スマートウォッチがVO2maxを測定する方法と機械式時計が装着したままでいられる理由

算出されたVO2 maxは実際に何を意味し、Forerunner 965はどうやってこの数値を出したのか。それに従ってトレーニングすべきなのか。このガイドでは、生理学とアルゴリズムの両面から計算の仕組みを解説し、ウェアラブルによるVO2 max推定を検証した査読付きの研究を見ていきます。そして最後に、機械式時計を愛する持久系アスリートにとって本当に大切な問いに答えます。スマートウォッチでトレーニングするには、機械式時計を外さなければならないのか。

「VO2 maxはフィットネスのスコアではありません。VO2 maxは、酸素をどれだけ効率よく運動エネルギーに変換できるかを示す指標です。それ以外のことは、すべて二の次です。」

VO2 maxが実際に測定するもの

最大酸素摂取量（VO2 max）とは、最大強度でトレーニングを行う際に、各個人が持つ有酸素運動能力の上限値です。体重1kgあたり1分間に消費できる酸素量（mL/kg/min）で表されます。個人の上限値を測定するには、最大限の努力でトレーニングを行い、心臓・肺・筋肉がフル稼働している状態で、身体がエネルギー源として利用できる酸素の最大量を計測します。

VO2 maxは、実験室での測定によって計測することができます。多くの場合、代謝測定装置に接続された呼吸マスクを着用した状態で、トレッドミルや固定式自転車を使い、徐々に強度を上げながらランニングまたはサイクリングを行います。この装置は、呼気中の酸素および二酸化炭素の濃度を分析します。負荷を上げても酸素消費量が増加しなくなった時点が、VO2 maxに達した瞬間です。テストはウォームアップから疲労困憊に至るまで、通常8〜12分間かかります。

安静時の成人を対象とした実験室測定によるVO2 maxの値は、通常30〜40 mL/kg/minの範囲に収まります。レクリエーション目的の持久系アスリートは45〜60の間に集中しています。エリートマラソンランナーやサイクリストは70を超えることも珍しくありません。ツール・ド・フランスの上位争いをする選手では85以上の測定値が記録されています。プロサイクリストのOskar Svenssonは2020年に96.7 mL/kg/minという値を発表しており、これは査読済み研究において記録された最高値です。

この数値は持久力パフォーマンス、心血管の健康、そしてあらゆる原因による死亡率と強い相関関係があります。122,000人以上の患者を追跡した2018年のJAMA Network Open掲載の研究では、低い心肺機能が喫煙、高血圧、糖尿病よりも死亡率の強力な予測因子であることが明らかになりました。VO2 maxは、心肺フィットネスを示す最も優れた客観的指標です。

スマートウォッチが研究室なしでVO2 maxを推定する仕組み

Forerunner 965には、酸素消費量を直接測定するための代謝カートは内蔵されていません。測定できるのは、本体裏面の光学式光電脈波（PPG）センサーによる心拍数と、GPSおよび加速度計によるペースです。この2つのデータストリームをもとに、推定値を算出します。

基盤となるモデルは、2020年にGarminが買収したフィンランドのスポーツ科学企業、Firstbeat Technologiesが開発したものです。核心となるアイデアは、特定の運動強度における走行速度と心拍数の関係が有酸素能力を予測するというものです。VO2maxが65のランナーは、同じ心拍数でVO2maxが45のランナーよりも速く走る傾向があります。その身体はより効率的で、1回の心拍あたりより多くの有酸素運動をこなしています。

Firstbeatアルゴリズムは、GPS高度データによる地形、温度ストレス、現在の疲労レベル、ケイデンスとストライド長から推定されるランニングエコノミーなど、追加の変数を組み込んでいます。その結果は、単一セッションの計算ではありません。ウォッチは複数のランにわたってデータを蓄積し、クリーンなサブマキシマルまたはマキシマルな努力を行うたびに推定値を精緻化していきます。

GarminはVO2 maxの出力値を「VO2 max」ではなく「VO2 max推定値」と呼んでおり、これは誠実な表現といえます。Forerunner 965には「フィットネス年齢」という指標も搭載されており、年齢・性別ごとの母集団標準値と照らし合わせることで、数値をより分かりやすく示してくれます。このウォッチは、安定したGPS信号のもとで一定のペースを保ちながら屋外ランニングを行った際に生成された推定値には高い信頼度評価を付与し、トレッドミルでのランニングや高低差による心拍変動が大きいセッションから得られた推定値には低い信頼度評価を付与します。

Garmin Forerunner 965：その数値はどれほど正確なのか？

精度に関する問題は、繰り返し研究されてきました。GarminのFirstbeatベースのアルゴリズムに最も関連性の高い研究は、世界各地の複数の独立した研究グループによるものです。

