原 著 〔東女医大誌 第59巻 第1号頁 40∼45 平成元年1月〕
皮膚電位水準を用いた生体リズム研究
第1編 正常小児における皮膚電位水準の測定
東京女子医科大学 小児科学教室（主任 福山幸夫教授） 東京女子医科大学 第二病院小児科（部長 草川三治教授） コウ ノ 河 野 テル タカ照 隆
（受付 昭和63年9月2日）Investigation of Biorhythm of Electrodermal Activity
Part 1． Skin Potential Level in Children
Terutaka KHONO
Department of Pediatrics（Director：Prof． Yukio FUKUYAMA）
Tokyo Women’s Medical College
Department of Pediatrics（Dlrectorl Prof． Sanli KUSAKAWA） Tokyo Women’s Medical College Daini Hospital
The purpose of this study was to assess the technical problems involved in the measurment 6f
electric skin potentiai leve1（SPL）and to evaluate the developmental change of SPL according to the age
of children．
The subjects were 40 children aged between 5 day−01d and 19 year−old、 SPL on the palm and the back of the hand were measured continuously for 21．16 hours in average． The back of the hand was considered to be a more appropriate place for electrode to record the SPL in comparison to the palm， because SPL of the back of the hand showed much less fluctuation under the influence of the vigilance
level and mental state than that of the palm．
The mean level of SPL on the back of the hand varied from case to case， ranging from 32．9 mV to
−29．3mV． The subjects were divided into 4 groups according to the age which include neonates，
infants，early school・aged children and late school−aged children． The mean level of SPL of the above 4 age groups were 12．6，一6．1，一6．O and−0．2 mV， respectively． The level of SPL of the newborn group was found to be significantly higher than those of the other three groups（t・test， p＜0．05）， Among the
latter 3 groups， there was no significant difference in SPL， each other（t−test， p＞0．05）．
