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Emergence of Evolutionary Exercise Physiology: Exercise Innovations Rooted in Convergent Evolution of Locomotion

Research Project

Project/Area Number 20K20619
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Matsui Takashi  筑波大学, 体育系, 助教 (80725549)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords運動 / 疲労 / 脳 / グリコーゲン / 乳酸 / 断続運動 / ロコモーション / 進化 / エクササイズ / 視床下部 / 脳グリコーゲン / エネルギー代謝 / 非運動性身体活動 / 持久性能力 / 認知機能
Outline of Research at the Start

動物の移動運動(ロコモーション)は種を超えて断続的である。しかしながら、断続運動が定常運動よりもエネルギー効率が高いかどうかは生理学的に全く検証されておらず、身心の機能に及ぼす効果も不明であることから、トレーニングや運動処方にも適用されていない。本研究では、動物の進化に基づく断続運動モデルを開発し、断続運動のエネルギー効率と身心の機能に及ぼす有益な効果を先端神経生理学手法で動物からヒトまでトランスレーショナルに解明する「進化運動生理学」の創出を目指す。

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to establish an intermittent exercise model based on the convergent evolution of locomotion and to elucidate its energy efficiency and effects on physical and mental functions. In Experiment 1, we successfully established intermittent exercise models for both rats and mice. Experiment 2 revealed that intermittent exercise promotes lipid metabolism and conserves muscle glycogen, demonstrating an anti-fatigue effect. It was also confirmed that the neural mechanism of this effect likely involves glycogen conservation in the metabolic center, the hypothalamus. Experiment 3 demonstrated that intermittent exercise maintained post-exercise physical activity levels and core body temperature, which typically decline. These results suggest that intermittent exercise is an energy-efficient form of exercise that reduces fatigue and prevents post-exercise declines in activity levels.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

運動は肥満や生活習慣病だけでなく脳機能やメンタルヘルスにも奏功することが良く知られるようになったが、今も運動不足は世界的に蔓延する。 本研究は、断続運動が疲れにくく意欲的に実施・継続しやすい運動形態であることが明らかにした。これは、スポーツ科学では全く未開拓の進化生物学との融合により、この課題の解決につなげる挑戦性の高い成果であり、進化生物学の発展に寄与しながら、最近話題のHIITやPolarized Trainingの更に次世代となる新たな運動戦略の創出に貢献する。人々のハイパフォーマンスはもちろん、代謝性疾患や精神神経疾患の予防・治療にも貢献しうることから、医学的価値も包含する。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 8 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Acute Vigorous Exercise Decreases Subsequent Non-Exercise Physical Activity and Body Temperature Linked to Weight Gain2024

    • Author(s)
      Funabashi Daisuke、Dobashi Shohei、Sameshima Kazuki、Sagayama Hiroyuki、Nishijima Takeshi、Matsui Takashi
    • Journal Title

      Medicine & Science in Sports & Exercise

      Volume: in press Issue: 10 Pages: 3487-3487

    • DOI

      10.1249/mss.0000000000003487

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Acute Vigorous Exercise Decreases Subsequent Non-Exercise Physical Activity and Body Temperature Linked to Weight Gain2023

    • Author(s)
      Funabashi Daisuke、Dobashi Shohei、Sameshima Kazuki、Sagayama Hiroyuki、Nishijima Takeshi、Matsui Takashi
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: 2023 Pages: 23298495-23298495

    • DOI

      10.1101/2023.10.25.563892

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] 運動時の脳で乳酸が担う2つの役割:エネルギー供給と疲労シグナル形成2023

    • Author(s)
      松井 崇
    • Journal Title

      実験医学,

      Volume: 41 Pages: 195-201

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] グリコーゲンローディング:筋と脳の双方に効くスポーツ栄養戦略2022

    • Author(s)
      松井 崇
    • Journal Title

      食と医療

      Volume: 20 Pages: 6-13

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Exhaustive endurance exercise activates brain glycogen breakdown and lactate production more than insulin-induced hypoglycemia2021

    • Author(s)
      Matsui Takashi
    • Journal Title

      American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology

      Volume: 320 Issue: 4 Pages: R500-R507

    • DOI

      10.1152/ajpregu.00119.2020

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 運動時の全身エネルギー代謝と疲労を司るSelfish Brain機構:脳内乳酸の役割2023

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      第44回日本肥満学会・第41回日本肥満症治療学会学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 一過性の高強度運動後に生じる自発活動性と体温の低下:コルチコステロンの関与2023

    • Author(s)
      船橋 大介, 土橋 祥平, 鮫島 和貴, 下山 寛之, 西島 壮, 松井 崇
    • Organizer
      第 31 回日本運動生理学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Central fatigue during endurance exercise and preventive strategies: A role of brain glycogen2022

    • Author(s)
      Takashi Matsui
    • Organizer
      2022 International Conference of the Korean Society of Exercise Physiology (KSEP)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 持久性運動時の中枢性疲労とその予防策:脳グリコーゲン代謝の役割2022

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      第77回日本体力医学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Lactate receptor GPR81 in the ventromedial hypothalamus suppresses whole body fat oxidation during endurance exercise: Implications for brain lactate as a central fatigue signal2022

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      日本生理学会第100回記念大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 二流柔道家の“ありのまま”研究半生に学際性はあるか?:運動、武道、そしてeスポーツへ2021

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      日本体育・スポーツ・健康学会 第71回大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 自他共栄の科学を目指して ~運動、武道、そしてeスポーツへ~2021

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      第54回 日本武道学会 剣道専門分科会企画講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 運動時の脳内乳酸産生機構としての脳グリコーゲン代謝2020

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      第75回日本体力医学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Lactate derived from brain glycogen: a potential linkage between endurance and cognition2020

    • Author(s)
      Takashi Matsui
    • Organizer
      The 2020 Yokohama Sport Conference
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 脳グリコーゲンからみた持久性運動による中枢疲労の神経機構とその予防策2020

    • Author(s)
      松井 崇
    • Organizer
      第16回日本疲労学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Book] スポーツ栄養学最新理論(担当: 糖質摂取とパフォーマンス)2020

    • Author(s)
      松井 崇, 川中健太郎
    • Total Pages
      249
    • Publisher
      市村出版
    • ISBN
      9784902109559
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 筑波大学 松井研究室

    • URL

      https://www.tsukuba-matsui-lab.org/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 筑波大学松井研究室

    • URL

      https://www.tsukuba-matsui-lab.org/

    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2020-08-03   Modified: 2025-01-30  

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