2021年に国際スポーツ生理学・パフォーマンス誌に掲載された研究では、41名のレクリエーションランナーを対象に、Garminデバイスと実験室スパイロメトリーの比較検証が行われました。屋外ランニングセッションにおける平均絶対パーセント誤差は4.9%でした。VO2maxの平均値を50 mL/kg/minとした場合、Garminによる個別推定値は真の値を中心に分布し、大部分はおよそ47.5〜52.5 mL/kg/minの範囲に収まると予測されます。

2019年にPLOS ONEに掲載された論文では、複数のデバイスを対象にFirstbeatのアルゴリズムを評価した結果、個人内の経時的な変化の追跡において良好なパフォーマンスを示すことが確認されました。絶対値よりも変化の傾向の方が信頼性が高いという結論です。これはトレーニングにおいて最も重要な知見です。つまり、12週間の体系的なトレーニングを経てGarminのVO2 maxが51から55に上昇した場合、その改善は実際のものであり、絶対値がラボテストの結果と完全に一致しなくても、変化量は比例して信頼できるということです。

特定の条件下では精度が低下します。高地トレーニングでは、アルゴリズムが酸素分圧の低下を考慮していないため、誤差が生じます。体重が大きく変化すると、mL/kg/minの計算に影響が出ますが、ウォッチがその変化を迅速に反映できないことがあります。また、手首の動きが激しい高強度インターバルトレーニング中に光学式心拍数を計測すると、ノイズが発生し、推定値に影響を及ぼします。

ほとんどの持久系アスリートにとって、実用的な結論はこうだ：Forerunner 965が示す数値は、トレーニングゾーンの設定、適応の追跡、そして経時的な自己比較に十分な精度を持っている。ただし、医療診断に使用したり、異なるラボ環境でテストを受けたアスリートと自分を比較したりするには、精度が十分とは言えない。

「トレンドこそが真実だ。VO2 maxの一回の測定値は写真に過ぎない。12週間分のVO2 maxデータは、一本の映画だ。」

VO2マックスを活用したトレーニングゾーンの設定

VO2 maxは上限値です。トレーニングゾーンは、その下に広がる各段階です。Forerunner 965が安定したVO2 max推定値を取得すると、乳酸閾値ペース、有酸素性閾値、そして多くの持久系コーチが採用する5ゾーンモデルを算出できます。

ゾーン1（回復）はVO2maxの55%未満です。ゾーン2（有酸素ベース）はおよそ55%〜75%、ゾーン3（テンポ）は75%〜85%、ゾーン4（閾値）は85%〜95%、ゾーン5（VO2maxインターバル）は95%以上となります。Forerunner 965はこれらのパーセンテージを心拍数の範囲に変換し、ランニングの場合は体重・年齢・直近のトレーニング履歴に基づいたペース範囲としてパーソナライズして表示します。

実践的なトレーニングへの示唆：多くのエリートコーチが採用するポーラライズドモデルでは、効果的な持久力トレーニングの大部分（ボリュームの80%）がゾーン1とゾーン2に集中しています。これらの強度帯こそ、過度なコルチゾール分泌や回復負債を招くことなく、有酸素システムが適応できる領域です。VO2maxの向上は、ゾーン2を楽に感じられるようにすること、そして定期的にゾーン4とゾーン5を標的にして上限そのものに刺激を与えることによって実現されます。

GarminのVO2 maxが上昇しているということは、同じ心拍数でのゾーン2のペースが上がっていることを意味します。同じ酸素消費量でより速く走れるようになっているということです。それこそが、目指すべき適応です。

何が読み取りを歪めるのか

Garmin の VO2 max 推定値には、いくつかの要因によって系統的な誤差が生じます。それらを理解することで、ノイズを追いかけるのではなく、誤差を修正できるようになります。

ケイデンスによる心拍数アーティファクト。 高いケイデンス（1分間170歩以上）では、手首の動きが光学的なノイズを生み出し、心拍数の測定値が急上昇したり抑制されたりすることがあります。Forerunner 965は、グリーンLEDアレイと加速度計を組み合わせた動作補正機能を採用しており、この影響を軽減しますが、完全に排除することはできません。高強度のVO2マックスインターバルセッションでは、ANT+経由でペアリングしたチェストストラップを使用することで、この変数を完全に排除できます。

熱中症。 気温が摂氏25度を超える環境でのランニングは、酸素需要とは無関係に心拍数を1分間あたり5〜10拍上昇させます。これは「心血管ドリフト」と呼ばれる現象です。Forerunner 965は、熱によって上昇した心拍数と運動負荷による上昇を区別する能力が限られています。高温環境で計測されたVO2 maxの推定値は、低めに表示される傾向があります。GarminのBody Batteryおよび暑熱順化機能はこの問題に部分的に対応していますが、涼しい環境に戻ると推定値は安定します。

