JP2012011133A - System for controlling exercise load and method of controlling exercise load - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for controlling an exercise load for automatically imposing the exercise load with high body fat-burning efficiency to a subject.SOLUTION: The system for controlling the exercise load includes: a loading part for exercising the subject by imposing the load to the subject; a gas analyzing apparatus for detecting exhalation by the subject while the subject exercises with the load imposed by the loading part; a load operation part for calculating the exercise load which is the maximum fat burning efficiency in the subject based on the information of exhalation detected by the gas analyzing apparatus; and a load controller for adjusting the loading part based on the exercise load calculated by the load operation part.

Description

本発明は、運動負荷制御システムに関し、特に、被験者の脂肪燃焼効率が高い運動負荷に制御するための運動負荷制御システムに関する。   The present invention relates to an exercise load control system, and more particularly to an exercise load control system for controlling an exercise load with high fat burning efficiency of a subject.

わが国では人口減少・少子高齢化が進展しており、総人口に対する65歳以上の高齢者が占める割合が急速に増加しつつある。具体的には、2013年になると総人口に対し約25.2%のほぼ4人に1人が高齢者となり、2035年になると総人口に対し約33.7%のほぼ3人に1人が高齢者となると言われている。高齢者ほど医療機関を利用する割合は大きいことから、今後医療の負担が大きくなることが予想される。   Japan's population is declining and the birthrate is declining, and the proportion of elderly people over the age of 65 is rapidly increasing. Specifically, in 2013, approximately 1 in 4 people, approximately 25.2% of the total population, became elderly, and in 2035, approximately 1 in 3 people, approximately 33.7% of the total population. Are said to be elderly. The older the elderly, the greater the proportion of medical institutions that are used, so the medical burden is expected to increase in the future.

加えて、若年層においては、生活環境が著しく改善されたこと、IT技術の進展により体を動かす機会が減少したこと等の理由により、メタボリックシンドロームが問題となっており、生活習慣病等の疾病を患う若年層の人口は年々増えてきている。このように若年層においても医療を利用する機会が増えているというのが現状である。   In addition, the metabolic syndrome has become a problem for young people due to the fact that the living environment has been remarkably improved and the opportunity to move the body has decreased due to advances in IT technology. The population of young people suffering from is increasing year by year. Thus, the present situation is that there are more opportunities for young people to use medical care.

メタボリックシンドロームを予防するためには、適度な運動を生活に取り込むことが必要である。しかし、20代〜40代の世代の人々は、運動する時間を確保しにくく、限られた短時間の運動で、いかに効率よく体脂肪を燃焼させるかというところに関心が高まっている。   In order to prevent metabolic syndrome, it is necessary to incorporate appropriate exercise into daily life. However, people in their twenties to forties are hard to secure time to exercise, and there is an increasing interest in how to burn body fat efficiently with limited short-time exercise.

ところで、体脂肪の燃焼効率を示す指標の好適な生体試料の例として、呼気がある。特に、呼気中のアセトンは、脂肪(脂肪酸)、タンパク質(アミノ酸)を分解したときに産出されることから、体脂肪の代謝を示す指標として位置づけられる。体脂肪がアセトンとなって、体外に排出されるメカニズムは以下の通りである。   By the way, as an example of a suitable biological sample as an index indicating the burning efficiency of body fat, there is exhalation. In particular, acetone in breath is produced when fat (fatty acid) and protein (amino acid) are decomposed, and thus is positioned as an index indicating metabolism of body fat. The mechanism by which body fat becomes acetone and is discharged outside the body is as follows.

まず、運動して血中グルコースが消費されて不足すると、体内に蓄えられた体脂肪がエネルギーとして利用される。血中の脂肪が代謝されて、アセト酢酸、ヒドロキシ酪酸、アセトン等のケトン体が生成される。生成されたケトン体のうち、アセト酢酸およびヒドロキシ酪酸は肝臓以外の臓器で再利用され、アセトンは肺を介して呼気として外部に排出される。   First, when exercise is performed and blood glucose is consumed and insufficient, body fat stored in the body is used as energy. Fat in the blood is metabolized to produce ketone bodies such as acetoacetic acid, hydroxybutyric acid, and acetone. Of the produced ketone bodies, acetoacetic acid and hydroxybutyric acid are reused in organs other than the liver, and acetone is discharged to the outside through the lungs as exhaled air.

よって、アセトンは、体脂肪を燃焼する過程で生成され、しかも呼気中に含まれて排出される。このため、呼気中のアセトンの濃度を測定することにより、体脂肪の燃焼状況を直接的に知ることができる。   Therefore, acetone is produced in the process of burning body fat, and is contained and discharged in the exhaled breath. For this reason, by measuring the concentration of acetone in exhaled breath, it is possible to directly know the state of burning of body fat.

また、たとえば特許文献1には、呼気中のアセトンの濃度から体脂肪の燃焼度を算出する体脂肪燃焼量測定装置が開示されている。特許文献1の体脂肪燃焼量測定装置は、呼気中のアセトン濃度を検出するアセトン検知センサと、該アセトン検知センサで検出したアセトン濃度に応じて、体脂肪の燃焼度合いを被験者に伝える報知手段とを備える。   For example, Patent Document 1 discloses a body fat combustion amount measuring device that calculates the burnup of body fat from the concentration of acetone in exhaled breath. The body fat burning amount measuring device of Patent Document 1 includes an acetone detection sensor that detects an acetone concentration in exhaled breath, and an informing means that informs a subject of the burning degree of body fat according to the acetone concentration detected by the acetone detection sensor. Is provided.

特許文献1の体脂肪燃焼量測定装置を用いる場合、被験者は報知手段を確認しながら、体脂肪の燃焼度合いが高い条件で運動し続けることにより、体脂肪を効率的に燃焼することができる。   When using the body fat combustion amount measuring apparatus of Patent Document 1, the subject can efficiently burn body fat by continuing to exercise under conditions where the degree of body fat combustion is high while checking the notification means.

特開2001−349888号公報JP 2001-349888 A

しかしながら、特許文献1の体脂肪燃焼量測定装置を用いる場合、被験者は常に報知手段を確認しながら運動する必要がある。また、被験者の最適な運動負荷は、そのときの被験者の体調や食後からの経過時間にも大きな影響がある。このため、運動するときに毎回自分の最適な運動負荷を調整する必要があり、運動中の被験者に対する負担が大きかった。   However, when using the body fat combustion amount measuring device of Patent Document 1, the subject must always exercise while confirming the notification means. In addition, the optimal exercise load of the subject greatly affects the physical condition of the subject at that time and the elapsed time after eating. For this reason, it is necessary to adjust his / her optimal exercise load every time he / she exercises, and the burden on the subject during exercise is heavy.

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、体脂肪の燃焼効率が高い負荷を自動的に被験者に与える運動負荷制御システムを提供することである。   This invention is made | formed in view of the above present conditions, and is providing the exercise load control system which gives a test subject the load with high combustion efficiency of body fat automatically.

本発明の運動負荷制御システムは、被験者に負荷を与えて被験者を運動させるための負荷荷重部と、該負荷荷重部によって与えられる負荷の運動中に、被験者が排出する呼気を検出するためのガス分析装置と、該ガス分析装置で検出した呼気の情報に基づいて、被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を算出するための負荷演算部と、該負荷演算部で算出した運動負荷に基づいて、負荷荷重部の負荷を調整するための負荷制御部とを備えることを特徴とする。   An exercise load control system according to the present invention includes a load load unit for applying a load to a subject to cause the subject to exercise, and a gas for detecting exhaled breath exhausted by the subject during exercise of the load provided by the load load unit. Analyzing device, load calculating unit for calculating exercise load maximizing lipid burning rate of subject based on exhalation information detected by gas analyzer, and based on exercise load calculated by load calculating unit And a load control unit for adjusting the load of the load loading unit.

負荷演算部で算出された運動負荷を被験者に伝えるための報知手段をさらに備えることが好ましい。ガス分析装置は、呼気を導入するためのガス導入口を有するガス導入部を備えることが好ましい。   It is preferable that the information processing apparatus further includes notification means for transmitting the exercise load calculated by the load calculation unit to the subject. The gas analyzer preferably includes a gas introduction unit having a gas introduction port for introducing exhaled breath.

ガス分析装置は、ガス導入部から供給される呼気を成分分離するためのマイクロカラムを有するガス分離部を備えることが好ましい。   The gas analyzer preferably includes a gas separation unit having a microcolumn for separating the components of the exhaled breath supplied from the gas introduction unit.

負荷演算部は、異なる2点の運動負荷を被験者に与えたときに、被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率に基づいて、被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を算出することが好ましい。   The load calculation unit calculates the exercise load that maximizes the subject's lipid burning rate based on the change rate of the acetone concentration in the exhaled breath discharged by the subject when two different exercise loads are given to the subject. Is preferred.

異なる2点の運動負荷を被験者に与えたときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率が、運動負荷がないときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度に対する、設定した最初の運動負荷のときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率に0.002を加えた値を、最初に超えたときの運動負荷を最適運動負荷とすることが好ましい。   When the subject is given two different exercise loads, the rate of change in the concentration of acetone in the breath exhaled by the subject is the initial exercise load set for the concentration of acetone in the exhalation exhaled by the subject when there is no exercise load. In this case, it is preferable that the exercise load when first exceeding the value obtained by adding 0.002 to the rate of change in the concentration of acetone in the exhaled breath discharged by the subject is the optimum exercise load.

本発明は、運動負荷の制御方法にも関わり、該運動負荷の制御方法は、被験者に与える負荷を段階的に増加させて、被験者に運動させるステップと、被験者の運動中に、被験者が排出する呼気をガス分析装置によって検出するステップと、該ガス分析装置で検出した呼気の情報に基づいて、被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を負荷演算部によって算出するステップと、該負荷演算部で算出した運動負荷に基づいて、負荷荷重部の負荷を負荷制御部によって調整するステップとを含むことを特徴とする。   The present invention also relates to an exercise load control method, wherein the exercise load control method increases the load applied to the subject stepwise and causes the subject to exercise, and the subject discharges during the exercise of the subject. A step of detecting exhalation by a gas analyzer, a step of calculating an exercise load by which the lipid burning rate of the subject is maximized based on information of the exhalation detected by the gas analyzer, and the load calculator And a step of adjusting the load of the load load unit by the load control unit based on the exercise load calculated in (5).

