Relationship Between One-minute Oscillation in The Oxygen Saturation Level of The Blood and The Hemoglobin Volume in The Muscular Tissue in The Lower

SURE: Shizuoka University REpository

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Title

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総

ヘモグロビン量の1分変動と体液量変動1分波との関係

Author(s)

_{稲村, 欣作; 間野, 忠明; 岩瀬, 敏; 天岸, 祥光}

Citation

静岡大学教育学部研究報告. 自然科学篇. 53, p. 23-39

Issue Date

2003-03

URL

http://doi.org/10.14945/00002358

Version

publisher

Rights

静岡大学教育学部研究報告 (自然科学篇)第53号 (2003.3)23∼39 23

直立時の ヒ ト下腿筋組織 における

血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動 と

体液量変動

1分

_{波との関係}

Relationship

Between

One-minute

Oscillation

in

The

Oxygen Saturation

Level

of

The

Blood

and The

Hemoglobin

Volume

in

The

Muscular Tissue

in

The Lower

Legs

and one-minute wave

in

Body

Fluid

volume

change

during Upright Standins

in

Humans

稲 村 欣 作・ 間 野 忠 明*・ 岩 瀬 敏・*・ 天 岸 祥 光 …

Kinsaku INAMURA,Tadaaki MANO摯

_{,Satoshi WASE・}

幸

_{and Yosimitsu AMAGISHI*“}

(平成 14年10月7日受理)

Abstract

To

analyze

how

the

oneminute oscillation

in

muscular

blood

flow

in

the

lower

legs relates

to

oneminute

wave

in

body

fluid

volume

change

during

upright

standing

in

humans, blood

flow

and

blood pressure

in

the

leg, oxygen

saturation level

of the

blood

and

hemoglobin volume

in

the

tissue

of the calf

muscle,

heart

rate,

stroke

volume, cardiac

output, peripheral

blood pressure

at

heart level,

14 levels

of

body

circumference, volumes

of

the

leg,

abdomen

and

thorax,

electromyograms,

foot

pressure center

were

measured

during upright

standing

for 40 min

in

11

healthy young

men. Spectral analyses

of

these parameters revealed

that

the

oneminute

rhythm

is

found

in

alt

parameters. Oneminute

wave

in

body

fluid

volume

change

in

the

lower

legs,

which

occurred

in fluid

pooling caused

_by

_Sravity,

_{propagated upward. Muscle}

_pumping

_in

_{the lower}

_legs

_triggered

by

the postural

_{sway was}

_found

_to

_increase

_the

_power

_of

_oneminute

_{wave. Phase analysis}

of

one-minute

oscillation

revealed

that

the

increase phase

in

volume

of

the

leg,

the

one

in

the

blood

flow

in

the

leg,

the

one

in

the

hemoglobin

volume

in

the

tissue, elevating phase

_of

_blood

pressure

_in

_the

_leg,

_and

_the

_one

_in

_{oxygen saturation}

_level

_of

_the

blood

were

reasonably

_{within the}

_early

_phase

_of

_{one-minute oscillation.}

_The

_one-minute

oscillation

in

the

oxygen

_{saturation level}

_of

_the

_btood

_and

_the

_hemoglobin

_{volume in}

the

tissue were

very

clear. These

results

suggest

that

the origin

of

oneminute wave

in

body

fluid

volume change exists

in

the

blood

circulatory

system,

not

in

the

lymph

system.

*

間野忠明 _{公立学校共済組合東海中央病院・院長}

**

_{岩瀬 敏 名古屋大学環境医学研究所・助教授}

24 稲 村 欣 作0間 野 忠 明0岩 瀬 敏・天 岸 祥 光

We

conclude

that the

origin

of

one-minute

wave

in

body

fluid

volume

change

spontaneous

constriction

of

peripheral

blood

vessels

triggered

by

an

elevation

transmural

pressure

_when

_the

pooling

is

generated.

