J. Environ. Res. Snowy Cold Reg.
Vol. 16, pp. 2010
環境と健康（第５７報）
１）：
喫 茶や飲 酒の心拍数変 動への効果
佐藤 英 助、岡田 洋二＊、丘島 晴 雄＊ 青森 大 学大 学院 環 境科 学研 究 科 ＊杏林 大 学大 学 院保 健学 研 究科
Environment and Health (Part 5 ７ ) ：
Effects of Tea and Liquor on the Heat Rate Variability
SATO Eisuke, OKADA Youji and OKAJIMA Haruo
１．は じめに：心 拍 数 のゆらぎ
和田孝 雄著『生 体のゆらぎと リズム – コンピュータ解析入門 』には 、「彼（ 宮本武 蔵）の残した代 表 的な書物 である『五 輪の書』 の水 の巻 の中 には次 のような記 載がある。≪・・・、心 を静 かにゆるが せて、能 々（よくよく） 吟味すべし、静 かなる時 も心は静 かな らず、何とは やき時 も心は少しもはやか らず、・・ ・≫（宮 本武蔵 著、渡 辺一郎 校注、五輪 の書 、1985）。彼は さらに太 刀のにぎりかた、手 の 動 き、足のは こびかた、体 の動 きすべてに変幻自 在 を求 め、それが失 われた状態 を いつく （ 居着 く、固着 して動きのな いこと）と表 現し、生命 を失 ったこと であるとして いる。」と ある。２） さらに、「・・・
又 敵かかりくる時 、われも猶（な お）つよくな って 出る時 、敵 のかかる拍子 のかはる間 をうけ、その儘 勝 を得ること 、是（ これ）待（たい） の先（ せん）の理」と いう表現 が記述 され、生 体のホメオスタシスや フィードバックと も大 いに関係 している考 え方 であると される。２） 武者利光 著『ゆらぎの発 想』 にも同 様 の引 用がある。３） そして、フィードバック制 御の考 え方は、一般的 に、James Wattの蒸気 機 関 の制 御から始まったと され、蒸気 機関 の回転速 度 を一 定に制御するために、エンジ ンにつな が る回転軸 の頂 点に重みを持 った大 きなはずみ車 をつけ、エンジンの回 転が上がると遠 心力 により は ずみ車 が外 側に引 っ張 られるため、それにつれて 中心 の軸 が押 さえつけられ、蒸気 の流れを調 節 する弁 がふさがれ、エンジ ンに流入する蒸気 の量が減少すると いう仕組 みである。自動 制御装 置 の蒸 気機関 のフィードバックループの中 の各部 の動 作 の遅れ（信 号伝達 の遅 れ）が制御動 作 を 振 動的 にする原因と され、フィードバックと いう概念自 体はエンジ ニアリングの領域 から生 まれたも のであるが、現在 では生 体の調節機構 の基本原理と されていると言 う。４） 例 えば、神 経性飲 水過 多 症では 、体は過 剰に摂取 された水 分 を排 泄せざるを得な いので、防御 反応として 下垂体 からの 抗 利尿 ホルモン（ADH：antidiuretic hormone） の分泌 をおさえて、尿量 を増加 させようと するが、
このようなフィードバックの制御 の遅れの結 果として 、生体 の ゆらぎ が生じると される｡５ ） その生体 のゆらぎの一 例として、武者 らにより、胎児 の心 拍の周波数 も1/fゆらぎをして いること が見出 され､６）
正常な 胎児 の心臓 のビートは 微妙 にゆらいでおり、逆 に母体 が妊 娠中毒 症にかかって いる場合 の胎児 の周 波数は全 くゆるがず規則正 しいという（ 新聞記 事１）｡７） そして、治 療して妊 娠中毒症 から母親 が回 復すると また胎児 の心 拍はゆらぎ始 めるのだと言 う。８）
新 聞記事 １．胎児 の心 拍のゆらぎ（引 用文献7）
心拍変 動に関する先 の報告 において､９） 日常 の勤 務における心電図 の測 定結果 から心拍 の ゆらぎ を検 証し、さらに、自律神 経活動（ 図 １）の知見 も得 ることが出来た。その中 で、お茶類 を飲 用 した日 には交 感神経 （図 １） の活 動が高 まる傾向 がみられたが、サンプル数 が小 さかった。そこで、
今 回、お茶や飲酒などの直前 ・直後 における心 拍変動 について 例数 を多 くして調 べたので、その 結 果 を報告 する。
図 １．神経 系統 の図（引 用文献10） 図 ２．心電 図（引用 文献11）
