2019 Fiscal Year Annual Research Report
The research on maintenance of intestinal function and role of commensal bacteria by physical stress such as exercise under heat / hypoxic environment
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17H02147
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| Research Institution | Kawasaki University of Medical Welfare |
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Principal Investigator |
松生 香里 川崎医療福祉大学, 医療技術学部, 准教授 (60513570)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 一成 立命館大学, スポーツ健康科学部, 教授 (60508258)
岡崎 和伸 大阪市立大学, 都市健康・スポーツ研究センター, 教授 (70447754)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 腸内細菌叢 / 暑熱順化 / 低酸素適応 / トレーニング / コンディショニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アスリートが外環境変化に伴うパフォーマンス低下を抑制するコンディション対策を明確化することを目標として、暑熱環境下や低酸素環境下での運動・トレーニングの実施と腸内細菌叢変化と内部臓器との関連解明に着手している。外環境変化（暑熱環境下や高所・低酸素環境下）におけるストレス下でトレーニングすることによって腸管機能悪化からアスリートのパフォーマンス低下、心身のコンディションに影響する機序の解明と適切な対処策に着目して研究を遂行している。
動物実験をモデルを用いて、低酸素環境を用いたトレーニングが腸内細菌叢変化を確認した(実験1)。また、ヒト対象試験において暑熱環境への適応・順化が腸内細菌叢変化を調べるべく、暑熱順化トレーニング実験を継続中である(実験2)。
実験1:マウスを用いた動物実験により、アスリートの高所・低酸素トレーニングで実施されているLiving High-Training Low（LH-TL）をモデルとした実験によって腸内細菌叢変化を調べた。低酸素環境で滞在させたマウス生体では、ヘマトクリット値の増加を確認した。マウス糞便から腸内細菌叢変化を調べた結果では、低酸素環境への暴露により腸内細菌叢の変化がみられたことから、次世代シーケンス法の詳細結果を用いて関連解析を行なっている。
実験2:ヒト対象試験により、予備実験にて環境制御室を活用して短期間の急激な暑熱環境暴露によって、暑熱順化を行なった際の腸内細菌叢変化が起こる事象を確認しており、本実験を遂行中である。暑熱環境への適応・順化に伴う腸内細菌が存在する可能性があり、引き続き腸管上皮の適応状態から全身の適応状態について血中メディエータを通じて、暑熱順化によって生じる発汗状態・汗中成分、鉄代謝を含む生体内の代謝応答を明らかにする。暑熱順化による腸管上皮の適応状態と腸内細菌叢変化の関連に繋がるメカニズムを明確化する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験1(動物実験):マウスを低酸素環境を作成するチャンバー内で、長期滞在させることにより、血中の酸素運搬能が変化し、生理学的な指標変化と併せて腸内細菌叢が変化する現象が明確になりつつあり、実験は滞りなく遂行できている。本年度内には、論文投稿、学会発表として成果報告を行う予定である。また、低酸素環境暴露での飼育環境を維持し、4週間の有酸素トレーニングを加えることによって、腸内細菌叢全体が変化することを確認した。低酸素環境を活用し、有酸素トレーニングとレジスタンストレーニングにおける腸内細菌叢の比較を行なった結果、有酸素運動では腸内細菌叢変化が大きいことが示された。この結果から、骨格筋肥大関連因子と有酸素能力の向上に関連する腸内細菌の同定と、同定された腸内細菌の機能・役割について、引き続き実験を遂行している。
実験2(ヒト対象試験):暑熱環境下における適応・順化によって腸内細菌叢が変化することを暑熱順化トレーニングの予備実験の段階において確認しており、現在、研究分担者の後藤一成氏(立命館大学)、岡崎和伸氏(大阪市立大学)と連携しながら実験を遂行中である。しかしながら、COVID-19の対応策のため、3月より実験施設への立ち入りが制限され、途中で実験がストップし、現在に至っている。このことから、本実験は、暑熱順化トレーニングが関わる実験であるため、実験の再スタートが許可された後も、秋以降の涼しい時期からの実験再開となるが、予定通り今年度の実験遂行・完了を目指す。
また、本研究課題の計画１年目に実施したマラソン選手の腸内細菌叢の特徴を調べた論文が掲載された。国内外での学会やセミナー等において「アスリートの腸内環境とコンディショニング」をテーマとして講演の機会があり、最終年の成果報告に向けた活動が順調に遂行できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
アスリートが外環境変化に伴うパフォーマンス低下を抑制するコンディション対策を明確化することを目標として、暑熱環境下や低酸素環境下での運動・トレーニングの実施と腸内細菌叢変化と内部臓器との関連性を調べている。
マウスを用いた動物実験では、外環境変化による生理学的指標の変化、腸内細菌叢が変化することが明らかになった。この結果に基づいて、体外環境変化に伴う腸内細菌と腸管上皮の相互の関連・適応から全身へ至る経路を血中メディエータと骨格筋組織を調べ、体外環境変化と内部臓器の関連性について詳細解析を進める。ヒト対象試験では、急激な暑熱順化によって生じる、発汗状態・発汗成分や鉄代謝を含む生体内の代謝応答を明らかにする。暑熱順化トレーニング実施に伴う全身のストレス状態が腸管上皮の透過性亢進と腸内細菌に及ぼす関連性を明らかにし、外環境変化が腸内細菌叢の変化に繋がるメカニズムと全身における作用の全体像を明確化する。
以上の研究を、研究分担者の後藤一成氏(立命館大学)、岡崎和伸氏(大阪市立大学)と連携しながら遂行して行く。低酸素・暑熱下で実施される運動・トレーニングが腸内細菌叢変化を通じて全身へ及ぼす影響を明らかにし、腸内環境悪化時の対処策を現場に還元できる基礎資料としての公表を目指す。
具体的には、1)暑熱・低酸素などの外環境変化に起因する腸内細菌の同定、2)外環境変化に関わる腸内細菌の役割の解明、3)腸管コンディション悪化時の対処策を明確化する。
これら3つの課題達成によって、外環境変化に伴う腸内細菌の変化と内部臓器の関係性を明らかにし、アスリートのトレーニングやパフォーマンス低下の防止、一般成人の生活習慣病予防など、腸内環境に着目したコンディショニング策として現場へ活用でえきる情報として提供する。最終年度には国際セミナーを開催し、運動・スポーツ現場への公表を視野に入れながら研究を遂行する。
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[Presentation] Changes in the gut microbiota of highly trained distance runners during a summer training camp in a hot environment.2019
Author(s)
Matsuo, K., Okazaki, K., Goto, K., Ishibashi, A., Sugita, M., Oyanagi, E., Yano, H., Onodera, S.
Organizer
24th Annual Congress of the European College of Sport Science, Prageu
Int'l Joint Research
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[Presentation] 外気温氷点下13℃における雪洞滞在時の生理的ストレスの変化2019
Author(s)
小野寺昇, 田中一徳, 和田拓真, 濱田大幹, 石田恭生, 吉田升, 荒谷友里恵, 高原皓全, 斎藤辰哉, 林聡太郎, 玉里祐太郎, 野瀬由佳, 松生香里, 石本恭子, 古本佳代, 白優覧, 西村一樹, 吉岡哲, 山口英峰, 原英喜, 油井直子.
Organizer
第83回日本体力医学会中国・四国地方会（愛媛）
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