JPH05176913A

JPH05176913A - 最大酸素摂取量推定方法及びその装置

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Publication number: JPH05176913A
Application number: JP3359535A
Authority: JP
Inventors: Akira Nagata; 晟永田; Hideji Tawara; 秀二田原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-20
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3058741B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被検者に運動負荷を与えずに、かつ、可及的
に安価な機器を用い、専門家を要することなく、短時間
に、従来の自転車エルゴメータやトレッドミルを用いる
間接法と劣らない精度で最大酸素摂取量の推定が可能な
最大酸素摂取量推定方法及び推定装置を提供する。【構成】可及的広範囲の年齢の健康な多数の被検者の
身長と、肺活量、１秒量もしくは１秒率又はＭＶＶを測
定し、その統計解析により得られる方程式、ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ（但し、ｚは最大酸素摂取量｛Ｖｏ₂ｍａｘ（ｍｌ／ｋ
ｇ）｝、ｘは身長、ｙは肺活量、１秒量もしくは１秒率
又はＭＶＶ、ａ，ｂ，ｃは係数）を用い、個別の被検者
について、呼吸気流量計により肺活量、１秒量もしくは
１秒率又はＭＶＶを測定し、その測定値と、その被検者
の身長値とを、前記演算装置に入力して、上記方程式を
演算させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、最大酸素摂取量推定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最大酸素摂取量は、呼吸・循環器系機能
の指標として広く認められ、また、個人に適した有酸素
運動の強度を決定する運動能力資料として用いられてい
る。従って、最大酸素摂取量は、健康度の指標、病気の
予知、早期発見の手掛かりとして有用である。

【０００３】従来、最大酸素摂取量の測定には、被検者
をエグゾースト（EXHAUST ）近くまで追い込んで、最大
負荷時の呼気ガスの分析を行うことによって実測する直
接法があるが、全ての被検者に対して同一の最大負荷条
件を保証することが困難であるので、一般的には、自転
車エルゴメータやトレッドミルを使う最大下負荷におけ
る心拍数と仕事率から最大酸素摂取量を推定する方法
か、同じく最大下負荷における呼気ガスを分析して最大
酸素摂取量を推定する方法のサブマクスマルな間接法が
良く用いられている。

【０００４】

【解決しようとする技術課題】しかしながら、自転車エ
ルゴメータやトレッドミルを使って呼気ガス分析又は心
電図作成をする間接法は、使用される機器の値段が高
く、運転コストがかかり、また、一人当たりの測定に１
５〜２０分程度の時間がかかり、しかも、熟練した専門
家の監視や医師の立会を必要とするので、集団の測定に
長時間を要して実用に適しないという問題がある。

【０００５】また、自転車エルゴメータは、大腿四頭筋
の局部疲労、疼通、サドルの不快感があり、特に自転車
に不慣れな人は、運動時間が長引くと耐えられなくな
る。

【０００６】また、トレッドミルによる測定では、ベル
トの移動に不慣れなことと、高齢者や疾患者の安全性の
面において、多くの欠点がある。例えば、一般対象の場
合は、特に運動性ストレスを引き起こし易い。また、被
検者の不安によって心拍数と呼吸数は増加し、データを
解析する場合に、問題を生じることが多い。時には、不
安感を持つ被検者では、不安感を全く持たない被検者に
比べ、心電図のＳＴ低下も起りやすいといわれている。

【０００７】本発明は、上記従来の間接法の諸欠点に鑑
みてなされたものであり、被検者に運動負荷をかけずに
簡便に最大酸素摂取量の推定が可能な最大酸素摂取量推
定方法を提供することを目的とする。また、可及的に安
価な機器を用い、専門家を要することなく、短時間に、
かつ、被検者に過度な負荷や不安感を与えずに、従来の
自転車エルゴメータやトレッドミルを用いる間接法と劣
らない精度で最大酸素摂取量の推定が可能な最大酸素摂
取量推定装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る最大酸素摂取量推定方法は、可及的広
範囲の年齢の健康な多数人の身長と、肺活量、１秒量も
しくは１秒率及び／又はＭＶＶを測定し、その統計解析
により得られる方程式ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ但し、ｚは最大酸素摂取量｛Ｖｏ₂ｍａｘ（ｍｌ／ｋ
ｇ）｝、ｘは身長、ｙは肺活量、１秒量もしくは１秒率
又はＭＶＶ、ａ，ｂ，ｃは係数、を演算装置の記憶部に
記憶し、個別の被検者について、呼吸気流量計により肺
活量、１秒量もしくは１秒率又はＭＶＶを測定し、その
測定値と、その被検者の身長値とを、前記演算装置に入
力して、上記方程式を演算させることを特徴としてい
る。

