長 期 の 運 動 負 荷 に 対 す る 免 疫 応 答 お よ び 神 経 内 分 泌 反 応

平 成

29

日 本 大 学 学 位 論 文

長 期 の 運 動 負 荷 に 対 す る 免 疫 応 答 お よ び 神 経 内 分 泌 反 応

日 本 大 学 大 学 院 文 学 研 究 科 教 育 学 専 攻 博 士 後 期 課 程

髙 階 曜 衣

研 究 概 要

本 研 究 は ，

25

1)

2)

3)

4)

運 動 は ，健 康 の 維 持 ・ 増 進 の た め に 推 奨 さ れ て い る が ，ス ポ ー ツ 選 手 で は ，高 強 度 ト レ ー ニ ン グ や 競 技 後 に 上 気 道 感 染 症 の 罹 患 率 が 上 昇 す る と 報 告 さ れ て い る ．本 研 究 は ，ヒ ト を 対 象 に 長 期 の 運 動 負 荷 が 免 疫 応 答 お よ び 神 経 内 分 泌 系 に 与 え る 影 響 を 検 討 し た 結 果 ，細 胞 性 免 疫 能 が 低 下 し ，交 感 神 経 系 の 緊 張 が 持 続 す る こ と を 明 ら か に し た ．細 胞 性 免 疫 能 の 低 下 に よ る 体 調 不 良 を 防 ぐ た め に は ，交 感 神 経 系 の 緊 張 が 生 じ て い る か 否 か を 把 握 す る 必 要 が あ る ．交 感 神 経 系 の 緊 張 を 非 侵 襲 的 か つ 簡 易 的 に 推 し 量 る こ と の で き る 指 標 に 起 床 時 心 拍 数 が あ る ．指 導 者 は 起 床 時 心 拍 数 の 上 昇 が 認 め ら れ た 選 手 に 対 し ，休 養 を 促 し ，運 動 強 度 の 低 い ト レ ー ニ ン グ や ト レ ー ニ ン グ 内 容 の 変 更 を 指 示 す る 必 要 が あ る ． 起 床 時 心 拍 数 の 測 定 意 義 を 認 識 し ， 選 手 の 健 康 状 態 を も と に 運 動 時 間 ，運 動 強 度 を 設 定 す る こ と が 重 要 と な る ．

本 研 究 で 得 ら れ た 知 見 は ，長 期 の 運 動 負 荷 を 実 施 す る ス ポ ー ツ 選 手 自 身 が 体 調 管 理 を 行 う 上 で 重 要 で あ る こ と は 当 然 の こ と な が ら ，指 導 者 の 選 手 管 理 ， ト レ ー ニ ン グ 計 画 の 立 案 に 寄 与 す る も の と 考 え ら れ る ．

目 次

第

1

1

1

2

2

4

3

7

4

12

第

2

13

1

14

2

15

3

17

4

18

5

20

6

21

2

22

第

3

23

1

24

2

26

3

29

4

30

5

39

6

43

3

44

第

4

45

1

46

2

48

3

51

4

52

5

63

6

66

4

67

第

5

68

1

69

2

71

3

74

4

75

5

85

6

88

5

89

第

6

90

1

91

2

92

3

94

95

1

第

1

2

第

2

4

3

7

4

12

2

第

1

現 在 ， ス ポ ー ツ は 記 録 の 向 上 ， レ ク リ エ ー シ ョ ン ， 健 康 維 持 な ど 様 々 な 目 的 で 多 く の 人 に 親 し ま れ て い る ． 日 本 で 一 般 的 に 用 い ら れ て い る

“

”

“s port ”

“s port”

16 – 17

“ s port”

“deport ar e”

19

( Pie rre de Fré dy, bar on de Coubert i n)

“ Citi us ,

Alt ius , Fort ius”

(

2016 ^{1 )} )

1980

100m

10

10

(

2002 ^{2 )} )

