運動負荷における温度及び血流解析によるMRI骨格筋代謝イメージング

研究課題

研究課題/領域番号	22K17716
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	順天堂大学
研究代表者	渋川周平順天堂大学, 保健医療学部, 講師 (10911290)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円) 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円) 2022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	MRI / 骨格筋 / 温度 / 血流 / 代謝
研究開始時の研究の概要	骨格筋は持久性の高い遅筋線維と瞬発力の高い速筋線維に大別されることが知られているが、それを鑑別できる生体計測技術は少ない。筋線維分布を正確に把握できればスポーツ医学や臨床医学への応用が期待できる。本研究では骨格筋の温度と血流に着目し、構造ではなく機能をMRIで評価するアプローチを試みる。MRIを撮像しながら下肢に運動負荷を加え，骨格筋の熱産生と運動による血流増加を同時に測定する。この画像解析を行い，筋線維の代謝パラメータを評価することで筋線維の鑑別が可能かどうか検証する。本研究が実現できれば新しい骨格筋の代謝イメージング技術として期待できる。
研究実績の概要	本研究では磁気共鳴イメージング（MRI）を使用して下肢骨格筋の代謝イメージングの開発を目的とする。骨格筋は遅筋線維と速筋線維という2つの筋線維タイプに大別されるがそれらを鑑別できるMRI技術はほとんどない。そこでMRIによる血流評価に加え、MRIで温度が測定可能であることに着目し、運動負荷をかけた場合の血流と温度を同時評価する代謝イメージングによって筋線維分布評価の可能性について検証した。令和4年度の検証においてMRIによる温度イメージングは感度が低かったため、主に血流や水分変化量に依存するT2map計測による実験を進めることとした。令和5年度ではボランティアのサンプル数を増やすこと、2種類の運動負荷デザインを検証することを目的とし実験に取り組んだ。運動デザインは速筋線維が優位とされる下腿前脛骨筋をターゲットとした背屈運動、遅筋線維が優位とされるヒラメ筋をターゲットとした底屈運動の２つを考案し、MRI撮像中に２つの運動が可能な運動負荷補助具を作製した。この補助具の完成によって一定の荷重負荷をかけた背屈運動と底屈運動がMRI撮像中にも可能となった。被験者は背屈運動による実験が31名、底屈運動による実験が15名であった。この結果、背屈運動における前脛骨筋ではT2値に大きな変化があるのに対し、底屈運動におけるヒラメ筋ではT2値にほとんど変化がないことが判明した。また、各被験者の筋力やその筋断面積も計測を行ったが、T2値の変化との相関は認められなかった。このことから、T2値の変化に寄与する血流や代謝による水分量変化は筋力や筋断面積（大きさ）に関連はなく、むしろ筋線維タイプの違いに関連していることが示唆された。今後は運動負荷の荷重量や運動デザインを等尺性収縮や等張性収縮などに変化させることで運動とT２値の関連をさらに検証していく予定である。
現在までの達成度 (区分)	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今年度の研究計画では①ボランティアデータ数を増やすこと②運動負荷デザインの追加であった。この二つの目的は達成できたため、進捗は順調である。現在はデータをまとめ、論文投稿への準備を進めている。また、アウトプットの場として国際学会での学会発表を予定している。
今後の研究の推進方策	底屈運動による運動負荷データがやや不足しているため、被験者数を増やしデータを蓄積する事を継続する。また、温度イメージングが困難であったため、その他のMRI撮像による定量値取得で骨格筋繊維の基盤解明の可能性を模索する。現在は拡散強調画像、定量的磁化率マッピングの可能性を模索しており、可能であればこれらの定量MRIデータとT2値との比較を検討する。また、運動負荷の方法についても現在は4kgという1種類の負荷重量のみ検証しているため、その他の重量についても検証していく。さらに運動デザインを等尺性収縮や等張性収縮などに変化させることで運動の種類とT２値の関連をさらに検証していく予定である。また、論文採択、国際学会での発表をおこない、研究成果のアウトプットを目指す。