【０００９】また、本発明に係る最大酸素摂取量推定装
置は、呼吸気流量計と、入力部、記憶部、処理部、出力
部を有する演算装置とからなり、前記呼吸気流量計は、
肺活量、１秒量もしくは１秒率又はＭＶＶを測定するも
のであり、前記入力部は、少なくとも、身長の値を入力
するものであり、前記記憶部は、次の方程式、ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ但し、ｚは最大酸素摂取量の推定値、ｘは身長、ｙは肺
活量、１秒量もしくは１秒率又はＭＶＶ、ａ，ｂ，ｃは
係数、を記憶するものであり、前記処理部は、前記入力
部から入力された身長の値と、前記呼吸気流量計の測定
値を前記ｘとｙにそれぞれ代入して前記方程式を演算し
て、最大酸素摂取量の推定値を算出するものであり、前
記出力部は、前記処理部が算出した推定値を表示し、及
び／又はプリントするものであることを特徴としてい
る。

【００１０】さらに、呼吸気流量計と、入力部、記憶
部、処理部及び出力部を有する演算装置とからなり、前
記入力部は、少なくとも身長の値と性別の識別信号を入
力するものであり、前記記憶部は、重回帰方程式１．０３４７ｘ＋０．０１６１５ｙ＋１５２……（１）０．９４１９ｘ＋０．０１７３２ｙ＋１３１……（２）但し、ｘは身長、ｙは肺活量、を記憶するものであり、
前記処理部は、前記入力部から入力された性別が男性で
ある場合は（１）式を、女性である場合は（２）式をそ
れぞれ前記記憶部から呼び出し、前記入力部から入力さ
れた身長の値と、前記呼吸気流量計から入力された測定
値をそれぞれ前記（１）又は（２）式のｘとｙに代入し
て演算して、最大酸素摂取量の推定値を算出するもので
あり、前記出力部は、前記処理部が算出した推定値を表
示し、及び／又はプリントするものであることを特徴と
している。

【００１１】

【作用】呼吸気流量計により、従来の方法で肺活量、１
秒量もしくは１秒率（以下、代表的に肺活量という場合
がある。）又はＭＶＶ（単位時間当りの最大換気量）を
測定する。測定値は演算装置の記憶部に記憶される。肺
活量測定の前又は後に、入力部より当該被検者の身長値
と性別を入力すると、記憶部に記憶される。そして、測
定を開始させると、入力された身長値をｘとし、肺活量
をｙとして、式ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃを演算する。

【００１２】変量ｙが肺活量の場合は、上記式の係数
ａ，ｂ及びｃは、被検者が男性の場合は、上記（１）式
が、女性の場合は、上記（２）式が用いられる。

【００１３】変量ｙが１秒量又は１秒率又はＭＶＶの場
合は、変量が肺活量の場合と同様に、可及的広範囲の年
齢の健康な多数者の身長と、１秒量もしくは１秒率及び
／又はＭＶＶを測定し、その相関の統計解析により得ら
れる係数が用いられる。

【００１４】出力部は、その演算結果である最大酸素摂
取量の推定値を出力部のモニタ又はプリンタに出力す
る。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。図１は、本実施例に係る最大酸素摂取量
推定装置の構成を示すブロック図、図２は、入力部の表
面の配置の一例を示す平面図である。