２．心拍 変 動解 析
心臓 の律動 的な活動 にと もな う電 位変化 を電極 により導入し増 幅・記録 するのが心電 計であり、
心 臓には 電気的興 奮 を伝 える刺激 伝導系 があり、興奮は まず洞結節 に始 まり、房 室 を経て ヒス束 から左右 に分 かれて 心筋内 のプルキンエ線維 に伝 わる。この興奮 にやや遅れて 心筋 が収縮 する。
心 電図は、この刺 激伝導系 の電 気的興 奮によって心 筋が動作する過程 で発 生する電位 の時間 変 化 を体表 面 の部 位から記録 したものであり、心 房 を収縮 させる房室 結節 までの電 位変 化 がP波、
心 室の興奮 がQRS波、心 室の興奮 がおさまるときに発生 するのがT波と される（ 図 ２）｡１２） 心電図 は1903年 にオランダの生理 学者 ウィレム・ アイントホーフェンによって検流 計で測定 されたのが始 ま りで、この業 績により1924年 ノーベル生 理学・医 学賞 を授与 されて いる。
そして 、心電 図のR波ピーク毎の間隔（R-R間隔） を計測し、心 拍変動（Heat Rate Variability
） の解 析により自 律神経 活動 の情 報 を得 ること が出来 る｡１３− １４） 心 拍変動 スペクトルの解 析 におい て 、Lo/Hiを交 感神経 活動指 標、Hi/Totalを副交 感神経 活動指標 、Total powerを自律神 経全 体 の活動 の目 安とな ると されること から､１ ５− １６） パワースペクトルのLo成分 （0.04-0.15 Hz） 、Hi成 分 （0.15-0.4 Hz） 、Total（Lo成分 とHi成 分 の和 ） の各 スペクトル積分 値 および心 拍数 の時 間変 化 を計測し、心 拍変動 を解析 すること にした。
３．測定 機 器 および測 定 方法 など
心 電計 ：携帯型心電 計 チェック・マイハート（Handheld HRV）Model:CMH3.0（写真 １）
選任製造 販売業 者：株式 会社トライテック 製造業者 ：デイリーケアバイオメディカル（台 湾）
管理医療 機器承 認番号：21900BZI00001000 製品仕様 ；サンプリング周波数：250 samples/sec 測 定時間：300 seconds
使 用環境； 保管温度 ：-20℃〜50℃ 操作 中温度：10℃〜40℃
湿度 ：25%〜95%
測 定範囲； 平均心拍 数：45〜180 bpm ST部分：-3〜+3 mm
心 電用電 極 ：サニーローデⅡ（フクダ電 子株式 会社）型 式：TEO-01DS
写 真 １．携 帯型心 電計 チェック・マイハート
飲 み物： お茶；緑 茶（静岡 県産） （株） 大井川茶 園、静岡県島 田市東 町1408 茶 葉おおよそ2 gにお湯100mLを注 ぎ、２回溶出 した。
ビール； アサヒ生 スーパードライ 缶入 り350mL 1本
計 測方法 ：被験者は 椅子 に腰 を掛 け、右腕 に赤 い電極 、左腕 に青 い電 極となるように両 腕の内側 中央 に心 電用電 極パッドを貼り付け（写 真１）、10秒 位で呼吸 を整 えてから計測。緑茶 の場合 には白湯 を飲 んだ時 の計測値 を負荷 前とした。
計 測時刻 ：表 １の時刻欄 に記した。
被 験者 ：男性60代（筆 者、ES）
測 定場所 ：お茶； 青森大学5号館5209室
ビール；青 森市幸畑3-1-27 アパート居室
４．測定 結 果
測定結 果の一例として 、表2（ 飲酒）測 定番号2（2010年2月2日） の心電 図の一部（5秒 間の計 測 結果） を図 ３に示す。
図 ３．心電 図の一部（ 表2、測 定番号2、2010年2月2日）
次 に心拍変 動の解析結 果 を示 す。グラフ1および表1はRR間隔 の変化 をそのまま評価 する時 間 領 域解析（time domain法） の結果 である。グラフ1に表4（飲酒） 測定番 号2（2010年2月2日） の ５分間 での心拍 変動解 析結果 を示す。タコグラム・RRIヒストグラムやRRI分散図 から心 拍 がゆらい でいること を示 して いる。
グラフ１．時間領 域解析 画面（表4：測定番 号2、2010年2月2日）
表 １．時間 領域解 析結果（ 表4：測定 番号2、2010年2月2日）
Mean：RR間隔 の平均
SDNN：全て のRR間隔（NN） の標準 偏差
RMSSD： 連続したRR間 隔の差の２乗の平均値 の平 方根 NN50：連続したRR間隔 の差 が50msを超 える総 数