本発明の運動負荷制御システムは、上記の構成を有することにより、体脂肪の燃焼効率が高い運動負荷を自動的に被験者に与えることができる。   The exercise load control system of the present invention can automatically give an exercise load with high body fat combustion efficiency to the subject by having the above-described configuration.

本発明の運動負荷制御システムの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the exercise load control system of this invention. (a)は、ガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、(b)は、(a)のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows a state with an example of a gas analyzer, (b) is a schematic diagram which shows another one state of the gas analyzer of (a). ガス分析装置に対し、呼気を導入したときの抵抗変化の出力を示すグラフである。It is a graph which shows the output of a resistance change when exhalation is introduced with respect to a gas analyzer. 各運動負荷を与えたときに、被験者が排出する呼気中のアセトン濃度を示したグラフである。It is the graph which showed the acetone concentration in the exhaled breath which a subject discharges when each exercise load is given. 各運動負荷を与えたときの、被験者の脂質燃焼量を示したグラフである。It is the graph which showed the test subject's lipid burning amount when each exercise load was given.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本願の図面において、長さ、幅、厚さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In the drawings of the present application, the dimensional relationships such as length, width, and thickness are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings and do not represent actual dimensional relationships.

<運動負荷制御システム>
図1は、本発明の運動負荷制御システムを示す図である。本発明の運動負荷制御システムは、図1に示されるように、被験者に負荷を与えて被験者を運動させるための負荷荷重部と、該負荷荷重部によって与えられる負荷の運動中に、被験者が排出する呼気を検出するためのガス分析装置と、該ガス分析装置で検出した呼気の情報に基づいて、被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を算出するための負荷演算部と、該負荷演算部で算出した運動負荷に基づいて、負荷荷重部の負荷を調整するための負荷制御部とを備えることを特徴とする。
<Exercise load control system>
FIG. 1 is a diagram showing an exercise load control system of the present invention. As shown in FIG. 1, the exercise load control system of the present invention includes a load load portion for applying a load to the subject to cause the subject to exercise, and the subject discharges during exercise of the load provided by the load load portion. A gas analyzer for detecting exhaled breath, a load calculating unit for calculating an exercise load that maximizes the lipid burning rate of the subject, based on the information of the breath detected by the gas analyzer, and the load calculating And a load control unit for adjusting the load of the load load unit based on the exercise load calculated by the unit.

本発明の運動負荷制御システムは、次のようにして用いられる。まず、負荷制御部によって、負荷荷重部の運動負荷を段階的に増加させて、徐々に被験者の運動負荷が重くなるように被験者に運動をさせる。各運動負荷のときに排出される被験者の呼気中をガス分析装置によって検出し、呼気中のアセトン濃度を算出する。このようにして運動負荷を変化させたときの呼気中のアセトン濃度の変化率を算出する。このアセトン濃度の変化率に基づいて、負荷演算部が被験者の脂肪が最も燃焼されやすい運動負荷を決定する。ここで決定した運動負荷を負荷荷重部から被験者に与えることにより、被験者の脂肪が効率よく燃焼するように被験者に運動をさせることができる。   The exercise load control system of the present invention is used as follows. First, the load control unit gradually increases the exercise load of the load load unit, and causes the subject to exercise so that the exercise load of the subject gradually increases. The subject's exhaled breath discharged at each exercise load is detected by a gas analyzer, and the acetone concentration in the exhaled breath is calculated. In this way, the change rate of the acetone concentration in the exhalation when the exercise load is changed is calculated. Based on the rate of change of the acetone concentration, the load calculation unit determines an exercise load at which the fat of the subject is most easily burned. By giving the exercise load determined here to the subject from the load-loading section, the subject can exercise so that the fat of the subject burns efficiently.

このようにして被験者に最適な運動負荷を課することにより、被験者は効率よく自己の体脂肪を燃焼させることができる。このような最適な運動負荷は、負荷演算部で算出された上で、負荷制御部で自動的に設定されて被験者に課せられる。このため、被験者は、刻々と変わる運動負荷の運動を消化するだけで、最適な運動負荷の運動を行なうことができる。   By imposing the optimal exercise load on the subject in this way, the subject can efficiently burn his body fat. Such an optimal exercise load is calculated by the load calculation unit, and is automatically set by the load control unit and imposed on the subject. For this reason, the subject can perform the exercise with the optimum exercise load only by digesting the exercise with the exercise load that changes every moment.

図1に示される運動負荷制御システムは、被験者を運動させる運動機器であれば、特に限定されることなく、いかなるものにも導入することができ、たとえばルームランナー、サイクリングマシン、エアロバイク、エルゴメーター、トレッドミル等に搭載して用いることができる。   The exercise load control system shown in FIG. 1 is not particularly limited as long as it is an exercise device for exercising a subject, and can be introduced to any one of them, for example, a room runner, a cycling machine, an exercise bike, an ergometer. It can be mounted on a treadmill or the like.

<運動負荷の制御方法>
本発明は、運動負荷の制御方法に関し、該運動負荷の制御方法は、被験者に与える負荷を段階的に増加させて、被験者に運動させるステップと、該被験者の運動中に、被験者が排出する呼気をガス分析装置によって検出するステップと、該ガス分析装置で検出した呼気の情報に基づいて、被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を負荷演算部によって算出するステップと、該負荷演算部で算出した運動負荷に基づいて、負荷荷重部の負荷を負荷制御部によって調整するステップとを含むことを特徴とする。
<Exercise load control method>
The present invention relates to a method for controlling exercise load, and the method for controlling exercise load involves increasing the load applied to the subject stepwise and causing the subject to exercise, and exhalation exhausted by the subject during the exercise of the subject Detecting by the gas analyzer, calculating the exercise load at which the lipid burning rate of the subject is maximized based on the information of the breath detected by the gas analyzer, and at the load calculator And a step of adjusting the load of the load load unit by the load control unit based on the calculated exercise load.

このような各ステップを用いて運動負荷を制御することにより、被験者の体脂肪が効率的に燃焼する運動負荷を把握した上で、その運動負荷を被験者に伝えることができ、もって脂肪燃焼効率が高い運動を被験者に課すことができる。以下において、本発明の運動負荷制御システムを構成する各部を説明する。   By controlling the exercise load using each of these steps, it is possible to convey the exercise load to the subject after grasping the exercise load at which the body fat of the subject burns efficiently, so that the fat burning efficiency is High exercise can be imposed on subjects. Below, each part which comprises the exercise | movement load control system of this invention is demonstrated.

<負荷荷重部>
本発明における負荷荷重部は、被験者に運動させるために被験者に負荷を与えるものである。負荷荷重部としては、被験者に与える運動負荷を調整し得るものであればいかなるものであってもよい。この負荷荷重部の運動負荷は、負荷制御部で制御される。負荷荷重部を例示すると、たとえばサイクリングマシンのペダルの荷重調整部、ランニングベルトのベルトの速度調整部等を挙げることができる。
<Loading part>
The load load part in the present invention applies a load to the subject in order to cause the subject to exercise. As the load load portion, any load load portion may be used as long as it can adjust the exercise load applied to the subject. The exercise load of the load load unit is controlled by the load control unit. Examples of the load load section include a load adjustment section of a pedal of a cycling machine and a belt speed adjustment section of a running belt.

この負荷荷重部によって被験者に与える運動負荷は、後述する負荷制御部によって調整されるが、負荷荷重部が被験者に与えている運動負荷の情報は、負荷荷重部から負荷演算部に伝達される。   The exercise load applied to the subject by the load load unit is adjusted by a load control unit which will be described later. Information on the exercise load applied to the subject by the load load unit is transmitted from the load load unit to the load calculation unit.

<負荷演算部>
本発明において、負荷演算部は、被験者の脂肪燃焼率が最大となる運動負荷を算出するために設けられる部位である。被験者の脂肪燃焼率が最大となる運動負荷は、負荷荷重部における運動負荷と、その運動負荷を与えたときに被験者が排出するアセトン濃度とに基づいて算出される。
<Load calculation unit>
In this invention, a load calculating part is a site | part provided in order to calculate the exercise load from which a test subject's fat burning rate becomes the maximum. The exercise load that maximizes the fat burning rate of the subject is calculated based on the exercise load in the load-loading section and the acetone concentration discharged by the subject when the exercise load is applied.

上記の被験者の脂肪燃焼率は、異なる2点の運動負荷を被験者に与えたときに、被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率に基づいて算出される。より特定的に説明すると、異なる2点の運動負荷を被験者に与えたときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率が、運動負荷がないときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度に対する、設定した最初の運動負荷のときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率に0.002を加えた値を、最初に超えたときの運動負荷を最適な運動負荷として算出する。このように最適な運動負荷を算出することにより、各被験者のそのときの体調、食後からの経過時間等の体内環境を考慮されることになる。   The subject's fat burning rate is calculated based on the rate of change in the concentration of acetone in exhaled breath discharged by the subject when two different exercise loads are given to the subject. More specifically, when the subject is given two different exercise loads, the rate of change in the concentration of acetone in the exhaled breath when the subject exhales is relative to the concentration of acetone in the exhaled breath that the subject exhales when there is no exercise load. The exercise load when the value exceeds 0.002 added to the rate of change in the acetone concentration in exhaled breath discharged by the subject at the set first exercise load is calculated as the optimum exercise load. By calculating the optimal exercise load in this way, the in-vivo environment such as the physical condition of each subject at that time and the elapsed time after eating are taken into consideration.

上記の負荷演算部は、最適な運動負荷を算出する機能を有するものであれば、いかなるものをも用いることができる。最適な運動負荷を算出するためには、少なくとも2点間の微分値を算出する機能と、該微分値の差を比較する機能を有している必要がある。このような負荷演算部としては、たとえばCPU等を挙げることができる。   Any load calculation unit may be used as long as it has a function of calculating an optimal exercise load. In order to calculate the optimal exercise load, it is necessary to have a function of calculating a differential value between at least two points and a function of comparing a difference between the differential values. An example of such a load calculation unit is a CPU.

