KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) -
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糖尿病患者におけるレジスタンス運動中の眼圧上昇を防ぐ新規介入方策の開発
Grant number： 24K22253 2024.4
日本学術振興会 科学研究費補助金
片山敬章
Authorship：Coinvestigator(s)
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運動時の腹部内臓血流分布に及ぼす性別，加齢，運動習慣の影響 研究課題 International coauthorship
Grant number： 4423K10633 2023.4
日本学術振興会 科学研究費補助金
片山敬章
Authorship：Coinvestigator(s) Grant type：Competitive
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Grant number：23K10633 2023.4 - 2026.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
石田 浩司, 片山 敬章, 山岡 雅子, 鍛島 秀明, 片山 敬章, 遠藤雅子, 鍛島 秀明
Authorship：Coinvestigator(s)
本研究では，動的運動時における腹部内臓血流の変化に対する性差と加齢の影響を明らかにする．
動的運動時の腹部内臓血流および動脈血圧変化を若齢男女および高齢男女で比較する．
2023年度：18-29歳の若齢男女を対象とする．軽-中強度の膝伸展屈曲運動を実施する．若齢女性については月経周期も考慮する．
2024-2025年度：60-75歳の高齢男女を対象とする．軽-中強度の膝伸展屈曲運動を実施する．
動的運動時時の腹部内臓血流および動脈血圧の変化を，若齢男性，若齢女性，高齢男性，高齢女性で比較する．
背景：運動時には，適度な血圧の維持や活動筋へ酸素を供給するために，緻密な循環調節が行われる．この循環調節には，性差や加齢の影響があることが知られており，若齢女性では，同年代の男性と比較して運動時の循環応答が異なることが報告されている．また，若齢女性では月経周期の影響もまた運動時の循環応答に影響することも報告されている．我々は，これらの性差や月経周期による影響に，腹部内臓血管の応答が異なるのではと考え，研究を進めた．
方法：対象者を16名の若齢女性と14名の若齢男性とした．このうち，11名の若齢女性および10名の若齢男性で運動時の腹腔動脈血流を測定することができた．運動形式は動的な膝屈曲伸展運動とし，強度は30％心拍予備，時間は4分とした．測定項目は，心電図（心拍数），動脈血圧，腹腔動脈血流を連続的に測定した．腹部内臓血流の測定には，超音波診断装置を用いた．若齢女性では，月経周期の影響を見るために，卵胞期前期および黄体期中期に同じ測定を実施した．
結果：若齢女性および男性にて運動時の平均血圧は増加したが，その増加に有意な差は認められなかった．腹腔動脈血流は，両群共に運動直後より低下し，その低下は運動終了（4分間）まで維持された．腹腔動脈血流の低下の程度に若齢女性と男性で差は見られなかった．また，月経周期による影響も認められなかった．
まとめ：これらの結果から，軽運動強度における腹部内臓血流の変化に，性差および月経周期の影響はないことが示唆される．
若齢女性の月経周期に合わせた測定に時間を要すると思われたが，予定された研究期間で卵胞期前期および黄体期中期の測定を実施することができた．また，超音波診断装置を用いた運動時の腹腔動脈血流の測定は呼吸の影響を受けるため難しいが，呼吸数を20回/分に合わせ，呼気時のみを分析することで対応した．
高齢者では若齢者と比較して運動時の血圧増加（昇圧応答）が大きいことが知られているが，そのメカニズムはいまだ完全に明らかにされていない．また，加齢にともなう運動時の循環応答の変化は，男性より女性で大きいことも報告されている．我々は，この加齢に伴う昇圧応答の変化に，内臓血管の収縮の程度が関係しているかもしれないと考えている．今後は．高齢女性を対象として測定を進め，若齢女性の応答と比較することで加齢による運動時の循環応答メカニズムの解明を進める． -
高齢者における運動時の過剰昇圧応答に対する心肺圧受容器反射の役割の解明 研究課題
Grant number：23K24736 2022.4 - 2025.3
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
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Developing a new respiratory muscle training: mimicking exercise-induced hyperpnoea
Grant number：19K22803 2019.6 - 2022.3
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\6110000 （ Direct Cost: \4700000 、 Indirect Cost：\1410000 ）
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運動時の呼吸をシミュレートした新しい呼吸筋トレーニングの開発
Grant number： 19K22803 2019.6 - 2022.3
科学研究費補助金
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Arterial blood pressure regulation during exercise by muscle pump and cardiopulmonary baroreflex
Grant number：19H03998 2019.4 - 2022.3
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\17420000 （ Direct Cost: \13400000 、 Indirect Cost：\4020000 ）
