運動と中心循環の相互因子が呼吸化学調節系の動的フィードバック制御機能に及ぼす影響

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22500617
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: スポーツ科学
• 研究機関: 森ノ宮医療大学
• 研究代表者: 宮本 忠吉 森ノ宮医療大学, 大学院・保健医療学研究科, 教授 (40294136)
• 研究分担者: 小河 繁彦 東洋大学, 理工学部, 教授 (80553841) ; 中原 英博 森ノ宮医療大学, 大学院・保健医療学研究科, 講師 (90514000)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: システム生理学 / 運動 / 呼吸調節 / 負帰還系 / 換気量 / 化学受容器反射 / 呼吸

研究概要

本研究では、システム工学を理論的背景とする解析手法を導入することによって呼吸調節系と循環システムとの間にある相互連関機構の解明を目指し、以下に示す3つの研究(1)(2)(3)を段階的に遂行した。研究(1)水浸(陽圧負荷)及び下半身陰圧負荷を用いて中心循環血液量を増減させ、中心循環システムの変化が呼吸調節系の動的フィードバック制御機能に及ぼす影響を定量化する。研究(2)LBNP条件下にて運動を負荷し、運動と中心循環の相互因子が呼吸調節系の動的フィードバック制御機能に及ぼす影響を定量化する。研究(3)呼吸調節系のシステム解析データと中心循環(心拍出量)及び脳循環機能の各指標を用いて、呼吸調節と循環調節に関わる指標間にある定量的な関係を数値モデル化し、思考実験(シミュレーション)を行う。その結果、中心循環血液量の変化は呼吸調節系の制御部及び制御対象部の静的及び動的制御機能を劇的に変化させ、負帰還系全体の動的フィードバック制御機能の不安定性決定因子として動作している可能性が示された。本知見は今後、呼吸異常を呈する循環器疾患患者の病態メカニズムの解明に役立つと思われる。

研究成果

• [雑誌論文] Cerebral hypoperfusion modifies the respiratory chemoreflex during orthostatic stress. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ogoh S, Nakahara H, Okazaki K, Bailey DM, Miyamoto T.
  • 雑誌名: Clin Sci. 巻: 125 ページ: 37-44
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of acute hypoxia on blood flow in vertebral and internal carotid arteries. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ogoh S, Sato K, Nakahara H, Okazaki K,Subudhi AW, Miyamoto T.
  • 雑誌名: Exp Physiol 巻: 98 ページ: 692-698
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulation of central blood volumeand implications for respiratorychemoreflex function. (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto T. Bailey DM, Nakahara H, OgohS.
  • 雑誌名: Exp Physiol
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation of the respiratory controller contributes to the attenuation of exercise hyperpnea in endurance-trained athletes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto T, Inagak M, Takaki H, Kawada T,Shishido T, Kamiya A, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Eur J Appl Physiol. 巻: 112 ページ: 237-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] 呼吸化学調節系の運動適応機構-運動時換気亢進メカニズムのシステム的理解 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮本忠吉
  • 雑誌名: 森ノ宮医療大学紀要 巻: 3・4 ページ: 9-38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exercise training augments the dynamic heart rate response to vagal but not sympathetic stimulation in rats. (2011)
  • 著者名/発表者名: Mizuno M, Kawada T, Kamiya A, Miyamoto T,Shimizu S, Shishido T, Smith SA, SugimachiM.
  • 雑誌名: Am JPhysiol Regul Integr Comp Physiol. 巻: 300 ページ: R969-R977
  • 査読あり
• [雑誌論文] 呼吸循環制御の動作原理から見た慢性心不全病態の定量的理解. (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮本忠吉,中原英博,宍戸稔聡,川田徹.
  • 雑誌名: 第25回生体・生理工学シンポジウム論文集 ページ: 229-232
• [雑誌論文] The effect of oxygen on dynamic cerebral autoregulation; critical role of hypocapnia. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ogoh S, Nakahara H, Ainslie PN, Miyamoto T.
  • 雑誌名: J Appl Physiol. 巻: 108 ページ: 538-543
  • 査読あり
• [学会発表] The central chemoreflex activation induces sympathoexcitation and resets the arterial baroreflex without compromising its pressure stabilizing function. (2012)
  • 著者名/発表者名: Saku K, Hosokawa K, Sakamoto T Onitsuka K, Sakamoto K, Tobushi T, Fujino T, Kakino T, Ikeda M, Miyamoto T, Ide T, Sunagawa K.
  • 学会等名: AMERICAN HEART ASSOCIATION CONFERENCE,Washington
  • 発表場所: D. C-USA
  • 年月日: 20120919-22
• [学会発表] 中心循環血液量の変化が呼吸調節機序に及ぼす影響. (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮本忠吉,中原英博,上田真也,小河繁彦.
  • 学会等名: 第67回日本体力医学会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20120900
• [学会発表] The effect of cerebral blood flow on central chemoreflex during orthstatic stress. (2012)
  • 著者名/発表者名: Ogoh S, Nakahara H, Okazaki K, Miyamoto T.
  • 学会等名: AMERICAN COLLEGE OF SPORTS MEDICINE ANNUAL MEETING, San Francisco
  • 発表場所: California-USA
  • 年月日: 20120529-0602
• [学会発表] Central chemoreflex activation resets the setpoint pressure of baroreflex without compromising its function. (2012)
  • 著者名/発表者名: Saku K, Hosokawa K, Sakamoto T, Onitsuka K, Sakamoto K, Tobushi T, Fujino T, Ide T,Miyamoto T, Sunagawa K.
  • 学会等名: Experimental Biology
  • 発表場所: San Diego-USA
  • 年月日: 20120408-25
• [学会発表] Effect of changes in central hemodynamics on the Respiratory chemoreflex system controlling ventilation in humans. (2012)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto. T, Nakahara H.
  • 学会等名: 第74回日本循環器学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] Feed-forward mechanism by central command during pre-exercise preparatory Period Plays a significant role in enhancing cardio-respiratory performance to dynamic exercise. (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto. T, Nakahara H.
  • 学会等名: 第73回日本循環器学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20110300
• [図書] フローチャートで学ぶ運動生理学実習. (2012)
  • 出版者: 建帛社
• [図書] 身体運動と呼吸・循環機能-呼吸調節のシステム- (2012)
  • 出版者: 真興交易(株)医書
• [図書] 特集呼吸器の救急救命治療,呼吸循環系の動作原理:The Lung perspectives. (2012)
  • 総ページ数: 62-68
  • 出版者: MEDICAL R E VIEW社
• [備考]
  • URL: WWW.rspiratorycontrol.com