研究室概要

我々の研究室では、運動に対する"ヒト"の生理学的な呼吸循環系の応答、およびトレーニングを含む適応について研究を進めています。具体的には、運動中に換気量、酸素摂取量、心拍数、血圧に加え、呼吸筋力や横隔膜厚、マイクロニューログラムによる筋交感神経活動、超音波診断装置を用いて筋や脳への血流量などを測定することにより、運動時の呼吸・循環システムや相互関連性の解明、運動トレーニングの効果の解明などを進めています。さらにその応用として、低酸素を用いた生活習慣病の改善・予防法、急性高山病の予防や予知法、呼吸筋トレーニング法などの開発なども行っています。個人の研究内容や業績は、それぞれの個人ホームページに載っていますので、ご覧ください。

研究プロジェクト

1. 運動時の呼吸循環応答に関する研究

i) 運動時の換気亢進に関する研究
運動を開始するとともに換気は増加する。そのメカニズムは1世紀以上も生理学の論争の的になっている。我々の研究室では、運動開始直後約20秒間の神経性要因による換気急増の相（Phase I）に着目し、様々な条件、被検者グループにおける特性を明らかにしてきた。例えば、脚の運動より腕運動の方が換気応答が高いこと、高齢者の換気応答は若年者より遅れること、睡眠中の受動運動時の換気は覚醒時よりも高いことなどである。今後、運動時の換気亢進の新しいメカニズムとして、「認知・学習による意識的調節」という仮説を立て、それを証明するための実験を進める予定である。

ii) 呼吸筋活動と循環調節に関する研究
高強度の運動を疲労困憊まで行った場合には，呼吸筋力の指標に低下が認められる．すなわち，呼吸筋も四肢の骨格筋同様に疲労する．近年では，運動時の呼吸筋活動の増加や呼吸筋の疲労が血流調節（酸素運搬）を行う循環系へ影響を及ぼすことが次第に明らかにされている．高齢者や慢性閉塞性肺疾患患者など，呼吸機能が低下しているヒトでは，運動時の呼吸筋の活動や疲労が大きいため，代謝受容器反射による末梢血管収縮，血圧上昇が早期に起こり，活動筋への酸素運搬の制限によりパフォーマンスが低下することが推測される．

2. 様々な環境下での運動時の呼吸循環応答とその適応に関する研究

i) 低酸素や胸郭制限下での運動中の呼吸循環応答動態に関する研究 
我々の研究室では、ヒトの様々な環境下での運動中の呼吸循環応答の動態について明らかにしてきた。例えば、低酸素環境やベルトによる胸郭制限下での運動中の換気量、酸素摂取量、心拍数、動脈血酸素飽和度等を測定し、通常の運動と比較検討している。最近では、登山時と同じように吸気酸素濃度を徐々に低下させる低酸素暴露法を開発し、低酸素に対する生体の応答をより詳細・実践的に明らかにできるようになった。この方法を用い、急性高山病にかかりやすい人を、平地で予知できるスクリーニングテストの開発を試みている。

ii) 生活習慣病予防・改善を目的とした低酸素環境での運動に関する研究
高所・低酸素トレーニングは，平地環境における持久的パフォーマンスを向上させるために多くのアスリートにより用いられてきた．近年では，低酸素環境における有酸素性の運動トレーニングが，常酸素環境でのトレーニングより，動脈血管の柔軟性や機能の指標がより改善したり，糖質代謝が高くなることがわかった．いまだ未解明な点は多いが，低酸素環境における有酸素性運動は，循環系やエネルギー代謝に好影響を及ぼすことから，心血管系疾患や2型糖尿病など，生活習慣病の予防や改善の方法としての可能性を大いに秘めていると思われる．

教員

構成員名	役職	所属
石田 浩司	教授	健康運動科学（総合保健体育科学センター・体育科学部）
片山 敬章	教授	健康運動科学（総合保健体育科学センター・体育科学部）

研究実績

• 2016年

  1. Itoh Y, Katayama K, Iwamoto E, Goto K, Suzuki Y, Ohya T, Takao K, Ishida K. Blunted blood pressure response during hyperpnoea in endurance runners. Respir Physiol Neurobiol, 2016; 230: 22-28.
  2. Katayama K, Ishida K, Saito M, Koike T, Ogoh S. Hypoxia attenuates cardiopulmonary reflex control of sympathetic nerve activity during mild dynamic leg exercise. Exp Physiol, 2016; 101: 377-386.
  3. Sato K, Iemitsu M, Katayama K, Ishida K, Kanao Y, Saito M. Responses of sex steroid hormones to different intensities of exercise in endurance athletes. Exp Physiol, 2016; 101: 168-175.
  4. Katayama K, Yamashita S, Iwamoto E, Ishida K. Flow-mediated dilation in the inactive limb following acute hypoxic exercise. Clin Physiol Funct Imaging, 2016; 36: 60-69.