I

は じめに 立位 において、 ヒ トは構造的に も機能的にも脳血流の不足を起 こし易 いとみなされているlD。 そ れは縦長の構造が もた らす重力の影響 により、血液下降が引き起 こされるか らである。 しか し、健常 人が起立 した場合には、頸動脈洞や胸腔内の血圧受容器が血圧の低下を直ちに感知 し、交感神経を賦 活化 して脳血流の減少を防 いでいる。長時間の立位では重力の影響が続 くので、脳血流の不足による 起立性低血圧をさらに引き起 こし易 いはずであるが、その場合で も健常人の起立性低血圧が急激に増 加す ることはない。 その理由は、血液下降に対 して働 く健常人の補償作用に、交感神経系の働 きばか りではな く、筋 ポ ンプやホルモ ンの作用 も深 く関与 しているか らと思われる10,10。 著者 らは、交感神経性反応 とは異なる血液下降補償作用のひとつ として、姿勢動揺の 1分変動 と体液 量変動 1分波が呼応 して働 く局所体液貯留補償作用をみいだ した 1)。 この作用では、直立時 に起 る姿 勢動揺の1分変動が、下腿の血液貯留で引き起 こされる血管の自動収縮 と呼応 して、下腿お、くらはぎに 筋 ポ ンプ作用を引き起 こす。 その結果、筋 ポンプ作用による血液量の変動が体液量変動 1分波 とな っ て身体上方 に伝播 し、血液下降を防 いでいることを明 らかに した の,0。 しか しなが ら、これまで血流 に関す るデータの測定0分析が不足 し、体液量変動1分波の成因が体液の内で も血流にあることを示す 直接的な証拠を得 ることができなかった。健常人のこれ らの証拠を得 るためには、血流 に関する指標 を連続的、かつ非侵襲的に測定できる計器が必要である。今回、それを可能 とする測定器を入手で き たので、 さらなる体液量変動 1分 波の成因 と作動機序の検討を行 うことに した。」 本研究の目的は、1分変動 についてまだ解明 されていない血流に関する指標の うち、測定が容易にな った組織血液酸素飽和度 と組織中総ヘモグロビン量を取 り上 げ、それ らの 1分変動を測定分析 して体 液量変動 1分波の作動機序をさらに解明にすることとした。体液量変動1分波の知見はまだ、生理学 に おいて トピックの段階である。その作動機序がより明確になれば、その学術的意義は高 くな り、すで に応用研究 にて開発 した「筋 ポ ンプを利用 した起立性低血圧防止法」つ,0,Ю)の 普及にも役立つはずで ある。 Ⅱ 研究方法

1.被

験者 年齢 18歳 ∼22歳の健康な男子学生

H名

を対象 とした。

2.測

定項 目

1)体

液量変動 各身体部位 における体液量変動の指標 として、左足首か ら胸部乳頭までの身体周囲長変動を14カ所 の レベルにおいて、 ラバース トレイ ンゲー ジプレチスモグラム法により測定 した。

2)全

身血液循環指標 フィナプレス

(Ohmeda 2300)に

より左中指の血圧変動を心臓 レベルに測定部をつ り下 げて測定 し、全身血圧変動の指標 とした。 フィナプ レス測定値の校正のために自動血圧計

(A&D UA-743)

にて最高血圧 と最低血圧 (カ フは右上腕部 に装着

)を

5分ごとに測定 した。 。 ｌＳ   Ｏｆ

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動 と体液

25

3)胸

部血液循環指標 心拍数を求めるために生体電気用増幅器 (日本光電

AM601-G)に

より心電図を記録 した。一回心 拍出量 と心拍出量を求 めるためにイ ンピーダンスプレチスモグラム法

(AI-601G,ED-601G)に

よ り、首か ら胸骨 レベルまでの胸部電気抵抗 とその微分波を測定 した。

4)末

梢血液循環指標 近赤外線分光法 (バイオメディカルサイエ ンス 腱

A一

Ⅲ

N)に

_{より、左下腿下部の ヒラメ筋組織血} 液酸素飽和度 と組織中総ヘモグロビン量を測定 した。 また、角田 らの方法

16)に

_{より下腿血流量 と下腿平均血圧および下腿血管抵抗を求めるために、左} 足首か ら膝下 までの下腿電気抵抗 とその微分波をイ ンピーダンスプ レチスモグラム法

(AI-601G,

ED-601G)に

より測定 した。

5)下

肢 と体幹の筋放電 筋収縮の指標 として、生体電気用増幅器 (日本光電

AM-601G)を

_{使用 して、表面電極法 により前} 胆骨筋、 ヒラメ筋、大腿直筋、大腿二頭筋、腹直筋、および脊柱起立筋の筋放電を測定 した (測定側 は左側)。

2)足

圧中心動揺 立位時における姿勢動揺の指標 として、足圧中心の前後動揺 と左右動揺を重心動揺計 (パテラ

K―

105S)に

_{より測定 した。}

3.実

験方法 立位の状態で約 15分 間、ベ ッ ド上 に背臥位の状態で約45分_{間費や して被験者に各種測定器のセ ン} サーを装着 した。約 10分間の安静椅座位をとらせた後、重心動揺計のフォースプレー ト上で フリース タンスの直立姿勢をとらせ、_{「 自然 に体が動 くのはかまわないが、意識的 には動かない」ように指示を} し、

