呼吸交換比（RER / RQ）

rer-rq 運動科学
rer-rq

車はガソリンを燃やして走りますよね。体も同じように「燃料」を燃やしてエネルギーを作ります。その燃料には2種類あります。糖質（グルコース）と脂質（脂肪）です。

呼吸交換比（RER）とは、「体が今どっちの燃料をどのくらい使っているか」を、吐いた息で調べる方法です。

吸った酸素の量と、吐き出した二酸化炭素の量を比べることで、燃料の種類がわかります。

  • 脂肪をよく燃やしているとき → 吐くCO₂が少ない → RERが低い（約0.7）
  • 糖質をよく燃やしているとき → 吐くCO₂が多い → RERが高い（約1.0）

語源

単語語源意味
Respiratoryラテン語 respirare（re＝再び＋spirare＝息をする）呼吸の
Exchange古フランス語 eschangier交換
Ratioラテン語 ratio（計算・割合）比率
Quotientラテン語 quotiens（何回）商・比

RERとRQは厳密には異なります。RQ（呼吸商）は細胞レベルでの代謝を指す理論値、RERは実際に口元で測定された呼気ガスの比率です。運動生理学の現場ではRERが使われることが多いですが、安静時や定常状態ではほぼ一致します。

解説

呼吸交換比（RER）とは、単位時間あたりに排出される二酸化炭素量（VCO₂）を、消費される酸素量（VO₂）で割った値です。

RER ＝ VCO₂ ÷ VO₂

基質別のRER値

燃料の種類によって、RERの理論値が異なります。これは各栄養素の化学式から導かれます。

燃料化学反応の特徴RER値
脂質（脂肪酸）酸素をたくさん必要とし、CO₂産生が少ない約0.70
タンパク質中間的な値約0.80
糖質（グルコース）CO₂産生と酸素消費がほぼ同量約1.00
混合（安静時）通常の食事・安静状態約0.78〜0.85

グルコースの反応式で確認

C₆H₁₂O₆ ＋ 6O₂ → 6CO₂ ＋ 6H₂O

CO₂ ÷ O₂ ＝ 6 ÷ 6 ＝ 1.00

脂肪酸の反応式で確認（パルミチン酸の例）

C₁₆H₃₂O₂ ＋ 23O₂ → 16CO₂ ＋ 16H₂O

CO₂ ÷ O₂ ＝ 16 ÷ 23 ＝ 約0.70

運動強度とRERの変化

運動強度RERの目安主な燃料
安静時0.78〜0.85脂質＋糖質（混合）
低強度（40%VO₂max以下）0.80〜0.87脂質優位
中強度（約65%VO₂max）0.87〜0.95脂質＋糖質（均等）
高強度（85%VO₂max以上）0.95〜1.00糖質優位
最大強度（力尽きる直前）1.00以上（1.1〜1.2）ほぼ糖質＋過換気の影響

RER > 1.0 になる理由

最大強度の運動では RER が1.0を超えることがあります。これは代謝上ありえない値に見えますが、実際には以下の理由によります。

  • 高強度運動で乳酸が蓄積し、H⁺（水素イオン）が増加する
  • H⁺を緩衝するために重炭酸イオン（HCO₃⁻）が消費され、余分なCO₂が発生する
  • この「代謝性CO₂」が呼気に混じり、見かけ上のVCO₂が増大する
  • 結果として RER > 1.0 となる

これはあくまで測定上の現象であり、実際に酸素より多くのCO₂を「代謝」しているわけではありません。

豆知識

「脂肪燃焼ゾーン」の正体

「低強度運動のほうが脂肪が燃える」という話を聞いたことはありますか？これはRERの観点から見ると半分正しく、半分は誤解です。

  • 低強度（RER≒0.80）では、エネルギーの約60〜70%を脂質から得ている
  • しかし運動強度が低いと、消費カロリー総量も少ない
  • 高強度（RER≒1.00）では糖質優位だが、消費カロリー総量が大きく、絶対量での脂質消費が多い場合もある

結論：「脂肪燃焼の割合」は低強度が高いが、「脂肪燃焼の絶対量」は必ずしも低強度が有利ではありません。

食後にRERはどう変わる？

食事の内容によってもRERは変動します。

  • 高糖質食の直後 → RERが上昇（0.90〜1.00に近づく）
  • 絶食・脂質食 → RERが低下（0.70〜0.75に近づく）
  • ケトジェニックダイエット実施者 → 安静時RERが0.70前後まで低下することがある

