JP6990333B1 - 最適運動強度の推定方法、トレーニング方法、運動指示装置、及び最適運動強度の推定システム - Google Patents
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Abstract
【課題】最適運動強度の推定方法と推定システム、この推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うトレーニング方法、個人の最適運動強度となる運動負荷量を指示することのできる運動指示装置と運動指示システムの提供。【解決手段】被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程と、運動負荷量の増加に伴い、前記血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程と、を有し、前記下降開始点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定する最適運動強度の推定方法。【選択図】図１
Description
本発明は、最適運動強度の推定方法、トレーニング方法、運動指示装置、及び最適運動強度の推定システムに関する。
筋力、心肺能力等の体力が高いほど健康度と生存率が高く、死亡率が低いことが、多くの報告で明らかとなっている（非特許文献１，２）。筋力、心肺能力等の体力を向上させるためには、中強度以上の運動をする必要があり、例えば、強度が不足する運動は継続しても体力は向上しない。個人ごとに中強度の運動は異なるが、有酸素運動から無酸素運動へと切り替わる無酸素性作業閾値（ＡＴ）は、すべての人で中強度の運動となることが知られている。
ＡＴは、運動強度の増加に伴い血液中の乳酸濃度が急激に増加し始める乳酸性作業閾値（ＬＴ）、または、運動強度の増加に伴い呼気中の二酸化炭素の増加率が一段と高くなる換気性作業閾値（ＶＴ）と一致する。従来、これらを測定するには、呼気分析機器を用いた検査法と血中乳酸濃度を用いた方法の２つがゴールデンスタンダード法として知られている。これらの方法は、徐々に運動強度を強めながら、個人の最大強度、すなわち、動けなくなるまで運動する必要があり、被験者の体力的、精神的負担が大きい。さらに、血中乳酸濃度を測定するには、血液の採取が必要であるため痛みを伴い、呼気中の二酸化炭素濃度を測定するには、呼気ガス測定装置と接続したマウスピースを通じて呼吸を行いながら運動する必要があり、専門家の元で高価な特殊測定装置を用いなければならない（特許文献１）。特殊な機器や採血が必要なため、ゴールデンスタンダード法によるＡＴの測定は、病院や体育系大学、研究機関でしか実施できない。より一般的にＡＴを健康づくりに活用するために、呼気分析法や血中乳酸法と同等の精度を持つ代替法が多くの研究者によって研究されているが、医療／リハビリテーション、スポーツ、健康づくりの現場で利用されるまでには至っていない。また、汗中乳酸濃度を測定することによりＬＴを求める方法も検討されているが、汗中の乳酸濃度は体調や食事内容による影響が大きく、正確な測定をするには不向きである。
ＡＴは、運動強度の増加に伴い血液中の乳酸濃度が急激に増加し始める乳酸性作業閾値（ＬＴ）、または、運動強度の増加に伴い呼気中の二酸化炭素の増加率が一段と高くなる換気性作業閾値（ＶＴ）と一致する。従来、これらを測定するには、呼気分析機器を用いた検査法と血中乳酸濃度を用いた方法の２つがゴールデンスタンダード法として知られている。これらの方法は、徐々に運動強度を強めながら、個人の最大強度、すなわち、動けなくなるまで運動する必要があり、被験者の体力的、精神的負担が大きい。さらに、血中乳酸濃度を測定するには、血液の採取が必要であるため痛みを伴い、呼気中の二酸化炭素濃度を測定するには、呼気ガス測定装置と接続したマウスピースを通じて呼吸を行いながら運動する必要があり、専門家の元で高価な特殊測定装置を用いなければならない（特許文献１）。特殊な機器や採血が必要なため、ゴールデンスタンダード法によるＡＴの測定は、病院や体育系大学、研究機関でしか実施できない。より一般的にＡＴを健康づくりに活用するために、呼気分析法や血中乳酸法と同等の精度を持つ代替法が多くの研究者によって研究されているが、医療／リハビリテーション、スポーツ、健康づくりの現場で利用されるまでには至っていない。また、汗中乳酸濃度を測定することによりＬＴを求める方法も検討されているが、汗中の乳酸濃度は体調や食事内容による影響が大きく、正確な測定をするには不向きである。
Blair SN et al., Physical fitness and all-cause mortality. A prospective study of healthy men and women JAMA. 1989; 262(17):2395-401.
