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Papyrus

考えたことや調べたことを残しておこうと思います。

水分補給を学ぶ

何よりもまず最初に。

熊本を中心に九州で被災された方々、また九州に大切な人がいる方々に一刻も早く心休まる時間が訪れるようアメリカからも祈っています。

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今回は水分補給を勉強してみましたが、まとめる前にちょっと宣伝をさせていただきます。アメリカで出会ったATCの山中徹雄さんが江ノ島のすぐ近くでパーソナルトレーニングジム「Golf and Training Plaza A+」を開きます!

 

パーソナルトレーナーって人々を一対一でムッキムキにするイメージがあって、スポーツ傷害の予防・評価・リハビリなどが専門のATCがパーソナルトレーニングをやるのには正直、最初は少し疑問がありました。

 

でもコンセプトを聞くと、必ずしも身体をムッキムキにすることが目的ではなく、もっと広く「多くの人を健康にしたい」という思いが根底にあることがわかりました。そしてその手段として、ATCとして培った知識や経験を生かそうとしているのだということも。

 

アスリートのみに還元されていた知識や技術がこうやって広く出回ろうとしていることに対して私はとても嬉しく思います!興味がある方は是非、上に貼付けたウェブサイトを見てみてください。

 

また、ATCになるための留学やアメリカのスポーツに興味のある学生も気軽に連絡を取ってみて大丈夫だと思います。アメリカに来てみてわかりましたが、言葉やビザのハンデがある中で仕事を勝ち取っている日本人って本当にすごいなと思います。NFLや野球のメジャーリーグでの経験もあり、何年間もアメリカで働いていた方なので、仕事人としても何か学べることがあるかもしれないです。

 

さて、本題に入ります。

水分補給、みなさんはどんなことに気をつけているのでしょうか?私は恥ずかしながら日本での大学時代、慣習に従うのみで従来の水分補給に対して何も疑問を持たずに過ごしていました。学生といえども危機管理が欠けていたなと思います。

 

このトピック関連で思い出すことは大学4年生のときの夏休みの練習。普段バレーボール部が練習している体育館で工事があり、その夏はいつもと違う体育館で練習することになったのですが、そこが本当に暑さのこもる体育館で、体調が悪くなる子、練習中・後に脚がつる子が過去に増して多かった記憶があります。

 

パフォーマンスも全然高くありませんでした。何かの講習会か授業かでしばらくチームを離れていたキャプテンが戻ってきたとき「みんなが下手になってる、何してたんだ!」って言われたのもよく覚えています (笑) 。確かに選手の集中力が散漫になっているのを私も感じていたし、それを問題にも思っていました。

 

「暑いとか関係ない。それでも集中して練習しろ。」というのは多くの指導者やキャプテンなどのリーダーの想いだと思います。私もスポーツをやっていた人間としてその気持ちはとてもよく理解できます。でも、これから練習環境を整える側の人間になる者としては、集中できない選手に「集中しろ」というのではなく、少しでも選手が集中できない要因を取り除くよう働かねばと思います。

 

このトピックについてまとめる中で、暑さに対して私がどういう先手を取っておくべきだったのかを考え直そうと思います。暑さへの対策は水分補給だけではありませんが、今回はまず水分補給に限定して話を進めさせていただきます。

 

今回のまとめ方は、National Athletic Trainers' Association Position Statement: Fluid Replacement for Athletes (2000) で述べられていることの中からさらに注目したいことをピックアップしてそれらについて少し詳しく説明する、という方法を取りたいと思います。

 

まず第一に、水分補給のプロトコルはアスリートのsweat rate練習・試合中の水分休憩の在り方気温・湿度などの環境要因暑熱順化の状況運動の継続時間・強度アスリートのパフォーマンスなどを考慮した上で決定されるべきだと言われています。

 

この中で『sweat rate』ってあまり聞き慣れない言葉ではないでしょうか。Sweat rateとは、運動中どのくらいの早さで水分が汗として身体から失われるか、ということを示す数字です。水分補給の基本的な考えは「汗や尿として身体から出ていった水分を補う」というものであるので、このsweat rateはどのくらいの量の水分を摂取すればいいのかという目安を知るために使われます。

 

