漸増漸減運動負荷における頸動脈血流動態について

鳴門教育大学研究紀要 (生活・健康編) 第20巻 2005

漸増漸減運動負荷における頚動脈血流動態について

田 中 弘 之 * 佐 々 木 弘 幸 *

(キーワード:漸増漸減運動負荷，頚動脈血流速度， トレーニング度)

はじめに

従来，心・脳血管系障害のうち 運動不足との関連が 強く示唆される循環器系疾患は 安静時よりも身体活動 時に頻発することから 運動負荷試験の有用性が指摘さ れている1) ~) :3)。近年殊に運動時の脳血流動態の消長 に関する研究が多数報告されている4)5)(;)7)8)。これら一 連の研究において，その測定方法として，超音波ドプラ 法の改良的技術が駆使されている9)へ一般に，医用生体 工学には人体に苦痛や傷害を与えずに生体情報を計測す る非侵襲測定方法の確立が求められている。超音波ドプ ラ法は，代表的な非侵襲的測定法の一つであり，表皮に 取り付けたプローブから血管に対して超音波を照射し， 血流からの反射波の周波数成分が血流速度に比例して偏 移することを応用したものである。 しかし超音波ドフラ法には，被検部位の安静状態の 保持が要求され，プローブと血管位置の関係において適 切な状態が損なわれる場合には 大きな測定誤差が生じ るという問題を内包している。当然 大きな身体動揺を 伴う運動中の血流計測は ①活動に伴う血管位置の移動 による超音波の照射範囲からの逸脱11) ②血管外の筋組 織 な ど で 生 じ る 雑 音 の 反 射 波 へ の 混 入 山 へ な ど が 克 服 するべき課題として挙げられている。 著者らは， 2MHzの連続波超音波ドプラ法を用いて， 安静時および軽強度運動時において，人体の複数箇所で 動脈血流速度分布を平均化することなく時間経過に追随 して連続的に同時測定を行う計測システムを試作し，そ の成果について報告を重ねてきた1'1)1川)。本研究では，新 たに直径15mmの半円形のトランスデ、ユーサを使用した プローブを改良し，血流計測用超音波の照射範囲を広げ て，血管位置の移動に対応することとした。また，照射 範囲の拡大に伴う雑音混入の影響を極力回避するために， 血管径が大きく，血管外組織の振動が小さいと想定され る頚動脈を被検部位として 漸増漸減運動負荷における 血流速度動態について 対象者のトレーニング度との関 連から考究し，定常運動負荷や間欠的運動による従来の 先行研究の成果17)lR) 19)と比較検証することを目的とした。 方

法

被検者は， 日頃から継続的なトレーニング習慣を有す る健常な成人男性 2名および特別な運動習慣のない健常 な成人男性2名の合計4名である。なお，全被検者に対 して，本研究の目的および内容について詳述し，被検者 となることの同意を得た。 運動負荷は，恒温恒湿に設定された実験室において， 傾斜角100 に固定したトレッドミルを用い，分速60m から歩行を開始し， 3分毎に 30mづっ負荷を漸増，その 後に漸減する5段階の運動とした。なお，各負荷間で各 種測定のための1分間の運動停止期間を挿入した。測定 項目は，呼気ガス，心拍数，血圧，頚動脈血流速度，血 液生化学成分であり 実験手順の概要を図1に示した。 トレVドとル犠斜角度10度 血 霧 計 調 部 憶 主 錨 頚 艶 厳 120.1治 90.1分 90震/台 安 静 回復

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-噂気対ス，血圧.邸拍数連続調定 図1 実験のプロトコル 頚動脈血流速度の連続測定は，サンプリンク周波数を 25kHzとした。得られた血流情報は， FFT処理の後，擬 似3次元グラフとして表した。一連の生体信号処理の模 式図を図 2に示した。 吋鳥門教育大学 生活・健康系(保健体育)教育講座 *キ徳島北高等学校非常勤講師 19

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結果と考察

擬似3次元グラフにおけるスペクトル強度を輝度とし て表し，縦軸を血流速度，横軸を時間とした2次元グラフ の一例を図3に示した。多数の白線様の成分が心拍に相 当している。多少のノイズの混入が認められるが，血流 速度の変化として，第1段階である運動開始後約5秒で 鰻大血流速度

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7 7. 5 8.5 9 時間〈分〉 図4-1 最大血流速度の継時的消長(前半) 最大血流速度の増加が認められ，血流速度が生体の変化 得られた全ての血流速度に関する実験成績から.血流 に非常に俊敏に反応するという報告附と一致している。 波形における最大血流速度について選択的にプロットを 安静一第

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に示した。 非トレーニング者では，安静値から，最大血流速度が 速 に 運 動 開 始 か ら 数 秒 の う ち に ， 最 大 血 流 速 度 が さ ら に増加している。 低負荷強度である第1段階後では，運 動の休止によって，前値に復する傾向が認められた。し かし，第2段階では，最大血流速度はさらに増大し，休 息、後も高い水準のまま，第3段階へと移行している。 これに対して， トレーニンゲ者では，多少の増減傾向 ぬ が認められるものの最大血流速度は，比較的低い水準で 推移している。 第4段階では，負荷強度の軽減にもかかわらず，非ト レーニング者では，最大血流速度が高い状態で、維持され ており， トレーニング者の軌跡とは二層性が認められて いる。この傾向は，第5段階から回復期まで続いており， きき

漸増j斬減運動負荷における煩動脈血流動態について 実験中の心拍数の推移について，両群の平均値として 図

5

に示した。安静時，運動時および回復期のいずれに おいても， トレーニング群で低値を示す傾向が見られた が，統計学的に有意な差異は認められなかった。 実験中の血圧の推移について，両群の平均値として図 6に示した。収縮期血圧，拡張期血圧のいずれにおいて も，両群の問で著変は認められなかった。 第

