脈拍変動と心拍変動は別物？スポーツパフォーマンスと怪我予防への影響

💡脈拍変動と心拍変動は別物？スポーツパフォーマンスと怪我予防への影響

近年、スマートウォッチやフィットネストラッカーといったウェアラブルデバイスの普及により、私たちは手軽に心拍数や、さらに進んだ指標である「心拍変動（HRV）」を測定できるようになりました。アスリートや健康意識の高い方々の間では、HRVを日々のコンディション管理やトレーニング効果の指標として活用する動きが広がっています。しかし、これらのデバイスが示す「心拍変動」は、本当に医療現場で使われる「心拍変動」と同じものなのでしょうか？ そして、その違いはスポーツパフォーマンスや怪我の予防にどのような影響を与えるのでしょうか？

今回ご紹介する研究は、この疑問に深く切り込み、ウェアラブルデバイスで測定される「脈拍変動（PRV）」と、医療機器で測定される「心拍変動（HRV）」の間に存在する重要な違いを明らかにしました。この研究結果は、私たちのデバイスとの付き合い方、そして健康管理やトレーニングへのアプローチに新たな視点をもたらすかもしれません。

🔬研究の概要と方法

研究の背景：なぜこの研究が必要だったのか？

コーチやアスリートにとって、心拍変動（HRV：Heart Rate Variability、心臓の拍動間隔のわずかな変動で、自律神経機能の指標とされます）は、選手のパフォーマンスやコンディションを追跡するための重要な指標の一つです。医療現場では、心電図（ECG：Electrocardiogram、心臓の電気活動を記録する医療検査）を用いてHRVを測定し、自律神経機能（Autonomic Function、意識とは無関係に体の機能を調整する神経系）の状態を評価します。しかし、多くのウェアラブルデバイスは、光電容積脈波（PPG：Photoplethysmography、光を用いて血管内の血液量の変化を検出し、脈拍を測定する技術）という技術を使って脈拍変動（PRV：Pulse Rate Variability、脈拍の拍動間隔のわずかな変動）を算出しています。このPRVが、ECGで測定されるHRVとどれほど一致するのか、また自律神経機能の追跡において同等の役割を果たせるのかは、これまで十分に検証されていませんでした。

研究の目的

本研究は、アメリカンフットボール選手を対象に、PPGで測定されるPRVとECGで測定されるHRVが、拍動ごとの分析においてどれほど一致するかを調査することを目的としました。

参加者とデータ収集

• 参加者：103名の男子大学アメリカンフットボール選手（ディビジョンI）
• データ収集期間：3シーズンにわたってデータを収集
• 測定項目：
  • 心拍数（HR：Heart Rate）と脈拍数（PR：Pulse Rate）
  • PRV/HRVの時系列指標：
    • rMSSD（Root Mean Square of Successive Differences、隣接する拍動間隔の差の二乗平均平方根。副交感神経活動を反映するとされる）
    • SDNN（Standard Deviation of NN intervals、拍動間隔の標準偏差。自律神経全体の活動を反映するとされる）

分析方法

PRVとHRVの一致度は、Bland-Altman分析（2つの測定方法の一致度を評価するための統計手法）を用いて評価されました。これには、バイアス（2つの測定方法間の平均的な差）、一致の限界、信頼区間が含まれます。さらに、MAE（平均絶対誤差）、RMSE（二乗平均平方根誤差）、Pearson r（ピアソン相関係数）、Lin’s concordance correlation coefficient（リンの一致度相関係数）といった誤差指標も用いられました。

また、PRVがHRVと同じ日に同じ程度の自律神経機能の悪化を検出できるかを評価するため、スライディングウィンドウZスコア閾値交差分析（0.5～2.0 SD）が実施され、PRVの検出率と検出遅延が定量化されました。

📊研究結果の主なポイント

この研究から、ウェアラブルデバイスで測定される脈拍変動（PRV）と、医療機器で測定される心拍変動（HRV）の間に、いくつかの重要な違いがあることが明らかになりました。

心拍数（HR）と脈拍数（PR）の一致度

心拍数（ECGで測定）と脈拍数（PPGで測定）は非常に近い値を示しました。平均でHRは59.4 (10.3) bpm、PRは59.7 (10.3) bpmであり、両者の一致度は高く、バイアスも小さかった（0.24-0.44 bpm）。これは、ウェアラブルデバイスが示す心拍数自体は信頼できることを示唆しています。

脈拍変動（PRV）と心拍変動（HRV）の比較

しかし、心拍数と脈拍数の「変動」となると話は変わってきます。PPGで測定されたPRVの値は、ECGで測定されたHRVの値よりも低い傾向がありました。具体的には、rMSSDではPRVが80.9 (23.1) msに対しHRVは103.9 (22.0) ms、SDNNではPRVが141.3 (41.7) msに対しHRVは167.9 (40.0) msでした。Bland-Altman分析では、PRVがHRVよりも低い値を示す「負のバイアス」が確認されました。

自律神経機能の「悪化」検出能力

最も重要な発見の一つは、自律神経機能の悪化イベントの検出能力に関するものでした。PRVは、HRVが検出した自律神経機能の悪化イベントを、同じ日に検出できる割合が非常に低いことが判明しました。

• rMSSDの悪化イベント：HRVが特定したイベントの16.7%から56.7%しかPRVは検出できませんでした。
• SDNNの悪化イベント：HRVが特定したイベントの16.8%から52.0%しかPRVは検出できませんでした。

