peak RERとは?仕組みと1.10の目安

peak VO2とは?の記事で少しだけ触れたpeak RER(運動を終えた時点のガス交換比)を、生理の仕組みから掘り下げます。

結論から言うと、peak RERは、運動負荷試験でどこまで追い込めたかを見る手がかりの一つです。

• 国内のガイドライン(2021年改訂版。以下、ガイドライン)は、1.10以上を信頼できるpeak VO2(最高酸素摂取量)を得るうえで重要、1.05未満を負荷不十分としている
• 1.05以上1.10未満(例:1.08)の扱いは、ガイドラインに書かれていない
• 英国の声明(ARTP)は、RERは最大努力の信頼できる指標ではないとし、VO2の頭打ちなど、ほかの判断材料も挙げている

Rとは何か(呼吸商との違い)

CPX(心肺運動負荷試験)では、体に取り込まれた酸素の量(VO2)と、口や鼻から出ていった二酸化炭素の量(VCO2)を測ります。この比であるVCO2 ÷ VO2がR(ガス交換比)で、RERとも表記されます。運動を終えた時点でのRがpeak RERです。運動後の回復期に上がった値は含めません。

似た言葉の呼吸商(RQ)は、酸素が十分にある状態での、細胞のCO2産生量とO2消費量の比です。

体内には、CO2がたくわえられています(貯蔵)。貯蔵の量が増減しない安定した状態(定常状態)では、RとRQはほぼ同じ値になります。しかし貯蔵されたCO2が出入りすると、2つはずれます(図1)。

• 過換気(必要以上に呼吸が増えること)では、貯蔵から余分なCO2が出て、RはRQより大きくなる
• 低換気(換気が足りないこと)では、CO2が貯蔵にたまり、RはRQより小さくなる

図1　当サイト作成の模式図。ずれの原因の一つ(CO2の貯蔵の出入り)を示す。心臓リハビリテーション必携 p17–18、CPXポケットマニュアル p96をもとに作図。

呼吸商は燃やす栄養素で決まります。ブドウ糖(糖質)は、使う酸素と出てくる二酸化炭素の分子の数が同じなので1になります。分子の中の酸素の割合が少ないたんぱく質(約0.8)・脂肪(約0.7)は、1より小さくなります。

ただし運動中のRには、乳酸が増える影響や換気の増加で出ていくCO2も上乗せされます。そのため、Rは「燃やしている栄養素の割合」をそのまま表す値ではありません。

安静時のRはどのくらい?

安静時のRは0.82〜0.83程度が目安です(『心臓リハビリテーション必携』。以下、必携)。『CPXポケットマニュアル』では0.82〜0.84としています。「安静時は0.7くらい」と覚えていると、ガス分析装置の較正(キャリブレーション)が必要な値(0.7未満)に気づきにくくなります。0.7を下回るときや1を超えるときの確認ポイントは、後半の表にまとめました。

なお慢性心不全では、酸素不足の組織での無気的(酸素を使わない)代謝や、糖に頼る割合が大きいことなどから、安静時から0.9を超えることがあります(CPXポケットマニュアル)。

運動中と運動後のRの動き

AT(嫌気性代謝閾値)は、運動中に呼気ガスの増え方が変わる点です。RCP(呼吸性代償点。ガイドラインや必携では「呼吸性代償開始点」とも)も、運動中に呼気ガスの増え方が変わる点です。ATではVCO2とVE(換気量)の増え方が、RCPではVEの増え方が、それぞれ強まります(ガイドライン)。

運動開始からATまで

必携は、呼気ガスでATを判定する方法の説明の中で、運動を始めた後、Rはいったんわずかに下がり、その後一定になるか再び上がるとしています。必携は理由を、一定の強さで運動を続けたときの説明として、開始から少したつと産生されたCO2が組織に溶け込みやすく、すぐには息として出ていかないためとしています。

私が普段担当しているCPXでも、測定を始めた時点(安静時)ではRが1を超えていることが少なくありません。ウォームアップでこぎ始めるとRがいったん下がり、そこから上がっていく経過をよく見ます。安静時のRが1を超えるときは、検査前の緊張による過換気が考えられます(後半の表の2行目)。

その後ATまでは、VO2に比例してVCO2も増えるため、Rは一定のまま、またはゆるやかに上がる程度です。強度が上がるにつれ、使われる栄養素が糖寄りになることも要因の一つとされています。ATまではRは1.0以下で、健常例のAT時の平均は0.94前後です(CPXポケットマニュアル)。

ATを超えると

次の流れで、Rの上がり方が急になります。

1. 酸素を使わない無気的な代謝が加わる
2. 余分なピルビン酸(糖が分解されてできる物質)が乳酸になる
3. 乳酸が重炭酸イオン(酸を受け止める物質)で緩衝(pHが下がるのを抑えること)され、追加のCO2が生まれる
4. 排出されるCO2(VCO2)が増え、Rの上がり方が急になる