Sweat rateの算出法を私が尊敬する先輩が所属するKorey Stringer Instituteのウィブサイトから紹介します。

http://ksi.uconn.edu/wp-content/uploads/sites/1222/2015/04/Sweat-Rate-Calculator.pdf

 

手順は以下のとおり。

1) 汗をかき始めるところまでウォーミングアップをします。

2) 正確な体重計で体重を測ります。

 * この際裸で測るのが一番好ましいです。

3) 一定時間、練習を行います (30分や1時間だと計算しやすい) 。 

 * この練習の間の水分補給ではどれだけの量を摂取したかをわかるようにします。

 * この練習の間は排尿は行えません (体重を測る前に!) 。

4) 練習終了後、再び同じ体重計・同じ格好で体重を測ります。

 

そして今度は計測したデータを以下のようにまとめます。

A: 練習前の体重 __ kg

B: 練習後の体重 __ kg

C: 練習後の体重の変化 __ (A - B) g

D: 練習中摂取した水分量 __ mL

E: 汗として失った水分量 __ (C + D) mL

F: 練習の継続時間 __ 分 または 時間

G: Sweat Rate __ (E / F) mL/分 または mL/時 

 

先述したようにこのsweat rateはどのくらいのペースで水分が失われるか、つまりどのくらいのペースで水分を補給する必要があるのかを表します。なぜ水分摂取の理想的な量を一般化してそれを推奨するよりも、各個人のsweat rateの算出が推奨されるかというと、sweat rateは個人差が大きいからです。このposition statementの中では平均のsweat rateは0.5 L/時から2.5 L/時までの差があったと書かれています。

 

Sweat rateが0.5 L/時のアスリートにとっては1時間に500mLの水分摂取で良いのに対して、sweat rateが2.5 L/時のアスリートが1時間に500mLしか水分摂取をしないと、必要な量の5分の1しか補充できていないことになります。

 

また、個人内でも環境の変化によって摂取しなければいけない水分の量は変わります。「発汗」は私たちの身体が持つ身体を冷やすための機能です。私たちの身体は本当にうまくできていて、暑さにさらされ続けると、より効率的に身体を冷やすためにより多くの汗をかくように順化します。つまり、当然のことと言えば当然のことですが、暑くなればたくさん汗をかくようになり、その分、より多くの量の水分を摂取することが必要になるということです。特に暑さへの順化の前と後ではsweat rateは異なり、これもまた、一般的な水分摂取の目安に従うよりも水分摂取の量を各個人のsweat rateに基づいて決めることが推奨される所以です。

 

適切な水分補給の基準を選手に理解させ、モニタリングするという役割はもちろんアスレティックトレーナー(またはその他の指導者)が担っていると思いますが、実際に「水分を摂る」という行動を取るのはアスリートです。ですから、アスリート自身が「適切な量の水分を補給できているか」ということに敏感になる必要があります。

 

まずは大まかにでも自分専用のボトルで練習中どれほど水分を摂っているか、それから練習前後でどのくらい体重が減っているかを測ってみて、現在の水分補給を知ることから始めてみてください。練習前後の体重の変化の基準としては、体重の減少は練習前の体重の2%以内に抑えられるべきだと言われています。 

 

さて、ここまで当然のように水分補給が重要であるという前提のもと話を進めてきましたが、なぜ重要なのでしょうか。もちろん熱中症を防ぐ上で水分補給がとても重要なのは誰もが知っている事実かと思いますが、熱中症が起きなければ水分摂取を見直す必要はないでしょうか。

 

熱中症が起きていない状況だとしても水分摂取を見つめ直す必要はあります。それは水分摂取とパフォーマンスが大きく関係しているからです。これはこの先、私が選手と関わる際には必ず強調しようと思うポイントです。というのも、選手は自分のパフォーマンスには責任を持つべきだと思うからです。自身のパフォーマンスを高める・高く維持するために積極的に適切な水分摂取を実践して欲しいという想いがあります。

 

では実際には不適切な水分摂取がどのようにパフォーマンスを低下させるかを説明していきたいと思います。

 

脱水から引き起こされるパフォーマンス低下は主に有酸素系、つまり持久系の能力の低下によるものです。有酸素系のエネルギーシステムは前の記事で紹介した通り、細胞のミトコンドリア内で酸素が水素と化合する際にATPが作られるシステムです。