Jonathan Myers, Manish Prakash, Victor Froelicher, et al., Exercise Capacity and Mortality among Men Referred for Exercise Testing. Engl J Med 2002; 346:793-801
個人の最大強度、すなわち、動けなくなるまで運動する必要のない最適運動強度の推定方法と推定システム、この推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うトレーニング方法、個人の最適運動強度となる運動負荷量を指示することのできる運動指示装置と運動指示システムを提供することを課題とする。
本発明の課題を解決するための手段は以下の通りである。
１．被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程と、
運動負荷量の増加に伴い、前記血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程と、
を有し、
前記下降開始点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定方法。
２．ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて前記下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値が前記基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を前記下降開始点として決定することを特徴とする１．に記載の最適運動強度の推定方法。
３．ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて前記下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値が前記基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前の近似直線との交点を前記下降開始点として決定することを特徴とする１．に記載の最適運動強度の推定方法。
４．被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求め、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定する工程と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を決定する工程と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定方法。
５．１．～４．のいずれかに記載の推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うことを特徴とするトレーニング方法。
６．１．～４．のいずれかに記載の推定方法で推定した最適運動強度における生体情報値を記憶する記憶手段と、
前記生体情報値を測定可能な測定手段と、
前記測定手段で測定した生体情報値と、前記最適運動強度における生体情報値とを対比して、運動負荷量を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された運動負荷量を指示する指示手段と、
を有することを特徴とする運動指示装置。
７．前記測定手段が、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定が可能であり、
前記指示手段が、前記測定手段からの生体情報値に関する情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、
前記演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出することが可能であることを特徴とする６．に記載の運動指示装置。
８．前記測定手段が、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）と脈拍数の測定が可能であり、
前記指示手段が、前記測定手段からの生体情報値に関する情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、
前記演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することが可能であることを特徴とする６．に記載の運動指示装置。
９．ウェアラブル端末であることを特徴とする６．～８．のいずれかに記載の運動指示装置。
１０．血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出する演算部と、
を有し、
前記下降開始点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定システム。
１１．
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定するとともに、脈拍数を測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出する演算部と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定システム。
１．被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程と、
運動負荷量の増加に伴い、前記血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程と、
を有し、
前記下降開始点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定方法。
２．ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて前記下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値が前記基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を前記下降開始点として決定することを特徴とする１．に記載の最適運動強度の推定方法。
３．ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて前記下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値が前記基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前の近似直線との交点を前記下降開始点として決定することを特徴とする１．に記載の最適運動強度の推定方法。
４．被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求め、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定する工程と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を決定する工程と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定方法。
５．１．～４．のいずれかに記載の推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うことを特徴とするトレーニング方法。
６．１．～４．のいずれかに記載の推定方法で推定した最適運動強度における生体情報値を記憶する記憶手段と、
前記生体情報値を測定可能な測定手段と、
