【科学研究レビュー】水中心拍誤差分析：光学式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レポート: 国際科学研究文献翻訳・レビューレポート （第195回）

本稿では、水中心拍測定の誤差要因について、光学式グリーンライトセンサー（PPG）と胸ベルト心拍計（心電図ベース）の水泳環境における精度の違いを比較する。

光学式心拍センシングの誤差要因

光学式心拍センサー（多くのスポーツウォッチが採用）は、緑色LEDを皮膚に照射し、血流反射光の変化から心拍数を推定する。水泳の状況では、主に3つの誤差要因がある。

• 水の浸入による干渉：ストラップと皮膚の隙間から水が浸入し、センサーと皮膚の密着状態が変化することで、光学信号の安定性が損なわれる
• 手首筋肉の反復収縮：ストローク動作により手首の筋肉と皮下組織が反復的に圧迫され、光学信号が筋肉の血流信号によって汚染されやすく、心拍信号との区別が難しくなる
• 低温による血管収縮：水温が低い場合、末梢血管が収縮し、皮膚表層の血流量が低下することで、光学信号の強度自体が弱まる

胸ベルト心拍計の相対的な利点と限界

胸ベルトは電極を通じて心臓の電気信号を直接検出する（簡易版心電図に類似）ため、皮膚表層の血流変化の影響を受けず、理論的には精度が高く、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」の比較基準となっている。ただし、胸ベルトにも水泳環境における限界がある。安定した信号を維持するには良好な密着度が必要であり、長時間の水泳では発汗や浸水によって電極の密着が緩む可能性があり、一部の胸ベルト製品は長時間の水没に耐えるだけの防水等級を備えていない。

2つのセンシング方式の誤差幅の対照（イメージ）

主要な研究結論と実践的アドバイス

• 高強度トレーニングには胸ベルトを優先：インターバルメニューなど、正確な心拍ゾーントレーニングが必要な場合は、十分な防水等級を持つ胸ベルト心拍計の使用を推奨する
• 光学式ウォッチはトレンド参考として活用：光学式センシング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としては依然として有用であり、誤差を理由に完全に捨てる必要はない
• デバイスの密着度を確認：どのセンシング方式であっても、トレーニング前にデバイスの密着度が適度であることを確認することが、誤差を減らす最も直接的かつ効果的な方法である
• 自覚的運動強度との併用：水中心拍データが不安定な場合は、自覚的運動強度（RPE）スケールをペース調整の補助的な根拠として併用できる

よくある質問 (FAQ)

Q：なぜ水泳中の心拍数がウォッチで頻繁に乱高下するのですか？

A：多くの場合、水流や手首の筋肉動作によって光学信号が干渉されて生じるノイズであり、実際の心拍が激しく変動しているわけではありません。単一の数値ではなくトレンドラインで判読することをお勧めします。

Q：すべての胸ベルト心拍計は水泳に適していますか？

A：いいえ。製品が水中使用に明確に対応していること、適切な防水等級と信号伝送方式を備えていることを確認する必要があります（一部の胸ベルトはBluetooth伝送のため水中で通信が途切れることがあり、水中メモリー機能を持つモデルを選ぶ必要があります）。

参考文献・学術引用

1. Journal of Sports Sciences — ウェアラブルデバイスの心拍測定精度比較に関する研究方向。
2. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics — 光学式心拍センシング信号のノイズ処理に関する文献。