[Abstract]
The purpose of this study was to estimate the Mets of the various combined exercises to enhance efficiently physical fitness, flexibility, smooth and powerful movement and ability to continue movement by Accelerometer and Heart rate monitor. Furthermore, the Mets of various Gymnastics which was reported by our research was estimated by mean heart rate(b/min.).
The results were summarized as follow;
1) The range of estimated Mets by accelerometer in various combined exercises was from 2 to 8 Mets.
2) The range of estimated Mets by mean heart rate in various combined exercises was from 4 to 8 Mets. The estimated Mets by accelerometer and by heart rate monitor was similar only in combined exercise for ability to continue movement. Mets in the other combined exercise by heart rate monitor was higher than by accelerometer.
3) The Mets in Gymnastics with Rope which included Jump Variation and Swing Variation were from 6 to 8 Mets. The Mets of Jump Variation was 9 Mets and Swing Variation was 6 Mets. The Mets of Ski Gymnastics which included Imitation、Muscular training and Aerobics was from 7 to 9 Mets. Both Mets of Imitation and Aerobics were 8 Mets.
From this result, it is easy to choice a exercise and to find duration time when students are planning for fitness.
Key words: Mets, Exercise to enhance efficiently Physical Fitness, Accelerometer, Heart rate monitor,
Ⅰ 諸言
文部科学省の小学校学習指導要領解説「体育編」では、「体つくり運動は、体ほぐしの運動と体力を高める運動で構成され、自他の心と体に向き合って、体を動かす楽しさや心地よさを味わい、心と体をほぐしたり、体力を高めたりすることができる領域である。」と解説されている。小学校高学年から行われる体力を高める運動では、体の柔らかさ、巧みな動き、力強い動き、動きを持続する能力を高めるための運動の行い方の例が数多く取りあげられている。
中学校学習指導要領解説「保健体育編」において、第１学年及び第２学年の体力を高める運動では、「体の柔らかさ、巧みな動き、力強い動き、動きを持続する能力を高めるための運動を行うとともに、それらを組み合わせて運動の計画に取り組むこと。」さらに、第３学年では「ねらいに応じて、健康の保持増進や調和のとれた体力の向上を図るための運動の計画を立て取り組むこと。」と解説されている。
高等学校学習指導要領解説「保健体育編」において、高等学校入学年の次の年次以降では「体力や生活の違いに応じて計画を立てて取り組むこと。」と解説されている。このように、各段階の目標に応じた系統的内容が、文部科学省から発行された「体つくり運動についてのリーフレット」に示されており、このリーフレットは全国の中学校及び高等学校の全教員に配布された。
