運動―呼吸リズムが上肢エルゴメーター運動時の呼吸・換気応答に及ぼす影響

研 究 論 文

運 動

一

呼

吸

リ

ズ

ム

が 上

肢

エ

ル ゴ メ

ー

_タ

ー

運

動 時

の

呼

吸

・

　　　　　　

換

気

応

答

に

及

ぼ

す

影響

＊

宮 本 俊 朗

1

）

2

）＃

　

玉 木

　

彰

3

）

森 谷 敏 夫

1

）

要 旨

【日的 】

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動 時

に お

け

る 運

動

一

呼

吸 リ ズ ム

同調

：

Locomotor

　

Respiratory

　

Couplng

（

以

下

，

LRC

）

の

発

生

状 況

を

あ

き らかに

す

ると と もに

，

意

図 的

な

LRC

の誘 発 が

，

　

LRC

_{発 生}

_率

や

呼

吸

・

換

気 応

答

に

及

ぼ

す影 響 を検 討 す

る こと と

し

た。

【

方法 】 健 常者

10

名

に

対

し

，

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

による

漸 増 運動 負荷

試 験 を行

っ た

後

呼吸 無意 識 下

お よ び

呼 吸

・

運 動

リ ズム比

（

fr

／

fc

）

を

1

／

1

，

2

／

3

，

1

／

2

．

2

／

5

，

　

lf3

と し た

LRC

誘 発 条件

ドに おいて

，

定 負荷

運

動

を

実 施

し

，

LRC

発

生

状 況

や

換 気 応 答

を

分 析

した

。

【

結 果 】 呼吸 無 意 識

下に お け る

LRC

は

，

様

々なパ _タ

ー

ン の

_{井尻 を示}

し

た

が

，

2f5

の

出現 率

が

高値 を示 し

た。　

LRC

の

誘発 条件 下

では

，

LRC

発生 率

の上

昇

は

認

め な かっ

た

が

，

2

／

5，1

／

3

に おいて

死 腔換 気 率

は

低 値 を示 し

た

。

【

結 論 】

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動

に おいて

，

LRC

発 生パ タ

ー

ンは 下 肢 運

動

と

類似 す

るが

，

　

LRC

の

誘 発 効

果は

低 く

，

ま

た

，

　

f

_．／

fc

の

設 定

が

，

LRC

発

生

率

に 独 立 して 換

気 効

率

に

影 響

す る 可

能性

が 示

唆

さ れ た

。

キ

ー

ワ

ー

ド

　Locomotor

　

Respiratory

　

Coupling

，

運

動

一

呼 吸

リ ズム

，一

ヒ肢

エ ルゴメ

ー

タ

ー

は じ め に

　

慢 性

閉

塞 性 肺 疾 患 （

Chronic

　

Obstructive

　

Pulmonary

Disease

：_{以 下}

，

　

COPD

_{） を}

は じめ とし た

呼 吸 器 疾 患 患

者の 理 学 療

法

に おいて

，

上

肢

の

筋 力

・

持 久 力 増 強 運 動

は 重 要 な プロ グ ラム の ひ

と

つ

と考 え

られてお

り

，

動 作 時

の 代 謝

・

換 気 需 要 を 軽

減

す るこ とや

，

呼

吸

筋 力

が

増

強

す

る な どの

_{効 果}

が

知

ら れ てい る

D

。

し か し

，

多

くの

COPD

患

者

で は

，

卜分 な

換 気

量 を

得

る た め に

肩

甲

帯 周

囲

筋 を過

剰

に

使

用 しているこ とが

多

く2〕

，

上 肢 運 動 に よっ て

，

そ れ らの

筋

群 が 運

動

へ

_{動 員}

_{さ れ る た め}

，

_換

気 効 率

_が

低

_下 し3）

，

運

動

を 持 続 で き ない こと が

多

い

。

した がっ て

，

こ の よ

う

な 患 者では

，

十 分 な 運 動 量 が 確 保 で きず

，

デコ ン デ ィショ ニ ング が 進

行

して し ま

う

た め

，

換 気 効 率

が

低

下 ＊

　 Effect　of 　LocomotDr　Rcspiratery　Rhy匸hm　on 　Ventilation　and 　Gas

　 Exchange 　Responses　During　Arm　Ergometry　Exercise

l） 京 都 大 学 大 学 院 人 間

・

環 境 学 研究科応用 生理学研究室

　 （〒 606

−

8501　京 都 市 左 京 区 吉 田

一

．

本 松 町）

　Toshiaki　Miyametu

，

　PT

，

　MS

，

　Toshio　Moritani

，

　PhD二Laboratery　of

　Applied　Physiology

．

　Graduate　

Schoo

且of　Hし1man 　and 　Environmcntal

　 SLudies

，

　Kyoto　University 2） 京 都 市立 病 院リハ ビリテ

ー

ショ ン科

　Toshiaki　Miyamoto

．

　PT

，

　MS ：Department 　of　Rehabilitatien

、

　Kyoto

　 City　Hospital

3） 兵 庫 医 療 大 学リハ ビリテ

ー

ショ ン学 部

　 Akira　Tamaki

、

　PT

，

　PhD ：Schooi　of　Rehabilitation

，

　Ilyogo

　 Univcrsity　of　Health　Sciences

＃ E

．

mait：m

．

toshiaki＠ax8

、

e【：s

．

ky（，to

．

ULac

．

jp

　 （受 付凵　2011年2月15日／受理 日　2011年11月280） しない よ

うな運 動 処 方

の

設 定

が必

要

とされてい る

。

　

