マイクロ流路回路搭載ウェアラブルデバイスによる血中乳酸モニタリング法の新規開発

• Project/Area Number: 20K16516
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52010:General internal medicine-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 渡邉 崇量 岐阜大学, 医学部附属病院, 助教 (30509435)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 汗中乳酸 / ウェアラブルデバイス / マイクロ流路回路 / 血中乳酸濃度 / モニタリング / 汗

Outline of Research at the Start

脳心血管障害の一次予防や、心疾患の二次予防としての心臓リハビリテーション、さらに集中治療領域など、血中乳酸濃度の測定は日常臨床において有益であるがそれをモニタリングする方法はない。申請者は乳酸測定ウェアラブルデバイスを用いた先行研究で健常者において運動中の血中乳酸上昇タイミングが判定できることを報告した。しかし、汗をかきにくい心疾患患者では判定が困難であることが課題である。本研究では新たにマイクロ流路回路を応用した微量汗回収装置を用いてこの課題を解決し、簡便・非侵襲的かつ持続的な血中乳酸濃度モニタリング方法を確立することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

2020年度は乳酸測定ウェアラブルデバイスの改良を行った。新たなデバイスが運動中に適切な有酸素運動の運動強度を提供できるシステムか否かを検証するために、心肺運動負荷検査による呼気ガス分析、運動中の乳酸値の測定などを用いて、乳酸測定ウェアラブルデバイスによる有酸素運動限界の通知の妥当性を評価した。
被験者に本デバイスを装着したうえで、心肺運動負荷検査及び血中乳酸値測定を行った結果、本デバイスによる乳酸値の上昇による嫌気性代謝閾値の通知タイミングは、運動中の呼気ガス分析により決定される嫌気性代謝閾値のタイミングと良好な相関を有することが確認された。また、血中乳酸値とも良好な相関が得られることが示唆された。
引き続き心血管疾患を有する患者を対象に検証した結果、同様に本デバイスによる乳酸値の上昇による嫌気性代謝閾値の通知タイミングは、運動中の呼気ガス分析により決定される嫌気性代謝閾値のタイミングと良好な相関を有することが確認された。しかし、心疾患患者は一般に運動療法において発汗が乏しいことが多いため、未だ本デバイスでは十分とは言えない。
2021年度は、さらに発汗量が少ない場合における検討を行った。前提として、発汗が少ない場合においても汗中乳酸の濃度に変化があるかどうかについては過去に全く報告がないため、この点について検討を行った。しかし、微量な発汗ではうまくモニタリングができないため、マイクロ流路回路の改良を行った。
2022年度には流路回路の改良の結果、微量な発汗での測定が可能となってきており、データーの蓄積を行っている。また、汗中にこれまで未知の臨床的意義のあるバイオマーカーが存在していないかどうかも含め検討している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度、論文報告を行ったが、それに伴い生じた新たな課題について検討を開始し、順調に進捗している。
具体的には微量発汗での乳酸測定について、検討が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

改良したデバイスを用いて、引き続き発汗が乏しい心疾患患者における、汗中のバイオマーカーについての検討を行う。
発汗が微量の場合における皮膚からの乳酸分泌の有無、もしくは意義についての再検討も行う。さらに、汗中に含まれる未知のバイオマーカーについても検討する。

Research Products

• [Journal Article] A novel device for detecting anaerobic threshold using sweat lactate during exercise. (2021)
  • Author(s): Seki Y, Nakashima D, Shiraishi Y, Ryuzaki T, Ikura H, Miura K, Suzuki M, Watanabe T, Nagura T, Matsumato M, Nakamura M, Sato K, Fukuda K, Katsumata Y
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 2 Issue: 1 Pages: 4929-4929
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84381-9
  • Peer Reviewed / Open Access