その後、Rは1.0を超えて増え続けます。ATの判定基準の一つに「Rの上昇点」があるのは、この仕組みによります。見つけ方はATとは?CPXでの意味と判定方法を解説で扱っています。

RCPを超えると

乳酸を緩衝しきれなくなり、体は換気を増やしてCO2を吐き出します(呼吸性代償)。RCPの前後でRの上がり方が変わるかは、資料によって説明が異なるため、この記事では扱いません。RCPは、VE/VCO2(換気量 ÷ CO2排出量)が上がり始める点などで見つけます(必携、CPXポケットガイドブック)。くわしくはRCPとは?ATとの違いをやさしく解説で扱っています。

運動を終えた後のR

peak RERは、運動を終えた時点でのRです(Glaab & Taube 2022は、運動終了時のRERを努力の指標の一つに挙げています)。ATを超える運動では、運動をやめてもRはしばらく上がり続け、その後下がります。VO2はすぐに下がる一方、CO2の産生は急には減らず、VCO2がゆっくり下がるためです。回復期に上がった値を、peak RERとして読まないようにしましょう。

peak RERの目安:1.10と1.05

ここまで見たように、Rは運動の強さとともに大きくなります。海外の総説(Glaab & Taube 2022)は、RERは運動中の乳酸の増え方に左右され、努力の程度を映すと説明しています。ガイドラインも、peak RERを負荷の程度を表す指標としています。そのためpeak RERは、そのpeak VO2が十分な負荷で得られた値かを確かめる手がかりになります。

2021年改訂版 心血管疾患におけるリハビリテーションに関するガイドラインでは、peak RER 1.10以上が信頼できるpeak VO2を得るうえで重要とされています。一方、1.05未満は負荷不十分で、peak VO2の信頼性は低くなります。1.05以上1.10未満の扱いや、目安が1.10・1.05である理由は、ガイドラインには書かれていません。

目安の数字は、資料によって幅があります(図2)。

図2　当サイト作成。2021年改訂版ガイドライン p23、CPXポケットマニュアル p95、CPXポケットガイドブック p95・124・127–129、Glaab & Taube 2022 p5、ARTP 2021 p21をもとに作図。CPXポケットマニュアルは、2021年のガイドラインより前(2020年)の資料。

ARTP以外の資料では、次のように目安の意味や条件が示されています。

• CPXポケットマニュアル(p95)では、ランプ負荷(運動の強さを一定の割合で上げていく方法)でRが1.15〜1.20を超えた場合、ほぼ最大負荷に近いところまで検査できたと考えられます。
• CPXポケットガイドブックの第5章(p95)では、最大負荷時のRERが1.1を超えていないときは、心肺に十分な負荷がかかったとは言えないとしています。
• 同書の第6章(p127–128)では、息切れの原因を調べる場面でRが1.05を超えない場合は、心肺への負荷が不十分で、下肢の筋力低下が原因として疑われるとしています。ただし、同じ章の表2(p124)では1.1が使われており、章内でも表記が分かれています。
• Glaab & Taube 2022(p5)は、運動終了時のRERが疾患のある人で1.05以上、健常な人で1.1以上であることを、十分な努力を示唆する指標の一つに挙げています。これらの値に達しても、検査を終える合図にはしないとしています。

一方ARTP(英国のAssociation for Respiratory Technology and Physiology)は、RERについて次のように述べています。

• 過換気や不規則な呼吸で変動するため(過換気でRが大きくなる仕組みは図1)、最大努力の信頼できる指標ではない
• 1.05で最大努力を判定することには強く反対する
• 1.15超を支持材料とするのは、グラフが正常に見える場合、つまり安静時や基準の運動時にRが1を超えておらず、呼吸の乱れによる揺れもない場合に限る

最大努力かを判断する材料(ARTP)

ARTPは、CPXで最大努力だったかを判断する材料として、次を挙げています。いずれも、限界近くまで運動できたかを見るための目安です。目安を満たさないことだけで、最大努力ではなかったとは断定できません。

• VO2が頭打ちになった
• 心拍数が予測最大心拍数の90%に達した
• 呼吸予備能(全力で呼吸したときの換気量に対して、換気にどれだけ余裕が残っているかの割合)が15%未満
• 下肢疲労または息切れが、mBorgで9/10以上
• 血中乳酸が8 mmol/L以上(測定した場合)

修正Borgスケール(modified Borg scale)について、国内の『進行性疾患患者の呼吸困難の緩和に関する診療ガイドライン』(日本緩和医療学会、2023年版)は、**0〜10の12段階(0.5を含む)**から本人が呼吸困難の強さを選ぶ尺度として説明しています。この尺度の説明と、ARTPの「mBorgで9/10以上」という判断の目安は分けて読みます。

通常のBorg指数(Borg RPE)は6〜20の尺度で、国内ガイドラインでは運動療法の強度設定に用いられています。ここでのmBorgとは別の尺度です。Glaab & Taube 2022では、検査終了時の息切れ・脚の努力感を記録する尺度をmodified Borg CR10と表記しています。ARTPの「mBorgで9/10以上」は最大努力かを判断する材料であり、運動療法の目標強度とは区別して読みます。

この説明は、それぞれの資料での使われ方を示したものです。「通常版は運動療法専用、修正版はCPX専用」という意味ではなく、9/10を6〜20の尺度へ換算するものでもありません。

なお、重度の心不全や糖尿病、β遮断薬の投与中は、運動に伴う心拍の増加が小さくなることがあります(CPXポケットガイドブック)。心拍数の目安を読むときは、この点にも気をつけます。

例:peak RERが1.08だったら?