一方、体力向上政策として、文部科学省は体力及び運動能力調査結果に基づき、小学生や中学生に自己の体力を把握して、運動習慣や生活習慣の確立を含んだ運動計画を立てることができるように、活用シートを全国の小中学校の児童や生徒に配布した。
また、高等学校においては厚生労働省の運動指針（以下、運動指針とする。）を参考に継続的な運動の計画を立てることが内容として学習指導要領に示されている。運動指針では、各種の運動と生活活動がMetsで示され、それを基に運動量をエクササイズとして表し、週23エクササイズを目標として身体活動量のチェックシートを提案している。したがって、高等学校入学年次の次の年次以降において、運動指針を参考に運動の計画を立てて継続的に取り組むことが求められている。なお、中学校で学習した運動を取り入れ実践することが考えられるが、学習した内容のMetsが示されていなく、運動量をエクササイズとして把握することができない。そのため、中学校第1学年及び第2学年で学習した内容をMetsで表すことが必要である。
本研究は、体の柔らかさを高める、巧みな動きを高める、力強い動きを高める、動きを持続する能力を高めるための各種効率の良い組み合わせについてMetsを推定することを目的とした。なお、本研究者らが報告した体操の運動強度を整理し、その体操をMetsで表すことも目的とした。
Ⅱ 方法
平成23年6月9日から7月7日に、体力を高める運動の授業（90分）を教員養成大学体育館で5回実践した。最初の第１回から第3回の授業では、体の柔らかさを高めるための効率のよい組み合わせ、巧みな動きを高めるための効率のよい組み合わせ、力強い動きを高めるための効率のよい組み合わせ、動きを持続する能力を高めるための効率のよい組み合わせについて学習した。4回目の授業においては、音楽に合わせて各種の効率よく組み合わせた運動を連続して行い、その歩数と推定Metsを加速度計ライフコーダPLUS(スズケン社製)を用いて記録した。また、5回目の授業では男子学習者の中から2名を抽出してHRモニターRS800CX(ポラール社製)を装着し、加速度計と合わせて各種効率よく組み合わせた運動の心拍数と推定Metsを記録した。
１ 学習者
学習者は教員養成大学の体育専攻学生及び一般学生18名(男子8名 女子10名)とした。学習者には予め本研究の目的などを説明し、研究への参加の同意を得た。
表１ 学習者の特性
２ 効率よい組み合わせの内容
体の柔らかさを高めるなどのねらいに応じて組み合わせられた運動は、動きのリズムに合わせて選ばれた音楽を用い反復して行われた。各種の効率よく組み合わせた運動の内容と利用した音楽の時間とテンポを表2に示した。
表２ 効率よい組み合わせの内容
３ 組み合わせのMets
加速度計ライフコーダPLUS(スズケン社製)に記録されたデータをライフライザー02ベーシックVer4.00(スズケン社製)によって、測定開始から2分毎に記録された推定Metsを求めた。本研究のそれぞれの組み合わせにおける運動時間は表2で示したように、最長で5分39秒、最短で1分28秒であり、それらを連続して28分11秒行った。したがって、それぞれの組み合わせの推定Metsは２つまたは１つということになる。データが2つの場合、１つのデータが前もしくは後ろの組み合わせのデータを含んでいる場合があり、そのデータが小さい場合は平均すると推定Metsを少なく見積もる可能性があった。一方、運動が習熟してくれば運動が大きく行われ、推定されたMetsの最大値に近づく可能性が考えられることから、それぞれの組み合わせの中における推定Metsの最大値を採用した。
４ HRモニターによる心拍数の記録
男子学習者A及びHに加速度計と共に、HRモニターを装着し各種組み合わせの心拍数を記録した。
５ 心拍数からのMetsの推定
佐々木ら（1990）の性別、年代別推計式、20代「酸素消費量(ml／分)=21.5×心拍数－1164.7」から本研究で記録された心拍数を代入し、各種組み合わせた運動中の酸素消費量を推定した。
次に、「消費エネルギー(kcal/㎏/分)＝5.047(グリコーゲン酸化エネルギー)×酸素消費量÷体重」から、先に求めた酸素消費量を代入し、消費エネルギー(kcal/㎏/分)を求めた。
さらに、厚生労働省の運動指針を参考に「消費エネルギー×体重(㎏)×60分＝Mets×体重(㎏)×1(時間)×1.05」の式を整理して「Mets=消費エネルギー(kcal/㎏/分)×60(分)÷1.05」の式を求めた。この式に消費エネルギーを代入しMetsを推定した。
例) 心拍数112（拍/分）の場合