40分

_{間の立位を保持 させた。 日の高 さ}

_2m前

_{方に視標を置いて、できるだけそれを見ているよ う} 指示 した。起立 して3分_{以内に測定を開始 し、上腕の血圧測定以外は40分間の連続測定を した。血圧} 測定は5分 ごとに行 った。実験終了後、センサーの装着位置に印を付 けてか ら取 り外 し、直立位で身体 周囲長 と各種 セ ンサーの装着位置をメジャーにより測定 した。測定中に起立性低血圧の兆候が出た場 合 には直 ちに椅座位をとらせ実験を中止 した。

4.分

析方法 データは

A/Dコ

ンバータ(カノープス

ADXM-98A)に

_{て、測定 と同時にマイクロコンピュータ}

(NEC PC-9801Ⅷ

)に

取 り込むとともに、データレコーダ(ソ ニーマグネスケール

KS-616Uと

エヌエ フ回路設計 ブロック

RP-882)に

_{収録 して後 日マイ クロコ ンピュー ター (上 プソン}

_PC一

486H、 富士通

FMV C4/80L)に

_{て分析 した。 データの同時取 り込みに失敗 した場合のみデータレ} コーダの再生信号をヤイクロコンピューターに取 り込んだ。

A/Dコ

_{ンバータの取 り込み周波数は、身体周囲長 と足圧中心動揺のデータではlo Hz、 その他の} データでは lk Hzと した。分析の初めにノイズ除去を行った。明 らかにノイズと半1別で きるデータを 除去 し、除去 した部分を両端のデータを結ぶ直線の値で補完 した。その後に逆 フー リエ変換を利用 し たデ ジタル フィルターを使用 してノイズを除去 した。 ノイズ除去を したデータにおいて以下の前処理 をお こなった。

26 稲 村 欣 作・間 野 忠 明・岩 瀬 敏・天 岸 祥 光

1)身

体周囲長

(BC)と

足圧中心動揺

(FPC)の

データは、10 Hzのデータを21項移動平均 によ り 平滑化 してか ら、 リサ ンプルを して

l Hzデ

ータに した。

2)ヒ

ラメ筋組織血液酸素飽和度 (leg St02)と 組織中総ヘモグロビン量 (leg Hb)は、

l kHzの

デー タを1001項移動平均 によ り平滑化 してか ら、 リサ ンプルを して

l Hzデ

ー タに した。

3)筋

放電 データ

(EMG)は

、全波整流を してか ら1秒 ごとに平均積分 して

l Hzデ

ータに した。

4)胸

部体液量 (TV)、 下腹部体液量 (lower AV)、 下腿三頭筋体液量

(CV)は

、それぞれの部分 の上下 に位置す る

BCの

変動 と両者の距離か ら直円錐台型の体積を

l Hzデ

ータか ら求 めた

(TVは

乳 頭か ら約

6 cm下

まで、

AVは

膀か ら約

5cm下

まで、

CVは

下腿三頭筋におけるヒラメ筋上部か ら勝腹 筋中央 までの体積)。

5)次

のデータ (サ ンプ リング周波数

:SF=l kHz)は

、以下に示すそれぞれの方法により当該時 点での値を求 め、 スプライ ン補間を してか らリサ ンプルを して

l Hzデ

ータに した。

(1)心

拍数

(HR)は

、

R波

を検出 してR―

R間

隔の逆数 として求めた。

(2)一

回心拍出量 (SV)と心拍出量

(CO)は

、心電図

R波

を トリガーに して胸部イ ンピーダン スプレチスモグラムの出力か らKubicekらの式l° により算出 した。

(3)血

圧 データでは、 フィナプレスの出力か ら収縮期血圧

(DBP)と

拡張期血圧

(SBP)を

検 出 し、全身平均血圧

0田

P)を

(SBP一

DBP)/3+DBPで

算出 した。また、総末梢血管 抵抗

(TPR)を VIBP/COで

求めた。

(4)下

腿イ ンピーダンスプレチスモグラムの出力か ら心電図

R波

を トリガーとして、角田 らの 方法 により下腿血流量 (leg BF)を求め、その後、下腿平均血圧

(leg MBP)と

下腿血管 抵抗

(leg RBV)を

算出 した1° 。

6)上

言己

5)の

データにはまだノイズが含まれているので、±

3SDの

範囲外にあるデータ‐と明 らかに ノイズと思われるデータを除去 して直線 による補完を行 った。 前処理 により作成 した40分 間データ 鰤 =2400、

SF=l Hz)の

前 または後を除 いた

2048秒

のデー タについて

FFTを

使用 した周波数分析を行 った。分析の妨 げになる低周波数成分 と高周波成分をフィ ル ターで除去 してオー トパ ワースペ ク トル分析を行い1分前後の周期を示すパ ワー ピークを検索 した。 検出 したパ ワー ピー クの周波数帯を中心 として通過 させ るバ ン ドパ スフィル ターをデー タに施 した 後、 クロスパ ワースペ ク トル分析を行 って、 クロスパ ワー、位相差、 コヒー レンス等を求めた。 クロ スパ ヮー ビー クの判定 においては、 コヒー レンスが0.5以上を有効 と判定 した。 Ⅲ 結 果 被験者 の身長は173。3±