前記測定手段で測定した生体情報値と、前記最適運動強度における生体情報値とを対比して、運動負荷量を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された運動負荷量を指示する指示手段と、
を有することを特徴とする運動指示装置。
７．前記測定手段が、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定が可能であり、
前記指示手段が、前記測定手段からの生体情報値に関する情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、
前記演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出することが可能であることを特徴とする６．に記載の運動指示装置。
８．前記測定手段が、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）と脈拍数の測定が可能であり、
前記指示手段が、前記測定手段からの生体情報値に関する情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、
前記演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することが可能であることを特徴とする６．に記載の運動指示装置。
９．ウェアラブル端末であることを特徴とする６．～８．のいずれかに記載の運動指示装置。
１０．血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出する演算部と、
を有し、
前記下降開始点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定システム。
１１．
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定するとともに、脈拍数を測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出する演算部と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定システム。
本発明により、簡単でありながらも正確に且つ経済性に優れた測定方法を用いることで、個人の最適運動強度を導くことができ、健康増進、健康寿命の延伸に貢献できる。術後の療養者や高齢者にとって、リハビリや普段の運動強度を導くことは、非常に重要である。従来の方法で最適運動強度を導くためには、採血や動けなくなるまでの運動が必要であり、体力的、精神的負担が大きい。本発明はこうした採血や動けなくなるまでの運動を要せずに正確に最適運動強度を求めることができるため、健常人だけでなく、術後の療養者や高齢者にとっても、非常に画期的な発明となる。
・推定方法と推定システム
本発明の第１の最適運動強度の推定方法は、
被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程と、
を有し、
この下降開始点における運動負荷量を、被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする。
本発明の第１の最適運動強度の推定方法は、
被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程と、
を有し、
この下降開始点における運動負荷量を、被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする。
本発明の第２の最適運動強度の推定方法は、
被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求め、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定する工程と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を決定する工程と、
を有し、
この屈曲点における運動負荷量を、被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする。
なお、本明細書において、「Ａ～Ｂ（Ａ、Ｂは数字）」との記載は、Ａ、Ｂの値を含む数値範囲、すなわち、Ａ以上Ｂ以下を意味する。
被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求め、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定する工程と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を決定する工程と、
を有し、
この屈曲点における運動負荷量を、被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする。
なお、本明細書において、「Ａ～Ｂ（Ａ、Ｂは数字）」との記載は、Ａ、Ｂの値を含む数値範囲、すなわち、Ａ以上Ｂ以下を意味する。
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）とは、動脈血液中の赤血球ヘモグロビンが酸素と結合している比率である。ＳｐＯ２は、測定装置（パルスオキシメーター）を指先や手首等に装着するだけで測定することができる。本発明の最適運動強度の推定方法は、非侵襲的であるため、被験者への負担が小さい。
第１、第２の推定方法は、被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程を有する。
Ｒａｍｐ負荷となる運動方法は特に制限されず、トレッドミル、自転車エルゴメーター、ステップ等を採用することができる。
ＳｐＯ２の測定値は、９６～１００％の少なくとも一部を含めばよく、９５～１００％、９７～１００％、９８～１００％、９９～１００％、９７～９９％等とすることができる。ＳｐＯ２測定範囲の下限値が低くなると、より正確に最適運動強度を推定することができるが、測定時の運動負担が大きくなる。そのため、被験者の性別、年齢、運動習慣の有無等に応じて、下限値を設定し、ＳｐＯ２の測定値が設定した下限値を下回ると測定を中止することが好ましい。特に、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）が低くなるほど被験者への負担が大きいため、その下限値は９５％以上であることが好ましく、９６％以上であることがより好ましい。
Ｒａｍｐ負荷となる運動方法は特に制限されず、トレッドミル、自転車エルゴメーター、ステップ等を採用することができる。
ＳｐＯ２の測定値は、９６～１００％の少なくとも一部を含めばよく、９５～１００％、９７～１００％、９８～１００％、９９～１００％、９７～９９％等とすることができる。ＳｐＯ２測定範囲の下限値が低くなると、より正確に最適運動強度を推定することができるが、測定時の運動負担が大きくなる。そのため、被験者の性別、年齢、運動習慣の有無等に応じて、下限値を設定し、ＳｐＯ２の測定値が設定した下限値を下回ると測定を中止することが好ましい。特に、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）が低くなるほど被験者への負担が大きいため、その下限値は９５％以上であることが好ましく、９６％以上であることがより好ましい。
ＳｐＯ２等の測定は、連続的に行うこともできるが、運動しながら測定するため、測定装置がずれて正確な測定値が得られない場合がある。そのため、０．１～５秒程度の間隔で間欠的に測定した測定値を、１～３０秒程度の平均値としてまとめた値を用いることが好ましい。また、Ｒａｍｐ負荷では、運動負荷量が徐々に増加するため、測定する生体情報値は、一方方向のみに、例えば、ＳｐＯ２は減少する方向のみに、脈拍数は増加する方向のみに変化するのが通常であるので、通常とは逆の変化を示す値は用いない処理や、測定点と測定前２～５点程度の平均値と比較して乖離率が例えば１０％以上の値は用いない処理等を行うことができる。
