エルゴメーター負荷試験とは？検査方法・評価項目・結果の見方を解説

　自転車エルゴメーターを用いた運動耐容能評価とリハビリテーションへの活用

　エルゴメーター負荷試験は、自転車型などの運動負荷装置を用い、運動中の心電図・心拍数・血圧・自覚症状などを確認する検査です。負荷量を調整しながら反応を追えるため、運動耐容能の把握や運動処方の検討に役立ちます。

　本記事では、医療機関で行う下肢の自転車エルゴメーター負荷試験を中心に、検査の目的、実施の流れ、評価項目、結果の解釈を解説します。呼気ガス分析を併用する心肺運動負荷試験との違いも整理します。検査は医師の指示と施設の安全管理体制のもとで実施します。［1–3］

エルゴメーター負荷試験とは

　エルゴメーターは、身体に加える運動負荷を設定できる装置です。臨床では自転車型が広く使われ、座位でペダルをこぎながら負荷を増やしていきます。リカンベント型や上肢用の装置もありますが、姿勢や使う筋群が異なるため、結果や基準値をそのまま共通には扱えません。

　自転車エルゴメーターでは、外的な仕事率をW（ワット）で示します。Wは単位時間あたりの仕事を表し、ペダル回転数を示すrpmとは別の指標です。同じ50 Wでも、体格、体力、疾患、運動効率によって身体への負担は異なります。

検査の目的

　主な目的は、運動中の心血管反応や症状を把握し、安全に行える運動の範囲を検討することです。運動で生じる心筋虚血や不整脈の評価、治療やリハビリテーション前後の比較にも用いられます。息切れや易疲労性の原因を詳しく検討するときには、呼気ガス分析を加えた評価が役立ちます。［1］

心肺運動負荷試験との違い

　「エルゴメーター」は負荷をかける装置、「心肺運動負荷試験」は呼気ガス分析を併用して評価する検査です。自転車エルゴメーターを使った検査が、すべて心肺運動負荷試験になるわけではありません。心肺運動負荷試験はCPXまたはCPETと呼ばれます。［1］

項目	呼気ガス分析なし	呼気ガス分析ありのCPX
主な測定	負荷量、心電図、心拍数、血圧、症状など	左記に加えて酸素摂取量、二酸化炭素排出量、換気量など
評価できること	運動時の循環反応や症状、到達負荷量	運動耐容能や換気応答をより詳しく評価
ATやpeak VO₂	呼気ガスによる実測や判定はできない	呼気ガスデータから評価する

　AT（嫌気性代謝閾値）は、運動強度の増加に伴い代謝や換気の反応が変わる境目を捉える指標です。　　「この心拍数ならAT」「このWならAT」と一律に決めることはできません。呼気ガス分析のない機器が示す酸素摂取量やMETsは、推定方法を確認して扱います。

負荷のかけ方

方法	負荷の変化	主な用途
ランプ負荷法	負荷を連続的に増加させる	CPXで反応の変化やATを評価
ステップ負荷法	一定時間ごとに段階的に増加させる	各段階の反応や到達負荷量を評価
一定負荷法	設定した負荷を一定に保つ	持続時間や一定負荷に対する反応を評価

　ランプ負荷法では、体力や疾患に合わせて1分あたりの増加量を調整します。CPXの標準化では、漸増負荷の部分がおよそ8～12分になるように設計することが目安とされています。これは安静、準備運動、回復期を含めた検査全体の時間ではありません。［2］

　負荷量や増加幅は全員共通ではありません。増加が急すぎると早期に脚が疲れ、緩やかすぎると長時間の運動による疲労が結果に影響するため、検査の目的と予測される能力に合わせて設定します。

① よく使うのはランプ負荷法

　ペダルの回転数を保ちながら、負荷を滑らかに増やす方法です。CPXでは、次のような構成が標準的な目安になります。PubMed

段階	時間の目安	内容
安静	3分以上	座位で安静時のデータを測定
ウォーミングアップ	約3分	無負荷または機器の最低負荷でこぐ
漸増負荷	約8～12分	一定の増加率で負荷を上げる
回復期	2～3分以上	負荷を下げ、状態が安定するまで観察

　負荷の増加率には、10 W/分、20 W/分、30 W/分などが使われます。メーカーの解説では、心疾患患者・高齢者に10 W/分、中年者に20 W/分、運動習慣のある人に30 W/分という例が示されています。ただし、これは設定例であり、年齢だけで決める基準ではありません。フクダ電子

　例えば、10 Wから開始して10 W/分で増やす設定なら、次のようになります。

漸増開始からの時間	設定負荷
開始時	10 W
1分後	20 W
2分後	30 W
3分後	40 W
4分後	50 W

　これは説明用の例です。ランプ負荷では、表の数値の間も滑らかに増加します。症状や中止所見があれば、その時点で終了します。

② ステップ負荷法や一定負荷法もある

方法	具体的な設定例	評価する内容
ステップ負荷法	25 Wで3分→50 Wで3分→75 Wで3分	各段階での反応や到達負荷量
一定負荷法	事前評価に基づいて設定した40 Wを維持	持続時間や、同じ負荷に対する反応