次に、エアロバイクを用いて被験者が運動する場合を例にとり、負荷演算部が、最大となる運動負荷を算出する方法を説明する。まず、エアロバイクの負荷荷重部の負荷を0Wから140Wまで1分ごとに20Wずつ段階的に運動負荷を自動的に変化させて被験者に運動をさせる。そして、20Wの運動負荷で1分間被験者を運動させたときの、呼気中のアセトン濃度をガス分析装置によって算出する。次に、運動負荷を40Wに増やして、同様に1分間被験者を運動させたときの呼気中のアセトン濃度を算出する。60W、80W等の運動負荷でも同様に各1分間被験者を運動させて、そのときの呼気中のアセトン濃度を算出する。なお、ガス分析装置の具体的構造は後述する。   Next, taking a case where the subject exercises using an exercise bike as an example, a method in which the load calculation unit calculates the maximum exercise load will be described. First, the subject is caused to exercise by automatically changing the exercise load in steps of 20 W every minute from 0 W to 140 W on the load of the load part of the exercise bike. And the acetone concentration in the expiration | expired_air when a test subject is exercised for 1 minute by the exercise load of 20W is calculated with a gas analyzer. Next, the exercise load is increased to 40 W, and similarly, the acetone concentration in the exhalation when the subject is exercised for 1 minute is calculated. Similarly, the subject is exercised for 1 minute each with an exercise load of 60 W, 80 W, etc., and the acetone concentration in the exhalation at that time is calculated. The specific structure of the gas analyzer will be described later.

上記のように各運動負荷のときの呼気中のアセトン濃度を算出すると同時に、運動負荷を変化させたときの呼気中のアセトン濃度の変化率を算出する。すなわちたとえば、運動負荷が40Wのときの呼気中のアセトン濃度をC40とし、運動負荷が60Wのときの呼気中のアセトン濃度をC60とすると、アセトン濃度の変化率(単位:ppm/W)は、(C60−C40)/(60−40)と算出される。 As described above, the acetone concentration in the breath at each exercise load is calculated, and at the same time, the rate of change in the acetone concentration in the expiration when the exercise load is changed is calculated. That is, for example, assuming that the concentration of acetone in expiration when the exercise load is 40 W is C 40 and the concentration of acetone in expiration when the exercise load is 60 W is C 60 , the rate of change in acetone concentration (unit: ppm / W) Is calculated as (C 60 -C 40 ) / (60-40).

このアセトン濃度の変化率が、運動初期のアセトン濃度の変化率(すなわち運動負荷が20Wのときの呼気中のアセトンの排出量の変化率)に0.002ppm/Wを加えた値以上の値に初めてなったときに、脂肪燃焼効率が最も高くなる。このときの運動負荷が負荷演算部から負荷制御部に伝達される。なお、段階的に負荷を増加させて被験者が運動を継続したとしても、上記アセトン濃度の変化率を満たさず、最適な運動負荷を算出し得ない場合も理論上は考えられる。その場合には、運動負荷を0Wに戻し、そこから20Wずつ段階的に負荷を増加させながら運動する必要がある。   The change rate of the acetone concentration is equal to or higher than the value obtained by adding 0.002 ppm / W to the change rate of the acetone concentration at the beginning of exercise (that is, the change rate of the amount of acetone discharged in the expiration when the exercise load is 20 W). When it is the first time, the fat burning efficiency is the highest. The exercise load at this time is transmitted from the load calculation unit to the load control unit. It is theoretically possible that even if the subject continues to exercise while increasing the load stepwise, the rate of change in the acetone concentration is not satisfied and the optimal exercise load cannot be calculated. In that case, it is necessary to return the exercise load to 0 W and exercise while increasing the load stepwise by 20 W.

上記においては、運動負荷を20Wずつ段階的に変化させる場合を説明したが、これのみに限られるものではなく、10W以上20W以下の範囲で段階的に変化することが好ましい。10W未満であると、呼気中のアセトン含有量の変化率が明確になりにくく、20Wを超えると、運動負荷の変化量が大きいため、被験者が連続して運動を行なっているときに被験者に過度の負担がかかる場合がある。   In the above description, the case where the exercise load is changed stepwise by 20 W has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is preferable that the exercise load change stepwise in the range of 10 W to 20 W. If it is less than 10 W, the rate of change in acetone content in exhaled breath is difficult to clarify, and if it exceeds 20 W, the change in exercise load is large, so that the subject is excessive when the subject is exercising continuously. May be burdensome.

<負荷制御部>
本発明において、負荷制御部は、負荷荷重部が被験者に与える運動負荷を制御するために設けられるものである。このような負荷制御部は、負荷演算部で算出された運動負荷を負荷荷重部に伝達し、被験者に与える運動負荷を調整する。このような負荷制御部は、負荷荷重部の運動負荷を調整することができるものであれば、いかなるものであってもよい。負荷制御部としては、たとえばCPU等を挙げることができる。
<Load control unit>
In this invention, a load control part is provided in order to control the exercise | movement load which a load load part gives to a test subject. Such a load control unit transmits the exercise load calculated by the load calculation unit to the load load unit and adjusts the exercise load applied to the subject. Such a load control part may be anything as long as it can adjust the exercise load of the load load part. An example of the load control unit is a CPU.

上記の負荷制御部を用いて、上記の負荷演算部で算出された運動負荷を被験者に与えるように負荷荷重部を制御する。これにより被験者は体脂肪の燃焼に最も効率的な運動を自動的に行なうことができる。   Using the load control unit, the load load unit is controlled so as to give the subject the exercise load calculated by the load calculation unit. This allows the subject to automatically perform the most efficient exercise for burning body fat.

<報知手段>
本発明の運動負荷制御システムは、負荷演算部で算出された運動負荷を被験者に伝えるための報知手段をさらに備えることが好ましい。報知手段は、被験者に脂肪を効率的に燃焼する運動負荷を示すために設けられるものである。このような報知手段を設けることにより、運動負荷が変化するときを前もって被験者に通知することができる。これにより、被験者の運動負荷が急激に変化されることを抑制することができる。
<Informing means>
It is preferable that the exercise load control system of the present invention further includes notification means for transmitting the exercise load calculated by the load calculation unit to the subject. The notification means is provided to indicate to the subject an exercise load for efficiently burning fat. By providing such a notification means, it is possible to notify the subject in advance when the exercise load changes. Thereby, it can suppress that a test subject's exercise load changes rapidly.

<ガス分析装置>
本発明に用いられるガス分析装置は、被験者が運動中に排出する呼気を分析するために設けられるものであり、特に、呼気中のアセトン濃度を算出するために設けられるものである。このようなガス分析装置の一例を図2を用いて以下に説明する。
<Gas analyzer>
The gas analyzer used in the present invention is provided for analyzing the exhaled breath exhausted by the subject during exercise, and is particularly provided for calculating the acetone concentration in the exhaled breath. An example of such a gas analyzer will be described below with reference to FIG.

図2(a)は、ガス分析装置の一例のある状態を示す模式図であり、図2(b)は、(a)のガス分析装置の別の一状態を示す模式図である。本発明のガス分析装置は、図2(a)に示されるように、呼気を導入するためのガス導入口11を備えるガス導入部10と、ガス導入部10から供給される呼気を成分分離するためのマイクロカラム21を備えるガス分離部20と、該ガス分離部20により分離されたガス成分を検出するガス検出部30とを備える。そして、マイクロカラム21は、その内部流路22の壁面に固定相が修飾されており、当該固定相は、30℃での比誘電率が10以上の極性材料からなることが好ましい。   FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a state of an example of the gas analyzer, and FIG. 2B is a schematic diagram illustrating another state of the gas analyzer of FIG. As shown in FIG. 2 (a), the gas analyzer of the present invention separates the components of the gas introduction unit 10 including the gas introduction port 11 for introducing exhalation and the exhalation supplied from the gas introduction unit 10. The gas separation part 20 provided with the micro column 21 for this, and the gas detection part 30 which detects the gas component isolate | separated by this gas separation part 20 are provided. In the microcolumn 21, the stationary phase is modified on the wall surface of the internal flow path 22, and the stationary phase is preferably made of a polar material having a relative dielectric constant of 10 or more at 30 ° C.

このような極性材料からなる固定相をマイクロカラム21の内部流路22の壁面に設けることにより、呼気を成分分離することができ、もってガス分析装置の検出精度を高めることができる。以下においては、本発明のガス分析装置の動作の一例を図2(a)および図2(b)を参照して説明する。   By providing such a stationary phase made of a polar material on the wall surface of the internal flow path 22 of the microcolumn 21, exhaled breath can be separated and the detection accuracy of the gas analyzer can be increased. Below, an example of operation | movement of the gas analyzer of this invention is demonstrated with reference to Fig.2 (a) and FIG.2 (b).

本発明のガス分析装置において、図2(a)に示される状態(以下においてこの状態のことを「第1状態」とも記す)では、呼気は、ガス採取部40の導入口から導入されて、ガス導入口11から第1流路12を通じてガス収容部19に供給される。そして、ガス収容部19から第2流路13、ガス排出口14を通じてガス採取部40に排出される。このような呼気の流速は、気流発生手段25により制御される。   In the gas analyzer of the present invention, in the state shown in FIG. 2A (hereinafter, this state is also referred to as “first state”), exhaled air is introduced from the inlet of the gas sampling unit 40, The gas is supplied from the gas inlet 11 to the gas storage unit 19 through the first flow path 12. And it is discharged | emitted from the gas accommodating part 19 to the gas collection part 40 through the 2nd flow path 13 and the gas exhaust port 14. FIG. The flow rate of the exhaled breath is controlled by the air flow generating means 25.

一方、第1状態において、キャリアガスを供給する第3流路15は、ガス分離部20のマイクロカラム21と接続されている第4流路16に直接接続される。そして、調圧手段17により流速を調整したキャリアガスが第3流路15から第4流路16を流れ、さらにガス分離部20のマイクロカラム21の順に流れる。   On the other hand, in the first state, the third flow path 15 for supplying the carrier gas is directly connected to the fourth flow path 16 connected to the microcolumn 21 of the gas separation unit 20. Then, the carrier gas whose flow rate is adjusted by the pressure adjusting means 17 flows from the third flow path 15 to the fourth flow path 16 and then flows in the order of the microcolumn 21 of the gas separation unit 20.