第２の推定方法は、ＳｐＯ２と同時に、脈拍数を測定する。なお、第１の推定方法も、ＳｐＯ２と同時に、脈拍数を測定することができる。さらに、第１、第２の推定方法は、その他に、血圧、乳酸濃度（血中、汗中）、呼気中の二酸化炭素濃度等の１種、または２種以上の生体情報値を測定することができる。これらの中で、脈拍数が、測定が簡易なため好ましい。
第１、第２の推定方法において、血中酸素濃度が９６％以上、かつ脈拍数が１６０拍／以下の範囲等の測定を行うことが、被験者への負担を抑えることができるため好ましい。
第１、第２の推定方法において、血中酸素濃度が９６％以上、かつ脈拍数が１６０拍／以下の範囲等の測定を行うことが、被験者への負担を抑えることができるため好ましい。
第１の推定方法は、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程を有する。
無酸素性作業閾値（ＡＴ）は、有酸素運動から無酸素運動へと切り替わるポイントであり、ＡＴでは、運動継続／エネルギー産生に必要な酸素供給量が不足して体内の酸素濃度が低下し始める。そのため、ＳｐＯ２の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点は、ＡＴと近似している。
そして、この下降開始点における運動負荷量は、ＡＴでの運動負荷量と近似しているため、下降開始点おける運動負荷量を被験者の最適運動強度と推定することができる。
無酸素性作業閾値（ＡＴ）は、有酸素運動から無酸素運動へと切り替わるポイントであり、ＡＴでは、運動継続／エネルギー産生に必要な酸素供給量が不足して体内の酸素濃度が低下し始める。そのため、ＳｐＯ２の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点は、ＡＴと近似している。
そして、この下降開始点における運動負荷量は、ＡＴでの運動負荷量と近似しているため、下降開始点おける運動負荷量を被験者の最適運動強度と推定することができる。
第２の推定方法は、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を決定する工程を有する。
運動負荷量が増加するにつれて、ＳｐＯ２は低下し、脈拍数は増加するため、ＳｐＯ２／脈拍数は低下傾向を示す。このＳｐＯ２／脈拍数が、ある点を超えると傾きが大きくなる屈曲点を有すること、この屈曲点が無酸素性作業閾値（ＡＴ）と近似することは、本発明者らによる新たな知見である。
運動負荷量が増加するにつれて、ＳｐＯ２は低下し、脈拍数は増加するため、ＳｐＯ２／脈拍数は低下傾向を示す。このＳｐＯ２／脈拍数が、ある点を超えると傾きが大きくなる屈曲点を有すること、この屈曲点が無酸素性作業閾値（ＡＴ）と近似することは、本発明者らによる新たな知見である。
第１の推定方法は、例えば、
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出する演算部と、
を有し、
下降開始点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定する第１の運動強度の推定システムにより実現できる。
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出する演算部と、
を有し、
下降開始点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定する第１の運動強度の推定システムにより実現できる。
第２の推定方法は、例えば、
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定するとともに、脈拍数を測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出する演算部と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定する第２の最適運動強度の推定システムにより実現できる。
血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定するとともに、脈拍数を測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出する演算部と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定する第２の最適運動強度の推定システムにより実現できる。
第１、第２の推定システムは、その他に、測定値を記憶する記憶部と、外部とデータをやり取りする通信部、指示内容を表示する表示部等を有することができる。また、記憶部や演算部の少なくとも一部は、通信部を通じて通信する外部サーバーで処理するクラウドシステムであってもよい。さらに、第１、第２の推定システムは、例えば、スマートフォン、スマートウォッチ、スマートグラス、イヤホン等のウェアラブルデバイスに、最適運動強度の推定機能を備えたアプリケーションをインストールすることにより、上記手段を実施可能となったものでもよい。第１、第２の推定システムは、指示部を備えたパルスオキシメーター等の測定装置と、例えば、スポーツジム等でのトレッドミルや自転車エルゴメーター等のトレーニング装置とを有線または無線で接続し、測定部（測定装置）で血中酸素濃度を測定しながら、指示部で運動装置、例えば、トレッドミルや自転車エルゴメーターのスピード、傾斜、抵抗等を指示して、運動負荷量がＲａｍｐ負荷となるように指示するようにして構成することができる。
第１、第２の推定システムは、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求めるものであり、その下限値は９５％以上であることが好ましく、９６％以上であることがより好ましい。第１、第２の推定システムは、ＳｐＯ２を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲、好ましい下限値は９５％以上で測定するものであり、被験者の測定時の負担が抑えられている。また、第１、第２の推定システムは、血中酸素濃度が測定可能なパルスオキシメーター等の測定装置と、Ｒａｍｐ負荷が可能なトレーニング装置とを組み合わせて構成することができるため、専門家の指導の元に専門の測定装置を用いる必要がなく、例えば、スポーツジム等に導入することができる。
第１の推定方法、推定システムにおいて、測定したＳｐＯ２の値から下降開始点を決定する方法は特に制限されないが、例えば、以下の方法１－１、１－２を挙げることができる。
・下降開始点の決定方法１－１（方法１－１ともいう）
ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を下降開始点として決定する方法。
・下降開始点の決定方法１－１（方法１－１ともいう）
ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を下降開始点として決定する方法。
・下降開始点の決定方法１－２（方法１－２ともいう）
ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前の近似直線との交点を下降開始点として決定する方法。最高値の測定点もしくは最低値の測定点が２点以上存在する場合は、経時的に最初の値を測定点とする。
ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前の近似直線との交点を下降開始点として決定する方法。最高値の測定点もしくは最低値の測定点が２点以上存在する場合は、経時的に最初の値を測定点とする。
