動静脈酸素較差（a-vO₂ diff）とは？筋肉が酸素を取り出す力

動静脈酸素較差（a-vO₂ diff）とは？筋肉が酸素を取り出す力 運動科学

結論から言うと——動静脈酸素較差（a-vO₂ diff）は、動脈血と静脈血に含まれる酸素の量の差で、体が血液から酸素をどれだけ取り出して使ったかを表します。フィックの式では、最大酸素摂取量＝最大心拍出量×動静脈酸素較差です（Skattebo ら 2020a）。最大運動時の動静脈酸素較差は、血液1Lあたり118〜168mLほどで、鍛えた人では血液中の酸素の約90%が取り出されていました（Skattebo ら 2020a）。

よくある誤解正しい理解
持久力は主に筋肉が酸素を取り出す力で決まる全身運動での最大酸素摂取量を主に制限するのは酸素を運ぶ量（心拍出量など）とされる（Skattebo ら 2020a）
持久トレーニングで最初に伸びるのは酸素の取り出し5〜13週のトレーニングで伸びたのは最大心拍出量で、最大運動時の動静脈酸素較差ははっきり増えなかった（Montero ら 2015）
筋肉は血液中の酸素をすべて使い切れる取り出せる割合は鍛えた人でも約90〜95%が上限に近い（Skattebo ら 2020a）

動静脈酸素較差をたとえ話でつかむ

動静脈酸素較差は「配達トラックが店に置いていった荷物の量」です。心臓というトラック基地から、動脈という道を通って荷物（酸素）を積んだトラックが出発し、筋肉という店で荷物を降ろして、静脈を通って帰ってきます。出発時と帰着時の荷物の差が、店が受け取った量＝動静脈酸素較差です。店が受け取れる量は、トラックの台数（心拍出量）と、1台あたり降ろす量（動静脈酸素較差）のかけ算で決まります。

フィックの式と最大酸素摂取量

酸素摂取量 ＝ 心拍出量 × 動静脈酸素較差

計算例：心拍出量 20L/分、動静脈酸素較差 150mL/L のとき
20 × 150 ＝ 3000mL/分（3.0L/分）

この式から、最大酸素摂取量を高めるには、心臓が送り出す血液の量（心拍出量）を増やすか、筋肉が血液から取り出す酸素を増やすかのどちらかが必要だとわかります。

運動中の動静脈酸素較差

項目研究で示された値（Skattebo ら 2020a）
安静時の酸素摂取量体重1kgあたり毎分3〜5mL
最大運動時の動静脈酸素較差最大酸素摂取量2〜4.5L/分の範囲で118〜168mL/L（それ以上では少し低下）
全身の酸素の取り出し率最大酸素摂取量4.5L/分まで高まり、約90%で頭打ち
脚の酸素の取り出し率約90〜95%に近づく
最大心拍出量最大酸素摂取量が1L/分高いごとに4.9〜6.0L/分高い

この研究は、17本の論文の154人分の個人データなどをまとめたものです。最大酸素摂取量がとても高い人では、動脈血に含まれる酸素がやや減るため、取り出し率は高くても動静脈酸素較差は少し下がることがあります（Skattebo ら 2020a）。なお、118〜168mL/Lは、血液100mLあたりにすると11.8〜16.8mLです。

トレーニングで動静脈酸素較差は変わるか

全身の持久トレーニング

若い健康な人130人を含む13の研究をまとめた分析では、5〜13週の持久トレーニングで最大酸素摂取量と最大心拍出量は増えましたが、最大運動時の動静脈酸素較差ははっきりとは増えませんでした（Montero ら 2015）。最大酸素摂取量の伸びは、最大心拍出量の伸びと関係していました。

小さな筋肉だけのトレーニング

9人が片脚の膝伸ばし運動を6週間トレーニングした研究では、鍛えた脚は鍛えていない脚に比べて、ミトコンドリアのたんぱく質（クエン酸合成酵素など）が45%多く、最大の83%の強度で酸素の取り出し率が3.2ポイント、動静脈酸素較差が7.1mL/L高くなりました（Skattebo ら 2020b）。使う筋肉が小さく、血液が十分に届く運動では、筋肉が酸素を使う力の向上が取り出しの増加につながったと考えられています。

動静脈酸素較差を運動に生かす

  • 全身の持久力は心臓を鍛える意識で：短期間のトレーニングでの最大酸素摂取量の伸びは、主に最大心拍出量の伸びと関係していた（Montero ら 2015）
  • 筋肉の酸素を使う力も大切：ミトコンドリアのたんぱく質が増えると、酸素の取り出しが高まることがある（Skattebo ら 2020b）
  • フィックの式で考える：持久力の伸び悩みを「運ぶ力」と「取り出す力」に分けて考えられる

