[1102] 収縮様式の異なるペダリング運動では呼吸・循環応答に違いが生じるのか
Keywords:遠心性収縮, 最高酸素摂取量, 運動強度
【はじめに，目的】ペダルが一定の仕事率（以下，WR）で機械的に逆回転するようにプログラムされたエルゴメータを用いて，逆回転しているペダルにブレーキをかけるように抵抗運動を行うと，大腿四頭筋の収縮様式は遠心性収縮となる。この遠心性収縮ペダリングを用いた運動については，先行研究で多数報告されている。しかし，同一の運動強度で遠心性収縮ペダリング運動（以下，ECC.ex）と求心性収縮ペダリング運動（以下，CON.ex）を比較した研究は少ない。そこで，本研究では，peakVO2時点の仕事量（以下，Watt）より換算式に代入してECC.exにおいてもCON.exと同一のWattとなるように設定したエルゴメータを使い，同一運動強度でのECC.exと一般的なペダリング方法であるCON.exにおいて，生体反応にどのような違いがあるかを検証することを目的とした。
【方法】呼吸・循環系疾患のない健常な男女31名（男15名・女16名，年齢：20.8±1.1歳）を対象とした。まず本計測の実施前に自転車エルゴメータ（75XLIIコンビ社製）を用いたRamp負荷による心肺運動負荷試験（以下，CPX）を実施し，peakVO2を算出した。次にストレングスエルゴ8マイナスワット拡張仕様（三菱エンジニアリング）を用いてCPXから算出したpeakVO2時点のWattより換算式に代入してCON.exと同様の負荷設定となる3段階（40%・50%・60%）のWattを計算し，回転数50rpmになるように指示し，遠心性収縮ペダリングと求心性収縮ペダリングでの運動をそれぞれ別の日に実施した。プロトコルは安静1分間，ウォームアップ4分間，各強度負荷運動6分間，クールダウン1分間で運動終了とした。測定項目は，換気諸量（VO2,RQ,RR），心拍数（HR）,収縮期血圧（SBP），拡張期血圧（DBP），修正Borg Scale（RPE）とした。そして各強度による運動負荷運動中の4分から6分までの平均値を測定値として採用した。統計学的分析は各ペダリング運動の同一強度間での測定項目を対応のあるt検定を用いて検討した。有意水準は5%未満とした。
【倫理的配慮，説明と同意】全対象者には本研究の内容および目的について文書による説明を行い，同意を得た。なお，本研究は，本学倫理審査委員会にて承認を受けている（第13013号）。
【結果】同一強度のペダリング運動において，CON.exに比べECC.ex中ではVO2，HR，SBP，RQが有意に低値であった（VO2：CON40%；1192.3ml，CON50%；1438.3ml，CON60%；1701.7mlVS. ECC40%；655.9ml，ECC50%；700.2ml，ECC60%；767.1ml。HR：CON40%；120bpm，CON50%；134bpm，CON60%；150bpmVS. ECC40%；95bpm，ECC50%；99bpm，ECC60%；102bpm。SBP：CON40%；132mmHg，CON50%；149mmHg，CON60%；147mmHgVS. ECC40%；122mmHg，ECC50%；130mmHg，ECC60%；124mmHg。RQ：CON40%；1.0，CON50%；1.0，CON60%；1.1VS. ECC40%；0.9，ECC50%；0.9，ECC60%；0.9）。しかし,RPEには有意な差を認めなかった（RPE呼吸：CON40%；1.5±1.2，CON50%；2.2±1.3，CON60%；3.5±1.4VS. ECC40%；0.5±0.8，ECC50%；0.6±0.7，ECC60%；0.7±0.7。RPE下肢：CON40%；2.2±1.3，CON50%；3.3±1.6，CON60%；5.0±1.7VS. ECC40%；1.9±1.2，ECC50%；2.1±1.1，ECC60%；2.8±1.5）。
【考察】本研究の結果，ECC.exでは同一運動強度のCON.exよりもVO2，HR，SBP，RQは有意に低値となることが明らかになった。遠心性収縮では求心性収縮よりも収縮要素以外に筋の弾性要素や粘性要素が出力として加わるため，発揮パワーに比べて収縮要素の動員が少ないことで，筋血流量は比較的維持されながら，筋酸素動態が緩徐に悪化することがいくつかの先行研究で報告されている。本研究においてもCON.exに比べ，ECC.exで運動時の筋血流量が比較的保たれていたためにSBP，HRが有意に低値であったことが考えられた。また，ECC.exでは筋酸素動態の悪化が緩徐であることから低いVO2で運動を実施できることで，必要とされる換気容量が低かったことによりRQに関しても低値であったことが考えられた。さらに，peakVO2の40%・50%・60%でのWattにより規定した各強度間のいずれにおいてもCON.exに比べ，ECC.exでは低代謝による運動が可能であることが分かった。