1.7 cm(Meen±

sE)、測定開始 5分 後 における背臥位の最高血圧 は122。1 ±3.3 mmHg、 最低血圧 は69。3± 2.8・

mmHg、

心拍数は52。5± 2。

5 bpmで

あった。立位の最高血圧 は123.7± 3.4 mmHg、 最低血圧は77.7±

2.1-g、

心拍数 は73。9±3。

2 bpmで

あった。 図1に身体周囲長 (BC)と足圧中心前後動揺

(FPC)の

データ例を示 した。判別はかな り難 しいが、 どの部位のデー タにも1分程度の周期を持つ変動を観察できた。下肢では膝上を除いて時間経過 に従 った増加の傾向が見 られた。体幹の膀 より上部では減少の傾向が見 られた。 この傾向には個体差があ り、それぞれで体液貯留の発生する部位 にちらば りが見 られた。 しか し平均的には下肢では増加の傾

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の1分変動と体液

27

向を示 し、体幹では減少の傾向を示 した。その傾向変動を図 2に 示 した。

BCの

パ ワースペク トル分析では、個人毎に、全ての身体部位に共通 したパ ワー ピークが検出され、 これまで と同様の周波数0。00147±

0.004 Hz(周

期 :65。

9s±

1.9s)を

持つ 1分変動を検出 した。

FPCを

基準 データとした クロススペク トル分析で も、同 じ周波数帯域 に共通 したパ ワー ピークがみ ら れた。基準 データか らの位相差では、最 も先行する部位か ら離れ るに従 って位相の遅れが大 きくな り 1分変動が波 として伝播 していることを示 した。 クロススペ ク トル分析か ら得た基準か らの平均位相 差を図3に 示す。下腿では、ヒラメ筋上部 と勝腹筋中央が足首 と膝下 より先行 し、下腿の上下 に1分変 動が伝播 していた。大腿 と体幹では、膝上 と膀下が先行するグループと、大腿下部あるいは上部、 み ぞおちあるいは胸下部が先行するグループに分類で きた。 これ らの体液量変動 1分波を発信する位相 先行部位は

BCの

増加傾向を示 し、体液貯留を示唆 した。 これ らの ピークにおけるコヒー レンスは、下 腿、大腿、体幹それぞれにおいて、位相の最 も先行 している部位が0。8以 上の高 い値を示 し、位相の遅 れるに従 って各部位のコヒー レンスが小 さくな った。 体循環指標 と足圧中心動揺のデータ例を図4に 示 した。図4の データは、時系列上の 1分変動を観察 しやす くするため、 デ ジタルフィルターにより低周波成分を除去 した ものである。 ヒラメ筋の組織血 液酸素飽和度 (leg St02)と 組織中総ヘモグロビン量 (leg HB)に は明瞭な 1分 変動を観察できた。 下腿血管抵抗 (leg RBV)に は時折大 きな値が入 っているので 1分変動を見 ることはできなか ったが、 他の指標では、早 い周波数成分に重畳する 1分 変動を観察できた。 これ らの指標 における平均オー トパ ワースペク トルを図5に 示 した。 これ らの平均パ ワーは、1分変 動のパ ヮー ピーク周波数が3周 波数分解能 (0。0146∼0。

0156 Hz)の

範囲にある5名 の被験者か ら求 め た。図では0。0151 Hzの ところに共通 してパ ワー ピークを観察できた。他の被験者のデータで も個体 差 によるピー ク周波数のちらば りはあるが、 この周波数帯域で各指標に共通 したパ ワー ピータを検出 で きた。 この成分の平均周波数は、O。0146± 0。

0047 Hzで

あ り、周期 に換算すると67.7±

2.lsと

な り、 1分変動 と見なせた (これまでの結果では、周期 :82∼

51sに

分布)。 図6に 、図5と_{同 じ被験者か ら求めた これ らの指標のクロスパ ヮースペク トルを示す。基準 データは}

BCの

分析 と同 じ

FPCと

した。オー トパ ヮースペク トルより明瞭なパ ヮー ビ‐クが0。

0151 Hzの

とこ ろに共通 して観察できた。 これ らの ピークにおけるコヒー レンスは、イ ンピーダンスプレチスモグラ フィーによるデー タでは0.5∼0。7の 値であったが、その他のデータでは0。7以上の高値を示 した。オー トパ ワースペ クlト _{ル と同様 に、他の被験者のデータで も個体差によるピーク周波数のちらば りはある} が、 この周波数帯域で各指標 に共通 した ピークを検出できた。 図7に クロスパ ワースペク トル分析か ら求めた各指標1分_{変動の位相差を示す。縦軸 は位相差 (基準} である