pNN50(%)：連 続したRR間隔 の差 が50msを超 える心拍 の割 合 SD1： プロット散布図 の縦 軸方向 の標準 偏差
SD2： プロット散布図 の横 軸方向 の標準 偏差
さらに、グラフ２および表 ２には、RR間隔 の変化 を周波数 軸に変換して各 周波数 ごと の成分 を評 価 する周 波数領 域解析（frequency domain法） の結果 を示す。
グラフ２．周波数 領域解 析画面（ 表4：測定 番号2、2010年2月2日 ） 表 １．周波 数領域 解析結 果（表4：測 定番号2、2010年2月2日）
FFT：高 速フーリエ変換(FFT)法 AR：自己 回帰(AR)法１７− ２０）
LF norm：LF/(Total Power – VLF)×100 HF norm：HF/(Total Power – VLF)×100 nu：noｒmalized unit
VLF：Very low frequency LF：Low frequency
HF：High frequency
今回 の測定 のまと めには、自己回帰 （AR）法 による結果 を考 察することにした。それは収集 デー タ数に関係な く高い周波数分 解能 が得 られることが知 られて いるからである｡２１) これらの測 定結果 のまと めを、お茶 の効 果に関しては表3に、ビールの効 果については表4に示し、自律 神経 の活動 指 標（Total power） を、お茶 の効果 に関 しては グラフ3に、ビールの効果 については グラフ4に示 す。
表3．お茶による心 拍変動 解析
測定番号 測定年月日 測定時刻 負荷 心拍数 LF/HF HF/Total Total powe r
（曜日） (bpm) (ms sq.)
1 2010.1.28(木) 19:24 前 68 0.88 0.36 873
20:12 後 66 0.90 0.42 1274
2 2010.1.29(金) 8:54 前 73 1.18 0.34 834
9:18 後 68 1.22 0.35 6340
3 2010.1.30(土) 9:14 前 63 1.12 0.27 917
9:39 後 62 1.49 0.15 1674
4 2010.1.31(土) 11:54 前 60 1.59 0.26 452
12:16 後 61 0.79 0.34 526
5 2010.2.02(火) 20:33 前 75 0.69 0.32 1246
20:58 後 73 1.55 0.29 4593
6 2010.2.04(木) 20:17 前 75 1.17 0.26 499
20:37 後 73 0.55 0.48 638
7 2010.2.05(金) 20:46 前 75 0.77 0.40 460
21:00 後 75 0.79 0.36 443
8 2010.2.06(土) 15:53 前 70 0.65 0.42 990
16:10 後 67 1.08 0.35 2983
9 2010.2.08(月) 20:01 前 74 0.94 0.36 393
20:52 後 71 1.22 0.24 693
10 2010.2.09(火) 20:16 前 73 0.83 0.17 912
20:56 後 73 0.94 0.33 1570
11 2010.2.10(水) 20:10 前 78 1.07 0.40 405
20:34 後 74 0.25 0.60 2477
12 2010.2.12(金) 20:13 前 75 0.52 0.48 921
20:38 後 73 0.71 0.41 1684
13 2010.2.13(土) 9:55 前 71 0.71 0.36 1990
10:19 後 69 0.65 0.51 2145
14 2010.2.16(火) 20:17 前 74 1.52 0.25 306
20:46 後 71 1.23 0.36 351
15 2010.2.17(水) 20:22 前 76 0.66 0.43 463
20:37 後 75 1.65 0.21 339
16 2010.2.18(木) 20:28 前 73 0.51 0.29 291
20:49 後 70 0.66 0.47 456
表4．飲酒 による心 拍変動解 析
測定番号 測定年月日 測定時刻 負荷 心拍数 LF/HF HF/Total Total powe r
（曜日） (bpm) (ms sq.)