【理学療法学研究としての意義】ECC.exでは，従来のCON.exと比べ，心肺機能にかかる負担が少なく，また低い代謝量で同等以上のトレーニング効果が期待できるものと考えられる。そのため呼吸器系や心臓血管系の疾患を持つ高齢者など，低体力者に対するリハビリテーションへの応用を考えるとECC.exについて明らかにすることの臨床的意義は大きいと思われる。
【方法】呼吸・循環系疾患のない健常な男女31名（男15名・女16名，年齢：20.8±1.1歳）を対象とした。まず本計測の実施前に自転車エルゴメータ（75XLIIコンビ社製）を用いたRamp負荷による心肺運動負荷試験（以下，CPX）を実施し，peakVO2を算出した。次にストレングスエルゴ8マイナスワット拡張仕様（三菱エンジニアリング）を用いてCPXから算出したpeakVO2時点のWattより換算式に代入してCON.exと同様の負荷設定となる3段階（40%・50%・60%）のWattを計算し，回転数50rpmになるように指示し，遠心性収縮ペダリングと求心性収縮ペダリングでの運動をそれぞれ別の日に実施した。プロトコルは安静1分間，ウォームアップ4分間，各強度負荷運動6分間，クールダウン1分間で運動終了とした。測定項目は，換気諸量（VO2,RQ,RR），心拍数（HR）,収縮期血圧（SBP），拡張期血圧（DBP），修正Borg Scale（RPE）とした。そして各強度による運動負荷運動中の4分から6分までの平均値を測定値として採用した。統計学的分析は各ペダリング運動の同一強度間での測定項目を対応のあるt検定を用いて検討した。有意水準は5%未満とした。
【倫理的配慮，説明と同意】全対象者には本研究の内容および目的について文書による説明を行い，同意を得た。なお，本研究は，本学倫理審査委員会にて承認を受けている（第13013号）。
【結果】同一強度のペダリング運動において，CON.exに比べECC.ex中ではVO2，HR，SBP，RQが有意に低値であった（VO2：CON40%；1192.3ml，CON50%；1438.3ml，CON60%；1701.7mlVS. ECC40%；655.9ml，ECC50%；700.2ml，ECC60%；767.1ml。HR：CON40%；120bpm，CON50%；134bpm，CON60%；150bpmVS. ECC40%；95bpm，ECC50%；99bpm，ECC60%；102bpm。SBP：CON40%；132mmHg，CON50%；149mmHg，CON60%；147mmHgVS. ECC40%；122mmHg，ECC50%；130mmHg，ECC60%；124mmHg。RQ：CON40%；1.0，CON50%；1.0，CON60%；1.1VS. ECC40%；0.9，ECC50%；0.9，ECC60%；0.9）。しかし,RPEには有意な差を認めなかった（RPE呼吸：CON40%；1.5±1.2，CON50%；2.2±1.3，CON60%；3.5±1.4VS. ECC40%；0.5±0.8，ECC50%；0.6±0.7，ECC60%；0.7±0.7。RPE下肢：CON40%；2.2±1.3，CON50%；3.3±1.6，CON60%；5.0±1.7VS. ECC40%；1.9±1.2，ECC50%；2.1±1.1，ECC60%；2.8±1.5）。
【考察】本研究の結果，ECC.exでは同一運動強度のCON.exよりもVO2，HR，SBP，RQは有意に低値となることが明らかになった。遠心性収縮では求心性収縮よりも収縮要素以外に筋の弾性要素や粘性要素が出力として加わるため，発揮パワーに比べて収縮要素の動員が少ないことで，筋血流量は比較的維持されながら，筋酸素動態が緩徐に悪化することがいくつかの先行研究で報告されている。本研究においてもCON.exに比べ，ECC.exで運動時の筋血流量が比較的保たれていたためにSBP，HRが有意に低値であったことが考えられた。また，ECC.exでは筋酸素動態の悪化が緩徐であることから低いVO2で運動を実施できることで，必要とされる換気容量が低かったことによりRQに関しても低値であったことが考えられた。さらに，peakVO2の40%・50%・60%でのWattにより規定した各強度間のいずれにおいてもCON.exに比べ，ECC.exでは低代謝による運動が可能であることが分かった。
【理学療法学研究としての意義】ECC.exでは，従来のCON.exと比べ，心肺機能にかかる負担が少なく，また低い代謝量で同等以上のトレーニング効果が期待できるものと考えられる。そのため呼吸器系や心臓血管系の疾患を持つ高齢者など，低体力者に対するリハビリテーションへの応用を考えるとECC.exについて明らかにすることの臨床的意義は大きいと思われる。