1950

3

競 技 ス ポ ー ツ に 寄 与 す る 研 究 と 並 行 し ， 運 動 に よ る 疾 病 予 防 ・ 改 善 と い う 観 点 か ら も 研 究 が 行 わ れ ，運 動 処 方 と し て の ス ポ ー ツ の 価 値 も 見 出 さ れ て き た ．実 際 に ，健 康・体 力 の 改 善 と 維 持 の 目 的 で ，

A me ric an Colle ge of Sports M edi ci ne

( ma xi ma l oxygen upt a ke re ser ve

V O 2 R

) 40 – 60 % (

)

1

30

5

V O 2 R 60 %

(

)

1

20 – 25

3

1

20 – 30

3 – 5

( Ame ric an Colle ge of Sport s Me dic ine

2011 ^{3 )} )

し か し ， 試 合 で の 勝 利 ， 競 技 会 で の 自 己 記 録 更 新 を 最 終 目 標 と し て い る ス ポ ー ツ 選 手 は ， 競 技 力 の 維 持 ・ 向 上 を 目 指 し ， 高 強 度 の ト レ ー ニ ン グ を 継 続 す る こ と が 求 め ら れ る ． 健 康 保 持 ・ 増 進 を 目 的 に 推 奨 さ れ て い る 適 度 な 運 動 と 比 較 し ， 運 動 強 度 や 運 動 実 施 時 間 が 高 ま る た め ， ス ポ ー ツ 選 手 に と っ て は 運 動 が 必 ず し も 健 康 に 良 い と は 限 ら な い ． 実 際 に ， こ れ ま で ， 運 動 処 方 と し て 推 奨 さ れ て い る よ う な 中 等 度 の 運 動 に よ り ， 上 気 道 感 染 症 の 罹 患 リ ス ク が 低 減 す る こ と が 報 告 さ れ て い る が

(Matt he ws et al .

2002 ^{4 )} )

( Keast et a l .

1988 ^{5 )}

Ni e ma n

1994 ^{6 )} )

そ こ で ， 運 動 に よ る 免 疫 能 の 低 下 に つ い て 詳 細 に 検 討 す べ く ， 本 章 で は ，「 運 動 と 上 気 道 感 染 症 」，「 運 動 に よ る 免 疫 能 の 変 化 」 に つ い て ， こ れ ま で の 知 見 を 報 告 す る ．

4

第

2

こ れ ま で ，運 動 と 上 気 道 感 染 症 と の 関 連 に つ い て 検 討 し た 報 告 は 数 多 く 存 在 す る ． 前 節 で 述 べ た よ う に ， 中 等 度 の 運 動 に よ り ， 上 気 道 感 染 症 の 罹 患 率 が 低 く な る と 報 告 さ れ て い る ．

Ni e ma n (1994) ^{6 )}

“J

”

(

1)

Ni e ma n et al . ( 1990) ^{7 )}

15

(hea rt rat e rese r ve

HRR) 60%

45

5

12

18

85

1

( Nie ma n et al .

2011 ^{8 )} )

一 方 ， 過 度 な 運 動 で は ， 上 気 道 感 染 症 の 罹 患 率 が 高 ま る こ と が 報 告 さ れ て い る ．

Pete rs and Bat e ma n ( 1983) ^{9 )}

56km

2

33.3%

1987

6

( Ni e ma n et al .

1990 ^{1 0 )} )

2

5

を 明 ら か に し て い る

( Nie ma n et al .

1990 ^{1 0 )} )

He ath et a l.

(1991) ^{1 1 )}

1

( Fa hl ma n a nd Engel s

2005 ^{1 2 )} )

( He llar d et al .