次に、第1状態から流路切替機構18を用いて第1流路12、第2流路13、第3流路15、および第4流路16の接続先を切り替えることにより、図2(b)に示される第2状態とする。かかる第2状態では、図2(b)に示されるように、第3流路15とガス収容部19と第4流路16とを接続する。このように第1状態から第2状態に切り替えることにより、第1流路12から導入されたガス収容部19内の呼気が第3流路15から供給されるキャリアガスとともに、第4流路16を通じてガス分離部20のマイクロカラム21に供給される。   Next, by switching the connection destination of the first flow path 12, the second flow path 13, the third flow path 15, and the fourth flow path 16 from the first state using the flow path switching mechanism 18, FIG. The second state shown in b) is assumed. In the second state, as shown in FIG. 2B, the third flow path 15, the gas storage unit 19, and the fourth flow path 16 are connected. By switching from the first state to the second state in this way, exhaled gas in the gas storage unit 19 introduced from the first flow path 12 is supplied to the fourth flow path 16 together with the carrier gas supplied from the third flow path 15. And supplied to the microcolumn 21 of the gas separation unit 20.

ガス分離部20に供給された呼気は、マイクロカラム21の内部流路22の壁面の固定相と吸脱着が繰り返されるが、呼気の成分ごとに吸脱着のし易さが異なる。このため固定相によく吸着する成分ほど移動速度が遅くなり、固定相にあまり吸着しない成分ほど移動速度が早くなるというように、呼気を成分分離することができる。   The exhaled air supplied to the gas separation unit 20 is repeatedly adsorbed and desorbed with the stationary phase on the wall surface of the internal flow path 22 of the microcolumn 21, but the ease of adsorption and desorption differs for each component of exhaled air. For this reason, exhaled breath can be separated into components such that a component that adsorbs well to the stationary phase has a slower moving speed, and a component that does not adsorb much to the stationary phase has a faster moving speed.

呼気がガス分離部20を通過することにより、成分分離された呼気の各ガス成分は順次、ガス検出部30に導入される。かかる各成分をガス検出部30のガスセンサ31により感知する。呼気がガス分析装置に導入されてから、ガスセンサ31がガス成分を感知するまでの時間を保持時間という。当該保持時間は呼気の成分により固有の値を示し、かかる保持時間に基づいて、ガス成分の同定が行なわれる。本発明のガス分析装置は、このようにして呼気のガス成分を検出する。以下において、本発明のガス分析装置を構成する各部をより詳細に説明する。   As the exhaled air passes through the gas separation unit 20, the gas components of the exhaled breath whose components are separated are sequentially introduced into the gas detection unit 30. Each of these components is detected by the gas sensor 31 of the gas detection unit 30. The time from when exhaled gas is introduced into the gas analyzer until the gas sensor 31 senses the gas component is referred to as the holding time. The retention time shows a specific value depending on the component of exhalation, and the gas component is identified based on the retention time. In this way, the gas analyzer of the present invention detects the gas component of exhaled breath. Below, each part which comprises the gas analyzer of this invention is demonstrated in detail.

(ガス導入部)
本発明において、ガス導入部10は、呼気の一部をガス分離部20に供給するために設けられるものである。このようなガス導入部10は、図2に示されるような構造のみに限られるものではなく、たとえばガス分離部20に呼気を供給する流路に切換口が備わっていることが好ましい。ガス導入部10は、該切換口を動作させることにより、ガス分離部に供給する呼気の流速を調整することができるものであれば、いかなる構造であってもよい。
(Gas introduction part)
In the present invention, the gas introduction unit 10 is provided to supply a part of the exhalation to the gas separation unit 20. Such a gas introduction unit 10 is not limited to the structure as shown in FIG. 2, and for example, it is preferable that a switching port is provided in a flow path for supplying exhaled gas to the gas separation unit 20. The gas introduction unit 10 may have any structure as long as the flow rate of the exhalation supplied to the gas separation unit can be adjusted by operating the switching port.

図2(a)に示されるガス導入部10は、ガス導入口11から呼気を導入するための第1流路12と、導入した呼気の一部をガス排出口14から排出するための第2流路13とを有するとともに、第1流路12と第2流路13とを接続し、かつ呼気を保持するためのガス収容部19をさらに備える。   The gas introduction unit 10 shown in FIG. 2A has a first flow path 12 for introducing exhalation from the gas introduction port 11 and a second channel for discharging a part of the introduced exhalation from the gas discharge port 14. In addition to the flow path 13, the apparatus further includes a gas storage unit 19 that connects the first flow path 12 and the second flow path 13 and holds exhaled air.

一方、ガス導入部10は、第1流路12および第2流路13とは別の流路として、キャリアガスを導入するための第3流路15と、ガス分離部20に呼気を供給するための第4流路16とを備える。ただし、図2(a)に示される第1状態においては、第3流路15と第4流路16とは、ガス収容部19を介することなく直接接続されている。このため、第3流路15に導入されるキャリアガスは、第4流路16を通じてガス分離部20に供給される。第1状態では、呼気がガス分離部20に供給されることはなく、第1流路12から導入された呼気は、ガス収容部19を通過して、その一部がガス収容部19に保持されるとともに、残部は第2流路13を通じてガス排出口14から排出される。   On the other hand, the gas introduction unit 10 supplies exhaled gas to the third flow channel 15 for introducing the carrier gas and the gas separation unit 20 as a flow channel different from the first flow channel 12 and the second flow channel 13. 4th flow path 16 for this. However, in the first state shown in FIG. 2A, the third flow path 15 and the fourth flow path 16 are directly connected without passing through the gas storage portion 19. For this reason, the carrier gas introduced into the third flow path 15 is supplied to the gas separation unit 20 through the fourth flow path 16. In the first state, exhaled air is not supplied to the gas separation unit 20, and exhaled air introduced from the first flow path 12 passes through the gas storage unit 19, and a part thereof is held in the gas storage unit 19. In addition, the remaining portion is discharged from the gas discharge port 14 through the second flow path 13.

(流路切替機構)
流路切替機構18は、ガス収容部19が第1流路12および第2流路13に接続されている第1状態から、ガス収容部19が第3流路15および第4流路16に接続されている第2状態に切り替えるためにガス導入部10に設けられるものである。流路切替機構18により、図2(a)に示される第1状態から図2(b)に示される第2状態に切り替えられる。第2状態では、上記の第1状態でガス収容部19に保持された呼気が、第3流路15から供給されるキャリアガスとともに第4流路16に流れ、該第4流路16からガス分離部20に供給される。
(Flow path switching mechanism)
The flow path switching mechanism 18 starts from the first state where the gas storage section 19 is connected to the first flow path 12 and the second flow path 13, and moves the gas storage section 19 from the third flow path 15 to the fourth flow path 16. It is provided in the gas introduction part 10 in order to switch to the connected 2nd state. The flow path switching mechanism 18 switches from the first state shown in FIG. 2A to the second state shown in FIG. In the second state, the exhaled gas held in the gas storage unit 19 in the first state flows into the fourth channel 16 together with the carrier gas supplied from the third channel 15, and the gas flows from the fourth channel 16. It is supplied to the separation unit 20.

そして、第2状態において、ある一定の時間が経過したとき、ガス収容部19に呼気がなくなったとき、またはガス分離部20に呼気が十分に供給されたとき、流路切替機構18により第2状態から第1状態に切り替える。第2状態から第1状態に切り替わると、第1流路12からガス収容部19に再び呼気が導入される。このように第1状態と第2状態とを交互に切り替えることにより、適切な流量の呼気を適切なタイミングでガス分離部20に導入することができる。   In the second state, when a certain amount of time has passed, when expiration has been exhausted to the gas storage unit 19, or when expiration has been sufficiently supplied to the gas separation unit 20, the flow path switching mechanism 18 causes the second switching mechanism 18 to Switch from state to first state. When switching from the second state to the first state, exhaled air is again introduced from the first flow path 12 into the gas storage unit 19. As described above, by alternately switching between the first state and the second state, it is possible to introduce exhaled air with an appropriate flow rate into the gas separation unit 20 at an appropriate timing.

なお、図2(b)に示される第2状態においては、第1流路12と第2流路13とはガス収容部19を介することなく、直接接続されている。このため、第2状態において第1流路12に導入される呼気は、第2流路13を通じてガス採取部40に排出される。   In the second state shown in FIG. 2B, the first flow path 12 and the second flow path 13 are directly connected without passing through the gas storage portion 19. For this reason, exhaled air introduced into the first flow path 12 in the second state is discharged to the gas sampling unit 40 through the second flow path 13.

(調圧手段)
第3流路15は、調圧手段17を備えることが好ましい。このような調圧手段17を備えることにより第3流路15を流れるキャリアガスの流速を制御することができる。このようにキャリアガスの流速を制御することにより、ガス分離部20に一定流量の呼気をキャリアガスとともに供給することができる。
(Pressure control means)
The third flow path 15 preferably includes pressure adjusting means 17. By providing such pressure adjusting means 17, the flow rate of the carrier gas flowing through the third flow path 15 can be controlled. By controlling the flow rate of the carrier gas in this way, a constant flow rate of exhaled air can be supplied to the gas separation unit 20 together with the carrier gas.

このような調圧手段17により制御される流速は、特に限定されずいかなる速度であってもよいが、10cm/sec以上100cm/sec以下であることが好ましい。ただし、内部流路の長さおよび断面積によって、その好ましい流速は異なり、たとえば内部流路の長さが10mで断面積が0.04mm2であるときには、上記の流速の数値範囲の中でも10cm/sec以上50cm/sec以下であることがより好ましく、さらに好ましくは10cm/sec以上30cm/sec以下である。また、内部流路の長さが17mで断面積が0.04mm2であるときには、40cm/sec以上90cm/sec以下であることがより好ましく、さらに好ましくは50cm/sec以上70cm/sec以下である。また、内部流路の長さが6mで断面積が0.58mm2であるときには5cm/sec以上50cm/sec以下であることが好ましく、さらに好ましくは10cm/sec以上30cm/sec以下である。断面積が0.04mm2の場合、流速が10cm/sec未満であると、呼気の成分を検出するまでに要する時間が長くなり、装置のスペック上好ましくない。流速が100cm/secを超えると、流速が早すぎることにより、後のガス分離部20で呼気を成分分離しにくい傾向がある。 The flow rate controlled by the pressure adjusting means 17 is not particularly limited and may be any speed, but is preferably 10 cm / sec or more and 100 cm / sec or less. However, the preferred flow rate differs depending on the length and cross-sectional area of the internal flow path. For example, when the length of the internal flow path is 10 m and the cross-sectional area is 0.04 mm 2 , 10 cm / More preferably, it is not less than sec and not more than 50 cm / sec, and further preferably not less than 10 cm / sec and not more than 30 cm / sec. Further, when the length of the internal channel is 17 m and the cross-sectional area is 0.04 mm 2 , it is more preferably 40 cm / sec or more and 90 cm / sec or less, and further preferably 50 cm / sec or more and 70 cm / sec or less. . Further, when the length of the internal flow path is 6 m and the cross-sectional area is 0.58 mm 2 , it is preferably 5 cm / sec or more and 50 cm / sec or less, more preferably 10 cm / sec or more and 30 cm / sec or less. When the cross-sectional area is 0.04 mm 2 , if the flow rate is less than 10 cm / sec, it takes a long time to detect the exhalation component, which is not preferable in terms of the specifications of the apparatus. If the flow rate exceeds 100 cm / sec, the flow rate is too fast, so that it is difficult for the gas separation unit 20 to separate components of exhaled breath.