 

たくさんのエネルギーが必要なときには、たくさんの酸素が必要になります。そこで肺では呼吸の深さや頻度を上げて酸素を多く取り込み、心臓では心拍数 (heart rate: 一分間に心臓が収縮する回数) や一回拍出量 (stroke volume: 心臓の一回の収縮で送り出される血液の量) を上げて身体にたくさんの酸素を送る、という変化が起きます。これはキツい運動をしているときに息が上がって心臓がバクバクしているところを思い出せば簡単にどういうことか理解できると思います。

 

有酸素系の能力に関連する肺と心臓のうち、脱水によって大きく影響を受けるのは心臓、というか心臓血管系 (cardiovascular) の機能です。

 

運動中にどれだけたくさんの酸素 (=酸素を含んだ血液) を筋に送り続けられるか、ということは持久系の能力を決定する大事な要素のひとつです。一分間にどれだけの量の血液が心臓から送り出されたかということを「心拍出量 (cardiac output) 」という言葉で表しますが、持久系のトレーニングを積んだアスリートの運動時のcardiac outputは最大で35 L/分 にもなると言われています。トレーニングを積んでいない人は22 L/分 程度と言われており、ここから持久系の運動に『血液をたくさん送り出す能力』がどれだけ大きく関係しているかを見て取ってもらえたらと思います。

 

Cardiac outputは、heart rateとstroke volumeのかけ算で求めることができます。

つまり、Cardiac Output = Stroke Volume x Heart Rate 。

      

 

脱水状況では何が起きるかというと、このcardiac outputを決定する2つの要素のうち、stroke volumeが減少します。汗は身体を巡る血液から来ているので、汗をたくさんかいたのにも関わらずそれが補充されていない状況では血液の量自体が減ってしまってい、そのことがstroke volumeの減少のひとつの理由になっているようです。

 

このstroke volumeの減少はheart rateの増加によってカバーされ、cardiac outputの極端な減少は防がれますが、脱水に加えて『高体温』という条件が加わるとheart rateの上昇を以てもcardiac outputの維持ができなかったという研究結果があります (Gonzalez-Alonso, Mora-Rodriguez, Below, & Coyle, 1997) 。

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右下のグラフにしか項目がラベルしてありませんが、全部同じ項目で左からHyper、Dehy/Hyper、Dehy、Dehy+BVRです。

 Hyper: Hyoperthermia (高体温)

 Dehy/Hyper: Hyperthermia + Dehydration (高体温 + 脱水)

 Dehy: Dehydration: Dehydration (脱水)

 Dehy+BVR: Dehydration + Blood Volume Restoration (脱水 + 点滴で血液量を回復)

 

ここでの『dehydration』は4%程度の体重のロス、『hyperthermia』は食道の温度が39.3℃程度とされていて、hyperthermiaは室温35℃・湿度50%の環境で72%VO2maxの強度で運動することで達成されています。

 

脱水だけ、または高体温だけ、という状況ではstroke volumeの減少はheart rateの増加によりカバーされている (コントロールと比べてcardiac outputに有意な差はない) けれど、この2つの条件が重なってしまうと相乗効果的に働きcardiac outputの減少は一気に顕著になります。

 

* 実験では室温や水分摂取の量を調整することでこの2つの条件(脱水・高体温)を別々に達成していますが、そもそも特に夏場、この2つの条件は切り離されるものではありません。

 

Cardiac outputは先に述べた通り、有酸素系の能力を決定する重要な要素です。Cardiac outputが減少し、有酸素系のエネルギー供給システムの効率が下がると、運動の強度を落とすか、試合などで強度が落とせない (全力でやることが求められる) 場合には、無酸素系のエネルギー供給システムがより大きな割合で動員されることになります。

 

無酸素系のglycolysisはエネルギー供給に加勢はするものの、特性上、有酸素系のエネルギーシステムのように長く持続することはできません。また、anaerobic glycolysisでは最終生成物として乳酸が作られますが、有酸素系の能力が低下している状況では乳酸の除去も効率が下がってしまいます。

 

