ウェアラブルデバイスを用いた下肢血行動態センシングによる座位行動の減少方策の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K17691
• Research Institution: Tokyo Medical University
• Principal Investigator: 遠藤 祐輝 東京医科大学, 医学部, 兼任助教 (90894866)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 近赤外線分光法 / 座位行動 / 筋酸素動態 / ウェアラブルデバイス / 加速度計 / 微小循環 / 軽運動

Outline of Annual Research Achievements

座位行動による健康へのリスクファクターの一つは下肢血流の低下であるが、生活環境下での座位行動評価には、妥当性やコストの点から加速度計による評価が一般である。超音波ドップラ法や血管内皮機能検査法による下肢血行動態評価は、測定装置の大きさやコスト、手技等の観点から生活環境下で使用することは困難であったが、近年開発された加速度計内蔵型ウェアラブル近赤外線分光法装置（NIRS）を使用することにより、非侵襲的かつ簡便に生活環境下での下肢血行動態を評価することが可能となった。
本研究の目的は、①ウェアラブルNIRSによる座位行動時の下肢血行動態低下を検出する新規評価法を確立すること、②ウェアラブルNIRSにより生活環境下における座位行動時の下肢血行動態を解明すること、③座位行動による下肢血行動態の低下を解消させる具体的な行動様式の開発とそれらの効果を検証することである。
2021年度は、ウェアラブルNIRSを使用した生活環境下での座位行動評価プロトコル確立にむけたウェアラブルNIRSの設定（サンプリングレート、加速度・角速度など）の検討や下肢血行動態評価に適した被験筋を抽出のための予備実験を実施した。また、予備実験の結果や先行研究での知見を踏まえ、実験室環境下での3時間座位姿勢保持時の下肢血行動態、および座位姿勢保持中の軽運動（足関節底背屈運動）の実施が下肢血行動態に及ぼす影響をウェアラブルNIRSで評価した。その結果、座位姿勢保持後における筋代謝の有意な低下と軽運動実施による筋代謝低下の抑制効果が確認された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症の拡大に伴う緊急事態宣言やまん延防止等重点措置により、ヒトを対象とした実験の実施が困難であったため、本年度に実験を行えた人数は5名であり、予定をしていた被験者数20名分のデータを収集することができなかった。一方で、当初は2年目以降に予定していた座位行動時の下肢血行動態の停滞を解消させる運動プロトコルとその効果の検討を始めることができた。

