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

What does my calculated VO2 max actually mean, and how did my Forerunner 965 arrive at this figure? Should I train according to it? This guide covers how the calculation works from a physiological and algorithmic perspective. We then examine the peer-reviewed literature validating wearable-based VO2 max estimation. And at the end, we address what really matters to endurance athletes who also love their mechanical watches: do you have to remove the mechanical timepiece to train with a smartwatch?

「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動き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。」

What VO2 max actually measures

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個人が持つ有酸素能力の上限値です。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・筋肉がそれぞれの限界まで働いている状態で、身体がエネルギー源として利用できる酸素量を計測します。

VO2 maxは、実験室での測定によって算出することができます。多くの場合、トレッドミルや固定式自転車を使ったランニングまたはサイクリングを段階的に強度を上げながら行い、代謝測定装置（メタボリックカート）に接続した呼吸マスクを装着して実施します。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。運動強度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分程度かかります。

安静時の成人を対象とした実験室での測定では、VO2 maxの値は通常30〜40 mL/kg/minの範囲に収まります。レクリエーションレベル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以上の数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という数値を発表しており、これは査読付き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。VO2 maxが65のランナーは、同じ心拍数でVO2 max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の数値を「VO2 max推定値」と呼んでおり、これは正直な表現といえます。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て数値を把握しやすくしています。このウォッチは、安定したGPS信号と一定のペースで行われた屋外ランニング中に算出された推定値に対して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対して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付近に集中し、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。

PLOS ONEに掲載された2019年の論文では、複数のデバイスを対象にFirstbeatのアルゴリズムを評価し、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果でした。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、変化量は正確に反映されています。

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、激しい手首の動きを伴う高強度インターバルトレーニング中の光学式心拍数測定では、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、そして自分自身の経時的な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の単一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推定値を算出すると、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ゾーンモデルを計算できるようになります。

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はこれらの割合を心拍数ゾーンに変換し、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てパーソナライズされたペースゾーンも算出します。

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を狙って上限そのものに刺激を与えることで実現されます。

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。

読み取りを歪める原因は何ですか

Garmin の VO2 マックス推定値には、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低下し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、完全には排除できません。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、この変数を完全に取り除くことができます。

熱中症。 気温が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に限界があります。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、酸素分圧の低下により、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、海抜に戻った後は2〜3週間の再調整期間を見込んでください。

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。手首の骨から指1〜2本分上の位置に、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上昇するため、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。

機械式時計が動き続ける理由

For those who own both a Garmin and a meaningful mechanical watch, the question becomes: does the smartwatch have to be the only watch on the wrist? The short answer is no, in most training contexts.

The Garmin Forerunner 965 光学センサーを時計の裏面に搭載し、心拍数を計測します。手首を専有する必要はありません。 スマートレットアダプター機械式時計を手首の上側に装着し、Forerunner 965を手首の内側（肌側）に向けて装着します。ストラップは共有します。Smartletシステムにより、どちらの時計を着けるか選ぶ必要がなくなります。

ただし、これが変わる状況が一つあります。爆発的な動作、力強いアームスイング、またはコンタクトスポーツのリスクを伴うゾーン4・ゾーン5のインターバルセッションです。そのようなセッションでは、2本目のウォッチの重量が手首に無視できないトルクを生じさせ、腕が何かに当たった際の衝撃エネルギーも増大します。高衝撃の運動中は、Apple Watchを通常のストラップのみで装着してください。長時間のゾーン2ランニング、テンポ走、および強度をコントロールしたしきい値インターバルでは、適切にフィットしたSmarletのセットアップにより、2本のウォッチを妥協なく手首に装着できます。

The Smartlet Classic adapter, brushed SS316L, compatible with 18-24mm lug widths, threads one strap through both a mechanical watch and a smartwatch.

