脳微小血管障害予防のための頭蓋内液循環特性プロファイリング：加齢と身体活動の影響

• 研究課題/領域番号: 19K19970
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分59020:スポーツ科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 樽味 孝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40825858)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 脳機能 / 循環機能 / 運動生理学 / 認知症 / 予防医学 / 加齢 / 脳循環 / 運動 / 脳 / 予防 / 循環 / 大動脈 / MRI / 脳血管障害 / 神経機能 / 身体活動 / 動脈硬化

研究開始時の研究の概要

現在、国内外において認知症予防対策の構築が火急的課題となっている。一方、加齢に伴う循環器機能の低下や疾患は、認知症発症リスクを上昇することで知られる。本研究では、認知症の強力なリスク因子である脳微小血管障害（CSVD）の「発症メカニズム解明」と、「習慣的持久性運動による予防対策の構築」を目的とした基礎研究の一環として、最先端MRI測定手法を用い生理学的エビデンスを集積する。

研究成果の概要

認知症の予防法構築は、超高齢社会を迎えた本邦において重要な課題である。本研究では、中高齢者の脳機能に対する運動の効果を検証し、さらにそのメカニズムを明らかにするために脳循環の役割を調べた。我々の研究成果から、定期的な有酸素運動の実践は軽度認知障害者や健常な中年者の脳機能、特に、白質神経線維の構造的統合性を改善することが示された。さらに、一過性抵抗性運動が脳血流と脳脊髄液を含む頭蓋内液全体の循環動態に影響を与えることや、高強度持久性トレーニングが上行大動脈コンプラインスの増大と関連することなどを明らかにした。3年間を通し本研究から20報の査読付き国際論文を発表することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果の意義は主に3つある。第一に、中年期における有酸素運動が脳機能を改善する知見は、より早期から認知症予防に運動が有効であることが示せたので意義が大きい。第二に、運動が白質神経線維統合性を改善する知見は、運動の効果は灰白質だけでなく、白質にも及ぶことを示せた点で学術的意義が大きい。第三に、運動が脳脊髄液の循環動態に影響を与える知見は、新規性が高く学術的意義が大きい。近年の動物研究によると、脳脊髄液は神経細胞から排出された老廃物除去に寄与することが示されている。したがって、我々の研究成果は、運動が脳内の微小環境をきれいに保ち、神経細胞の恒常性維持に貢献する可能性を示唆した。

