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水 中運動時の標準心電図の測定
花 輪 啓 一
Ⅰ.諸 昌
近年,水 中での身体運動 の効 果が見直 され整形外科的及 び内科的な治療 と しての水 中運動が各 医療機 関 において盛 んに行 われてい る｡ しか し,水 中運 動 に伴 う水温 の変化,水圧 な ど陸上 とは異 なる特殊 な環境 による身体 への影 響,特 に心循環動態 の特異的変化 について は充分 に検討 されていないのが堤 状 で ある｡
ところが,最近,国内の医療機 関や民間の研究機 関, さ らには医療系大学 に お い て 水 中 運 動 時 の 心 循 環 動 態 の 解 明 の た め に無 線 方 式(wireless telemeteringmethod)による水 中心電図記録装置 を開発 し,その研究 の成果
が発表1),13),16)･20)されているが, その多 くが胸部双極誘 導の単一現象測定 で あ る｡ これ に関 して伊東 ら15)は単一現象モニター による心電 図異常 の判定 の危 険性 を指摘 してい る｡さ らに,アメ リカスポー ツ医学協会4)お よびアメ リか む 臓学会運動委員会5)･6)で は心機能 を 1‑ 2誘 導 だ けでモニ ター した とすれ ば 重要 な部分 を見落 とす可能性 が高 いので最低で も3誘 導 をモニ ターす る こと が望 ましい としてい る｡
そ こで,既存 の小型 の4現象同時無線伝送多用途 テレメータに着 目し, ア メ リカスポー ツ医学協会及 びアメ リカ心臓学会運動委員会が推奨 す る標準心 電 図(ECG),ⅠⅠ誘導,Vl誘 導,V5誘 導 にaVF誘導 を加 えた4誘 導心電 図 を 測定 す ることが可能 か どうか を目的 に4現象同時無線伝送多用途 テ レメータ の一部 に改良 を試 み,その精度 お よび信頼性 について検討 したので報告す る｡
168 人 文 研 究 第 84 輯
ⅠⅠ.方 法 1.改良の要 旨
用 いた機種 は日本電気三栄社製 4現象 同時無線伝送 多用途 テ レメータ511
Ⅹ(W 130mmXH76mmXD30mm,重量 :250g,電源 :アルカ リ乾電池 9
V,変調 :PWM‑FM方式)を用 いた (以下 :多用途 テ レメータ)｡心電 図測 定 には, 同社製 の4117形心電 図増幅器 (時定数 0.6秒)4台 を用 い,標準肢 誘導 (ⅠⅠ),単極肢誘 導 (aVF),胸部誘 導 (Vl,V5)にな るようにEinthoven 及びWilsonの誘 導法2)に従 って各ch間の抵抗 を とりⅠⅠ,aVF,Vl,V5の標 準 4誘 導が得 られ るように改良 した (図 1) 0
各電極(R,F,L,Vl,V5)か ら得 られた電位 は,それぞれの専用増幅器 で 増幅 され,1chはⅠⅠ,2chはaVF,3chはV1,4chはV5電位 としてSW l で 4chの信号 に時分割 され,次のPWM波変調器 に加 え られ る｡さ らに,こ の PWM波形 を高周波送信部 に加 え電波 (429.5MHz)として放射 す る｡ 受
デL?,'1 pTX変調部(高周波送信部X'TIL制御)
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図 1 標準4誘導心電図のテ レメ トリングの模 式図
電‰ //
水中運動時の標準心電図の測定 169
信磯部 で はFMチ ューナ部 で送信機部 か ら放射 された電波 を復調 し,PWM 波 をSW lと同期 したSW 2で各 ch(chl〜ch4)電位 に振 り分 ける ことによ
り各誘 導波形 に復調 され,記録器 に出力 され る｡
2.防水処理
用 いた機種本体 を手術 用手袋 に内包 し, それ をさ らに家庭用 ポ リプロピレ ン樹脂製容器(600ml)に入 れて用いた｡電極 コー ドや送信用 ア ンテナ は家庭 用 ポ リプ ロ ピレン樹脂製容器 の一側面 に径5.0‑8.0mmの穴 を開 け, そ こ か ら外部 に導出 した後,残 りの隙間 をシ リコン樹脂 によ り密閉処理 した (図 2)｡実際の測定時 には家庭用 ポ リプロピレン樹脂製容器 に蓋 をし, さ らに蓋 の接着部 か らの水 の侵入 を防止 す るた め,蓋 の接着部 に対 して外部 か らビ ニールテープで密封 した｡