【００１６】入力部１に設けた電源スイッチ１１をＯＮ
すると、この最大酸素摂取量推定装置が初期化されて、
使用可能な状態となる。入力部１には、被検者番号を入
力するためのディジタルスイッチ１２、男女性別を選択
的に入力するための選択スイッチ１３、年齢を入力する
ためのディジタルスイッチ１４、身長を入力するための
ディジタルスイッチ１５、測定を開始させるためのスタ
ートスイッチ１６、プリントを開始させるためのスター
トスイッチ１７及び一人分の測定を終了した後、次の人
の測定を開始する前に、クリアさせるためのスイッチ１
８が設けてある。

【００１７】入力部１は、インタフェース２を介して、
マイクロコンピュータで構成された制御部３に接続され
ており、入力部の各スイッチから入力される被検者番
号、性別、年齢、身長のデータが、制御部３の処理部
（ＣＰＵ）３１により記憶部（ＲＡＭ）３２に格納され
るようになっている。

【００１８】また、制御部３には、呼吸気流量計４も、
インタフェース２を介して接続されており、呼吸気流量
計の測定値がその制御部により、記憶部３２に格納され
るようになっている。

【００１９】制御部３は、もう一つの記憶部（ＲＯＭ）
３３に、システムプログラムと、方程式ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ但し、ｚは最大酸素摂取量｛Ｖｏ₂ｍａｘ（ｍｌ／ｋ
ｇ）｝、ｘは身長、ｙは肺活量、１秒量もしくは１秒率
又はＭＶＶ、ａ，ｂ，ｃは係数、を記憶している。

【００２０】上記重回帰方程式は、次のようにして作成
されたものである。すなわち、事前に既往症についての
問診、１２誘導の心電図などの医学的検査を実施し、異
常のなかった年齢６才から７０才までの男性２６５名
と、女性１６５名を被検者とし、身長と肺活量を測定し
た。さらに、自転車エルゴメータを使った疲憊限界性テ
ストにより最大酸素摂取量を測定し、身長と肺活量との
相関を研究したところ、最大酸素摂取量と身長及び肺活
量との間に有意な相関があることが判明した。

【００２１】最大酸素摂取量は、体格の大小に左右され
るものである。しかし、体格の大小の測定は容易でな
く、個人によるバラツキが避けられない。そこで、本発
明者は、測定が容易で、測定精度に信頼性がある身長の
大小に着目し、身長の大小を考慮した回帰分析を行った
ところ、体格の大小による影響をある程度除くことがで
きた。すなわち、本発明では、重回帰分析を応用するこ
とにより、誤差を小さくすることに成功した。こうし
て、本発明は、可及的に広範囲の年齢の男女の身長と、
肺活量と、疲憊限界性テストによる最大酸素摂取量の測
定値とを用いて統計解析により上記方程式を得、これを
用いて、肺活量と身長に基づいて最大酸素摂取量を算出
するようにしたものである。

【００２２】また、回帰による推定を考える場合、肺活
量のみを独立変数とするよりも、身長を加えた２変量を
同時に独立変数とする重回帰方程式を用いるほうが、よ
り正確な推定が可能である。身長に代えて、体脂肪量、
体脂肪率又は除脂肪体重のいずれか一つを用いてもよ
い。上記方程式の係数ａ，ｂ及び補正値ｃは、変量に肺
活量を用いる場合は、被検者が男性の場合は、ａ＝１．
０３４７、ｂ＝０．０１６１５、ｃ＝１５２であり、女
性の場合は、ａ＝０．９４１９、ｂ＝０．０１７３２、
ｃ＝１３１である。

【００２３】さらに、制御部３には、インタフェース５
を介して測定値などを表示するためのモニタ６とプリン
タ７が接続されている。

【００２４】上記の構成により、入力部１から現在の被
検者に関する被検者番号、性別、年齢、身長などの必要
データを制御部３に入力した後、その被検者の肺活量を
呼吸気流量計４により測定して、その測定値を制御部３
に入力し、スタートスイッチ１６を押すと、制御部３の
処理部３１は、次の動作を開始する。

【００２５】まず、入力された性別データが男か女かを
判定し、被検者が男性ならば、記憶部３３に記憶されて
いる重回帰方程式の内、男性に適用される重回帰方程式ｚ＝０．９４１９ｘ＋０．０１６１５ｙ＋１５２を呼び出し、また、被検者が女性の場合は、女性に適用
される重回帰方程式ｚ＝１．０３４７ｘ＋０．０１７３２ｙ＋１３１を呼び出す。