研究成果

• [国際共同研究] IEEM(米国)
• [国際共同研究] UT Southwestern Medical Center(米国)
• [国際共同研究] Michigan State University(米国)
• [雑誌論文] Influence of water immersion on the airway impedance measured by forced oscillation technique (2022)
  • 著者名/発表者名: Hoshi Daisuke、Fukuie Marina、Tamai Shinsuke、Momma Reiko、Tarumi Takashi、Sugawara Jun、Watanabe Koichi
  • 雑誌名: Respiratory Physiology & Neurobiology 巻: 295 ページ: 103779-103779
  • DOI: 10.1016/j.resp.2021.103779
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One-year aerobic exercise altered cerebral vasomotor reactivity in mild cognitive impairment (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoto Tsubasa、Tarumi Takashi、Chen Jason N.、Hynan Linda S.、Cullum C. Munro、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 131 号: 1 ページ: 119-130
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00158.2021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Renal hemodynamics across the adult lifespan: Relevance of flow pulsatility to chronic kidney disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Kosaki Keisei、Tarumi Takashi、Sugawara Jun、Tanahashi Koichiro、Kumagai Hiroshi、Matsui Masahiro、Sugaya Takeshi、Osuka Yosuke、Tanaka Kiyoji、Kuro-o Makoto、Saito Chie、Yamagata Kunihiro、Maeda Seiji
  • 雑誌名: Experimental Gerontology 巻: 152 ページ: 111459-111459
  • DOI: 10.1016/j.exger.2021.111459
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hippocampal and rostral anterior cingulate blood flow is associated with affective symptoms in chronic traumatic brain injury (2021)
  • 著者名/発表者名: Thomas Binu P.、Tarumi Takashi、Wang Ciwen、Zhu David C.、Tomoto Tsubasa、Munro Cullum C.、Dieppa Marisara、Diaz-Arrastia Ramon、Bell Kathleen、Madden Christopher、Zhang Rong、Ding Kan
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 1771 ページ: 147631-147631
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2021.147631
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carotid Arterial Compliance and Aerobic Exercise Training in Chronic Traumatic Brain Injury (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoto Tsubasa、Le Tran、Tarumi Takashi、Dieppa Marisara、Bell Kathleen、Madden Christopher、Zhang Rong、Ding Kan
  • 雑誌名: Journal of Head Trauma Rehabilitation 巻: Online ahead of print 号: 5 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1097/htr.0000000000000722
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Midlife aerobic exercise and dynamic cerebral autoregulation: associations with baroreflex sensitivity and central arterial stiffness (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoto Tsubasa、Repshas Justin、Zhang Rong、Tarumi Takashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 131 号: 5 ページ: 1599-1612
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00243.2021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Resting-state functional MRI signal fluctuation amplitudes are correlated with brain amyloid-<b>β</b> deposition in patients with mild cognitive impairment (2021)
  • 著者名/発表者名: Scheel Norman、Tarumi Takashi、Tomoto Tsubasa、Cullum C Munro、Zhang Rong、Zhu David C
  • 雑誌名: Journal of Cerebral Blood Flow &amp; Metabolism 巻: 42 号: 5 ページ: 876-890
  • DOI: 10.1177/0271678x211064846
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Exercise in Water Provides Better Cardiac Energy Efficiency Than on Land (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuie Marina、Hoshi Daisuke、Hashitomi Tatsuya、Watanabe Koichi、Tarumi Takashi、Sugawara Jun
  • 雑誌名: Frontiers in Cardiovascular Medicine 巻: 8 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fcvm.2021.747841
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Older age and male sex are associated with higher cerebrovascular impedance (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Jun、Tarumi Takashi、Xing Changyang、Liu Jie、Tomoto Tsubasa、Pasha Evan P.、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 130 号: 1 ページ: 172-181
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00396.2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Midlife aerobic exercise and brain structural integrity: Associations with age and cardiorespiratory fitness (2021)
  • 著者名/発表者名: Tarumi Takashi、Tomoto Tsubasa、Repshas Justin、Wang Ciwen、Hynan Linda S.、Cullum C. Munro、Zhu David C.、Zhang Rong
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 225 ページ: 117512-117512
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117512
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Brain blood and cerebrospinal fluid flow dynamics during rhythmic handgrip exercise in young healthy men and women (2021)
  • 著者名/発表者名: Tarumi Takashi、Yamabe Takayuki、Fukuie Marina、Zhu David C.、Zhang Rong、Ogoh Shigehiko、Sugawara Jun
  • 雑誌名: The Journal of Physiology 巻: 599 号: 6 ページ: 1799-1813
  • DOI: 10.1113/jp281063
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] One-Year Aerobic Exercise Reduced Carotid Arterial Stiffness and Increased Cerebral Blood Flow in Amnestic Mild Cognitive Impairment (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoto Tsubasa、Liu Jie、Tseng Benjamin Y.、Pasha Evan P.、Cardim Danilo、Tarumi Takashi、Hynan Linda S.、Munro Cullum C.、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 80 号: 2 ページ: 841-853
  • DOI: 10.3233/jad-201456
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Proximal Aortic Compliance in Young Male Endurance Athletes: An MRI Study (2020)
  • 著者名/発表者名: TARUMI TAKASHI、YAMABE TAKAYUKI、FUKUIE MARINA、Kimura RYOTA、ZHU DAVID C.、OHYAMA-BYUN KEIGO、MAEDA SEIJI、SUGAWARA JUN