緒 言 皮膚電気活動の一種である皮膚電位水準の測定 は，小児領域でほとんど行われていないのが現状 である．登校拒否症児における皮膚電位水準の生 体リズムを検討するにあたり，皮膚電位水準測定 法の諸問題と，皮膚電位水準の成長に伴う変動に ついて検討した． 対象と方法 1．対象 東京女子医大第二病院小児科または佼成病院小 児科に入院した小児のうち，入院時に器質疾患（腎 疾患，呼吸器疾患，血液疾患など）の診断にて入 院した40例を小児における皮膚電位水準の検討対 象とした．年齢は日面5から19歳で，男子25例， 女子15例である．年齢による差異をみるために， 日齢5から日齢12までの新生児群（症例1∼4）， 0．5ヵ月から5歳までの乳幼児群（症例5∼15）， 6歳から12歳までの学童前期群（症例16∼27），12
一40一
歳から19歳までの学童後期群（症例28∼40）の4 群に分けた． 2，皮膚電位水準の測定および記録 電極は，銀一塩化銀電極（biopotential skin electrodes， Becklnan）を使用した．形状は円形で 直径は8mmである．測定方法はmonopolarとし， 探査電極（active electrode）は手背部と手掌部に 置き，基準電極（reference electrode）は前腕屈 側正中部近位側とした（図1）．前腕部には，セロ テープによる表皮剥離法による処置を施した．電 極を両面粘着テープで，該当する皮膚局所に張り つける際に，電極の間隙に電極電解質ゲル（elec− trolyte gel， Beckman）を満した．測定前に，電
極を熟成させて，電極間電位差が0．1mV以下の電 極を選んだ．直流増幅記録器として，時定数無限
大で入力抵抗が約2Mオームの直流電圧測定ユ
ニット（FU−181，東亜電波工業）を装着した記録 計（EPR−241A，東亜電波工業）を使用した．記録 計の門送り速度は120mm／時間とした． 3．皮膚電位水準の測定値の解析方法 探査電極を手背部に置いて記録したものから，． 5分間隔の値を計測して，離散的時系列データと した．この時系列データから各症例ごとに平均値， 標準偏差，最低値，最高値および振幅を求めた． また，それぞれの群ごとの平均値を求め，その平o
Active electrode OR。f。，ence elect，。d。 イ 図1 皮膚電位水準の測定 探査電極（active electrode）を手背部に置き基準電極 （reference electrode）を前腕部に置いたところを図示 した． 41 均値の標準偏差，最低値，最高値，およびそれぞ れの群での最大振幅を求めた．それぞれの平均値 をt検定にて有意差検定を行った． 結 果 1．皮膚電位水準の記録 新生児では手掌部と手背部は皮膚電位反射を 伴って，穏やかな変動を示していた．乳幼児期以 降の小児では，手掌部は，感覚や情動などの心理 状態，随意運動などによって，常に激しく変動し ていた（図2）．図3に，紙送り速度120mm／時間 にて記録した皮膚電位水準を示した．手掌部に見 られる大きな陽性変動は，睡眠による意識水準の 変動によるものである．手背部は，自発的な皮膚 電位反射を伴って，緩徐な変動を示しており，手 掌部に見られる睡眠による大きな変動はみられな い．このことから，皮膚電位水準の生体リズムの 1分 mV 10 o 一10 一20 一30寵1熱晒姻
脚細搾f∵1・
図2 皮膚電位水準の記録 手掌部の皮膚電位水準は，感覚，心理状態や随意運動 などで激しく変動している．手背部の皮膚電位水準は， おだやかに変動している。 一覚醒一一睡眠一一→襟脚
手掌 … コ 1…一…・ 一一噤D一 gー1一1時間一
図3 皮膚電位水準の記録 手掌部の皮膚電位水準は，睡眠によって大きく陽性に 変動するが，手背部の皮膚電位水準は睡眠による影響 を受けていない．表1 新生児群，乳幼児群の皮膚電位水準の結果 症例 年齢 性別 時系列データ数 平均値 高u 標準偏差 最低値 高u 最高値 高u 振 幅 高u 新生児群 1 5日 ♂ 144 4．5 4．5 0 16．0 16．0 2 10 ♂ 151 一6．9 2．6 一11．0 一〇．5 10．5 3 12 ♂ 132 19．9 4．6 11．0 29．0 18．0 4 12 ♂ 283 32．9 3．2 26．5 42．0 15．5 乳幼児群 5 0，5月 ♂ 283 一19．4 2．7 一25．0 一11．0 14．0 6 0．5 ♂ 123 26．2 52 ！6．0 33．0 17．0 7 0．5 ♀ 300 一6．5 3．7 一19，0 0．5 19．