磁気共鳴分光法を用いたリン酸化合物濃度の新規定量方法の確立とスポーツ科学への応用

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25560346
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: National Agency for the Advancement of Sports and Health
• Principal Investigator: 高橋 英幸 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, 副主任研究員 (00292540)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有光 琢磨 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 (00616021) ; 中嶋 耕平 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, メディカルセンター, 副主任研究員 (50292925) ; 大岩 奈青 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, 研究員 (50443247)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 骨格筋 / 磁気共鳴分光法 / クレアチンリン酸 / アデノシン三リン酸

Research Abstract

骨格筋中のアデノシン三リン酸やクレアチンリン酸といったリン酸化合物は、筋収縮のためのエネルギー産生で利用される基質であり、その含有量が運動パフォーマンスに大きな影響を及ぼす。これら化合物の濃度を測定するには、切開を伴う筋生検法を用いて筋を摘出して分析しなければならないため、その応用範囲はかなり制限されていた。本研究では、領域選択リン磁気共鳴分光法(31P-MRS)を用いた、非侵襲的な、リン酸化合物濃度の新しい測定方法を確立させ、競技種目特性との関係を明らかにすることを目的とする。平成25年度は、特定領域を選択してリン酸化合物含有量を測定するためのハード面およびソフト面の測定環境を確立させるための基礎的検討を行った。ハード面の整備として、検出用コイル位置の自由な設定を可能とする固定装置の作製、および、基準溶液を用いた測定のための様々なサイズの容器の作製を行った。これらにより、異なる体格、筋量の被検者を対象とした測定環境を構築することができた。ソフト面では、これまで提案されている数種類の領域選択方法の中から、選択領域外からの信号を除外し、感度良く31P-MRS信号を収集できる方法を明らかにするとともに、定量評価に最適な基準溶液用試薬の選定実験を実施した。さらに、特定の濃度の基準溶液およびヒトの骨格筋を対象として繰り返し時間や選択領域の大きさを変えた測定を行い、できるだけ短時間で、信頼性のある31P-MRSデータを収集可能な測定条件を検討した。濃度の異なる溶液を対象とした実験では、濃度とピーク面積の間に高い相関が認められ、定量評価の妥当性が実証された。ヒトの骨格筋を対象とした測定では、3.8分の時間分解能で、先行研究と同様のリン酸化合物濃度を得られることを実証した。これらの結果により、次年度以降計画されている研究を進めるための基盤整備ができたと考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

H25年度の検討により、新しい領域選択31P-MRSを用いたリン酸化合物濃度評価に必要となるハードを整備し、定量評価に必要となる測定条件を確立することができた。そして、基準溶液を対象とした実験において、本法を用いたリン酸化合物の定量評価の妥当性を実証することができた。一方、研究の途中で、31P-MRS用コイルが故障し、修理のために実験が行うことができない期間があったことから、予定した計画を実施できなかった部分があった。特に、ヒト骨格筋を対象とした定量評価では、先行研究と同様なリン酸化合物濃度を得られてはいるが、その妥当性に関しては、必ずしも十分な検討が行えたとは言えない。しかしながら、H26年度早期の取り組みにより遅れを取り戻すことは十分可能であり、今後の研究を進める上で大きな支障をきたすことはないと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

最終年度である平成26年度は、確立させた領域選択31P-MRS測定法を用いたヒト骨格筋のリン酸化合物測定により得られる値の妥当性、信頼性を検証するための実験を行うとともに、実際の競技者を対象とした測定を実施し、リン酸化合物濃度と競技種目特性がどのような関係にあるのかを検討する。被検者は、速筋線維優位と考えられる陸上競技短距離走競技者、遅筋線維優位と考えられる陸上競技長距離走競技者、および、一般健常成人(非鍛錬者)とし、大腿部の骨格筋を対象として、領域選択31P-MRSを用いたリン酸化合物濃度の測定を実施する。
領域選択31P-MRSの測定は、3テスラの超電導MR装置と直径10cmの検出用コイルを用い、約3.8分で1つのデータを収集する。筋を対象とした測定データと基準溶液を対象とした測定データを比較することによりリン酸化合物濃度を算出する。
以上の測定データを比較検討することにより、リン酸化合物濃度と競技種目特性との関係を明らかにする。そして、研究最終年度としてのまとめ作業を進めるとともに、学会等での発表、学術論文の投稿等を通して得られた研究成果の公表を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

31P-MRS測定に使用する、特注で作製した検出用コイルが故障してしまい、替えのコイルもなかったため、約2か月間実験を行うことができなかった。その結果、主に予定されていた、ヒト骨格筋を対象とした測定・実験の一部を実施することができなかった。
H25年度の研究により、新しい領域選択31P-MRS測定に必要となるハード面とソフト面の基盤整備を行うことはできた。しかしながら、上記の理由により若干の研究の遅れが出てしまったため、ヒト骨格筋を対象とした領域選択31P-MRSを用いたリン酸化合物濃度測定の妥当性に関して十分な検証を行うことができなかった。そこで、H26年度に繰り越した予算に関しては、筋生検を用いた生化学的分析も含めて、十分な数の被検者を対象として、確立させた測定法を用いた、ヒト骨格筋を対象としたリン酸化合物測定値の妥当性、信頼性を検証する実験のための費用として使用する。具体的には、これらを実施するための被検者および検者の謝金・交通費、定量評価に必要となる基準溶液作製のための試薬費、生化学的分析のための試薬費として使用する。