ブレインヘルスに寄与する脳循環代謝・機能の急性反応と慢性的な効力の関係性の検証

• 研究課題/領域番号: 21K17695
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分59040:栄養学および健康科学関連
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 塚本 敏人 立命館大学, スポーツ健康科学部, 助教 (70802099)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 運動 / ココアフラバノール / 中鎖脂肪酸 / 脳代謝 / 脳循環 / 認知機能 / 有酸素性運動 / レジスタンス運動

研究開始時の研究の概要

本研究では，一過性の運動や栄養摂取がもたらす脳循環代謝機能への効果と習慣的な運動・食生活がもたらす脳循環代謝機能への効果のカップリングを検証する．
具体的には，認知機能の一つである実行機能を急性的に向上させる作用を持ち，併用することでさらなる実行機能の向上が期待できる有酸素性運動（Tsukamoto et al. Med Sci Sports Exer. 2017），レジスタンス運動（同 PLoS One. 2017），ココアフラバノール（同 Nutrition. 2018）に焦点を絞り，この三種類の介入を行う．これにより，単回の効力に強弱をつけ，その急性効果と慢性効果の因果関係を検証する．

研究実績の概要

習慣的な運動が脳のアンチエイジング効果をもたらすことは通説になりつつあるものの，その効力を効果的に引き出す理論に基づいたプログラムは確立されていない．近年，一過性の運動などによって向上する認知機能や脳循環代謝の作用機序解明に向けたアプローチを行うことで，理論に基づいたブレインヘルスケアプログラムを構築しようとする動きが活発になっている（塚本および橋本．体育の科学．2020など）．しかしながら，その急性効果が習慣的に繰り返されることで，慢性的にどのような影響を与えるかに関しては不明瞭なままである．本研究では，一過性の運動や栄養介入などによって一時的に向上する認知機能などのブレインヘルスケアの効力が，習慣的に繰り返されることで慢性的なステータスに反映されるのか検証することを目的としている.
2022年度は，一過性の低酸素暴露と14日間の低酸素暴露，低酸素環境居住者の脳循環指標や認知機能を調査し，その関係性を検証した国際共同研究成果を学術論文としてJournal of Physiologyに発表した．加えて，COVID-19の影響による実験中止の可能性を考慮し，習慣的に摂取することで認知機能を向上させる効力が見込まれている中鎖脂肪酸の栄養介入に変更し，認知機能と生理指標の急性反応と慢性適応の関連性の検証に着手し始めた．なお，介入前の急性反応（運動と栄養の併用）のデータ解析など，今取り組むことができる解析については完了している．引き続き介入後のデータをまとめ，一過性の反応と慢性効果の関連性を検討する予定でいる．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2021年度はCOVID-19の影響を強く受け，遅れ気味ではあったものの，2022年度には研究計画を練り直すとともに予備実験を完了し，測定・介入など着手し始めることができた．

今後の研究の推進方策

引き続きまずは測定・介入を進める．2023年度中には60名分の測定・介入を完了し，データをまとめる．その後，国際学会での発表を経て，学術論文として発表することを目指す．