  • 雑誌名: Medicine & Science in Sports & Exercise 巻: 53 号: 3 ページ: 543-550
  • DOI: 10.1249/mss.0000000000002508
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cerebral Vasomotor Reactivity in Amnestic Mild Cognitive Impairment (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoto Tsubasa、Tarumi Takashi、Chen Jason、Pasha Evan P.、Cullum C. Munro、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 77 号: 1 ページ: 191-202
  • DOI: 10.3233/jad-200194
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Middle-aged endurance athletes exhibit lower cerebrovascular impedance than sedentary peers (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Jun、Tomoto Tsubasa、Repshas Justin、Zhang Rong、Tarumi Takashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 129 号: 2 ページ: 335-342
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00239.2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impaired cerebral blood flow regulation in chronic traumatic brain injury (2020)
  • 著者名/発表者名: Ding Kan、Tarumi Takashi、Tomoto Tsubasa、Mccolloster Max、Le Tran、Dieppa Marisara、Diaz-Arrastia Ramon、Bell Kathleen、Madden Christopher、Cullum C. Munro、Zhang Rong
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 1743 ページ: 146924-146924
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2020.146924
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Central autonomic network functional connectivity: correlation with baroreflex function and cardiovascular variability in older adults (2020)
  • 著者名/発表者名: Ding Kan、Tarumi Takashi、Wang Ciwen、Vernino Steven、Zhang Rong、Zhu David C.
  • 雑誌名: Brain Structure and Function 巻: 225 号: 5 ページ: 1575-1585
  • DOI: 10.1007/s00429-020-02075-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Steady-state cerebral autoregulation in older adults with amnestic mild cognitive impairment: linear mixed model analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Li、Pasha Evan P.、Liu Jie、Xing Chang-Yang、Cardim Danilo、Tarumi Takashi、Womack Kyle、Hynan Linda S.、Cullum C. Munro、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 129 号: 2 ページ: 377-385
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00193.2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Brain Perfusion Change in Patients with Mild Cognitive Impairment After 12 Months of Aerobic Exercise Training (2020)
  • 著者名/発表者名: Thomas Binu P.、Tarumi Takashi、Sheng Min、Tseng Benjamin、Womack Kyle B.、Cullum C. Munro、Rypma Bart、Zhang Rong、Lu Hanzhang
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 75 号: 2 ページ: 617-631
  • DOI: 10.3233/jad-190977
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic Cerebral Autoregulation in Preclinical Atherosclerotic Cardiovascular Disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu Yumei、Tarumi Takashi、Liu Beibei、Li Jingzhi、Wu Xiaoguang、Zhang Nan、Hua Yang
  • 雑誌名: Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases 巻: 29 号: 6 ページ: 104810-104810
  • DOI: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2020.104810
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carotid Stiffness is Associated with Brain Amyloid-β Burden in Amnestic Mild Cognitive Impairment (2020)
  • 著者名/発表者名: Pasha Evan P.、Rutjes Elmer、Tomoto Tsubasa、Tarumi Takashi、Stowe Ann、Claassen Jurgen A.H.R.、Munro Cullum C.、Zhu David C.、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 74 号: 3 ページ: 925-935
  • DOI: 10.3233/jad-191073
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Assessment of dynamic cerebral autoregulation in humans: Is reproducibility dependent on blood pressure variability? (2020)
  • 著者名/発表者名: Elting JW, Sanders ML, Panerai RB, Aries M, Bor-Seng-Shu E, Caicedo A, Chacon M, Gommer ED, Van Huffel S, Jara JL, Kostoglou K, Mahdi A, Marmarelis VZ, Mitsis GD, Muller M, Nikolic D, Nogueira RC, Payne SJ, Puppo C, Shin DC, Simpson DM, Tarumi T, Yelicich B, Zhang R, Claassen JAHR
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 1 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0227651
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cerebral White Matter Integrity in Amnestic Mild Cognitive Impairment: A 1-Year Randomized Controlled Trial of Aerobic Exercise Training (2020)
  • 著者名/発表者名: Tarumi Takashi、Thomas Binu P.、Tseng Benjamin Y.、Wang Ciwen、Womack Kyle B.、Hynan Linda、Lu Hanzhang、Cullum C. Munro、Zhang Rong
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 73 号: 2 ページ: 489-501
  • DOI: 10.3233/jad-190875
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Aging and Physiological Lessons from Master Athletes (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Hirofumi、Tarumi Takashi、Rittweger Jorn
  • 雑誌名: Comprehensive Physiology 巻: 10 ページ: 261-296
  • DOI: 10.1002/cphy.c180041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cerebral blood flow regulation and cognitive function: a role of arterial baroreflex function (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogoh S, Tarumi T
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 69 号: 6 ページ: 813-823
  • DOI: 10.1007/s12576-019-00704-6
  • NAID: 40022093888
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic Cerebral Autoregulation Reproducibility Is Affected by Physiological Variability (2019)
  • 著者名/発表者名: Sanders ML, Elting JWJ, Panerai RB, Aries M, Bor-Seng-Shu E, Caicedo A, Chacon M, Gommer ED, Van Huffel S, Jara JL, Kostoglou K, Mahdi A, Marmarelis VZ, Mitsis GD, Muller M, Nikolic D, Nogueira RC, Payne SJ, Puppo C, Shin DC, Simpson DM, Tarumi T, Yelicich B, Zhang R, Claassen JAHR