FPCl分

変動の位相か らの位相遅れ)を示 し、マイナス値は基準 より先行、プラス値は遅れを意 味する。図には、位相が先行する順 に各指標の増加位相 (各指標の値が増加・ 増大す・る位相

)の

平均 値をプロッ トした。考察 に必要な場合には、1つの指標に減少位相 (位相の値を半周期:πず らす

)や

前後の変動の増加位相 (位相の値を 1周 期 :2π ず らす

)を

示 した。

各 1分 変動 における増加位相の順番は、下腹部体液量 (lower AV)、 下腿平均血圧 (leg D螂P)、 下 腿三頭筋体液量 (CV)、 心拍数 (HR)、 ヒラメ筋組織中総ヘモグロビン量 (leg Hb)、 下腿血流量 (leg BF)、 _{ヒラメ筋組織血液酸素飽和度} (lёg St02)、 平均血圧 (NIBP)、 総末梢血管抵抗 (TPR)、 足圧中

心動揺 (FPC)、 ヒラメ筋放電量

(EMG一

s)、 下腿血管抵抗 (leg RBV)、 一回心拍出量 (SV)、 腹直 筋下部放電量

(EMG一

abd)、 胸部体液量 (TV)、 心拍出量

(CO)で

あった。

28 稲 村 欣 作・間 野 忠 明・岩 瀬 敏・ 天 岸 祥 光 膝 下 勝 腹 筋 中 央 ヒラメ筋 上 部 足 首 大 腿最 上部 大 腿 上 部 大腿 下 部 膝 上 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 -1.6 0.4 0.2 0 -0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 0.5 0.3 3.1 3 2.9 2.8 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -2.6 -2.8 2.4 0.1 ２ ２ ８ ６ ２           １     １ 0 10 (m:n) 0 10 (min) 図

1-1

下肢 身 体 周 囲長 のデ ー タ例. 歳

.測

定 開 始 か ら10分間 を示 した 。 縦軸 は身体周 囲長

(mm)を

示 す。被験者 :男 子 22

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動 と体液

29

胸 乳 頭 -2 -4

みぞおち

隋 上 胸 下部 ４       ２       ０ 0.5 2.5 -1.5 10 (min) EGG―

Y

-3 0.5 下 腹

EGG―

X

° _{5 1o} (min)

図

1-2

_{体 幹 身 体周 囲 長 と足圧 中心 動 揺 のデ ー タ例 。}EGG―_{Y:足 圧 中心 前 後動 揺}

_,EGG‐

X:

足圧 中心左 右 動 揺 。縦 軸 の 単位 は全 て

mmで

あ る。被 験 者 :男 子

22歳

。測 定 開 始 か ら 10 分 間 を示 した。 -1 0 5 1o (min) 隣

30 稲 村 欣 作・ 間 野 忠 明・岩 瀬

敏 0天 岸 祥 光

大腿最上部

胸 下 部

大腿豊基礎≡≡≡≡≡≡≡≡

みぞお

1

済

膝上

足 首

0 10 20 30 (min) 図

2

身 体周 囲長 の傾 向変 動 。実線 は初期 値 を基 準 と して求 めた平均 曲線

,細

線 は 士 l SEを示す 。分析 デー タ長 である2048 sec のデー タを示 した。(N=11)。 0 10 20 30 (min)

ヒラメ筋上部

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動 と体液 (rad) 12.56 942 628 3.14 0 -3.14 -628

一

身体下部発信群

・

‐

,身

体上部発信群

図

3

_{足圧 中心動揺 を基 準 と して求 めた体液量変動}

_1分

_{波 の平均位 相差 。縦 軸は位相差 (rad),} 垂線 は ±

l sEを

_{示す。 プ ロッ トした位相 は全 てプ ラス位相 であ る。 目盛 りは lπ で示すが2} πで1周_{期 であ る。マイナ ス値 は基準デー タの位相 よ り先行}

_,プ

_{ラス値 は遅れ を示す 。身体 下} 部発信群

:N=6,身

体上部発信群 :N=5. 31

32 稲 村 欣 作・間 野 忠 明・岩 瀬 敏・天 岸 祥 光 10 0 -10 -20 ０ ・０ ・０   ・０ ・０ ・０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ・０ ３ ・ ０ ・０ ・０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ 二 二 一   二 HR SV CO

