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An integrative approach to exercise physiology using system sanalysis and mathematica simulation

Research Project

Project/Area Number 19500574
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Sports science
Research InstitutionMorinomiya University of Medical Sciences

Principal Investigator

宮本 忠吉  Morinomiya University of Medical Sciences, 理学療法学科, 教授 (40294136)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高木 洋  国立循環器病センター研究所先進医工学センター, 循環動態機能部, 室長 (60216629)
稲垣 正司  国立循環器病センター研究所先進医工学センター, 循環動態機能部, 室長 (80359273)
中原 英博  森ノ宮医療大学, 保健医療学部, 助手 (90514000)
Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2008: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords生理学 / 運動 / トレーニング / 呼吸調節 / 負帰還系 / 換気量 / 化学受容器反射 / 呼吸 / 適応 / システム解析 / 循環調節 / 化学反射 / システム工学 / 呼吸器 / 循環器 / スポーツ科学
Research Abstract

本研究はシステム工学を理論的背景とする解析手法を導入することによって、アスリートの換気抑制をもたらす呼吸調節系のメカニズムの解明や、その系全体の動的制御機能(安定性、迅速性)を定量解析・評価するための新しい方法論の開発に取り組んだ。その結果、アスリートの運動時における換気抑制は呼吸調節系の制御部である中枢コントローラ(脳)のトレーニング適応変化が主たるメカニズムであることが判明した。また、アスリートの呼吸調節系は運動時の血液ガスやpHを安定化する上で優れた機能を有していることも明らかとなった。負帰還システムである呼吸調節系の動特性の定量評価においては線形近似が可能であり、ゲイン、時定数、遅れ時間の各指標を用いて系全体の動的制御機能を定量記述することに成功した。今後、それらの指標を用いて、アスリートの呼吸調節系の動特性(迅速性や安定性)に関する系統立てた研究を行うことで、より実践に即した運動能力の評価、検証が可能になると考えられた。

Report

(3 results)
  • 2008 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2009 2008 2007 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (20 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Onset responses of ventilation and cerebral blood flow to hypercapnia in humans : rest and exercise2009

    • Author(s)
      Ogoh S, Ainslie PN, Miyamoto T
    • Journal Title

      J Appl Physiol 106(3)

      Pages: 880-6

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  • [Journal Article] Interaction between the ventilatory and cerebrovascular responses to hypo- and hypercapnia at rest and during exercise2008

    • Author(s)
      Ogoh S, Hayashi N, Inagaki M, Ainslie PN, Miyamoto T
    • Journal Title

      J Physiol 586(Pt17)

      Pages: 4327-38

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  • [Journal Article] Accentuated Antaqonism in Vaqal Heart Rate Control Mediated through Muscarinic Potassium Channels.2008

    • Author(s)
      Mizuno M, Kamiya A, Kawada T, Miyamoto T, Shimizu S, Shishido T, Sugimachi M.
    • Journal Title

      J Physiol Sci. 58

      Pages: 381-388

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  • [Journal Article] Modification of autonomic balance by electrical acupuncture does not affect baroreflex dynamic characteristics.2008

    • Author(s)
      Sugimachi M, Kawada T, Yamamoto H, Kamiya A, Miyamoto T, Sunagawa K.
    • Journal Title

      Conf Proc IEEE Eng Med Bjol Soc. 1

      Pages: 381-388

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      2008 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Interaction between the ventilatory and cerebrovascular responses to hypo-and hypercapnia at rest and during exercise.2008

    • Author(s)
      Ogoh S, Hayashi N, Inagaki M, Ainslie PN, Miyamoto T.
    • Journal Title

      J Physiol. 586

      Pages: 4327-4338

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      2008 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Contrasting effects of presynaptic alpha2-adrenerqic autoinhibition and pharmacoloqic auqmentation of presynaptic inhibition on sympathetic heart rate control.2008

