高強度運動時の呼吸亢進が下肢筋の皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26350694
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 柚木 孝敬 北海道大学, 教育学研究科(研究院), 准教授 (00352500)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大塚 吉則 北海道大学, 教育学研究科(研究院), 教授 (70233187) ; 松浦 亮太 上越教育大学, 学校教育研究科(研究院), 准教授 (10551278)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 高強度運動 / 呼吸亢進 / 随意呼吸 / 皮質脊髄路興奮性

Outline of Annual Research Achievements

随意呼吸によって非呼吸筋（手指や四肢）の皮質脊髄路興奮性が増大することが報告されている。先行研究による報告では、非呼吸筋の安静条件と静的運動（等尺性収縮）条件に限定されるが、随意呼吸時の呼吸筋を制御する一次運動野領域の活性化が非呼吸筋を制御する一次運動野領域の興奮性を高めるというメカニズムが提案されている。一方、このような現象あるいは神経機構が、不随意的な呼吸活動が中心となる動的筋収縮時にも発現するのか否かは不明である。したがって本研究では、動的運動中の呼吸亢進と四肢筋皮質脊髄路興奮性の関連を検討することを目的とした。初年度においては、一次運動野（下肢筋領域）への経頭蓋磁気刺激によって下肢筋（外側広筋）に誘発される活動電位（MEP）を皮質脊髄路興奮性の指標とし、随意呼吸が高強度動的運動中の下肢筋皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響を検討した。すなわち、脚ペダリング運動中のMEPを自然呼吸条件と随意呼吸条件で比較検討する実験を行った。運動に伴う脚筋疲労がMEPに影響することが予想されたので、運動負荷試験は2種類の強度（最大酸素摂取量の30%と80%、各24分）で行った。測定項目として、MEPに加え、MEP直後のサイレントピリオド（抑制性の指標）と最大吸気および最大呼気口腔内圧（呼吸筋疲労の指標）の評価を行い、現在、データ分析を進めている。また、呼吸筋疲労の影響を確認するため、呼吸筋疲労が外側広筋の皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響を検討する実験を追加的に行った。その結果、呼吸筋疲労によって外側広筋の皮質脊髄路興奮性が増加する可能性を示唆するデータが得られた。現在、論文執筆を進めている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

予定していた実験は完了したが、上述のように、追加実験を実施したため。

Strategy for Future Research Activity

平成２７年度は、前年度の実験と同様の結果が、下肢と異なる部位の動的運動（例えば、ハンドグリップ運動）でも得られるのか否かを検討する。また、呼吸運動と四肢運動のリズムを分析することによって、高強度運動中の呼吸亢進と皮質脊髄路興奮性の関連性をより詳細に検討する予定である。また、平成２８年度には、個人差やトレーナビリティの影響を調べる実験を行う予定である。

Causes of Carryover

研究の進展に伴い、下肢筋のみではなく上肢筋においても皮質脊髄路興奮性を確認する必要が生じたため、前倒し支払請求を行い、上肢用の経頭蓋磁気刺激コイルを購入した。しかし、このコイルを用いた実験は準備段階であり、当該年度内に実験を行うに至らなかった。また、購入予定であったゴニオメータ計測システムをより安価なポテンショメータの購入に切り替えた。このような理由により、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

生じた使用額は主に、上肢を被験筋とした追加実験をはじめ、その他予定されている実験の消耗品、被験者謝金、旅費（学会発表）に使用する予定である。