研究成果

• [国際共同研究] University of South Wales(英国)
• [国際共同研究] University of South Wales(英国)
• [雑誌論文] Acute effect of caffeine supplementation on 100-m sprint running performance: A field test (2023)
  • 著者名/発表者名: Teppei Matsumura, Keigo Tomoo, Takeshi Sugimoto, Hayato Tsukamoto, Yasushi Shinohara, Mitsuo Otsuka, Takeshi Hashimoto.
  • 雑誌名: Medicine & Science in Sports & Exercise 巻: 55 号: 3 ページ: 525-533
  • DOI: 10.1249/mss.0000000000003057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lifelong exposure to high‐altitude hypoxia in humans is associated with improved redox homeostasis and structural?functional adaptations of the neurovascular unit (2023)
  • 著者名/発表者名: Stacey BS, Hoiland RL, Caldwell HG, Howe CA, Vermeulen T, Tymko MM, Vizcardo‐Galindo GA, Bermudez D, Figueroa‐Mujiica RJ, Gasho C, Tuaillon E, Hirtz C, Lehmann S, Marchi N, Tsukamoto H, Villafuerte FC, Ainslie PN, Bailey DM.
  • 雑誌名: The Journal of Physiology 巻: 601 号: 6 ページ: 1095-1120
  • DOI: 10.1113/jp283362
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of continuous hypoxia on flow-mediated dilation in the cerebral and systemic circulation: on the regulatory significance of shear rate phenotype (2022)
  • 著者名/発表者名: Shigehiko Ogoh, Takuro Washio, Benjamin S. Stacey, Hayato Tsukamoto, Angelo Iannetelli, Thomas S. Owens, Thomas A. Calverley, Lewis Fall, Christopher J. Marley, Damian M. Bailey.
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 72 号: 1 ページ: 16-16
  • DOI: 10.1186/s12576-022-00841-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Executive function during exercise is diminished by prolonged cognitive effort in men (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayato Tsukamoto, Kento Dora, Benjamin S. Stacey, Hibiki Tsumura, Yoshino Murakami, Christopher J. Marley, Damian M. Bailey, Takeshi Hashimoto.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 22408-22408
  • DOI: 10.1038/s41598-022-26788-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Similar improvements in cognitive inhibitory control following low-intensity resistance exercise with slow movement and tonic force generation and high-intensity resistance exercise in healthy young adults: a preliminary study (2021)
  • 著者名/発表者名: Dora Kento、Suga Tadashi、Tomoo Keigo、Sugimoto Takeshi、Mok Ernest、Tsukamoto Hayato、Takada Shingo、Hashimoto Takeshi、Isaka Tadao
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: 71 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1186/s12576-021-00806-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integrated respiratory chemoreflex‐mediated regulation of cerebral blood flow in hypoxia: Implications for oxygen delivery and acute mountain sickness (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogoh Shigehiko、Washio Takuro、Stacey Benjamin S.、Tsukamoto Hayato、Iannetelli Angelo、Owens Thomas S.、Calverley Thomas A.、Fall Lewis、Marley Christopher J.、Saito Shotaro、Watanabe Hironori、Hashimoto Takeshi、Ando Soichi、Miyamoto Tadayoshi、Bailey Damian M.
  • 雑誌名: Experimental Physiology 巻: 106 号: 9 ページ: 1922-1938
  • DOI: 10.1113/ep089660
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contact events in rugby union and the link to reduced cognition: evidence for impaired redox-regulation of cerebrovascular function. (2021)
  • 著者名/発表者名: Thomas S. Owens, Thomas A. Calverley, Benjamin S. Stacey, Angelo Iannetelli, Lucy Venables, George A. Rose, Lewis Fall, Hayato Tsukamoto, Ronan M.G. Berg, Gareth L. Jones, Christopher J. Marley, and Damian M. Bailey.
  • 雑誌名: Experimental Physiology. 巻: 106 号: 9 ページ: 1971-1980
  • DOI: 10.1113/ep089330
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impaired cerebral blood flow regulation and cognition in male football players. (2021)
  • 著者名/発表者名: Christopher J. Marley, Thomas S. Owens, Hayato Tsukamoto, Benjamin S. Stacey, Robin Corkill, and Damian M. Bailey.
  • 雑誌名: Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 巻: 31 号: 10 ページ: 1908-1913
  • DOI: 10.1111/sms.14018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of Inter-Set Short Rest Interval Length on Inhibitory Control Improvements Following Low-Intensity Resistance Exercise in Healthy Young Males (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Keigo、Suga Tadashi、Dora Kento、Sugimoto Takeshi、Mok Ernest、Tsukamoto Hayato、Takada Shingo、Hashimoto Takeshi、Isaka Tadao
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 12 ページ: 741966-741966
  • DOI: 10.3389/fphys.2021.741966
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Exercise on Brain Health: The Potential Role of Lactate as a Myokine (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takeshi、Tsukamoto Hayato、Ando Soichi、Ogoh Shigehiko
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 11 号: 12 ページ: 813-813
  • DOI: 10.3390/metabo11120813
