一呼吸毎に安定同位体炭酸ガス排泄量が測定可能な呼気用質量分析システムの開発-運動時におけるエネルギー代謝のダイナミックな測定に向けて-

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06558005
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山本 義春 東京大学, 大学院・教育学研究科, 講師 (60251427)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 渉 昭光通商株式会社, 課長 ; 石井 均 ウェストロン株式会社, 課長 ; 武藤 芳照 東京大学, 大学院・教育学研究科, 教授 (10143330)
• Keywords: 二酸化炭素生成量 / 安定同位体トレーサー連続測定 / 非定常運動 / エネルギー代謝 / 運動生理学 / ファジィ制御

Research Abstract

NaH^<13>CO_3をトレーサーとして静脈からinfusionし、呼気^<13>CO_<2/>^<12>CO_2を一定値にクランプするよう投与速度をフィードバック制御することにより、その時のinfusion量から逆にCO_2生成量を推定することが本研究の目的である。昨年度中に測定器の調整と、呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2のクランプは一応達成されていたので、本年度は、個人差および各種の運動条件への対応をめざして、制御則の改善を行った。比例制御、比例制御+微分制御、フィードフォワード併用型比例制御のほかに、ファジイロジックに基づく制御を試みた。その結果、ファジイロジックに基づく比例+微分制御に加えて、呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2の動態が同じであっても、NaH^<13>CO_3投与量の増加に伴い、投与量が異なるように累進ゲインを加えた制御則が比較的呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2を一定値に維持する能力が良好であった。そこで、その制御則を用いて自転車駆動による漸増負荷運動時における呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2のクランプを試みた。その結果、被検者によらず、5w/分での漸増負荷運動時を行った場合には、呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2はほぼ一定値に維持された。すなわち、開発したシステムの最も重要な目的は達せられたことになる。ただし、負荷の変化率を増加させ、10w/分で試みた場合には、呼気^<13>CO_<2/>/^<12>CO_2は一定維持されない被験者も見られた。さらに、昨年度と同様、CO_2生成量とCO_2排出量は、必ずしも一致しておらず、CO_2生成量が安静時には過大評価される傾向にあった。この原因は、クランプ開始時点の呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2が低いため、誤差の影響が相対的に大きいことがわかった。また、クランプ開始時点において^<13>Cの存在比が不均一の影響である可能性も考えられる。したがって、クランプ開始時点の呼気^<13>CO_2/^<12>CO_2を上昇させる、あるいは、制御間隔をあけることにより測定値のノイズを減少させるなどにより誤差を減少させる対策を現在講じている。

Research Products

• [Publications] Y. Yamamoto, R. Soma: "^<13>CO_2 clamp technique: an approach to continuous estimation of CO_2 proeduction during non-steady state exercise." FASEB J.9. A995 (1995)
• [Publications] 相馬りか,山本義春,武藤芳照,宮下充正: "NaH^<13>CO_3を用いた非定常運動時におけるCO_2生成量の推定" 体力科学. 44. 849 (1995)