1 2010.1.31(日) 23:06 前 64 0.90 0.31 911
23:54 後 64 0.69 0.36 392
2 2010.2.02(火) 22:30 前 61 1.32 0.34 4510
23:21 後 66 1.15 0.32 1301
3 2010.2.03(水) 22:25 前 67 0.57 0.45 2425
23:10 後 67 0.81 0.42 2055
4 2010.2.04(木) 22:23 前 69 0.52 0.42 1247
23:49 後 73 0.39 0.57 521
5 2010.2.05(金) 22:28 前 69 0.60 0.54 1274
23:55 後 70 0.67 0.44 1600
6 2010.2.07(日) 21:27 前 72 0.77 0.23 639
22:40 後 72 1.11 0.38 318
7 2010.2.08(月) 22:14 前 67 0.79 0.33 2715
23:17 後 67 0.57 0.49 1583
8 2010.2.09(火) 22:12 前 72 1.38 0.35 1192
23:08 後 72 1.21 0.27 934
9 2010.2.10(水) 22:35 前 66 0.84 0.45 1456
23:22 後 68 0.65 0.42 631
10 2010.2.11(木) 21:59 前 80 1.49 0.28 437
22:56 後 77 0.74 0.43 318
11 2010.2.13(土) 18:22 前 70 1.17 0.38 2903
19:33 後 71 0.85 0.44 515
12 2010.2.14(日) 21:10 前 71 2.27 0.16 514
21:43 後 74 1.66 0.31 190
13 2010.2.15(月) 22:35 前 63 2.64 0.22 2272
23:33 後 66 0.84 0.36 1063
14 2010.2.16(火) 22:57 前 64 0.82 0.43 1220
23:51 後 70 0.52 0.32 771
15 2010.2.17(水) 22:23 前 70 0.92 0.31 674
23:28 後 69 1.28 0.23 1095
16 2010.2.18(木) 22:14 前 63 1.01 0.41 611
23:12 後 67 0.83 0.30 796
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Total power (ms sq.)
1 3 5 7 9 11 13 15
測定番号
系列1 系列2
0 1 00 0 2 00 0 3 00 0 4 00 0 5 00 0
Total power (ms sq.)
1 3 5 7 9 11 13 15
測定番号
系列1 系列2
系 列１：お茶 飲用前 系列 ２： お茶飲 用後 系列 １： ビール飲用前 系列 ２： ビール飲用後 グラフ3．お茶 の自律神経 活動 への効果 グラフ4．飲酒 の自 律神経 活動への効 果 ５．まとめおよび考 察
お茶 による自律 神経活 動への効果 に関 する表3に示した結果 より、お茶 の飲 用前 のLF/HF値（
交 感神経 の活動 指標） の負荷 前の平均値は0.93で負荷 後は0.98で、t-検定 （等分散 を仮定した 2標 本による有 意検定） における両 側有意 確率（p）は0.67であり、有意な上 昇とは言 えず、交 感神 経 活動 の有意な増 加は見 られな かった。先 の日 常の勤務 における心拍 変動 の予備 的な報告（ 引 用 文献 １） においては 、お茶 を飲用した日 には小 さい標本数 でもあったせいか交 感神経 活動 が上 昇 する傾 向 がみられたが、例数 を多 くし飲用 の直前・ 直後 の今回 の比 較ではLF/HF値 の有意 な 上 昇とは言 えな かった。HF/Total（副 交感神経 の活 動指標） について 負荷前 の平 均値は0.34で 負 荷後は0.37であり、t-検 定においてp = 0.38であり、これも有意な変化 とは言 えず、お茶の飲用 前と 飲用後 での副交感 神経 の活動 にも有 意差は認 められな かった。しかし、Total power値 （自 律 神経全体 の活 動）では飲用前は747 ms2で、飲用 後の値は1761 ms2であり、有 意検定 でt = 0.027で有意な増 加が認められ、お茶 の飲用 により自律神 経全体 の活 動は有意 に上昇 していた。
さらに、表4の飲酒 による心拍 変動 の結果 から、ビールの飲用前 のLF/HF値 の平均値は1.13で 飲 用後は0.87であったが、t = 0.15でビールによる交感神 経活動 の有意 な減少は見 られなかった。
HF/Total値 の飲 用前は0.35で、飲 用後は0.38であ、t = 0.40であり、これも有意な副 交感神 経 活 動の上昇とは言 えな かった。しかし、Total power値の飲用前は1563 ms2で、飲用後 の値は 880 ms2であり、t = 0.040であったので有意な自律 神経活 動の低下 が認 められた。
カフェインには 中枢 興奮 作用 が、アルコールには 中枢 抑制 作用 があるが、以 上 の測 定結 果 から、
お茶には自律神 経活動 を増加 させる効 果もみられ、ビールには自律神 経活動 を減少 させる効 果 も見 られた。
６．今後 の課 題
（ １）喫 煙 による心拍変動 への効果 について も関 心がある。
（ ２）香 りや音 楽による、心拍 変動 の解析 にも興味 がある。
（ ３）病 院などの診療 室のように静かな 環境での安 静水平 仰臥位 での計測 が望 まれ、それにより より精度 の高 い結 果が期待 される。
謝 辞
本研究 を進 めるにあたり、研究費 の一部は青森 大学雪 国環境研 究所（関 幸 子所長） の研究助 成 および私立大 学教育 研究高度 化推進 特別補助 「共同研 究経費」 （代表者 ：杏林大 学岡田 洋 二 准教授） により援助 されたものであり、関 係各位 に記 して感謝 の意 を表します。
引 用 文 献
1) 第56報：高 橋純一 、佐藤英 助、雪国環境 研究（青 森大学 雪国環境 研究所） 第16号 xx- xx頁 (2010).