　数値は説明用の例です。ステップ負荷には1分ごとに増加させる方法や、約3分ずつ維持する多段階法などがあり、目的によって使い分けます。thoracic.org

③ 機器に登録されたプログラムもある

　機種によっては、ランプ負荷や多段階負荷のプログラムを登録・自動実行できます。また、運動負荷心電計や呼気ガス分析装置からエルゴメーターを制御する構成もあります。

　実際にストレングスエルゴ240では、運動負荷試験用のプログラムが用意されています。機器の自動プログラムと、患者さんに適した検査設定かどうかの判断は別に必要です。mee.co.jp

④ Wは「仕事量」ではなく「仕事率」

指標	単位	意味
仕事率	W	単位時間あたりに行う仕事
負荷の増加率	W/分	1分あたり、何Wずつ増やすか
総仕事量	J、kJ	運動中に行った仕事の合計
ペダル回転数	rpm	1分間のペダルの回転数

　1 W＝1 J/秒です。例えば50 Wで10分間こいだ場合、外的な総仕事量は「50×600＝30,000 J」、つまり30 kJになります。負荷が変わる場合は、それぞれの区間の仕事量を合計します。mee.co.jp

　この30 kJは、ペダルを通じて行った機械的な仕事です。身体が消費した代謝エネルギーや消費カロリーとは異なります。

検査前に確認すること

病状と実施の可否を確認する

　不安定狭心症、非代償性心不全、血行動態に影響する重篤な不整脈、症候性の重症大動脈弁狭窄症、急性心筋炎、急性肺血栓塞栓症、急性大動脈解離などでは、運動負荷試験が禁忌となる場合があります。安静時血圧の著しい高値や急性疾患、発熱なども含め、医師が実施の可否を判断します。［2］

　下肢の麻痺、関節痛、可動域制限、認知機能、指示理解、移乗能力も確認します。自転車をこぐこと自体が難しい場合には、別の評価方法を検討します。

服薬と測定条件を確認する

　β遮断薬などは運動中の心拍応答に影響します。内服内容と服薬時刻を記録し、検査目的に応じて医師が服薬条件を指定します。患者さんの自己判断で休薬することは避けます。食事、カフェイン、喫煙、直前の運動についても施設の事前説明に従います。［1、2］

機器と緊急時の体制を整える

　エルゴメーター、心電図、血圧計、必要に応じたパルスオキシメーターを準備します。CPXでは呼気ガス分析装置の校正とマスクなどの装着確認も必要です。救急対応に必要な機器と連絡体制を確認し、担当者間で役割を共有します。［2、3］

検査の基本的な流れ

1 安静時の状態と乗車姿勢を確認する

　検査の目的、進行、症状の伝え方、いつでも中止を申し出られることを説明します。安静時の心電図、心拍数、血圧、自覚症状を確認し、必要に応じてSpO₂を測定します。サドルは、ペダル最下点で膝が軽く曲がり、骨盤が大きく揺れずにこげる高さを目安に調整します。

2 低負荷でペダリングを練習する

　無負荷または低負荷で運動を開始し、回転数を一定に保つ練習をします。50～60 rpmなどの指定が用いられますが、機器とプロトコールに従います。「無負荷」でも脚を動かすための代謝的な負担がなくなるわけではありません。［2、3］

3 設定した方法で負荷を増やす

　回転数を保ちながら、ランプ負荷またはステップ負荷で運動を続けます。心電図と心拍数を連続監視し、血圧、自覚症状、必要に応じたSpO₂を定めた間隔で確認します。息切れと脚の疲労は分けて尋ねると、終了理由を把握しやすくなります。

　息切れの程度を数値で記録する方法については、「修正Borgスケールによる息切れの評価」をご覧ください。

4 終了理由を記録して回復を観察する

　症候限界や所定の終了条件に達したら負荷を終了し、最高到達負荷量、運動時間、症状、終了理由を記録します。状態が安定していれば低負荷のクールダウンを行います。重篤な異常時にはクールダウンを優先せず、ただちに運動を中止して必要な対応を行います。

　運動終了後にも低血圧や不整脈などが生じるため、心電図・心拍数・血圧・症状が安定するまで観察します。［3］

中止を判断する主な所見

　中止基準は、診断目的の負荷試験、CPX、日常の運動療法で適用の仕方が異なります。検査前に、医師が定めた終了条件と施設の運動負荷試験手順を共有します。以下は主な所見の整理であり、網羅的な判定表ではありません。［2］

• 患者さんが中止を希望した場合。
• 中等度以上の胸痛、強い呼吸困難、めまい、失神前症状、意識状態の変化がある場合。
• 顔面蒼白、チアノーゼ、冷汗など循環不全を疑う兆候がある場合。
• 持続性心室頻拍など危険な不整脈や、重要な虚血性心電図変化を認める場合。
• 負荷が増えているのに収縮期血圧が低下する、または過度の血圧上昇を認める場合。
• 著しい酸素飽和度低下や、重度の脚の疲労・痛みにより継続困難な場合。
• 心電図や血圧を安全に監視できない場合や、装置に異常がある場合。