このような調圧手段17としては、気体の圧力を調整することができるものであればどのようなものを用いてもよく、たとえばコンプレッサー、バルブ、ポンプ、レギュレータ、ガスボンベ等を用いることができる。コンプレッサー、ポンプ等を用いる場合、加圧した空気を減圧弁にて調整した上でガス分離部20に呼気を供給することができる。なお、キャリアガスとしては、たとえばヘリウム等の不活性ガスあるいは空気等を用いることができる。   Any pressure adjusting means 17 may be used as long as it can adjust the gas pressure. For example, a compressor, a valve, a pump, a regulator, a gas cylinder, or the like can be used. When a compressor, a pump, or the like is used, exhaled air can be supplied to the gas separation unit 20 after adjusting the pressurized air with a pressure reducing valve. As the carrier gas, for example, an inert gas such as helium or air can be used.

(ガス採取部)
本発明のガス分析装置において、図2(a)に示されるように、ガス採取部40をガス導入口11およびガス排出口14に接続することが好ましい。このようにガス採取部40を接続することにより、呼気をガス導入口11に効率的に導入することができるとともに、呼気を収容するスペースを設けることができる。
(Gas sampling part)
In the gas analyzer of the present invention, it is preferable to connect the gas sampling unit 40 to the gas inlet 11 and the gas outlet 14 as shown in FIG. By connecting the gas sampling unit 40 in this way, exhaled air can be efficiently introduced into the gas inlet 11 and a space for accommodating exhaled air can be provided.

しかも、このようなガス採取部のスペースは、呼気が、ガス採取部40、第1流路12、ガス収容部19、および第2流路13を循環する循環経路としての役割もなす。   In addition, such a space of the gas sampling unit also serves as a circulation path through which exhaled air circulates through the gas sampling unit 40, the first flow path 12, the gas storage unit 19, and the second flow path 13.

ガス採取部40の導入口にはマウスピース、マスク等のように口をあて呼気を直接導入することができるようなものを有することが好ましい。このようにマウスピース、マスク等を有することにより、ガス採取部40に呼気を導入しやすい。   It is preferable that the introduction port of the gas collection unit 40 has a mouthpiece, a mask, or the like that can directly introduce exhaled air by opening the mouth. By having a mouthpiece, a mask, and the like in this way, it is easy to introduce exhalation into the gas sampling unit 40.

そして、ガス採取部40は、呼気の入口および出口に逆止弁41を備えることが好ましい。このようにガス採取部40が逆止弁41を備えることにより、呼気の一部はガス採取部から排出されるが、その残部は、ガス採取部40、第1流路12、ガス収容部19、および第2流路13内に循環させることができる。   And it is preferable that the gas collection part 40 is equipped with the non-return valve 41 in the entrance and exit of an exhalation. As described above, since the gas sampling unit 40 includes the check valve 41, a part of the exhalation is discharged from the gas sampling unit, and the remaining parts are the gas sampling unit 40, the first flow path 12, and the gas storage unit 19. And can be circulated in the second flow path 13.

なお、図2(a)および図2(b)においては、ガス採取部40を用いてガス導入部10に呼気を導入する場合を例示しているが、ガス導入部10に呼気を導入する方法は、ガス採取部40のみに限られるものではなく、ガス導入口11にバッグを直接接続してガス導入部10に呼気を導入してもよい。   2A and 2B exemplify the case where exhalation is introduced into the gas introduction unit 10 using the gas sampling unit 40, but a method of introducing exhalation into the gas introduction unit 10 is illustrated. Is not limited to the gas collection unit 40 alone, and a bag may be directly connected to the gas introduction port 11 to introduce exhalation into the gas introduction unit 10.

(気流発生手段)
ガス導入口11またはガス排出口14のいずれか一方もしくは両方に気流発生手段25を設けることが好ましい。このように気流発生手段25を備えることにより、ガス採取部40、第1流路12、ガス収容部19、および第2流路13を呼気が循環するようにすることができるとともに、これを流れる呼気の流速を制御することができる。なお、気流発生手段25により制御される呼気の流速は、特に限定されずいかなる速度であってもよいが、1mL/min以上10mL/min以下であることが好ましい。
(Airflow generation means)
It is preferable to provide the airflow generation means 25 at one or both of the gas inlet 11 and the gas outlet 14. By providing the air flow generation means 25 in this manner, exhaled air can be circulated through the gas sampling section 40, the first flow path 12, the gas storage section 19, and the second flow path 13, and flows through this. The flow rate of exhalation can be controlled. The flow rate of exhaled air controlled by the airflow generating means 25 is not particularly limited and may be any speed, but is preferably 1 mL / min or more and 10 mL / min or less.

(ガス分離部)
本発明において、ガス分離部20は、ガス導入部10から導入された呼気に含まれる各種ガス成分を成分分離するために設けられるものであり、具体的には、ガス分離部20に備えられるマイクロカラム21により呼気の成分分離を行なうことを特徴とする。マイクロカラム21を用いることにより、ガス分析装置の小型化および軽量化を達成することができる。
(Gas separation part)
In the present invention, the gas separation unit 20 is provided for component separation of various gas components contained in the exhaled breath introduced from the gas introduction unit 10. Specifically, the gas separation unit 20 is a micro provided in the gas separation unit 20. The column 21 separates exhaled air components. By using the microcolumn 21, the gas analyzer can be reduced in size and weight.

ここで、「マイクロカラム」とは、マイクロオーダーの幅および深さを有する微細な流路を備えるチップ状のクロマトグラフィカラムを意味するものである。このようなマイクロカラムの外形は、特に限定されるものではなく、たとえばSiウェハー等の基板を用いて、その外形が縦横数mm〜数十cmで、その厚みを数mm〜数cm程度とすることができる。   Here, the “microcolumn” means a chip-like chromatography column having a fine flow path having a width and depth of micro order. The external shape of such a microcolumn is not particularly limited. For example, using a substrate such as a Si wafer, the external shape is several mm to several tens cm in length and width, and the thickness is about several mm to several cm. be able to.

なお、検出ガスの「成分分離」とは、呼気を構成する全ての成分を各成分ごとに分離する場合はもちろん、呼気を構成する成分のうちのいずれか1の成分を、他の少なくとも1の成分から分離する場合も含まれるものとする。すなわち、呼気が3以上の成分を含む場合、3以上の成分のうちの少なくとも1の成分が他の2以上の成分から分離されている限り、呼気の成分分離の効果を得ることができる。   The “component separation” of the detection gas means not only the case where all the components constituting the exhalation are separated for each component, but also one of the components constituting the exhalation is replaced with at least one other component. The case of separation from components is also included. That is, when exhaled breath contains three or more components, as long as at least one of the three or more components is separated from the other two or more components, the effect of exhalation component separation can be obtained.

ガス分離部20には、マイクロカラム以外のクロマトグラフィカラムとして、固定相をコーティングした担体を充填したパックドカラム、内壁に固定相が塗布されたキャピラリーカラム等を用いることも考えられるが、これらのクロマトグラフィカラムは、温度を制御するために大きな恒温槽を備える必要があり、ガス分析装置自体が大型化することになりかねず、所期の目的に反することになるため好ましくない。   The gas separation unit 20 may be a packed column packed with a carrier coated with a stationary phase, a capillary column with an inner wall coated with a stationary phase, or the like as a chromatography column other than a microcolumn. In order to control the temperature, it is necessary to provide a large thermostatic bath, which may undesirably increase the size of the gas analyzer itself, which is contrary to the intended purpose.

本発明において、マイクロカラム21は、その内部流路22の壁面に固定相が修飾されており、該固定相は、30℃での比誘電率が10以上の極性材料からなることが好ましい。このような10以上の比誘電率を有する極性材料は、強極性であることにより、特に水のような極性物質の流速を著しく遅らせることができ、もって呼気を成分分離することができる。   In the present invention, the microcolumn 21 has a stationary phase modified on the wall surface of the internal flow path 22, and the stationary phase is preferably made of a polar material having a relative dielectric constant of 10 or more at 30 ° C. Such a polar material having a relative dielectric constant of 10 or more has a strong polarity, so that the flow rate of a polar substance such as water can be remarkably retarded, so that exhaled breath can be separated into components.

このような10以上の比誘電率を有する極性材料としては、たとえば平均分子量が1000以下のポリエチレングリコールの他、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等を挙げることができる。なお、固定相を構成する材料の比誘電率は、誘電率測定装置を用いて算出された値を採用するものとする。   Examples of such a polar material having a relative dielectric constant of 10 or more include polyethylene glycol having an average molecular weight of 1000 or less, ethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol and the like. In addition, the value computed using the dielectric constant measuring apparatus shall be employ | adopted for the dielectric constant of the material which comprises a stationary phase.

固定相が有する極性が強いほど、呼気の各成分ごとの極性差がマイクロカラム中を流れる呼気の流速に差をもたらし、呼気を成分分離しやすいものと考えられる。そして、固定相の極性が強いほど、その材料の比誘電率が高くなる傾向がある。このような比誘電率と極性との関係によると、固定相を構成する材料は11以上の比誘電率を有することがより好ましく、さらに好ましくは13以上の比誘電率を有することである。固定相を構成する材料の比誘電率が10未満であると、呼気を成分分離することができないため好ましくない。   It is considered that the stronger the polarity of the stationary phase is, the more the difference in polarity of each component of the exhalation causes a difference in the flow rate of the exhaled air flowing through the microcolumn, and the easier it is to separate the exhaled components. And the stronger the polarity of the stationary phase, the higher the relative dielectric constant of the material. According to the relationship between the relative dielectric constant and polarity, the material constituting the stationary phase preferably has a relative dielectric constant of 11 or more, and more preferably has a relative dielectric constant of 13 or more. If the relative dielectric constant of the material constituting the stationary phase is less than 10, it is not preferable because the components of the exhaled breath cannot be separated.

