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

• Project/Area Number: 19500574
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Sports science
• Research Institution: Morinomiya 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: ¥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。

Research Products

• [Journal Article] Onset responses of ventilation and cerebral blood flow to hypercapnia in humans : rest and exercise (2009)
  • Author(s): Ogoh S, Ainslie PN, Miyamoto T
  • Journal Title: J Appl Physiol 106(3) Pages: 880-6
• [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(Pt17) Pages: 4327-38
• [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
  • Peer Reviewed
• [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
  • Peer Reviewed
• [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
  • Peer Reviewed
• [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
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Servo-Controlled Hind-Limb Electrical Stimulation for Short-Term Arterial Pressure Control (2008)
  • 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
  • Peer Reviewed
• [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
• [Journal Article] Muscatinic Potassium Channels Augment Dynamic and Static Heart Rate Responses to Vagal Stimulation (2007)
  • Author(s): Mizuno M, Kamiya A, Kawada T, Miyamoto T, Shimizu S, Sugimachi M.
  • Journal Title: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 293
  • Peer Reviewed
• [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
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Central blood volume shift induces the functional change in chemoreflex feedback system controlling ventilation (2009)
  • Author(s): MIKIYA, Tadayoshi MIYAMOTO
  • Organizer: 第73回日本循環器学会
  • Place of Presentation: 大阪
• [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
  • Organizer: 近畿支部鍼灸学会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 宮本忠吉, 外林大輔, 中原英博 (2008)
  • Author(s): 運動時の呼吸調節と脳血流調節の相互作用
  • Organizer: 第19回日本臨床スポーツ医学会
  • Place of Presentation: 千葉幕張
• [Presentation] 宮本忠吉, 林直亨, 中原英博, 小河繁彦 (2008)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 第63回日本体力医学会
  • Place of Presentation: 大分
• [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
• [Presentation] Cerebral blood flow reactivity to C02 during exercise (2008)
  • Author(s): Hayashi N, Ogoh S, Ainslie P, Miyamoto T
  • Organizer: FASEB
  • Place of Presentation: San Diego, CALIFORNIA-USA
• [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
• [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
• [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
  • Place of Presentation: 千葉幕張
• [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
• [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.
  • Organizer: 第19回日本臨床スポーツ医学会
  • Place of Presentation: 千葉幕張
• [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)
  • Author(s): 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
  • Place of Presentation: 大分
• [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
  • Organizer: 第63回日本体力医学会
  • Place of Presentation: 大分
• [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)
  • Author(s): 水野正樹, 宮本忠吉.
  • Organizer: 第63回日本体力医学会
  • Place of Presentation: 大分
• [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
  • Place of Presentation: 東京
• [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
• [Presentation] Effect of ventilation on cerebral blood flow (2008)
  • Author(s): Hayashi N, Ogoh S, Ainslie P, Miyamoto T.
  • Organizer: 第85回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Strenuous regular exercise training almost abolishes the exercise-induced shift of central ventilation controller, thus attenuating exercise hyperpnea (2007)
  • Author(s): Miyamoto T, Inagaki M, Kawada T, Takaki H, Sugimachi M
  • Organizer: FASEB
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
• [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
• [Presentation] Strenuous regular exercise training almost abolishes the exercise-induced shift of central ventilation controller,thus attenuating exercise hypernea (2007)
  • 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
• [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
• [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
• [Remarks]
  • URL: http://www.respiratorycontrol.com