3.電 極
電極 は径 10.0mmの銀/塩化銀電極 を用 いた｡皮膚 に電極 を装着す るにあ
図 2 4現象 同時無線伝送 多用途 テ レメータ 511X
170 人 文 研 究 第 84 輯
た って は筋電 図の混入 と各電極 間 の1eakを減少 させ るた め,皮膚 に電極 を装 着 した上 か らノベ クタ ンLス プ レー (β‑エ トオ キシエ チル メ タア ク リル樹 脂 :吉富製薬 )で被膜 を作 った｡
4.送受信 の精度
実際 の測定 に先 立 ち,一部 改 良 した多用途 テ レメー タ に よ り次 の検 討 を 行 った｡1)校正電位(10mm/mV)に よるテ レメー タの水深 の程度 お よび送 信距離 に よる送受信状 態 について, 2)ECGtestpatternsimilarterG‑102 Aに よる臨床 用心電計(ECG analyzer503FA;福 田ME工 業 製)との各誘 導基本波形 の比較 につ いて, 3)電極装着位置 の違 いに よる各誘 導波形 の比 鞍 について, それ ぞれ検討 した｡
5.被検者 を用いての測定手順 測 定 は本 学 室 内 プール に お い て,室温 27.OoC(Ta),水温 30.OoC
(Tw)の環境 下 で行 った｡
被 検 者 は,年 齢 19歳, 身 長 163.0cm,体 重 65.5kg,体脂肪量 13.6%,除脂肪体重 56.6kg,安静 時血圧 120mmHg/70mmHg,体 表面積 1.728m2の身体 的特 性 を 有 す る健康 な本学水泳部貞男子 1 名 について行 った｡
被検者 はベ ッ ト仰 臥位 姿勢で6 電 極 (2電 極 は胸 部 誘 導 用) を Maison‑Likarの変 法17)で体 幹 部 に装着 (図 3)した後,ベ ッ ト仰 臥 位安静姿勢 5分 間,陸上立位姿勢 5分 間,頚部 までの水没姿勢 3分
間,全身水没姿勢 1分間,板 キ ッ 図 3 Maison‑Likarの変法による電極の装着
水 中運動時の標準心電図の測定 171 ク運動 (通称バ タ足泳法) 4分間,陸上立位姿勢 5分間,ベ ッ ト仰 臥位安静
5分間の順 に身体動作 を行 った｡
各身体動作時 にお ける多用途 テ レメータ本体,各誘導線 お よびア ンテナ線 の動揺 によるartifact,drift,筋電図以外のnois等 の障害 を最小 限防止す る ため,伸縮 ネ ッ トを用 いて体幹 に密着す るようにした (図 4)｡送信 されて き たデータはすべてデーター レコーダー(TEACMR‑30)に記録 し,後 日解析 し た｡
鼓索
図4 多用途テレメータ本体および電極 を伸縮ネッ ト により体幹に密着 させた様子
17:2 人 文 研 究 第 84 輯
6.測定項 目
測定項 目は標準 4誘導心電図(ⅠⅠ,aV｡,Vl,V5),心拍数(HR),血圧(BP) である｡標準 4誘導心電図 と心拍数 は実験終了時 まで連続的に測定 した｡心 拍数 の値 はV5誘 導原波形 のR林 波 を数 えて心拍数 とした｡血圧 の測定 は
Riva‑Rocci型血圧計 (聴診法)を用 いて各身体動作終了直後 に測定 した値 を 血圧値 とした｡ これ らの測定のほか に皮下脂肪厚, 口腔温,主観的温冷感, 主観的運動強度,身体的愁訴 な どの測定 について も併せて行 った｡
ⅠⅠⅠ.結 果
1.テレメ トリングの精度 の成績 1)水中環境下での送受信状態
図5 水 中環境 下での校正電位(10mm/mV)によ るテ レメ トリング
水中運動時の標準心電図の測定 17:3
図 5は,校 正 電 位(10mm/mV)に よ る水 中 環 境 下(Ta;27.OoC,Tw ; 30,OoC)で の送受信状 態 を示 した｡多用途 テ レメー タか らの電 波 が水 や水 深 位置 お よび伝送距離等 に よる放射電波 の電界強度 の減衰 お よび電波干渉等 の 障害 について は,各誘 導 chとも水 や水深位置 お よび伝送距離等 に よる標 準
4誘 導心電 図 を測定 す る上 での著 しい障害 はみ られ なか った｡
2)臨床用心電計 との基本波形 の比較