RERとNSCA試験

NSCA-CPT・CSCSの試験では、RER値の暗記が求められることがあります。特に「RER 0.70 ＝ 脂質」「RER 1.00 ＝ 糖質」は頻出です。

関連論文

著者・年内容主な結論
Brooks & Mercier (1994)運動強度と基質利用のクロスオーバー概念を提唱運動強度が上がるにつれ、脂質から糖質へ基質利用がシフトする「クロスオーバーポイント」を提唱。
Romijn et al. (1993)異なる運動強度での基質利用をトレーサーで測定中強度（65%VO₂max）で脂質利用が最大になることを示した。
Achten & Jeukendrup (2004)最大脂肪酸化率（MFO）と運動強度の関係を検討脂肪酸化が最大になる強度（FatMax）は個人差が大きく、一般人では約50〜65%VO₂maxであることを報告。
Frayn (1983)RQとRERの理論的・実測的な関係を整理安静時はRQとRERはほぼ一致するが、高強度運動時は重炭酸緩衝によりRERがRQを上回ることを明示。

よくある質問

Q
RERとRQの違いは何ですか？
A

RQ（呼吸商）は細胞・組織レベルでの理論的な代謝比率です。RER（呼吸交換比）は実際に口元で測定した呼気ガスの比率です。安静・定常状態ではほぼ一致しますが、高強度運動時は乳酸緩衝による余分なCO₂産生により、RERがRQより高くなります。

Q
RER 0.85はどういう意味ですか？
A

脂質と糖質を約50:50で利用しているおおよその目安です。ただし正確な割合はノンプロテインRQ（タンパク質の寄与を除いた値）から計算します。安静時の混合食後によく見られる値です。

Q
運動中にRERを測定するにはどうすればいいですか？
A

代謝測定装置（代謝カート・呼気ガス分析装置）を使い、吸気と呼気のO₂・CO₂濃度と換気量を同時に測定します。VO₂maxテストの際に同時に取得されることが多いです。

Q
RERが1.0を超えたら何を意味しますか？
A

高強度運動で乳酸が蓄積し、重炭酸イオン（HCO₃⁻）による緩衝反応で余分なCO₂が発生している状態です。代謝上は不可能な値ですが、測定上は起こります。運動強度が非常に高い（ほぼ最大）サインとして使われることもあります。

Q
ダイエット中はRERを低く保つべきですか？
A

RERを低く保つ（＝脂質を多く使う）ことが脂肪燃焼に有利に見えますが、消費カロリーの絶対量も重要です。低RERの低強度運動だけに頼るより、高強度運動も組み合わせて総消費カロリーを増やすほうが、体脂肪減少には有効なケースが多いです。

Q
糖質制限をするとRERはどう変わりますか？
A

糖質制限やケトジェニックダイエットにより、体が脂質を主燃料として使うよう適応すると、安静時のRERが0.70〜0.75程度まで低下します。これは「脂質酸化が亢進している」状態を反映しています。

Q
タンパク質のRERはなぜ0.80なのですか？
A

タンパク質はアミノ酸の種類によって組成が異なるため、一定の値を取りません。平均的なタンパク質混合を想定した場合の理論値がおよそ0.80とされています。また、タンパク質は尿素などの形で窒素を排泄するため、糖質・脂質に比べて計算が複雑です。

Q
FatMaxとは何ですか？RERと関係がありますか？
A

FatMax（ファットマックス）とは、脂肪酸化速度が最大になる運動強度のことです。一般的にはRERが約0.87〜0.89付近に相当する強度（約50〜65%VO₂max）とされています。Achten & Jeukendrup（2004）によると、FatMaxは個人差が大きく、有酸素トレーニングによって高強度側にシフトします。

理解度チェック

問題1：RER（呼吸交換比）の計算式として正しいものはどれか？
① VO₂ ÷ VCO₂
② VCO₂ ÷ VO₂
③ VCO₂ × VO₂
④ VO₂ − VCO₂

正解：② 解説：RER ＝ VCO₂ ÷ VO₂ です。分子がCO₂産生量、分母が酸素消費量です。順番を間違えやすいので注意してください。

問題2：安静時に脂質のみを燃料として使用している場合のRER値はどれか？
① 1.00
② 0.85
③ 0.70
④ 0.60

正解：③ 解説：脂肪酸（パルミチン酸）の酸化では CO₂：O₂ ＝ 16：23 ≒ 0.70 となります。脂質は酸素をたくさん必要とするため、RERが最も低くなります。

問題3：高強度運動時にRERが1.0を超える主な理由はどれか？
① 筋グリコーゲンが完全燃焼するから
② 乳酸の蓄積により重炭酸緩衝で余分なCO₂が産生されるから
③ タンパク質が大量に分解されるから
④ 酸素の吸収効率が低下するから

正解：② 解説：高強度運動では乳酸＋H⁺が蓄積し、HCO₃⁻（重炭酸イオン）が緩衝材として働く際にCO₂が余分に発生します。この代謝性CO₂が呼気に混じり、RERが見かけ上1.0を超えます。

問題4：脂肪酸化が最大になる運動強度（FatMax）はおおよそどのくらいか？
① 20〜30%VO₂max
② 50〜65%VO₂max
③ 80〜90%VO₂max
④ 100%VO₂max（最大強度）

正解：② 解説：Achten & Jeukendrup（2004）によると、FatMaxは一般的に50〜65%VO₂max付近です。これより強度が上がると糖質優位にシフトし、RERも上昇します。