Strategy for Future Research Activity

2021年度に実施した実験プロトコルをベースに、引き続き対象者数を増やして実験を実施する。また、ウェアラブルNIRSから得られる加速度計と筋酸素化指標の連続データの解析を進め、生活環境下での実験に向けた座位行動評価指標を確立させる。加えて、ウェアラブルNIRSを使用した生活環境下座位行動における下肢血行動態の解明に向けた実験を開始する。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響で当初予定していた被験者数の測定を実施できなかったこと、2021年度実施した測定における被験者への謝金を別予算より支出することが可能になったこと、参加予定であった学会がWeb開催となったことから、当初計上していた謝金、測定機器や消耗品などの物品購入費用、旅費に次年度使用額が生じた。
2022年度は、2021年度に実施できなかった測定と2022年度に実施予定の測定を実施し、謝金、実験備品および消耗品の購入に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Changes in Optical Path Length Reveal Significant Potential Errors of Muscle Oxygenation Evaluation during Exercise in Humans (2021)
  • Author(s): Endo T, Kime R, Fuse S, Murase N, Kurosawa Y, Hamaoka T
  • Journal Title: Medicine & Science in Sports & Exercise Volume: 53 Pages: 853～859
  • DOI: 10.1249/MSS.0000000000002530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduced Scattering Coefficient During Incremental Exercise Is Constant Without Being Affected by Changes in Muscle Oxygenation or Hemodynamics (2021)
  • Author(s): Endo T, Kime R, Fuse S, Murase N, Kurosawa Y, Hamaoka T
  • Journal Title: Advances in Experimental Medicine and Biology Volume: 1269 Pages: 107～112
  • DOI: 10.1007/978-3-030-48238-1_17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Correlation of Plasma Amino Acid and Anthropometric Profiles with Brown Adipose Tissue Density in Humans (2021)
  • Author(s): Kuroiwa M, Hamaoka-Fuse S, Sugimoto M, Kurosawa Y, Aita Y, Tomita A, Anjo M, Tanaka R, Endo T, Kime R, Hamaoka T
  • Journal Title: Journal of Clinical Medicine Volume: 10 Pages: 2339～2339
  • DOI: 10.3390/jcm10112339
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of brown adipose tissue vascular density on body adiposity in healthy Japanese infants and children (2021)
  • Author(s): Kuroiwa M, Hamaoka‐Fuse S, Amagasa S, Kime R, Endo T, Tanaka R, Kurosawa Y, Hamaoka T
  • Journal Title: Obesity Science & Practice Volume: 8 Pages: 190～198
  • DOI: 10.1002/osp4.559
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Total hemoglobin concentrations measured in supraclavicular region in children and adults using near-infrared time-resolved spectroscopy (2022)
  • Author(s): Miyuki Kuroiwa, Sayuri Fuse, Riki Tanaka, Tasuki Endo, Ryotaro Kime, Yuko Kurosawa, Takafumi Hamaoka
  • Organizer: SPIE Photonics West 2022 BiOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Greater muscle oxygenation during moderate-intensity constant-work exercise in endurance athletes (2022)
  • Author(s): Tasuki Endo, Rotaro Kime, Riki Tanaka, Sayuri Fuse, Miyuki Kuroiwa, Yuko Kurosawa, Takafumi Hamaoka
  • Organizer: SPIE Photonics West 2022 BiOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seasonal differences in brown adipose tissue vascular density determined using total hemoglobin concentration in the supraclavicular region among Japanese healthy adults (2022)
  • Author(s): Sayuri Fuse, Miyuki Kuroiwa, Riki Tanaka, Tasuki Endo, Ryotaro Kime, Yuko Kurosawa, Takafumi Hamaoka
  • Organizer: SPIE Photonics West 2022 BiOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brown adipose tissue density is inversely correlated with the changes in plasma branched-chain amino acids produced during strength training (2022)
  • Author(s): Riki Tanaka, Sayuri Hamaoka-Fuse, Miyuki Kuroiwa, Masahiro Sugimoto, Yuko Kurosawa, Yasuko Aita, Atsumi Tomita, Mikiko Anjo, Tasuki Endo, Ryotaro Kime, Takafumi Hamaoka
  • Organizer: SPIE Photonics West 2022 BiOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒト褐色脂肪組織に与える環境要因の検索 (2021)
  • Author(s): 布施沙由理、二連木晋輔、黒岩美幸、遠藤祐輝、田中璃己、木目良太郎、黒澤裕子、浜岡隆文
  • Organizer: 第40回日本臨床運動療法学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 持久性鍛錬者と非鍛錬者における一定負荷運動時の活動筋組織酸素動態の差異 (2021)
  • Author(s): 遠藤祐輝、木目良太郎、布施沙由理、田中璃己、黒岩美幸、黒澤裕子、浜岡隆文
  • Organizer: 第76回日本体力医学会大会
• [Presentation] 近赤外時間分解分光法を用いて評価したヒト褐色脂肪組織密度と関連する因子の検討 (2021)
  • Author(s): 布施沙由理、黒岩美幸、遠藤祐輝、田中璃己、木目良太郎、黒澤裕子、浜岡隆文
  • Organizer: 第27回医用近赤外線分光法研究会・第25回酸素ダイナミクス研究会 合同研究会
• [Presentation] 運動トレーニングによる褐色脂肪組織密度と血中BCAA濃度の関連 (2021)
  • Author(s): 田中璃己、布施沙由理、黒岩美幸、杉本昌弘、黒澤裕子、相田泰子、富田淳美、安生幹子、遠藤祐輝、木目良太郎、浜岡隆文
  • Organizer: 第27回医用近赤外線分光法研究会・第25回酸素ダイナミクス研究会 合同研究会
• [Presentation] Correlation of Plasma Amino Acid and Anthropometric Profiles with Brown Fat Tissue Density in Humans (2021)
  • Author(s): Miyuki Kuroiwa, Sayuri Hamaoka-Fuse, Masahiro Sugimoto, Yuko Kurosawa, Yasuko Aita, Atsumi Tomita, Mikiko Anjo, Riki Tanaka, Tasuki Endo, Ryotaro Kime, Takafumi Hamaoka
  • Organizer: obesity week
  • Int'l Joint Research