5 8 0．6 ♂ 152 一6．6 1．5 一10，0 一4．0 6．0 9 1 ♂ 290 一11．2 53 一24．0 一4．0 20．0 10 1 ♂ 145 一3．4 3．1 一8．5 2．0 10．5 11 3．5 ♀ 222 0．2 2．7 一5．5 6．0 11．5 12 1歳 ♀ 165 一10．7 2．2 一18．0 一6．0 12．0 13 3 ♀ 158 一6．5 8．5 一24．0 14．0 38．0 14 5 ♂ 276 一29．3 5．9 一45．0 一12．0 33．0 15 5 ♂ 266 一9．2 5．6 一21．0 3．0 24．0 表2 学童前期群の皮膚電位水準の結果 症例 年齢i歳） 性別 時系列fータ数 平均値 高u 標準偏差 最低値 高u 最高値 高u 振 幅 高u 学童前期群 16 6 ♀ 305 一1．8 3．2 一8．5 3．5 12．0 17 6 ♂ 273 一12．0 3．8 一24．0 一6，0 18．0 18 6 ♀ 155 一2．2 1．2 一4．0 1．5 5．5 19 8 ♂ 289 一7．8 2．7 一！5．0 0 15．0 20 9 ♂ 300 一2．3 4．1 一12．0 8．0 20．0 21 9 ♂ 295 一3，3 2．4 一10．0 3．0 13．0 22 10 ♀ 261 一12．0 3．3 一23．5 一4．0 19．5 23 11 ♂ 201 一10．8 3．6 一17．0 一1．0 16．0 24 11 ♂ 282 0．4 4．5 一10．0 9．0 19．0 25 12 ♀ 290 一15．2 4．0 一28．0 0 28．0 26 12 ♀ 330 一5．0 5．3 一15．0 7．0 22．0 27 12 ♀ 271 一7．0 L8 一11．0 一4，0 7．0 検討には，手背部から導出した皮膚電位水準が適 していると考えられた．しかし，24時間での皮膚 電位水準の変動は，症例ごとに波形，位相は一定 せず，それぞれ異なっていた． 2．皮膚電位水準の測定値 0歳から19歳の40例で平均20．16時間（1症例あ たり8．42時間から40．75時間）測定した．手背部か ら導出した皮膚電位水準の各症例ごとの平均値で は，最大値32。9mV，最低値一29．3mVであった．
日齢5から日齢12までの新生児群（症例1
∼4），0．5ヵ月から5歳までの乳幼児群（症例5 ∼15），6歳から12歳までの学童前期群（症例 16∼27），12歳から19歳までの学童後期群（症例 28∼40）の4群に分け，皮膚電位水準の5分ごと のデータ数，平均値，標準偏差，最低値，最高値 および振幅を表1，2，3に示した．また，それ ぞれの群ごとの平均値を求め，その平均値の標準 偏差，最低値，最高値，およびそれぞれの群での 最大振幅を表4に示した．新生児群での平均値は 12．6mV，乳幼児群は一6．1mV，学童前期群は一一42一
表3 学童後期群の皮膚電位水準の結果 症例 年齢i歳） 性別 時系列fータ数 平均値mV 標準偏差 最低値 高u 最高値 高u 振 幅 高u 学童後期群 28 13 ♂ 305 4．2 4．5 一8，0 14．5 22．0 29 13 ♂ 489 L9 4．8 一11，0 12．0 23．0 30 13 ♀ 282 一15．7 2．9 一21，0 一10．0 11．0 31 14 ♂ 243 28．1 3．4 20．5 42．0 21．5 32 14 ♂ 290 1．2 2．5 一5．0 7．0 12．0 33 14 ♀ 288 一19．5 6．8 一34．0 一10．5 23．5 34 14 ♀ 101 0．5 2．1 一4．0 13．0 17．0 35 ・15 ♀ 288 4．1 5．2 一2．0 20．0 22．0 36 15 ♀ 460 3．9 2．0 一1，5 10．5 12．0 37 18 ♂ 163 一8．8 3．3 一16，0 一4．0 12．0 38 18 ♂ 132 一〇．2 2．0 一9，0 4．5 13．5 39 19 ♂ 163 一1．7 3．2 一10．0 3．0 13．0 40 19 ♂ ！29 一17．2 7．3 一27．5 5．0 32．