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水中トレッドミル歩行およびプール歩行における 心拍数，直腸温，酸素
川崎医療福祉学会誌 原 著 水中トレッド ミル歩行およびプール歩行における 心拍数，直腸温，酸素摂取量の変化 小野くみ子½ 伊藤三千雄½ 川岡臣昭½ 河野 寛½ 椎葉大輔½ 妹尾奈月½ 寺脇史子½ 中嶋雅子½ 西村一樹½ 小野寺昇¾ 要 約 プール施設において適切な運動処方を行うための水中トレッド ミル歩行とプール歩行の指標は未だ 確立されていない．本研究では ，プール施設において運動処方を行う際の指針となる指標を作成する ための基礎的データとして ，水中トレッド ミル歩行（ ）およびプール歩行（ ）における心拍数， 直腸温，酸素摂取量の変化について比較・検討することを目的とした． 名（ 年 齢歳 ，身 長 ，体 重 ， 標準偏差）であった ．被験者は ，陸上および 水中立位において各 分間安静をとった ．続いて または を分間行った．その後水中立位で 分間の回復をとった．歩 速は時速 （それぞれ ， ， ）とした．水位は腰部とした ．水中トレッド ミルの水流はな しとした ．水温は ℃とした ． の心拍数の経時的変化は ， と比較して有意に高値を示した（ ）． および の心 拍数の経時的変化は ， 全てと比較して有意に高値を示した（ すべて ）． の直腸温 の変化量の経時的変化は と と同様に変化した ． は ， と比較して有意に高値を示 した（それぞれ ）． は と比較して有意に高値を示した（すべて ） ．酸素摂 被 験 者 は ，成 人 男 性 ；すべて平均値 取量の経時的変化は直腸温変化と同様であった ．これらの変化から ，プール歩行は水抵抗が大きく ， 分）は （ ：時；歩速）で表すことができる．ま た ， の場合， で表すことができる．これらの式から ，酸素摂取量を 同じ歩速でも水中トレッド ミル歩行と比較して運動強度が高くなることが考えられた． の場合，酸 素摂取量（ ： もとに歩速を設定することができると考えられた ．これらのことから ，水中トレッド ミル歩行および プール歩行の指標を提案する． 緒 能であることが明らかになっている ．一方で ， 言 プール歩行は ，温水プールを併設した健康増進施設 水中において ，生体は水の物理的特性の影響を受 等で多く取り入れられているにもかかわらず ，それ け ，陸上とは異なる生理学的反応を示す ．水の に関する研究報告は少ない ．また，水中トレッ 物理的特性である浮力が作用し ，水中では関節にか ド ミル歩行とプール歩行の違いを心拍数や酸素摂取 かる負荷が少ない状態で運動することが可能である． また，歩行速度および水位を設定することによって， 量などの生理学的指標から比較・検討した報告も少 ない ．水中トレッド ミル歩行の運動形式は ， 水中運動において陸上運動と同等のエネルギー消費 静止水中でベルトの走行に合わせ下肢を運動させる を得ることができる． ものである．一方で ，プール歩行は静止水中で全身 水の物理的特性を活用した水中運動として ，水中 を移動させる形式である．これらのことから ，水中 トレッド ミルやプールなどにおける水中歩行があげ トレッド ミル歩行に関する実験で得られた指標をそ られる．多くの先行研究から ，水中トレッド ミルは， のままプール歩行に生かすことはできないと考えら 速度を調節することで客観的な運動強度の設定が可 れる．プール施設で適切な運動処方が行われるため 川崎医療福祉大学大学院 医療技術学研究科 健康体育学専攻 川崎医療福祉大学 医療技術学部 健康体育学科 倉敷市松島 川崎医療福祉大学 （連絡先）小野くみ子 〒 小野くみ子・伊藤三千雄・川岡臣昭・河野 寛・椎葉大輔・妹尾奈月・寺脇史子・中嶋雅子・西村一樹・小野寺昇 には ，水中トレッド ミル歩行と比較したプール歩行 子）を用い胸部双極誘導によって経時的に導出し ， における生理学的指標の検討が必要である． 実験開始から そこで本研究は ，健康増進施設において運動処方 （ ）直腸温 を行う際の指針となる指標を作成するための基礎的 直腸温は， 分毎に終了まで記録した ． 