短縮性/伸張性筋収縮比率に依存する大腿筋群部位別活動水準と全身性生体負担度の評価

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07542
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 平木場 浩二 九州工業大学, 教養教育院, 教授 (70173226)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 斜度漸増負荷運動 / 呼気ガス代謝変量 / 酸素摂取量動態 / 筋活動水準 / 筋電図 / 近赤外分光法 / 大腿外側広筋

Outline of Annual Research Achievements

走行運動時の水平レベル（斜度0%）では、短縮性/伸張性収縮比率が1:1の関係にあり、斜度上昇に伴いその比率が変化し、斜度10%では9:1になることが確認されている。そこで、本研究では走運動時の短縮性/伸張性収縮比率が走路面の斜度変化に依存して変化すること、および加齢に伴う筋量減少に着目して、数種類（0-6%）の走路面の斜度上昇の運動条件（短縮性/伸張性収縮比率の変化）における大腿・下腿の筋群別の活動水準の評価とその水準の変化に由来する筋内環境変動を反映する全身性生体負担度の指標としての酸素摂取水準の緩成分（VO2SC）、初期酸素酸素負債（O2 deficit）および二酸化炭素過剰排出量（CO2 excess）との関係を明らかにし、短縮性/伸張性収縮比率変動に対する大腿・下腿の筋群別活動水準や全身性生体負担度の関係の標準化や年齢特性を明らかにすることを目的とした。平成２８年度においては、被験者を若年成人男性（平均年齢21.4歳）の10名とし、走速度一定（約60%VO2maxに相当する速度）で、斜度漸増運動テスト（0%から開始し、2分毎に2%、10%まで漸増）をトレッドミルを用いて実施した。走行斜面の上昇に伴う斜度（Slope）と酸素摂取量（VO2）の関係は、被験者全員が走行速度が一定にも関わらず斜度上昇に対して直線的に増加し、その両変量の関係は、被験者10名の平均値において、VO2 (ml/min) = 224.68 * Slope (%) + 1577 (r = 0.996)が確認された。さらに、この斜度漸増運動テストで得られた結果を基に主実験の運動条件を設定した3種類の負荷強度（Δ0%、Δ30%、Δ60%）で6分間の一定負荷強度運動を実施し、斜度の違いによる大腿・下腿の7部位の主働筋活動水準と全身性生体負担度の関係における標準化を行うデータ取得を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究当初の研究計画では、運動条件設定の予備運動テストとして、走速度と斜度の変化を組み合わせた数種類の条件設定の基礎データを取得するために、速度漸増運動テストと斜度漸増運動テストの２種類を行う計画であった。しかしながら、被験者の負担軽減と実験実施期間が限られていたこともあり、実験実施の可能性を考慮して、速度漸増負荷運動テストは行わないこととし、さらに、今年度は被験者を若年者（10名）のみに限定し、まず若年成人男性の各データの取得を目指し、主働筋の筋活動水準と全身性生体負担度に関するデータの標準化を行なうこととした。そこで、予備運動テストとして、走速度は一定として（約50～60%VO2maxに相当する速度）、斜度漸増負荷運動テスト（0%から10%まで２分毎に2%づつ漸増）のみを実施した。さらに、この予備運動テストにおける走行斜面の斜度上昇に伴う斜度(Slope)上昇と酸素摂取量(VO2)の増加の関係を解析した後、本実験では、速度一定で斜度のみを変える３種類の運動条件とした６分間の一定負荷運動テストを実施し、斜度変化に伴う主働筋の活動筋の部位別活動水準と全身性生体負担度の関係における標準化を目指しデータを取得した。研究当初に予定していた実験の計画を若干見直したことによる影響を最小限に留めた結果、当初の研究目的を達成することに対して影響はほとんどなく、今年度の取得を意図した全てのデータの採集を完了した。さらに、若年成人男性における呼気ガス代謝変量、筋電図による大腿・下腿の７部位の筋群別の活動水準と近赤外分光法による大腿外側広筋の筋酸素化動態のデータの採集はすでに完了していることから一般成人男性の標準化に関する実験は概ね順調に進んでいると考えている。

Strategy for Future Research Activity

平成２８年度においては、若年者（平均年齢21.4歳）の一般成人男性10名を対象に、予備運動テストとしての斜度漸増運動テストおよび主運動テストとしての走行速度一定で斜度の違う負荷条件を変えた3種類の一定負荷運動時の呼気ガス代謝変量測定から全身性の代謝変量のデータと筋電図による大腿・下腿の7部位の筋群別の筋活動水準に関するデータ、および大腿外側広筋における近赤外分光法による筋酸素化動態に関するデータ取得は完了した。さらに、若年成人男性の斜度変化に伴う７部位の主働筋活動水準と全身性生体負担度の評価を行い、これらから、若年成人男性を対照群として一定負荷運動時における斜度変化に伴う全身性生体負担度と筋活動水準の関係に関するデータの標準化を行なった。平成２９年度は、本研究の主目的である老齢者（50歳から60歳代10名を被験者とする）を対象とし「加齢」による筋量低下が、若年成人男性と比較して、上記の評価指標においてどのような差異を示すのかを検討にすることを目的とする。すなわち、これまでに若年成人男性で行った運動プロトコールと同じ運動条件にて実験を実施するとともに、走速度一定で斜度の違いによる負荷条件を設定した一定負荷運動時において、斜度の違いが全身性生体負担度と主働筋の部位別活動水準の関係に関するデータにどのような影響を及ぼすかを比較・検討し、それを老齢者の運動処方プログラムにどのように生かすことが出来るかを検証していく予定である。

Causes of Carryover

本年度に予定していた実験は概ね順調に行われたが、得られたデータは呼気ガス代謝変量、走運動の主働筋である大腿・下腿の７部位の筋電図および大腿外側広筋の近赤外分光法による筋酸素化動態に関するデータの多岐に渡っており、今年度は全身性生体負担度の評価（斜度漸増運動時の斜度上昇に対する酸素摂取量増加の関係、主運動テストである一定負荷運動時に得られたデータを二次の動的線形モデルから評価した酸素摂取量動態の緩成分および初期酸素負債）の解析を行ったが、全てのデータを解析するまでには至らず、いくつかのデータ解析は残された。すなわち、時間的制約もあり、走運動の主働筋である大腿・下腿における７部位の筋電図からの筋活動水準および大腿外側広筋における近赤外分光法による筋酸素化動態に関するデータ解析は次年度に行うこととした。したがって、前述の指標の解析に予算を計上していたために、「次年度使用額」が生じることとなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度は、これまでの実験で取得されたデータのうち、まだ解析が行われていない走行運動の主働筋である大腿・下腿における７部位の筋電図波形からの部位別筋活動水準および近赤外分光法による大腿外側広筋の酸素化動態に関するデータの解析を行い、これらのデータと一定負荷運動時における二次の動的線形モデルを用いた酸素摂取量動態解析からの酸素摂取量の緩成分と初期酸素負債量を基にした全身性生体負担度のデータを評価し、若年成人男性での斜度の違いによる全身性生体負担度と主働筋の部位別筋活動水準および筋酸素化動態の関連性の標準化を完了させるために「次年度使用額」を使用する予定である。さらに、若年成人男性の標準化が完了すると、その比較から、次年度に計画している老齢者を対象とした実験にて、若年成人男性被験者と同様のデータを取得し、加齢に伴う筋量減少の影響に関するデータから、筋量低下の影響を検討していきたいと考えている。