2021 年度実施状況報告書

組織温度の変化に起因したグリコーゲン代謝調節機構の解明とその実践的応用方法の検討

研究課題

研究課題/領域番号	19K11535
研究機関	新潟医療福祉大学
研究代表者	越中敬一新潟医療福祉大学, 健康科学部, 准教授 (30468037)
研究分担者	高橋英幸筑波大学, 体育系, 教授 (00292540) 塙晴雄新潟医療福祉大学, 健康科学部, 教授 (40282983)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード	グリコーゲン / へパトカイン / 温熱刺激 / ヒト / ラット
研究実績の概要	本申請課題では、組織温度の変化に起因したグリコーゲン代謝調節機構を明らかにすることを目的としている。身体へ温熱刺激である温水入浴が、ヒト筋グリコーゲン代謝とヒト肝グリコーゲン代謝に与える影響を炭素磁気共鳴分光法(13C-MRS)によって検討する。また、これら代謝調節を担う分子群としてヘパトカインの関与を仮定し、動物実験によってその作用機序の解明を試みる。ヒト実験と動物実験で得られた生理反応や解釈を基盤とし、「スポーツ現場における実践的応用法」の確立を目指す。我々は被検者に対して20分間の温水入浴を負荷した。その際、呼気ガスを採取し、換気量，酸素摂取量，二酸化炭素排出量を分析した。また、13Cでラベルされた安定同位体であるグルコースを摂取させ、酸化されて排出された13CO2（外因性グルコース由来の酸化量）を測定した。さらに、温水入浴時が血中のへパトカイン濃度に与える影響を検討した。 2021年度は、2020年度に続き、被験者数を増やして各実験項目の実験結果を集積した。その結果、温水入浴によって換気量が増大し、エネルギー消費量が増大した。また、呼吸商の増大と13CO2排出量の増大を確認した。これらの結果に関しては昨年度までの知見と一致している。すなわち、入浴によって少なからず外因性のグルコースの酸化が増加しているおり、この現象はグルコースの酸化量の増大は解糖系の中間代謝産物が骨格筋に増大する際に確認できることから、骨格筋、もしくは肝臓における細胞内グリコーゲンが温水入浴によって分解されている可能性を強く示唆している。一方、上記の全身入浴に対して、2021年度は20分間の半身入浴も同様に負荷して検討した。その結果、エネルギー消費量の増大効果はほとんど確認することが出来なかった。このことは、入浴の様式においても筋グリコーゲンと肝グリコーゲンに与える影響が異なる可能性を示唆している。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 4: 遅れている理由上記の本研究課題は、ヒトの筋・肝臓におけるグリコーゲン濃度を国立スポーツ科学センターで測定をする予定であった。これらの研究は本研究における中核的な目的でありながら、昨今のコロナ禍、また、関連した昨年の東京オリンピック、そして、冬季オリンピックに向けた感染対策の一環から現在に至っても同施設の利用ができていなかった。この点、研究が遅れている最大の理由である。一方、グリコーゲンの測定以外に関しては、研究代表者が在籍している新潟医療福祉大学で実施している。本学においても厳しいコロナ対策が実施されており、日々その対応に関するレギュレーションが変化している。入浴実験という性質上、被験者の確保や安全を担保した実験進行を確実にする必要性から、実験の実施頻度に関しては十分とは言い難い状況が存在していた。しかしながら、予定していたほとんどのサンプルは2021年度で回収することができた。現在血液中のへパトカインの解析を網羅的に進めている。
今後の研究の推進方策	2022年度において、コロナ禍状況の改善を鑑み、夏場において国立スポーツ科学センターでの測定を予定している。当初の予定では新潟医療福祉大学での実験に参加した学生を新幹線によって国立スポーツ科学センターに移動させ実験に参加させる予定であったが、コロナ禍の状況によっては宿泊を伴う実験が許可されない可能性も予想される。その場合、被験者を現地で募集することで宿泊をすることなく実験を進めるなど、状況に応じた対応になる。グリコーゲン以外のヒトの実験に関しては、回収済みのヒト血液サンプルの解析をすすめ、へパトカインを含む生理活性分子の血中動態を網羅的に測定する予定である。また、動物実験に関しては、ヒトでの血液サンプルの結果を鑑み、順次ラット組織における解析を進めており、2022年度には全ての実験を終えることを予定している。これまでの研究結果のうち、その一部を2022年度に開催される日本体力医学会で発表予定であり、演題をすでに登録している。同最終年度において、全ての研究結果の論文発表を目指す。
次年度使用額が生じた理由	本研究予算の大部分はヒトグリコーゲンの測定（謝金・被験者の移動・宿泊費）のための予算であり、中核的なこの測定が未実施なため、多くの研究費を残している。2022年度夏からの測定に向け、2021年度においては多くの予算を残しておくことに努めた。ヒトグリコーゲンの測定が実施されれば当初の予定に準じた予算が執行される予定である。また、すでに回収した動物実験のサンプルの結果から、さらに測定する対象分子を増やす予定であり、対象である実験動物の購入や生化学試薬等の購入に充てる予定である。また、2022年度に開催される日本体力医学会で発表予定であり、演題をすでに登録している。学会の宿泊や参加費としても使用する予定である。