ここで、呼気の各成分を分離するのに有効な固定相の材料としては、200以上1000以下の平均分子量を有するポリエチレングリコール(以下においては「PEG」とも記す)を用いることがより好ましい。PEGは、その平均分子量が多いほど粘度が上昇するとともに、その極性が小さくなる傾向にあり、平均分子量が小さいほど粘度が低下するとともに、その極性が強くなる傾向がある。このため、PEGの粘度と極性とのバランスの観点からは、30℃での比誘電率が13.7である平均分子量が600程度のPEG(PEG600)を用いることがさらに好ましい。   Here, it is more preferable to use polyethylene glycol having an average molecular weight of 200 or more and 1000 or less (hereinafter also referred to as “PEG”) as a stationary phase material effective for separating each component of exhaled breath. As the average molecular weight of PEG increases, the viscosity increases and the polarity tends to decrease. As the average molecular weight decreases, the viscosity decreases and the polarity tends to increase. For this reason, from the viewpoint of the balance between the viscosity and the polarity of PEG, it is more preferable to use PEG (PEG 600) having a relative dielectric constant of 13.7 at 30 ° C. and an average molecular weight of about 600.

ポリエチレングリコールの平均分子量が200未満であると、その粘度が低いことによりマイクロカラムの内部流路22の壁面に保持されにくく、ポリエチレングリコールの平均分子量が1000を超えると、十分な極性を有しないことから、呼気の分離能が低下する傾向がある。   When the average molecular weight of polyethylene glycol is less than 200, it is difficult to be held on the wall surface of the internal flow path 22 of the microcolumn due to its low viscosity, and when the average molecular weight of polyethylene glycol exceeds 1000, it does not have sufficient polarity. Therefore, there is a tendency for the separation of exhaled breath to decrease.

ここで、固定相の厚みは、マイクロカラムの内部流路の壁面に固定相を修飾したマイクロカラムの断面を、マイクロスコープを用いて観察したときの画像に基づいて直接測定することにより算出されたものを採用する。   Here, the thickness of the stationary phase was calculated by directly measuring the cross section of the microcolumn in which the stationary phase was modified on the wall surface of the internal flow path of the microcolumn, based on an image observed using a microscope. Adopt things.

また、マイクロカラムの内部流路の幅および深さ(高さ)はそれぞれ、たとえば100〜300μm程度とすることができる。マイクロカラムの内部流路の幅および深さは、目的成分の種類やマイクロカラムに導入される呼気の流量などを考慮して決定されることが好ましい。   Further, the width and depth (height) of the internal flow path of the microcolumn can be set to about 100 to 300 μm, for example. The width and depth of the internal flow path of the microcolumn are preferably determined in consideration of the type of target component, the flow rate of exhaled air introduced into the microcolumn, and the like.

また、内部流路22は、その長さが3m以上20m以下であることが好ましい。内部流路22の長さが3m未満であると、呼気の成分分離を十分に行なうことができず、内部流路22の長さが20mを超えると、測定に要する時間が長時間となるため好ましくない。   Moreover, it is preferable that the internal flow path 22 is 3 m or more and 20 m or less in length. If the length of the internal flow path 22 is less than 3 m, it is not possible to sufficiently separate the components of exhalation. If the length of the internal flow path 22 exceeds 20 m, the time required for measurement becomes long. It is not preferable.

(ガス検出部)
ガス検出部30は、ガス分離部20で分離されたガス成分を順次検出するための部位であり、ガスセンサ31を用いることが好ましい。本発明において、ガス検出部30は、化学物質を検出するためのガスセンサ31を有する。かかるガスセンサ31としては、半導体センサ、電気化学式ガスセンサ、QCM、FID、赤外線センサ等を用いることができる。これらのセンサの中でも、安価で入手しやすいという観点から、半導体センサを用いることが好ましい。
(Gas detection part)
The gas detection unit 30 is a part for sequentially detecting the gas components separated by the gas separation unit 20, and a gas sensor 31 is preferably used. In the present invention, the gas detection unit 30 includes a gas sensor 31 for detecting a chemical substance. As the gas sensor 31, a semiconductor sensor, an electrochemical gas sensor, a QCM, an FID, an infrared sensor, or the like can be used. Among these sensors, it is preferable to use a semiconductor sensor from the viewpoint of being inexpensive and easily available.

本発明において、ガスセンサ31は、ガス分離部20により分離されたガス成分の出口の近傍に設置することが好ましい。このようにガス成分の出口の近傍にガスセンサ31を設置することにより、目的成分の検出感度を高めることができる。ここで、「ガス成分の出口近傍」とは、ガス成分の出口から0.5mm以上3.0mm以下の範囲にガスセンサ31が位置することを意味する。   In the present invention, the gas sensor 31 is preferably installed in the vicinity of the outlet of the gas component separated by the gas separation unit 20. Thus, by installing the gas sensor 31 in the vicinity of the gas component outlet, the detection sensitivity of the target component can be increased. Here, “in the vicinity of the gas component outlet” means that the gas sensor 31 is located within a range of 0.5 mm to 3.0 mm from the gas component outlet.

ガス分離部20とガス検出部30とは、キャピラリーガラスチューブを用いて接続するが、キャピラリーガラスチューブの管径が小さい。このため、キャピラリーガラスチューブのガス成分の出口とガスセンサ31とが離れていると、ガスセンサ31が呼気を感知しにくい傾向にあるため好ましくない。   The gas separation unit 20 and the gas detection unit 30 are connected using a capillary glass tube, but the capillary glass tube has a small diameter. For this reason, it is not preferable that the gas component outlet of the capillary glass tube and the gas sensor 31 are separated from each other because the gas sensor 31 tends to hardly detect the expiration.

ガスセンサ31は、導線等を介してデジタルマルチメータなどの信号受信機構(図示せず)に接続されることが好ましい。このような信号受信機構は、ガスセンサ31がガス成分を検出すると、ガスセンサ31の定抵抗の電圧値の変化を信号変化として受信するものである必要がある。   The gas sensor 31 is preferably connected to a signal receiving mechanism (not shown) such as a digital multimeter via a conducting wire or the like. Such a signal receiving mechanism needs to receive a change in the voltage value of the constant resistance of the gas sensor 31 as a signal change when the gas sensor 31 detects a gas component.

さらに、信号受信機構はコンピュータに接続されていることが好ましい。ここでのコンピュータとは、信号受信機構が検出した信号データの蓄積し、該信号データをクロマトグラムに変換し、かつその変換したデータの表示を行なうもののことをいう。なお、コンピュータが流路切替機構の機能を有しており、第1状態と第2状態とを切り替える制御を行なってもよい。   Furthermore, the signal receiving mechanism is preferably connected to a computer. Here, the computer refers to a computer that accumulates signal data detected by the signal receiving mechanism, converts the signal data into a chromatogram, and displays the converted data. Note that the computer may have a function of a flow path switching mechanism, and may perform control to switch between the first state and the second state.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
本実施例の運動負荷制御システムに用いられるガス分析装置の作製手順とその性能を説明する。
Example 1
The production procedure and performance of the gas analyzer used in the exercise load control system of this embodiment will be described.

(ガス分析装置の作製方法)
以下の手順により、図2(a)および図2(b)に示されるガス分析装置を作製した。まず、ガス分離部20として、幅が200μmであって深さが200μmの内部流路22を200μmの間隔で蛇行状に形成したものを作製した。
(Production method of gas analyzer)
The gas analyzer shown in FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) was produced by the following procedure. First, the gas separation part 20 was prepared by forming the internal flow path 22 having a width of 200 μm and a depth of 200 μm in a meandering manner at intervals of 200 μm.

具体的には、4インチのシリコンウェハに対し、幅が200μmであって、深さが200μmの蛇行状の溝を200μmの間隔で、フォトリソグラフィ加工をした後にブラスト加工を行なうことにより形成した。そして、シリコン基板の溝を形成した側に対し、6インチ四方のガラス板を陽極接合を用いて密着させた。その後、ダイシングすることにより、9cm四方のマイクロカラムを作製した。   Specifically, a meandering groove having a width of 200 μm and a depth of 200 μm was formed on a 4-inch silicon wafer by performing photolithography after photolithography at intervals of 200 μm. Then, a 6-inch square glass plate was adhered to the side of the silicon substrate on which the grooves were formed using anodic bonding. Thereafter, a 9 cm square microcolumn was produced by dicing.

このようにして形成された内部流路22の全長は16mであった。このガス分離部20の内部流路22の導入口および排出口に、外径が0.35mmであり、内径が0.25mmであって、その内径の表面が未修飾キャピラリーガラスを取り付けた。   The total length of the internal flow path 22 thus formed was 16 m. An outside diameter of 0.35 mm, an inside diameter of 0.25 mm, and an unmodified capillary glass were attached to the introduction port and the discharge port of the internal flow path 22 of the gas separation unit 20.

一方、平均分子量が600であって、30℃での比誘電率が13.74のポリエチレングリコール(PEG600:ジーエルサイエンス株式会社製)をアセトンに溶解させた1.0%アセトン溶液を準備した。かかる1.0%アセトン溶液をガス分離部20のマイクロカラムの導入口から導入し、内部流路内にアセトン溶液を充填した。   On the other hand, a 1.0% acetone solution prepared by dissolving polyethylene glycol (PEG 600: manufactured by GL Sciences Inc.) having an average molecular weight of 600 and a relative dielectric constant of 13.74 at 30 ° C. in acetone was prepared. Such a 1.0% acetone solution was introduced from the introduction port of the microcolumn of the gas separation unit 20, and the internal flow path was filled with the acetone solution.