第２の推定方法、推定システムにおいて、算出したＳｐＯ２／脈拍数の屈曲点を決定する方法は特に制限されないが、例えば、以下の方法２を挙げることができる。
・屈曲点の決定方法２（方法２ともいう）
ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、脈拍数を独立変数、ＳｐＯ２を脈拍数で除した値（ＳｐＯ２／脈拍数）を従属変数として
最初の測定点からｎ番目（ｎ≧２）までの測定点についての回帰直線１と、ｎ＋１番目の測定点からＮ番目の測定点（Ｎ≧ｎ＋２）についての回帰直線２の組み合わせにおいて、回帰直線１、２の残差平方和の和が最も小さくなるときの回帰直線１と２との交点を屈曲点として決定する方法。
・屈曲点の決定方法２（方法２ともいう）
ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、脈拍数を独立変数、ＳｐＯ２を脈拍数で除した値（ＳｐＯ２／脈拍数）を従属変数として
最初の測定点からｎ番目（ｎ≧２）までの測定点についての回帰直線１と、ｎ＋１番目の測定点からＮ番目の測定点（Ｎ≧ｎ＋２）についての回帰直線２の組み合わせにおいて、回帰直線１、２の残差平方和の和が最も小さくなるときの回帰直線１と２との交点を屈曲点として決定する方法。
この方法１－１、１－２において、目標脈拍数は、有酸素運動をする基準として用いられている値等を用いることができ、例えば、カルボーネン法による目標心拍数｛（２２０－年齢－安静時心拍数）×（０．４～０．７）＋安静時心拍数｝の値や、これを簡素化した（２２０－年齢）×０．５～０．７の値等を用いることができ、さらに、単に１２０～１３０拍／分程度の値を用いることができる。
方法１－１、１－２において、ＳｐＯ２の測定値が、基準値（脈拍数が目標脈拍数を最初に超えたときのＳｐＯ２の値）より低い値を示す秒数は、５秒間以上であればよい。この秒数が長くなるほど、傾向からずれた測定値に基づいて誤った下降開始点を決定する可能性は低くなるが、測定時間が長くなり、被験者の体力的負担が増加する。そのため、この秒数の下限は、８秒間以上であることが好ましく、１０秒間以上であることがより好ましく、この秒数の上限は、６０秒間以下であることが好ましく、５０秒間以下であることがより好ましく、４０秒間以下であることがさらに好ましい。
また、一度の測定ミスによる誤判断を防ぐために、２回以上連続する複数回の測定値に基づいて判断することが好ましい。すなわち、ＳｐＯ２の測定値を、１～３０秒程度の平均値として測定している場合は、ＳｐＯ２の測定値（平均値）を算出する秒数×（測定回数－１）の値が５秒間以上であり、かつ２回以上連続する複数の測定点が、基準値よりも低い値となることが好ましい。
第１の推定方法は、この下降開始点を決定できれば、それ以上Ｒａｍｐ負荷を加えた運動を行う必要はなく、そこで測定を終了することができるため、動けなくなるまで運動する必要はなく、被験者の体力的負担を小さくすることができる。
第１の推定方法は、この下降開始点を決定できれば、それ以上Ｒａｍｐ負荷を加えた運動を行う必要はなく、そこで測定を終了することができるため、動けなくなるまで運動する必要はなく、被験者の体力的負担を小さくすることができる。
方法２は、屈曲点が現れるまで運動する必要があるため、１４０拍／分まで測定することが好ましく、１５０拍／分まで測定することがより好ましく、１５５拍／分まで測定することがさらに好ましく、１６０拍／分まで測定することがよりさらに好ましい。ただし、その上限は、被検者の予測最大心拍数（２２０－年齢）の８５％以下であることが好ましく、８３％以下であることがより好ましく、８０％以下であることがより好ましい。
方法２において、Ｍ回目までの測定点において、最初の測定点からｍ番目までの測定点についての回帰直線１と、ｍ＋１番目の測定点からＭ回目までの測定点についての回帰直線２の組み合わせで回帰直線１、２の残差平方和の和が最も小さくなった場合、さらに運動を継続して得たＭ＋ｐ回までの測定点において、最初の測定点からｍ番目までの測定点についての回帰直線１と、ｍ＋１番目の測定点からＭ＋ｐ回目までの測定点についての回帰直線２’の組み合わせでも残差平方和の和が最も小さくなれば、そこで屈曲点を決定してそれ以上の運動を中止することもできる。このようにして途中で運動を中止する場合、Ｍは５以上であることが好ましく、ｐは２以上であることが好ましい。また、１～ｍ回目、ｍ＋１～Ｍ回目の測定時間は、それぞれ２０秒間以上であることが好ましく、３０秒間以上であることがより好ましく、４０秒間以上であることがさらに好ましい。また、Ｍ～Ｍ＋ｐ回目までの測定時間は、１０秒間以上であることが好ましく、１５秒間以上であることがより好ましく、２０秒間以上であることがさらに好ましい。
第２の推定方法は、所定の脈拍数の範囲内でのみ運動を行えばよく、動けなくなるまで運動する必要はなく、被験者の体力的負担を小さくすることができる。
第２の推定方法は、所定の脈拍数の範囲内でのみ運動を行えばよく、動けなくなるまで運動する必要はなく、被験者の体力的負担を小さくすることができる。
・トレーニング方法
本発明のトレーニング方法は、上記推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うことを特徴とする。
本発明の推定方法により、下降開始点、または屈曲点における運動負荷量を被験者の最適運動強度として推定することができる。そして、この推定した最適運動強度は、ＡＴでの運動負荷強度と近似しているため、この最適運動強度で運動を行うトレーニング方法により、効率的な体力向上が可能である。一方、この推定方法で推定した最適運動強度より弱い運動強度では、運動を継続してもほとんど体力の向上は見込めず、この推定方法で推定した最適運動強度より強い運動強度では、怪我や疲労の蓄積につながる場合がある。
本発明のトレーニング方法は、上記推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うことを特徴とする。
本発明の推定方法により、下降開始点、または屈曲点における運動負荷量を被験者の最適運動強度として推定することができる。そして、この推定した最適運動強度は、ＡＴでの運動負荷強度と近似しているため、この最適運動強度で運動を行うトレーニング方法により、効率的な体力向上が可能である。一方、この推定方法で推定した最適運動強度より弱い運動強度では、運動を継続してもほとんど体力の向上は見込めず、この推定方法で推定した最適運動強度より強い運動強度では、怪我や疲労の蓄積につながる場合がある。
・運動指示装置
本発明の運動指示装置は、本発明の推定方法で推定した最適運動強度における生体情報値を記憶する記憶手段と、この生体情報値を測定可能な測定手段と、測定手段で測定した生体情報値と、最適運動強度における生体情報値とを対比して、運動負荷量を指示する指示手段と、を有することを特徴とする。
本発明の運動指示装置は、その他に、メモリ等の記憶手段、通信手段、表示手段、ＣＰＵ等の演算手段、バッテリー等を有することができる。また、記憶手段や演算手段の少なくとも一部は、通信部を通じて通信する外部サーバーで処理することもできる。
本発明の運動指示装置の形態は特に制限されず、例えば、トレーニング装置に内蔵することもでき、トレーニング装置に接続する外部端末であってもよく、例えば、スマートフォン、スマートウォッチ、スマートグラス、イヤホン等に、アプリケーションをインストールすることにより、上記手段を実施可能となったものでもよい。これらの中で、スマートウォッチ、スマートグラス等のウェアラブル端末であることが好ましい。
本発明の運動指示装置は、本発明の推定方法で推定した最適運動強度における生体情報値を記憶する記憶手段と、この生体情報値を測定可能な測定手段と、測定手段で測定した生体情報値と、最適運動強度における生体情報値とを対比して、運動負荷量を指示する指示手段と、を有することを特徴とする。
