2018 Fiscal Year Annual Research Report
Feed-forward cardiorespiratory control mechanism by higher brain center plays a significant role in enhancing physiological efficiency to dynamic exercise
| Project/Area Number |
16K13023
|
|---|
| Research Institution | Morinomiya University of Medical Sciences |
|---|
Principal Investigator |
宮本 忠吉 森ノ宮医療大学, 保健医療学部, 教授 (40294136)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上田 真也 岐阜大学, 教育学部, 准教授 (40616926)
中原 英博 森ノ宮医療大学, 保健医療学部, 教授 (90514000)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 高次脳機能 / フィードフォワード制御 / 分時換気量 / 心拍数 / 高位中枢 / セントラルコマンド / 高強度運動 / 予測制御 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
先行研究にて、運動準備期における呼吸循環応答の量的・時間的動態はその後に実施される運動の負荷強度に依存して予測的・見込み的に変化すること、また、強度の異なる運動条件にて運動予測なく突然、運動を開始させると、予測がある場合と比較して呼吸循環系応答のダイナミクスに強度依存性の差異が生じることを明らかにした。今年度は上記研究で得られた呼吸・循環・代謝反応のダイナミクス数値データを、以下の数式y =P1* (1-exp(-(x-P3)/P2))+P4にあてはめ両条件下にて数値モデル化を行った。その後、各パラメター間の比較検討を行うことで、運動準備期における高位中枢神経系の予測・見込み制御（フィードフォワード制御）が運動開始時や回復期の生理応答のダイナミクス（予測パラメター）の決定にどの程度関わっているのか、また、この機構が働くことによってどの程度の作業効率の改善が認められるのかなどについての定量解析的知見を得る思考実験及び追加実験を行った。結果、運動予測を行って運動を開始した場合と、予測がない場合の比較では、運動負荷開始時の分時換気量、酸素摂取量、心拍数の反応時間（時定数）に差は認められなかった。しかし、すべての呼吸循環指標において運動開始後の時間遅れ指標が約7－10秒短縮した。さらに、この時間遅れが大きく認められる対象ほど最大運動パフォーマンスが低下し、約10％の運動効率の低下が生じることが判明した。運動に先行する予測・見込み的なフィードフォワード呼吸・循環制御は、運動開始後の循環システムの時間的遅れを中枢性に補償し、運動効率や運動開始時の呼吸・循環系応答のダイナミクス及び最大運動パフォーマンスを決定する生理学的機構として重要な役割を演じていることが明らかとなった。高強度運動時の呼吸循環調節において、学習や記憶といった高次脳神経機構が果たす役割の重要性が示された。
|