図 6は,ECGtestpatternsimilarterG‑102A によるECGanalyzer503 FAと多用途 テ レメー タ との各誘 導基本波形(Hum filteroff,Drift補正 off) の比較 を示 した｡各誘 導基本波形(ⅠⅠ,aVF,Vl,V5)とも両者間 にお ける波 形 patternに著 しい差 はみ られなか った｡一 方,記録 された各誘 導基本波形 の
ECG Analyzer 503A
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多用 途 テ レメ ー タ 511Ⅹ
図 6 ECGtestpatternsimilarterによ るECGanalyzer と多用途テレメータ 511Xで測定 された各誘導基本波形
1/〜4 人 文 研 究 第 84 帝
voltageで はR波 にお いてECG analyzer503FAに比較 して,多用途 テ レ メー タで記録 された方がいずれ も3mm高 いvoltageで あった｡しか し,校正 電位(10mm/mV)のvoltageで は両者 間 に著 しい差 はみ られ なか った｡
3)電極装着位 置 の違 い に よる各誘 導心電 図の比較
図 7 電極装着位置の変更 によ る各誘導心電図の原 波形 (仰 臥位姿勢)
水中運動時の標準心電図の測定 175 図7は,電極(RF,LF,R,L)の標準装着位置 をそれ ぞれ四肢末端部 か ら RF電極 とLF電極 を転子点 (trochanterion)の右 と左,R電極 とL電極 を肩 峰点(acromion)の右 と左 に装 着 を変更 した時 の各誘 導心電 図 の波形 を示 し た(Maison‑Likarの変法)0
Vl,V5電極 を除 き,他 の4電極 をそれ ぞれ四肢末端部 か ら体幹部 に装着 し た ことによる各誘 導心電 図(ⅠⅠ,aV｡,Vl,V5)のvoltageお よび波形 pattern には著 しい差 はみ られなか った｡
2.被検者 に よる測定成績
表 1は,Ta;27.OoC,Tw ;30.OoCの環境 下 での各 身体動作 姿勢時 の心拍 数 と血圧値 の変動 を示 した｡
1)心拍数 について
心 拍 数 は,仰 臥位 安 静 姿 勢(57beats/min)か ら陸 上 立 位 姿 勢(68beats/ min)に姿勢変化 に よ り11beats/min(19%)の心 拍 数 の増 加 が み られ た｡一 方, 陸上立位 姿勢 か ら頚部 まで の水没 姿勢(60beats/min)で は8beats/min
(13%)の心拍数 の低下が み られた｡ さ らに,頚部 までの水没姿勢 か ら全 身水 没姿勢(58beats/min)で は2beats/min低下 し,仰臥位安静姿勢時 の心拍数 とほ とん ど変わ らなか った｡板 キ ック運動時 の心拍数 166beats/minは仰 臥 位安静姿勢時 の2.91倍,頚部 までの水没姿勢時 の2.77倍,全身水没姿勢時 の2.86倍 の心拍数 であった｡運動後 の回復 時心拍数 は,陸上立位 姿勢,仰 臥 位安静姿勢 と姿勢変化 す るに伴 い,それ ぞれ89beats/min,73beats/minと
表 1 各身体動作姿勢時の心拍数 と血圧の変動 (∩‑ 1)
仰 臥 位 陸上立位 頭部までの 全身水没 板 キ ック 運動後陸上 運動後仰 姿 勢 姿 勢 水没姿勢 姿 勢 運 動 立位姿勢 臥位 姿勢
心 拍 数 (HR) 57 68 60 58 166 89 73
収縮期血圧(Ps) 129 123 118 122 170 126 128
拡張期血圧(P｡) 70 80 60 49 45 52 68
HR:beats/min Ps,P｡ :mmHg
176 人 文 研 究 第 84 輯
な り,入水前 の各 同姿勢時の心拍数 の76%か ら78%までの回復率 で,運動お よび退水後 10分経過 して も入水前仰 臥位安静 姿勢時 の心拍数 まで は回復 し なか った｡
2)血圧 について
血圧 は,仰 臥位安静姿勢か ら陸上立位姿勢への姿勢変化 に伴 い収縮期血圧