そして、ホットプレートを用いてガス分離部20を80℃に昇温した後に10分間保持することにより、内部流路22内のアセトンをほとんど蒸発させた。このようにしてアセトンをほぼ蒸発した後に、溶媒トラップを有するダイヤフラム型ドライ真空ポンプDA−15D(アルバック機工株式会社製)を内部流路22の導入口側に接続した。   And the acetone in the internal flow path 22 was almost evaporated by hold | maintaining for 10 minutes, after heating up the gas separation part 20 to 80 degreeC using a hotplate. After substantially evaporating acetone in this manner, a diaphragm type dry vacuum pump DA-15D (manufactured by ULVAC Kiko Co., Ltd.) having a solvent trap was connected to the inlet side of the internal flow path 22.

この真空ポンプを数十分間稼動させて、内部流路22内の溶媒を完全に除去することにより、マイクロカラムの内部流路22の壁面に、PEG600からなる固定相を備えるガス分離部20を形成した。このようにして作製したガス分離部20の断面をマイクロスコープで観察し、その固定相の厚みを実測したところ、固定相の厚みは1.0μmであった。このようにして作製されたマイクロカラムをガス分離部20として用いた。   By operating this vacuum pump for several tens of minutes to completely remove the solvent in the internal flow path 22, the gas separation unit 20 having a stationary phase made of PEG 600 is provided on the wall surface of the internal flow path 22 of the microcolumn. Formed. When the cross section of the gas separation part 20 thus produced was observed with a microscope and the thickness of the stationary phase was measured, the thickness of the stationary phase was 1.0 μm. The microcolumn manufactured in this way was used as the gas separation unit 20.

次に、ガス導入部10としては、ガスクロマトグラフ用手動ガスサンプラー(ジーエルサイエンス株式会社製)を用いた。ここで、ガスクロマトグラフ用手動ガスサンプラー(以下、「ガスサンプラー」とも記する)は、呼気を導入するための第1流路12と、導入した呼気の一部をガス排出口から排出するための第2流路13と、キャリアガスを導入するための第3流路15と、ガス分離部20に呼気を供給するための第4流路16と、呼気を保持するためのガス収容部19とを有するものである。なお、クロマトグラフ用のガスサンプラーは自動でもよい。   Next, as the gas introduction unit 10, a manual gas sampler for gas chromatography (manufactured by GL Sciences Inc.) was used. Here, a manual gas sampler for gas chromatography (hereinafter also referred to as “gas sampler”) is configured to discharge the first flow path 12 for introducing exhaled gas and a part of the introduced exhaled gas from the gas exhaust port. A second flow path 13, a third flow path 15 for introducing a carrier gas, a fourth flow path 16 for supplying exhaled gas to the gas separation section 20, and a gas storage section 19 for holding exhalation It is what has. The gas sampler for chromatography may be automatic.

一方、ガスサンプラーの第4流路16とガス分離部20とを1/16×0.25 レデューシングユニオンを用いて接続した。これによりガスサンプラーの第3流路15から導入されたキャリアガスを、第4流路16を通じてガス分離部20のマイクロカラム21に導入した。   On the other hand, the 4th flow path 16 of the gas sampler and the gas separation part 20 were connected using the 1 / 16x0.25 reducing union. As a result, the carrier gas introduced from the third flow path 15 of the gas sampler was introduced into the microcolumn 21 of the gas separation unit 20 through the fourth flow path 16.

次に、ガス分離部20のマイクロカラム21に対し、キャピラリーチューブの一端を挿入することにより接続した。一方、キャピラリーチューブの他端を、ガス検出部30のガスセンサ31の近傍、すなわちキャピラリーチューブの他端とガスセンサ31とが1.5mmとなるように接続することにより、ガス検出部30を作製した。このようにしてガス分析装置を作製した。   Next, it connected by inserting the end of a capillary tube with respect to the micro column 21 of the gas separation part 20. FIG. On the other hand, the other end of the capillary tube was connected in the vicinity of the gas sensor 31 of the gas detection unit 30, that is, the other end of the capillary tube and the gas sensor 31 were 1.5 mm, thereby producing the gas detection unit 30. In this way, a gas analyzer was produced.

<呼気中のアセトン濃度の検出>
体重65kgの男性を被験者とし、その男性が30分間ウォーキングを行なったときに排出される呼気中のアセトン濃度を検出した。その手順を以下に説明する。
<Detection of acetone concentration in exhaled breath>
A male with a weight of 65 kg was used as a subject, and the concentration of acetone in expired air discharged when the male walked for 30 minutes was detected. The procedure will be described below.

まず、ニードルバルブによりマイクロカラムに導入するキャリアガス(空気)の圧力を、0.26MPaに調節した。そして、上記で作製したガス分析装置に対し、マウスピースを用いてガス採取部40に呼気を導入した。そして、ガス採取部40内を呼気が循環し始めてから1分後に第1状態から第2状態に切り替えた。そして、第2状態を2秒間保持した後に第1状態に切り替えるという動作を行なった。このようにして、マイクロカラムに呼気50μlを導入した。   First, the pressure of the carrier gas (air) introduced into the microcolumn by the needle valve was adjusted to 0.26 MPa. And the expiration | expired_air was introduce | transduced into the gas sampling part 40 using the mouthpiece with respect to the gas analyzer produced above. And 1 minute after the expiration began to circulate in the gas collection part 40, it switched from the 1st state to the 2nd state. Then, the operation of switching to the first state after holding the second state for 2 seconds was performed. In this way, 50 μl of exhaled breath was introduced into the microcolumn.

図3は、ガス分析装置に対し、呼気を導入したときの抵抗変化の出力を示すグラフである。図3のグラフによると、1分48秒の時点で抵抗変化のピークが示されており、その抵抗比は0.86であった。このことから50μlの呼気中には、0.8ppmのアセトンが含まれていることが示される。この結果から、上記で作製されたガス分析装置は、呼気中のアセトン濃度を検出できることが明らかとなった。   FIG. 3 is a graph showing an output of resistance change when exhalation is introduced into the gas analyzer. According to the graph of FIG. 3, the peak of resistance change was shown at 1 minute 48 seconds, and the resistance ratio was 0.86. This indicates that 50 ppm of exhaled breath contains 0.8 ppm of acetone. From this result, it became clear that the gas analyzer produced above can detect the acetone concentration in the exhaled breath.

<運動負荷制御システムの動作>
本実施例では、本発明の運動負荷制御システムを搭載したサイクリングマシンを作製した。このサイクリングマシンの運動負荷制御システムには、上記で作製したガス分析装置を用いた。サイクリングマシンのペダルの重さの増減により運動負荷を調整されるため、サイクリングマシンのペダルが負荷荷重部に相当する。
<Operation of exercise load control system>
In this example, a cycling machine equipped with the exercise load control system of the present invention was produced. The gas analyzer produced above was used for the exercise load control system of this cycling machine. Since the exercise load is adjusted by increasing / decreasing the weight of the pedal of the cycling machine, the pedal of the cycling machine corresponds to the load load portion.

このサイクリングマシンは、ペダルの重さを制御する負荷制御部を有し、該負荷制御部は、負荷荷重部の運動負荷を0W以上250W以下に制御できるものを用いた。被験者はサイクリングマシンのペダルをこぎ続けて運動し、その運動時に排出する呼気を上記のガス分析装置に導入した。   This cycling machine has a load control unit that controls the weight of the pedal, and the load control unit used can control the exercise load of the load load unit from 0 W to 250 W. The subject continuously exercised the pedal of the cycling machine, and introduced exhaled air discharged during the exercise into the gas analyzer.

このとき、ガス分析装置により呼気中のアセトン濃度を算出し、その算出結果を負荷荷重部による運動負荷の情報とともに負荷演算部に伝達した。ここでの負荷演算部として、パーソナルコンピュータを用いた。   At this time, the acetone concentration in the expiration was calculated by the gas analyzer, and the calculation result was transmitted to the load calculation unit together with information on the exercise load by the load load unit. A personal computer was used as the load calculation unit here.

負荷演算部は、被験者にかかる運動負荷の情報と、その運動負荷で運動する被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の情報とに基づいて、被験者の脂肪燃焼率が最大となる運動負荷を算出する。ここで算出された最適な運動負荷を負荷制御部に伝達し、負荷制御部が負荷荷重部に脂肪燃焼率が最大となる運動負荷を伝達する。このような運動負荷制御システムをサイクリングマシンに組み込んだものを準備した。   The load calculation unit calculates an exercise load that maximizes the fat burning rate of the subject based on information on the exercise load applied to the subject and information on the acetone concentration in the breath exhaled by the subject exercising with the exercise load. . The optimal exercise load calculated here is transmitted to the load control unit, and the load control unit transmits the exercise load having the maximum fat burning rate to the load load unit. An exercise load control system incorporating such an exercise load control system was prepared.

<運動負荷制御システムの性能評価>
上記のようにして準備したサイクリングマシンを用いて、被験者の体脂肪の燃焼効率が高い運動負荷に自動で制御できるかを検討した。被験者がサイクリングマシンのペダルをこぎ始めてから、サイクリングマシンのペダルの運動負荷を20W、30W、および40Wから145Wまで15W間隔でそれぞれ1分ずつ変更した。各運動負荷のときに排出される呼気をガス分析装置によって分析し、呼気中のアセトン濃度を算出した。その結果を以下の表1に示す。
<Performance evaluation of exercise load control system>
Using the cycling machine prepared as described above, it was examined whether it was possible to automatically control the exercise load with high body fat burning efficiency of the subject. After the test subject started pedaling the cycling machine, the exercise load on the cycling machine pedal was changed from 20 W, 30 W, and 40 W to 145 W at 15 W intervals for 1 minute each. The exhaled breath discharged at each exercise load was analyzed by a gas analyzer, and the acetone concentration in the exhaled breath was calculated. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2012011133
Figure 2012011133

図4は、各運動負荷のときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度を示したグラフである。横軸は、被験者に与える運動負荷を示し、縦軸は、呼気中のアセトン濃度を示す。表1および図4の結果から、0〜20Wで運動負荷を変化させたときのアセトン濃度の変化率は、0.0021であり、その変化率に0.002を加えた値は0.0041である。   FIG. 4 is a graph showing the concentration of acetone in exhaled breath discharged by the subject at each exercise load. The horizontal axis indicates the exercise load applied to the subject, and the vertical axis indicates the acetone concentration in the exhaled breath. From the results of Table 1 and FIG. 4, the change rate of the acetone concentration when the exercise load is changed at 0 to 20 W is 0.0021, and the value obtained by adding 0.002 to the change rate is 0.0041. is there.