MBP

FPC

:eg B

:eg MBP

!eg V 0.5 -1 3.E+06 2.E+06 1.E+06 0.E+00 -1.E+06 -2.E+06

time

scale:

1

min/div

time

scale: 1

min/div

図

4

体循環指標 と足圧 中心動揺 の低周波成分除去デー タ例

.HR:心

拍数

(bpm), SV:1回

心拍 出量(mml),CO:心拍 出量(Vmin),MBP;平均血圧(mmHg),FPC:足 圧 中心動揺(mm),たg St02:ヒ ラ メ筋上部組織血液酸素飽 和度(%),た

g Hbヒ

ラメ筋上部組織 中総ヘモ グロ ビン量(cm・ g月),leg BF:下 腿 血流 量

(mmys), Lg MBP:下

腿 平均血圧

(mmHg), Lg RBV:下

腿 血 管抵抗(dyne O s・ cm‐

5).被

験者 :男 子

22歳

、測定開始後 10∼20分を表示 した。 :eg StO :eg Hb

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動 と体液

33

HR SV CO

MBP

FPC

:eg St02 !eg Hb :eg BF

:eg MBR

!eg RBV

(arb) (arb) 5 0 0.0146 0.0293 (Hz) o ooo1 46 0.0293 (Hz) 図

5

_{体循 環 指 標 と足圧 中心 動 揺 の平 均 オー トパ ワー スペ ク トル}

_.縦

_{軸 :パ ワー (arb), 横 軸} : 周 波 数(Hz),垂線 は ± lsEを示 す 。 略 号 は 図

4と

同 じ (N=5).

34 稲 村 欣 作・ 間 野 忠 明・岩 瀬

敏・ 天 岸 祥 光 HR

SV

00

MBP

o O.0146 0.0293 (Hz) (arb) 4 図

6

足圧 中 心 動 揺 を基 準 デ ー タ と した 体 循

2

環 指 標 の 平 均 ク ロ スパ ワー スペ ク トル

.縦

軸 :パ ワー

(arb),横

軸 :周 波 数

(Hz),

垂線 は ±

0

iSEを 示 す 。略 号 は 図

4と

同 じ (N=5).

:eg St02

leg Hb :eg BF

:eg MBP

leg RBV

0

0.0146

0.0293

(Hz (arb) 5

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動 と体液 35 6.28 3.14 -3.14 -6.28 ´_HR(+)

I

∞ 亜

Ｗ

Ｉ

ｄ ｂ ａ ¨ Ｉ Ｉ ＭＧ Ｅ Ｖ Ｉ Ｉ Ｓ 丁

PR EMG―

s :eg Hb

I I

HR

乱 丁 ０ １ ｇ         一 Ｆ ︲ｅ Ｔ ム ︲ ｇ Ｂ ｅ

021

MBP

FPC :eg RBV

:eg MBP I Ｖ Ｉ Ｉ Ｃ ◆ FPC(→

￨

IV←)

I

lower AV 図

7.足

_{圧 中心動 揺 を基 準 と して求 めた体循 環指標 の平均位 相差}

.縦

_{軸 は位 相 差 (劇}

_),垂

_線 は士 I sEを 示す 。プ ロ ッ トした位 相 は全て増加位相 である。lower AV:下 _{腹部体液量}

_{,Lg MBP:}

下腿 平均血圧

,CV:下

腿 三頭 筋体液量

,HR:心

拍数

,

に

g Hbヒ

ラメ筋上部組織 中総ヘモ グロ ビ ン量, leg BF:下 腿血流量,Lg St02:ヒ ラメ筋上部組織血液酸素飽和度

,MBP;平

均血圧

,TPR:

総抹 消血管抵抗

,FPC:足

圧 中心動揺

,EMG―

まヒラメ筋放電量

,Lg RBV:下

腿血管抵抗

,SV:一

回心拍 出量

,EMG‐

abd:腹直筋 下部放電量

,TV:胸

部体液量

, CO:心

拍 出量.