(ps)は低下 し,拡張期血圧(P｡)の上昇がみ られた｡ ところが,陸上立位姿勢 か ら頭部 までの水没 姿勢 に よ りPsで は123mmHgか ら118mmHg,Pdで は80mmHgか ら60mmHgにそれぞれ両者 とも低下 した｡一方,頭部 まで の水 没 姿 勢 か ら全 身 水 没 姿 勢 で はPsは118mmHgか ら122mmHg,4 mmHgの上昇がみ られたが,Pdで は60mmHgか ら49mmHg,llmmHg の低下 が み られた｡板 キ ック運動時 で はPsは心拍数 と同様 に著 しい上昇 が み られ,その値 は170mmHgまで達 した｡しか しなが ら,Pdで は仰臥位安静 姿勢時 よ りも5mmHg,陸上立位姿勢時 よ りも35mmHg,頚部 までの水没姿 勢時 よ りも15mmHg,全身水没姿勢時 よ りも4mmHg低 い,45mmHgの値
であった｡
3)心電 図 について
軒 二 妄季 ー竿 '‑
図 8 それぞれの身体 動作姿 勢時 の各誘導心 電図の原 波 形
水中運動時の標準心電図の測定 777
図8は,Ta;27.OoC,Tw ;30.OoCの環境下での全体 の実験 の流れ にお け るそれ ぞれの身体動作姿勢時 の各誘 導心電 図の原波形 の様子 を示 した0
図9は,仰臥位安静姿勢,陸上立位姿勢,頚部 までの水没姿勢時 の最後 1 分間 にお ける代表的な各誘 導原波形 を示 した｡
身体動作が仰 臥位安静姿勢か ら陸上立位姿勢,頚部 までの水没姿勢へ変化 す るに したが い,仰 臥位安静姿勢時 の波形 に比較 して陸上立位姿勢時 の波形 で はVlにおいて逆転T波 の消失,V5で はS波 の増大が み られた｡頚部 まで の水没姿勢時 の波形 で はⅠⅠ,V5においてST‑slopeに変動がみ られた｡また,
Vlで は逆転T波 の深 さの増高す る傾 向が み られた｡しか し,各誘導原波形 の R波 voltageの様子 か ら仰臥位安静姿勢時 の波形 patternに非常 に類似 した 原波形 で＼あった｡
図 10は,全身水没姿勢 お よび板 キ ック運動時の最後 1分間 にお ける代表的 な各誘 導原波形 を示 した｡
両者 の各誘 導原波形 において も筋電 図お よびnois等 に よる とみ られ る心 電 図波形以外 の波形が混在 しているが,各誘 導原波形 ともR麻 波が容易 に確 認 で きる｡全身水没姿勢での各誘導原波形 は ともにR‑R間隔の延長,Vlで は 他 の誘 導原波形 ではみ られ ないR林 のnotch,V5で は他 の動作姿勢時の原波 形 に比 べてT波 のvoltageの著 しい増高がそれぞれみ られた｡板 キ ック運動 で は各誘導原波形 ともにR‑R間隔の短縮,Vlで は全身水没姿勢 と同様 にR 麻 のnotchが み られた｡V5で はR波 のvoltageが低下 し, その反面 T波 の voltageの増高,さ らにはS波 の深度 の増大がみ られ,その比 の状態 はそれぞ れR波<T波,R波<S波の状態であった｡
図 11は,運動後 の陸上立位姿勢時の各誘導原波形 を示 した｡
ⅠⅠ,aVFで は著 しい波形 の変化 はみ られ なか った｡一方,Vlで は他 の誘 導 で はみ られなか ったT波 の陰性化又 は二相性変化が時折観察 された｡また, V5で は運 動 時 にみ られ た各 波 のvoltageの比 の状 態 は運 動 時 のR波<T 波,R波 <S波か ら R波 >T波 また は R波 ≧S波 に変化 した｡
図 12は,運動後 の仰臥位安静姿勢時の各誘導原波形 を示 した｡
178
subj.A.S.(19yr.)
人 文 研 究 第 84 輯
≡≡鉄山.董章二
"I]HF惑 萱
≡L≡蓋l裏 装拙
≡≡≡図 9 仰臥位安静姿勢,陸上立位姿勢,預 部 までの水 没姿勢時の各誘導心 電 図の原波形
stJbj.A.S.(19yr.)
仰臥並姿鞍 陸上立也姿券
図 10 全身水没姿勢 および板 キ ック運動時の各誘導心電 図の原 波形
水 中運動時の標準心電図の測定
subjーLS.(19yr.)
仰 臥位 姿集 魚上 皇比婆 方 i iii ii
i ii i i i i i i i
･ ｢こ==1忘
‑二̲̲二⊇̲･:‑I
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･1‑p芸雲 巨喜≡≡萱≡
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≡;涯葦喜≡;≡≡章二≡"lIII≡ln"lLLI葉l≡≡≡
図 11 運動後 (回復時)の陸上立位姿勢時の各誘導心電図の原 波形
Subj.A.S.(19yr.)