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 10 ページ: 1-11
  • DOI: 10.3389/fphys.2019.00865
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparing model‐based cerebrovascular physiomarkers with DTI biomarkers in MCI patients (2019)
  • 著者名/発表者名: Marmarelis Vasilis Z.、Shin Dae C.、Tarumi Takashi、Zhang Rong
  • 雑誌名: Brain and Behavior 巻: 9 号: 8 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1002/brb3.1356
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 高齢者の脳と運動：認知症予防のための生理学研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 樽味孝
  • 学会等名: 第29回日本運動生理学会大会
• [学会発表] Proximal Aorta and Intracranial Fluid Dynamics in Endurance Athletes: The Findings from MRI Studies (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tarumi
  • 学会等名: 26th Annual Congress of the European College of Sports Science
  • 国際学会
• [学会発表] Hippocampal and Anterior Cingulate Perfusion is Associated with Affective Symptoms in Chronic Traumatic Brain Injury (2021)
  • 著者名/発表者名: Binu P Thomas, Takashi Tarumi, Ciwen Wang, David C. Zhu, Tsubasa Tomoto, C. Munro Cullum, Marisara Dieppa, Ramon Diaz-Arrastia, Kathleen Bell, Christopher Madden, Rong Zhang, Kan Ding
  • 学会等名: ISMRM 29th Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Resting-state functional MRI signal fluctuations are correlated with brain amyloid-β deposition (2021)
  • 著者名/発表者名: Norman Scheel, Takashi Tarumi, Tsubasa Tomoto, C. Munro Cullum, Rong Zhang, David C. Zhu
  • 学会等名: Organization for Human Brain Mapping 2021 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Effect Of Exercise Training On The Cerebral White Matter Integrity In Chronic Traumatic Brain Injury (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tarumi, Binu P Thomas, Ciwen Wang, David C. Zhu, Tsubasa Tomoto, C. Munro Cullum, Marisara Dieppa, Ramon Diaz-Arrastia, Kathleen Bell, Christopher Madden, Rong Zhang, Kan Ding
  • 学会等名: 2021 Annual Meeting of the American College of Sports Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] Differences in Cardiovascular Response to Water- and Land-Based Cycling at the Matched Exercise Intensity (2021)
  • 著者名/発表者名: Marina Fukuie, Daisuke Hoshi, Tatsuya Hashitomi, Koichi Watanabe, Takashi Tarumi, Jun Sugawara
  • 学会等名: 2021 Annual Meeting of the American College of Sports Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] Effect Of A Low-To-Moderate Intensity Water Exercise On The Prefrontal Cortical Activity (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Hashitomi, Daisuke Hoshi, Marina Fukuie, Takashi Tarumi, Jun Sugawara, Koichi Watanabe
  • 学会等名: 2021 Annual Meeting of the American College of Sports Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of Different Exercise Intensities on the Respiratory Function and Breathing Pattern during Underwater Cycling (2021)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hoshi, Marina Fukuie, Tatsuya Hashitomi, Takashi Tarumi, Jun Sugawara, Koichi Watanabe
  • 学会等名: 2021 Annual Meeting of the American College of Sports Medicine
  • 国際学会
• [学会発表] Cerebrospinal Fluid Flow Dynamics during Handgrip Exercise in Young Healthy Adults: An MRI study (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tarumi, Takayuki Yamabe, Marina Fukuie, David C. Zhu, Rong Zhang, Shigehiko Ogoh, Jun Sugawara
  • 学会等名: Experimental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Marina Fukuie, Daisuke Hoshi, Tatsuya Hashitomi, Koichi Watanabe, Takashi Tarumi, Jun Sugawara (2021)
  • 著者名/発表者名: Impact of Pedaling Cadence and Resistance on Cardiovascular Response during Underwater Cycling
  • 学会等名: Experimental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Daisuke Hoshi, Marina Fukuie, Tatsuya Hashitomi, Takashi Tarumi, Jun Sugawara, Koichi Watanabe (2021)
  • 著者名/発表者名: Respiratory Response To Underwater And Land-based Cycling At The Matched Oxygen Uptake
  • 学会等名: Experimental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Vascular Aging Index of the Finger Photoplethysmogram: A validation study with vascular stiffness, mental stress, and day-to-day variability (2019)
  • 著者名/発表者名: Tarumi T, Yamabe T, Sugawara J
  • 学会等名: Artery
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic Carotid Pressure-Area Relation across the Adult Lifespan (2019)
  • 著者名/発表者名: Tarumi T, Tomoto T, Sugawara J
  • 学会等名: Experimental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Cerebrovascular Impedance across the Adult Life Span (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugawara J, Tarumi T, Xing C, Liu J, Tomoto T, Pasha E, Zhang R
  • 学会等名: Experimental Biology
  • 国際学会
• [学会発表] CEREBRAL PERFUSION IN MIDDLE-AGED MASTERS ATHLETES: ASSOCIATIONS WITH AGE AND CARDIORESPIRATORY FITNESS (2019)
  • 著者名/発表者名: Tarumi T, Tomoto T, Pasha E, Wang C, Zhang R
  • 学会等名: International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism
  • 国際学会
• [学会発表] Does regular physical exercise slow brain aging and prevent dementia? Current evidence on cognition, brain structure, and cerebrovascular function (2019)
  • 著者名/発表者名: Tarumi T
  • 学会等名: 2019 International Conference on Exercise Physiology and Fitness
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] APS Select Awardプレスリリース
  • URL: https://www.newswise.com/articles/exercise-during-middle-age-may-prevent-age-related-chronic-diseases?ta=home