36 稲 村 欣 作 0間 野 忠 明・岩 瀬

敏・ 天 岸 祥 光 Ⅳ 考 察 組織S02・

Hb量

モニター

PSAⅢ

Nか らは、近赤外線分光法により局所組織における微小血管中の血 液酸素飽和度 と総ヘモグロビン量の変動を継時的に測定できる。本研究の実験条件においてはヘモグ ロビン濃度が変動する可能性はないと思われるので、得 られた総ヘモグロビン量は組織中血液量を直 接反映 していることになる。 これまで著者 らが指標 としてきた身体周囲長の変動は体液量変動の指標 であ り、血液 とリンパ液の区別ができなかった。今回、組織中総ヘモグロビン量 に1分変動を検出でき た ことは、体液量変動1分波の成因が リンパ系ではな く血管系に存在することを示す1つの重要な証拠 となると考 える。 また、組織酸素代謝を示す指標である組織血液酸素飽和度 にも1分 変動 をみいだ し た ことは、立位時の ヒラメ筋組織 における酸素代謝動態 に 1分変動が存在することを示唆する。 これ らの結果は、 いずれ も新 しい知見 と思われる。 本研究の被験者は、週4日以上バ レーボールまたはサ ッカーを練習 している運動選手であ り、心拍数 は低か った。立位 と臥位の血圧には差が無 い健常な若者である。体液量変動の指標である身体周囲長 の分析結果 において、立位保持の間、時間経過 に従 って身体周囲長は体幹上部では減少 し、下肢では 増加 した。 この傾向はこれまで 3),0と同様の結果であった。 この ことは、重力により体液貯留ができ ることを示 しているが、 これまでより身体の比較的高 い レベルに貯留ができる被験者が多か った。身 体周囲長のパ ワースペク トル分析か ら、これまでと同様の体液量変動1分波を検出 した。その 1分波の 周波数は これまでの結果

0,0と

ほぼ一致 した。体液量変動 1分 波の伝播の様相 については、1分 波の 発信部位によ り数種の形態が見 られるが、本研究では大腿 と体幹 において、それぞれふたつのグルー プにまとまった。 この結果 には、直立姿勢制御 における腹筋の使 い方が影響 していると予測 された。 以上、著者 らが発見 した体液量変動 1分 波については、 これまでの結果の再現性を確認できた。 足圧中心動揺および体循環指標の分析結果では、パ ワースペク トル分析によ りすべてのデータに こ れまで と同様の 1分 変動を検出 した。 それ らの周波数は これまでの結果

0,0,0,0と

ほぼ一致 した。 これ らの 1分変動 は低周波成分を除去するとほとんどの指標 に置いてグラフで も観察できた。今回、1 分変動の検出を目的 とした、 ヒラメ筋組織血液酸素飽和度 と組織中総ヘモグロビン量 の変動 には他の 高周波数帯域の変動成分が少な く、測定 データそのままで も1分変動を観察で きた。 足圧中心動揺の 1分変動を基準 としたクロススペ ク トル分析 による位相差を位相遅れの順 にプロッ トす るとかな り滑 らかな直線 に近 い形を示 した。 これは、先行す る機能変動の うち 1分変動が次々 と 伝達 されてい くことを示唆 している。 これまで、体循環指標 データの クロススペク トル分析では ヒラ メ筋放電量を基準 データとして分析 して きたが、今回は身体周囲長の分析 と同 じく足圧中心動揺を基 準 デー タとした。両者の 1分 変動 には位相差がほとんどないことが明 らかになっているので、 これま で と同 じ結果が出るはずである。以前 に報告 した下腿三頭筋体液量、足圧中心、 ヒラメ筋放電量、腹 直筋下部放電量、胸部体液量の位相差は、本研究 において もこれまでの結果 の とほぼ一致する位相差 を示 した。ただ し本研究では、下腹部体液量 において位相順は同 じであったが、位相差が

1/3周

期 ほ ど以前の結果 より先行 していた。内臓の下が り具合 と体液貯留の出来具合によるためか、下腹部体液 量 における 1分変動の位相差は安定 しないようである。 著者 らが明 らかにした体液量変動 1分波の作動機序を、図7の 位相順か らこれまでより合理的 に説明 することがで きる。 ここでは、 ヒ トが起立 して血液量が下降する時点、または立位において、動作等 の何 らかの条件 によって血流配分が リセ ッ トされ、血液量が重力により身体下方 に移動す る時点を、 体液量変動 1分波の作動機序の初めとす る。 第 1位相では、重力により血管内の血液量が下降 し、下腿三頭筋体液量が増加すると共 に下腿平均血