5 表4 新生児群，乳幼児群，学童前期群，学童後期群 の平均値とその標準偏差，平均値の最低値，最：高 値，および各群での最大振幅 平均値 高u 標準偏差 最低値 高u 最高値mV 最大振幅 mV 新生児群 @N；4 12．6 17．4 一6．9 32．9 18．0 乳幼児群 @N＝11 一6．1 13．7 一29．3 26．2 38．0 学童前期群 @N；12 一6．0 5．3 一15．2 0．4 28．0 学童後期群 @N＝13 一〇．2 11．4 一19．5 28．1 32．5 6．OmV，そして学童後期群は一〇．2mVであった． 新生児群での平均値は他の群と比較して高値で あった（t検定，p〈0．05）．一方，乳幼児群，学童 前期群，そして学童後；期群の3群間では有意差は 認めなかった（t検定，p＞0．05）． 考 察 1．皮膚電気活動についての考察1＞∼4） 皮膚は人体の表面を覆って，数々の物理的，化 学的，生物的障害から，生命活動を外界から隔離 し防御する役割を果たしている．それにとどまら ず，皮膚は，生物学的な作用も担っている．すな わち，皮膚を通しての，水分出納，熱交換，ガス 交換，化学物質の吸収と排出などである．こうし た諸作用の結果，皮膚は独自の電気活動を営んで いる． 皮膚電気活動は，まず測定方法に通電法と電位 法がある．通電法は，人体の外部から皮膚に電流 を通して皮膚の見掛けの抵抗あるいはインピーダ ンスの変化をみる方法である．この方法では外部 からの通電電流によって皮膚の生理機能が変化す ることや，通電電流の強弱によって測定値が変動 すること，さらに通電で電極が分極現象を起こす ことなどによって，測定値の客観的評価や，その 再現性に問題がある．電位法は，皮膚に起源する 電位変動をそのまま測定するので，生体の生理状 態をそのまま反映しており，通電法より優れてい ると考えられる．層また，それぞれの電気活動には， 生体の諸活動に伴って，極めて緩除に変動する皮 膚電気水準と，その皮膚電気水準にのって，自発 的にあるいは，刺激に反応して発生する一過性の 数秒から分単位の変動である皮膚電気反射が区別 される． 以上の観点から，皮膚電気活動は図4のように 分類される．今回，著者は，皮膚電気活動を，長 時間の測定が可能であり，生体の生理状態をその まま反映しており，測定値の客観性と再現性に信 頼の高い電位法で測定し，皮膚電位反射を除外し て，皮膚電位水準について測定した． 2．皮膚電位活動の測定方法の考察5）6） 皮膚表面から測定される電位は，皮膚に起源す る生体電位，電極間電位差，さらに，皮膚と電極
皮膚電気活勤（EDA） electrodermal actlvlty 図4 皮膚電位活動（SPA） 5kln potential actlvlty 皮膚抵抗活動（SRA）
skin reslstance activlty
皮膚電位水準（SPL）
skin potential leveI
皮膚電位反射（SPR） skln pQtentlal re5ponse 皮膚抵抗水準（SRL） skln resistanoe Ieve1 皮膚抵抗反射（SRP） 5krn resistanoe response 皮膚伝導度水準（SCL） skin oonducヒance leveI
皮膚伝導度活動 （SCA）
skin conductance actlvlty
皮膚伝導度反射（SCR） skln conductance respDnse 皮膚電気活動の分類と名称 との接触電位の総体である．皮膚に起源する生体 電位だけを安定して測定するためには，電極間電 位差と接触電位が無視できる範囲に長時間にわ たって安定していることが必要である． 電極間電位差は，電極と接する電解質との間で 生じる電池効果による分極電位である．この分極 電位を低下させるためには，金属と電解質溶液の 境界面にイオンが蓄積するのを防げばよいが，こ のためには，銀を基盤として塩化銀を付着させた 電極，銀一塩化銀電極が不分極電極として最も適 している． 皮膚電位水準をmonopolarで測定する際，基準 電極を前腕部に置くが，角質層の破壊が必要であ る．それによって電解質のイオンが内外両方向に 自由に移動できるようになり，その部位が電気的 に中性となり電気的に不活化し，基準電極となる からである． また，皮膚電気活動の発現に，皮膚の半透過膜 が関与していると考えられるので，銀一塩化銀電 極を用いる場合には，皮膚と電極との接触に用い る電解質として塩化ナトリウムあるいは塩化カリ 溶液が適している． 