①酸素消費量(ml／分)=21.5×112（拍/分）－1164.7=1243.3(ml／分)
②消費エネルギー(kcal/㎏/分)＝5.047(グリコーゲン酸化エネルギー)×1243.3(酸素消費量)÷体重＝0.10458(kcal/㎏/分)
③Mets=0.10458(消費エネルギー(kcal/㎏/分))×60(分)÷1.05＝5.976（Mets）≒６（Mets）
６ 平均心拍数から推定した各体操のMets
古川らは、縄を使った体操の心拍数（以下、縄を使った体操）、スキー体操の運動と心拍数から推定した運動強度（以下、スキー体操）において心拍数や消費カロリー、最大酸素摂取量から運動強度を推定している。これらの報告された体操領域の平均心拍数を基に推定式を用いてMetsを推定した。
Ⅲ 結果
１ 各種効率よい組み合わせのMets
加速度計から求めた各種組み合わせの推定Metsを表３に示した。体の柔らかさ①では、男子が2.3Mets、女子が3.0Metsであり、女子の方が高いMets値を示した。逆に、動きを持続する組み合わせ①では男子が4.3Mets、女子は3.6Metsであり、男子の方が高いMets値を示した。動きを持続する組み合わせ②では男子女子ともに8.0Metsであった。その他の組み合わせ運動では男子が2.0Mets～2.3Mets、女子が2.2Mets～2.4Metsの範囲であった。
各種の組み合わせ全体としてみると約30分の運動時間で男子では3.3Mets、女子では3.4Metsであった。
表３ 加速度計から推定した各種組み合わせのMets
２ 各種組み合わせの心拍数から推定したMets
各種組み合わせの平均心拍数及び、その平均心拍数から前述した式を用いて推定したMetsを表4に示した。
2名の平均心拍数を見ると柔らかさの組み合わせ①は111（拍/分）、柔らかさの組み合わせ②は112（拍/分）、力強い動きの組み合わせ①は108（拍/分）であり、動きを持続する組み合わせ②は147（拍/分）であった。他の組み合わせでは96～99（拍/分）であった。
平均心拍数から推定したMetsは、全ての組み合わせで3Mets以上を示した。中でも柔らかさの組み合わせ①、②、動きを持続する組み合わせ②では５Mets以上を示した。
組み合わせ運動全体でみると約30分の運動時間で4.9Metsであり、運動指針によれば約2.5エクササイズになる。
表４ 各種組み合わせの平均心拍数とMets
３ 各体操の推定Mets
縄を使った体操において古川（1988）は、振りや回旋を組み合わせた運動、回旋跳びを組み合わせた運動、振りや回旋及び回旋跳びを組み合わせて体操として行うコンビネーションの平均心拍数を報告している。
スキー体操において古川ら（1995）は「Ⅰ．健康的に必要な全身持久力、筋力、柔軟性を高める。Ⅱ．スキー体操に必要な専門的体力（全身持久力、敏捷性）を高める。Ⅲ．スキー技術を運動と結びつけて学習すること。」を目的として行い、運動の内容は、曲げる、伸ばす、跳ぶ、ねじる等の運動を組み合わせたスキー体操Ⅰ・Ⅱ、交互滑走、スケーティング等を組み合わせたスキーエアロビクス、プルーク、シュテム、パラレル、ウェーデルンなどを模倣したイミテーションで構成されている。
本研究では古川らによって報告された各研究の心拍数を基に、各種体操の運動強度を表5に示した。
縄を使った体操では振る運動が6.0Mets、回旋跳びが8.9Mets、コンビネーションが6.0～8.3Metsと全ての運動が6Mets以上を示した。
スキー体操では、スキーエアロビクスが9.3Mets、イミテーションが7.9Mets、スキー体操Ⅰが7.3Mets、スキー体操Ⅱが8.2Metsと全ての運動が７Mets以上を示した。
表５ 各種体操の運動強度
Ⅳ 考察
１ 各種効率のよい組み合わせのMets
加速度計から推定した各種組み合わせのMetsは、男子及び女子で約2～8Metsと幅広い値を示した。動きを持続する組み合わせ①及び②は3Mets以上の値を示したが、その他の組み合わせでは3Mets以下とあまり高くない値を示した。
森部ら（2010）は大学の体育授業の内容をMetsで示しており、15分～20分のエアロビクスやランニング、ストレッチを行った体つくり運動が3.8～5.2Metsであったと報告している。それに比べ、組み合わせ運動全体では男子で3.3Mets、女子で3.4Metsと森部らより低い値を示した。組み合わせ運動全体では、エアロビクスやランニングに相当する動きを持続する組み合わせ①、②の時間が全体の１/５と少ない。そのためMetsの値が森部らに比べ比較的低く示されたものと考えられる。