本発明の運動指示装置は、その他に、メモリ等の記憶手段、通信手段、表示手段、ＣＰＵ等の演算手段、バッテリー等を有することができる。また、記憶手段や演算手段の少なくとも一部は、通信部を通じて通信する外部サーバーで処理することもできる。
本発明の運動指示装置の形態は特に制限されず、例えば、トレーニング装置に内蔵することもでき、トレーニング装置に接続する外部端末であってもよく、例えば、スマートフォン、スマートウォッチ、スマートグラス、イヤホン等に、アプリケーションをインストールすることにより、上記手段を実施可能となったものでもよい。これらの中で、スマートウォッチ、スマートグラス等のウェアラブル端末であることが好ましい。
本発明の運動指示装置において、測定・記憶する生体情報値としては、ＳｐＯ２、脈拍数、血圧、汗中乳酸濃度等が挙げられ、１種または２種以上であってもよい。これらの中で、測定が容易なためＳｐＯ２と脈拍数を測定、記憶することが好ましい。
本発明の運動指示装置は、記憶手段が記憶する推定した最適運動強度における生体情報値と、測定手段が測定する生体情報値とを、演算手段が対比することで現在の運動強度と最適運動強度との差を算出し、最適な運動負荷量を算出することができる。この際、運動負荷量として、その日の気分や体調等に応じて、最適運動強度に対して、弱い／同等／強い等を設定できることが好ましい。そして、本発明の運動指示装置により指示された運動強度で運動することにより、使用者は、効率的な体力向上が可能である。
本発明の運動指示装置は、記憶手段が記憶する推定した最適運動強度における生体情報値と、測定手段が測定する生体情報値とを、演算手段が対比することで現在の運動強度と最適運動強度との差を算出し、最適な運動負荷量を算出することができる。この際、運動負荷量として、その日の気分や体調等に応じて、最適運動強度に対して、弱い／同等／強い等を設定できることが好ましい。そして、本発明の運動指示装置により指示された運動強度で運動することにより、使用者は、効率的な体力向上が可能である。
さらに、本発明の運動指示装置は、測定手段がＳｐＯ２の測定が可能であり、指示手段がＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、演算手段が運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出することが可能であることが好ましい。
または、測定手段が、ＳｐＯ２と脈拍数の測定が可能であり、指示手段が情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することが可能であることが好ましい。
このような運動指示装置は、Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示し、ＳｐＯ２の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点、または、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することができるため、使用者の最適運動強度を推定することができる。そのため、例えば、本発明の運動指示装置が指示する推定された最適運動強度でしばらく運動を続けたことにより体力が向上し、この運動強度では体力が向上しなくなってしまった場合でも、最新の最適運動強度を求め、より負荷が高くなった運動強度での運動を行うことができる。
または、測定手段が、ＳｐＯ２と脈拍数の測定が可能であり、指示手段が情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することが可能であることが好ましい。
このような運動指示装置は、Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示し、ＳｐＯ２の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点、または、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することができるため、使用者の最適運動強度を推定することができる。そのため、例えば、本発明の運動指示装置が指示する推定された最適運動強度でしばらく運動を続けたことにより体力が向上し、この運動強度では体力が向上しなくなってしまった場合でも、最新の最適運動強度を求め、より負荷が高くなった運動強度での運動を行うことができる。
（実施例）
運動負荷方法１
使用機器：エルゴメーター
負荷方法：Ｒａｍｐ負荷法
エルゴメーター設定－クランクの回転数１２０ｂｐｍ
サドルはペダルが下に来たときに被験者の膝が少し曲がる程度
安静条件－座位で２間安静にする（エルゴメーター上で座位）
Ｗａｒｍ ｕｐ条件－５０ｗａｔｔで５分間
運動負荷条件－Ｒａｍｐ負荷漸増量 １０ｗａｔｔ／分
停止条件－下記のいずれかの条件を満たした時点で負荷を終了する
１）下肢疲労により１２０ｒｐｍの運動が持続できなくなったとき
２）試験担当者が試験中止を判断したとき
負荷単位：ｗａｔｔ
運動負荷方法１
使用機器：エルゴメーター
負荷方法：Ｒａｍｐ負荷法
エルゴメーター設定－クランクの回転数１２０ｂｐｍ
サドルはペダルが下に来たときに被験者の膝が少し曲がる程度
安静条件－座位で２間安静にする（エルゴメーター上で座位）
Ｗａｒｍ ｕｐ条件－５０ｗａｔｔで５分間
運動負荷条件－Ｒａｍｐ負荷漸増量 １０ｗａｔｔ／分
停止条件－下記のいずれかの条件を満たした時点で負荷を終了する
１）下肢疲労により１２０ｒｐｍの運動が持続できなくなったとき
２）試験担当者が試験中止を判断したとき
負荷単位：ｗａｔｔ
運動負荷方法２
使用機器：トレッドミル
負荷方法：Ｒａｍｐ負荷法
安静条件－座位で２間安静にする
Ｗａｒｍ ｕｐ条件－５ｋｍ／ｈで５分間
運動負荷条件－Ｒａｍｐ負荷漸増量 １ｋｍ／ｈ／分
停止条件－下記のいずれかの条件を満たした時点で負荷を終了する
１）下肢疲労により運動が持続できなくなったとき
２）試験担当者が試験中止を判断したとき
負荷単位：ｋｍ／ｈ
使用機器：トレッドミル
負荷方法：Ｒａｍｐ負荷法
安静条件－座位で２間安静にする
Ｗａｒｍ ｕｐ条件－５ｋｍ／ｈで５分間
運動負荷条件－Ｒａｍｐ負荷漸増量 １ｋｍ／ｈ／分
停止条件－下記のいずれかの条件を満たした時点で負荷を終了する
１）下肢疲労により運動が持続できなくなったとき
２）試験担当者が試験中止を判断したとき
負荷単位：ｋｍ／ｈ
（ＳｐＯ２と脈拍数の測定）
パルスオキシメーター （ＮｅｌｌｃｏｒＴＭ Ｎ－ＢＳＪ（コヴィディエンジャパン株式会社））を用い、酸素飽和度と脈拍数を測定した。
ＳｐＯ２と脈拍数を４秒間隔で測定し、２０秒ごとの平均値とした。
ＳｐＯ２が９６～１００％の範囲内、かつ、脈拍数の上限１６０拍／分、目標脈拍数１２０拍／分として実施した。
パルスオキシメーター （ＮｅｌｌｃｏｒＴＭ Ｎ－ＢＳＪ（コヴィディエンジャパン株式会社））を用い、酸素飽和度と脈拍数を測定した。
ＳｐＯ２と脈拍数を４秒間隔で測定し、２０秒ごとの平均値とした。
ＳｐＯ２が９６～１００％の範囲内、かつ、脈拍数の上限１６０拍／分、目標脈拍数１２０拍／分として実施した。
（呼気ガスパラメーターと心拍の測定）
測定機器：呼気ガス分析器 エアロモニタＡＥ－３１０ＳＲＣ（ミナト医科学）
心拍計 ＰＯＬＡＲ ［ポラール］ 心拍センサー Ｈ１０ Ｎ
測定方法：ミキシングチャンバー法
測定項目：二酸化炭素排出量（ＶＣＯ２：ｍｌ／ｍｉｎ）、酸素摂取量（ＶＯ２：ｍｌ／ｍｉｎ）、換気量（ＶＥ）、呼気終末酸素分圧（ＰＥＴＯ２）、呼気終末二酸化炭素分圧（ＰＥＴＣＯ２）、呼気終末酸素濃度（ＥＴＯ２）、呼気終末二酸化炭素濃度（ＥＴＣＯ２）、ガス交換比（Ｒ＝ＶＣＯ２／ＶＯ２）＊、酸素換気当量（ＶＥ／ＶＯ２）＊、二酸化炭素換気当量（ＶＥ／ＶＣＯ２）＊、心拍（ＨＲ：ｂｐｍ） ＊計算値
データ取得頻度：２０秒に１回