COPD

患 者

に お

け

る

運 動 処 方

の基

本 的

な

構

成

要 素

は

，

頻 度

，

強 度

，

種 類

，

時 問

と

され

ている

が

4＞

，

近 年

，

呼 吸

リズム の

設 定

も重

要

である ことが

示

唆 さ れてい る5）

。一

般 的

に

，

指

の タッ ピング

，

歩 行

，

走

行

，

自

転 車

運

動

，

ボ

ー

ト漕 ぎ運 動

車

い

す 運 動

の よ

う

な リ ズミカル な運

動

を し てい る

時

，

呼 吸 数

や

呼 吸

リズム が運

動

テ ンポの

影 響

を

受

けて

，

運 動

リ ズム と

呼 吸

リ ズム の

同 期 （

L

〔｝comotor

Respiratory

　

Coupling

：以

_ド

，

　

LRC

）

が 生 じる こ とが

あ

る 6

−

16｝

。

LRC

発

生

時

に お

け

る

呼 吸

と

運 動

の リズム

（

Res

−

piratory　

frequency

〆cranking 　

frequency

；以 ド

，

　

f

_；

．

／

’

fc

）

は

整 数 比

で

表

わ さ れ

，

1

／

1

，

1

／

2

，

1

／

3

，

2f3

，

1

！

4

，

2

／

5

が

出

現

す

るなど

多 様 性

を

示 す

とさ れ てい る が 17）

，

その

一

_方

_で

_，

_{高 率}

_に

_{出 現 す}

_る

_f

．

ffk

が

あ り

，

トレッ ドミ ル運

動

や 下

肢

エ ルゴメ

ー

タ

ー

運 動

で は

，

レ

2

が

出現

しや

す

い こ とが

報 告

さ れてい る 17〕。

　

LRC

が

も

た ら

す

生

理 学 的 効 果

に お い て は

，

　

LRC

の

発

生 に よ り

，

酸 素摂 取 量

が

低

下

す

ること18）19）や

．

呼 吸 困

難 感 が 軽 減 す るこ と15）が 示 さ れてい る

。

また

．

玉

木

ら は

，LRC

の 概

念

を 運

動

処

方

に取 り人れ

，

意 図 的

に

LRC

を

誘 発

し た

結

果

，

LRC

の

発

生

率

が 上

昇 し

，

換 気 効 率

の 上 昇

，

呼

吸 困 難

感

の軽

減

，

運

動 持 続 時

間の

延 長

が

得

られ たとしてい る 5｝

。

こ れ は

，

運

動 処 方

に おい て

，

呼 吸

リズ ム の

設 定

が

有 効

で

あ

るこ

と を示 す 結 果

で

あ

る。

しか し

，

68

理 学 療 法 学 　 第39巻 第2号 　 　 　 図1 実 験プロ トコ ル 漸 増 運 動 負 荷 試 験 後

，

呼 吸

・

運度リズム非 制 御 下 （non

−

LRC ） におい て

，

5分 問の定 負 荷 運 動を実 施し た

．

その後

，

LRC 誘発条 件と して

．

呼吸

・

運動リ ズム比 （

fi

．

．

ffc_）を IA

，

2〆3

，

レ2

，

2！

5

，

1

，

’

3

とした定 負 荷 運 動 をランダムに行った

．

一

_連の

_LRC

_{に 関 す る}

_報

_{告 は}

_，

_{トレッ ドミル運 動 や 下 肢} エ ル ゴメ

ー

タ

ー

運

動

の よ

う

な 下 肢 運

動

に 関 す る

も

のが

多

く

，

ヒ肢エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運 動 時の

LRC

に 関 す る

詳

細 な 検 討 は 現 在の ところ 報 告 さ れていない

。

　 本 研 究

で は

，

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運 動 時

にお

け

る

LRC

発

生 状

況

を あ き ら かに

す

る と と

も

に

，

意 図 的

な

LRC

の誘 発 が

，

　

LRC

発 生

_率

や

呼

吸

・

換 気

応

答

に

及

ぼ

す

影 響

を

検 討

し た

。

対 象

お

よ

び

方 法

1．

対 象

　 対 象 者

は

，

習 慣

的に運

動

を

実 施

してい _ない

_{健 常}

_大

_学

_生

10

名

（

男 性

5

名

，

女 性

5

名

，

年 齢

22

．

7

±

2

．

9

歳

，

_{身 長}

164

．

6

土

7

．

8cm ，

_体

重

55

，

9

±

8

．

4

　

kg

）

と した。

本 研 究

の 実 施にあ た り

，

京 都

大

学 医学 砺 究 科

・

医学 部

・

医

の

倫

理 委 員 会で承 認 を

得

た う えで

（

C

−

43

）

，

研

究の主

旨

お よび

危

険

性

を

説 明

し

，

書 面

上 にて

同意

を

得

た。

2

．

測 定 方 法

1

） 研 究

デザ イン

　

図

1

に実 験 プロ トコ ルを

示 す

。 は じ め に

，

す

べ て の

対

象 者

は

最 高

酸

素 摂 取

量

（

以 下

，

peak

　

Vo2

）

を

測 定 す

る た め

，

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

による

漸 増 運 動 負 荷 試 験 を実 施

した

。

　

次に

，

運 動 負 荷 試 験の

結 果

か ら

求

め た

負 荷

量 を

も

と に

，

呼

吸

無 意 識 下 （

以

下

，

non

−

LRC

）

．

呼 吸

・

運 動

リ ズ ム 制 御 下の

各 条 件

におい て

，

定 負 荷 運 動

を

実 施

し た

。

す

べ て の対

象 者

は

，

リズム に

影 響

が で ない よ

う

に

す

る た め

，

先

に non

−

LRC

の

試 行 を行

い

，

続

いて

，

　

fr

／

fc

を

1

／

L

2

／

3，1

／

2，2f5，1f3

と し た

呼

吸

・

運 動 リズ ム制 御 下の

5

つ の 試 行 を ランダ ムに 別の 口 に 実 施 し た

．

：

な お

，

すべ て の測

定

は

，22 〜24

℃ で 調

節

さ れ た 実 験 室 に て

2

日以 上 の間 隔

を空

け て

実 施

し た

。

2

） 漸 増

運

動 負 荷 試 験

　