    • Author(s)
      Miyamoto T, Kawada T, Yanagiya Y, Akiyama T, Kamiya A, Mizuno M, Takaki H, Sunagawa K, Sugimachi M
    • Journal Title

      Am J Physiol Heart Circ Physiol. 295

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  • [Journal Article] Servo-Controlled Hind-Limb Electrical Stimulation for Short-Term Arterial Pressure Control2008

    • Author(s)
      Kawada T, Shimuzu T, Yamamoto H, Shishido T, Kamiya A, Miyamoto T, Sunagawa K, Sugimachi M.
    • Journal Title

      Circ. J 73

      Pages: 851-859

    • NAID

      10025930175

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  • [Journal Article] 呼吸化学調節系の動特性の定量評価2007

    • Author(s)
      宮本忠吉, 稲垣正司, 高木洋, 川田徹, 宍戸稔聡, 神谷厚範, 杉町勝
    • Journal Title

      生体医工学 第45巻

      Pages: 145-145

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  • [Journal Article] Muscatinic Potassium Channels Augment Dynamic and Static Heart Rate Responses to Vagal Stimulation2007

    • Author(s)
      Mizuno M, Kamiya A, Kawada T, Miyamoto T, Shimizu S, Sugimachi M.
    • Journal Title

      Am J Physiol Heart Circ Physiol. 293

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  • [Journal Article] 呼吸化学調節系の動特性の定量評価2007

    • Author(s)
      宮本 忠吉, 稲垣 正司, 高木 洋, 川田 徹, 宍戸 稔聡, 神谷 厚範, 杉町 勝
    • Journal Title

      生体医工学 45

      Pages: 145-145

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  • [Presentation] Central blood volume shift induces the functional change in chemoreflex feedback system controlling ventilation2009

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      MIKIYA, Tadayoshi MIYAMOTO
    • Organizer
      第73回日本循環器学会
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      大阪
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  • [Presentation] 呼吸循環調節系のシステム同定と応用-呼吸異常のメカニズム解明への解析的アプローチ2008

    • Author(s)
      宮本忠吉
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      近畿支部鍼灸学会
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      大阪
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  • [Presentation] 宮本忠吉, 外林大輔, 中原英博2008

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      運動時の呼吸調節と脳血流調節の相互作用
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      第19回日本臨床スポーツ医学会
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  • [Presentation] 宮本忠吉, 林直亨, 中原英博, 小河繁彦2008

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      運動時の呼吸化学調節と脳血流流反応の相互連関機構の解明
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      第63回日本体力医学会
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      大分
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  • [Presentation] Neurocardiology研究を支える研究方法とその成果 : 呼吸と循環調節に関する研究-呼吸化学調節系のシステム同定と心不全病態評価-の応用-2008

    • Author(s)
      宮本忠吉, 川田徹
    • Organizer
      第9回Neurocardiology Workshop
    • Place of Presentation
      東京
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      2008 Final Research Report
  • [Presentation] Cerebral blood flow reactivity to C02 during exercise2008

    • Author(s)
      Hayashi N, Ogoh S, Ainslie P, Miyamoto T
    • Organizer
      FASEB
    • Place of Presentation
      San Diego, CALIFORNIA-USA
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  • [Presentation] Effects of increased central blood volume on respiratory chemoreflex system controlling ventilation in human.2008

    • Author(s)
      R MIKIYA, Ke KANAO, K MATSUBARA, H KAWAMURA, T NAKAGAWA, J MATSUDA, HUEDA, K MAEDA, ANIWA, H NAKAHARA, T MIYAMOTO.
    • Organizer
      10th Asian Confederation for Physical Therapy
    • Place of Presentation
      Chiba, JAPAN
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Cerebral blood flow reactivity to CO2 during exercise. Hayashi N, Ogoh S, Ainslie P and Miyamoto T.2008