測定機器：呼気ガス分析器 エアロモニタＡＥ－３１０ＳＲＣ（ミナト医科学）
心拍計 ＰＯＬＡＲ ［ポラール］ 心拍センサー Ｈ１０ Ｎ
測定方法：ミキシングチャンバー法
測定項目：二酸化炭素排出量（ＶＣＯ２：ｍｌ／ｍｉｎ）、酸素摂取量（ＶＯ２：ｍｌ／ｍｉｎ）、換気量（ＶＥ）、呼気終末酸素分圧（ＰＥＴＯ２）、呼気終末二酸化炭素分圧（ＰＥＴＣＯ２）、呼気終末酸素濃度（ＥＴＯ２）、呼気終末二酸化炭素濃度（ＥＴＣＯ２）、ガス交換比（Ｒ＝ＶＣＯ２／ＶＯ２）＊、酸素換気当量（ＶＥ／ＶＯ２）＊、二酸化炭素換気当量（ＶＥ／ＶＣＯ２）＊、心拍（ＨＲ：ｂｐｍ） ＊計算値
データ取得頻度：２０秒に１回
被験者Ａ～Ｃは運動負荷方法１（エルゴメーター）、被検者Ｄ～Ｆは運動負荷方法２（トレッドミル）で運動負荷を与えながら、ＶＥ／ＶＯ２と同時に、ＳｐＯ２と脈拍数とを測定した。いずれの被検者も、運動が持続できなくなるまで、すなわち、被験者の最大強度まで実施した。
ＳｐＯ２と脈拍数を、その測定順に目標心拍数がＮｏ．４となる位置に揃えた１５の測定点の結果を表１に示す。なお、被検者ＢのＮｏ．１０の測定値は、脈拍数が直前に比べて減少しているため、除外した。
ＳｐＯ２と脈拍数を、その測定順に目標心拍数がＮｏ．４となる位置に揃えた１５の測定点の結果を表１に示す。なお、被検者ＢのＮｏ．１０の測定値は、脈拍数が直前に比べて減少しているため、除外した。
・ＧＳ法によるＡＴの決定
Ｒａｍｐ負荷開始から停止までの２０秒毎のデータをプロットに用い、運動強度に対し、ＶＥ／ＶＣＯ２が増加せずに、ＶＥ／ＶＯ２が増加する点をＡＴとした。
Ｒａｍｐ負荷開始から停止までの２０秒毎のデータをプロットに用い、運動強度に対し、ＶＥ／ＶＣＯ２が増加せずに、ＶＥ／ＶＯ２が増加する点をＡＴとした。
・方法１－１による下降開始点の決定
方法１－１において、脈拍数が最初に目標脈拍数（１２０拍／分）を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より４０秒間（２０秒×（３－１））低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を下降開始点１とした。
被検者ＡのＳｐＯ２と脈拍数の経時変化を図１に示す。例えば、被検者Ａの場合、基準値がＮｏ.５のＳｐＯ２である９９であり、Ｎｏ.９～１１の４０秒間のＳｐＯ２がこの基準値よりも低い値を示したため、この直前の測定点であるＮｏ．８の点を下降開始点と決定する。そして、この下降開始点における運動負荷量（心拍数が１２７となるときの運動負荷量）を、被検者Ａの最適運動強度であると推定した。
方法１－１に依れば、被検者Ａは、Ｎｏ．１１のポイントまで運動すれば最適運動強度を推定でき、測定（運動）を終えることができる。
方法１－１において、脈拍数が最初に目標脈拍数（１２０拍／分）を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より４０秒間（２０秒×（３－１））低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を下降開始点１とした。
被検者ＡのＳｐＯ２と脈拍数の経時変化を図１に示す。例えば、被検者Ａの場合、基準値がＮｏ.５のＳｐＯ２である９９であり、Ｎｏ.９～１１の４０秒間のＳｐＯ２がこの基準値よりも低い値を示したため、この直前の測定点であるＮｏ．８の点を下降開始点と決定する。そして、この下降開始点における運動負荷量（心拍数が１２７となるときの運動負荷量）を、被検者Ａの最適運動強度であると推定した。
方法１－１に依れば、被検者Ａは、Ｎｏ．１１のポイントまで運動すれば最適運動強度を推定でき、測定（運動）を終えることができる。
・方法１－２による下降開始点の決定
方法１－２において、脈拍数が最初に目標脈拍数（１２０拍／分）を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より４０秒間（２０秒×（３－１））低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前（１２０拍～領域直前）の近似直線との交点を下降開始点２とした。
被検者ＡのＳｐＯ２と脈拍数の散布図を図２に示す。被検者Ａは、脈拍数が最初に目標心拍数を超えて以降は、運動負荷量の増加に伴い脈拍数が増加している。例えば、被検者Ａの場合、基準値がＮｏ.５のＳｐＯ２である９９であり、Ｎｏ.９～１１の４０秒間のＳｐＯ２がこの基準値よりも低い値を示しており、最高点がＮｏ．９、最低点がＮｏ.１０である。この２点を結ぶ直線と、１２０拍を超えてからこの領域直前であるＮｏ．４～８の近似直線（いずれもＳｐＯ２が９９）との交点（ＳｐＯ２、脈拍数＝９９、１２８）を下降開始点として決定する。そして、この下降開始点における運動負荷量（心拍数が１２８となるときの運動負荷量）を、被検者Ａの最適運動強度であると推定した。
方法１－２に依れば、被検者Ａは、Ｎｏ．１１のポイントまで運動すれば最適運動強度を推定でき、測定（運動）を終えることができる。
方法１－２において、脈拍数が最初に目標脈拍数（１２０拍／分）を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値がこの基準値より４０秒間（２０秒×（３－１））低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前（１２０拍～領域直前）の近似直線との交点を下降開始点２とした。
被検者ＡのＳｐＯ２と脈拍数の散布図を図２に示す。被検者Ａは、脈拍数が最初に目標心拍数を超えて以降は、運動負荷量の増加に伴い脈拍数が増加している。例えば、被検者Ａの場合、基準値がＮｏ.５のＳｐＯ２である９９であり、Ｎｏ.９～１１の４０秒間のＳｐＯ２がこの基準値よりも低い値を示しており、最高点がＮｏ．９、最低点がＮｏ.１０である。この２点を結ぶ直線と、１２０拍を超えてからこの領域直前であるＮｏ．４～８の近似直線（いずれもＳｐＯ２が９９）との交点（ＳｐＯ２、脈拍数＝９９、１２８）を下降開始点として決定する。そして、この下降開始点における運動負荷量（心拍数が１２８となるときの運動負荷量）を、被検者Ａの最適運動強度であると推定した。
方法１－２に依れば、被検者Ａは、Ｎｏ．１１のポイントまで運動すれば最適運動強度を推定でき、測定（運動）を終えることができる。
・方法２による屈曲点の決定
方法２において、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、
脈拍数を独立変数、ＳｐＯ２を脈拍数で除した値を従属変数とし、
最初の測定点からＮ番目（Ｎ≧２）までの測定点についての回帰直線１と、Ｎ＋１番目の測定点から最後の測定点についての回帰直線２の組み合わせにおいて、２本回帰直線１、２の残差平方和の和が最も小さくなるときの回帰直線１と２との交点を屈曲点とした。
被検者Ａの脈拍数１１０以降（Ｎｏ．１～１５を含む）の脈拍数と、ＳｐＯ２／脈拍数の散布図を図３に示す。なお、被検者Ａは、Ｎｏ．１５の後、２分運動を行ったところで運動が持続できなくなり、この際のＳｐＯ２は９８．０、脈拍数は１４８であった。これらのプロットを２つに分け、２本の回帰直線の残差平方和の和を求めると、Ｎｏ．９までの測定点と、Ｎｏ．１０以降の測定点とに分けた際に残差平方和の和が最も小さくなり、この２本の回帰直線の交点（脈拍数、ＳｐＯ２／脈拍数＝１２７、０．７８）を屈曲点として決定する。そして、この屈曲点における運動負荷量（心拍数が１２７となるときの運動負荷量）を、被検者Ａの最適運動強度であると推定した。
方法２に依れば、被検者Ａの場合、１４０拍／分（Ｎｏ．１３）までの測定点を用いても、Ｎｏ．９までと、Ｎｏ．１０～１３とに分けた際の残差平方和が最も小さくなり、動けなくなるまで（Ｎｏ．１５の後さらに２分）運動した際と同等の最適運動強度を推定でき、Ｎｏ．１３のポイントで測定（運動）を終えることができる。