漸 増 運 動

負

荷 試 験 に は

F

．

肢エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

_（

三

菱

エ ン ジニ _ア リン グ

株 式 会 社

，

Strength

　

Ergo240

） を

用い

，

両 足 が しっ か り

床

に

接

地

す

る よ

う

に

着 席

し た

う え

で

，

ク ランク

軸

を

肩 関節

の

_高

さ に 合

う

よ

う

に 調

節

し た

。

試 験プ ロ トコ ル は

，1

分 間

の

安 静

，OW

負

荷

に よ る

2

分 間

の ウォ

ー

ミングア ッ プ

後

に

，

5W

／分の

漸 増 負 荷

運

動

と し た。

な

お

，

安 静 時

において

，

呼 気

ガス によ る 生 理

学 的指

標

が

安 定

してい

な

い

場 合

や

，

マ ス ク の

位 置調 整

が 必

要

な

場 合

は

，

安 静 時 間

を

延 長

した

。

ま た

，

運

動 中

は

回転 数

を

60

±

5

_（

rpm

）

に

保

つ ため

，

メ

ト

ロノ

ー

ム

音

に

合

わ せて

運 動 す

る よ

う指示 し

た。

本 運 動 負荷 試 験

では

，

心 拍 数 が

予 測

最 大 心 拍 数

である

220

一

年 齢 （

beatsfmin

）

に

達

し た

場 合

，

も

し く は

，

疲 労

に よっ て

60

±

5

（

rpm

）

の 同

転 数 を維 持

で

き

ない

場 合

に

運 動 を終

了 し た

。

3

）

呼 吸 条 件の 違い に お け る 定

負

荷 運 動

　

定 負

荷 運

動

の プロ トコルは

，

安

静

1

分 間

，OW

での ウォ

ー

ミン グアップ

2

分 間の

後

，

定 負

荷 運 動

5

分 間 と し た

。

運 動 負 荷 量 は 漸 増 運 動 負 荷 試 験 で測 定 し た

_peak

†

_oワの

50

％ に

相 当 す

る

負 荷

量 と し

，

ク ラ ン ク

回 転 数

は

対 象 者

の

任 意

とした。 non

−

LRC

，

　

fi

．

f

’

fe

＝

1

！

1

．

2

／

3

．

1

〆

2

，

2

／

5

，

1

／

3

の 全

6

試 行

に お いて

，

呼

吸

・

運 動

リズム の

設

定

以

外

は

す

べ て

同

じ プロ トコ ルと し た。

呼 吸

・

運 動

リ ズ ム の

制 御

は

．

LRC

を

誘

発

す

るため に

，

ペ ダ ル の 回

転 角

度

と 同

調

して

呼気

お よ び 吸

気

の

誘 発

シ グ ナ ルが 生 じる玉

木

らの

運 動

一

呼 吸 同 調

シ ス テ ム5〕を

用

いた。

本

シ ス テ ム は

，

ペ ダ ル の回

転 速 度

に

影響

さ れ

ず

，

必 ず 設 定

され た

位 置

で シ グ ナ ル が で るため

，

周 期 的 なず

れ は生じ

な

いよ

う

にプログ ラム

され

てい る。

な お

，

Vl

を

ク ランキング

1

回

転

につ

_き

_吸

_気

・

_{呼 気}

1

_回

_ず

つ

行 う

こ と として 設

定

した

。

4

）

デ

ー

タ

測 定

　 漸 増

運

動 負 荷 試 験

，

定負 荷

運

動

中 に おいて

，

呼

吸

・

換

気 反

応の

評 価 項

冂 を

測 定 す

る た め

，

呼 気

ガ ス

分 析 装 置

（

ミナ

ト医 科 学 株 式 会 社

，

Aero

　_monitor 　

AE −280

_{） を使}

用 した

。

測

定

は

，

breath

　

by

　

breath

法 に よっ て 行い

，

酸

素 摂 取

量

（

†

02

）

，

二

酸

化 炭 素 排 出 量

（

†

CO2

）

，

分

時 換 気

量 （

VE

）

，

分

時 肺 胞 換 気

量

（

†

A

）

，

死 腔 換 気

率 （

VDf

VT

）

，

呼

吸 数

（

Respipat

〔〕ry　

Rate

：以 下

，

　

RR

） を算 出 し た

。

さら に

，

心

拍

数 を （

Heart

　

Rate

：_{以 下}

，

　

HR

_）

_{心 拍}

計 測 器 〔

Polar

社

，

　

Heart

　

Rate

　

M

〔〕nitor 　

S810i

）

を 用 い

て

30

秒

毎

に 計 測 し た

、

、

ま た

，

定

負

荷 運 動 時 に は

，

修 正

Borg

　

Scale

を 用いて

呼

吸 困

難

感 と 上 肢

疲 労 感

を

1

分 毎

に

聴 取

し た

，

，

な お

，

呼 気

ガス分

析

器 は

，

す

べ ての

測 定 前

に 自 動 校 正 を 行っ た

。

5

）

LRC

解 析

　

熱 線 流 量

計

か ら 出 力 さ れ た

呼

気フ ロ

ー

と 上 肢エ ル ゴ

呼

気

呼

吸 流

量 トル ク 吸 気

喘

ト ー ＋

_一

1 圏

　 　 　 　位 相 差 　 　 　位 相 差 　 　 　 　

位 相 差

　 　 　 　

図

2

　

呼吸

・

運動 同 期 解 析 熱 流 量 計に よ る呼 吸 流 量 とクラ ンク トルクの時 間 的変化を示 す

，

呼 気開始 時と ク ランク トルクピ

ー

ク 時の時間差 を位 相差 と し た

，

メ

ー

タ

ー

か ら

得

ら れる トル ク の アナログ

波 形 を

AfD

変

換 器

（

AD

　

Instruments

社

，

　

_power

　