【００２６】次に、呼び出した上記重回帰方程式のｘと
ｙに、記憶部（ＲＡＭ）３２に記憶されている身長の値
と、肺活量測定値を代入して、演算処理させる。この演
算結果が、最大酸素摂取量の推定値となる。

【００２７】上記の身長と肺活量の２変量を独立変数と
する重回帰方程式を用いて行う本発明による最大酸素摂
取量の推定値の重相関係数は、性別により上記２種類の
重回帰方程式を用いることにより、図３に示すように、
男性Ｒ＝０．８６５６、図４に示すように、女性はＲ＝
０．６６０５である。

【００２８】運動実施による最大能力からの推定による
既知の最大酸素摂取量推定法である、１２分間走の成績
と最大酸素摂取量の相関が０．８７であるから、本発明
による方法では、被検者が男性の場合、これに近い推定
値が得られたことになり、本推定方法の妥当性が確認さ
れよう。

【００２９】図５は、同一被検者に対する自転車エルゴ
メータを用いる従来方法による実測値と、本発明方法に
より肺活量と身長を用いる体重当たり最大酸素摂取量の
推定値との比較表である。

【００３０】上記実施例では、呼吸気流量計４が変量と
して肺活量のみを測定する場合の例であるが、変量とし
て、１秒量｛呼出開始（吸入開始）から１秒間の肺活
量｝又は１秒率（１秒量／肺活量）を用いることができ
る。これらの変量と最大酸素摂取量の間にも一定の相関
があることが認められ、肺活量の場合と同様に、これら
の変量と、多数の被検者の年齢範囲、性別とに基づい
て、統計解析手法により一定の方程式が得られ、その方
程式に１秒量又は１秒率と身長とを代入して、最大酸素
摂取量の推定値を得ることが可能である。

【００３１】さらに、ＭＶＶ（Maximum Voluntary Vent
ilation ）又はＭＢＣ（Maximum Breathing Capacity）
は、６〜１２秒間、随意的に最大努力呼吸を連続して、
その間の換気量を計測し、これを単位時間当たりの換気
量に換算する。肺活量のみを用いる場合は、図５から明
らかなように、５２ｍｌ／ｋｇを越える範囲では、酸素
摂取量が特別に多い人や、特別に少ない人がいる場合が
あり、多少のバラツキが見られるが、ＭＶＶを用いる方
法では、一定時間の筋肉疲労を伴うので、図５のバラツ
キのある辺りも正確に推定できる利点がある。

【００３２】従って、呼吸気流量計４は、肺活量（１秒
量又は１秒率）の測定と、ＭＶＶの測定の２種類の測定
を行う機能を有し、選択スイッチを操作することによ
り、任意の希望の測定を行うことができるものを用いる
ことが有効である。

【００３３】上記の実施例では、入力部からの各項目デ
ータの入力のために、各項目に対応するスイッチを入力
部に設けた例が図示されたが、データ入力方法は、もち
ろん、これに限定されるものではない。例えば、ＲＯＭ
に格納したプログラムによって、ＣＰＵがモニタ６に入
力すべき項目を順次表示して誘導しながら、共通の置数
キー又はキーボードを用いて入力することもできる。

【００３４】さらに、被検者の身長を入力部１から入力
したが、これに限らず、図１に点線で示すように、ディ
ジタル身長計８をインタフェースを介して制御部３に接
続し、被検者が身長計により測定すると同時に、その測
定値が取り込まれて、演算処理に利用されるように構成
することもできる。