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（トレーニング中の Garmin Forerunner 965

The スマートレットアダプター 機械式時計のスプリングバーにシングルストラップを通し、Forerunner 965をアウターキャリアに装着します。機械式時計は手首の上に位置し、視認性・可読性を保ちながら、完全に独立した状態で動作します。GarminのOHRセンサーは手首の内側の肌に密着し、専用ストラップ装着時と同様に心拍数を正確に計測します。

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、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キロメートル以内に安定します。

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 (349 EUR), シャドウ （449 EUR）、および チタン (599 EUR)。

よくある質問

Garmin Forerunner 965のVO2 maxの数値は、信頼できる精度がありますか？

独立した研究によると、GarminのFirstbeatベースのアルゴリズムは、ほとんどのレクリエーションランナーにおいて、実験室でのスパイロメトリー測定値との誤差が約5%以内に収まることが示されています。この精度は、トレーニングゾーンの設定や時間をかけた適応の追跡には十分です。ただし、医療指標として使用したり、異なる実験室プロトコルでテストされたアスリートとの比較基準として用いるには、精度が不十分です。数週間にわたるトレンドは、単一セッションの推定値よりも信頼性が高くなります。

VO2マックスはトレーニングによって変化しますか？また、どのくらいの速さで変化しますか？

はい。VO2 maxはトレーニングによって向上させることができます。特に、構造的な持久力トレーニングを始めた最初の数年間は顕著です。トレーニング未経験者は、継続的な有酸素運動を12週間続けることで、VO2 maxを15〜20%改善できます。すでにトレーニングを積んでいるアスリートの場合、改善のペースは緩やかになりますが、1トレーニングブロックで3〜5%の向上でも十分に意味のある成果といえます。主な要因は、ゾーン2のトレーニング量（ミトコンドリア密度を高める）と、定期的なゾーン4〜5のインターバルトレーニング（心拍出量に負荷をかける）です。心拍センサーが安定した状態でトレーニングを継続すれば、3〜4週間以内にGarminのデータにも実際の改善が反映されるでしょう。

サブ3マラソン（3時間切り）を達成するには、どのくらいのVO2 maxが必要ですか？

男性ランナーの場合、一般的に約55〜60 mL/kg/minが目安とされており、ランニングエコノミーの違いから女性ランナーはやや低い値となります。ただし、マラソンのパフォーマンスはVO2maxだけで決まるわけではありません。VO2maxに対する乳酸閾値の割合、ランニングエコノミー、そして疲労耐性もパフォーマンスに大きく影響します。VO2maxが55であっても、その90%の強度を3時間維持できるランナーは、VO2maxが65でも75%の強度で失速してしまうランナーを上回ることがあります。

機械式時計とGarminを同じ手首に着けても、心拍数の精度に影響はありますか？

はい、適切にフィットした スマートレットアダプター. Garminの光学センサーは肌に密着するよう内側を向いています。機械式時計はストラップを挟んで手首の上に装着します。Garminがしっかりと固定され、手首の骨から指1〜2本分上の正しい位置に装着されていれば、定常走やテンポ走での心拍数の精度は影響を受けません。腕を激しく動かす最大強度のVO2maxインターバルでは、ANT+経由でチェストストラップをペアリングすることで、より正確な心拍数データを取得できます。

40代のアマチュア持久系アスリートにとって、良いVO2 maxとはどのくらいですか？

Garminの人口データによると、40歳男性の「優秀」カテゴリーは52+ mL/kg/min以上、40歳女性は45+ mL/kg/min以上とされています。「卓越」評価は男性で57前後、女性で50前後から始まります。これらの基準値はアメリカスポーツ医学会（ACSM）の標準値に基づいています。より実践的な観点からいえば、絶対値のレベルに関わらず、VO2 maxが年々上昇しているということは、トレーニングによって適応が生じていることを示しており、それこそが長期的な健康とパフォーマンスにとって最も重要な結果です。

Garmin Forerunner 965のVO2 maxは、ランニングだけでなくサイクリングにも対応していますか？

はい、ただしVO2maxの推定値はサイクリングとランニングで別々に算出されるため、数値は異なります。サイクリングのVO2max推定値を最大限正確に算出するには、パワーメーターが必要です。パワーデータがない場合、アルゴリズムは心拍数とGPSスピードを使用しますが、起伏のある地形では信頼性が低下します。Forerunner 965はANT+およびBluetoothによるパワーメーターのペアリングに対応しており、サイクリングのVO2max推定値の精度を大幅に向上させます。