2013 Fiscal Year Research-status Report
筋細胞膜の電気特性を利用した加齢に伴う筋機能低下の新しい評価法の開発
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25560339
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Kyoto Gakuen University |
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Principal Investigator |
木村 みさか 京都学園大学, バイオ環境学部, 教授 (90150573)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | サルコペニア / 骨格筋量 / 筋細胞膜の生物物理学的特性 / MF-BIS |
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| Research Abstract |
本研究では、ヒトの筋細胞膜の特性を生体内で非侵襲的に評価する手法の開発を目指し、Multi-Frequency Bioelectrical Impedance Spectroscopy(MF-BIS)によって得られる信号情報のうち、Phase angleが最大となる周波数から求められるCapacitanceに筋細胞膜の電気的特徴が含有されていることを用い、MF-BISを用いて筋細胞膜の生物物理学特性の加齢変化を非侵襲的に評価する方法を開発することを目的として研究を行う。
平成25年度は先ず、MF-BIS法による筋細胞膜の電気的特性が若齢者と高齢者、自立高齢者と要介護高齢者、若齢者長期ベッドレスト、心疾患患者の長期入院、筋疾患患者、脊髄損傷患者等の集団でどのように異なるかを測定・調査することを目的とし、多数例による被験者間の比較を行なった。MF-BIS法は、これまでの研究（基盤A平成20-23, 基盤A平成24-, 挑戦的萌芽平成23）で使用しており、2,000名を超えるデータベースを構築している。MF-BIS法では、交流電流の性質と、生体内の電気特性との関係から、Resistance成分とReactance成分が求められ、ベクトル平面図で電気的特徴を評価することができる。現在のデータベースから、若齢者と高齢者、自立高齢者と要介護高齢者、若齢者の長期ベッドレスト、心疾患患者の長期入院、脊髄損傷患者等の集団をプロットすると、この2次元平面上にきれいな広がりを持って分布することより、平成25年度は、不足データを補完しながら、このベクトル平面図上の値から、電気特性パラメータを得たうえで、筋細胞膜の生物物理学的特性を推定するモデルを作成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度は先ず、MF-BIS法による筋細胞膜の電気的特性を検討するために、多数例データを得ることが大きな目的であった。MF-BIS法は、これまでの研究（基盤A平成20-23, 基盤A平成24-, 挑戦的萌芽平成23）で使用しており、2,000名を超えるデータベースを構築している。今年度は、MF-BIS法に関する造詣が深い、従来からの共同研究者である山田陽介氏が海外共同研究者のUniversity of Wisconsin-MadisonのDale A. Schoeller教授のもとに1年間留学し、Schoeller教授による実験データの監修とディスカッションを進めることができた。また、山田氏はこの留学期間中に、MIDUS（Midlife in the United States, A National Longitudinal Study of Health & Well-Being）に加わり、約100名の20～80歳のアメリカ人の測定を行なった。今後、人種間差等の比較の可能なデータベース構築を進める体制が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
筋細胞膜は筋収縮に伴って形状が変化し、生物物理学的特性が変化する。したがって、筋収縮中にMF-BIS法を用いて、連続的に電気特性を評価することで、筋細胞膜の生物物理学的特性との関連を明らかにすることができると考えられる。今後は、先ず、漸増負荷等尺性力発揮運動においてMF-BIS法で計測した筋細胞内外液の変化および筋細胞膜の電気特性をResistance-Reactance平面にプロットし、電気特性パラメータを得たうえで、筋細胞膜の生物物理学的特性を推定するモデルを作成する。さらに、31P-MRS、DT-MRI、MRIのT2強調画像、近赤外線分光法（NIRS）、筋電図（EMG）・筋音図（MMG）、超音波画像、超音波ドプラーを用いて、電気特性パラメータと比較することで、その特徴を相互比較する。基礎研究は等尺性運動で行なうが、同時に、動作を伴う各種運動様式（コンセントリック・エキセントリック収縮、ダイナミックな反復運動）中・後の計測にもチャレンジする。現在、自転車運動中の測定を試みており、運動強度の増加に伴って変化するシグナルを捉えることができそうである。こちらについては、NIRS、EMG、MMG、超音波画像、動作解析との比較により相互妥当性を検証する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
MF-BIS法は、これまでの研究（基盤A平成20-23, 基盤A平成24-, 挑戦的萌芽平成23）で使用しており、2,000名を超えるデータベースを構築してきた。今年度はこれらの多数例を用いたデータ解析を進め、MF-BIS法による筋細胞膜の電気的特性を検討した。また、従来からの共同研究者である山田陽介氏が海外共同研究者のUniversity of Wisconsin-MadisonのDale A. Schoeller教授のもとに1年間留学し、MIDUS（Midlife in the United States, A National Longitudinal Study of Health & Well-Being）に加わり、約100名の20～80歳のアメリカ人の測定を行なったが、これは別の研究費で実施できた。そのため、研究費は次年度以降にまわし、下記の計画に従って研究計画を進める。
筋細胞膜は筋収縮に伴って形状が変化し、生物物理学的特性が変化する。今後（平成26年度、27年度）は、筋収縮時における電気特性の変化をMF-BIS法を用いて連続的に評価し、筋細胞膜の生物物理学的特性との関連を明らかにしたいと考えている。併せて、31P-MRS、DT-MRI、MRIのT2強調画像、近赤外線分光法（NIRS）、筋電図（EMG）・筋音図（MMG）、超音波画像、超音波ドプラーを用いて、電気特性パラメータと比較することで、その特徴を相互比較する予定であり、ここに研究費を投入する計画を進めている。
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Research Products
(9 results)
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[Presentation] Estimation of thigh muscle cross-sectional area by single- and multi-frequency segmental bioelectrical impedance analysis in the elderly.
Author(s)
Yosuke Yamada, M Ikenaga, N Miyoshi, K Morimura, N Takeda, A Kiyonaga, M Kimura, Y Higaki, H Tanaka, for the Nakagawa Study
Organizer
1st Montreal International Symposium of Grapa, Muscle from Humans to Cells
Place of Presentation
Monteal, Quebec, Canada