2015 ^{1 3 )} )

気 道 感 染 症 の 罹 患 率 が 増 加 す る こ と が ，こ れ ま で に 明 ら か に さ れ て き て い る

( Ni e ma n

1994 ^{6 )} )

以 上 の よ う に ，レ ク リ エ ー シ ョ ン を 目 的 に 運 動 を 行 っ て い る 人 や 普 段 運 動 を 行 わ な い 人 で は ，身 体 活 動 の 増 加 が 上 気 道 感 染 症 の 罹 患 リ ス ク を 低 下 さ せ る ． 一 方 ， ス ポ ー ツ 選 手 で は ， 高 強 度 ト レ ー ニ ン グ や 競 技 後 に 上 気 道 感 染 症 に 罹 る 危 険 性 が 高 ま る こ と が 報 告 さ れ て い る

(M orei ra et

al.

2009 ^{1 4 )}

Gle es on and Wal sh

2012 ^{1 5 )} )

動 や 長 時 間 運 動 の 実 施 は ， 免 疫 能 を 低 下 さ せ る こ と を 示 唆 し て い る ． 上 気 道 感 染 症 は ，ス ポ ー ツ 選 手 の 競 技 パ フ ォ ー マ ン ス に も 影 響 を 及 ぼ す こ と が 報 告 さ れ て お り ， 水 泳 選 手 で は ， 試 合

6

( Pyne et al .

2005 ^{1 6 )} )

( Mart ens son et al.

2014 ^{1 7 )} )

6

図

1

(J

)

(Ni e ma n, D.C. ( 1994) Exer cis e, upper r es pira tor y t rac t i nfe cti on, a nd the

i mmune s yste m

Me d Sc i Sport s Exer c 26

128 -139

)

7

第

3

ヒ ト は 身 体 の 恒 常 性 を 保 つ た め に ，ウ ィ ル ス や 細 菌 な ど の 病 原 体 に 対 抗 す る た め の 免 疫 能 を 備 え て い る ． 免 疫 は ， 自 己 と 非 自 己 を 見 分 け て ， 非 自 己 を 排 除 す る 生 体 反 応 で あ る ． 免 疫 能 は ， 液 性 免 疫 能 と 細 胞 性 免 疫 能 の

2

B c ell (

B

)

Natural kille r cell (

NK

)

T c ell (

T

)

B

N K

T

T he lper c ell (

Th

)

Th

一 過 性 の 運 動 に 対 す る

Th

60

( maxi ma l oxyge n upta ke

V O 2 m a x

) 60 %

12

T h

(

1995 ^{1 8 )}

Shi nkai et a l.

1996 ^{1 9 )} )

Ka wa da et al. ( 1992) ^{2 0 )}

5

8km

40

Th

Mal m e t al .

(2004) ^{2 1 )}

5

T h

T h

Th

T hel pe r 1 cel l (

T h1

)

T hel per 2 ce ll (

Th2

8

細 胞 」 と い う

)

未 分 化 の

Th

Na i ve T ce ll (

T h0

)

Th1

T h2

T h1

Int erl euki n (

IL

) -2

Int erfe ron- γ (

IFN- γ

)

NK

Th1

T h2

Th2

IL -4

IL -10

B

T h2

Th2

Th1

( El enkov

2008 ^{2 2 )}

2013 ^{2 3 )} )

Th1

Th2

( Kidd

2003 ^{2 4 )} )

細 胞 性 免 疫 能 を 賦 活 す る

T h1

T h2

(La nc ast er e t al .

2005 ^{2 5 )}

Ibf elt e t al .

2002 ^{2 6 )} )

La nc ast er e t al . ( 2005)

2 5 )

2.5

を

V O 2 m a x 75%

2

T h1

意 に 低 下 し ，

Th2

Ibfe lt et a l. (2002) ^{2 6 )}

5%

1.5

VO 2 m a x 75%

2

Th1

び

Th1/Th2

Th2

9

7

Th1

9

Th1/Th2

T h2

( Ru and Peij i e

2009 ^{2 7 )} )