つまり、cardiac outputを高く維持できている場合に比べて、いずれにせよ早いタイミングで強度を落とさざるを得ない状況になってしまうのです。私が大学4年生の夏休みに経験したバレーボールの練習もこの状況だったのではないかと思います。『持久系の運動』と言いましたが、大体練習は2-3時間、合宿だと倍以上あるものです。この間、パフォーマンスが上がらないと、何も知らなければ『だらけている』というふうに見えてしまうのかもしれません。

さて、先ほど引用した研究での脱水 (dehydration) の程度は体重の4%のロスでしたが、これは結構大きな数字です。例えば、練習前の体重が50.0kgだったとして、練習後に48.0kgになっているということです。水分を2.0kgも失えばパフォーマンスが下がるのも納得ですが、それより程度の低い、例えば1%のロスではパフォーマンスへの影響はどうでしょうか。

 

5kmのヒルクライミングサイクリングのタイムをパフォーマンスの指標に、体重1%のdehydrationとeuhydration (適切な水分が保たれている状態) の2つの状況を比べた研究がありましたが、被験者10人全員がeuhydratedの状況下でより良いパフォーマンスを達成しました (Bardis, Kavouras, Arnaoutis, Panagiotakos, & Sidossis, 2013) 。タイムはduhydratedの方が平均で57.8秒速かったという結果でした。

              f:id:miwakosuzuki:20160424074916p:plain

NATAのPosition Statementでは水分のロスは体重の2%以下で抑えるようにと書いてありますが、1%のロスでさえこのようにパフォーマンスは下がってしまうという報告があるのです。

 

また、脱水は運動からのリカバリーにも影響を及ぼします。

下のグラフは4kmのランニングコースを3周したときのheart rateとcore temperatureの変化をhydrated・dehydratedの条件別に示しています (Casa et al., 2010) 。

 

Aはレースのように12kmを全力で走った時の変化、そしてBは全力ではないペースでhydrated/dehydratedの2回を同じペースで走った時の変化です。                              

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ここではBに注目してもらいたいと思います。同じペースで走ったにも関わらずheart rate、core temperature共に走り終わった10分後、20分後までdehydratedの条件で走った時の方が高かったという結果でした。また、heart rateやcore temperatureのような客観的なデータだけでなく、のどの渇きや主観的な暑さ・キツさなど被験者の知覚においても同様にdehydratedの条件が不利であったことが記録されています。

 

次は水分補給の内容に触れてみたいと思います。

NATAのPosition Statementでは運動が45-50分以上続く場合や強度が高い場合には、飲み物に炭水化物が含まれていた方が良いと述べられています。

 

カーボローディングの記事で運動中の炭水化物の働きについては説明しましたが、炭水化物は強度の高い運動を支える大切な燃料です。酸素を身体に取り込むことでエネルギーを作り続けることができる有酸素系のエネルギーシステムとは違って、炭水化物を燃料にエネルギーを作るglycolysis (解糖系) は身体の中の炭水化物が枯渇してしまうとエネルギーを作り続けることができなくなってしまいます。だから、長く続く練習や試合、強度の高い運動の際には炭水化物を含んだ飲み物の方が良いという訳です。また、先ほど触れたように、脱水や高体温で有酸素系の能力が低下している場合にはglycolysisへの依存度も高くなるので炭水化物の枯渇が早い段階で起きることも予想されます。

 

でも、炭水化物の濃度は高ければ良いのかというとそういう訳でもなくて、濃度が8%を越えると、水分の吸収を制限してしまうようです。そのため炭水化物の濃度は4 - 8 %が適切とされています。

 

また、夏の水分補給と言えば「塩分」とセットで思い出されるかと思います。これは汗に溶けて塩の成分であるナトリウムが失われてしまうからです。調べてみて意外に思いましたが、夏の水分補給では塩分が強調される割に、実際には少しの量でも十分に失った分の補充はできるようです。

 

Low-sodium carbohydrate drink (ナトリウム濃度: 19.9 mmol/L) とhigh-sodium carbohydrate drink (36.2 mmol/L) を比べた研究では4時間の運動中に保持できたplasma volumeとserum sodiumには有意な差はありませんでした (Anastasiou et al., 2009) 。

 

* sodium = ナトリウム

* carbohydrate = 炭水化物

 