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Effect of muscle activation and contraction type on respiratory muscle warm-up and training
Grant number：18K10880 2018.4 - 2021.3
Authorship：Coinvestigator(s)
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タンデム自転車エルゴメータを用いた受動動作による末梢及び中枢血流応答
Grant number：18K10950 2018.4 - 2021.3
科学研究費助成事業
小野寺 昇
Authorship：Coinvestigator(s)
[研究の目的] タンデム自転車エルゴメータを用いれば、例えば前乗り被験者が能動ペダリングを担当すれば、後ろ乗り被験者は、受動動作のペダリングが可能となる。この方法を用いることにより受動的動作での筋血流量増大、筋温上昇、心拍数や酸素摂取量の増大を確認できる。受動的動作での末梢の活性化が脳血流の促進に寄与するのであれば、受動的な動作においても中枢の活性化が生じるという学術的な「問い」に答えることができると考えた。本研究の目的は、受動的なペダリング運動（passive movement）時の筋血流量と脳血流量の関連性の解明にある。
[研究実施計画] 本研究は、筋血流量と脳血流量を定量し、心拍数・酸素摂取量との関連性を明らかにする計画を立てている。
[研究の成果の具体的な内容] 回転数に依存する受動ペダル運動時の心拍数と前頭前野酸化ヘモグロビン濃度変化の関連性を明らかにした．被験者は成人男性7名であった．被験者は、受動的および能動的なペダリング運動（運動負荷；1.5kp、15分間）を行った．ペダル回転数は40rpmから80rpmとし，3分ごとに10rpmずつ増加させた．心拍数は心電計を用いて測定し、前頭前野の酸化ヘモグロビン濃度は、全頭測定型functional NIRS装置を用いて測定した．研究手順は、川崎医療福祉大学の倫理委員会によって承認された。心拍数は受動ペダル運動時および能動ペダル運動時にペダル回転数の増加に伴い有意に増加した．受動ペダル運動時の酸化ヘモグロビン濃度は，運動前に比べ80rpmにおいて有位に増加した．これらの増加は，能動ペダル運動に同調する受動動作の影響であると考えられた。受動ペダル運動者における前頭前野の血流量は増加した。
[研究の成果の意義・重要性] 本研究成果は、受動的動作での末梢の活性化が脳血流の促進に寄与する重要なエビデンスとなり、受動的動作が中枢を活性化させる可能性を示唆する意義を持つと考えられる。
本研究は、筋血流量と脳血流量を定量し、心拍数・酸素摂取量との関連性を明らかにする計画を立てている。研究開始から2年間経過し、受動ペダリング運動時の心拍数及び酸素摂取量がペダル回転数の増加に依存し、その増加は、有意であることを確認している。
2019年度には、受動ペダリング運動時の前頭前野の酸化ヘモグロビン濃度を全頭測定型functional NIRS装置を用いて測定し、脳血流量の定量への取り組みとした。その研究成果を「受動ペダル運動時の心拍数と前頭前野酸化ヘモグロビン濃度変化の関連性」として国際学会であるECSS2020(European College of Sport Science 2020, Spain)にエントリーした。ポスター演題としてアクセプトされているが、新型コロナウィルスによる影響で会期が延期になり、しかも開催地がスペインであることから参加の可否を勘案している。
2020年3月に受動ペダリング運動時の筋血流量と脳血流量の関連性に関する実験を計画していたが、新型コロナウィルスによる影響で実験実施場所である川崎医療福祉大学への分担研究者の移動が困難になったため、実験を延期している。
本研究課題の目標は、①筋血流量を定量し、酸素摂取量との関連性を明らかにすること、②脳血流量を定量し、酸素摂取量との関連性を明らかにすること、③筋血流量と脳血流量との関連性を明らかにすること、としている。
①と②については、すでにデータ取得済であるが新型コロナウィルスによる影響により、国内だけでなく、海外の学会の開催の延期になっているため、 PDCAサイクルにおけるCheck項目である学会発表などのよる研究成果の公表と評価を飛ばして学術誌への論文投稿を成果公表(DO)として推進する方策を立案している。
遅れている③の実験については、新型コロナウィルスによる影響が落ち着いた段階での実験の再開を計画することとする。
②の研究成果から当初予想していなかった新しい知見を見出した。受動ペダル運動者における前頭前野の血流量は増加したが、その一方で能動ペダル運動者の酸化ヘモグロビン濃度変化は，ペダル回転数の増加に伴い抑制された．なぜ抑制されたのか。ペダリング運動が定型運動であるためなのか、それとも、運動野における血流増加による前頭前野の血流抑制なのか。この知見に関する情報収集も進めたい。
本研究の目標は、受動的動作での末梢の活性化が脳血流の促進に寄与する重要なエビデンスとなることを検証するにある。受動的動作が中枢を活性化させる可能性を示唆する意義を持つ研究成果に結びつけたい。 -
Effects of exercise under hypoxic condition: Influence of different types of muscle contraction
Grant number：17H02155 2017.4 - 2020.3
GOTO KAZUSHIGE
Authorship：Coinvestigator(s)
Both cycling exercise and running exercise augmented carbohydrate metabolism compared with the same exercise in normoxia. Moreover, endurance exercise in hypoxia promoted muscle metabolism (muscle oxygen consumption). The findings from the present results suggest that endurance exercise in hypoxia facilitated carbohydrate metabolism with being independent of exercise modality (muscle contraction type).
