Exercsei adaptation and learning mechanism of respiratory and circulatory control system and development of a time-series prediction model for system change

呼吸循环控制系统的运动适应和学习机制及系统变化时间序列预测模型的开发

• 批准号: 22H03476
• 负责人: 宮本 忠吉
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Osaka Sangyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03476/
• 关键词: セントラルコマンド; 学習; 呼吸調節; 循環調節; 運動負荷; 運動学習; 運動適応; 呼吸循環反応; 心拍数; 時系列解析; フィードフォワード制御; 高次脳; 学習機構; システム変容; 時系列予測モデル; 呼吸循環調節

本研究の目的は、システム定量解析法を用いて呼吸循環調節系の運動適応・学習機構を解明し、生体システム変容の時系列予測モデルを開発することである。以下の研究①②③の課題解決を通じて、従来の研究手法では困難だった制御系内の運動適応能や恒常性維持の生理学的機構の時間的理解が向上し、幅広い年齢層や多様な人々のQuality of Life（QOL）の向上、将来的な疾病予防法や健康寿命の延伸プランニングなど、身体運動適応性の原理に基づく安全かつ効果的な運動プログラムの開発に寄与することが期待される。初年度から2年間の研究計画では、運動開始前の高位中枢からの神経性ドライブ（フィードフォワード制御）による予測的心拍、血圧、換気亢進反応に焦点を当て、その学習機構の解明に取り組む予定である。初年度は、ノーマル条件下で7回の高強度運動を実施し、被検者の脳循環、呼吸代謝、筋活動に関する時系列データを取得した。また、計７回のすべての試行時において最大運動パフォーマンスを測定し、予測制御による呼吸循環反応の変化が何回目の試行でどの程度発現し、その結果最大運動パフォーマンスがどの程度変化するかを比較検討した。高強度運動を3日間で計7回のトライアルを繰り返すことで、初期のピークワット値は被験者間でばらつきがあるものの、9～14%増加することが判明した。さらに、試行回数が増えるほど、実験中に計測される心拍数のベースライン値が測定開始初日の基準値よりも高くなり、各日程で試行を繰り返すことでさらなる心拍数のベースライン値の上昇と最高到達心拍数の上昇が認められた。本実験プロトコールを用いて、次年度も引き続き高位中枢による予測・見込み制御の学習機構の解明に取り組む。

The purpose of this study is to apply the quantitative analysis method of respiratory cycle regulation system to understand the mechanism of respiratory cycle regulation, and to develop the prediction method of biological cycle regulation system. The following research topics are addressed in the following ways: difficulties in controlling exercise fitness within the system, physiological mechanisms for maintaining constancy, understanding of time, upward and downward trends in disease prevention, and extension of healthy life span. The principle of fitness for physical exercise is based on safety and effectiveness. In the first two years of the study, the focus of the heart beat, blood pressure, and hyperventilation measured before the start of exercise was determined, and the analysis of the learning mechanism was determined. In the first year, 7 cycles of high-intensity exercise were carried out under the same conditions, and the time series related to the circulation, respiratory metabolism and muscle activity of the affected person was obtained. The maximum movement of the 7-cycle test was measured, predicted, and the respiratory cycle was reversed. The maximum movement of the 7-cycle test was compared. High intensity exercise: 3 days, 7 cycles, 9~14% increase, 9~14% increase In addition, the number of trial cycles increases, the number of heart beats measured in the middle of the day increases, the number of heart beats measured in the middle of the day increases, and the number of heart beats measured in the middle of the day increases. This paper introduces the application of the system, the next year's system, the system and the system.

项目成果

Physiological role of anticipatory cardiorespiratory responses to exercise.

• DOI: 10.14814/phy2.15210
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Physiological reports
• 影响因子: 2.5
• 作者: Miyamoto T;Sotobayashi D;Ito G;Kawai E;Nakahara H;Ueda S;Toyama T;Saku K;Nakanishi Y;Kinoshita H
• 通讯作者: Kinoshita H

システム生理学的アプローチを用いて、 生体の統合的呼吸・循環調節機構の解明をめざす。

使用系统生理学方法，我们的目标是阐明生物体的综合呼吸和循环调节机制。

Acute effects of regional heat stimulation by indirect moxibustion on cardiovascular responses.

• DOI: 10.1186/s12576-022-00855-z
• 发表时间: 2022-11-24
• 期刊: JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES
• 影响因子: 2.3
• 作者: Nakahara, Hidehiro;Kawai, Eriko;Miyamoto, Tadayoshi
• 通讯作者: Miyamoto, Tadayoshi

週1回の高強度インターバルトレーニングはアスリートの最大呼吸循環機能および運動パフォーマンスを改善する.

每周高强度间歇训练可改善运动员的最大呼吸循环功能和运动表现。

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊藤剛;フィーリー真利奈;仲田秀臣;澤井亨;大槻伸吾;宮本忠吉.
• 通讯作者: 宮本忠吉.

高位中枢による呼吸循環系の予測・見込み的制御の神経性・体液性調節機構の解明

阐明高级中心对呼吸和循环系统的预测性和前瞻性控制的神经和体液调节机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮本忠吉;伊藤剛;フィーリー真利奈;嶋田愛;中原英博; 澤井亨;仲田秀臣;大槻伸吾.
• 通讯作者: 大槻伸吾.