理学療法科学 25(1): ,2010 原著 吸気筋トレーニングの効果持続性に関する検討 A Study of the Sustainment of the Effect of Inspiratory Muscle Training 高田靖夫 1,2) 川越厚良 1,3) 佐竹將宏 1)

吸気筋トレーニングの効果持続性に関する検討

A Study of the Sustainment of the Effect of Inspiratory Muscle Training

高田　靖夫

^1,2)

　　川越　厚良

^1,3)

　　佐竹　將宏

¹⁾

　　塩谷　隆信

¹⁾

YASUO TAKATA^1,2), ATSUYOSHI KAWAGOSHI^1,3), MASAHIRO SATAKE¹⁾, TAKANOBU SHIOYA¹⁾

1) Course of Physical Therapy, School of Health Sciences, Akita University: 1–1–1 Hondo, Akita 010-8543, Japan.

TEL +81 18-834-1111 FAX +81 18-884-6500

2) Hatsudai Rehabilitaion Hospital

3) Higashi Inaniwa Clinic

Rigakuryoho Kagaku 25(1): 127–132, 2010. Submitted May 7, 2009. Accepted Oct. 3, 2009.

ABSTRACT: [Purpose] The purpose of this study was to examine the sustainment of the effect of inspiratory muscle

training on the force and the endurance of the inspiratory muscle, dyspnea and general exercise training. [Subjects] The subjects were 12 healthy young adults (23.3  4.3 years old, 5 male, 7 female). [Methods] 40%PImax inspiratory muscle training using PowerBreath

^TM

was conducted for one month by the subjects. The force and endurance of the inspiratory muscle, dyspnea and general exercise training were evaluated before and 4 weeks, 8 weeks, 12 weeks and 16 weeks after the training. [Results] The force and the endurance of the inspiratory muscle, dyspnea and general exercise training were increased significantly after 40%PImax inspiratory muscle training and these effects decreased over time. [Conclusion] The results of this study suggest that the effect of 40%PImax inspiratory muscle training is sustained over the same period as the training period but returns to the baseline 3 months after the inspiratory muscle training.

Key words: 40%PImax inspiratory muscle training, sustainment of the effect, respiratory muscle

要旨：〔目的〕本研究は，最大吸気圧40％負荷での吸気筋トレーニングの効果と，その効果がトレーニング終了時 よりどの程度維持可能であるかを検討することである。〔対象〕対象は健常な学生12名とした。〔方法〕POWERbreathe^TM を用い，40％PImax負荷で吸気筋トレーニングを4週間継続し，トレーニング終了後12週間にわたってその効果持 続性を検証した。〔結果〕トレーニング終了時には吸気筋力，吸気筋耐久力，運動耐容能が有意に増加したものの，

概ねトレーニング終了後12週までにはいずれもトレーニング開始前の値まで低下した。〔結語〕4週間の40％PImax 負荷による吸気筋トレーニングは呼吸筋を有意に増強するが，トレーニングを休止すると，その効果は概ね12週 のみしか持続しない。

キーワード：40％PImax吸気筋トレーニング，効果持続性，呼吸筋力

1) 秋田大学　医学部保健学科理学療法学専攻：秋田県秋田市本道1-1-1（〒010-8543） TEL 018-832-1111 FAX 018-884-6500

2) 初台リハビリテーション病院

3) ひがし稲庭クリニック

受付日　2009年5月7日　　受理日　2009年10月3日

I. はじめに

運動療法は呼吸リハビリテーションのなかで中心と な る 種 目 で あ り，そ の 科 学 的 根 拠 に つ い て は

ACCP/

AACVPR

¹⁾，

GOLD

²⁾により報告されている。これらの

報告によると効果が証明されたものは，運動耐容能の 改 善 と 呼 吸 困 難 の 軽 減 で あ る^1,2)。そ の 呼 吸 リ ハ ビ リ テーションの種目の一つである呼吸筋トレーニングで は，ACCP/AACVPRでは

