2019 Fiscal Year Research-status Report

Study on autonomic nervous system activity with compression socks on lower limbs in isotonic exercise

Research Project

Project/Area Number	18K10910
Research Institution	Osaka Electro-Communication University
Principal Investigator	中村英夫大阪電気通信大学, 医療福祉工学部, 准教授 (40411475)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	着圧衣 / 運動動作 / 心臓自律神経系活動 / 心拍数 / トーン-エントロピー法 / 周波数パワースペクトル解析 / 精度評価
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、靴下着圧による心臓自律神経系活動への影響について心拍数及び心拍変動解析により計測し、主に心臓循環系機能にどの程度効果があるかを明らかにすることである。本年度の研究においては、前年度に得られたデータの結果の妥当性について検証を実施した。前年度までに、弱着圧靴下よりも強着圧靴下を装着したときの方が、心拍数及び心臓自律神経系への効果が大きくなることが示された。また、本研究で使用しているトーン-エントロピー法であれば、精度高く心臓自律神経系活動が計測できる。しかしながら、従来法である周波数パワースペクトル解析法等の精度との比較は十分に行えていなかった。本年度において従来からある心拍変動解析法とトーン-エントロピー法との精度比較を実施した。実験は、左右下腿に着圧靴下を装着し、自転車エルゴメータで60rpmのリズムで５分間継続して運動した際の状態と、運動終了後の回復過程について心拍数と筋電図とを測定した。本実験内容については、大阪電気通信大学生体倫理委員会の承認を得たうえで実施した。従来法との比較の結果、トーン-エントロピー法におけるエントロピーは心拍数と同程度の精度で評価できる指標であることが示された。エントロピーは心臓自律神経系活動の総体を表す量であり、心拍数と同程度の信頼性で心臓自律神経系活動を評価できることが示されたのは重要な事実である。それに対して、従来法である周波数パワースペクトル解析法の指標であるLF, HF, LF/HF ratioといった指標は、数値変動が大きく心拍数やエントロピーと比較すると精度が低かった。また、時間領域解析法、ローレンツプロットいった手法の精度とに比べても優位であることが示された。以上より、本手法により、着圧靴下の心臓循環系への効果が心拍数及び心臓自律神経系活動計測により定量的に示された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究は運動動作における着圧靴下の効果を検証することが目的である。自転車エルゴメータで一定負荷を被験者に与える運動をさせている最中とその後の回復過程において心臓循環系に与える効果について心拍数から分析した。前年度において研究開始当初から予測された着圧衣の心臓循環系機能への効果について、期待通りの結果が得られていた。特に、スポーツにおける着圧靴下の効果が認められれば、スポーツ現場へ与える影響も大きく、また、下腿への圧迫によって心臓循環系機能に対して生理的な反応が認められることは学術的にも多大な成果になりうる。本年度は、計測されたデータの精度検証を次の段階の目標とした。まず、実際に得られたデータを評価する指標の「信頼性」がどの程度であるかを検証する必要がある。本研究で用いられている心拍変動解析法はトーン-エントロピー法である。ただし、トーン-エントロピー法は一般的に認知されている方法ではない。従来法としては、周波数パワースペクトル解析法や時間領域解析法、近年ではローレンツプロットといったさまざまな手法が提案されている。それらの手法の指標としての精度と比較して、本研究で使用するトーン-エントロピー法がどの程度の優位性があるのかを定量的に示しておくことは重要である。結果として、トーン-エントロピー法の指標としての精度は、エントロピーという指標が心拍数と比較して同等程度の変動から精度が高いことが示された。それに対し、周波数パワースペクトル解析法におけるLF, HF, LF/HF ratio といった指標は、変動が大きく精度が心拍数やエントロピーと比較してかなり低いことが示された。実験における結果の評価精度はトーン-エントロピー法で十分に計測できる事実が得られたことからおおむね一定の成果をあげたと結論付けることができる。
Strategy for Future Research Activity	本研究の２年間の取り組みによって、実験的に運動時における、とりわけ回復過程における着圧靴下の効果を心拍数及び心臓自律神経系活動から示唆される結果を得た。また、従来法として心拍変動解析法と、本研究で使用したトーン-エントロピー法との結果の比較によって、トーン-エントロピー法が従来法を上回る精度で評価できることを示唆した。以上の２つの結果は、スポーツ現場への応用分野だけでなく、生理学の基礎資料としても重要な事実を与える。また、心臓自律神経系活動計測法としてのトーン-エントロピー法の手法としての妥当性を支持するものであり、学術的貢献の面からみても大きな成果であると考える。以上の内容について、学会発表及び論文投稿、Web発信など各種媒体を利用して社会に還元していく予定である。
Causes of Carryover	実験用消耗品の購入分に充てていた予算が余分にあまったものである。次年度においても実験を実施する予定であるため、その消耗品購入に充てる予定である。