高炭酸ガス吸入が運動時の呼吸応答と脳波に及ぼす影響

吸入高碳酸血症对运动时呼吸反应和脑电波的影响

• 批准号: 21K11463
• 负责人: 加藤 貴英
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: National Institute of Technology, Toyota College
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K11463/
• 关键词: 高炭酸ガス; 低酸素; 換気; 脳波; 運動; 高炭酸ガス換気応答; 低酸素換気応答; 高炭酸ガス吸入; 呼吸応答; 酸素摂取量; 二酸化炭素排出量

【目的】動脈血二酸化炭素分圧の上昇および動脈血酸素分圧の低下は呼吸中枢を刺激して換気を亢進させる．そのため，高炭酸ガス（高濃度CO2）吸入下および低酸素吸入下における運動中の呼吸応答は空気吸入下と比較して異なる応答を示す．本研究では，高炭酸ガス吸入および低酸素吸入が運動時の呼吸応答に及ぼす影響について脳波解析を加えて検証することを目的として実験を行った．【実施内容】20歳代の男性被験者を対象に，3条件下で自転車エルゴメーターを用いた一定負荷運動実験を中強度（最大負荷の45％程度）と高強度（最大負荷の80％程度）でそれぞれ実施した．3条件については，1）空気吸入，2）高炭酸ガス吸入（酸素濃度21％，二酸化炭素濃度3％，窒素バランス），3）低酸素吸入（酸素濃度16％，窒素バランス），とした．実験プロトコールは，運動前安静10分，運動6分，運動回復6分であった．事前に3条件下で最大運動負荷試験を実施し，負荷強度を決定した．運動中の呼吸応答指標は自動呼気ガス分析器を用いて，脳波はワイヤレス脳波計を用いて記録した．今年度（2022年度）は7名の被験者から中強度および高強度運動中の呼吸応答指標と脳波を記録することができた．記録した脳波を周波数解析した結果，高強度負荷運動中のα波のパワースペクトルにおいてガス吸入条件に対する統計的有意差が見られ，換気増大を促す呼吸中枢の働きが運動強度により変化する可能性が示唆された．

[目的] 动脉二氧化碳分压升高，动脉氧分压降低，刺激呼吸中枢，增加通气量。因此，运动时吸入高碳酸气体（高浓度CO2）和低氧吸入时的呼吸反应与吸入空气时不同。在本研究中，我们进行了一项实验，利用脑电图分析来验证高碳酸血症和缺氧吸入对运动期间呼吸反应的影响。 [内容] 使用自行车测力计对 20 多岁的男性受试者进行中等强度（最大负荷的约 45%）和高强度（最大负荷的约 80%）三种条件下的恒负荷运动实验。进行于三种条件是：1）空气吸入，2）高碳酸血症吸入（氧气浓度21％，二氧化碳浓度3％，氮气平衡），以及3）低氧吸入（氧气浓度16％，氮气平衡）。实验方案为运动前休息10分钟，运动6分钟，运动恢复6分钟。预先在三种条件下进行最大运动负荷测试以确定负荷强度。使用自动呼出气分析仪记录运动过程中的呼吸反应指标，并使用无线脑电图仪记录脑电图。今年（2022 财年），我们能够记录 7 名受试者在中强度运动和高强度运动期间的呼吸反应指标和脑电波。对记录的脑电波进行频率分析的结果发现，在高强度运动期间，根据气体吸入条件，α波的功率谱存在统计上的显着差异，这表明促进通气增加的呼吸中枢的功能可能会发生变化建议根据运动强度。