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Interrelationships among cognitive, motor and cardio-respiratory functions during cognitive and exercise dual task performance
Grant number：17K01758 2017.4 - 2020.3
Ishida Koji
Authorship：Coinvestigator(s)
We investigated motor and cognitive dual-task performance with different task types or difficulties, and how aging affects them. We also explored the cardio-respiratory responses at the onset of dual-tasking.
The results were as follows: 1) The accuracy of motor tasks was decreased with cadences different from the preferred one, especially in elderly participants who pedaled more rapidly during slower condition. Dual-tasking deteriorated cognitive performance in all cadences and age groups. 2) The accuracy and constancy of motor tasks deteriorated with dual-tasking involving working memory regardless of age, while attention function was more affected by dual-tasks, and surprisingly improved in the elderly at difficult visual-search task. 3) Most cardio-respiratory responses were greater during dual-tasking compared with exercise only and were slower in the elderly. These increased responses by dual task were explained by the simple arithmetic sum of cognitive and motor effects. -
運動時の循環調節に対する呼吸筋活動の影響と心肺圧受容器反射の役割
Grant number：16KK0201 2017.4 - 2019.3
科学研究費補助金 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）
Authorship：Principal investigator
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Effects of respiratory muscle activation and cardiopulmonary baroreflex on cardiovascular regulation during exercise(Fostering Joint International Research)
Grant number：16KK0201 2017 - 2019
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
Katayama Keisho
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\13390000 （ Direct Cost: \10300000 、 Indirect Cost：\3090000 ）
Work of breathing influences sympathetic vasomotor outflow during exercise. The subjects performed leg cycling at 40%, 60%, and 80% peak workload. At 60% and 80% cycling, proportional assist ventilator reduced work of breathing and muscle sympathetic nerve activity (MSNA). Lowering the normally occurring work of breathing during exercise results in commensurate reductions in MSNA. These results provide evidence of a sympathetically mediated vasoconstrictor effect emanating from respiratory muscles during whole body exercise.
Cardiopulmonary baroreflex control of sympathetic vasomotor outflow during exercise. MSNA was recorded during postexercise ischemia (PEI) after low- (PEI-L) and high- (PEI-H) intensity isometric exercise. PEI-L with leg cycling induced a significant decrease in MSNA, while PET-H with leg cycling did not decrease MSNA. These results suggest that cardiopulmonary baroreflex control of sympathetic vasomotor ouflow is attenuated by high metaboreflex activation. -
Developments of high-intensity intermittent training under hypoxic conditions for improving cardiovascular and metabolic risk maker
Grant number：16H03234 2016.4 - 2019.3
OGITA Futoshi
Authorship：Coinvestigator(s)
The present study aimed to clarify the effects of various high-intensity intermittent training (HIIT) under hypoxic conditions on cardiovascular and metabolic risk makers. In this study, 4 types of HIIT were done under 2500m above sea level. Those protocols were as follows; 1) six 10s-bout at 220%VO2max with 10s rest, 2) ten 20s-bout at 150%VO2max with 40s rest, 3)ten 1min-bout at 100%VO2max x 10 with 1min rest, 4) six or exhaustive 15s-bout at 175%VO2max with 10s rest. Each training was done 4 days a week for 4 weeks. As the results, HIIT (Tr.1 to 3) that the subjects did not reach exhaustion did not improve any factors, but that exhaustive HIIT (Tr.4) improved significantly cardiovascular function and body composition. Our results suggest that it is very beneficial and effective to perform exhaustive HIIT to improve effectively cardiovascular and metabolic risk factors. In other words, inexhaustive HIIT would be less effective even though it is done under hypoxic conditions.
