終末期に近づく高齢者の生理学的バイオマーカーの確立とその応用

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07440
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 山口 泰弘 自治医科大学, 医学部, 教授 (60376473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 寛 地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, 研究員 (10361487) ; 石井 正紀 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (20724438) ; 長瀬 隆英 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (40208004)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 呼吸リズム

Outline of Annual Research Achievements

呼吸リズムの定量化は新規性の高い試みであり、前向き研究に先立って、既に存在する終夜睡眠ポリグラフ検査結果をもとに非終末期の患者での検討を実施した。具体的には、脳波により安静閉眼覚醒状態を判定し、さらに筋電図にて粗大な体動のないこと、体位センサーにより仰臥位にあることを判定し、これらの条件をみたした３分３０秒の鼻口センサーのサーミスターの記録を、5Hzでデジタル化した。本データをもとに、高速フーリエ変換を応用して得られた振幅スペクトルA(f)を用いて、呼吸の不規則性の評価を行った。なお、振幅スペクトルA(f)は、波形が有する各周波数成分の強さを表すものである。また、スペクトル漏れの可能性を回避するために、呼吸シグナルに窓関数（Hamming window (w[n])）を乗じて解析を行った。最後に、得られた振幅スペクトルA(f)に対して、0.1-0.7Hzの範囲でシャノンのエントロピーＳ（entropy S）を算出し、呼吸リズムの不規則性を定量化した。最初に、上記の条件を満たす3.5分の呼吸リズムを２回抽出できる患者について、それぞれの呼吸から算出したentropy Sの相関を評価したところ、全体として良好な相関を示した。興味深いことに、慢性心不全の患者では、呼吸リズムから算出したentropy Sは有意に高値であった。また、呼吸リズムから算出したentropy Sと血漿BNPも有意に相関した。慢性心不全では、チェーンストークス呼吸などの呼吸リズムの異常が覚醒時にもみられることが既に報告されているが、我々の研究では、それらの既報告よりも軽度の心不全の状態でも呼吸リズムの不規則性がみられることが示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

呼吸リズムの定量化指標は、きわめて新規性の高いマーカーであるため、当初の研究予定であった前向き研究に先立って、既に存在する終夜睡眠ポリグラフ検査結果をもとに非終末期の患者での検討を実施したため開始が遅れた。しかし、その結果、呼吸リズムに与える因子を新たに明らかにすることができ、本研究全体にとって必須のプロセスであり、また重要な知見もえられた。すなわち、呼吸リズム定量化の方法を一定化し、同一患者での再現性もとれ、さらに、これまでにない知見として、軽度の心不全の状態でも呼吸リズムの不規則性がみられることを示唆する所見がえられた。さらに興味深いことに、軽度の心不全も含めて、呼吸リズムに影響する因子を調整することで、呼吸リズムと年齢との関連に関する、全く新しい知見もえられつつあり、現在症例数を増やすことで、その知見を確認するとともに、学術論文への投稿準備中である。研究代表者の異動もあり、特に前向き研究は遅れているが、後向き研究において予想以上の成果がえられた。

Strategy for Future Research Activity

現在、これまでにえられた後向き研究での成果を英文学術論文として投稿中である。さらに、興味深いことに、軽度の心不全も含めて、呼吸リズムに影響する因子を調整することで、呼吸リズムと年齢との関連に関する、全く新しい知見がえられつつあり、現在症例数を増やすことで、その知見を確認するとともに、学術論文への投稿準備中である。また、気流波形より算出したシャノンのエントロピーＳは、無呼吸低呼吸指数と相関する傾向を示し、これは近年、多系統萎縮症でみられた結果とも合致するので、睡眠呼吸障害の患者全体での評価もすすめたい。さらに、前向き研究として、睡眠呼吸障害の疑いのない健常者を対象に呼吸リズムの加齢変化の検討を続ける。また、新規の生理学的バイオマーカーとして実用化するには、脳波や筋電図を含むポリグラフィー装置での評価は汎用性に欠けるため、視覚的に安静閉眼を確認しながら簡易装置でエアフローのみを記録することでも、再現性のある呼吸リズムの定量化が可能であるかの検討をすすめる。また、高齢者の肺炎患者を対象に、ADL低下を予測する新規のマーカーの探索を前向きに継続しており、これらに、新たに確立した呼吸リズムの評価を応用して、その意義を検討する。

Causes of Carryover

研究代表者の異動もあり、前向き研究の進行が遅れたことにより次年度使用が生じた。ただし、２０１９年度に限っては、ほぼ予定とおりに予算を使用させていただいており、２０２０年度は前向き研究の症例数の増加により消耗品での使用が増える予定である。また、学術論文への投稿や学会発表の予定もあり、旅費やその他でも出費が予想される。