【科研解説】水中心拍数誤差分析：光学グリーンライトセンサーと胸ベルト心拍計の水泳における比較報告：トップ選手の体力特性研究（第774篇）

参考論文出典：Journal of Sports Sciences • 国際科研成果解説シリーズ

本稿では水中心拍数測定の誤差要因を考察し、光学グリーンライトセンサー（PPG）と胸ベルト心拍計（ECGベース）の水泳環境における正確性の差異を比較する。

光学心拍センサーの誤差要因

光学心拍センサー（多くのスポーツウォッチに採用）は、グリーンLEDを皮膚に照射し、血流による反射光の変化を検出して心拍数を算出する。水泳の場面では主に3つの誤差要因がある：

• 水の浸入による干渉：水流がベルトと皮膚の隙間から浸入し、センサーと皮膚の密着状態を変化させ、光学シグナルの安定性を損なう
• 手首の筋肉の反復収縮：ストローク動作により手首の筋肉と皮下組織が繰り返し圧迫され、光学シグナルが筋肉の血流シグナルに汚染されやすく、心拍シグナルとの区別が困難になる
• 低温による血管収縮：水温が低いと末梢血管が収縮し、皮膚表層の血流量が低下するため、光学シグナル自体の強度が弱まる

胸ベルト心拍計の相対的優位性と限界

胸ベルトは電極により心臓の電気シグナルを直接検出する（簡易版心電図に類似）。皮膚表層の血流変化の影響を受けず、理論上は正確性が高く、多くのスポーツ科学研究で採用される「ゴールドスタンダード」比較基準でもある。ただし胸ベルトにも水泳の場面での限界がある：良好な密着度を維持して初めてシグナルが安定し、長時間の水泳では皮膚の発汗・浸水により電極の密着が緩む可能性があり、また一部の胸ベルト製品の防水等級は長時間の浸水に耐えられない。

2つの測定方式の誤差幅の対照（参考）

中核となる研究結論と実務的アドバイス

• 高強度トレーニングでは胸ベルトを第一選択に：正確な心拍数ゾーントレーニング（インターバルメニューなど）が必要な場合は、十分な防水等級を持つ胸ベルト心拍計の使用を推奨
• 光学ウォッチはトレンド把握用に：光学センサーデータには誤差があるものの、長期的なトレーニングトレンドやおおよその強度分布の参考にはなり、誤差があるからといって完全に捨てる必要はない
• デバイスの密着度を確認：どの測定方式でも、トレーニング前にデバイスの密着度が適切かを確認することが、誤差を減らす最も直接的で効果的な方法
• 主観的強度と組み合わせる：水中の心拍数データが不安定な場合は、主観的強度スケール（RPE）をペース調整の補助指標として併用する

よくある研究Q&A（FAQ）

Q：水泳中にウォッチの心拍数が頻繁に上下して乱れるのはなぜ？

A：多くは光学シグナルが水流や手首の筋肉動作によって干渉を受けて生じるノイズであり、実際の心拍数が激しく変動しているわけではない。単発の数値ではなくトレンドラインで判断することを推奨。

Q：すべての胸ベルト心拍計が水泳に適しているか？

A：そうではない。水中使用に適した防水等級とシグナル伝送方式が明記されているかを確認する必要がある（一部の胸ベルトはBluetooth伝送のため水中で通信が途切れる。水中メモリー保存機能付きのモデルを選ぶこと）。

参考文献と学術引用

1. Journal of Sports Sciences — ウェアラブルデバイスの心拍数測定精度比較に関する研究方向。
2. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics — 光学心拍センサーのシグナルノイズ処理に関する文献。

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