0 サーミスタ温度プローブ（ 0 データとして ，水中トレッド ミル歩行およびプール サーモメータ 日機装ワイエスアイ）を用いて経時的 歩行における速度の違いが ，心拍数，直腸温および に導出し ，実験開始から 酸素摂取量に及ぼす影響について比較・検討するこ とを目的とした ． （ ）酸素摂取量 分毎に終了まで記録した． 採気は ，ダグ ラスバッグ 法を用い ，陸上及び 水 方 分間，運動期 分， 分， 分， 分， 分，回復期 分， 分， 分， 分， 分の各 分間とした．質 量分析装置（ 1$ 203ウエストロン）を 中安静期 法 ．被験者および環境条件 歳 ， ，体 重 お よび ）であった ．被験者は ，説明され 被 験 者 は ，成 人 男 性 名（ 年 齢 身長 用いて採気したガ スの酸素濃度および二酸化炭素濃 た本研究の目的，危険性，得られる成果を十分に理解 品川製作所）を用いてガス量を測定した ．得られた し ，実験に参加することに同意した ．水温 値から酸素摂取量を算出した ． ℃，室温 ℃，湿度であった ． ．運動条件 （ ）統計処理 /4 標準偏差で示した ．各条件間 値はすべて平均値 被験者は，水中トレッド ミル歩行およびプール歩行 を行った．水位は腰部に設定した．水中トレッド ミル ! " ）を用い，歩速を ， ， 時（ ， ， ）とした．また，プール歩行はスイミングプール を用い，歩速を ， ， 時（ ， ， ）と 歩行は，水中トレッド ミル（アクアトレーナー， した．プール歩行の各歩速は ，プールに沈めた台に ビニールテープで 度を測定した．その後，乾式ガスメーター（ 毎につけた印を踏ませる ことによって設定した．被験者は，計算式から算出し 時のとき #；#$%&' $( )*+&$ ， 時のとき # ， 時のとき # ）を た速さ（ メトロノームの音に合わせて踏みながら歩行した ． ．測定プロト コール（ 図 ） 陸上立位 分間を安静期とし ，続いて水中立位 分間を水中安静期とした．次に各設定速度で 分間 の歩行（ 運動期）を行った．運動終了後，水中立位 分間を回復期とした． ．測定項目 （ ）心拍数 心拍数は ，水中心電計（ の経時的変化の差の検定には ，反復測定分散分析法 を用いた．また，各条件間の 分毎の差の検定には ， & 検定（対応あり）を用いた ．いずれも有意水準は 未満とした ． 結 果 ．心拍数（ 図 ） （ ）水中トレッド ミル歩行 ， および において ，心拍数に有意な ）． と ， と における心拍数の経時的変化に，それぞれ 有意な差を認めた（いずれも ）． と 経時的変化を認めた（すべて における心拍数の経時的変化に有意な差を認めな かった ．水中トレッド ミル歩行におけるそれぞれの 心拍数の経時的変化は ，歩速が速いほど 運動中に高 値を示す傾向にあり，群間の値の差は回復期におい てもその傾向を継続した． （ ）プール歩行 , -,.,/ 図 電 ， および において ，心拍数に有意な 経時的変化を認めた（すべて ） ． と ， 測定プロト コール 水中トレッド ミル歩行とプール歩行のエネルギー代謝量 図 運動期および回復期の心拍数変化（ ：運動期，：回復期） 分 ， ， ，分 分 分 ， 分 分 分 分 ， 分 分 ， ， 分 分 と ， と における心拍数の経時的変化 ）．プール歩 に ，有意な差を認めた（すべて 行におけるそれぞれの心拍数の経時的変化は ，歩速 が速いほど 運動中に高値を示す傾向にあり，とりわ け の運動期心拍数の上昇は大きく，値の差は回 復期においてもその傾向を継続した． （ ）水中トレッド ミル歩行とプール歩行の比較 の心拍数の経時的変化は ， と比較して有 意に高値を示し（ ）， および と比較 して有意な差を認めなかった ． の心拍数の経時 的変化は ， ， および と比較していずれ も高値を示した（すべて ）． の心拍数の 経時的変化は ， ， および と比較して有 意に高値を示した（すべて ） ． ．直腸温（図 ） 直腸温変化の絶対値は個人間でばらつきが大きい ことから ，結果とし てすべて相対値で示すことと した． （ ）水中トレッド ミル歩行 ， および において，直腸温の変化量の ）． と ， と における直腸温の変化量の経時的 変化に有意な差を認めた（いずれも ） ． と における直腸温の変化量の経時的変化に有意 な差を認めなかった ． は ，入水から運動終了ま で低下し ，回復 分までほとんど 変化なく，回復 分から再び低下する傾向にあった ． は ，運動開 経時的変化に有意な差を認めた（ ， 分 分 分 分で最高値を示し ，その後緩やかな減少傾向に は ，運動開始から 分までわずかに上 昇し ，その後運動終了 分前まで低下し ，それ後徐々 に上昇し ，回復期 分に最高値を示した ． 