そして、アセトン濃度の変化率が0.0041を超えるのは、表1に示されるように、サイクリングマシンの運動負荷を55Wにしたときである(この運動負荷のことを最適負荷とも記す)。よって、運動負荷を55Wにしたときに、体脂肪の燃焼効率が最も高いことが負荷演算部によって導き出された。   The change rate of the acetone concentration exceeds 0.0041 when the exercise load of the cycling machine is 55 W as shown in Table 1 (this exercise load is also referred to as the optimum load). Therefore, when the exercise load is 55 W, the load calculation unit has derived that the body fat combustion efficiency is the highest.

この最適負荷の情報が負荷演算部から自動的に負荷制御部に伝わり、負荷制御部がサイクリングマシンのペダルを最適負荷に設定した。このようにして自動的にサイクリングペダルが最適負荷に設定されることにより、被験者は最適負荷で運動することができた。このように最適負荷で運動したときの脂質燃焼量は以下の通りであった。   This optimum load information is automatically transmitted from the load calculation unit to the load control unit, and the load control unit sets the pedal of the cycling machine to the optimum load. By automatically setting the cycling pedal to the optimum load in this way, the subject was able to exercise at the optimum load. The amount of lipid combustion when exercising at the optimum load was as follows.

最適負荷(55Wの運動負荷)をサイクリングマシンのペダルにかけて、CO2濃度、O2濃度、および換気量を測定することにより、70分間運動したときの脂質燃焼量を求めた。その結果、70分間の運動により、被験者の脂質が約30g燃焼していることがわかった。 The amount of lipid burning when exercising for 70 minutes was determined by applying an optimal load (55 W exercise load) to the pedal of the cycling machine and measuring the CO 2 concentration, O 2 concentration, and ventilation. As a result, it was found that about 30 g of the subject's lipid was burned after 70 minutes of exercise.

また、脂肪燃焼率が最大となる運動負荷に基づいて、最大脂肪燃焼時の酸素消費量(以下において「VO2max」とも記す)を算出した。ここで、VO2maxとは、1分間に体重1kgあたりに取り込む酸素の体積量を意味し、単位はml/kg・分で表される。このVO2maxのときの運動負荷に対し、約10%運動負荷が大きいときの運動負荷(74Wの場合)、約15%運動負荷が大きいときの運動負荷(83Wの場合)、約10%運動負荷が小さいときの運動負荷(40Wの場合)をそれぞれ上記の55Wの運動負荷と同様の方法により測定した。その結果を図5に示す。 Further, the oxygen consumption at the time of maximum fat burning (hereinafter also referred to as “VO 2 max”) was calculated based on the exercise load that maximizes the fat burning rate. Here, VO 2 max means the volume of oxygen taken up per kg of body weight per minute, and the unit is expressed in ml / kg · min. With respect to the exercise load at VO 2 max, the exercise load when the exercise load is about 10% (74 W), the exercise load when the exercise load is about 15% (83 W), about 10% exercise The exercise load (in the case of 40 W) when the load is small was measured by the same method as the 55 W exercise load described above. The result is shown in FIG.

図5に示されるように、最適な運動負荷で運動したときの脂質燃焼量は、最適な運動負荷から外れた運動負荷で運動したときの脂質燃焼量に比して顕著に高いことが明らかである。このことから、本発明の運動負荷制御システムは、最適な運動負荷を算出するとともに、それを自動的に被験者に課することにより、被験者の体脂肪が燃焼しやすいように運動することができることが明らかとなった。   As shown in FIG. 5, it is clear that the amount of lipid burning when exercising with an optimal exercise load is significantly higher than the amount of lipid burning when exercising with an exercise load deviating from the optimal exercise load. is there. From this, the exercise load control system according to the present invention is capable of exercising so as to easily burn the body fat of the subject by calculating the optimum exercise load and automatically imposing it on the subject. It became clear.

(実施例2)
本実施例では、上記の実施例1の運動負荷制御システムに対し、報知手段として液晶ディスプレイを用いたことが異なる他は、実施例1と同様の構造のサイクリングマシンとした。ここで、液晶ディスプレイは、負荷演算部で算出した運動負荷を被験者に伝達するために設けられるものであり、負荷演算部が最適の運動負荷を算出したときに、その運動負荷を液晶ディスプレイに表示した。
(Example 2)
In the present embodiment, a cycling machine having the same structure as that of the first embodiment is used except that a liquid crystal display is used as a notification unit with respect to the exercise load control system of the first embodiment. Here, the liquid crystal display is provided to transmit the exercise load calculated by the load calculation unit to the subject, and when the load calculation unit calculates the optimal exercise load, the exercise load is displayed on the liquid crystal display. did.

このように被験者の体脂肪が最も燃焼しやすい運動負荷を液晶ディスプレイに表示することにより、被験者が運動中に運動負荷を把握することができた。このため、急に運動負荷が変わって被験者が動揺することなく、運動し続けることができた。しかも、最適な運動負荷を課された運動を終えたときの、被験者の脂質燃焼量を表示した。これにより被験者が運動した後に、その運動の成果を目視で確認できた。   Thus, by displaying the exercise load on which the body fat of the subject is most likely to burn on the liquid crystal display, the subject was able to grasp the exercise load during exercise. For this reason, the exercise load suddenly changed and the subject could continue to exercise without being shaken. Moreover, the lipid burning amount of the subject when the exercise with the optimum exercise load was finished was displayed. Thus, after the subject exercised, the result of the exercise could be confirmed visually.

本発明において上記で好適な実施形態を説明した運動負荷制御システムは、上記に限定されるものではなく、上記以外の構成とすることもできる。   The exercise load control system described above in the present invention is not limited to the above, and may have a configuration other than the above.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 ガス導入部、11 ガス導入口、12 第1流路、13 第2流路、14 ガス排出口、15 第3流路、16 第4流路、17 調圧手段、18 流路切替機構、19 ガス収容部、20 ガス分離部、21 マイクロカラム、22 内部流路、25 気流発生手段、30 ガス検出部、31 ガスセンサ、40 ガス採取部、41 逆止弁。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas introduction part, 11 Gas introduction port, 12 1st flow path, 13 2nd flow path, 14 Gas discharge port, 15 3rd flow path, 16 4th flow path, 17 Pressure regulation means, 18 Flow path switching mechanism, 19 Gas storage part, 20 Gas separation part, 21 Micro column, 22 Internal flow path, 25 Air flow generation means, 30 Gas detection part, 31 Gas sensor, 40 Gas sampling part, 41 Check valve

Claims (7)

被験者に負荷を与えて前記被験者を運動させるための負荷荷重部と、
前記負荷荷重部によって与えられる負荷の運動中に、前記被験者が排出する呼気を検出するためのガス分析装置と、
前記ガス分析装置で検出した呼気の情報に基づいて、前記被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を算出するための負荷演算部と、
前記負荷演算部で算出した運動負荷に基づいて、前記負荷荷重部の負荷を調整するための負荷制御部とを備える、運動負荷制御システム。
A load-loading unit for applying a load to the subject and causing the subject to exercise,
A gas analyzer for detecting exhaled breath discharged by the subject during exercise of a load provided by the load-loading unit;
Based on the exhalation information detected by the gas analyzer, a load calculation unit for calculating an exercise load that maximizes the lipid burning rate of the subject,
An exercise load control system comprising: a load control unit for adjusting a load of the load load unit based on the exercise load calculated by the load calculation unit.
前記負荷演算部で算出された運動負荷を前記被験者に伝えるための報知手段をさらに備える、請求項1に記載の運動負荷制御システム。   The exercise load control system according to claim 1, further comprising notification means for transmitting the exercise load calculated by the load calculation unit to the subject. 前記ガス分析装置は、呼気を導入するためのガス導入口を有するガス導入部を備える、請求項1または2に記載の運動負荷制御システム。   The exercise load control system according to claim 1, wherein the gas analyzer includes a gas introduction unit having a gas introduction port for introducing exhalation. 前記ガス分析装置は、前記ガス導入部から供給される呼気を成分分離するためのマイクロカラムを有するガス分離部を備える、請求項1〜3のいずれかに記載の運動負荷制御システム。   The exercise load control system according to claim 1, wherein the gas analyzer includes a gas separation unit having a microcolumn for separating components of exhaled breath supplied from the gas introduction unit. 前記負荷演算部は、異なる2点の運動負荷を被験者に与えたときに、被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率に基づいて、前記被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を算出する、請求項1〜4のいずれかに記載の運動負荷制御システム。   The load calculation unit calculates an exercise load that maximizes the lipid burning rate of the subject based on the rate of change in the acetone concentration in exhaled breath that the subject exhausts when two different exercise loads are given to the subject. The exercise load control system according to any one of claims 1 to 4. 前記異なる2点の運動負荷を被験者に与えたときに被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率が、前記運動負荷がないときに前記被験者が排出する呼気中のアセトン濃度に対する、設定した最初の運動負荷のときに前記被験者が排出する呼気中のアセトン濃度の変化率に0.002を加えた値を、最初に超えたときの運動負荷を最適運動負荷とする、請求項5に記載の運動負荷制御システム。   The change rate of the acetone concentration in exhaled breath exhausted by the subject when the two different exercise loads are applied to the subject is set to the initial concentration of acetone in the exhaled breath exhausted by the subject in the absence of the exercise load The exercise load when exceeding the value obtained by adding 0.002 to the rate of change in the concentration of acetone in exhaled breath exhaled by the subject when the exercise load is the first is set as the optimal exercise load. Exercise load control system. 被験者に与える負荷を段階的に増加させて、前記被験者に運動させるステップと、
前記被験者の運動中に、前記被験者が排出する呼気をガス分析装置によって検出するステップと、
前記ガス分析装置で検出した呼気の情報に基づいて、前記被験者の脂質燃焼率が最大となる運動負荷を負荷演算部によって算出するステップと、
前記負荷演算部で算出した運動負荷に基づいて、前記負荷荷重部の負荷を負荷制御部によって調整するステップとを含む、運動負荷の制御方法。
Increasing the load on the subject stepwise to exercise the subject;
Detecting exhaled breath expelled by the subject during exercise of the subject by a gas analyzer;
Based on exhalation information detected by the gas analyzer, calculating the exercise load that maximizes the lipid burning rate of the subject by a load calculation unit;
Adjusting a load of the load load unit by a load control unit based on the exercise load calculated by the load calculation unit.
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