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Cardiorespiratory responses during active and passive exercise using a tandem-bicycle ergometer
Grant number：15K01509 2015.4 - 2018.3
Onodera Sho
Authorship：Coinvestigator(s)
The purpose of this study was to clarify cardiorespiratory responses to active and passive exercise using tandem bicycle ergometer. As a result, oxygen uptake and heart rate responses to passive pedaling exercise, which was determined using our tandem bicycle ergometer, increased significantly in the number of pedal rotations. These data suggest that passive pedaling exercise using our tandem ergometer could be applied to the rehabilitation for the people exercise that is not able to do voluntarily exercise.
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Effect of respiratory muscle activation on cardiovascular regulation during exericse
Grant number：15H03079 2015.4 - 2018.3
Keisho Katayama
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\16250000 （ Direct Cost: \12500000 、 Indirect Cost：\3750000 ）
In this study, we attempted to clarify the effects of respiratory muscle activation on cardiovascular regulation. Study 1: Significant increases in arterial blood pressure and sympathetic vasomotor outflow appeared during exercise with expiratory resistance. Study 2: The increase in arterial blood pressure (ABP) during hyperpnoea was lower in young men compared to men. Study 3: During leg cycling with inspiratory resistive breathing, sympathetic vasomotor outflow was increased, accompanied by an increase in ABP. Young women, compared with age-matched men, had less of an increase in ABP. These results suggest that the attenuated inspiratory muscle-induced metaboreflex during exercise in young women could be attributed, in part, to a lesser sympathetic vasomotor outflow.
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運動時の循環調節およびパフォーマンスに対する呼吸筋活動の影響
Grant number： 15H03079 2015.4 - 2018.3
科学研究費補助金 基盤研究(B)
Authorship：Principal investigator
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The effects of exercise under hypoxia on cognitive function
Grant number：15K12664 2015.4 - 2017.3
ANDO SOICHI
Authorship：Coinvestigator(s)
The purpose of this study was to examine the combined effects of acute exercise and severe hypoxia on cognitive function. The participants completed cognitive tasks at rest and during moderate exercise under either normoxic or severe hypoxic conditions. Cognitive performance improved during exercise under both normoxia and hypoxia, without sacrificing accuracy. However, under hypoxia, cognitive improvements were attenuated for individuals exhibiting a greater decrease in arterial oxygen saturation. The present results suggest that arterial desaturation and resultant biological processes attenuate cognitive improvements during exercise under hypoxia.
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Effect of respiratory muscle training in hypoxia on endurance exercise performance
Grant number：26560348 2014.4 - 2017.3
Katayama Keisho
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\3640000 （ Direct Cost: \2800000 、 Indirect Cost：\840000 ）
The purpose of the present study was to clarity the effect of respiratory muscle endurance training in hypoxia on respiratory muscle-induce metaboreflex. Collegiate male endurance runners assigned to a normoxic or hypoxic group. Before and after 6 weeks of respiratory muscle endurance training, cardiovascular response to an incremental respiratory endurance test was measured. Minute ventilation during the training increased progressively. Target SpO2 in the hypoxic group set at 80%. The change arterial blood pressure during the incremental respiratory endurance test reduced significantly after the training in both groups. No significant difference in arterial blood pressure during hyperpnoea was found after the training between the two groups. These results suggest respiratory muscle-induced metaboreflex is attenuate by respiratory muscle endurance training, but no additional effect appears when the training is performed under hypoxic conditions.
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Effects of exrecise training in hypoxia on glucome metabolism
Grant number：26282180 2014.4 - 2017.3
GOTO KAZUSHIGE
Authorship：Coinvestigator(s)
The present study determined influence of exercise in hypoxia on glucose metabolism. The findings from experiments over 3 years indicated that exercise, including pedaling exercise, running exercise, was effective for promoting glucose metabolism. Moreover, augmented glucose metabolism by exercise in hypoxia was commonly observed in athletes, normal people and obese people. Furthermore, exercise in hypoxia did not promote exercise-induced muscle damage and inflammatory responses, and oxidation stress compared with the same exercise in normoxia. However, exercise in hypoxia did not affect acutely glucose tolerance or insulin sensitivity after the exercise.