• 2015年

  1. Katayama K, Itoh Y, Saito M, Koike T, Ishida K. Sympathetic vasomotor outflow and blood pressure increase during exercise with expiratory resistance. Physiol Rep, 2015; 3: e12421.
  2. Iwamoto E, Katayama K, Ishida K. Exercise intensity modulates brachial artery retrograde blood flow and shear rate during leg cycling in hypoxia. Physiol Rep, 2015; 3.
  3. Katayama K, Suzuki Y, Hoshikawa M, Ohya T, Oriishi M, Itoh Y, Ishida K. Hypoxia exaggerates inspiratory accessory muscle deoxygenation during hyperpnoea. Respir Physiol Neurobiol, 2015; 211: 1-8.

• 2014年

  1. Petousi N, Croft QP, Cavalleri GL, Cheng HY, Formenti F, Ishida K, Lunn D, McCormack M, Shianna KV, Talbot NP, Ratcliffe PJ, Robbins PA. Tibetans living at sea level have a hyporesponsive hypoxia-inducible factor system and blunted physiological responses to hypoxia. J Appl Physiol (1985), 2014; 116: 893-904.
  2. Katayama K, Ishida K, Saito M, Koike T, Hirasawa A, Ogoh S. Enhanced muscle pump during mild dynamic leg exercise inhibits sympathetic vasomotor outflow. Physiol Rep, 2014; 2: e12070.

• 2013年

  1. Iwamoto E, Katayama K, Yamashita S, Oshida Y, Ishida K. Retrograde blood flow in the inactive limb is enhanced during constant-load leg cycling in hypoxia. Eur J Appl Physiol, 2013; 113: 2565-2575.
  2. Katayama K, Yamashita S, Ishida K, Iwamoto E, Koike T, Saito M. Hypoxic effects on sympathetic vasomotor outflow and blood pressure during exercise with inspiratory resistance. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2013; 304: R374-382.
  3. Katayama K, Fujita O, Iemitsu M, Kawano H, Iwamoto E, Saito M, Ishida K. The effect of acute exercise in hypoxia on flow-mediated vasodilation. Eur J Appl Physiol, 2013; 113: 349-357.

• 2012年

  1. Iwamoto E, Katayama K, Oshida Y, Ishida K. Hypoxia augments oscillatory blood flow in brachial artery during leg cycling. Med Sci Sports Exerc, 2012; 44: 1035-1042.
  2. Ishida K, Miyamura M. Neural regulation of respiration during exercise -Beyond the conventional central command and afferent feedback mechanisms. The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine, 2012; 1: 235-245.
  3. Katayama K, Iwamoto E, Ishida K, Koike T, Saito M. Inspiratory muscle fatigue increases sympathetic vasomotor outflow and blood pressure during submaximal exercise. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2012; 302: R1167-1175.

• 2011年

  1. Katayama K, Ishida K, Iwamoto E, Iemitsu M, Koike T, Saito M. Hypoxia augments muscle sympathetic neural response to leg cycling. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2011; 301: R456-464.
  2. Hotta N, Ishida K, Sato K, Koike T, Katayama K, Akima H. The effect of intense interval cycle-training on unloading-induced dysfunction and atrophy in the human calf muscle. J Physiol Anthropol, 2011; 30: 29-35.

• 2010年

  1. Ishida K, Katayama K, Akima H, Iwase S, Sato K, Hotta N, Miyamura M. Effects of deconditioning on the initial ventilatory and circulatory responses at the onset of exercise in man. Adv Exp Med Biol, 2010; 669: 319-322.
  2. Katayama K, Goto K, Ishida K, Ogita F. Substrate utilization during exercise and recovery at moderate altitude. Metabolism, 2010; 59: 959-966.
  3. Katayama K, Yoshitake Y, Watanabe K, Akima H, Ishida K. Muscle deoxygenation during sustained and intermittent isometric exercise in hypoxia. Med Sci Sports Exerc, 2010; 42: 1269-1278.
  4. Sato K, Katayama K, Hotta N, Ishida K, Akima H. Aerobic exercise capacity and muscle volume after lower limb suspension with exercise countermeasure. Aviat Space Environ Med, 2010; 81: 1085-1091.

研究キーワード

運動、ヒト、呼吸、循環、適応、トレーニング、低酸素、呼吸筋、運動時換気亢進

石田ホームページ

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その他

運動・トレーニングと呼吸循環系に興味のある大学院生を募集しています。これまでスポーツ関係の学部の卒業生、栄養士、理学療法士、医師などいろんな方面からの出身者が研究室に所属し、学位を取得し、その多くは大学の教員として活躍しています。運動は健康そして医学と密接に結びついています。この研究室で学んだことが、臨床または教育の現場で役に立つことは間違いありません。一度、見学に来てみてください。