Sato Yoji

Umebayashi Kaoru

Watanabe Kazuo

Yokoyama Etsuro

佐藤 陽治

梅林 薫

横山 悦郎

渡辺 一雄

English

Yoji Sato

Etsuro Yokoyama

Kazuo Watanabe

Kaoru Umebayashi

GLIM IR Institution Repository

山岳丘陵コースにおける持久性運動（サイクリング）のエナジェティクス− 55 −山岳丘陵コースにおける持久性運動（サイクリング）のエナジェティクス  学習院大学文学部教育学科　佐　藤　陽　治  学習院大学計算機センター　横　山　悦　郎  学習院大学理学部数学科　渡　辺　一　雄  大阪体育大学　梅　林　　　薫目的筆者らは、従来より種々の運動及び身体活動のエネルギー源に関心を持っている。近年とりわけ脚光を浴びつつある自転車走行時のエネルギー源および消費カロリーは、平地ではある程度把握されているものの、山岳丘陵などの登坂時のデータ並びに研究は少ない。平地での自転車及び歩行、走行の消費エネルギーは、そのスピードを基準として「RMR (Relative Metabolic Rate)」や「Mets（Metabolic equivalents）」などの指標で、ある程度正確に把握することが可能である。しかし、アップダウンの多いコースでの自転車走行はアップ時の自転車変速器（ギア）の使用段階でそのエネルギー消費量が異なると予測されること、歩行及び走行時においても一般的に使用されている歩数計では、体重を変数要因に入力することが一般的で、ある程度の正確性を担保しているもの、歩幅、速度などにより変動し正確性を欠いていることが予測される。そこで本研究では、サイクリングにおいては GPS を用いてルートの高低差を把握するとともに、心拍数をモニターすることにより逐次の運動強度とエネルギー消費量を精度を上げて把握することを目的としている。また、個人の体力データ（最大酸素摂取量）と登坂時の逐次心拍数（酸素消費量）とルートデータの 3 変数でエネルギー消費量を把握するモノグラムを作成することも可能となる。方法自転車走行時の速度、距離、運動（走行）中の心拍数を計る機材には、（株）ポラール・エレクトロ・ジャパン（POLAR）社製「Polar Pro Trainer 5」を用いた。GPS 情報は、「Polar Pro Trainer 5」と GARMIN 社製「GPSMAP 60CSx」の併用で計測した。走行中の状況をモニターするため伴走車で追跡し、Go Pro 社製「Hero」で必要に応じて撮影した。実験地は静岡県伊豆半島の下田から河津を経て天城峠までの登坂コースと栃木県奥日光光徳から金精峠まで登坂し菅沼までのダウンヒルコースの２コースで実施した。被験者は前者が３名、後者が２名、計５名であった。静岡県伊豆半島の下田から河津を経て天城峠までの登坂コースは、距離 27.1km 、標高差約 680 ｍ、研究報告計算機センター　Vol. 35　2014− 56 −栃木県奥日光光徳から金精峠まで登坂し菅沼までのダウンヒルコースは、距離 17.1km、最低地（奥日光光徳）標高、1371m、最高地（金精峠）標高、1798m、標高差、427m であった。結果　及び　考察と今後の展開今回の一連のフィールドワークでは５つのデータが得られたが、例数がまだ足りず統計的処理には不十分なのでここでは両コースに参加した被験者のデータの内、金精峠越えのデータを「Table 1」に示す。Table 1　Cycling Data over the Mountain Pass of Konnsei : Subject Aitems values unitsDuration 85 min.Sampling Rate 15 secEnergy Expenditure 590 kcalNumber of Heart Rate 9036 beatsRecovery 3 beatsMinimum Heart Rate 71 bpmAverage Heart Rate 106 bpmMaximum Heart Rate 143 bpmStandard Deviation 21.3 bpmMinimum Speed 5.3 km/hAverage Speed 14.1 km/hMaximum Speed 48.8 km/hDistance 17.1 kmMinimum Altitude 1371 mAverage Altitude 1587 mMaximum Altitude 1798 mAscent 535 mDescent 257 mSlope 2 timesGrade % 1.7 %VAM 378 m/h山岳丘陵コースにおける持久性運動（サイクリング）のエナジェティクス− 57 −走行時間は、１時間 25 分。走行距離は、21.3（km）。心拍数のモニター間隔は、15 秒。エネルギー消費量は、590（kcal）。活動中の心拍数は平均 106（bpm）（ｎ：9036、s.d.：21.3）、最高心拍数143（bpm）、最低心拍数 71（bpm）であった。自転車の平均速度は、14.1（km/h）、最高速度は 48.8（km/h）、最低速度は 5.3（km/h）であった。ルートのスタート地点（奥日光光徳）と最高標高地点（金精峠）の標高差は４２７（m）であった。「被験者（subject）A」のプロフィールを「Table 2」に示した。被験者の最大酸素摂取量（Maximum Oxygen Uptake）は現時点では、自転車エルゴメーターによる簡易的値である。Table 2　Profile of Subject Aitems values and so forth unitsSex MaleAge 56 yrsHeight 182 cmWeight 72 kgMaximum Oxygen Uptake 55 ml/kg/min「Fig.1」にルートの標高推移、「Fig.2」に、心拍数の推移「Fig.3」に自転車速度の推移を示した。「Fig.1」 Altitude 計算機センター　Vol. 35　2014− 58 − 「Fig.2」heart Rate「Fig.3」Speed「Fig. １」は、自転車走行時の標高であり、被験者 A は、金精峠のトンネル前で一旦反転して途山岳丘陵コースにおける持久性運動（サイクリング）のエナジェティクス− 59 −中（1690m 付近）まで下り、再び登坂しトンネルを抜け最高到達点に至り菅沼まで下ったことが分かっている。