光散乱係数の補正による骨格筋有酸素能力の評価

通过光散射系数校正评价骨骼肌有氧能力

基本信息

批准号：
19K11450
负责人：
木目良太郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Medical University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

運動時における光強度の変化は散乱ではなく吸収に依存していることが既に分かっていることから、実験開始前に光散乱強度を標準化することで、筋組織酸素濃度の定量的計測が可能になると考えられる。散乱強度の標準化をするために「シリコン」を用いた基礎的な実験を繰り返し実施したが、脂肪ファントムを装着しているにも関わらず散乱係数が減少するという意外な結果が得られた。今年度は、その原因を追及する作業と散乱係数をコントール出来るか否かについて検討した。その結果、脂肪ファントムの厚さが散乱係数に影響を与えていることを突き止め、近赤外線時間分解分光法（TRS）の測定用プローブ内に脂肪ファントムを埋入させると、脂肪ファントムの装着により散乱係数が増加した。しかしながら、脂肪ファントムの脂肪量を増やすとファントムが固まりにくくなることで適切な厚さにスライスしにくくなってしまった。逆に脂肪量を減らすとスライス厚が厚くなることで光路長が変化し、測定領域が変わってしまい、脂肪ファントムによる散乱補正を当該期間中に実施することが非常に困難な状況になってしまった。そこで、散乱係数がほぼ同じで有酸素能力の異なる被験者を集めることでTRSシグナルにおける光散乱強度を標準化し、固定負荷運動時における筋酸素動態の相違について調べた。有酸素トレーニング（TR）群とコントロール（CON）群を対象に、中強度の自転車運動を6分間実施し、運動時における組織酸素飽和度（StO2）および血液量（tHb）の変化について調べた。その結果、CONに比べてTRの方が有意にStO2およびtHbが増加し、これらの増加量（ΔStO2、ΔtHb）と最高酸素摂取量（VO2peak）はそれぞれ有意な相関関係が確認された。以上の結果から、散乱係数を標準化することで、固定負荷運動時における血管拡張機能が計測出来る可能性が示唆された。

由于已知运动期间光强度的变化取决于吸收而不是散射，因此通过在开始实验之前标准化光散射强度，可以定量测量肌肉组织的氧浓度。为了标准化散射强度，重复了使用“硅”的基础实验，但意想不到的结果是，即使附着了脂肪模型，散射系数仍然下降。今年，我们致力于调查这个问题的原因，并研究是否可以控制散射系数。结果发现，脂肪模型的厚度影响散射系数，当脂肪模型嵌入近红外时间分辨光谱（TRS）的测量探头内时，由于附着而引起的散射量脂肪模型的系数增加了。然而，增加脂肪体模中的脂肪量使得体模难以凝固，从而难以切片至合适的厚度。相反，当脂肪含量减少时，切片厚度增加，这改变了光路长度并改变了测量区域，使得在相关时间段内使用脂肪模型进行散射校正变得极其困难。因此，我们通过收集散射系数大致相同但有氧能力不同的受试者来标准化 TRS 信号中的光散射强度，并研究固定负荷运动期间肌肉氧动力学的差异。有氧训练（TR）组和对照组（CON）进行6分钟的中等强度自行车运动，观察运动过程中组织氧饱和度（StO2）和血容量（tHb）的变化。结果，与 CON 相比，TR 中的 StO2 和 tHb 显着增加，并且这些增加（ΔStO2、ΔtHb）与最大摄氧量（VO2peak）之间存在显着相关性。上述结果表明，通过标准化散射系数可以测量固定负荷运动期间的血管舒张功能。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Limited muscle oxygen diffusive transport during exercise in humans

人体运动过程中肌肉氧扩散运输有限

DOI：
10.1117/12.2550671
发表时间：
2020
期刊：
Proc. SPIE
影响因子：
0
作者：
Kime;R.;T. Endo;R. Tanaka;S. Fuse;M. Kuroiwa;Y. Kurosawa;T. Hamaoka.
通讯作者：
T. Hamaoka.

Reduced Scattering Coefficient During Incremental Exercise Is Constant Without Being Affected by Changes in Muscle Oxygenation or Hemodynamics.

增量运动过程中散射系数的降低是恒定的，不受肌肉氧合或血流动力学变化的影响。

DOI：
10.1007/978-3-030-48238-1_17
发表时间：
2021
期刊：
Advances in Experimental Medicine & Biology
影响因子：
0
作者：
Endo T;Kime R;Fuse S;Murase N;Kurosawa Y;Hamaoka T.
通讯作者：
Hamaoka T.

Changes in Optical Path Length Reveal Significant Potential Errors of Muscle Oxygenation Evaluation during Exercise in Humans.

光路长度的变化揭示了人类运动期间肌肉氧合评估的显着潜在错误。

DOI：
10.1249/mss.0000000000002530
发表时间：
2021
期刊：
Med. Sci. Sports Exer.
影响因子：
0
作者：
Endo T;Kime R;Fuse S;Murase N;Kurosawa Y;Hamaoka T.
通讯作者：
Hamaoka T.

筋酸素消費量の測定法とその限界

肌肉耗氧量的测量方法及其局限性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kime;R.;T. Endo;R. Tanaka;S. Fuse;M. Kuroiwa;Y. Kurosawa;T. Hamaoka.;木目良太郎，遠藤祐輝，田中璃己，布施沙由理，黒岩美幸，黒澤裕子，浜岡隆文
通讯作者：
木目良太郎，遠藤祐輝，田中璃己，布施沙由理，黒岩美幸，黒澤裕子，浜岡隆文

Effects of Exercise Training on Cardiac and Skeletal Muscle Functions in Patients with Chronic Heart Failure

运动训练对慢性心力衰竭患者心肌和骨骼肌功能的影响

DOI：
10.1007/978-3-030-48238-1_16
发表时间：
2021
期刊：
Advances in Experimental Medicine & Biology
影响因子：
0
作者：
Watanabe Tsubasa;Murase Norio;Kime Ryotaro;Kurosawa Yuko;Fuse Sayuri;Hamaoka Takafumi
通讯作者：
Hamaoka Takafumi