以上のことから，著者は電極に銀一塩化銀電極 を使用し，基準電極は，前腕部とし，セロテープ による表皮剥離法による処置を施した。電極を両 面粘着テープで，該当する皮膚局所に張りつける 際には，電極の間隙に電極電解質ゲル（electrolyte gel， Beck：man）を満した．測定前に，電極を熟成 させて，電極間電位差が0．1mV以下の電極を選ん だ．この方法により，皮膚電位水準を最：高40．75時 間（症例29）にわたって安定して測定することが できた． 3．皮膚電位水準の特質についての考察 皮膚のどの部分のどのような作用で皮膚電位活 動が発現するのかについては十分目は解明されて いない．しかし，皮膚の比較的浅い部分から発生 するということについては異論はない．仮説とし ては，表皮の半透過膜性と汗腺の分泌再吸収作用 の働ぎが注目されている7）．汗腺活動は，交感神経 支配やホルモン作用をうけており，中枢神経の関 与もうかがえる．皮膚電位活動の中枢支配につい ては，人での研究はすくないが，動物での研究で， 大脳皮質，大脳辺縁，視床下部，脊髄，交感神経 節レベルでの支配を受けていることが示唆されて いるD． 睡眠時には手掌部の皮膚電位水準が陽性化し， 覚醒時に陰性化する8）ので，バイオフィードバッ ク法による精神緊張緩和や入眠法に応用されてい る9＞．また，レム睡眠期の数分前から陽性化し，レ ム睡眠終了とともに陰性化するという報告10）があ る．成人での皮膚電位水準は，手掌部で，10mVか ら一70mVであるDが，小児の皮膚電位水準につい ては正常値すら検討されていないのが現状であ る． 4．小児における皮膚電位水準の考察 小児においては皮膚電位水準の計測は，野老の 知るかぎりでは，Be1111）が，新生児において建EM 睡眠との関連を検討しているが，それ以外では， 著者の6歳以上の小児についての報告12）があるの みである．今回，小児の全年齢層にわたって皮膚 電位水準を測定し，以下のことが明らかとなった． 新生児では手掌部と手背部は皮膚電位反射を 伴って，穏やかな変動を示していた． 乳幼児期以降では，手掌部は，感覚や情動など の心理状態，随意運動などによって，常に激しく 変動していた．また，24時間での皮膚電位水準の
一44一
変動は，症例ごとに波形，位相は一定せず，それ ぞれ異なっていた．手背部の皮膚電位水準は緩徐 な変動を示したので，生体リズムの検討に適して いると考えられた． 手背部から導出した皮膚電位水準の各症例ごと の平均値での結果は，最大値32．9mV，最低値一 29．3mVであった．新生児群では，乳幼児群，学童 前期群，学童後期群と比較して皮膚電位水準は高 値であった．乳幼児群，学童前期群，学童後期群 の各群間の平均値では有意差は認めなかった． 結 論 1．皮膚電位水準を，基準電極を前腕部に置き探 査電極を手掌部と手背部において計測した． 2．乳幼児期以降では，手掌部は，感覚や情動な どの心理状態，随意運動などによって，常に激し く変動していた． 3．手背部の皮膚電位水準は緩徐な変動を示し たので，生体リズムの検討に適していると考えら れた． 4．手背部から導出した皮膚電位水準の症例ご との結果は，最大値32．9mV，最低値一29。3mVで あった．新生児群では，乳幼児群，学童前期群， 学童後期群と比較して高値であった． 稿を終えるにあたり，御指導と御校閲を賜った東京 女子医科大学小児科学教室福山幸夫教授，同大学第二 病院小児科草川三治教授，ならびに御指導を賜った同 大学第二病院小児科村田光範教授，梅津亮二講師，佼 成病院小児科木下敏子部長に深謝致します． 本論文の要旨は，第88回日本小児科学会総会および 第38回日本自律神経学会において発表した， なお，本研究は，昭和61年度科学研究費（一般研究 B）No．59480240によった． 文 献
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12）河野照隆：登校拒否症における皮膚電位水準をも ちいたサーカディアンリズムの研究．自律神経