【００３５】このように、身長計を用いる場合は、入力
ミスが防止されるので、より正確な推定が可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、肺活量と身長を用い、統計解
析手法により得られた方程式を演算することにより、最
大酸素摂取量を推定するので、次のような、長所を有す
る。（ａ）呼吸気流量計による肺活量、１秒量もしくは１秒
率、あるいはＭＶＶを用いるだけであるから、被検者に
運動負荷を与えずに、簡便に最大酸素摂取量を推定する
ことができる。そして、運動負荷による従来の測定方法
に比べ、測定所要時間が短い。（ｂ）推定に必要な機器は、呼吸気流量計と、普及して
いる入力部、制御部、出力部を有するマイクロコンピュ
ータで済むので、安価な装置を用いて、低コストで推定
値を得ることができる。（ｃ）被検者の肺活量を測定し、少なくとも身長を入力
又は測定するだけで済むので、熟練した専門家でなくて
も、簡便に測定できる。（ｄ）肺活量と身長の測定だけで済むため、被検者に不
安感を与えるなどのストレスをかけないので、高血圧者
や循環器系に問題がある人にも危険性がなく、高齢者や
疾患者の安全性の面にも問題がない。（ｅ）小型化が可能であるので、設置スペースにも困ら
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】入力部の一例を示す平面図である。

【図３】本実施例による女性の場合の観測値と理論値と
の相関を示すグラフである。

【図４】本実施例による男性の場合の観測値と理論値と
の相関を示すグラフである。

【図５】自転車エルゴメータによる実測値と本実施例の
肺活量による推定値とを比較するグラフである

【符号の説明】

１入力部３制御部３１処理部３２，３３記憶部４呼吸気流量計６，７出力部８身長計

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】最大酸素摂取量推定方法及びその装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）可及的広範囲の年齢の健康な多数人
の身長と、肺活量、１秒量もしくは１秒率及び／又はＭ
ＶＶとを測定し、その統計解析手法により得られる方程
式ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ但し、ｚは最大酸素摂取量｛Ｖｏ₂ｍａｘ（ｍｌ／ｋ
ｇ）｝、ｘは身長、ｙは肺活量、１秒量もしくは１秒率又はＭＶＶ、ａ，ｂ，ｃは係数、を演算装置の記憶部に記憶し、（ハ）個別の被検者につ
いて、呼吸気流量計により肺活量、１秒量もしくは１秒
率又はＭＶＶを測定し、その測定値と、その被検者の身
長値とを、前記演算装置に入力して、上記方程式を演算
させることを特徴とする、最大酸素摂取量の推定方法。
【請求項２】（イ）呼吸気流量計と、入力部、記憶部、
処理部、出力部を有する演算装置とからなり、（ロ）前
記呼吸気流量計は、肺活量、１秒量もしくは１秒率及び
／又はＭＶＶを測定するものであり、（ハ）前記入力部
は、少なくとも、身長の値を入力するものであり、
（ハ）前記記憶部は、次の方程式を記憶するものであ
り、ｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ但し、ｚは最大酸素摂取量の推定値、ｘは身長、ｙは肺活量、１秒量もしくは１秒率又はＭＶＶ、ａ，ｂ，ｃは係数、（ニ）前記処理部は、前記入力部から入力された身長の
値と、前記呼吸気流量計の測定値を前記ｘとｙにそれぞ
れ代入して前記方程式を演算して、最大酸素摂取量の推
定値を算出するものであり、（ホ）前記出力部は、前記
処理部が算出した推定値を表示し、及び／又はプリント
するものであることを特徴とする最大酸素摂取量推定装
置。
【請求項３】（イ）呼吸気流量計と、入力部、記憶部、
処理部及び出力部を有する演算装置とからなり、（ロ）
前記入力部は、少なくとも身長の値と性別の識別信号を
入力するものであり、（ハ）前記記憶部は、重回帰方程
式１．０３４７ｘ＋０．０１６１５ｙ＋１５２……（１）０．９４１９ｘ＋０．０１７３２ｙ＋１３１……（２）但し、ｘは身長、ｙは肺活量、を記憶するものであり、（ニ）前記処理部は、前記入力
部から入力された性別が男性である場合は（１）式を、
女性である場合は（２）式をそれぞれ前記記憶部から呼
び出し、前記入力部から入力された身長の値と、前記呼
吸気流量計から入力された測定値をそれぞれ前記（１）
又は（２）式のｘとｙに代入して演算して、最大酸素摂
取量の推定値を算出するものであり、（ホ）前記出力部
は、前記処理部が算出した推定値を表示し、及び／又は
プリントするものであることを特徴とする最大酸素摂取
量推定装置。