また、森部らは大学体育授業で扱われたバレーボール、バドミントン、ソフトボールについてもMetsを報告しており、バレーボールは2.5Mets、バドミントン、ソフトボールは2.0Metsであったと報告している。ところで、運動指針では、バレーボールでは3.0Mets、バドミントンでは4.5Mets、ソフトボールでは5.0Metsと森部らよりも高い値が示されている。ゲームは人数や技術によって運動量が左右されてしまうが、それらのことを考慮しても加速度計から推定されたMetsの値が低いと考えられる。
２ 推定方法によるMetsの違い
加速度計と心拍数から推定したMetsの違いを図１に示した。動き続ける組み合わせ②の8.2Mets以外では、約4～5Metsの範囲にあった。組み合わせ運動全体でみると約30分の運動で4.9Metsと限りなく5Metsに近い値を示した。推定方法でMetsの値を比較すると、動きを持続する組み合わせ②以外の組み合わせにおいてMetsに1以上の違いが見られた。Metsの違いが最大のものは、柔らかい組み合わせ②の3.1であった。
加速度計は身体の上下方向への移動の加速度の大きさによってMetsを算出する。一方、心拍数について小澤ら（2004）は身体の上下方向への移動速度だけでなく身体重心の移動距離や筋の参加量、活動量等の大きさによっても変化するとしている。本研究の組み合わせた運動は表２に示してあるように運動の速さが、動きを持続する組み合わせ②以外では120拍/分である。中でも加速度計と心拍数から推定したMetsの違いが最大であった柔らかさの組み合わせ②では、54拍/分とリズムが遅く、運動による身体の移動の速度は大きくはないが、手をつないで左右振や回旋、脚ふり回旋、反り起きの運動で構成されており、身体の重心の移動距離が大きい。また、柔軟運動のような部分運動ではなく、下肢の動きで生み出した力を上肢に伝え、腕や脚を大きく振る全身運動であることから、筋の参加量や活動量も多くなる。その結果、心拍数が上昇し、それから求めたMetsの値が加速度計から推定した数値より大きくなったと考える。
このことより、身体の重心の移動距離や、筋の参加量、活動量等の多くの条件によって変化していく心拍数から推定を行う方が、より正確なMetsの値を求めることができると考える。
図１ 加速度計と心拍計から推定したMetsの違い
３ 心拍数から推定した各種体操のMets
各種運動の運動強度をJoseph DiGennaro（1978）やボルグの主観的運動強度を参考に表６に示した。運動強度は、年齢や運動経験、最大酸素摂取量などによって変化するものである。表6に示してある運動強度は年齢20代を基本として作成した。
体操とはいくつかの運動を組み合わせて構成したものである。古川の縄を使った体操で報告された心拍数を基にMetsを推定したところ、全ての運動で６Mets以上の値を示した。縄を使った体操において古川（1988）は、「本研究の縄を使った体操は運動強度が52.3％VO2max、運動時間が60分と全身持久力を高める中程度のトレーニングとして認められる。」、さらに「縄を使った体操を回旋跳びだけでなく、振る運動を取り入れることで運動の強度、持続時間を要求に応じて自由に調整できる。」としている。
縄を使った体操のコンビネーションは振りや回旋、回旋跳びを組み合わせた体操であり6.0～8.3Metsの範囲の負荷があった。表６から、振る運動及び回旋跳びの運動強度は激しいグループの中にあるが、振る運動は6.0Metsと運動強度の激しいグループの一番下に位置している。このことから、振る運動は運動強度が中程度のグループに近いと言える。コンビネーションは、運動強度が激しいグループの中で一番上に位置している回旋跳びに、中程度の運動強度に近い振る運動を組み合わせることで運動の負荷に幅を持たせることができている。よって、縄を使った体操は表６からでは古川が報告するように中程度の運動とは言えないが、中程度に近い運動強度まで調整することができると言える。よって表6の心拍数から推定したMetsや運動強度は古川の報告に近い値を示したと考える。