2) 和田孝雄 著、赤池弘次 監修 、生体 のゆらぎと リズ ム – コンピュータ解析入 門（講談 社） 11- 13頁 （1997）.
3) 武者利光 著、ゆらぎの発想 〜1/fゆらぎのな ぞにせまる〜（ 日本放 送協会）180-182頁（1994
）.
4) 和田孝雄 著、赤池弘次 監修 、生体 のゆらぎと リズ ム – コンピュータ解析入 門（講談 社） 163 -165頁 （1997）.
5) 和田孝雄 著、赤池弘次 監修 、生体 のゆらぎと リズ ム – コンピュータ解析入 門（講談 社） 170 -171頁 （1997）.
6） M.Kobayashi and T.Musha, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Vol.BME-29, No.6, pp.456-457 (1982).
7) 武者利光 、感 性が 科学 になる、毎日 新聞 、昭和64年1月3日（火）23面 (1989).
8) 武者利光 編・著 、ゆらぎの科学 ３（森北出 版） 176-177頁(1993).
9) 佐藤英助 、岡 田洋二 、丘島 晴雄、研究紀 要（青森 大学・青 森短期大 学学術 研究会） 第32 巻 第3号 109-119頁 (2010).
10) 日本医 薬アカデミー編集 、薬 剤師国家 試験対 策⑤医 療薬学 Ⅰ（日本 医薬 アカデミー）29頁
（2006）.
11) 日本医 薬アカデミー編集 、薬 剤師国家 試験対 策②基 礎薬学 Ⅱ（日本 医薬 アカデミー）441 頁（2007）.
12) 木村雄 治、医 用工学 入門（コロナ社）4-5頁（2002）.
13) 吉武康 栄、大 分看護 科学研究 Vol.4, No.1, pp.27-32 (2003).
http://www.sasappa.co.jp/online/abstract/jsasem/1/044/1110450102.html (accessed 2009/12/04).
14) 貴志浩 久、 生体信号 解析 プログラムの作 成 、http://.www.ehdo.go.jp/shizuoka/
hamamatsu/・・ ・/kiyou 16_2_07.pdf (accessed 2009/12/26).
15) 山口英 峰、関 和俊、高原皓全 、小 野寺 昇 、永見邦 篤、第24回健康 医科学研 究助成 論文 集 平 成19年度 pp.134〜143 (2009.3).
16) 河合房 夫、 アロマセラピーにおけるコーヒーの香りの有効 性に関する研究 、
www.asahibeer.co.jp/csr/philanthropy/ab.../image/.../sci_07.pdf (accessed 2009/12/04).
17) 田中英 之、統 計の見方・使 い方が面白 いほどわかる本（中経 出版）128-131頁（2008）. 18) 石村貞 夫、ステ ィファニー・ リヒャルト、Excelでやさしく学ぶ時系列（ 東京図書 ）122-133頁 （
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19) 赤池弘 次監修 、尾崎 統 、北川 源四郎 編集、時系列 解析 の方法（ 朝倉書店 ）61-63頁 （ 2000）.
20) 和田孝 雄著、赤池弘 次監修 、生体 のゆらぎとリズ ム – コンピュータ解析 入門（講 談社 サイエ ンティフィク）116-119頁（1997）.
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