始 あった ． （ ）プール歩行 ， および において，直腸温の変化量の 経時的変化に ，有意な差を認めた（すべて ） ． と ， と ， と における直腸温 の変化量の経時的変化に ，有意な差を認めた（すべ ）． に ，運動開始から緩やかな減少傾 向を認めた ． は ，運動開始から 分でもっとも 大きく減少し ，その後緩やかな上昇を示した ． は ，運動開始から 分まで低下傾向にあり，その後 て 急激な上昇を示した ． （ ）水中トレッド ミル歩行とプール歩行の比較 の直腸温の変化量の経時的変化に ， およ と同様の変化を認めた ． の直腸温の変化 量の経時的変化に ， および と比較して ，そ れぞれ有意な差を認めた（いずれも ）． の直腸温の変化量の経時的変化に ， と比較して， 有意な差を認めなかった ． の直腸温の変化量の 経時的変化に ， ， および と比較してい ずれも有意な差を認めた（すべて ）． び ．酸素摂取量（図 ） （ ）水中トレッド ミル歩行 ， および において ，酸素摂取量の経 時的変化に ，有意な差を認めた（ すべて ）． 図 図 小野くみ子・伊藤三千雄・川岡臣昭・河野 寛・椎葉大輔・妹尾奈月・寺脇史子・中嶋雅子・西村一樹・小野寺昇 運動期および回復期の相対値直腸温変化（ ：運動期，：回復期） 分 ， ， 分 分 分 分 分 分 ， ， 分 分 ， 分 分 分 分 分 ， 分 分 ， 分 ， ， 分 ， 分 ， ， 分 入水後の酸素摂取量変化（ ：運動期，：回復期） ， ， 水中安静 ， ， ， ， ， 水中安静， ， ， ， 水中トレッド ミル歩行とプール歩行のエネルギー代謝量 と における酸素摂取量の経時的変化に ，有 意な差を認めた（ ） ． と ， と における酸素摂取量の経時的変化に ，有意な差を認 ）． は ，水中安静に対し て最大で倍の増加を示した ． は ，水中安静 に対して最大で 倍の増加を示し ，これは の 約倍の増加率であった． は ，水中安静に対し て最大で 倍の増加を示し ，これは の約 倍， の約倍の増加率であった ． 条件全ての めた（ いずれも 回復期の平均値は ，水中安静を下回った ． （ ）プール歩行 ， および において ，酸素摂取量の経時 ）． と ， と ， と の酸素摂取量の経 時的変化に ，有意な差を認めた（ すべて ）． は ，水中安静に対して最大で倍の増加を示 した ． は ，水中安静に対して最大で倍の増 加を示し ，これは の約倍の増加率であった ． は ，水中安静に対して最大で 倍の増加を示 し ，これは の約倍， の約倍の増加率で あった ． 条件のうち の回復期平均値は ，水中 安静を下回った ． は ，回復期 分において水中 安静と比較して倍の増加を示したが ，その後は 全て下回った ． は ，回復 分までは水中安静に このことから ，静止水を移動するために必要な前進 対して増加を示したが ，その後は下回った． 力は（ ）式で表すことができる． 的変化に有意な差を認めた（ すべて 図 5 お， は歩速（ ．水中トレッド ミル歩行とプール歩行におけるエ ネルギー代謝量の比較（図 ） 酸素 に対し発生するエネルギーは % であ る ことから ，得られた酸素摂取量を元にエネル 時）， 6 は酸素摂取量（ 分）を 表す． また ，プール歩行の場合は（ ）式となる． 78 78 （ ）水中トレッド ミル歩行とプール歩行の比較 の酸素摂取量の経時的変化は ， ， と比 較して，有意な高値を示し（いずれも ） ， と比較して ，有意な差を認めなかった ． の酸素 摂取量の経時的変化は ， ， および と比較 して ，有意な高値を示した（ すべて ）． の酸素摂取量の経時的変化は， ， および と比較して，有意な高値を示した（すべて ） ． エネルギー代謝量 78 （ ）式から水中歩行時のエネルギー消費量増大に は ，速度増加における水抵抗の増大が大きく関わっ ていると考えられる．水抵抗は水中の進行方向の体 表面積に相関するものと考えられている．