Effect of acute intermittent hypoxia and hypercapnia on lower limb motor function

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K21227
• Research Institution: National Agency for the Advancement of Sports and Health
• Principal Investigator: 波多野 慶 独立行政法人日本スポーツ振興センター国立スポーツ科学センター, スポーツ科学・研究部, 契約研究員 (70963924)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Keywords: 低酸素 / 高二酸化炭素 / 筋力 / 脊髄運動ニューロン

Outline of Annual Research Achievements

申請者は、先行研究と自身のこれまでの検討から、動脈血の酸素（O2）濃度の低下や二酸化炭素（CO2）濃度の上昇が体肢筋を支配する脊髄運動ニューロンの興奮性を増加させる可能性を見出している。本研究では、吸気のO2濃度とCO2濃度を変化させる呼吸介入が、神経性の要因を介して随意的な筋力発揮に及ぼす影響を明らかとすることを目的としている。
本研究は神経性の障害の無い者を対象としている。本研究で用いる呼吸介入は、短時間の低O2曝露の繰り返しと短時間の高CO2曝露の繰り返しの二条件とする。それぞれの呼吸介入は、先行研究の検討に基づき、低O2ガス吸入と外部死腔付加によるCO2再呼吸法によって行う。呼吸介入の前後で測定される検討項目は、１）随意的な最大足関節底屈力、２）随意的な最大下の足関節底屈力の安定性、３）電気刺激によるヒラメ筋の反応である。１）および２）の筋力は随意的な運動出力の指標として測定する。３）では、ヒラメ筋のH波およびF波を脊髄運動ニューロンの興奮性を反映する神経筋活動の指標として測定する。
本研究は、呼吸介入が脊髄の神経活動への影響を介して、運動機能を改善する可能性を探るものである。本研究で運動機能に対する呼吸介入の影響が明らかとなれば、リハビリテーションやスポーツトレーニングの場における応用へ繋がることが期待される。
今年度は、実験実施のための所属機関内の手続き、実験で用いる機材および消耗品の調達、予備実験の実施を進めた。しかしながら、新型コロナウイルス感染症の度重なる拡大のため、計画していた低O2曝露の影響を検討する本実験の実施には進めなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究では、呼吸介入を行うために被験者は不織布マスクを外す必要がある。また、神経筋活動を測定する際には、電極を装着するために、実験者は被験者に至近距離で直接触れる必要がある。これらの行為は被験者と実験者の双方にとって感染リスクが高いとされ、感染拡大時の実験実施は困難であった。また低O2および高CO2の使用には健康を害するリスクがあるため、被験者の安全確保の準備および手続きに慎重を期す必要があった。

Strategy for Future Research Activity

現在、感染状況が落ち着きつつある。また、実験で用いる呼吸介入に対する被験者の安全性確保に関する準備と手続きが整った。したがって、次年度は低O2および高CO2それぞれの条件における本実験を完了させることとする予定である。

Causes of Carryover

今年度に行われた実験が、予備実験の段階であり、被験者の謝礼金が発生しなかった。また、本実験が行われなかったため、消耗品が消費されず調達数が少なかったことが理由として挙げられる。次年度は本実験に参加する被験者への謝礼金、実験で得られたデータを解析する機器、研究成果を公表する学会発表のための旅費に使用する計画である。