「Fig.2」の心拍数の推移からは、登坂時は一気に拍動が高まり、乱高下を幾度か経て、120（bpm）付近で落ち着いていることが分かる。速度も多少の増減はあるもの 107（m/s）付近で落ち着いていることから（「Fig.3」）、今回の勾配、被験者の体力、環境での定常状態（Second Wind）は心拍数にして 120（bpm）の強度であったと推察される。心拍数を基にしたカルボーネン法（Karvonen Formula）による運動強度の推定では、次式より、「運動強度」＝（心拍数−安静時心拍数）÷（最大心拍数−安静時心拍数）×100　　　　　　　　　　　＊「最大心拍数」＝ 220 −「年齢」　　　　　　　　　　　＊「安静時心拍数」＝ 60約 58% HR max（最大運動強度の 58％負荷）に当たり、継続できる有酸素運動の最大値と呼ばれるいわゆる無酸素性作業閾値（AT：Anaerobic Threshold）であるといわれる 50 ─ 70% HR max の範囲に収まっている。しかしながら、被験者の内省では、被験者は山岳登坂自転車競技に頻繁に参加する持久性競技者であり年齢を考慮しても今回の登坂時の心拍数は多少低いような印象であり、ペース及び心拍数はもう少し高い可能性があると思われる。今回簡易的に推測した最大酸素摂取量（55 ml/kg/min）の呼気ガス分析による精査も必要である。「Table 3」は、当該被験者の自転車走行ペース（１ｋｍ走行に費やした時間）である。Table 3　Bicycle Pace over the Mountain Pass of Konseiitems values unitsAverage Pace 4:15 min/kmMaximum Pace 1.13 min/kmMinimum Pace 11:19 min/kmDistance 17.1 km「Table 3」より、この勾配での登坂時のペースは１ｋｍ当たり 11 分 19 秒ペースであり、この勾配（平均）での AT 水準ということになる。いずれにしても、平地及び勾配別の AT および最大酸素摂取量の精査とデータ数の蓄積が必要となろう。今後の課題である。このルートの消費エネルギーは、「Table 1」より 590（kcal）であり、次式の「MET ｓ」によるエネルギー消費量の計算式より、今回のルートの MET ｓ指数は、約 6（5.8）METs となる。計算機センター　Vol. 35　2014− 60 −「エネルギー消費量」＝「METs’ Index 」×「Weight（kg）」×「Time（hour）」巻末に提示した「Table 4」は、自転車運動にともなうエネルギー消費量の目安となる「MET ｓ」の表である。「Table 4」に当てはめれば、通勤、自分の選んだペース、ほどほどの速さ、非舗装道路や農道、レジャー、15.1（km/h）などに該当するが、あくまでこれは平地での値に敷衍すると仮定した場合の値であり、今回のルートの坂道登坂は考慮していない。勾配とペース、エネルギー消費量の解明、精査が必要になる所以である。最後に、今回のルート（勾配）と心拍数、スピード（ペース）の関係を「Fig. 4」に総括する。同一表上、ピークの一番高いのが標高、次が心拍数、一番ピークの低いのがスピードである。基本的に、「Fig. 1」、「Fig. 2」及び「Fig. 3」の合成である。登坂とともに心拍数が上昇し、スピードが遅くなるのは自明だが、勾配の漸増に伴い心拍数とスピードが一定水準で落ち着くことが分かる。この区間に AT に到達している可能性があるが、精度を高めるにはラボラトリー実験により最大酸素摂取量と AT 水準強度の精査が必要である。 「Fig. 4」Relationship among Heart Rate, Altitude and Speed山岳丘陵コースにおける持久性運動（サイクリング）のエナジェティクス− 61 −Table 4　Energy Expenditure from Index of METs ListMETs　Indexes Condition14.0 bicycling, mountain, uphill, vigorous16.0 bicycling, mountain, competitive, racing8.0 bicycling, BMX(motocross)8.5 bicycling, mountain, general 4.0 bicycling, less than 16.1 km/h, leisure, to work or pleasure6.8 bicycling, to/from work, self selected pace5.8 bicycling, on dirt or farm road, moderate pace7.5 bicycling, general3.5 bicycling, leisure, 8.9 km/h5.8 bicycling, leisure, 15.1 km/h6.8 bicycling, 16.1-19.2 km/h, leisure, slow, light effort8.0 bicycling, 19.3-22.4 km/h, leisure, moderate effort10.0 bicycling, 22.5-25.6 km/h, race or leisure, fast, vigorous effort12.0bicycling, 25.7-30.6 km/h, race/not drafting,or drafting less than 30.6 km/h, very fast, 15.8 bicycling, more than 32.2 km/h, racing, not drafting 8.5bicycling, 19.3 km/h, seated, 80 rpmhands on brake hoods or bar drop9.0 bicycling, 19.3 km/h, standing, hands on brake hoods, 60 rpmMETs　Indexes Condition

サンガク　キュウリョウ　コース　ニ　オケル　ジキュウセイ　ウンドウ　サイクリング　ノ　エナジェティクス

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