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Concussion history in rugby union players is associated with depressed cerebrovascular reactivity and cognition. (2021)
  • 著者名/発表者名: Thomas S. Owens, Thomas A. Calverley, Benjamin S. Stacey, George A. Rose, Lewis Fall, Hayato Tsukamoto, Gareth L. Jones, Robin Corkill, Edouard Tuaillon, Christophe Hirtz, Sylvain Lehmann, Nicola Marchi, Christopher J. Marley, and Damian M. Bailey.
  • 雑誌名: Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 巻: 31 号: 12 ページ: 2291-2299
  • DOI: 10.1111/sms.14046
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Contact events in professional rugby union: evidence for impaired redox-regulation of cerebrovascular function (2022)
  • 著者名/発表者名: Owens TS, Calverley TA, Stacey BS, Iannatelli A, Rose G, Fall L, Tsukamoto H, Berg MG, Jones G, Marley CJ, Bailey DM.
  • 学会等名: Europhysiology 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Prolonged cognitive effort during cycling exercise causes slow reaction time and large intraindividual variability (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto H, Dora K, Stacey BS, Tsumura H, Murakami Y, Marley CJ, Bailey DM, Hashimoto T
  • 学会等名: American College of Sports Medicine's 70th Annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Cerebrovascular regulation in response to high-intensity interval exercise (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugawara J, Hashimoto T, Tsukamoto H, Secher NH, Ogoh S.
  • 学会等名: American College of Sports Medicine's 70th Annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Perceived exertion is elevated by a dual-task of cognitive performance and aerobic exercise (2022)
  • 著者名/発表者名: Dora K, Stacey BS, Tsumura H, Murakami Y, Marley CJ, Bailey DM, Hashimoto T, Tsukamoto H.
  • 学会等名: American College of Sports Medicine's 70th Annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 認知機能研究とスポーツ現場 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚本敏人
  • 学会等名: 運動と脳の勉強会6月月例会
  • 招待講演
• [学会発表] Ergogenic effect of caffeine on 100-m sprint performance in athletics: a field test (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumura T, Tomoo K, Sugimoto T, Tsukamoto H, Shinohara Y, Otsuka M, Hashimoto T.
  • 学会等名: 27th annual Congress of the European College of Sport Science
  • 国際学会
• [学会発表] Longer sedentary time predicts a lower level of environmental mastery among university students in Japan (2022)
  • 著者名/発表者名: Murakami Y, Tsukamoto H, Murakami H, Yamaura K, Hashimoto T.
  • 学会等名: 27th annual Congress of the European College of Sport Science
  • 国際学会
• [学会発表] Flavanol-rich cocoa intake mitigates the combined negative impact of prolonged cognitive effort and exercise on mental fatigue (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki A, Yoneya S, Koyama T, Yuuki IW, Dora K, Hashimoto T, Tsukamoto H.
  • 学会等名: 27th annual Congress of the European College of Sport Science
  • 国際学会
• [学会発表] 100m走におけるカフェインの急性効果と習慣的カフェイン摂取量の関係 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松村哲平，友尾圭吾，杉本岳史，塚本敏人，篠原靖司，大塚光雄，橋本健志．
  • 学会等名: 第77回日本体力医学会
• [学会発表] 朝食欠食がもたらす昼食後高血糖の認知機能に対する負の効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚本敏人，道羅絢斗，杉本岳史，鈴木飛鳥，石橋彩，安藤創一，水口暢章，橋本健志．
  • 学会等名: 第77回日本体力医学会
• [学会発表] Cerebral blood flow regulation following breakfast. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayato Tsukamoto.
  • 学会等名: Cerebral Blood Flow Virtual Seminar Series 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] コンカレント運動時の乳酸応答 (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚本敏人，菅唯志，道羅絢斗，杉本岳史，友尾圭吾，伊坂忠夫，橋本健志
  • 学会等名: 第76回日本体力医学会大会.
• [学会発表] 運動と脳代謝 (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚本敏人
  • 学会等名: 計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム 2021.
• [学会発表] The relationship between dynamic autoregulation of cerebral oxygenation and cardiorespiratory fitness (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayato Tsukamoto, Christopher J. Marley, Julien V. Brugniaux, Thomas S. Owens, Benjamin S. Stacey, Thomas A. Calverley, Angelo Iannetelli, Damian M. Bailey.
  • 学会等名: American College of Sports Medicine’s 68th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] レジスタンス運動前の有酸素性運動の実施がBDNF応答に及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 道羅絢斗，塚本敏人，菅唯志，杉本岳史，友尾圭吾，伊坂忠夫，橋本健志
  • 学会等名: 第76回日本体力医学会大会.
• [学会発表] 低酸素暴露が脳および末梢血管内皮機能に及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小河繁彦，鷲尾拓郎，齋藤祥太郎，塚本敏人，橋本健志，安藤創一，Damian M. Bailey
  • 学会等名: 第76回日本体力医学会大会.
• [学会発表] Effect of very low-intensity resistance exercise with slow movement and tonic force generation on post-exercise inhibitory control. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kento Dora, Tadashi Suga, Keigo Tomoo, Takeshi Sugimoto, Ernest Mok, Hayato Tsukamoto, Shingo Takada, Takeshi Hashimoto, Tadao Isaka
  • 学会等名: American College of Sports Medicine’s 68th Annual Meeting
  • 国際学会