1B

評価，GOLDでは

C

評価と なっている。従来，吸気筋トレーニングでは吸気筋耐 久力と運動耐容能の向上³⁾，呼吸困難と運動耐容能の 改善^4-8)などの報告があり，その効果を維持していくた めには，長期間の継続が必要である⁹⁾とされている。一 方，吸気筋トレーニングの効果持続性に関しては健常 者¹⁰⁾，慢性閉塞性肺疾患¹¹⁾（chronic obstructive pulmonary

disease：COPD）においてそれぞれ 1

つずつ報告されて

いるだけで非常に少ない現状にある。

そのため本研究では，若年健常者において吸気筋ト レーニングの効果がどの程度持続可能であるかを検討 することを目的とした。

II. 対象と方法

1. 対象

吸気筋トレーニングを行うことに支障のない健康な 成人学生

12

名〔男性

5

名，女性

7

名：年齢

23.9

±

4.3

歳

（平均±標準偏差）〕とした。なお対象者はすべて非喫 煙者とした。対象者の属性は（表

1）に示す。対象者に

は研究内容を説明し，理解を得た上で研究参加の同意 を書面で得た。また，本研究は，秋田大学医学部倫理 委員会において承認された。

2. 方法

対象者に40％最大吸気圧（maximum inspiratory mouth

pressure；以下PImax）で 1日2

回毎日15分間の吸気筋ト レーニングを行わせた。対象者にはPOWERbreathe Fitness

Model

^TM（英国

GAIAM

社製；以下

POWERbreathe）を貸

与し，トレーニングを

4

週間継続させた。

POWERbreathe

の吸入回数は，

1分間に15

～

20回行うように指導した。

吸気筋トレーニングは，1日2回，週5回は検者の前 で行い，トレーニング期間中は身体活動ができるだけ 一定となるようにスポーツなどは行わないように指導 した。

肺機能，運動負荷試験，呼吸筋力，吸気筋耐久力測 定はトレーニング前（以下

Pre），トレーニング終了時

点の第4週，およびトレーニング終了後より4週（以下 第

8

週），

8

週（以下第

12

週），

12

週（以下第

16

週）の計

5回測定した。

肺機能の測定には，小型電子スパイロメーター（チェ スト社製，CHESTGRAPH-HI701）を使用した。測定肢 位は椅子座位とし，ノーズクリップを装着し，マウス ピースをくわえて測定した。努力性肺活量（forced tidal

capacity；以下 FVC），1

秒量（forced expiratory volume in

one second

；以下FEV1.0），

1

秒率（FEV1.0

/FVC

；以下

FEV

1.0

％），ピークフロー（peak expiratory flow；PEF）をそれ ぞれ

3

回測定し，FVCが最大値を示したときの各々の 値を採用した¹²⁾。

運動耐容能の指標として，自転車エルゴメーター（フ クダ電子社製，

Well Bike E-350）による運動負荷試験を

実施した。運動負荷試験は直線的漸増運動負荷試験を 行い，漸増負荷試験が10～15分で終了するように運動

強度は

10

～

20 W/

分に設定した。測定には呼気ガス分

析装置（ミナト医科学社製，AE-280S）を，解析ソフト ウェアとしてATwindowを使用し，運動時の心拍数の測 定には携帯型の心電図送信機（フクダ電子社製，

ST-30）

を，血圧は自動血圧計（日本コーリン社製，

STBP-780B）

を使用した。負荷量の調節にはSTRSS TEST SYSTEM（フ クダ電子社製，

ML-4500）を使用した。漸増運動負荷試

験中におけるV^•

O

2およびV^•

CO

2の9秒毎の平均値をプロッ トした。本研究ではいずれの被験者においてレベリン グオフが観測されなかったため，真の最大酸素摂取量 が特定できなかった。そのためオールアウト時点の酸 素摂取量を最高酸素摂取量（以下：peak V^•