Lab ）

を

介

し て

，

デ ジタ ル

変 換 を行

い

，

そ れ ぞ れ

を呼 吸

リ ズム

，

運 動 リ ズム

と

し

て

PCE

ハ

ー

_{ド ディ}スク に

保 存

し た

。

取 りこ ま れ た

各 波 形

は

，

PC

ヒで

_，

_解

析

ソ フ ト

（

AD

　

Instruments

_社

，

Chart

　

for

　

Windows

　_ver

，

5

）

_{を 用} いて

，

同 期

解 析

を

行

っ

た （

図

2

）

。

LRC

の

基 準

は

，

先 行

研

究

11 ）20

−

22 ）に した がい

，

呼

吸 周 期 が 安

定

して い るこ と

（

±

O．

1

_秒

以

下

の

変 動 ）

，

運 動 と

呼

吸

周

期の

位 相

差 が

安 定

していること

（

±

0

．

1

_秒

以 下の変

動

）

，

LRC

比 が 整

数 倍

と なっ てい る こと

．

こ れ らの

連 続 性

が

認

め ら れる こと

，

以

上

を 満 たす 場 合 と

し た

。

ま た

，

non

−

LRC

で は

，

　

LRC

発

生

時

に

お け

る

f

_．／

fc

の

構

成 お よ び その

構

成 比

率

を

算 出

し

，

ま

た

，

す

べ ての

条 件

下

にお

け

る

定 負 荷 運 動

に

お

い て

，

LRC

発 生 率 を求

め た

。

な お

，

LRC

発

生

率

は

，

同調

し た

呼 吸 数

／

解 析 時 間 内

の

呼

吸 数×

100

_（

％

_）

と し た

。

3

，

統 計 解 析

　

non

−

LRC

に おい て

出 現

し た

各

f

．／

fc

間の

構 成

比

率

の比

較

，

LRC

誘 発 条件

下 に お

け

る

各

fr

／

fc

問 での

LRC

発

生 率

，

呼 気

ガ ス

測 定 値

，

HR

，

　

Borg

　

Sca

［e の

比 較

に は

，一

次

配

置 分 散 分 析

を 川い て

検

討 し

，

Post

　

hoc

　

test

とし て

Tukey

法 を

用い た。

統 計解 析

に は

，

SPSS

　

ll，

5J

　

for

　windows を

使

用 し

，

危 険 率

5

％

未 満 を も

っ て

有 意 と

判

定

し た

。

な お

，

定 負

荷 運 動 に お け る すべ ての測 定 値 は

，

定 常 状 態 に 達 す る と

考 え

ら れ る 最

後

の

2

分 間の測

定 値

を 平 均 し て 用い

，

す

べ ての

値

は

平 均 値

土

標 準 偏 差

で

表

示 し た

。

結

果

1

．

漸 増 運 動

負

荷 試 験

　

漸 増 運 動 負 荷 試 験 中の

_peak

　

Vo2

は

25

．

9

±

6

．

2

_（

ml ／

kg

／min

）

で

あ り

，

50

％

_peak

†

₀₂ に

相 当す

る

運 動 負 荷

は

47

．

6

±

15

．

3 （

W ）

であっ た

。

2．

non

−

LRC

にお ける

LRC

解析

　

non

−

LRC

に お

け

る

定 負 荷 運 動 時

の

LRC

発 生 率

は

34．

3

±

9，

7

％で

あ

っ た。

ま

た

，

LRC

発

生

中

にiblZ

現

し

た

f

．／

fc

と

その

構

成 比 を

表

1

に

示 す

。

Y1

，

2

／

3，

1

／

2

，

2

／

5，1

／

3．

2f7

．

1

／

4

，

2

／

9

が

出 現

し ていた が

．2

／

5

の

出

現

率

が 有 意 に

高値

を

示

し た

（

p

＜

O．

05

）。

3

．

LRC

誘 発

による

呼 吸

・

循 環 応 答

　

non

−

LRC

およ び

呼 吸

・

運

動

リ ズム

制 御

下にお け る

LRC

発

生 率

と

呼

吸

・

循 環 指 標 を 表

2

に 示 す

。

　_non

−

LRC

と各

fr

／

fc

間 に お け る

LRC

発 生

率

に

有

意 な 差 は

認

め ら れ

な

かっ た

。

ま た

，

non

−

LRC

と

各

f

．

／

fc

で の

呼

吸

・

換 気

応

答

の 比 較で は

，

1

〆

1

に おい て

†

E

，

†

A

，

VD

／

VT

，

　

RR

が

高 値

を 示 し （p ＜

0．

05

）

，2

／

3

で

†

E

，

†

A

，

RR

が 上

昇

し た

（

p

＜

0，

05

）

。

　

・

方

．2

／

5，1

／

3

に おい ては

，

VI

）／

VT

は

低 値

を 示 した

（

p

〈

O．

05

）

。

Vo2

．

　

HR ．

呼 吸 困 難 感 上

肢 疲 労 感

に は

有 意

な

差

は 認 め ら れ な かっ た

。

考

察

　

本 研 究 に おいて

，

non

−LRC

に お

け

る 上

肢

エル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動

中の

LRC

発 生 状 況につ い て

検 討

し た

結 果

，

対

象 者の

LRC

発 生 率 は

，

　

_Paterson

_ら11 ）_の

₂₄

_{％ に比}べ

，

高い

_値

を 示 し た

。

LRC

発

生

率

は

，

対 象 者

の

身 体 能 力

や 慣 れ に も 影 響 を

受

ける と さ れてお

り

10 ＞IVIS ｝23〕

，

個

人 差 が 大 きい こと が 報 告 さ れてい るll ）18）23〕241／

。

本 研 究

結 果

に おい て も

，17〜48

％ と

先 行 研 究

と

同様

に

個

人 差 が

認

め ら れ

．

対

象

者

の違いが

発

生

率

に

影響

を

及

ぼ し た口

_∫能性

が 考 え ら れ る

。一

方

，

LRC

発 生 中に お ける

f

_．／

fc

は

，

1

／

1，2f3，

　

lf

’