　血圧やSpO₂の数値だけで続行を判断せず、症状、心電図、変化の速さ、基礎疾患を合わせて評価します。また、年齢から予測した最大心拍数の一定割合に達したことだけで、すべての症候限界性試験を終了するわけではありません。

結果の見方

到達したWと終了理由を合わせて読む

　最高到達負荷量は、その検査でどの負荷まで実施できたかを示します。ただし、到達したWだけでは心肺機能の優劣は判断できません。脚の疲労、膝痛、ペダリングへの不慣れで終了した場合には、心肺機能の限界に達する前に検査が終わっている可能性があります。

同じ負荷に対する反応を比べる

　再評価では、最高到達負荷量に加えて、同じWでの心拍数、血圧、息切れ、脚の疲労を比較します。以前より楽にこげることは改善を考える手がかりですが、薬剤変更、貧血、体調、測定条件の違いも確認します。心拍数が低くなったことだけで改善とは判断しません。

CPXでは複数の呼気ガス指標を組み合わせる

　peak VO₂は検査中に得られた最高の酸素摂取量です。VO₂maxは負荷を増やしても酸素摂取量が頭打ちになるなど、最大値と判断する条件を満たした値を指すため、peak VO₂と常に同じではありません。［3］

　ATは運動強度設定の参考となり、VE/VCO₂ slopeは二酸化炭素排出に対する換気応答を捉えます。各指標は年齢、疾患、負荷方法、努力の程度などの影響を受けます。単独の値で原因を断定せず、症状や他の検査所見と合わせて医師が解釈します。［1］

リハビリテーションでの活用

　検査結果は、有酸素運動の負荷量や時間、監視の必要性を検討する材料になります。AT付近の心拍数や負荷量を参考にする場合も、ランプ負荷中には負荷と酸素摂取応答に時間差があるため、その時点のWをそのまま一定負荷運動に置き換えると過大になることがあります。医師の運動処方に基づいて設定します。［1］

　自転車で得られた負荷量を、歩行や階段昇降に直接換算することもできません。生活場面への応用には、歩行時の心拍数、息切れ、SpO₂、回復時間などを別に確認します。

他の運動耐容能評価との使い分け

評価	主に捉えること	選択時の注意
自転車エルゴメーター負荷試験	設定した仕事率に対する生体反応	脚の筋力やペダリング能力が影響
トレッドミル負荷試験	速度と傾斜を変えた歩行中の反応	歩行能力や転倒リスクを考慮
6分間歩行試験と2分間歩行試験	規定時間内の歩行距離と症状	歩行障害やコース条件が影響
ISWT	信号音に合わせた漸増速度での歩行能力	方向転換や歩行速度への対応が必要
ESWT	設定された歩行速度での持久性	速度設定と測定条件の統一が重要

　「運動中の心電図や循環反応を詳しくみたい」「歩行としてどれだけ続けられるか知りたい」など、評価したい内容に応じて選びます。異なる検査で得られた距離、時間、Wを同じ尺度として比較することは避けます。

記録しておきたい項目

　検査日、検査目的、使用機器、負荷方法、初期負荷、増加量、回転数、サドル位置、服薬条件、酸素投与条件を記録します。安静・運動・回復の各時点の心拍数と血圧、心電図所見、必要に応じたSpO₂、自覚症状、最高到達負荷量、運動時間、終了理由も残します。CPXでは呼気ガス指標とその判定条件を加えます。

　Borg RPEの6～20と、修正Borgなどの0～10の尺度は、名称と値を明記して区別します。尺度の図表や評価用紙を転載する場合には、権利者の利用条件を別途確認します。

まとめ

　エルゴメーター負荷試験では、調整した負荷に対する心電図、心拍数、血圧、症状の変化を評価します。呼気ガス分析を併用すれば、酸素摂取量やATなどをより詳しく検討できます。結果を読むときは、到達負荷量と終了理由、脚の機能、服薬、測定条件を合わせて確認し、適切な運動処方と再評価につなげましょう。

参考文献

［1］日本循環器学会・日本心臓リハビリテーション学会．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．公開PDF表紙に2026年6月20日更新と記載．第2章 身体活動能力の評価を参照．
https://www.j-circ.or.jp/cms/wp-content/uploads/2021/03/JCS2021_Makita.pdf

［2］Radtke T, et al. ERS statement on standardisation of cardiopulmonary exercise testing in chronic lung diseases. Eur Respir Rev. 2019;28:180101. doi:10.1183/16000617.0101-2018.
https://publications.ersnet.org/content/errev/28/154/180101

［3］ジャパンハートクラブ．心肺運動負荷試験実施法．機器の特徴と基本手順の参考資料．
https://npo-jhc.org/cepp/cpet2txt.html