O

2）として持 久性体力の指標にした¹³⁾。

呼 吸 筋 力 の 指 標 と し て，PImax お よ び 最 大 呼 気 圧

（maximum expiratory mouth pressure；以下

PEmax）を測定

し た。測 定 に は，呼 吸 筋 力 計（チ ェ ス ト 社 製，

VITALPOWER KH-101）を使用した。測定肢位は椅子座

位とし，ノーズクリップを装着し，マウスピースをく わえて測定した。呼吸筋力の測定は，

Black

とHyattの方 法¹⁴⁾すなわちPEmaxは全肺気量（total lung capacity；

TLC）

位で最大呼気，

PImax

は残気量（residual volume；RV）位 表1　対象者の属性（mean±SD）

人数（名） 12〔男5/女7〕

年齢（歳） 23.9±4.3 身長（cm） 163.9±8.7 体重（kg） 62.5±18.4 BMI 22.9±4.5

で最大吸気を行った。いずれもその圧を

3

秒維持し，そ の中の最大値を記録した。呼気および吸気はそれぞれ

3

回ずつ測定し，その最大値を

PEmax，PImax

として採 用した。

吸気筋耐久力を評価するために断続的吸気負荷漸増 法¹⁵⁾による吸気筋負荷試験を行った。測定には，漸増 吸気閾値圧負荷（inspiratory threshold loading：ITL）装置

（ビ ー ン ズ ク ラ フ ト社 製（特 注））を デ ー タ 収 録 装 置

（PowerLab/8sp：ADI社製）に接続して使用した¹⁶⁾。測 定肢位は椅子座位とし，ノーズクリップを装着し，マ ウスピースをくわえて測定した。断続的吸気負荷漸増 法とは，

2

分間の負荷吸気と次のレベルの2分間の間に

1

分間の休憩をおき，その休憩時に断続的に負荷を漸増 する方法である。Preにおいて測定した

30%PImax

の吸 気負荷からスタートし，10％ずつ漸増していき，対象 者が強い呼吸困難のために呼吸が続けられなくなり，

マウスピースを離した時点で測定終了とした¹⁵⁾。なお，

測定終了となった段階の一つ前の段階における負荷圧 を吸気筋耐久力の指標として採用した。断続的吸気負 荷漸増法による呼吸筋耐久力測定では，対象者の意欲 に左右される場合があるため，検者が測定中と休息期 間に激励し，最大努力にて最大吸気負荷を終えるよう

