https://en.wikipedia.org/wiki/Heart_rate#Karvonen_method

Martti Karvonen

マルッティ・ユハニ・カルヴォネン（ヌルメス、1918年6月24日 - 2009年3月10日）は、フィンランドの医師、生理学者、疫学者であり、心血管疾患の疫学、心血管疾患と食事療法（地中海式ダイエットを含む）の関係、スポーツ医学（いわゆるカルヴォネン式は彼にちなんで名付けられている）の研究で知られている。

7ヶ国研究でアンセル・キーズの協力者となった彼は、アメリカ人学者と長きにわたる知的パートナーシップを築き、イタリアとの強い絆を育んだ。実際、二人とも、ミネレア地方のピオッピ村にあるポッリカ市で一年の長い期間を過ごすことを選んだ。

バイオグラフィー


フィンランドにおける運動生理学者であり、心血管疾患疫学研究の先駆者。1918年6月28日、フィンランド東部ヌルメス生まれ。2009年3月10日、90歳で逝去。

マルッティ・カルヴォネンは幼少期をフィンランド東部の険しい北カレリア地方で過ごしました。この地域では、ほとんどの男性が農民や木こりとして畑や森で生計を立てていました。カルヴォネンが1945年にヘルシンキ大学で医学博士号を取得し、1950年にはイギリスのケンブリッジ大学で博士号を取得した頃には、何かがおかしいことは明らかでした。活動的な生活を送っているにもかかわらず、北カレリアの男性たちは心臓病で亡くなっていたのです。

運動生理学者のカルヴォネンは、これらの男性たちのカロリー摂取量を研究し始めました。そして、多くの男性が1日の仕事を続けるだけで、なんと6000カロリーも摂取していることを発見しました。「ジャガイモを食べるだけでは、このカロリーを賄うことはできません」と、フィンランドのクオピオにあるクオピオ大学病院のカルヴォネンの同僚、カレヴィ・ピョレラは指摘します。「脂肪を摂取する必要があります。豚の脂、パンに塗ったバター、塩漬けの肉、塩漬けの魚などです。」第二次世界大戦後、人々は戦争で奪われた贅沢品に溺れ、心臓病がフィンランド全土で大きな問題となっていました。しかし、最も深刻な問題は、同国東部の男性たちに見られました。

1950年代半ば、カルヴォネンは、心臓病リスクが異なる世界中の集団を特定しようとしていた米国の研究者アンセル・キーズにこの状況を報告した。「カルヴォネンは、フィンランドが20世紀半ばの心血管科学と公衆衛生の中心的問題、すなわち心臓発作率の文化的な違いの原因とアテローム性動脈硬化症における食事の役割を解明する重要な鍵を握っていることをキーズに確信させた」と、ミネソタ大学に在籍していたヘンリー・ブラックバーンは回想している。彼らは共同で、国内東部の血清コレステロール濃度が西部よりもはるかに高いことを示す研究結果を発表した ( Lancet 1958; 272: 175–78 )。これらの探索的研究により、フィンランドはキーズの画期的な7ヵ国研究に参加することになった。カルヴォネンらは、食事介入によって血中コレステロール濃度と冠動脈疾患の発症率を低下させることができることを示す12年間の研究も開始した。 「当時、彼はまだ若かったんです」とピョララは言う。「彼はアイデアに溢れ、物事を本当に追求する人でした。フィンランドの若者たちを率いて一緒に仕事をしていました。彼は本当に優れたリーダーで、優しく、人を励ましてくれました。本当に先見の明のある人でした。」

「彼は心血管疾患の疫学と予防の真の父でした。多くの分野と科学的手法に精通していたことが、公衆衛生における彼の理解と実りある研究の核心でした。…過去から現在に至るまで、数え切れないほどの有益な研究とキャリアは、彼のアイデアと、直接的かつ陰ながらの行動によるものです」とブラックバーンは説明します。こうした陰での役割の一例は、1972年に実施された北カレリア・プロジェクト（心血管疾患予防のための包括的な地域密着型プログラム）におけるカルヴォネン氏の中心的な役割です。このプロジェクトの最初のきっかけは、カルヴォネンの協力を得て、州の政治家と医療関係者が書いた嘆願書でした。ピョレラ氏によると、彼は謙虚すぎて大きな役割を担う気はなかったため、プロジェクトの「裏方の父」としての役割にとどまりました。しかし、彼の強い勧めにより、プロジェクトの主導権は、後にフィンランド国立公衆衛生研究所所長に就任した、もう一人の先見の明のある若手研究者、ペッカ・プスカ氏に委ねられました。