また， （ ） 式および（ ）式を用いることによって，水中トレッ ド ミル歩行の酸素摂取量をもとにプール歩行での歩 行速度に換算することが可能であると考えられる． このことを活用し ，プール設備を持つ施設において ， 実際のプール歩行を利用者に処方する際に目安とな る速度を提示することができると考えられる． ギ ー代謝量を算出することが可能である ．これら 水中トレッド ミル歩行において酸素摂取量が 時）の時，分間の水中歩行は熱損 の指標を用いて ，具体的な数値目標とし ての目安 分（歩速 とすることができる．エネルギー代謝量は ， 失と比較して熱産生が上回ることから ，熱産生が直 の とき%分， のとき%分， のと き%分， のとき %分， のとき %分， のとき%分となる． 考 察 乗に依存する ことから，酸素摂取量は以下の（ ） 水中トレッド ミル歩行の場合，水抵抗が速度の 式で表される回帰曲線で示すことが可能である．な 腸温低下を抑制していると考えられる．また ，プー ル歩行において 分（歩速 時）の時， 分間の水中歩行は熱平衡を保つことができず ，直腸 分（歩速 時）の 温保持が不可能である． 時は熱平衡を保つことができることから ，直腸温の 低下を抑制することが可能であると考えられる．歩 速 時におけるプール歩行が歩速 時にお ける水中トレッド ミル歩行の酸素摂取量を上回って 小野くみ子・伊藤三千雄・川岡臣昭・河野 寛・椎葉大輔・妹尾奈月・寺脇史子・中嶋雅子・西村一樹・小野寺昇 いるにも関わらず直腸温が低下している．その理由 えられる．静止水は ，水抵抗がプール歩行と比較し として ，前述したように ，プール歩行では水中で体 て少ないため ，水中歩行導入初期の利用者に必要と を前進させるため ，常に撹拌された水が体表面の熱 される低強度を設定することができる．さらに ，運 を奪い易い環境にあることがあげられる．そのため， 動速度を正確に設定することができると考えられる． 酸素摂取量が多く熱産生も多い場合においても放散 一方で ， 台の水中トレッド ミルは 名のみ歩行 熱が上回ることから ，直腸温が低下したものと考え 可能であるが ，プール施設では同時に多くの利用者 られる． が水中歩行を行うことができる．また，静止水の中 歩速 を移動するプール歩行は ，体表面積に依存した抵抗 時でのプール歩行において，歩行開始 から他の群に比較して急速に体温が低下した ．この ことから ， 時でのプール歩行時には歩行初期 が負荷されるため ，水中トレッド ミル歩行と比較し て高い運動強度を設定することができる．歩行速度 において水中を前進する際に撹拌された水によって は ，一定の歩幅を保ち，曲に合わせて歩行すること 体表面から奪われた熱が運動時に体内で産生され で歩調が整うことから ，曲の拍子を運動強度設定の る熱を下回ったものと考えられる．この速度では ， 指標として活用することも可能である ．これらの 歩行開始後 分で最も体温低下を招き， 分以降で ことから ，水中トレッド ミルとプールの活用の仕方 は体温が上昇し ，回復期終了後にはほぼ運動開始時 を分けると ，より効果的な水中運動を行うことがで の体温に回復した ．このことから ，プールにおいて きるものと考えられる． 時での水中歩行を行う場合，分間連続で歩 ま と 行することが体温低下防止になると考えられる． め 直腸温は ，水中トレッド ミル歩行およびプール歩 水中トレッド ミル歩行およびプール歩行における 行において，すべての歩行速度で歩行開始後連続的 生理学的指標について比較・検討した．プール歩行 に低下した ．歩速 は ，水中トレッド ミル歩行と比較して水抵抗が大き 時および 時での水中 時でのプール歩行に トレッド ミル歩行，歩速 いことから ，同じ歩行速度であっても運動強度が高 おいて直腸温は運動期終了まで低下し続けた ．この いことが明らかとなった．数式（ ）から求めた酸素 ことから ，これらの速度は水中歩行時の熱産生が体 摂取量を（ ）に代入し ，水中トレッド ミルにおける 温の平衡を保つために不十分であったと考えること 運動速度と同様の運動強度のプール歩行速度を設定 ができる ．また，皮下脂肪や体表面積 容積比，汗 することができることも明らかとなった ．