Position Statement中ではナトリウムの濃度は0.3 - 0.7 g/Lが適切とされています。上の研究はmmol/Lで濃度を示しているので、これをg/Lに変えると、19.9 mmolは0.456 g/L*、36.2 mmol/Lは0.832 g/L*。推奨される濃度とこの研究の結果も相反するものではありませんでした。

 * ナトリウムの1モルの重さは22.99 gなので

 19.9 mmol/L x 1 mol/1000 mmol x 22.99 g/1 mol = 0.456 g/L 

 36.2 mmol/L x 1 mol/1000 mmol x 22.99 g/1 mol = 0.832 g/L 

 

この情報を元に一般的なスポーツドリンクの炭水化物・ナトリウムの濃度を見てみたところ、以下の通りでした。

○カリ○エット

 炭水化物: 6.2 g/100 mL = 6.2 %

 ナトリウム: 49 mg/100 mL = 0.49 g/L

○クエ○アス

 炭水化物: 4.7 g/100 mL = 4.7 %

 ナトリウム: 40 mg/100 mL = 0.40 g/L

 

どちらも推奨される範囲内でした。練習時間が長い場合や一日に何度も試合がある場合には失われた水分をスポーツドリンクで補うのは、体内の水分量を一定に保つのにはもちろん、エネルギー補給やナトリウムの補充にも効果的なのではないかなと思います。

 

でも、これらはあくまで補充的な役割であることを忘れてはいけません。栄養摂取の基本は食事だということです。カーボローディングの記事を書いたときにも、グリコーゲン(体内に貯蔵できる炭水化物)の値は炭水化物を十分に含んだ食事によりしっかり回復することを学びました。ナトリウムに関しても、現代の食事情では不足する方が難しいのではないかと思います。

 

食事を抜いたりせず、しっかりと食事を整えることで、まずは運動をできる身体を作ることが、栄養面では第一の熱中症・低パフォーマンス対策なのではないでしょうか。

 

 

さて、今回は水分補給の目安の量を知るというところから始まり、パフォーマンスへの影響、飲み物の内容、とまとめてみました。Position Statementから搔い摘んで説明する、ということで始めましたが実際に勉強できたこと、触れられたことはとても少なく感じますし、もっと勉強しなければと思います。

 

論文の読み方・情報の捉え方もまだまだ一人前でないなと感じます。もし、みなさんの解釈と違う部分があれば教えてください!そこから学べたらとても嬉しいです。

 

私の大好きな大学バレーのリーグもいよいよ始まりました。暑いけれど(日本はまだ暑くない?)、適切な水分補給と、適切な食事で闘える身体の基本を作って、これまでやってきたことを十分に発揮してくれたらと思います。男女とも断然早稲田バレー部ファンです。頑張れー!

 

 

 

参考文献

Anastasiou, C. A., Kavouras, S. S., Arnaoutis, G., Gioxari, A., Kollia, M., Botoula, E., & Sidossis, L. S. (2009). Sodium Replacement and Plasma Sodium Drop During Exercise in the Heat When Fluid Intake Matches Fluid Loss. Journal Of Athletic Training (National Athletic Trainers' Association), 44(2), 117-123.

Bardis, C. N., Kavouras, S. K., Arnaoutis, G., Panagiotakos, D. B., & Sidossis, L. S. (2013). Mild Dehydration and Cycling Performance During 5-Kilometer Hill Climbing. Journal Of Athletic Training (Allen Press), 48(6), 741-747.

Casa, D., Armstrong, L., Hillman, S., Montain, S., Reiff, R., Rich, B. Loberts, W., & Stone, J. (2000). National Athletic Trainers' Association position statement: fluid replacement for athletes. Journal Of Athletic Training (National Athletic Trainers' Association), 35(2), 212-224.

Casa, D. D., Stearns, R. L., Lopez, R. M., Ganio, M. S., McDermott, B. P., Yeargin, S. W., & ... Maresh, C. M. (2010). Influence of Hydration on Physiological Function and Performance During Trail Running in the Heat. Journal Of Athletic Training (National Athletic Trainers' Association), 45(2), 147-156.

Gonzalez-Alonso, J., Mora-Rodriguez, R., Below, P., & Coyle, E. (1997). Dehydration markedly impairs cardiovascular function in hyperthermic endurance athletes during exercise. Journal Of Applied Physiology, 82(4), 1229-1236.