一 般 に ， 免 疫 能 に 影 響 を 及 ぼ す も の と し て ， 内 分 泌 系 お よ び 交 感 神 経 系 が 知 ら れ て い る ． 生 体 は ス ト レ ス 刺 激 を 受 け る と ， 内 分 泌 系 を 介 し た ス ト レ ス 反 応 と 交 感 神 経 系 を 介 し た ス ト レ ス 反 応 を 示 す

(

2)

(Hypot hal a mic -Pi tui t ar y-Adr enoc orti cal

HPA)

(Corti cot ropi n-r ele as ing hor mone

CRH

)

CRH

( Adr enoc orti cot ropic hor mone

ACTH

)

ACTH

( Cortis ol)

( Adre nali ne )

(Nora dr enali ne)

( Webst er et al .

2002 ^{2 8 )}

Gla ser a nd K ie colt -Gla ser

2005 ^{2 9 )} )

内 分 泌 系 お よ び 交 感 神 経 系 の 反 応 に よ っ て 産 生 さ れ る ホ ル モ ン は ，ス ト レ ス ホ ル モ ン と 呼 ば れ て い る ． 実 際 に ， マ ウ ス に お い て は 長 期 的 な ス ト レ ス 刺 激 に よ っ て ， コ ル チ コ ス テ ロ ン

( Corti cos ter one)

T h1

T h2

( Vi ver os -Pa r ede s et a l.

2006 ^{3 0 )} )

10

(Gl uc oc ort icoid)

Th1

T h2

T h1

Th2

( El enkov and Chrous os

2002 ^{3 1 )} )

運 動 は 恒 常 性 を 崩 す 身 体 的 ス ト レ ス に 相 当 す る と い わ れ て い る こ と か ら も

(M ast or a kos et al .

2005 ^{3 2 )} )

11

図

2

( Gla ser and Ki ec olt -Gl ase r

20 05

)

Hypothalamus

(Co r tico tr op in -r e lea s ing CRH ho r mo n e)

Pituitary gland

(Ad r en oc o r tic o tro p ic ACTH

ho r mo n e)

Adrenal gland

Cortex

Medulla

Sympathetic nerve ending

Cortisol Adrenaline Noradrenaline

Noradrenaline

Th1

Th2

NK cell

B cell

Stress (Exercise)

12

第

4

Wa ls h et al . ( 2011) ^{3 3 )}

1

1

本 研 究 は ，長 期 ス ト レ ス に 対 す る 免 疫 応 答 お よ び 神 経 内 分 泌 反 応 を 明 ら か に す べ く ， 長 期 の 運 動 負 荷 の 一 例 と し て ， 夏 期 に 行 わ れ た ラ グ ビ ー フ ッ ト ボ ー ル 部 の ト レ ー ニ ン グ 合 宿 に 着 目 し ，以 下 の 項 目 に つ い て 検 討 し た ．

1)

2)

3)

(

)

こ れ ら の 反 応 を 明 ら か に す る こ と で ，ス ポ ー ツ や 体 育 教 育 現 場 に お い て ， 長 期 の 運 動 負 荷 を 実 施 す る 際 ， 生 理 学 的 変 化 と し て 起 こ り 得 る 現 象 を ，指 導 者 や 運 動 実 施 者 が 把 握 す る た め の 資 料 に す る こ と が 可 能 で あ る ．

13

第

2

第

1

14

2

15

3

17

4

18

5

20

6

21

2

22

14

1

近 年 ， ス ポ ー ツ 選 手 を 対 象 に 体 重 や 体 組 成 の 測 定 が 実 施 さ れ て い る

(Wil more

1983 ^{3 4 )}

Herge nroeder a nd Kli s h

1990 ^{3 5 )}

Gart he e t al.

2013 ^{3 6 )} )

( Ol ds et al .

1985 ^{3 7 )}

Ost oj ic et al .

2006 ^{3 8 )}

Al ej andro et al.

2015 ^{3 9 )} )

Ol ds et al . (1985) ^{3 7 )}

2kg

4000m

1.5

(Ostoj ic et a l.