架空の例として、次の結果を考えます。

• peak RER:1.08
• 下肢疲労:mBorgで9/10
• 呼吸予備能:12%

RERは1.10に届きませんが、下肢疲労と呼吸予備能は目安を満たしており、追い込めた可能性を支持する材料になります。ただし、いくつ満たせば十分かは、ARTPの声明にも書かれていません。複数の指標を見て考えます。

Rの値がおかしいときのチェック

Rは、測定の条件や患者さんの状態でも動きます。

表の出典:必携(1・4行目)、Glaab & Taube 2022(2〜3行目)、CPXポケットガイドブック(2行目の検査前の緊張、5行目)。

まとめ

• Rは、CO2排出量 ÷ O2摂取量のガス交換比。呼吸商(RQ)とは別のもので、体内のCO2の出入りや換気の影響も受ける
• Rは、ATを境に上がり方が急になる。peak RERは、運動を終えた時点でのRで、回復期に上がった値とは区別する
• ガイドラインの目安は、1.10以上(信頼できるpeak VO2を得るうえで重要)と1.05未満(負荷不十分)。資料によって数字には幅があり、ARTPはRERを最大努力の信頼できる指標としていない

CPXのほかの記事はCPX・運動処方のカテゴリにまとめています。検査の全体の流れはCPXとは?検査の流れと結果の見方入門で整理しています。

理解確認問題

当サイトが作成した非公式の確認問題であり、学会とは無関係です。学会の試験問題ではありません。

問1

ATを境にRの上がり方が急になる直接の理由として、最も適切なのはどれですか。

1. ATを境に、使われる栄養素が脂肪寄りになるから
2. 運動をやめると、VO2のほうが先に下がるから
3. 乳酸の緩衝で、追加の二酸化炭素が生じるから
4. 体内のCO2の貯蔵が増え、口から出るCO2が減るから

正解と解説を見る

正解: 3

ATを超えると、乳酸が重炭酸イオンで緩衝され、追加のCO2が生じます。そのため排出されるCO2が増え、Rの上がり方が急になります。1は誤りです。強度が上がると、使われる栄養素はむしろ糖寄りになります。脂肪の呼吸商は約0.7なので、Rを上げる理由にもなりません。2は、運動をやめた後(回復期)にRが上がり続ける理由です。4も誤りです。CO2が貯蔵にたまると、RはRQより小さくなります(低換気のとき)。

問2

peak RERの目安について述べた文のうち、最も適切なのはどれですか。

1. ガイドラインは、1.05以上1.10未満を「負荷不十分」としている
2. 国内の資料では、peak RERの目安の値は1.10で統一されている
3. 運動を終えた後の回復期に上がったRの値も、peak RERとして読む
4. ガイドラインは、1.10以上を信頼できるpeak VO2を得るうえで重要としている

正解と解説を見る

正解: 4

1は誤りです。ガイドラインが負荷不十分とするのは1.05未満で、1.05以上1.10未満の扱いは書かれていません。2も誤りです。国内の資料でも、CPXポケットマニュアルは1.15〜1.20、CPXポケットガイドブックは1.1と1.05の両方を使っています(図2)。3も誤りです。peak RERは、運動を終えた時点でのRです。

問3

架空の検査結果として、peak RER 1.07、下肢疲労と息切れはどちらもmBorgで4/10、呼吸予備能は40%でした。この結果の読み方として、最も適切なのはどれですか。

1. peak RERが1.05以上なので、十分に追い込めたと判断できる
2. 示された結果だけでは最大努力だったかを判断できず、ほかの指標や検査を終了した理由も確認する
3. ガイドラインでは、1.07は負荷十分の範囲と明記されている
4. ほかの指標は見ずに、このpeak VO2をそのまま運動耐容能の上限とみなす

正解と解説を見る

正解: 2

1.07は、ガイドラインで扱いが書かれていない範囲です。下肢疲労と息切れがどちらもmBorgで4/10、呼吸予備能が40%という結果は、ここで紹介したARTPの目安(mBorgで9/10以上、呼吸予備能15%未満)を満たしていません。ただし、これらは判断材料であり、満たさなければ最大努力ではないと決める規則ではありません。示された結果だけで、このpeak VO2が最大限の努力で得られた値かどうかは断定できないため、2が適切です。

1は、1.05以上というだけで十分とは言えないため誤りです。3は、そのような記載はないため誤りです。4は、ほかの指標や検査を終了した理由を確認せずに判断している点が誤りです。