2，2

／

5

，

1

〆

3，2f7，

　

lf4

，

2

／

9

が

出 現

して 　 　 　 17） い た

。

Bramble

ら

　 　 　 　

は

，

ヒ ト に お

け

る下

肢 運 動

に おい て

，

IA

，

2

／

3

，

　

lf2

，

2

／

5

，

1

／

3

，

1

／

4

が 出

現 す

る な ど

多

様 性

を

示 す

と してお

り

，

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

を用

いた

木

研 究

も

同様

の

結 果

で

あ

っ た。 し か し

，

ト レッ ド ミ ル

運 動

で は

lf2

が

優 位

に 出

現

し17）25）

，

ボ

ー

ト

漕

ぎ 運

動

で は

1

／

1

や

lf2

の

出現 率

が

高

い 13〕 と

さ れ

ている

が

，

本 研 究

70 理学 療 法 学 第

39

巻 第2号

表 1non

−LRC

に お け る

LRC

発

生

状 況

LRC

（

％

）

34

、

3

　±

9

．

7

　

ノ冫／_ノを

　

　　　

　　　

　

1A

　

　　　

　　　

　　

2

／

3　　　　　　　　1

！

2　　　　　　　　2

〆

5　　　　　　　　1

／

3　　　　　　　　

2！

7　　　　　　　　4

〆

1　　　　　　　　2

〆

9

害［

j

_{合 　（％）} 7

．

9 ± 24

．

928 ± 6

．

916

，

9 ± 22

．

0



42

．

5±

24

．

7

＊

22

．

4

±

19

，

0



1

〔，

．

3

±

17

．

3



1

．

8

± 4

，

10

．

6 ± 1

．

8 （平 均 値±_{標 準 偏 差 ）}

LRC

；_{運 動}

一

_{呼 吸}リズム同調

，

　

f．

．

’

T．

；呼 吸／運動リ ズム比

，

＊ _；pく

D

．

05

表

2

呼 吸

・

運

動

リズム制 御の違い に 対 す る 運 動 時の呼 吸

・

循

環

応 答

non

．

LRC β〆ん 1！1

2

／

3

］〆

2

2

〆

5

1

〆

3

LRC

〔％

）

†・₂

（

ml ／

kgfmT

・

）

†E （1／min ）

寸

Aq ／min ）

VD

／

VTRR

（rpm ） IIR （

bpm

） 呼 吸 困 難感 ヒ肢 疲 労 感

34

．

3

　±

9

．

744

．

0±25

、

4

14Ll

　±　

3

．

5

　　　　　

12

．

8

　±　

3

．

4

29

．

5　±　8

．

6　　　　

38

，

7　±　7

．

2

＊

lL8

± 2

．

4　　　　18

．

8 ±3

．

2＊

0

．

33

　±　

0

．

03

　　　

0

．

41

　±　

0

．

05

＊

25

，

9

　±　

5

．

9

　　　　

5L9

　±　

ll

．

5

＊ 上

18

．

8

±　

17

．

6

　　　

120

．

5

　±　

15

．

1

6

．

4

±

0．

6



6，

7 ±

0

．

6

7

．

5

　±　

1

．

0

　　　　　

7

、

4

　：ヒ　

0

、

9

43

．

4±　15

．

3

14

．

5

　±

2

．

7

38

．

9

　±　

8

、

2

＊ 17

．

1　± 3

．

6＊

0

，

34

　±　

0

．

04

38

．

6

　±

4

．

9

＊

122

．

8

　±　

10

．

2

6

．

3

±

0

．

47

．

1 ±

0

．

9

41

．

3

±

12

．

7　　　

37

．

3

±

10

．

7

　　　

38

．

4

±

9

．

6

15

．

2

±

2

．

4



14

．

9

±

3．

3



14

．

5

±

3

．

3

36

．

0

　±　

5

．

6

＊

　　　　

33

．

9

　±

8

．

4



30

．

3

±

5

．

6

14

．

4±

2

，

4

　　　　

13

．

8

　±

3

．

l

　　　　

l22

±　

L6

0

．

30　±　0

．

04　　　0

、

28　±　0

，

04＊

0

．

27

±　

0

．

04

＊ 28

_，

₉

　±　

3

．

8

　　　　25

．

0　±2

．

922

．

0±

2

，

7

126

．

6

±　

14

．

8

　　　

12

］

．

1　±　15

．

7

　　　121

．

9±15

．

4

6

．

2

　±　

0

．

3

　　　　　

6

．

3

　±　

0

．

4

　　　　　

6

．

2

　±　

0

．

4

7

．

3

　±　

0

．

7　　　　　7

．

4

　±　

0

．

9

　　　　　

6

．

7

　±　

0

．

6

（平均 値±標 準 偏 差 ）

LRC

：運

動

一

呼 吸リ ズム同調

，

　

f

．！

fc

；呼 吸〆運 動リ ズム比

，

†

02 ；酸 素 摂 取 量

、

†E ：分時 換 気量

，

†A；分 時 肺胞 換 気 量

．

VD

／

VT

；死腔 換 気 率

，

　

RR

；呼 吸 数

，

　

HR

：心 拍 数

，

呼 吸 困 難感

・

上 肢疲 労 感 ；修正Borg　

Scale

，

＊；p＜

0

．

05

　vs 　non

−

LRC

で は

，

2

／

5

の

割

合 が 高 かっ た

。

Rassler

ら は

，

歩

行 運 動 中に

1

／

4

か ら

1

／

2

や

1

〆

3

へ

移 行す

る な ど

，

エ

ネ

ル ギ

ー

効

率 に 合 わ せて

f

，

，

／

fc

が 変 化 す る と し て お り 12）

_，



_ViUard

ら は

，

ド

肢

エル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動

に おい て

，1

〆

4

や

2

／

5

の よ う な

不 安 定

な 状 態 か ら

1

／

2

や

1

／

3

の

安 定

し た

f．

／

fc

に移 行 して い く と す る 階 層 性 理 論 を 報 告 してい る26＞

、

し た がっ て

，

LRC

発

生

時

に お け る

fr

〆

fc

は

，

運

動 様 式

，

運

動

強 度

，

運

動 時 間

，

慣

れ

，

身体 能 力

か ら

影

響 を

受

けるた め14）

，

本 研 究におい て好 発 し た

2f5

は 本 研 究 に お け る

運 動 設 定 下

で の

特 有

の

結 果

と

考

え ら れ る

。

し か し

，

各

運

動 条件

下で

好

発

す

る

_ル瑞

が

存 在 す

る こと は

確

かで あ

り

，

こ の こと は

，

呼

吸 リズムが 自 動 的に運 動 リズムに 引 き 込 ま れ る とい

う

LRC

の

現 象

に

合 致

して いる もの と

考

え ら れる

。

　