問題5：糖質（グルコース）のみを完全酸化した場合のRERはいくつか？
① 0.70
② 0.85
③ 1.00
④ 1.20

正解：③ 解説：C₆H₁₂O₆ ＋ 6O₂ → 6CO₂ ＋ 6H₂O より、CO₂ ÷ O₂ ＝ 6 ÷ 6 ＝ 1.00 です。

問題6：有酸素トレーニングを継続するとFatMaxはどのように変化するか？
① 変化しない
② より低い強度側にシフトする
③ より高い強度側にシフトする（同じRERでより高強度まで脂質を使える）
④ RER自体が1.0に固定される

正解：③ 解説：有酸素トレーニングにより、ミトコンドリア密度の増加・脂肪酸輸送能力の向上などが起き、より高い強度でも脂質を優先的に利用できるようになります。

問題7：RERとRQが一致しない状況として正しいものはどれか？
① 安静時（定常状態）
② 低強度の有酸素運動（定常状態）
③ 高強度運動で乳酸が蓄積しているとき
④ 空腹時の安静

正解：③ 解説：RQは代謝の理論値、RERは実測値です。高強度運動では重炭酸緩衝による余分なCO₂産生でRERがRQを上回るため、両者は一致しません。

覚え方

【語呂合わせ：RER ＝ 燃料メーター】

RERの値と燃料の対応を「0.7・0.8・1.0」で覚える

0.7 → 「脂（あぶら）っこい」→ 脂質（Fat） 0.8 → 「半々（はんはん）」→ 混合（Mixed） 1.0 → 「糖（とう）ちゃん完全燃焼」→ 糖質（Carbohydrate）

【フロー図で記憶】

運動強度が上がる ↓ 糖質の利用割合が増える ↓ CO₂産生（VCO₂）が増える ↓ RER（VCO₂ ÷ VO₂）が上昇 ↓ 0.70（脂質のみ）→ 0.85（混合）→ 1.00（糖質のみ）→ 1.0超（過換気・乳酸緩衝）

【化学式で一発確認】

  • 糖質：CO₂ ÷ O₂ ＝ 6 ÷ 6 ＝ 1.00
  • 脂質：CO₂ ÷ O₂ ＝ 16 ÷ 23 ＝ 0.70

まとめ

  • RERとは：VCO₂ ÷ VO₂ で求められる呼気ガスの比率。
  • 体が何を燃料にしているかを示す指標。 基準値：脂質＝0.70 ／ タンパク質＝0.80 ／ 糖質＝1.00。運動強度が上がるほどRERは上昇する。
  • RER > 1.0：乳酸蓄積による重炭酸緩衝の影響で起こる測定上の現象。最大強度運動のサイン。
  • FatMax：脂肪酸化が最大になる強度は約50〜65%VO₂max（RER≒0.87〜0.89付近）。有酸素トレーニングで高強度側にシフトする。
  • 実践への活用：RERは燃料利用の「割合」を示すが、体脂肪減少には消費カロリーの「絶対量」も合わせて考える必要がある。

必須用語リスト

用語意味
RER（呼吸交換比）Respiratory Exchange Ratio。VCO₂÷VO₂で求められる実測値。
RQ（呼吸商）Respiratory Quotient。細胞レベルの理論的な代謝比率。安静時はRERとほぼ一致。
VCO₂単位時間あたりの二酸化炭素産生量（L/min）。
VO₂単位時間あたりの酸素消費量（L/min）。
基質（Substrate）エネルギー産生に使われる燃料のこと。糖質・脂質・タンパク質の総称。
FatMax脂肪酸化速度が最大になる運動強度。一般人では約50〜65%VO₂max。
クロスオーバーポイント運動強度の上昇に伴い、主燃料が脂質から糖質へ切り替わる強度の境界点（Brooks & Mercier, 1994）。
重炭酸イオン（HCO₃⁻）乳酸・H⁺を緩衝する物質。緩衝時にCO₂を産生し、高強度時のRER上昇に寄与する。
脂肪酸酸化（β酸化）脂肪酸をミトコンドリア内でアセチルCoAに分解するプロセス。RER≒0.70の主反応。
ノンプロテインRQタンパク質の寄与を除いて計算したRQ。より正確な糖質・脂質比率の推定に使われる。
解糖系糖質を嫌気的に分解してATPを産生する経路。高強度運動時に主役となる。
乳酸閾値（LT）乳酸が急増し始める運動強度。RERでは約0.90〜0.95付近に相当することが多い。
VO₂max最大酸素摂取量。RER≒1.00〜1.10以上になる強度で測定される。
代謝カート呼気ガスを分析する測定装置。VO₂・VCO₂・RERをリアルタイムで計算できる。
パルミチン酸代表的な飽和脂肪酸（C₁₆）。RQ＝0.70の計算式の典型例として使われる。

コメント

タイトルとURLをコピーしました