仰臥位垂 井 Jgt上立 位 姿*
‑ぷ=一しこ‑二二1仁ヾこ==:･EC≡‡1m 亡ユニご二二∵≡二二だ‑ に=: F= ‑窒挺≡ I‑‑̲‑
喜 重 責 ≡ 蓋 ≡
r
=11喜≡]害毒 ≡≡∃
≡￡荘箆llu巨≡Iu蔓u"装墜≡妻≡An]Mht董≡≡ull
図 12 運動後 (回復時 )の仰 臥位安静姿勢時の各誘導心電 図の原波形
179
180 人 文 研 究 第 84 番
各誘 導原波形 ともに入水前 の仰 臥位安静姿勢時 の原波形 には回復 してい る が,時折 R‑R間隔の延長 による洞性不整脈 の増大が観察 された｡
Ⅳ.考 察
1.装置 の性能 について
これ まで に水泳 中の心電 図 を記録 す る装置,記録 された心電図の検討 につ いての報告1),10),12)･16)はい くつか ある｡しか し,それ らの多 くは1誘 導単一現象 測定 で あ る｡ 伊 東 ら15)は,NASA誘 導(QRSはⅠⅠ誘 導 に似 る)とCC‑5誘 導 (QRSはV5に似 る)の2誘 導 同時記録 した研究 もみ られ るが,標準 4誘 導 を 同時記録 した報告 は著者が知 る限 り浅沼 ら3)の報 告 にみ られ るの みで, 国 内 外 とも極 めて少 ない｡ その要 因 として,多誘 導同時伝送 のハ ー ドお よび装置 の防水 の困難 さ,電極 の装着原 因 による と思 われ る筋電 図の混入,基線 の動 揺 な どによるQRSpatternお よびP波 の判読 が で きない こ とに よるた め と 考 え られ る｡しか しなが ら,1誘 導単一現象測定 に関 して伊東 ら15)は,NASA 誘導 とCC‑5誘導 で同一被検者 について遊泳 中潜 りで2誘 導同時記録 した結 莱,NASA誘 導で は心室頻 拍が疑 われ,CC‑5誘 導で は正常 とされた事実 を 報告 し, 1‑ 2誘 導 での判定 の危 険性 が あ る こ とを指摘 してい る｡
これ らの視点 か ら, 4現 象同時無線伝送多用途 テ レメータに改良 を加 え, 標準 4誘 導心電 図 (多誘 導同時伝送)の測定 が可能 な らば有用性 が大 きいか ど
うか検討 した｡
第 1に,防水性 を検討 した｡ この 目的のた めに4現象 同時無線伝送 多用途 テ レメー タを手術 用手袋 に内包 し,家庭用 ポ リプロ ピレン樹脂製容器 に入 れ, さ らに外部 か らビニールテー プで密封 した結果,通常 のプールでの水深 お よ そ1.0m前後 の環境下 で は完全 に防水性が維持 され る こ とが確認 された｡第
2に,水 中環境下 での送受信状態 を検討 した｡ その結果,測定上 問題 として 考 え られ る水 深 の程 度 や伝送岸巨離(30.0m 以 内)お よび校正 電位 の低 下 に よ る著 しい障害 はみ られ なか った｡第 3に,各誘 導基本波形 に よる臨床 用心電 計 との比較検討 した｡臨床 用心電計 か ら得 られた波形 patternには,著 しい
水中運動時の標準心電図の測定 181
差異 はなか った｡しか し,各波形 のvoltageで は各誘 導波形 とも4現 象 同時無 線 伝 送 多 用 途 テ レメー タ(511Ⅹ)か ら得 られ た波 形 の ほ うが い ず れ も3.0 mm高 い｡ この こ とは,両者 の記録器 の周波数特性 お よび過渡特性 (追従性 ) の違 い によって生 じた と思われ, これ は出力上 の問題 であ り,同一器械 に よ
る測定 で詳細 な波形解析 す る うえでの著 しい障害 はない と考 える｡ 第 4に, 電極 の装着 お よび装着位置 について検討 した｡水泳 中の心電 図記録 用電極 に 関 して,浅井 ら1)の報告 で は直径 5.5cm,高 さ2.0cmの家庭 で用 い る壁用吸 盤 の上部 に穴 をあ け,そ こに小児用使 い捨 て電極 (マグ ロ‑デ :フクダ電子社 製)を埋 め込 み,その生 じた穴 の周辺 を家庭用 の風 呂の防水充填剤で固定,防 水 した電極 を試作 して用 いてい る｡ しか し,本研究 で は既存 の銀/塩化銀電 極 を用 いて,皮膚 に装着後, ノベ クタ ンLスプ レーで丁寧 に被膜 をつ くる こ
とによ り,浅井 らの試作電極 と同等 の耐水性 と筋電 図の混入,基線 の動揺 の 少 ない安定 した標準 4誘導心電 図 を得 る ことがで きた｡ また,電極 の装着位 置 の移動 に もとな う各波形 のvoltageの低下 を予想 していたが,改良 を加 え た多用途 テ レメータ よ り得 られたデー タか らは各波形 のvoltageの低 下 は観 察 され なか った｡ したが って,4現 象同時無線伝送 多用途 テ レメー タに改良 を加 えた結果,ハー ド的 には標準 4誘 導心電 図 を測定す る上 での著 しい障害 お よび問題 はない と考 える｡
2.被検者 による測定 について 1)心拍数 について