この新しいプロジェクトは大きな注目を集め、フィンランド全土でライフスタイルの変化を促したとされています。フィンランドの人口平均血清コレステロール濃度は、1972年の約7mmol/Lから約5.5mmol/Lに低下しました。男性の血圧と喫煙率も低下し、冠動脈疾患と脳卒中の死亡率は約80%減少しました。「この驚くべき一連の出来事は、マルッティ・カルヴォネン氏による先駆的な研究なしには実現しなかったでしょう」とピョレラ氏は言います。

カルヴォネンはヘルシンキのフィンランド労働衛生研究所生理学部門の部長となり、最終的には同研究所の所長にまで昇進した。1956年から1966年までフィンランド空軍の主任医官を務め、1974年から1978年まではフィンランド陸軍の主任医官を務めた。少将として退役した後は、ドイツのドルトムント大学の客員教授、およびWHOの心臓血管疾患ユニットのコンサルタントを務めた。カルヴォネンの妻アンニッキは彼の死後まもなく亡くなった。夫妻には3人の息子、2人の娘、そして多くの孫がいた。

1945年にヘルシンキ大学で修士号を取得後、ケンブリッジ大学で博士課程を続け、1950年に哲学博士号を取得した。同年、ヘルシンキ労働安全研究所( Työterveyslaitos )の生理学部門の責任者に就任し、1970年までその職を務めた後、研究所全体の所長に任命され、1974年までその職を務めた[ 1 ]。

1956年から1966年まで、フィンランド空軍の医療部門の責任者として航空宇宙医学の分野でも活躍した。1974年から1978年までは、フィンランド軍の医療部門の責任者を務めた。

引退後はドルトムント大学の客員教授を務め、世界保健機関の心臓血管疾患に関する コンサルタントも務めた。

研究

カルヴォネンは修士号取得後すぐに研究活動を開始し、ヘルシンキ大学の生理学部に勤務し、当初はスポーツ医学と産業医学を扱っていました。彼は、いくつかの慢性疾患と食習慣および身体運動の実践との関係を調査した最初の学者の一人でした。こうした関心から、すぐにアメリカの生理学者アンセル・キーズと知り合うことになります。カルヴォネンは、20世紀半ばのフィンランドが、心臓血管疾患のいくつかの重要な問題、すなわち、文化の違いが心臓発作の疫学的発生率に及ぼす影響や、異なる食事が動脈硬化に及ぼす役割[ 2 ]を研究するための重要な国であることをアンセル・キーズに確信させました。これが、アンセル・キーズとフラミニオ・フィダンザと共同でランセット誌に発表した最初の探索的研究につながり[ 3 ]、フィンランド東部の血漿コレステロール 濃度が西部よりもはるかに高いことが明らかになりました[ 2 ]。

この最初の研究から、 1950年代にキーズが開始・調整した「7カ国研究」として知られる有名な研究計画における有機的な協力が生まれました。この科学的調査は、研究対象国の異なる食生活とそれぞれの集団の心血管系の健康との関係を研究することに焦点を当てており、いわゆる地中海式ダイエットのパラダイムの定義につながりました[ 4 ]。

1959年、オスモ・トゥルペイネンとパーヴォ・ロイネとともに、フィンランドの精神病院2か所の患者を対象に、高脂肪食の修正による冠状動脈性心疾患の予防効果に関する12年間の研究を担当した。

1970年代、カルヴォネンは北カレリア プロジェクトとして知られる研究イニシアチブの最初の発起者として重要な役割を果たしました。このプロジェクトは1972年に開始され、湖水地方の北カレリア地域（カルヴォネンの出身地）の生理学的習慣に関連する心血管リスク要因の予防を目的とした包括的な研究を目的としていました。



