Relationship between brain metabolism and exercise-induced improvement in brain function in human

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K12676
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 橋本 健志 立命館大学, スポーツ健康科学部, 准教授 (70511608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小河 繁彦 東洋大学, 理工学部, 教授 (80553841)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 脳内代謝 / 認知機能 / 高強度間欠的運動 / 実行機能 / 乳酸

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ニューロンの重要なエネルギー源である乳酸利用を高めることができれば、中枢性疲労の軽減や認知機能の亢進をもたらすのではないかと仮説をたて、ヒトを対象としてこの仮説を検証することを目的とした。当該年度では、脳内代謝亢進を誘発するような動的運動時の乳酸代謝動態と認知機能の関係性を明らかにすること、及び運動時や運動後の脳内代謝動態を解析することを目的とした。
高強度運動を間断的に繰り返し実施する高強度間欠的運動を、1時間の休息を挟んで2回実施すると、1回目の運動と比較して2回目の運動による乳酸産生量が少なくなる。そして、同じ運動強度、実施時間、運動様式の運動であるにもかかわらず、2回目の高強度間欠的運動のように乳酸産生量が少なくなると、亢進した認知機能の持続性が損なわれてしまう。この研究により、運動による認知機能亢進の持続性に、運動誘発性の乳酸産生量が重要な役割を担っている可能性が示されたが（Tsukamoto et al., Physiol Behav 2016）、実際に高強度間欠的運動中ならびに運動後の脳内代謝動態については不明であった。そこで、当該年度は、上記の脳内代謝動態を把握すべく、共同研究機関で、動脈と頸静脈にカテーテルを挿入し、乳酸、グルコース、酸素やモノアミンなどの動静脈較差を算出することにより、運動中のヒト脳内代謝や組織内代謝動態を測定する研究アプローチを推進した。
末梢に由来する全身性の乳酸濃度と脳の乳酸取り込みが関連することが明らかとなった。また、脳の乳酸取り込みが減少すると、運動後の実行機能の亢進が持続しないことが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Impact of exercise intensity and duration on post-exercise executive function (2017)
  • Author(s): Tsukamoto H, Takenaka S, Suga T, Tanaka D, Takeuchi T, Hamaoka T, Isaka T, and Hashimoto T
  • Journal Title: Medicine and Science in Sports and Exercise Volume: 49 Pages: 774-784
  • DOI: 10.1249/MSS.0000000000001155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carotid baroreflex function at the onset of cycling in men (2016)
  • Author(s): Barbosa T, Vianna L, Hashimoto T, Petersen L, Olesen N, Tsukamoto H, Sorensen H, Ogoh S, Nobrega A, and Secher N
  • Journal Title: American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology Volume: 311 Pages: 870-878
  • DOI: 10.1152/ajpregu.00173.2016
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] A combination of dynamic exercise and flavanol-rich cocoa consumption additively improve executive function in human (2016)
  • Author(s): Tsukamoto H, Suga T, Ishibashi A, Takenaka S, Goto K, Ebi K, Isaka T, and Hashimoto T
  • Organizer: 21th European College of Sport Science
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2016-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 生体内における乳酸の役割 (2016)
  • Author(s): 橋本健志
  • Organizer: 第１６回日本抗加齢医学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2016-06-10
  • Invited
• [Presentation] The Impact Of Exercise-induced Lactate On Executive Function After High-intensity Interval Exercise In Humans (2016)
  • Author(s): Tsukamoto H, Suga T, Takenaka S, Tanaka D, Takeuchi T, Hamaoka H, Isaka T, Ogoh S and Hashimoto T
  • Organizer: 63th American College of Sport Medicine
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2016-06-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role Of Acute Moderate-intensity Dynamic Exercise Duration On Post-exercise Executive Function (2016)
  • Author(s): Takenaka S, Tsukamoto H, Suga T, Tanaka D, Takeuchi T, Hamaoka H, Isaka T, and Hashimoto T
  • Organizer: 63th American College of Sport Medicine
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2016-06-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamics of the Carotid Baroreflex Function at the Onset of Leg Cycling (2016)
  • Author(s): Thales C. Barbosa, Lauro C. Vianna, Takeshi Hashimoto, Lonnie G. Petersen, Niels D. Olesen, Hayato Tsukamoto, Henrik Sorensen, Shigehiko Ogoh, Antonio C. L. Nobrega, Niels H. Secher
  • Organizer: Experimental Biology
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-04-05
  • Int'l Joint Research
• [Book] 運動の健康への効用について (2016)
  • Author(s): 塚本敏人、橋本健志
  • Total Pages: 120 (77-82)
  • Publisher: 自動車技術