動静脈酸素較差の試験に出るポイント

  • 動静脈酸素較差＝動脈血の酸素量－静脈血の酸素量
  • フィックの式：酸素摂取量＝心拍出量×動静脈酸素較差
  • 最大運動時の動静脈酸素較差は118〜168mL/L、取り出し率は約90%で頭打ち（Skattebo ら 2020a）
  • 全身運動での最大酸素摂取量の主な制限は酸素を運ぶ量（Skattebo ら 2020a）
  • 5〜13週の持久トレーニングで伸びたのは最大心拍出量（Montero ら 2015）

動静脈酸素較差のよくある質問

Q
a-vO₂ diff の「a」と「v」は何ですか？
A

aはarterial（動脈の）、vはvenous（静脈の）の頭文字です。動脈血と静脈血の酸素の量の差という意味になります。

Q
動静脈酸素較差はどうやって測るのですか？
A

研究では、動脈と静脈に細い管（カテーテル）を入れて血液を採ったり、フィックの式から計算したりして求めます（Skattebo ら 2020a）。

Q
筋トレで動静脈酸素較差は上がりますか？
A

この記事で扱った研究は持久的なトレーニングを調べたものです。筋トレでの変化は、別の研究で確かめる必要があります。

動静脈酸素較差の理解度チェック

Q
問題1：フィックの式で酸素摂取量を表すものはどれか。
A. 心拍数×一回拍出量
B. 心拍出量×動静脈酸素較差
C. 換気量×呼吸数
D. 体重×メッツ
A

正解：B。酸素摂取量＝心拍出量×動静脈酸素較差です。

Q
問題2：Montero ら（2015）で、5〜13週の持久トレーニング後にはっきり増えなかったものはどれか。
A. 最大酸素摂取量
B. 最大心拍出量
C. 最大運動時の動静脈酸素較差
D. どれも増えた
A

正解：C。最大運動時の動静脈酸素較差ははっきり増えませんでした。

Q
問題3：心拍出量25L/分、動静脈酸素較差140mL/Lのときの酸素摂取量はどれか。
A. 1.4L/分
B. 2.5L/分
C. 3.5L/分
D. 5.6L/分
A

正解：C。25×140＝3500mL/分＝3.5L/分です。

動静脈酸素較差の覚え方

a（動脈）－ v（静脈）＝ 筋肉が受け取った酸素

VO₂ ＝ Q（運ぶ量）× a-vO₂ diff（取り出す量）

最大でも 取り出し ≒ 90%
短期の持久トレで伸びるのは Q

動静脈酸素較差のまとめ

  • 動静脈酸素較差は動脈血と静脈血の酸素量の差で、体が取り出した酸素の量を表す
  • 酸素摂取量は心拍出量と動静脈酸素較差のかけ算で決まる
  • 全身の持久トレーニングでは、主に心拍出量の伸びが最大酸素摂取量の伸びと関係していた

動静脈酸素較差の語源と必須用語

語語源意味
Arterialギリシャ語 artēria（気管・動脈）動脈の
Venousラテン語 vena（静脈）静脈の
Fickドイツの生理学者アドルフ・フィックの名前フィックの式
用語読み方意味
動静脈酸素較差どうじょうみゃくさんそかくさ動脈血と静脈血の酸素量の差
心拍出量しんはくしゅつりょう心臓が1分間に送り出す血液の量
酸素摂取量さんそせっしゅりょう体が1分間に取り込んで使う酸素の量
酸素の取り出し率さんそのとりだしりつ動脈血の酸素のうち取り出された割合
フィックの式ふぃっくのしき酸素摂取量＝心拍出量×動静脈酸素較差

参考文献

  • Skattebo Ø, Calbet JAL, Rud B, Capelli C, Hallén J. (2020a) Contribution of oxygen extraction fraction to maximal oxygen uptake in healthy young men. Acta Physiologica 230(2): e13486. doi:10.1111/apha.13486
  • Skattebo Ø, Capelli C, Rud B, Auensen M, Calbet JAL, Hallén J. (2020b) Increased oxygen extraction and mitochondrial protein expression after small muscle mass endurance training. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports 30(9): 1615–1631. doi:10.1111/sms.13707
  • Montero D, Diaz-Cañestro C, Lundby C. (2015) Endurance training and V̇O₂max: role of maximal cardiac output and oxygen extraction. Medicine & Science in Sports & Exercise 47(10): 2024–2033. doi:10.1249/MSS.0000000000000640

コメント

タイトルとURLをコピーしました