    • Author(s)
      Hayashi N, Ogoh S, Ainslie P, Miyamoto T
    • Organizer
      FASEB
    • Place of Presentation
      San Diego, CALIFO RNIA-USA
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 水浸による中心循環血液量増加が呼吸化学調節フィードバックシステムの換気決定機構に及ぼす影響.2008

    • Author(s)
      三木屋良輔, 宮本忠吉
    • Organizer
      第19回日本臨床スポーツ医学会
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      千葉幕張
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  • [Presentation] 運動時の呼吸調節と脳血流調節の相互作用.2008

    • Author(s)
      宮本忠吉, 外林大輔, 中原英博.
    • Organizer
      第19回日本臨床スポーツ医学会
    • Place of Presentation
      千葉幕張
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 高位中枢による予測的な制御が運動負荷開始前後の呼吸循環反応に及ぼす影響.2008

    • Author(s)
      外林大輔, 宮本忠吉.
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      第19回日本臨床スポーツ医学会
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      千葉幕張
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動時の呼吸化学調節と脳血流流反応の相互連関機構の解明.2008

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      宮本忠吉, 林直亨, 中原英博, 小河繁彦
    • Organizer
      第63回日本体力医学会
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  • [Presentation] 鍼通電プログラム刺激がヒトの心拍・血圧反応に及ぼす影響2008

    • Author(s)
      中原英博, 宮本忠吉
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      第63回日本体力医学会
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] ムスカリンK+チャンネルを介した迷走神経性心拍数制御におけるaccentuated antagonism.2008

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      水野正樹, 宮本忠吉.
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      第63回日本体力医学会
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  • [Presentation] 換気量が中大脳動脈血流量に与える影響.2008

    • Author(s)
      林直亨, 小河繁彦, Ainslie Philip, 宮本忠吉
    • Organizer
      第85回日本生理学会大会
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      東京
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 中心循環血液量の増加は呼吸化学調節系の中枢機序を介して換気反応の抑制効果をもたらす2008

    • Author(s)
      三木屋良輔, 金尾顕郎, 丹羽亜希美, 前田薫, 上田喜敏, 中川司, 松田淳子, 宮本忠吉
    • Organizer
      第43回日本理学療法学術大会
    • Place of Presentation
      福岡市
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  • [Presentation] Effect of ventilation on cerebral blood flow2008

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      Hayashi N, Ogoh S, Ainslie P, Miyamoto T.
    • Organizer
      第85回日本生理学会大会
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      東京
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Strenuous regular exercise training almost abolishes the exercise-induced shift of central ventilation controller, thus attenuating exercise hyperpnea2007

    • Author(s)
      Miyamoto T, Inagaki M, Kawada T, Takaki H, Sugimachi M
    • Organizer
      FASEB
    • Place of Presentation
      Washington DC, USA
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  • [Presentation] 呼吸化学調節系の動特性の定量評価2007

    • Author(s)
      宮本 忠吉, 稲垣 正司, 高木 洋, 川田 徹, 宍戸 稔聡, 神谷 厚範, 杉町 勝
    • Organizer
      第46回日本生体医工学会大会
    • Place of Presentation
      仙台
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Strenuous regular exercise training almost abolishes the exercise-induced shift of central ventilation controller,thus attenuating exercise hypernea2007

    • Author(s)
      Miyamoto T, Inagaki M, Kawada T, Takaki H, Sugimachi M.
    • Organizer
      アメリカ生理学会
    • Place of Presentation
      Washington DC,USA
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Book] 睡眠時無呼吸症候群-循環器医必須知識,(共著宮本忠吉)(運動時の呼吸調節)2008

    • Publisher
      MEDICAL VIEW社
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  • [Book] 睡眠時無呼吸症候群-循環器医必須知識. 運動時の呼吸調節2008

    • Author(s)
      宮本忠吉
    • Publisher
      MEDICAL VIEW社
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  • [Remarks]

    • URL

      http://www.respiratorycontrol.com

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Published: 2007-04-01   Modified: 2016-04-21  

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