高度。 1,500メートル以上の高地でトレーニングする場合、酸素分圧が低下するため、同じペースでもより多くの負荷がかかります。アルゴリズムはこれをフィットネスレベルの低下と判断する場合があります。高地でのトレーニングを定期的に行う場合は、Garminの高度順応機能を活用し、海抜ゼロ地点に戻った後、2〜3週間の再調整期間を見込んでおいてください。

時計のフィット感とセンサーの接触。 光学センサーは、手首との安定した密着が必要です。バンドのゆるみ、手首の濃い体毛、または末梢循環が低下した皮膚の状態は、いずれも信号品質を低下させる原因となります。手首の骨の上から指1〜2本分の位置に、締め付けすぎず、しっかりとフィットするように装着することで、より正確な計測値が得られます。

カフェインと刺激物。 カフェインは、摂取習慣のない方の安静時および最大下心拍数を1分間あたり約5拍増加させます。強めのプレワークアウトコーヒーを飲んでトレーニングを行うと、同じペースでも心拍数が高くなり、アルゴリズムがVO2 maxを過小評価する可能性があります。カフェインを継続的に摂取する習慣がある場合は、この影響は正常化されます。

なぜ機械式時計は動き続けられるのか

Garminとこだわりのあるメカニカルウォッチを両方お持ちの方にとって、気になるのはスマートウォッチだけを腕に着けなければならないのか、という点ではないでしょうか。トレーニングのほとんどの場面では、その答えはノーです。

Garmin Forerunner 965は、時計の裏側にある光学センサーで心拍数を計測します。手首を独り占めする必要はありません。Smartletブレスレットなら、機械式時計を手首の上に、Forerunner 965を手首の裏側の肌に向けて配置できます。1本のブレスレットが両方を支えるので、どちらの時計を着けるか選ぶ必要はありません。

状況が変わるのは、爆発的な動き、大きな腕振り、接触の危険を伴うゾーン4とゾーン5のインターバルです。そうしたセッション向けに作られたメタルブレスレットはないので、そのときはForerunnerを専用のスポーツストラップに戻してください。ゾーン2のロング走、テンポ走、強度を抑えた閾値インターバルなら、きちんと合わせたSmartletで2本の時計を妥協なく手首に着けていられます。

Smartlet Classicは、手作業ブラッシュ仕上げのSS316Lのメタルリンクブレスレットで、ラグ幅18〜24mmに対応し、機械式時計とスマートウォッチを同じ手首に支えます。

すべてのアスリートがGarminでトレーニングしているわけではありません。Whoopは手首での表示の代わりに、負荷と回復のデータを継続的に記録し、機械式時計の下で同じSmartletの構成に収まります。詳しくはWhoop互換性ガイドをご覧ください。

持久系アスリートのためのデュアルウェアセットアップ

持久系アスリートのための実践的なセットアップ（トレーニングに Garmin Forerunner 965

Smartletブレスレットは両方の時計のストラップの代わりになります。機械式時計とForerunner 965のラグ穴に、バネ棒の代わりにウォッチアダプターを取り付け、そこにブレスレットサイドを固定します。機械式時計は手首の上で、見やすく読みやすく、完全に独立。Forerunnerは下側、ブレスレットの中央部にあり、光学センサーが肌に当たって、専用ストラップのときとまったく同じように心拍数を計測します。

このシステムは、ラグ幅18mmから24mmの範囲に対応しており、あらゆるメカニカルウォッチに取り付け可能です。 Seiko, Hamilton, Longines, IWC、そしてほとんどのスポーツウォッチに対応しています。標準的なスプリングバーを使用しているため、標準的なスプリングバーツールがあれば2分以内に取り付けが完了します。

データ品質を確保するため、Garminセンサーは手首の内側、手首の骨から指1〜2本分上の位置にしっかりと装着してください。機械式時計は手首の外側に装着します。手首全体の重量がわずかに増すため、GarminがあなたのMovementシグネチャーを学習する最初のうちは、ケイデンスの読み取りに若干のばらつきが生じる場合があります。これは最初の1キロ以内に安定します。

Smartlet Titanium、グレード2チタン製サテン仕上げ。ハードなトレーニングを行い、手首への負担を極限まで軽くしたいアスリートのために。

Smartletシステムは、どちらの時計も手放すことなく、2本同時着用を可能にします。Garminがトレーニングデータを計測し、機械式時計が時刻を表示します。3つのバージョンをご用意しています： クラシック (299 EUR)、 シャドウ （399 EUR）、および チタン (549 EUR)。