さ らに

，

本

研 究で は

，

視 覚

・

聴 覚

シグ ナル に よ る

呼

吸

・

運 動 同調

シ ス テ ム を

用

い て

，

LRC

を

誘 発

さ せ た が

，

LRC

発

生

率

の

有 意

な

．

卜

昇

は

認

め られなかっ た。 下

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動

を

実 施

した

先 行研 究

で は

，

同

シ ス テ ムを

用

い て

LRC

を誘 発 さ

せ た

結 果

．

　

LRC

_発

_生

_{率 が}

_上

_{昇 し}

，

換 気 効 率 も有 意

に

改 善

した と

報 告

し てい る ことか ら5）

，

F．

肢

運

動

と

下 肢

運

動

で は

，

LRC

の

誘 発

に

対 す

る

反

応に

違

い

が 存 在 す

る

可 能 性 が 考 え られ

る。

現 在

の とこ ろ

，

LRC

の発 生

機 序

はあ

き

ら かになっ てい ないが

，

ふ たつ の

説

が

提

唱 さ れてい る

。

ひ とつ は

，

身 体

運

動

にお ける

機 械

的

影

響

で

あ り

，

運

動 時

に

生

じ る

体 幹

や

胸 郭

へ の

機 械 的 応 力

が

LRC

発 生 に

影 響

す る もの である。 つ

ま り

，

胸 腹 部 臓 器

の ピス トン

運動

や ボ

ー

ト漕 ぎ運 動 な

どで生 じる

腰

・

仙 骨 屈

曲 による

腹

部の圧

迫

が

呼 吸

に

影響

し

，

LRC

が

発

生

す

る こ と と な るL7 〕

。

ふ たつ 目 は

，

神 経 学 的 要 因

で

あ り

．

そ

の メ カニ ズムはラ ッ _{ト や ウ サ ギ}

な

どの 四

足 動 物

の

実 験

に よっ て 実 証 さ れ てい る

。

これ らの

報 告

に よ る と

，

視 床

下

部

28〕も し く は 髄 質 構 成

体

29 ）が

，

呼

吸 と 運

動

のパ _タ

ー

ン発 生 器 に 同 時 に

影 響

を

与 え

，

ま

た

，

周 期 的

な 四

肢

の

感

覚 入 力 が

LRC

発 生 を 修 飾 す る と し てい る30）3D

。

さ ら に

，

近

年

，

上 肢 運 動 が

橋

・

延 髄の

神

経

活 動 を介

して

呼

吸 リ ズ ム に

影 響

を

与

える こ と が 報 告 さ れてお り32〕

，

上 肢 運

動

に よ る 神 経 学 的 要 因 が

LRC

発 生 に 重 要 な 役 割 を もつ こ と が あ き ら か に さ れつ つ あ る

。

こ れ ら 四 足 動 物 での結 果 が

，

二足

動 物

であるヒ ト と 同 じであ る か につ い ては

，

定

か と なっ てい ない が

，

ヒ トに おいて も

，

な ん ら かの神 経

学 的 要 因

が

関

わっ て いる もの と 思 わ れ る

。

下

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動

で は

，

トレッ ドミ ル運

動

のよ

う

なピ ス トン 運

動

が

少

ない ため

，

機 械 的 影 響

よ

り

も

神 経 学

的

影 響

の

方

が 大 き

い

も

の と

考 え

ら れてお

り

26）

，

本 研 究

にお

け

る上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運 動 も神 経 学 的 要 因

の

方

が 大

き

い

_も

の と 予

想

され る。

現 在

のとこ ろ

， lt

肢

運

動

と

ド肢

運

動

の

問

で

，

LRC

発

生 に

与 え

る

神 経 学 的 要 因

の

違

いは

あ き

ら かに なっ ていないが

，

LRC

誘 発

に

対 す

る

反 応

が

異

なる た め

，

神

経 学 的

作

用の

違

いが

存 在

する rtJ

’

能 性

が

考 え

られた

。

ま た

，

上

肢 と

F

肢

の運

動 様 式

の

違

い は

，

上

部 体 幹

の

呼 吸 筋

に

与

える

影 響 も異

な

り

，

上

肢

運

動

に おいて は

_，

呼

吸 筋 が 上

肢 運 動

へ と

_{動 員 さ れ}

る

た

め

，

呼 吸

へ の

呼

吸

筋 動

員

率

が

低

下 し

，

異 常 呼 吸

パ タ

ー

ンを

呈

して し ま

う

こ と が 報 告 さ れてい る 33）

。

下

肢 運 動

で は

，

呼

吸

筋

へ の

_{直 接}

的 な

影 響

が な

いた め

，

本 研 究

に お け る 上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運

動

と

先 行

研

究

に お け る 下 肢エ ル ゴメ

ー

タ

ー

運 動で の

LRC

誘

発 効

果 に

違

い が 生 じ た 可 能

性

が

考

え ら れ た。

　

．

．

．

・

方

で

．

本

研

究

で は

，LRC

発 生

率

が 上

昇

し な かっ た もの の

，1

／

1

や

2

／

3

では

，

RR

，

　