に促した^17,18)。また，吸気筋耐久力の指標として，peak

mouth pressure（以下 Ppeak）と，この値を PImax

で割っ た相対値（Ppeak/PImax）を用いた^15,16)。一般的に，

Ppeak

は性別，年齢，身長に影響を受けるために，

PImax

で除 することでより客観的指標となることが報告されてい る^15,19)。

呼吸困難の測定には修正

Borg scale

²⁰⁾を用い，各

1

分 間の休息時に聞き取りにより評価した。

統計処理には，解析ソフト

SPSS 11.5J for windows

を 用いた。トレーニング期間を要因として反復測定によ る一元配置分散分析を行い，有意差が認められた場合，

多重比較検定として

Bonferroni

を用い，危険率

5％未満

（p<0.05）をもって有意差ありとした。

III. 結　果

肺機能検査によるFVC，

FEV1.0， FEV1.0％およびPEF

では，すべてのトレーニング期間に主効果を認めなかっ た（表2）。

PImax

およびPEmaxにおいては，トレーニング期間に

主効果を認めた。また，PImaxでは

Pre

と第

4

週に有意 差を認め，第

4

週からの比較では，第

12

週および第

16

週でそれぞれ有意差を認めた。PEmaxではどの期間で

も有意差は認めなかった。

Ppeak

および

Ppeak/PImax

では，トレーニング期間に 主効果を認めた。また，

Ppeak

ではPreと第4週に有意差 を認め，第4週からの比較では，第8，第12，第

16

週で それぞれ有意差を認めた。

Ppeak/PImax

ではPreと第4週 に有意差を認め，第4週からの比較では，第8週および 第16週でそれぞれ有意差を認めた。

運動耐容能を示す全ての指標において，トレーニン グ期間に主効果を認めた。また，

peak Exercise Time

では

Pre

と第

4

週に有意差を認め，第

4

週からの比較では第

16

週に有意差を認めた。peakV^•

O

2ではPreと第

4

週に有 意差を認め，第

4

週からの比較では第

12

週，第16週で それぞれ有意差を認めた。

peakVC

^•

O

2ではPreと第4週に 有意差を認め，第

4

週からの比較では第

12

週および第

16週でそれぞれ有意差を認めた。peakV

^•

O

2

/wではPre

と 第4週に有意差を認め，第

4週からの比較では第 12週お

よび第16週でそれぞれ有意差を認めた。

吸気筋耐久力測定時における

1

分毎の呼吸困難を示 す（表3）。Preと第

4

週にのみ有意差を認め，最大吸気 圧の30％から100％までの間に，

40％以外の各負荷圧で

すべて有意差を認めた。

IV. 考　察

本研究は，若年健常者において

40％PImax

吸気筋ト レーニングによる吸気筋力の増加が，肺機能，吸気筋 耐久力，運動耐容能および呼吸困難に及ぼす影響，さ らにこれらの各指標が，トレーニング終了後どの程度 持続するのかを検討することを目的として行った。

40％PImax

負荷のトレーニングを

4

週間（第

4

週）施

行した結果，吸気筋力，吸気筋耐久力，運動耐容能の 各指標が有意に増大し，呼吸困難は有意に低下した。

また，これらの各指標は，トレーニング終了後12週（第

16週）でトレーニング開始前の値に戻った。

呼吸筋力と運動耐容能の関係については一定の見解 は得られていない。Weinerら¹¹⁾は

60％PImax

で運動耐 容能が増大したと報告しているが，

Suzuki

ら²¹⁾やLarson

ら²²⁾は

30％PImax

では運動耐容能は変化しないと報告

している。呼吸筋トレーニングに関する17報告のメタ アナリシス²³⁾では，PImaxや呼吸筋耐久力の改善は一 致していない。この理由としてトレーニング方式が不 十分なため，期待された効果が得られなかったとして いる²³⁾。本研究の結果では，

40

％PImaxによる吸気筋ト レーニングでも，十分な運動耐容能の改善が認められ た。一般的に，健常者における呼吸筋の酸素消費量は，

表2　呼吸機能・呼吸筋力・吸気筋持久力・運動耐容能の各指標の変化

主効果 Pre IMT Post-IMT

第4週 第8週 第12週 第16週

（トレーニング （トレーニング （トレーニン 終了後4週） 終了後8週） グ終了後12週）

PI max（cmH2O） F=11.080, p<0.01 97.8±20.0 132.2±31.6 ** 117.8±30.3 117.4±16.8 98.1±17.3##&&

　preとの変化率 135.2％ 120.4％ 119.6％ 100.3％

　w4との変化率 89.1％ 88.8％ 74.2％

PE max（cmH2O） F=4.226, p<0.01 117.4±33.7 142.4±37.0 129.9±30.1 131.2±29.0 115.9±23.6

　preとの変化率 121.3％ 110.1％ 111.7％ 98.7％

　w4との変化率 91.2％ 92.1％ 81.3％

Ppeak（cmH2O） F=49.317, p<0.01 88.1±25.8 132.9±24.9 ** 122.7±23.3^# 113.5±22.5^##$ 96.3±7.8##$$&&

　preとの変化率 150.9％ 139.3％ 128.8％ 109.3％

　w4との変化率 92.3％ 85.4％ 72.4％

Ppeak/PI max（％） F=13.050, p<0.01 90.6±18.7 137.2±14.8 ** 127.2±17.9^## 104.8±34.2 100.5±15.2^##