Songら19)は足 を水 につ けて も心 拍 数 に はほ とん ど影 響 が な く,足 か ら 徐 々 に体 を水 にひた してい くと少 しづつ心拍数が低下 し,最 も劇 的 に低下 を 示す の は顔面 までつ けた時で あ る と報告 してい る｡一方,顔面 だ けを水 につ けただ けで も全 身 を水 につ けた時 とほぼ同程 度 の徐 脈 が認 め られ る こ とか ら,潜水徐脈(divingbradycardia)のメカニズム を調 べ る方法 として顔 を水 につ ける方法 が広 く用 い られてい る7),21)｡ 山地 ら22)は, この方法 に よ り最大 吸気 での止息(breathhold)と姿勢変化 に伴 う心拍数 の影響 を観察 した結果, 最大 吸気時 の止息 による心拍数 の低下 は8‑10beats/minであ る と報 告 して
182 人 文 研 究 第 84 輯
い る｡ 今 回 の研 究 で は被 検 者 1名 を対 象 に 同 様 の 調 査 を し た 結 果 , 陸 上 立 位 か ら頚部 までか らだ を水 に潰 っ た と こ ろ 心 拍 数 は 8beats/m in低 下 し , さ ら
に顔 ･頭 を全部 水 に漬 っ た と こ ろ 陸 上 立 位 の 時 の 心 拍 数 よ り も 10beats/m in 低 下 し,ベ ット安 静 時 (仰 臥 位 姿 勢 )と同 levelの 心 拍 数 に な り, Song ら19),
山地 ら22)の報告 と非 常 に一 致 した 結 果 で あ っ た｡ こ れ ら の 徐 脈 現 象 は , お そ ら くか らだ を水 に つ け る こ と に よ っ て 生 じ る頚動 脈 圧 受 容 体 へ の 刺 激 , さ ら に, 水 の冷 たさ に よ る 三 叉 神 経 一副 交 感 神 経反 射 (顔 面 冷 感 受 容 体 へ の 冷 刺 激 )に よ り心 拍数 が 低 下 し た もの と考 え られ る｡
一 方 ,陸上運 動 で の Exhaustiontest(alトouttest)に よ る 最 大 心 拍 数 は ,20 歳 前 後 の 男 子で お よ そ 200beats/min とい わ れて い る9)｡ 今 回 の 板 キ ッ ク 運 動 時 (通 称 バ タ 足 泳 法 )の 心 拍 数 は 166beats/m in で 最 大 心 拍 数 の お よ そ 83% の運 動 強度 で あ っ た こ とが 推 定 さ れ る｡ これ は , そ れ ほ ど経 験 を積 ん で い な い マ ラ ソン選 手 の 平 均 ス ピ ー ド 240‑ 288m/m in の マ ラ ソ ン走 行 時 の 心 拍 数 11)に匹敵す る強 度 で あ る こ とが うか が わ れる ｡ と こ ろ で , 一 般 に 定 期 的 に運 動 して いる健 康 な 人 が 5分 か ら 10分 の 短 時間 の 運 動 で は ,運 動 の 強 さ の 程 度 に関 係 なく,運 動 終 了 10分 位 で 運 動 前 の 安静 状 態 に 回 復 す る こ とが 知 ら れ て い る｡ 今回 , 対 象 と した 被 検 者 で は, 板 キ ッ ク 運 動 を 4分 間 と い う極 め て短 時 間 の運動 で 心 拍 数 が 166beats/m in ま で達 し た 結 果 , そ の 後 の 回 復 で は運 動 終 了 10分 経 過 (73beats/m in)LJて も実 験前 の 安 静 状 態 (仰 臥 位 姿 勢 ) の心 拍 数 (57beats/min)に は 回 復 しな か っ た ｡
2) 血 圧 につ い て
運 動 時 の血圧 に つ い て は , 多 くの研 究 報 告 があ り, 特 に 近 年 で は 高 度 な 医 療 機 器 の 開 発に伴 っ て運 動 負 荷 自動 血 圧 計 が 開発 さ れ , そ の 測 定 精 度 も高 ま
り, 聴 診 法 とほ ぼ 一 致 し て き て い る｡ さ ら に ,最 近 で は 指 脈 か ら心 拍 数 の 1 拍 動 ご とに測定 さ れ る機 器 も開 発 され て い る が , これ ら の 測 定 は す べ て 陸 上 で の測 定 が 主で あ る｡ 一 方 , 水 中 運 動 中 の 血 圧 測定 は 水 の 雑 音 と水 圧 等 の 影 響 で 非 常 に困難 で あ るた め , そ の 研 究 報 告 は著 者 が 知 る 限 り極 め て 少 な い ｡ あ る報 告 で は水 泳 中 の 収 縮 期 血 圧 が 240m m Hg〜 300m m Hg(Ta :30.OoC,
水中運動時の標準心電図の測定 183
Tw :27.0‑28.OoC)に も達 す る と い う18)｡ この収 縮 期 血 圧 が240mmHg