VD

／

VT

，

†

_E

，

†

_A の

増 加

を 認め

_，

2

〆

5

と

113

で は

VD

／

VT

のみ が

低 下

し た。

．

先 行

研 究

で は

，

LRC

発 生 に よ り

Vo2

の

減 少

や

換 気 効 率

の上 昇 が 見 ら れ15）18）

，

意 図 的 な

LRC

の

誘 発

に よっ て

酸 素

飽

和 度低

下の

_{抑 制}

，

_{呼 吸 困 難 感}

の

軽 減

，

運 動 時 間

の

延 長

を

認

め た と して い る5）。 し か し

，

本 研 究

で は

，

LRC

発

生

率

が 上

昇

し なか っ た ため

，

f

_，

、

_尻

が

直 接

的に及ぼ し た

結 果

と

考

え ら れる。 し た

が

っ て

，

運 動 時

に お け る

換 気 効

率

に は

，

LRC

の

発

生

率

だ

け

で

な く

，

そ

れ

を構 成 す

る

f

．

f

舟

の

割 合

が

影 響 す

るため

，

運 動 処 方 を行 う

際

，

f

．／

fc

，の

呼

吸

・

運 動

リ ズム

が 重 要 な要 素 と な

るこ

と

が

考 え

ら れ た

。

　

最 後

に

，

本 研 究

で は

，

健 常 者 を対 象 と

してお り

，

低

換

気

で死

腔

量

も 多

く

，

呼

吸 補 助

筋

を 過

剰

に

使 用

して い る

COPD

患 者

で は 異 な る 反 応 を 示 す こ と が

予 想

さ れ る。 し

た

がっ て

，

本

研

究

は

，

COPD

患 者

にお ける

有 効

な 運

動

療

法 を

検

討

し てい

_く

上 で

，

基

礎 的

なエ ビ デ ンス と

な り

う

る が

，

LRC

の発 生 状 況 は

，

運

動

強

度

9〕lo〕13〕341や

運

動 時

問26）の

影

響

を

受

け る た め

，

今 後

異

なっ た

運 動 設

定

で の

検 討

や

COPD

患 者

で の

検 討 も必 要

と

な

る。

結

論

　 本 研 究

で は

，

ヒ

肢

エ ル ゴメ

ー

タ

ー

を用

い た

定 負 荷 運 動

時

の

LRC

発 生 状

況

を

あ

き ら かに

す

る と と

も

に

，

意 図 的

な

LRC

の誘 発 が

，

　

LRC

_発

生

_率

と

_呼

吸

・

_{換 気}

応

_答

に及ぼ

す 影 響

を

検 討

した。 上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運 動

で は

，

呼 吸

無 意 識 下

で の

LRC

発

生パ タ

ー

ンは

下 肢 運 動

と

類 似 す

る が

，

LRC

の

誘 発 効 果

が

低

い た め

，

　

LRC

の

誘

発に は

，

運

動 様 式 が 影 響 を与 え

る

可 能 性 が 示

さ れ

た

。

また

，

上

肢

エ ル ゴ メ

ー

タ

ー

運 動 時

の

fi

−

／

fc

の

設 定

が

，

　

LRC

発

牛

率

に

独

立 して

換 気 効 率

に

影 響 す

る ことが

示 唆

され た

。

文 　 献

1）Ries　AL ：Pulmonary 　rehabilitation ：summary 　of　an

　 evidence

−

based

　guidcline

．

　Respir　

Care

，

2008

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53

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9

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1207

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2）Amcrican 　

College

　of　

Chest

　

Physiciansl

　

Pulmonary

　

Rehabilitation

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joint

　

ACCP

／

AACVPR

　evidcnce

−

based

　 guidelines

．

　

Chcst

．

1997；112_（

5

_）；

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1396

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3

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Martinez

　

FJ

，

　

Couser

　

JI，

　et　al

．

：

Fac

しors　

influencing

　 ventilatory 　muscle 　recruitment 　

in

　patients　with　chronic

　 airflow 　obstruction

．

　

Am

　

Rev

　

Respir

　

Dis

．

1990

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142

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2

）：

　

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282

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4

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成

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会

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日本

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ー

ショ ン マニ ュ ア ル

ー

運 動 療 法

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照 　 　 林 社

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2003

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5

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玉木 彰

，

長 谷 川 聡

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他：

COPD

_{医 療}ス タ ッ フか らの提 　 　言

COPD

急性 増悪後の呼 吸リハ ビ リ テ

ー

シ ョ ンと 運 動 　 　 呼 吸 リズム 同 調 を 意 識 し た運 動 トレ

ー

ニ ング

．

COPD

　 　FRONTIER

，

2004；3_（2_）：181

−

185

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6

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　PG

，

　

Amazeen

　

EL

，

　et　al

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Coup

！

ing

　of　

breathing

　 　and　move 皿ellt 　during　manual 　vheetchair 　_propulsion

．

　 　

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　PsychQl　

Hurn

　

Percept

　

Perform

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2001

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7）Bechbache 　

RR

，

　

Duffin

　

J

：

The

　enしralnment 　of　

breathing

　 　freqしlency 　

by

　exercise 　rhythln 　

．

J

　

PhysioL

　

l977

_；

272

_（

3

_）二 　 　 553

−

561

．

8

）Hurst　

CA

，

　

Kirby

　

RL

，

　et α

1

．

：

Locomotor

−

respiratory

　 　

coupling 　

during

　axillary　crutch 　ambu ］ation

．

　

Aln

　

J

　Phys

　 　

Med

　

RehabiL

　

2001

：

80

〔

11

）：

831

−

838

，

　quiz　

839

．

　

−

841

．

9

）

Maclennan

　

SE

，

　

Silvestri

　

GA

，

　 et α

t

．

：Does 　 entrained 　 　

breathing

　

improve

　the　ecenomy 　of　rowing ？Med 　

Sci

　 　

Sports

　

Excrc

，

1994

：

26

（

5

）：

610

−

614

．

10

）

Mahler

　