方法２において、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、
脈拍数を独立変数、ＳｐＯ２を脈拍数で除した値を従属変数とし、
最初の測定点からＮ番目（Ｎ≧２）までの測定点についての回帰直線１と、Ｎ＋１番目の測定点から最後の測定点についての回帰直線２の組み合わせにおいて、２本回帰直線１、２の残差平方和の和が最も小さくなるときの回帰直線１と２との交点を屈曲点とした。
被検者Ａの脈拍数１１０以降（Ｎｏ．１～１５を含む）の脈拍数と、ＳｐＯ２／脈拍数の散布図を図３に示す。なお、被検者Ａは、Ｎｏ．１５の後、２分運動を行ったところで運動が持続できなくなり、この際のＳｐＯ２は９８．０、脈拍数は１４８であった。これらのプロットを２つに分け、２本の回帰直線の残差平方和の和を求めると、Ｎｏ．９までの測定点と、Ｎｏ．１０以降の測定点とに分けた際に残差平方和の和が最も小さくなり、この２本の回帰直線の交点（脈拍数、ＳｐＯ２／脈拍数＝１２７、０．７８）を屈曲点として決定する。そして、この屈曲点における運動負荷量（心拍数が１２７となるときの運動負荷量）を、被検者Ａの最適運動強度であると推定した。
方法２に依れば、被検者Ａの場合、１４０拍／分（Ｎｏ．１３）までの測定点を用いても、Ｎｏ．９までと、Ｎｏ．１０～１３とに分けた際の残差平方和が最も小さくなり、動けなくなるまで（Ｎｏ．１５の後さらに２分）運動した際と同等の最適運動強度を推定でき、Ｎｏ．１３のポイントで測定（運動）を終えることができる。
上記した各方法で推定した最適運動強度を、呼気ガス分析によるゴールデンスタンダード法（ＧＳ法）で測定した最適運動強度とともに表２に示す。
本発明の推定方法により、従来の呼気ガス分析によるゴールデンスタンダード法（ＧＳ法）で測定した最適運動強度と近似した最適運動強度を推定できることが確かめられた。
例えば、被検者Ａは、方法１－１、１－２に依ればＮｏ．１１の測定点まで運動すれば最適運動強度を推定でき、測定（運動）を終えることができ、方法２に依ればＮｏ．１３の測定点まで運動すれば最適運動強度を推定できる。本発明の推定方法は、限界まで（動けなくなるまで）運動する必要がなく、また、採血が不要であり、体力的、精神的な負担が小さい。
例えば、被検者Ａは、方法１－１、１－２に依ればＮｏ．１１の測定点まで運動すれば最適運動強度を推定でき、測定（運動）を終えることができ、方法２に依ればＮｏ．１３の測定点まで運動すれば最適運動強度を推定できる。本発明の推定方法は、限界まで（動けなくなるまで）運動する必要がなく、また、採血が不要であり、体力的、精神的な負担が小さい。
Claims (11)
- 被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求める工程と、
運動負荷量の増加に伴い、前記血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を決定する工程と、
を有し、
前記下降開始点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定方法。 - ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて前記下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値が前記基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域の直前のＳｐＯ２の測定点を前記下降開始点として決定することを特徴とする請求項１に記載の最適運動強度の推定方法。 - ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定し、ＳｐＯ２の経時変化に基づいて前記下降開始点を決定する方法であって、
脈拍数が最初に目標脈拍数を超えた以降において、脈拍数が最初に目標脈拍数を超えたときのＳｐＯ２の値を基準値として、ＳｐＯ２の測定値が前記基準値より５秒間以上連続して低い値を示す領域におけるＳｐＯ２の最高値の測定点と最低値の測定点とを結ぶ直線と、前記領域以前の近似直線との交点を前記下降開始点として決定することを特徴とする請求項１に記載の最適運動強度の推定方法。 - 被験者に、Ｒａｍｐ負荷を与えながら異なる運動負荷量毎に血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定値を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で求め、ＳｐＯ２と同時に脈拍数を測定する工程と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を決定する工程と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、前記被験者の最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定方法。 - 請求項１～４のいずれかに記載の推定方法で推定した最適運動強度で運動を行うことを特徴とするトレーニング方法。
- 請求項１～４のいずれかに記載の推定方法で推定した最適運動強度における生体情報値を記憶する記憶手段と、
前記生体情報値を測定可能な測定手段と、
前記測定手段で測定した生体情報値と、前記最適運動強度における生体情報値とを対比して、運動負荷量を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された運動負荷量を指示する指示手段と、
を有することを特徴とする運動指示装置。 - 前記測定手段が、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）の測定が可能であり、
前記指示手段が、前記測定手段からの生体情報値に関する情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、
前記演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出することが可能であることを特徴とする請求項６に記載の運動指示装置。 - 前記測定手段が、血中酸素濃度（ＳｐＯ２）と脈拍数の測定が可能であり、
前記指示手段が、前記測定手段からの生体情報値に関する情報に基づいてＲａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示することが可能であり、
前記演算手段が、運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出することが可能であることを特徴とする請求項６に記載の運動指示装置。 - ウェアラブル端末であることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の運動指示装置。
- 血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、血中酸素濃度の測定値が下降傾向を示し始める下降開始点を算出する演算部と、
を有し、
前記下降開始点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定システム。 - 血中酸素濃度（ＳｐＯ２）を９６～１００％の少なくとも一部を含む範囲内で測定するとともに、脈拍数を測定する測定部と、
Ｒａｍｐ負荷となる運動負荷量を指示する指示部と、
運動負荷量の増加に伴い、ＳｐＯ２／脈拍数の挙動が変化する屈曲点を算出する演算部と、
を有し、
前記屈曲点における運動負荷量を、最適運動強度であると推定することを特徴とする最適運動強度の推定システム。
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