はじめに：なぜ最大心拍数の変化が重要なのか
最大心拍数（Maximum Heart Rate：MHR）は、運動強度を定量化し、トレーニングの個別化を進めるうえで不可欠な指標です。従来、MHRは「220−年齢」という単純な算出式に基づいて推定されてきましたが、トレーニングを積んだアスリートにおいては、しばしばこの予測式が実測値と乖離することが指摘されています。
Mukrimらによる本レビュー論文は、有酸素運動が心血管系および自律神経系に与える多面的な適応を整理し、MHRの変化の実態に迫る試みです。
有酸素運動と心血管の構造的適応
定期的な有酸素運動により、アスリートの心臓は「アスリート心（athlete’s heart）」と呼ばれる生理的変化を遂げます。これは左室および右室の拡大、壁厚の対称的な増加（同心性・偏心性肥大の組み合わせ）、心拍出量（CO）および1回拍出量（SV）の増大によって特徴づけられます。
実際、Sharmaらの研究によれば、有酸素トレーニングを積んだアスリートでは、非トレーニング者に比して安静時心拍数が有意に低下し、1回拍出量が増大していることが報告されています。これは心臓がより効率的に血液を拍出できるようになっていることを意味します。
WilsonとTanakaによる縦断研究では、有酸素トレーニングを継続することで加齢による最大心拍数の低下が緩やかになるという興味深い知見が得られています。これはトレーニングがMHRの年齢依存的な減衰曲線を「平坦化」しうることを意味しています。
このような心構造の変化は、運動時により高い強度を維持可能にするため、「高いMHRを引き出せる状態を保つ」一因であると考えられます。
さらに、運動後の心拍回復速度が速くなることも報告されており、これは自律神経系の再構築と密接に関連しています。
微細循環と酸素利用能の最適化
心筋および骨格筋における毛細血管密度の増加（血管新生）と内皮機能の向上は、有酸素運動による最も顕著な微細循環の適応です。これにより、運動中の酸素供給効率が格段に高まります。
Boothらによる研究は、有酸素トレーニングによって心筋の酸素利用効率（myocardial oxygen efficiency）が向上することを示しており、より高強度の運動を低酸素消費で実行できるようになります。これはマラソンやトライアスロンといった持久系競技において、極めて大きな利点をもたらします。
分子レベルでは、機械的ストレス（運動による心臓への負荷）がmTORシグナル経路を活性化し、タンパク質合成を促進することが知られています。また、血管内皮増殖因子（VEGF）の分泌が増加することで、心筋への毛細血管密度が向上し、酸素供給効率が高まります（Green et al., 2017）。これらの変化は、心臓がより少ないエネルギーで多くの血液を送り出すことを可能にし、結果として安静時心拍数が50拍/分以下（非アスリートの平均60～100拍/分）に低下するのです。
神経系の適応：副交感優位と圧反射（Baroflex）感受性の増強
有酸素運動による適応は心臓だけにとどまりません。副交感神経系の緊張度（vagal tone）の上昇は、安静時心拍数の低下、心拍変動（HRV）の増加といった形で現れます。これは心臓の自律神経制御が高度に調節されていることを示しており、心血管リスクの低減とも関連します。
研究によると、アスリートではHRVが非アスリートに比べて20～30%高いことが報告されています（Michael et al., 2017）。これは、心臓がストレスに対してより柔軟に反応できることを意味します。
また、圧受容器（baroreceptor）の感受性の向上は血圧調整能力を高め、運動時や姿勢変化時における循環安定性を保ちやすくします。さらに、化学受容器（chemoreceptor）感受性の改善も酸素および二酸化炭素のモニタリングを最適化し、全身のガス交換能力を補強します。
適応の時間経過とフェーズごとの変化
この論文は、運動開始から12週以上のフェーズごとに身体の適応が段階的に進行することを明らかにしています。
- 初期適応（0〜4週）：交感神経の活性化が優位で、心拍数と心拍出量の増加を中心に即時的な応答が生じます。
- 中期適応（4〜12週）：心筋の肥大、毛細血管新生、ミトコンドリア密度の上昇が顕著になります。筋肉の酸素消費効率も向上し、疲労耐性が増します。
- 後期適応（12週以降）：心臓構造の変化が安定し、最大酸素摂取量（VO₂max）が非アスリートより30～50%高くなります。酸化酵素活性の向上により、脂質や糖質の代謝効率が最大化されます。この段階では、安静時の循環効率も飛躍的に改善され、トレーニングの質と量のさらなる向上が可能となります。
MHRの「上昇」というより「維持・発現能の増強」という視点
本論文で取り上げられたTanakaら（2018）の研究は、伝統的な「220−年齢」式がアスリートには不適切であると指摘し、有酸素トレーニングによってMHRがより高く維持される傾向があることを示しています。
トレーニング歴が長いアスリートではMHRが5～10拍/分高くなるケースがあります（Tanaka et al., 2018）。これは、心臓の電気的リモデリング（イオンチャネルの発現変化）が関与していると考えられます。
MHRの生理的限界は、洞結節の発火能、交感神経のβ1受容体感受性、カテコラミン放出の動態などに依存しますが、これらはある程度トレーニングによって可塑的であると考えられています。すなわち、有酸素運動は「MHRを変化させる」というよりは、「より高いMHRを引き出せる生理的状態を維持する」という形で作用しているのです。
しかしながら、総じて「MHRが上昇する」と表現されがちな現象が、実際には「一般式による過小評価」と「トレーニングによる生理的最大値の維持・発現しやすさ」である可能性も示唆されています。
実践への応用：明日からできるトレーニング設計
本研究から得られる実践的教訓は、最大心拍数や運動強度を一律の公式で決定するのではなく、各アスリートのトレーニング背景に応じた個別の心拍応答プロファイルを構築することの重要性です。
特にトレーニング効果を最大化し、オーバートレーニングや自律神経失調を防ぐためには、HRVモニタリングやリカバリー心拍数（recovery HR）を活用したフィードバック制御が推奨されます。トレーニングログや自律神経バランスの定期的な評価を通じて、身体がどのフェーズにあるのかを見極めることが鍵となります。
本研究の意義
本研究の新規性は、最大心拍数（MHR）が不変ではなく、トレーニングによって上限が変化しうる可塑的な指標であるという点を、心臓の構造・機能・神経系・代謝系の多面的観察から裏付けた点にあります。従来の「220－年齢」の公式に代わる、より動的かつ個別化されたトレーニングアプローチの必要性が強調されました。
また、神経系の適応やフェーズ別の生理変化を系統的に整理し、実践的応用へと結びつけた点は、トレーニング科学・スポーツ医学の両面で極めて有用です。
まとめ
高強度有酸素運動は、アスリートの心臓に特異的な適応をもたらし、最大心拍数の向上やエネルギー効率の最適化を実現します。これらの知見は、トレーニングプログラムの設計やパフォーマンス評価に直接応用可能です。明日からできることとして、HRVのモニタリングや12週間を目安としたトレーニング計画の立案が挙げられます。
参考文献
Mukrim, H., & Bin Ilyas, M. (2025). A Comprehensive Review: The Correlation Between Intensive Aerobic Exercise and Maximum Heart Rate in Athletes. Journal Physical Health Recreation (JPHR), 5(2), 430–434. https://jurnal.stokbinaguna.ac.id/index.php/JPHR