DA

，

　

Hunter

　

B

　

，

et　aZ

．

：

Lo

じolnotor

−

respiratory

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develops

　

in

　novice 　

female

　rowers 　with 　trainin9

．

　 　

Med

　

Sci

　

Sports

　

Excrc

．

1991

_；

23

_〔

12

_）：

1362

−

1366

．

ll

）

Patcrson

　

DJ

，

　

Wood

　

GA

，

　 et α1

．

：Thc　entrainment 　 of

　 　

ventilation 　

frequency

　to　exercise 　rhythm

．

　

Eur

　

J

　

Appl

　 　

Phyg

．

　

ioL

　l986；55（5）：530

−

537

．

12

）

Rassler

　B

，

　Kohl　

J

：

Coordination

−

related 　changes 　in　the

　 　rhythms 　of 　breathing　and　walking 　

in

　

huluans

．

　

Eur

　

J

　

Appl

　 　

PhysiQL　2000_；82_（4_＞：280

−

288

．

13

）

Siegmund

　

GP

，

　Edwards 　MR

，

　et　al

．

：

Ventilation

　and

　 　locomotion 　coupling 　in　varsity 　malc 　rowers

，

　

J

　

Appl

　 　

Physiol

．

1999；

87

_（1）：233

−

242

，

14）Sporer　BC

，

　Foster　GE

，

　et α1

．

：Entrainment 　of　

breathing

　 　

in

　cyclisLs　and　noll

−

cyclists　

during

　arm 　and　

lcg

　exercise

．

　 　Respir　PhysiQl　Neurobio1

，

2007；

155

（

1

）：

64

−

70

．

15）TakanQ 　N

，

　Deguchi 　

H

：

Sensalion

　of　

breathlessness

　and

　 　respiratQry 〔｝xygen 　cost　

during

　cycle　exercise 　with 　and

　 　without 　conscious 　entrainment 　of　the　

breathing

　rhythm

．

　 　Eur　

J

　Appt　

Physiol

．

1997

；

76

（

3

）：

209

−

213

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16）van 　Alphen　

J，

　Dufiin　

J

：Entrained　

breathing

　and 　oxygen

　 　consumption 　

during

τreadmill 　walking

，

　

Carl

　

J

　

Appl

　 　Physiol

．

199

．

　4；19_（4_）：432

−

440

．

17）Bramble 　

DM

，

　

Jenkins

　

FA

，

　

Jr．

：

Mammalian

　

lecomotor

−

　 　respiratory 　integration；

implications

　

for

　

diaphragmatic

　 　and 　pulmonary 　design

．

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P

，

　

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Analysis

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−

ordination 　

between

　 　breathing　and　excrcise 　rhythms 　

in

　man

．

　

J

　

Physiol

．

1993

_；

　 　

471

：

693

−

7e6

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，

　Kohl　

J．

　et　al

．

l　Effect　of　coupling 　the　

breathing

−

　 　and　cycting 　rhythms 　on　oxygen 　up しake　

during

　

bicycte

　 　crgometry

．

　Eur　

J

　

Appl

　

Physioi

．

1985

；

54

（

5

｝：

497

−

501

．

20

）

Hill

　

AR

，

　

Adams

　

JM ，

　et　al

．

：

Short

−

term 　entrainment 　of

　 　ventilation 　to　the　walking 　cycle　

in

　

h

しlmans

，

　

J

　

App

［ 　 PhysiQL　l988：

65

_〔2_）：

570

−

578

，

21

）

Loring

　

SH

，

　

Mead

　

J，

　et　al

．

：

De

しerminants 　of　

breathing

　

frequency

　

during

　walking

．

　

Respir

　

Physiol

，

1990

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82

_（

2

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177

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，

　

Sidler

　

MA

，

　et α

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in

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between

　

breathing

　and

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．

　

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Sci

　

Sports

　

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2003

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35

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3

）：

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499

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during cycling and running

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33) CelliB,

Criner

G,

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#.Eptlil-.K:'Vee#

b,refitt.

2005130(2)i

161-166,

<Abstract>

Effect

of

Locomoter

Respiratory

Rhythm

on

Ventilation

and

Gas

Exchange

Responses

During

Aum

Ergometry

Exercise

Toshiaki

MIYAMOTO,

PT,

MS,

Teshio

MORITANI,

PhD

Laboratoil,

ofApplied

Physiology

Grad"ate

School

ofHuman and

Environrrtental

Studies,

1fyoto

Uhi-versity

Toshiaki

]vllYAMOTO,

PT,

MS

Department

ofRehabilitation,

K5,oto

Cdy

Hospital

Akira

TAMAKI,

PT,

PhD

School

ofRehabilitation,

H},ogo

University

ofHbaith

Sciences

Purpose:

The

aim of this study was to

determine

the possible existence of

locomotor

respiratory coupling

{LRC)

and examine the effect of

imposing

LRC

on ventilation and

gas

exchange responses

during

arm ergometry exercise.

Methods/

Ten

healthy

subjects performed

incremenral

exercise

testing

to

determine

exercise

intensity.

Arm

ergometry exercise with constant work

loads

was

then

carried out either under spontaneous

breathing

or with

different

entrainment

breathings

in

which respiration/cranking

frequency

_Cfi-ff}

ratio} were

fixed

at

1fl,

2f3,

lf2,

2!5

and

lf3.

Results:

During

spontaneous

breathing,

all the subjects exhibited

the

various

fi-IE,,

the

most commonly observed

fiffi

was

2!5

under spontaneous

breathing.

The

imposed

LRC

patterns

did

not

significantly affectthe actual

LRC

rate.

Stil!,

dead

space ventilation ratio was significantly reduced at ratio of

215

and

1f3,

respectively.

Conclusions:

These

results suggest

that

the

entrainment

_patterns

during

arm ergometry exercise was similar to

that

seen

in

studies of pedaling exercise,

but

to

a much

less

extent,

In

addition, the