息が増える」という日常語にも、いくつかの出来事が入っている。吸って吐く空気の量が増えることと、その空気に含まれる二酸化炭素の排出が変わること、酸素の摂取が増えることは分けて読む必要がある。実際に、重炭酸を用いた実験では換気が少なくなる一方で呼吸交換比は高くなった。この実験では、息の量と比率は逆向きに動いた。[7]
ここが、ヨガやピラティスを検索した人にも関係する。「息が静かだからこの比率も低いはず」「速く呼吸したから酸素を多く使えたはず」と、見た目から数値を補わないことだ。後で見る鼻呼吸と口呼吸の比較でも、出せた力に差がないのに呼吸交換比には差があった。種目名や呼吸音から、検査で測る値を決めることはできない。[5]
初日の汗は、予約した人だけが持ち帰れる。
酸を調節する仕組みと呼吸の変化を分ける
重炭酸は、酸・塩基の調節に関わる物質である。重炭酸による緩衝とは、酸性への変化を和らげる働きを指す。強い運動で見られる呼吸の増加について、血液の酸性への変化がどの程度関わるかを調べた実験がある。単に運動前後の数字を比べず、酸・塩基の条件を操作して確かめた点が特徴だ。[7]
健常男性5人が、負荷を徐々に増やす自転車運動を、通常の条件と重炭酸を静脈内に投与する条件で行った。後者では血漿のpH、つまり酸性・アルカリ性の程度を示す値を、安静時の水準に保った。重炭酸の投与で酸素摂取量は変化しなかったが、呼吸交換比、血漿の重炭酸濃度、動脈の二酸化炭素分圧は上がった。男性だけの実験なので、18〜39歳の女性で同じ変化が起きるかは、この結果から判断できない。[7]
一方、高い負荷のところでは換気量が通常条件より約5〜10%低く、過換気は15〜30%減った。ここでいう過換気は、単に呼吸が速く見えることではなく、運動時の生理反応として評価されたものだ。血漿pHの低下は強い運動時の過換気に寄与する要因の一つだと、著者らは示唆している。[7]
この結果には、違う向きに動いた数字がある。呼吸交換比は上昇し、過換気は減少した。したがって「呼吸交換比が高いほど、必ず換気量も大きい」という説明では、この実験を読み切れない。酸素の利用に加えて、重炭酸と二酸化炭素、酸・塩基の調節が関わる数字として読む必要がある。[7]
この実験の目的は、静脈内投与によって酸・塩基の条件を操作し、呼吸の反応を調べることだった。日常のヨガへの応用や、重炭酸の自己使用を勧めるための検証とは区別する。ここから受け取るのは、酸素摂取量が一定でも呼吸交換比は変わりうるという、測定値を解釈するための知識である。[7]
酸素摂取量が変わらないのに比率が上がるという結果は、分母だけを眺めても説明できない。比率を読むときには、二酸化炭素側で起きた変化と、酸・塩基の条件を組み合わせる必要がある。この実験は「高くなった」という事実と「何が変わったためか」という説明を分けて考える材料になる。日々の記録でも、数字の上下を見つける段階と、その理由を判断する段階は分けたい。[7]
呼吸の通り道が変わっても出力は同じだった
呼吸交換比を下げることが、そのまま運動成績を上げることなのか。この問いを考える材料が、鼻だけで呼吸する条件と口だけで呼吸する条件を比較した研究だ。男性7人、女性2人の計9人が、短時間に強く自転車をこぐウィンゲート試験を行った。条件の順序を釣り合わせて比べている。女性は2人なので、18〜39歳の女性全体に同じ結果を当てはめるには検証が必要だ。[5]
30秒間の試験で、10〜25秒の呼吸交換比は口呼吸条件の方が高かった。鼻呼吸条件では呼吸交換比が1.0未満に保たれたが、終盤の心拍数は鼻呼吸条件の方が高かった。自転車で出したパワーや成績の指標には、呼吸条件による差が認められなかった。[5]
鼻呼吸の方が呼吸交換比は低い。それでも、より大きな力を出せたとはいえなかった。この小規模試験では「低い比率ほどよい成績」という考えは支持されなかった。数字が低ければ合格、高ければ不合格とすると、同じ試験の出力と心拍数の結果が置き去りになる。[5]
著者らは、選べる状況では参加者の好みを判断材料にすべきだとしている。ただし、これは高強度の短時間自転車試験についての結論である。ゆっくりしたヨガ、長く続ける歩行、呼吸の練習は、この試験の比較対象とは異なる。違う運動へ持ち出す前に、何を比較した研究だったかに戻りたい。[5]
運動の境目は呼吸のグラフでもずれる
呼吸交換比が1を超えた瞬間を、体の中の切り替えスイッチだと思いたくなる。だが、運動の閾値、つまり反応の変わり目を調べた健常者の研究では、判定方法によって違う時点が示される例があった。検査票の数字に線が引かれていても、その線の意味を確かめる余地がある。[4]
健常者476人の心肺運動負荷試験を後ろ向きに解析した研究では、51人、約11%に二重の閾値が認められた。酸素摂取量に対する二酸化炭素排出量の変化で判定する方法と、換気や呼気終末のガスから判定する方法の間に差があった例である。前者の閾値が常に先行していた。対象を18〜39歳の女性に絞った解析としては扱えず、この年代の女性にも同じ頻度で起こるかは別に確かめる必要がある。[4]
この群では、先に来る閾値と後に来る閾値の間で、酸素摂取量、二酸化炭素排出量、呼吸交換比、呼吸数、仕事率などが変化していた。しかし、二重の閾値があることは、最高運動能力の違いにはつながらなかった。研究は、酸性への変化によって起きる過換気の遅れとの関連を報告している。[4]
この観察研究は、全員に同じずれが起こると示したものではない。それでも、同じ人の同じ検査から複数の境目が得られる場合があることは重要だ。呼吸交換比の単独の値に、有酸素と無酸素の分類、息切れの程度、能力の優劣をまとめて背負わせない。グラフのどの変化を見て判定したのかを聞く方が、数字への疑問を具体化できる。[4]
二重の閾値を持つ人で最高運動能力が違わなかったという結果も、能力の比較には欠かせない。グラフの形が違うことを、そのまま能力の低さへ変換できなかったからだ。この研究は過去の検査記録を解析したものであり、閾値をずらす練習によって成績が変わるかを試したものではない。判定方法の違いを、改善すべき欠点として扱うのは一歩先へ進みすぎる。[4]
検査結果の説明を受ける場面では、「境目の数値はどれか」に加えて「何の変化を境目として見たか」を聞くとよい。二酸化炭素と酸素の関係を見る方法なのか、換気や呼気のガスを見る方法なのかで、質問の中身が変わる。この研究で見つかったずれは、検査票の欄を一つ読むだけでは捉えにくい。数字の後ろにある判定の手順を聞く理由になる。[4]
数字で読む呼吸交換比のずれ
5人の健常男性で、重炭酸投与により酸素摂取量が変わらず呼吸交換比が上昇した。[7]
15〜30%は、同じ実験で報告された過換気の減少幅である。[7]
9人の鼻・口呼吸比較では、呼吸交換比に差があっても出力の差は認められなかった。[5]
51人／476人は、健常者の検査で二重の閾値が認められた人数である。[4]
5人を調べた運動開始時の研究では、二酸化炭素の体内貯留の推定値が計算条件によって異なった。[12]
初日の汗は、予約した人だけが持ち帰れる。
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