さらに、PRVはECG-HRVがすでに検出した変化を捉えるまでに、平均で1.8日から5.5日の遅延があることも示されました。

主要結果のまとめ

以下の表で、主要な結果を分かりやすくまとめました。

🧐研究結果が示唆すること（考察）

この研究結果は、ウェアラブルデバイスの利用が広がる現代において、非常に重要な示唆を与えています。

まず、心拍数と脈拍数自体は非常に高い一致度を示すことが確認されました。これは、日々の運動強度や安静時の心拍数を把握する目的であれば、ウェアラブルデバイスは十分に信頼できるツールであることを意味します。

しかし、問題は「変動」にありました。PPGで測定される脈拍変動（PRV）は、ECGで測定される心拍変動（HRV）と比較して、全体的に低い値を示し、両者の間には一貫した負のバイアスが存在しました。これは、PRVがHRVの単なる代替指標としては不十分であることを明確に示しています。

さらに深刻なのは、自律神経機能の悪化イベントの検出能力です。アスリートのコンディション管理において、自律神経機能の低下は、オーバートレーニング（オーバーリーチング：トレーニング負荷が過剰になり、一時的にパフォーマンスが低下する状態。オーバートレーニング症候群の前段階）や怪我のリスク増大、パフォーマンス低下の兆候である可能性があります。本研究では、PRVがHRVが検出した悪化イベントの半分以下しか捉えられず、しかも検出までに数日の遅延があることが判明しました。この遅延は、コーチやアスリートが早期に対策を講じる機会を失うことを意味します。例えば、オーバートレーニングの初期兆候を見逃し、選手がさらに深刻な状態に陥るリスクを高めてしまうかもしれません。

研究者たちは、PPGで算出される脈拍変動を「心拍変動」と呼ぶことは、科学者と消費者双方に混乱を招くため避けるべきだと結論付けています。この指摘は、デバイスの表示や宣伝文句を鵜呑みにせず、その背後にある科学的根拠を理解することの重要性を浮き彫りにします。

🏃‍♀️実生活へのアドバイス：ウェアラブルデバイスとの付き合い方

この研究結果を踏まえ、私たちはウェアラブルデバイスとどのように付き合っていくべきでしょうか。以下に実生活で役立つアドバイスをまとめました。

• 心拍数測定は信頼できる：ウェアラブルデバイスの心拍数測定機能は、運動中の強度管理や安静時の心拍数モニタリングにおいて、十分に信頼できる情報源として活用できます。
• 「心拍変動」の表示に注意：デバイスに「心拍変動」と表示されていても、それがPPGベースの「脈拍変動」である可能性が高いことを理解しましょう。医療用のECGで測定されるHRVとは異なるものであるという認識を持つことが重要です。
• PRVはあくまで「参考情報」として捉える：ウェアラブルデバイスのPRVデータは、日々の体調変化やトレーニング負荷の傾向を大まかに把握するための「参考情報」として活用するのが賢明です。例えば、普段よりもPRVが明らかに低い日が続く場合は、休息を増やすなどの調整を検討するきっかけにはなります。
• 過信は禁物、早期発見には限界がある：特に、自律神経機能の悪化やオーバートレーニングの早期発見を目的とする場合、PPGベースのPRVデータは遅延や見逃しのリスクがあるため、過信は禁物です。アスリートにとっては、重要なコンディション指標としてPRVのみに頼るのは危険と言えるでしょう。
• 精密な評価が必要な場合は専門家へ：より精密な自律神経機能の評価や、体調不良、パフォーマンス低下の原因を探る必要がある場合は、医師や専門のトレーナーに相談し、医療用のECGを用いたHRV測定など、より正確な診断を受けることを検討しましょう。
• 自身の体調と感覚を大切に：デバイスの数値だけでなく、自身の体の感覚（疲労感、睡眠の質、気分など）を最も重要な情報として捉え、総合的に判断する習慣をつけましょう。

⚠️研究の限界と今後の課題

本研究は重要な知見をもたらしましたが、いくつかの限界も存在します。

• 対象者の限定：研究対象がディビジョンIの男子大学アメリカンフットボール選手に限定されているため、他のスポーツ選手や一般の人々、あるいは女性アスリートにそのまま結果を適用できるかはさらなる研究が必要です。
• PPG技術の進化：PPG技術は日々進化しており、将来的にPRVの精度が向上する可能性も考えられます。最新のデバイスやアルゴリズムを用いた検証が継続的に必要です。
• PRVの独自の有用性：PRVがHRVの代替にはならないとしても、PRV自体に独自の有用性がある可能性も否定できません。例えば、特定の状況下でのみPRVが有効な指標となるなど、PRVの特性をさらに深く探求する研究が求められます。

まとめ

今回の研究は、「脈拍変動（PRV）」と「心拍変動（HRV）」は別物であり、特に自律神経機能の追跡においては、ウェアラブルデバイスで測定されるPRVが医療機器で測定されるHRVの完全な代替にはならないことを明確に示しました。PRVは自律神経機能の悪化イベントを検出する能力が低く、また検出に遅延が生じるため、アスリートのコンディション管理や怪我予防において、重要な機会を逃す可能性があります。ウェアラブルデバイスは便利なツールですが、その表示する情報の限界を理解し、賢く活用することが求められます。日々の健康管理やトレーニングに役立てる際は、デバイスの数値を過信せず、自身の体調や専門家の意見も総合的に考慮することが大切です。

関連リンク集

• 日本循環器学会
• 公益財団法人 日本スポーツ協会
• 国立スポーツ科学センター (JISS)
• PubMed (医学論文データベース)
• 厚生労働省

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