2006 ^{3 8 )} )

Alej a ndr o et a l. (2015) ^{3 9 )}

( Alej a ndr o et al.

2015 ^{3 9 )} )

(

2014 ^{4 0 )} )

(

2002 ^{4 1 )} )

当 然 の こ と な が ら ， 競 技 特 性 に よ り 適 切 な 体 組 成 は 異 な る ． 上 述 の 如 く ， 体 組 成 と 競 技 パ フ ォ ー マ ン ス の 関 連 に つ い て 報 告 さ れ て お り ， ス ポ ー ツ 選 手 が 自 身 の 体 組 成 を 把 握 す る こ と は 重 要 で あ る ． そ こ で ， 本 研 究 は ，長 期 の 運 動 負 荷 に 対 す る 免 疫 応 答 お よ び 神 経 内 分 泌 反 応 を 検 討 す る 前 に ，長 期 の 運 動 負 荷 に 対 す る ス ポ ー ツ 選 手 の 体 組 成 の 変 化 を 明 ら か に す る こ と を 目 的 と し た ．

15

第

2

1

被 験 者 は ，

A

15

(

19.2 ± 0.2

172.6 ± 2.0 c m

B M I (Body ma ss index) 29.1 ± 0.8 kg/ m²)

2

被 験 者 は ， 夏 期 に 行 わ れ た ト レ ー ニ ン グ 合 宿 に 参 加 し た ． 合 宿 は 平 成

27

8

7

27

8

31

3

25

1

7

8

11

11

11

3

合 宿 前

( pre )

24

(

post)

(

)

Inbody 570 Body Compositi on Anal yze r (B IOSPACE Co., Ltd

Korea )

8

1

な お ， 衣 類 に よ る 誤 差 を 少 な く す る た め ， 測 定 時 は 下 着 の み の 着 用 で あ っ た ．

16 4

本 研 究 は ， ヘ ル シ ン キ 宣 言 に 則 り 実 施 さ れ ， 被 験 者 に は 以 下 の 倫 理 的 配 慮 が な さ れ た ．

1)

2)

3)

4)

な お ， 本 研 究 は 日 本 大 学 文 理 学 部 倫 理 委 員 会 に よ っ て 承 認 さ れ た

(

27

9)

17

第

3

測 定 結 果 は 平 均

±

( me an ± S.E.)

t

5%

S PSS st ati stic s 21.0 ( IBM

USA)

18

4

1

(

1)

体 重 は 合 宿 前 と 比 較 し て 合 宿 後 ，有 意 に 低 下 し た

( pr e

86.9 ± 3.3 kg

post

82.8 ± 3.3 kg

t (9)

8.361

p < 0.01)

2

(

1)

体 脂 肪 量

( pr e

18.1 ± 2.1 kg

post

14.9 ± 1.8 kg

t (9)

4.754

p < 0.01)

(pre

20.4 ± 1.7 kg

post

17.7 ± 1.6 kg

t (9)

4.717

p < 0.01)

( pr e

50.2 ± 1.4 L

post

49.4 ± 1.6 L

t (9)

2.283

p < 0.05)

( pr e

39.6 ± 1.1 kg

pos t

39.2 ± 1.3 kg

t ( 9)

1.057

n.s .)

( pre

45.7 ± 1.1 kg

post

47.6 ± 1.0 kg

t (9)

4.905

p < 0.01)

19

1

pre pos t p

( kg)

86.9 ± 3.3 82.8 ± 3.3

p < 0.01

体 脂 肪 量

( kg)

18.1 ± 2.1 14.9 ± 1.8 p < 0.01

(% ) 20.4 ± 1.7 17.7 ± 1.6 p < 0.01

( L)

50.2 ± 1.4 49.4 ± 1.6 p < 0.05

骨 格 筋 量

( kg) 39.6 ± 1.1 39.2 ± 1.3 n.s .