　preとの変化率 151.4％ 140.4％ 115.6％ 110.9％

　w4との変化率 92.7％ 76.3％ 73.2％

FVC（L） F=0.467, p>0.05 3.85±0.69 4.03±1.10 3.90±1.12 3.94±1.14 3.91±1.19

　preとの変化率 104.6％ 101.2％ 102.3％ 101.5％

　w4との変化率 96.7％ 97.7％ 97.0％

FEV1.0（L） F=0.446, p>0.05 3.35±0.64 3.50±0.91 3.42±0.92 3.42±0.92 3.42±0.98 　preとの変化率 104.4％ 102.0％ 102.0％ 102.0％

　w4との変化率 97.7％ 97.7％ 97.7％

FEV1.0％（％） F=1.394, p>0.05 88.0±6.49 87.2±4.69 88.3±5.71 87.2±5.89 88.2±5.74

　preとの変化率 99.0％ 100.3％ 99.0％ 100.2％

　w4との変化率 101.2％ 100.0％ 101.1％

PEF（L/S） F=2.377, p>0.05 8.38±1.84 8.95±2.02 8.52±1.87 8.72±1.94 8.29±2.01 　preとの変化率 135.2％ 120.4％ 119.6％ 100.3％

　w4との変化率 89.1％ 88.8％ 74.2％

Exercise time（sec） F=6.256, p<0.01 500.5±155.9 586.4±193.6 * 550.3±191.6 510.1±201.8 452.0±155.9^##

　preとの変化率 117.2％ 110.0％ 101.9％ 90.3％

　w4との変化率 93.8％ 86.9％ 77.0％

Peak V^•O2（ml/min） F=9.988, p<0.01 1827.3±613.6 2131.8±797.7 * 1892.7±624.5 1835.8±706.8^## 1732.0±657.3^##

　preとの変化率 116.6％ 103.5％ 100.4％ 94.7％

　w4との変化率 87.3％ 86.1％ 81.2％

Peak V^•CO₂（ml/min） F=13.583, p<0.01 2252.7±681.5 2692.8±901.3 * 2401.0±772.0 2208.8±778.4^## 2020.4±737.5^##

　preとの変化率 119.5％ 106.5％ 98.0％ 89.6％

　w4との変化率 89.1％ 82.0％ 75.0％

Peak V^•O2/W F=11.120, p<0.01 29.2±5.1 34.1±7.6 * 30.7±8.0 29.2±7.3^## 27.4±6.3^##

（ml/Kg/min）

　preとの変化率 116.8％ 105.1％ 100.0％ 93.8％

　w4との変化率 90.0％ 85.6％ 80.3％

*：preとの比較= *：p<0.05，**：p<0.01

#：第4週との比較= ^#：p<0.05，^##：p<0.01

$：第8週（トレーニング終了後4週）との比較= ^$：p<0.05，^$$：p<0.01

&：第12週（トレーニング終了後8週）との比較= ^&：p<0.05，^&&：p<0.01

IMT：inspiratory muscle training（呼吸筋トレーニング）

SD：standard deviation（標準偏差）

全身の酸素消費量の

2

～

5

％²⁴⁾にすぎないと言われてい る。大きな筋を有する下肢筋と比較すると，運動耐容 能を改善するには全身の骨格筋に対する呼吸筋の比率 は僅かであると考えられるが，呼吸筋を

40

％

PImax

でト レーニングすると，全身の運動耐容能にも影響を与え る可能性が示唆された。

COPD

患者においては，吸気筋トレーニングによっ て呼吸困難が改善したとの報告は多い^4-8)。

40

％

PImax

でトレーニングを行った本研究では，若年健常者にお いても，Preと最も筋力が増加した第

4

週の間に有意差 を認め，健常者でも吸気筋トレーニング時には呼吸困 難が軽減する可能性が示唆された。吸気筋トレーニン グでは，1秒率などの呼吸機能の変化はない。しかし，