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B 19 95 実験中の酸素脈の推移について，両群の平均値として 図7に示した。安静時，運動時および、回復期のいずれに おいても， トレーニング群で低値を示す傾向が見られ， 5 %水準で、有意な差異が認められた。 48 8

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図7 酸素脈の継時的消長 .;非トレーニング群，・;トレー二ング群 ~21 ~ 図5 心拍数の継時的消長 .;非トレー二ング群，聞;トレーニング群

幸 欠的運動による先行研究の成果li)山 川 ) 川1)泣)と合致する 知見が多数得られ，本試作装置の有用性が追認された。 ヨ ム 之・佐々木 実験中の血液中乳酸濃度の推移について，両群の平均 値として図8に示した。安静時 運動時および、回復期の いずれにおいても， トレーニング群で低値を示す傾向が 見られ， 0.1%水準で有意な差異が認められた。 IA 寸 ﹁ 叶 J 中 田 運動中の血流動態を動脈血流速度分布を平均化するこ となく時間経過に追随して連続的にリアルタイムで測定 することが可能なシステムを試作し トレッドミル歩行 による漸増漸減運動負待時の血流動態について検証した。 運動は，傾斜角 100 のトレッドミルにより ，60m/分， 90m/分， 120 m/分 90m/分， 60m/分と， 3分間ご とに速度を増減する5段階の多段階負荷とした。なお， 各運動負荷段階問に 1分間の運動休止期を挿入し，血流 情報等を記録した。 安静時および第1段階のような軽運動負荷強度におけ る血流速度測定では，安定した波形が得られた。他方， 運動習慣の相違による被検者群間の比較では，非トレー ニング群は安静時から最大血流速度が高く，運動強度の 増大に伴って両群とも血流速度が上昇したが，その消長 では，非トレーニング群の方が高値を示した。酸素脈お よび血液中の乳酸濃度においても 両者の間には有意な 差異が認められ， 日頃のトレーニンゲ状況が的確に反映 されている可能性が示唆された。 以上のように，本実験の結果から，最大血流速度は運 動負荷強度や被検者の鍛錬状態を反映して推移するなど の知見が得られ，本装置の有用性が検証された。

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図8 血中乳酸値の継時的消長 .;非トレーニング群 ・;トレー二ング群 機器の試作ならびに実験遂行において，徳島文理大学 の山口久雄教授，徳島大学工学部の木内陽介教授ならび に大学院生の方々 徳島大学医学部の宇都山校講師なら びに高橋章助教授 徳島県立工業技術センターの平尾友 一二主任研究員には，多大なるご協力をいただきました。 ここに記して，深甚なる謝意を表します。 1) He J‘Kinouchi Y， Yamaguchi H， Miyamoto H. Exercise -induced changes in R wave amplitude and hcart rate in normal subjects. J Electrocardiol.1995. 28(2): 99-106. 2) Kingwell BA， Berry KL， Cameron JD， Jennings GL， Dart AM. Arterial compliance increases after moderate -intensity cycling. Am J Physiol.1997. 273(5 Pt 2): H2186-百 字

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へ

本研究においても トレーニング群において，その傾向 が追認された。最大血流速度の消長に関して， CBFをコ ントロールする要因は非常に複雑であり， VMCAと岡時 に QCCAおよび QICAにおける血流速度の計測において， 最大酸素摂取量の 60"'67%強度の運動では， VMCAは 14% (ρ< 0.001)， QICAは 17%(ρ< 0.01)お よ び QCCAは 33%(ρ< 0.001)の増加が見られたが， 80 '" 90%強度の運動では， QCCAの継続的な増加とは対照的 に， VMCA， QICAで は 減 少 す る 傾 向 が 認 め ら れ て い る 川 全 体 的 な CBFの増加を促進する要因は，換気の 克進でありー PCO:，の動態が二次的に関与するロ

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能性が指 摘されじ)へ糖新生の前駆物質としての乳酸の役割につい ても考究されていると)。本研究における心拍数の相対的 な推移から。 トレーニンゲ群では中等度，非トレーニン ゲ群では強度の運動負荷が与えられており，その要因が 最大血流速度に反映されていると推察される。 他方，運動中に，脳血流が増大する要因は，大脳にお ける動脈の血流速度および内部頚動脈での血圧などとの 関与が指摘され，頚動脈における CBRと脚での血流速度 との関連から。活動筋における血流動態の変化によって 血圧のコントロールが局所的に変化することが報告され ている三()Iが，本研究のような一般的なマクロの血圧測定 法からは，立証できなかった。

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(Key words: Endurance Exercise， blood flow velocity in the common carotid artery， Training)

Cerebral blood volume flow and flow velocity have been reported to increase during dynamic exercise， but whether the two increase in parallel and whether both increases occur as functions of exercise intensity remain unsettled. The pu叩oseof the present study was to investigate the blood flow velocity in the common carotid artery in humans during treadmill walking of stepwise progressive increases and decreases in exercise intensity. Two male trained subjects and 2 males untrained subjects performed five 3-min treadmi11walks at 60， 90， 120， 90 and 60 m/min. The blood flow velocity in the common carotid artery was measured using the Doppler ultrasound method.

The results showed that blood flow velocity in the common carotid artery was di百erentbetween trained and untrained group. Blood lactate concentration of untrained group was significantly higher than trained group. Oxygen uptake / heart rate of trained group was significantly higher than untrained group.

Itwas suggested that blood flow velocity in the common carotid artery was mainly influenced by training status of subjects.