(% ) 45.7 ± 1.1 47.6 ± 1.0 p < 0.01 me an ± S.E.

n.s. : not si gnific ant

20

5

元 来 ， ラ グ ビ ー フ ッ ト ボ ー ル に 限 ら ず ， ア メ リ カ ン フ ッ ト ボ ー ル や 相 撲 な ど の コ ン タ ク ト ス ポ ー ツ は ，体 重 の 重 い 選 手 が よ り 有 利 で あ る と さ れ て い る

( Quar rie and Hopki ns

2007 ^{4 2 )}

2013 ^{4 3 )} )

Wil more ( 1983) ^{3 4 )}

Withers et al . ( 1987) ^{4 4 )}

Me i r et a l. ( 2001) ^{4 5 )}

(

ら ，

2016 ^{4 6 )}

2017 ^{4 7 )} )

骨 格 筋 率 の 低 い 選 手 は ， 高 い 選 手 と 比 較 し て ， 試 合 後 の 血 中 乳 酸 濃 度 が 高 値 を 示 す こ と が 明 ら か に さ れ て い る

(

2016 ^{4 6 )} )

21

こ と が 報 告 さ れ て い る

(

2017 ^{4 7 )} )

本 研 究 の 結 果 ， 長 期 の 運 動 負 荷 後 に 骨 格 筋 率 の 増 加 が 認 め ら れ た ． こ の 原 因 は ， 骨 格 筋 量 の 増 加 に 伴 う も の で は な く ， 体 脂 肪 量 や 体 水 分 量 の 低 下 に よ る も の で あ る ． 上 述 し た 如 く ， 体 脂 肪 の 蓄 積 は ， 競 技 パ フ ォ ー マ ン ス に 悪 影 響 を 及 ぼ す こ と が 報 告 さ れ て い る

( Wil more

1983 ^{3 4 )}

Wit her s et al .

1987 ^{4 4 )}

M eir e t al .

2001 ^{4 5 )} )

第

6

長 期 の 運 動 負 荷 に よ る 体 組 成 の 変 化 を 検 討 し た ．そ の 結 果 は 以 下 に 示 す 通 り で あ る ．

1)

2)

本 研 究 で 実 施 し た 長 期 の 運 動 負 荷 は ，体 組 成 に 影 響 を 与 え る こ と を 明 ら か に し た ．

22

第

2

第

2

23

第

3

第

1

24

第

2

26

3

29

4

30

5

39

6

43

3

44

24

1

液 性 免 疫 能 は ，

B ce ll (

B

)

(Ma cropha ge)

Na tur al kil ler c ell (

NK

)

(

2013 ^{4 8 )} )

( Immunogl obuli n

Ig

)

IgG

IgA

IgM

IgA

IgG

IgM

こ れ ま で ， 運 動 に よ る 液 性 免 疫 能 の 変 化 を 検 討 す る 際 ， 非 侵 襲 的 か つ 容 易 で あ る と い う 理 由 か ら ，唾 液 中 の

IgA

Toma si et al . (1982) ^{4 9 )}

(50km)

( 20km)

IgA

M c Dowe l l e t al . (1992) ^{5 0 )}

1

IgA

25

IgA

Fahl man a nd Engel s (2005) ^{1 2 )}

IgA

1

IgA

( Fahl ma n and Enge ls

2005 ^{1 2 )} )

IgA

し か し ，

IgA

IgG

IgM

E lia ki m et a l.

(1997) ^{5 1 )}

180

/

20

IgG

IgM

Hanns e t al. ( 2002) ^{5 2 )}

IgG

IgM

M cKune e t al . (2005) ^{5 3 )}

90km

IgG

IgG

IgM

Ima nipour et a l. (2009) ^{5 4 )}

14

IgG

IgM

Tarti bia n e t a l. ( 2009) ^{5 5 )}

8

IgG

IgM

IgG

IgM

第

1

B

T helper 2 c ell (

Th2

)