【VO2max徹底解説】マラソン記録向上に不可欠な「最大酸素摂取量」のすべて

　ランニングについて勉強しているランナーの方であればVO2max(最大酸素摂取量)という単語は聞いたことがある方が多いと思います。VO2maxは長距離における走力と関係性が強い指標として知られています。

　ただ、VO2maxをちゃんと理解できているランナーは少ないと感じています。私自身もランニングを始めた当初はVO2maxを誤解していた部分がありました。

　ここではVO2maxの意味を徹底解説します。VO2maxとマラソンにおける記録の関係性や、VO2maxを高めるためのトレーニングの考え方について紹介します。

　本記事を読めばVO2maxに対する理解が深まり、皆様が行っているランニングトレーニングへの理解を深めることができます。

VO2max(最大酸素摂取量)とは使える酸素量の最大値

　VO2max(最大酸素摂取量)とは、人が体内に取り込むことのできる酸素の1分間あたりの最大量を表す指標です。単位はml/kg/分(ml/kg/min)で、1分間に体重1kgあたり何ミリリットルの酸素を摂取できるかを示します。

　VO2max・VDOT(ダニエルズ理論で用いられている単語。V Dot O2maxの略)等と表記されます。

　「運動中に身体がどれだけ多くの酸素を消費できるか」という能力を示すもので、言い換えると「どれだけたくさんのエネルギーを産み出すことができるか」を示します。

　VO2maxの数値が高いほど、より多くの酸素を体内に取り込みそれをエネルギーに変えることができるため、マラソンや長距離走などの長時間の運動において高いパフォーマンスを発揮できるとされています。

　VO2maxを模式図で表すと、次の通りになります。

　この図からわかる通り、VO2maxは乳酸を放出してから乳酸を使うまでを含んだ指標であることが分かります。広い意味でとらえると、VO2maxはLT(乳酸性作業閾値)の要素を含んでいます。

　注意しなければならない点はVO2maxはあくまでも酸素を消費する量であって「産み出すエネルギー量」ではありません。また、産み出したエネルギーをランニングスピードに変換する際にもロスが発生します。

　そのため、VO2maxが高いことと、長距離種目でパフォーマンスを発揮できることは等しいわけではないことに注意してください。

VO2maxがどうやって決まるのか？

　VO2maxは、下記の項目で決まります。

　心拍出量・心拍数・動静脈酸素較差の総合的な能力値が「VO2max」として数値で表現されています。

　VO2maxを決める要因のうち最大心拍数は、これまでほとんど運動を行ってこなかった初心者や心臓が弱っているような人でない限りは、持久性トレーニングで上げることは難しいと言われています。

　トレーニングで向上するのは心拍出量・動静脈酸素較差です。VO2maxを上げるためには、心拍出量・動静脈酸素較差を高めることが必要です。

VO2maxの遺伝的影響とトレーニングで得られる効果の個人差

　幼いころから走るのが速い人と遅い人がいるように、VO2maxは遺伝的な影響を受けます。過去の様々な研究から、VO2maxは遺伝的な影響を約50%受けると言われています。

　トレーニングによって得られる効果にも個人差があります。持久性トレーニングにより、VO2maxは平均して10~20%向上すると言われていますが、遺伝的に恵まれたランナーでは、最大で50%程度向上するともいわれています。

　以下の図に、VO2maxの遺伝的な影響とトレーニングによって得られる効果の違いを示しました。

　図における⑤の人は、VO2maxの初期値が低くトレーニングによって得られる効果も少ないことが分かります。一方①の人は、VO2maxの初期値が高く、トレーニングをすればVO2maxをかなり上げることができます。

VO2maxを決める生理学的要因

　VO2maxを決める生理学的要因について説明していきます。VO2maxを決める要因をさらに分解して解説していきます。

VO2maxを決める項目の詳細

　VO2maxを決める項目をさらに分解して考えてみます。以下にVO2maxを決める生理学的要因を示します。最大心拍数はトレーニングによって向上させることが難しいので省略しています。

　VO2maxは様々な要因で決まります。ひとつずつ説明していきます。

トレーニングによる心拍出量と動静脈酸素較差の変化

　例として、運動習慣のない成人男性が持久性トレーニングを行った際の、最大心拍出量及び動静脈酸素較差の変化を図に示します。

Endurance Training and VO2 Max Role of Maximal Cardic Output and Oxygen Extraction, David Montero ¹, Candela Diaz-Cañestro, Carsten Lundby

