概日リズムを利用した筋機能回復と生理機能低下予防

• Project/Area Number: 22K11397
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Health Sciences University of Hokkaido
• Principal Investigator: 西出 真也 北海道医療大学, リハビリテーション科学部, 講師 (40451398)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 概日リズム / リハビリテーション / 筋機能

Outline of Research at the Start

本研究は筋委縮動物に対し、より小さな負担で生理機能を向上させることを目的として行う。はじめに筋委縮状態での概日リズムの振幅や位相（機能が高くなるタイミング）の変化を解析する。次に人工的な昼夜変化や食餌のタイミングを整えることにより運動療法を行わずに筋の生理学的性質を改善させることを試みる。また健康動物を対象として運動による筋の機能向上が大きい時間帯を明らかにし、運動療法の効果が最も高い時間帯を調べる。

Outline of Annual Research Achievements

運動は生活習慣病予防の有効な手段である.運動負荷の方法を比較し効果を検討した研究は多いが,運動療法を一日のうちのどの時間帯に行うのが効果的かは不明である.本研究では運動負荷を与える時間帯の影響を明らかにするために,マウスを明期または暗期のみに運動させ，骨格筋のクエン酸合成酵素活性を定量することにより運動効果を評価した.運動開始時に10週齢となるC57BL/6Jマウスを3群に分け、それぞれ24時間運動群、明期運動群、暗期運動群とした。24時間群は4週間回転輪を入れた環境下にて、明期運動群および暗期運動群は4週間毎日それぞれ明期、暗期に10時間のみ回転輪を入れ運動させた。各群とも回転輪を入れている時間帯の行動量を回転輪式自発運動測定装置(MELQUEST)にて記録した。4週間後に、下肢の筋を採取し、クエン酸合成酵素（Citrate Synthase以下CS）活性をCitrate Synthase Activity Colorimetric Assay Kit(BioVision)にて測定した。その結果、CS活性は明期群において統計的有意な高値を示した(p=0.002)。一方、行動量(回転輪の回転数)は暗期群が最も高値を示した(p=0.001)。CS活性を行動量で割り行動量当たりのCS活性を算出すると明期運動群が最も高値を示した。行動量とCS活性の相関分析の結果、明期群は他の2群に比べて行動量が少ないにもかかわらずCS活性が高値を示すことがわかった。このことは、活動期よりも休息期の方がトレーニング効果が高い可能性を示唆している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究における主たる筋機能評価方法であるCS活性測定系を既に立ち上げた。測定の再現性も良く、信頼できるデータが取得できている。また動物の行動測定系も立ち上がっており、マウスの行動にみられる概日リズムの解析が可能になった。研究は概ね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は筋委縮モデル動物を作成し概日リズム同調による筋機能回復効果の検討を行う。雄性ラット（Wistar系）の坐骨神経を切除し大腿部の筋を委縮させ、運動の制限が体温（核心温）の概日リズムに与える影響を調べる。筋の委縮は廃用症候群など生活の質に大きく影響することが知られているが、筋委縮下での概日リズムの変化を明らかにすることにより、概日リズム調節による生理機能向上の可能性を探る。筋機能の評価は2022年度に立ち上げたクエン酸合成酵素活性定量により判定する。筋萎縮モデルラットが作成でき次第、2023年度後半から2024年度にかけて人工的昼夜環境への曝露あるいは一定の時刻に摂食を制限することにより概日リズム同調させ、筋機能への影響を調べる実験を行う。