これらの 腺の応答などの身体的条件が整っていない子ども ことから ，水中トレッド ミル歩行における指標に加 や体温調節機能の低下を起こしている高齢者 な え ，実際のプール歩行の指標を提案する． どにとって ，運動強度としては最適であっても，低 速度での水中歩行は体温低下を招き，運動中の寒さ を感じさせる原因にもなりうると考えられた ． 本研究にご協力頂きました川崎医療福祉大学大学院の中 西洋平さん ，大槻桂右さん ，関和俊さん ，西岡大輔さんに 水中トレッド ミルを用いることによって ，水中歩 深く感謝致します． 行に関する資料を容易に収集することができると考 文 献 ） ： ． ， ， ! ，" " ． ）小野寺昇，宮地元彦，矢野博己，宮川健：水の物理的特性と水中運動．バイオメカニクス研究，（ ），##!# ，"" ． # ）小野寺昇，木村一彦，宮地元彦，米谷正造，原英喜：水の粘性抵抗が水中トレッド ミル歩行中の心拍数と酸素摂取量に 及ぼす影響．宇宙航空環境医学， ，$%!% ，"" ． ）& ' ，( ) ，* + ，, - .：/ 0 12 1 2 3 ． ， ， ! ，"" ． ）堀田昇，大柿哲朗，金谷庄藏，藤島和孝：新しい水中運動装置（ 4 ）を用いた運動療法．体力研究， ，!% ， "" ． $ ）小野寺昇，山元健太，西村正広，宮地元彦：新型水中エルゴ メーターを用いた運動負荷時の心拍数と酸素摂取量の変化． 川崎医療福祉学会誌， ，!" ，""% ． 水中トレッド ミル歩行とプール歩行のエネルギー代謝量 % ） 3 ' - ,,：5 0 1 ． ， ，! ，" % ． ）桶井忠昭，高橋繁浩，北川薫，石河利寛：水中及び水中歩行による運動強度の指標としての心拍数，運動スピード ，主 観的運動強度の有効性．東海保健科学， ，!" ，" %． " ）青葉貴明，松本高明：水中運動における運動強度と血圧応答の関係．国士舘大学体育研究所報， ，%! ， ． ）宮川江里，鈴木直子，伊原千夏，島田美恵子，川久保清，吉武裕：中高年女性の水中歩行時の呼吸循環系および代謝系 応答．臨床スポーツ医学， （ " ），%#!%$ ， ． ）近藤和夫，辻田孝輔：一般のプールと水中トレッド ミル歩行の呼吸循環応答の比較．理学療法学．（ - ），# ， # ． ）宮川健，枝松千尋，小野寺昇：水中歩行動作の運動学的考察．体力科学，（ $ ），%$ ，""" ． # ）竹島伸生，植屋節子，成田誠，山本高司：高齢者における陸上，水中トレッド ミル歩行及びプール歩行時の酸素摂取量 と心拍数の相違．体力科学， （ $ ），%" ，""% ． ）山地啓司：最大酸素摂取量の科学．改訂第版，杏林書院，東京，! ， ． ）池上晴夫：運動生理学．初版，朝倉書店，東京，! ，"" ． $ ）鈴木洋児：水中運動の生理学的基礎．臨床スポーツ医学，（ # ），$!% ，# ． % ）甲斐美和子：水中での体温変化．66-7.&/- -586 ，（ ），!" ，" ． ）仁科秀則：89 章．生態の状態が体温調節に影響する ．成人との違い ．胎児・乳児:体温調節の個体発生．入 來正躬編，体温調節のし くみ，第 版，文光堂，東京，!" ，"" ． " ）入來正躬：体温生理学テキスト わかりやすい体温のおはなし ．! ，# ． ）星島葉子，小野寺昇，宮地元彦，宮川健，西村正広，山元健太，山口英峰：水中運動における曲の拍子が心拍数と酸素 摂取量に及ぼす影響．水泳水中運動科学， ，!$ ， ． （平成$年月日受理） 小野くみ子・伊藤三千雄・川岡臣昭・河野 寛・椎葉大輔・妹尾奈月・寺脇史子・中嶋雅子・西村一樹・小野寺昇 ( ..2 8/.2 / ( .(2 ) ( .2 ' -)8*2 -;.2 < /;& (82 (82 (= 8-)8+& - ..';& > 16 2 ? @ 2 2 A 0 A 8A 0 0 1B 6 / 3 1 2 A3 >/? >7? 0 0 1 A6 -A >@ 6%6% 3C -'? 1 36 0 0 2 3 0 2 #D 6 0 13 1 6 / 1 0 "6%6%℃ 6 ) 0 7 E3 0 / >6?6 5 0 7 7# E3 0 /2 / /# >6?6 / 0 1 0 0 72 / /6 & 0 7 E3 0 / / >6?6 7# 0 /2 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