　図からわかることは、持久性トレーニングを開始してからすぐに向上するのは心拍出量であり、継続的なトレーニングによって動静脈酸素較差が向上する、ということです。

　長期間のトレーニングを積み上げていく過程では、心拍出量は比較的早期に頭打ちになり、動静脈酸素較差が継続的に向上していくことがわかります。

　以下では、心拍出量・動静脈酸素較差を決める要因について解説します。

心拍出量を決める要因

　心拍出量は、「心筋の強さ・前負荷・後負荷」の３要素で決まります。

　心筋の強さは文字通り、心臓の筋肉の発達具合です。心筋は継続的な運動によって鍛えることができます。心筋の収縮量が最大になる運動強度は60%VO2max程度と言われており、これはゆっくりなジョギングペースに相当します。

　したがって、ゆっくりなジョギングを繰り返しさえすれば、心筋の発達を獲得することが可能です。

　心拍出量を決める他の要因である「前負荷」と「後負荷」の要点をまとめると次の通りです。

　静脈還流量が増加するのは、静脈収縮・筋ポンプ・呼吸ポンプ作用がそれぞれ考えられますが、詳細各論は割愛します。

　持久性トレーニングの継続によって筋繊維における毛細血管が発達し、後負荷が下がることは想像しやすいです。

動静脈酸素較差：筋血流量・毛細血管密度・ミトコンドリア容量と機能

　動静脈酸素交差とは、「動脈(心臓から筋繊維へ向かう)を流れる血液中の酸素量と静脈(体各組織から心臓へ向かう)を流れる血液の酸素量の差」を表します。言い換えると、体各組織、特に筋肉が血液中から酸素を抜き取る力です。

　動静脈酸素較差は、筋血流量・毛細血管密度・ミトコンドリア容量/機能で決まります。

　交換神経活動が活発になると持久性運動時の血管収縮が起こりにくくなり、筋血流量が増加します。また、継続的な持久性トレーニングにより毛細血管密度とミトコンドリア容量の増加および機能の向上が得られます。

　ミトコンドリアは、トレーニング総負荷を増やすことで容量が高まり、トレーニング強度を高めることで機能が高まることが知られています。

　ミトコンドリアについての説明は、次の記事で詳しく説明しています。

　筋血流量増加・毛細血管密度の向上・ミトコンドリアの容量増加と機能向上の結果として、動静脈酸素較差が向上し、VO2maxが向上します。

　毛細血管密度の向上とミトコンドリアの容量/機能向上には時間がかかります。したがって動静脈酸素交差の向上はトレーニングを長期間継続して行うことで獲得することができます。

VO2maxの計算方法・求め方(測定方法)

　VO2maxを求める方法は次の通りです。

　直接法では、VO2maxを正確に測定することができますが、測定機器がある場所に行き費用を支払って測定を行う必要があります。

　一方、間接法は、これまでのレース結果記録等からVO2maxを推定する計算方法になります。市民ランナーであれば、間接法を採用する方が多いと思います。

　間接法には、12分間走やシャトルランによる推定も可能ですが、それらをほとんど網羅できている計算方法がダニエルズ博士によって提唱されているVDOT計算となります。過去のレース記録を元に、VDOT(＝最大酸素摂取量)を推定できます。

　VO2maxを推定するのに最も適した競技は「3000m or 5000m」です。どちらかというと3000mの方がより適しています。理由としては、VO2maxの定義が「約11分間継続できる運動強度」の事を指すためです。

　ランニング初級者から中級者にとって、3000mを走りきるための時間は9~12分前後かと思います。

VO2maxが高くてもマラソンが速く走れないことがある

　前提として、VO2maxとマラソンのタイムはおおむね強い相関関係があることが分かっています。VO2maxが高いほうがマラソンのタイムが速いといった関係性です。

　しかし、マラソンのタイムが上昇してくるにつれて、マラソンのタイムと最大酸素摂取量の関係性が弱くなってくることも知られています。

　※下図はあくまでイメージ図です。

　マラソンタイムと最大酸素摂取量の関係性が弱くなるということは、最大酸素摂取量以外の影響が強くなっていることを示しています。

　ランニングパフォーマンスを決める三大要因は「VO2max」「LT」「ランニングエコノミー」であるため、「LT」「ランニングエコノミー」の影響が相対的に強くなったということになります。

VO2maxを高めるためのトレーニング方法

　どんな有酸素系のトレーニングでも、VO2maxを向上させることができます。しかし、低強度なジョギング等ではいずれ刺激が不足し、VO2maxが伸びなくなります。

　VO2maxを高めるトレーニングで重要な条件は次の通りです。

　VO2maxを高めるトレーニングでは、「強度×1回あたりの運動時間×運動時間の合計値」でトレーニング効果が決まってきます。詳しくは次の記事を参考にしてください。