同じような方法で、スキー体操の全ての運動は7Mets以上の値を示した。古川ら（1995）はスキー体操において「スキーエアロビクスは62-69％VO2max、イミテーション運動は49-50％VO2max、スキー体操Ⅰは42-50％VO2max、スキー体操Ⅱは49-61％VO2maxの範囲にあった。」と報告しており、それぞれの運動強度が中程度以上であることが言える。表6でみると、スキー体操全てが運動強度の激しいグループに位置している。スキー体操は、プルークや、シュテムターン、パラレルターン、ウェーデルンなどのスキー動作を基本として関連ある動きに跳ぶや屈伸などの変化発展させた運動で構成されている。縄を使った体操でも表6から回旋跳びが8.9Metsと高い負荷や激しい運動強度のグループに位置しているように、跳ぶ運動は運動強度や負荷が高い。そのためスキー体操全体として表6に示されるように運動強度や負荷が高いと考えられる。よって、スキー体操においても表6のように心拍数からの推定したMetsや運動強度が、古川らの報告に近い値を示すことができたと考えられる。
このように各種体操で報告された心拍数をもとにMetsを推定してきた。しかし、設備が整っていない環境で運動中の心拍数を測定することは難しい。学校現場などでは運動中の心拍数を触診法により児童生徒自身が計測することが多いが、触診法で測定した心拍数は目安であり、ある程度の計測する技術がなければ誤差は大きくなってしまう。
以上の結果より、運動強度表（表6）が作成された。この表の作成により運動計画を作成する上で目安となる心拍数や主観的運動強度を照らし合わせることによって、運動の強度や負荷を比較的簡単に推定することができる。
表６ 各種運動の運動強度
Ⅴ 要約
本研究では、体の柔らかさを高める、巧みな動きを高める、力強い動きを高める、動きを持続する能力を高めるための、効率の良い組み合わせについてMetsを加速度計や心拍数から推定した。さらに、本研究者らが報告した体操の平均心拍数を整理し、その体操のMetsを推定した。その結果は次の通りである。
1） 加速度計から推定した各種組み合わせのMetsは、2～8Metsの範囲であった。
2） 心拍数から推定した各種組み合わせのMetsは、4～8Metsの範囲であった。動き続ける能力を高めるための組み合わせ以外は、加速度計よりも心拍数からの推定の方が高いMetsを示した。
3)縄を使った体操では、回旋跳び、振る運動を組み合わせたコンビネーションが6～8Metsの範囲であった。回旋跳びは９Mets、振る運動は６Metsであった。イミテーション、筋力運動、エアロビクスを含んだスキー体操では、全ての運動が7～９Metsの範囲であった。イミテーションとエアロビクスは８Metsであった。
以上の結果より、運動計画を作成する上で、運動を選んだり、運動時間を選んだりすることが容易になる。
Ⅵ 文献
1) 古川善夫 (1988) ，縄を使った体操の心拍数，北海道体育学研究 Vol.23
2) 古川善夫，長谷川聖修，春山国広 (1995)，スキー体操の運動と心拍数から推定した運動強度，スポーツ方法学研究 第8巻 第1号
3) 厚生労働省（2006），運動基準・運動指針 普及定着ガイドブックⅢ
4) Joseph DiGennaro,小林義雄（1978）,運動処方と至適体力,15-17,泰流社
5) 文部科学省（2008），小学校学習指導要領,東山書房
6) 文部科学省（2008），小学校学習指導要領解説「体育編」23-27，40-44，61-64，東山書房
7) 文部科学省（2008），中学校学習指導要領,東山書房
8) 文部科学省（2008），中学校学習指導要領解説「保健体育編」28-40,東山書房
9) 文部科学省（2008），高等学校学習指導要領,東山書房
10) 文部科学省（2008），高等学校習指導要領解説「保健体育編」22-28,東山書房
11) 文部科学省（2010），新学習指導要領に基づく中学校・高等学校向け「体つくり運動」「体育理論」リーフレット
http:/www./mext.go.jp/a_menu/sports/jyujitsu/1306082.htm
12) 文部科学省（2010），平成22年度全国体力・運動能力、運動習慣等調査 報告書
13) 文部科学省（2010），平成22年度全国体力・運動能力、運動習慣等調査【活用シート】
http:/www./mext.go.jp/a_menu/sports/kodomo/zentyo1300118.htm
14) 森部未菜，古川善夫（2010），大学（体育実技Ⅰ）の推定運動強度（Mets），北海道教育大学旭川校，平成22年度学士論文
15) 小澤治夫,西端泉（2004）,最新フィットネス基礎理論 健康運動指導者のためのUP-DATEテキスト，316-317，社団法人 日本フィットネス協会
16) 佐々木敏，角田和彦 (1990），精神疲労回復に対する軽負荷運動の効果， 27-33，北海道体育協会