直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の 1分変動と体液

37

圧が上昇する。足圧中心は後方にある。少 し遅れて心拍数が増加する。 このとき胸部体液量は前の1 分波の増加位相にあたっているので、心拍数の増加には主 として頸動脈洞の血圧低下を介 した交感神 経性反射が働いていると思われる。下降 した血液量が毛細管に広がるためには時間必要で、下腿血流 量 とヒラメ筋組織中総ヘモグロビン量が増加するのは少 し遅れる。組織中総ヘモグロビン量の増加に より組織血液酸素飽和度が増加する。 第2位_{相では、下腿三頭筋体液量の増加による伸展刺激で血管平滑筋が自動収縮を開始 し、第 1位相} で始まっている交感神経性反応と共に血液量を上部に押 し上げる。 この血液量の上昇により、身体の 重心が高 くなりそのモーメントにより足圧中心が前方に移動する。 第3位相では、このモーメントによる身体の前傾により、前庭脊髄反射や下腿三頭筋伸長反射などが 関与する立ち直 り反射が賦活化 して下肢後側の筋が収縮 し、 ヒラメ筋放電量が増加する。下腿血管抵 抗 も最大になり、 この時の筋ポンプ作用により静脈還流が増加 して一回心拍出量が増加する。 第4位_{相では、立ち直 り反射により身体が引き戻されて後傾すると、今度は前庭脊髄反射や頸反射が} 関与する立ち直 り反射により腹筋群が収縮する。第2、 第3位 相で腹部まで戻された血液量はこの時の ポンプ作用により胸部まで押 し上げられ、胸部体液量が増加する。このとき心拍数は2回目の増加位 相になっているので、胸部体液量の増加 と心拍数の増加が相まって心拍出量が増加 し、全身平均血圧 がもとの レベルに戻 される。胸部血液量の補償が完了すると、頸動脈洞 と胸部血圧受容器への刺激が 無 くなるので、反応は休止する。 しか し、重力は常に人体に加わっているので、再び血液量の下降が 起 きて次のサイクルに移ることになる。 以上、本研究においてこれまでの測定項目に血液循環指標を加えて測定分析 した結果、より明確な 体液量変動 1分波の作動機序を説明ができた。

PSA―

_{Ⅲで測定 した組織中総ヘモグロビン量について} は、寒冷血管反応において血液量の変化を反映することが明らかにされているM)。 _{近赤外分光法に} よる測定結果はヘモグロビンよリミオグロビンの動態を反映するとの意見 もあるがla、 _{血液のヘモ} グロビン濃度が変化 しない条件では、血液量を直接示す指標といえる。本研究の条件では、実験中に 循環血漿量が変化することはないと思われるので、ヘモグロビン濃度 も変化 しない。また、組織血液 酸素飽和度は、組織での酸素消費と酸素供給のバランスを反映 した酸素代謝の指標であり、

PSA一

Ⅲ においては、採血による静脈血酸素飽和度との高い相関が確認されている。 著者 らは体液量変動1分_{波の成因について、① この}1分_{波の波形が リンパ管の自動収縮によるリンパ} 流の1分変動 とは異なっていること、② この1分波は背臥位等、筋ポンプが働かない状態でも消失 しな いこと、③ この1分波の発信部位は血液貯留位置であり、姿勢変換等による血液貯留位置の変化に従っ て変化すること (リ ンパ液はそのように早 くは移動できない

)か

_{ら、その成因は リンパ系ではな く血} 管系に存在するはずで、体液量変動 1分波は血液貯留に起因する経壁圧の上昇によって引き起 こされ る血管の自動収縮により引き起こされると推定 した め,の,0。 本研究の結果において、組織血液量の指標である組織中総ヘモグロビン量に明瞭な 1分変動が検出 されたことは、体液量変動1分_{波の成因が血管系にあることを強 く示唆する。また、位相分析において} 組織中総ヘモグロビン量 と組織血液酸素飽和度の位相を作動機序の第 1位相に組み込んで合理的に説 明できたことも、血管の自動収縮が成因であることを示唆 している。実験中、組織血液酸素飽和度の デジタル出力の変化は

6%以

_{内であった。酸素供給が大きく変動 しては生体にとって不都合であるこ} との現れと思われる。 しか し、その変動中に振幅が小さくても明瞭な1分変動が検出されたことは、直 立姿勢においては、身体の重心が後方に移動 した時に血液供給がなされ、前方に移動 した時に少なく なるような リズ ミカルな代謝が行われていることを示 している。今後、体液量変動 1分波については、

38 稲 村 欣 作・間 野 忠 明・岩 瀬

敏・天 岸 祥 光 代謝の面か らの分析 も必要 と思われる。 謝

辞 本研究 は、平成 H・ 12年 度科学研究費補助金 0基盤研究 (C)(2)、 研究課題番号

:H680020に

よ る補助金の交付を受 けた。 ここに感謝の意を表 します。 また、実験 にご協力をいただいた皆様 に感謝 の意を表 します。

1)稲

村欣作,間 野忠明,青木賢一 :立 位時 における体動揺の 1分波 と体液循環,環境医学研究所年報, 39, 59-63, 1988。

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直立時のヒト下腿筋組織における血液酸素飽和度及び総ヘモグロビン量の1分変動と体液

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