〜300mmHgの値 は,陸上運動 では常識的 に考 えられ ない値 である｡そ こで, 本研究 で は直接水 中運動 中の血圧 を測定す る ことはで きな くとも, それぞれ
の動作 の終了直後 に短時間に測定 した値 をその時の身体動作時の血圧 とみな す と,陸上立位 か ら徐 々 に足 か ら頚部 までか らだ を水 に漬 ける ことによ り収 縮期血圧 は低下 し,顔 ･頭部 を含 めた全身 を水 に漬 けることによ り収縮期血 圧 は上昇 した｡一方,拡張期血圧 は陸上立位 か ら徐々 に足 か ら頭部 までか ら だ を水 に漬 けることによ り収縮期血圧 と同様 の変動 を示 したが,顔 ･頭部 を 含 めた全身 を水 に漬 けることに よ りさらに低下 す る傾 向にあった｡ また,個 人差 はあ る ものの水 中運動 時 (板 キ ック運動)の心拍数 が最大 心拍 数 の83%
の運動強度時の収縮期血圧 はお よそ170mmHg前後 であること,また陸上運 動 と同様 に水 中運動 で も拡張期血圧 は低下 す ることが被検者 1名 のデータか ら推察 され る｡ また,運動後 (回復期)の血圧 は,心拍数の回復 とは異 り,逮 動終 了10分 で収縮期血圧,拡張期血圧 とも実験前 (仰臥位姿勢)の値 にほぼ回 復 す る傾 向にある｡
3)心電図 について
運動負荷試験 にお ける心電 図誘導法 には,胸部双極誘導法 と標準 12誘 導法 が あ る｡
双極誘導法で は,陽極 を標準 12誘導のV5の位置 に,陰極 を胸骨柄(CM‑5 誘導),前額(CH‑5誘 導),右鎖骨下駕(CS‑5誘導),V6R(CC‑5誘 導)な どに
それぞれ置 いて記録 され ることが多 い14)｡ いずれの誘導法 も簡便 であるが, ST変化が体位 によって変勤 しやす い ことや,通常の 12誘 導 に比較 してST 変化が大 き く記録 され るために偽 陽性率が高 い ことが知 られてい る｡ また, 最近用 い られてい誘 導法 にNASA誘 導が あ る｡ これ は宇宙飛行 士 の行 動 の 心電図 をモニ ターす るために考案 された もので,胸骨 の上端 (胸骨柄) と下 端 (剣状突起 )の間の上下誘導で,その波形 はaVFやV2に似 る15)といわれ, 両方の電極 が いずれ も骨の上 にあるために,水泳 中や激 しい身体活動 で も筋 電図の混入がみ られず安定 した波形 が え られ るが,一方,波高が小 さいのが
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欠点 で あるた め,主 に心拍数や不整脈 の検 出 を目的 に用 い られ てい る｡
この ように,使 用す る誘 導法 に よって は心機能評価 が異 なる ことが推察 さ れ る｡
さ らに,心機能変化 の検 出 に有効 な誘 導 (法)に関 して,Blackburn8)は標準
12誘 導 の検 出率 を100%とした場合,V5のみで は86%,それ にV3̲6のいず れか を加 える と94%,ⅠⅠとaVFを加 える と100%にな る ことを報告 してい る｡
この こ とか ら,1つの誘 導 を用 い る場合 はV5,2つの誘 導 を用 い る場合 はさ らにaVF を加 え,さ らに3誘 導 を用 い る場合 にはVlもし くは V2誘 導 (上室 性不整脈や心室性不整脈 の検 出に敏感)を加 えるのが最 も有用 と考 える｡さ ら
に,今 回の研究 で はⅠⅠ誘 導(ST変化 の検 出 に最 も敏感 )を加 えた4つの誘 導 で行 った｡ これ らの4誘 導 で観察 しうる心臓 の主 な部位 は,ⅠⅠ誘 導で は心臓 の下壁,aVF誘 導 で は心臓 の後壁か ら下壁,Vl誘 導で は心臓 の前壁,V5誘 導 で は心臓 の左側壁 (特 に左心室)で あ る｡ 以上 の 4誘 導 を用 いて,水 中運動時 の心電 図 を無線方式 にて測定 した｡
陸上立位 姿勢か ら徐 々 に足,腰部,腹部 ,胸部 と水 に漬 け,完全 に頚部 ま で体幹 を漬 けた時点 の各誘 導波形 は,実験前 の仰 臥位 姿勢時の に波形 に似 て お り, この4誘 導波形 をベ ク トル の法則 に当て はめて推察 す る と,陸上立位 姿勢 か ら徐 々 に足 か ら水 に漬 け,完全 に頚部 まで体幹 を漬 ける ことに よ り心 臓 が 回転 し,ベ ク トル主軸 が偏位 す る ことが推察 され る｡ これ は, 1誘 導単 一現象測定 で は推測 す ることので きない現象で あ る. また,II, aVF,V5と
もT波 の増高 (心拡大)が み られ,特 にV5で はdownslopeで の増 高 が み ら れ る｡
breathholdで の完全 な全 身水没状 態 で はVlのみ にR林 のnotchが み ら れ,他 の波形 にはみ られ ない｡ これ は, お そ ら く心臓 前壁 での神経伝達迂 回 の存在が疑 われ る｡ また,V5で はST‑slopeの急勾配 がみ られ る｡