カルボーネン法

カルヴォネン法は、運動強度を心拍予備能のパーセンテージで測定する。この方法は、1957年の最初の研究の著者であるカルヴォネンにちなんで名付けられた。[ 53 ]カルヴォネンの研究では被験者はわずか6名で、カルヴォネンは自身の推奨値をVO2データと関連付けていなかったが[ 54 ] 、その後の研究では関連性が示された。[ 55 ]心拍予備能のパーセンテージは、最大酸素摂取量のパーセンテージおよび予備VO2パーセンテージと強く相関しているが[ 56 ]、相関は完全ではない。[ 57 ] [ 58 ]

式として：

% 強度 = (THR - HR rest ) / (HR max − HR rest )
THR = ((最大心拍数− 安静時の心拍数) × % 強度) + 安静時の心拍数

同様に、

% 強度 = (THR - HR安静時) / HR予備
THR = (HR予備力× %強度) + HR安静時

最大心拍数が 180、休息心拍数が70 (したがって心拍数予備数は 110) の場合の例:

50%の強度: ((180 − 70) × 0.50) + 70 = 125 bpm
85%の強度: ((180 − 70) × 0.85) + 70 = 163 bpm

ゾラズ法

カルボーネン法の代替法としてゾラズ法があり、これは特定の心拍数におけるアスリートの能力をテストするために使用されます。ゾラズ法は運動ゾーンとして使用することを意図したものではありません。しかし、実際にはそのような用途で用いられることがよくあります。[ 59 ]ゾラズ法のテストゾーンは、最大心拍数から以下の値を差し引くことで算出されます。

THR =最大心拍数− 調整値 ± 5 bpm
ゾーン1アジャスター = 50 bpm
ゾーン2アジャスター = 40 bpm
ゾーン3アジャスター = 30 bpm
ゾーン4アジャスター = 20 bpm
ゾーン5アジャスター = 10 bpm

最大心拍数が180の人の場合の例:

ゾーン1（軽い運動）：180 − 50 ± 5 → 125 − 135 bpm
ゾーン4（厳しい運動）：180 − 20 ± 5 → 155 − 165 bpm

心拍数回復

心拍数回復（HRR）とは、運動ピーク時の心拍数の低下と、一定時間のクールダウン期間後に測定された心拍数のことです。[ 60 ]基準期間中の運動後の心拍数の低下が大きいほど、心臓の健康レベルが高いとみなされます。[ 61 ]

トレッドミルストレステスト中に評価した心拍数が、運動停止後1分で12 bpm以上低下しない場合（運動後にクールダウン期間がある場合）、または運動停止後1分で18 bpm以上低下しない場合（クールダウン期間がなく、できるだけ早く仰向けになった場合）は、死亡リスクの増加と関連付けられています。[ 62 ] [ 60 ]運動後2分で毎分42回以下の心拍数の低下と定義される異常なHRRを持つ人の死亡率は、通常の回復を示した患者の2.5倍でした。[ 61 ]別の研究では、運動停止後1分で12 bpm以下の低下と定義される異常なHRRを持つ被験者の死亡率が4倍に増加したことが報告されています。[ 61 ]ある研究では、 2分後にHRRが22 bpm以下の場合が「高リスク患者を最もよく識別する」と報告されています。[ 61 ] [ 61 ] [ 63 ]

心拍数予測

機械学習を用いた心拍数予測は、健康モニタリングやスポーツパフォーマンス研究において大きな注目を集めている。Namaziらによる2025年の研究では、スポーツ活動中にウェアラブルセンサーから収集された心拍数（HR）、呼吸数（BR）、RR間隔などの生理学的データを用いて、長短期記憶（LSTM）、物理学情報に基づくニューラルネットワーク（PINN）、1次元畳み込みニューラルネットワーク（1次元CNN）など、様々なモデルを評価した。この研究では、これらのモデルに特異スペクトル解析（SSA）を組み合わせたハイブリッドアプローチを導入し、予測性能を向上させた。テストされたモデルの中で、SSA-LSTM法は、特に多変量入力（HR + BR + RR）を使用した場合に、最も低い予測誤差を示した。これらの知見は、スポーツやヘルスケアの現場におけるリアルタイム心血管モニタリングのためのAI駆動型多変量予測モデルの使用を裏付けている。[ 64 ]

カルボーネン式