呼吸困難を軽減させることができれば，それがADL向 上に直結すると考えられる。更に，若年健常者に対し て行った本研究でも呼吸困難の軽減が得られるという ことは，スポーツ領域でも応用できる可能性も示唆さ れた。しかし，スポーツ領域の有用性に関しては，ア スリートにおける吸気筋トレーニングのさらなる臨床 研究が必要であると考えられる。

4

週間（第4週）にわたる吸気筋トレーニングの効果 は，その後トレーニングを継続しないと，トレーニン

グ終了後

12週（第 16

週）をもって，概ねトレーニング

開始前の値まで低下する結果となった。一般的に運動 の効果は，運動を中止すると

12週後には元の状態に戻

る²⁵⁾とされており，吸気筋トレーニングの効果も，一 般的な運動の効果と同等の経過をたどることが示唆さ れる結果となった。

しかし，トレーニング終了後

1ヶ月（第8

週）の経過 を観察すると，各指標は最大値を記録したトレーニン グ終了時点（第4週）より

10％程度の低下に留まってい

る。これは

Romer

ら¹⁰⁾の健常者に行ったトレーニング を9週間施行し，その後9週間単位で行った追跡調査や，

Weiner

ら¹¹⁾が

COPD

患者に行ったトレーニングを

3

ヶ月 施行し，その後

3ヶ月単位で行った追跡調査でも，ト

レーニング期間と同等の非トレーニング期間の各指標 は，概ね

10

％程度の低下となっていた。これらのこと より，呼吸筋トレーニングによる各指標は，トレーニ ングを施行した期間と同等の非トレーニング期間に関 しては，ほぼ保たれることが示唆された。

これらのことにより，

40％PImax

による呼吸筋トレー ニングを

4

週間継続すると，吸気筋力，吸気筋耐久力，

運動耐容能の各指標は有意に増加するが，その後，ト レーニングを中止すると各指標は徐々に低下し，トレー ニング終了後12週（第16週）でトレーニング開始前の 値まで低下することが示唆された。しかしトレーニン グの効果は，トレーニング期間と同等の非トレーニン グ期間は，概ね維持された。今後，吸気筋トレーニン グの効果の持続期間に関しては，負荷圧の異なった吸 気筋トレーニング，あるいは

COPD

などの慢性呼吸器 疾患患者における検討が必要であると考えられた。

引用文献

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5) HILL K, Jenkins SC, Philippe DL, et al.: High-intensity inspira- tory muscle training in COPD. Eur Respir J, 2006, 27: 1119-1128.

表3　吸気筋耐久力測定時におけるModified Borg Scaleの変化

30％ 40％ 50％ 60％ 70％ 80％ 90％ 100％ 110％ 120％ 130％ 140％ 150％

pre 2.8 3.2 3.6 4.5 5.4 6.1 7.0 8.3

IMT 第4週 1.0* 1.6 2.1** 2.5** 2.8* 3.3* 4.1** 5.0* 6.0 6.8 7.9 8.2 8.5 post-IMT 第8週 0.8 1.2 2.0 2.8 3.6 4.3 5.3 6.2 6.9 7.7 8.3 9.0 9.0

第12週 1.5 2.0 2.7 3.7 4.3 5.3 6.2 7.3 8.7 8.8 9.0 10.0 第16週 1.6 2.3 3.3 4.2 5.4 6.4 7.6 8.3 8.3 9.0

有意差 *：p<0.05，**：p<0.01 有意差はpreとw4間にのみ認める．

吸気筋耐久力測定は全期間に置いてpreに測定したPImaxに30％から漸増負荷したもの．

6) Lisboa C, Munoz V, Beroiza T, et al.: Inspiratory muscle training in chronic airflow limitation: comprison of two different training loads with a threshold device. Eur Rspir J, 1994, 7: 1266-1274.

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