板 キ ック運動で は,各誘 導原波形 とも若干 の基線 の動揺が み られ,尚かつ, 低 周波成分 のnoisが混入 してい る｡そのた め ⅠⅠ,aVF ともP,‑QRS,‑Tの 判定 は非常 に困難 で あ るが,R林 波 は容易 に確認 で きる｡ また全 身水没姿勢
水 中運動時の標準心電図の測定 185
時 と同様 にVlのみ にR麻 のnotchが み られ,V5で はT波 のvoltageが時 折 R波 のvoltageよ り高 くな る傾 向がみ られた｡運動後 の陸上立位姿勢時で
は,Vlのみに時折T波 の消失が み られた｡
以上 の ように,水 中身体痛動時 の心電図では,同 じ身体活動 であって も原 波形 に現 れ る現象 は個 々の誘 導 によって異 なってい ることが確認 された｡ と
ころで,水 中身体活動時 の各誘 導原波形 には心電図以外 の高周波 お よび低周 波成分 のnoisが混入 してい ることが確認 された｡これ は,詳細 な波形解析上 Hum Filterお よびDrift補正 Filterを使用せず に記録 出力 したためで ある｡
これ らの高周波成分 (交流nois,筋電図 によるnois)の除去 は,平均加算sig‑
nalaveragingの手法 によって除去す ることは可能 と考 える｡また,低周波成 分 のnois(呼吸や体 動 による基線 の動揺)は低 周波 Filterを用 い る こ とに よ り補正可能 であるが,若干の心電 図波形への影響 は無視 で きない｡ しか しな が ら,その影響 は波形解析 す る上 での大 きな問題 ではない と考 える｡したが っ て,今後 4現象同時伝送 多用途 テ レメータでECGを測定 され る場合 には, Hum Filterお よびDrift補正 Filterの使 用 を場合 によって は考 えな けれ ば な らない｡
ところで,各誘導 ともST‑Tの変化 (虚血性心疾患)を評価 す る場合,増幅 器 回路 の時定数が問題 になる｡一般 にはST‑Tの歪 み を考慮 して用 い られて い る回路 の時定数 は 0.5‑3.2秒 である｡今 回用 いた心電図増幅器 の回路 の時 定数 は0.6秒 であ り,ST‑Tの部分 の歪 みの影響 はない もの と考 える｡
以上 の ことか ら,従来水 中運動時の心電 図 を測定す るにはい ろい ろな障害 が多 く,特 に標準心電図 を測定 す ること自体 困難 であった｡ ましてや無線 方 式 による多誘 導同時伝送測定 はなお一層困難 で あった｡今 回報告 した既存 の 4現象同時伝送多用途 テ レメータの一部 に改良 を加 えることによ り,水 中の 各 身体活動時 の標準 4誘 導心電 図 の測定 が充分可能 で あ る ことが確認 で き た｡
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Ⅴ.ま と め
水 中身体活動時 の標準 4誘導心電 図(ⅠⅠ,aVF,Vl,V5)を無線 方式 にて測 定 す るた め,既存 の4現象 同時伝送 多用途 テ レメー タに改 良 を加 える こ とに
よ り測定可能 か どうか検討 した｡
1)水 中環境 下 で の校 正電位(10mm/mV)の送 受 信状 態 で は標 準 4誘 導心 電 図 を測定 す る上 での著 しい障害 はなか った｡
2)臨床 用心電計 との基本波形 の比較 で は,両者 間で の波形 patternの著 し い差 はみ られなか った｡ しか し,両者 の記録器 の周波数特性 や過渡特性 に よる違 い に よるvoltageの差 が み られた｡
3)電極 お よび電極 の装 着位置 の移動 に よる各誘 導心電 図 のvoltage,波形
patternには著 しい差 み られ なか った｡
4)水 中身体活動時 の各誘 導原波形 で は, いずれの波形 において も低周波 お よび高周波成分 のnoisの混入 が み られ るが,Hum Filterお よびDrift補 正 Filterを使用す る ことに よ り除去 は可能 で あ り,波形解析上著 しい影響
はない もの と考 える｡
5)心電 図増 幅器 回路 の時定数 の違 い に よるST‑T部 分 の著 しい歪 み はな い もの と考 える｡
本研究 は,平成2年度小樽商科大学教育研究学内特別経費 により行われた もの であ り(代表者 :藤江 正教授),保健管理センター所長 :浅沼義英教授,保健体 育科 .'藤江 正教授,田野有一教授,中川書直助教授 との共同研究の一部である
ことをここに記す｡
また, この研究 に対する機種の改良および実験等において多大な協力 と助言を 戴いた日本電気三栄㈱の白井 裕氏 に心から感謝する｡
本文の要旨は平成3年12月,第30回北海道体育学会にて発表 した(札幌大学)0
