間欠的な低酸素および高二酸化炭素の曝露が下腿筋の運動機能へ及ぼす影響

• 研究課題/領域番号: 22K21227
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0909:スポーツ科学、体育、健康科学およびその関連分野
• 研究機関: 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
• 研究代表者: 波多野 慶 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 (70963924)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 低酸素 / 高二酸化炭素 / 筋力 / 脊髄運動ニューロン / 運動神経 / 最大随意筋力 / 力調節安定性

研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、健常なヒトに対する低酸素と高二酸化炭素の曝露が、神経性の要因を介して、四肢の最大筋力や力調節の運動機能を改善させる可能性の検討である。これまでに研究代表者は、高二酸化炭素の曝露によって、下腿筋を支配する脊髄の運動神経が活性化される可能性を示した。また先行研究では、低酸素曝露によって脊髄損傷者の運動機能が回復することが示唆された。しかしながら、神経障害の無い者の運動機能に対する高二酸化炭素および低酸素の影響は不明である。したがって本研究では、健常者を対象として、高二酸化炭素および低酸素が運動機能に及ぼす影響を明らかとする。

研究実績の概要

先行研究の報告から、動脈血の酸素濃度の低下や二酸化炭素濃度の上昇は、体肢筋を支配する脊髄運動ニューロンの興奮性を増大させる可能性がある。本研究では、吸気の酸素濃度や二酸化炭素濃度を変化させる呼吸介入が、神経性の要因を介して随意的な筋力発揮に及ぼす影響を明らかとすることを目的としている。
本研究で用いる呼吸介入は、短時間の低酸素曝露の繰り返しと短時間の高二酸化炭素曝露の繰り返しの二条件と計画されていた。それぞれの呼吸介入は、先行研究の検討に基づき、低酸素ガス吸入と外部死腔付加による二酸化炭素再呼吸法によって行う。呼吸介入の前後で測定される検討項目は、１）随意的な最大足関節底屈力、２）随意的な最大下の足関節底屈力の安定性、３）電気刺激によるヒラメ筋の反応が計画されていた。１）および２）の筋力は随意的な運動出力の指標である。３）では、ヒラメ筋のH波およびF波を脊髄運動ニューロンの興奮性を反映する神経筋活動の指標である。
本研究は、呼吸介入が脊髄の神経活動への影響を介して、運動機能を改善する可能性を探るものである。本研究で運動機能に対する呼吸介入の影響が明らかとなれば、リハビリテーションやスポーツトレーニングの場における応用へ繋がることが期待される。
今年度は、昨年度につづき実験実施のための所属機関内の手続きと予備実験の実施を進めた。しかしながら、侵襲性の問題から呼吸介入に関する実験方法の再検討の必要性があり、本研究の完了に至ることができなかった。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

低酸素曝露による侵襲性が被験者の健康を害するという観点から実験方法を再検討する必要が生じたことが要因である。
また、所属機関の業務増加により十分なエフォートを当てられなかったことも一因である。

今後の研究の推進方策

実験方法の再検討を踏まえて、所属機関内における実験実施の倫理審査手続きを完了させ次第、本実験を実施する予定である。