JP2014515686A - ヒトにおけるヒト成長ホルモン生成を強化するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

ヒトにおけるヒト成長ホルモンの生成を強化するための調整プロセスは、被験者の肢に対して加圧された冷却を適用する第1のステップを有する。このヒトは、上昇労作を経て、その後一連の調整サイクルを経て、その後下降サイクルを経る。調整サイクルは、激しい労作期間と、その後の低労作期間を含み、上昇サイクル、調整サイクル、および下降サイクルの間に、肢に対する圧力冷却は、収縮期血圧の33%〜220%の割合として設定される。

Description

本発明は、運動装置と共に使用するための身体調整方法に関する。特に、本発明は、ヒト成長ホルモン(HGH:human growth hormone)を強化させるための調整方法に関する。

筋肉量を増加させる1つの先行技術の方法は、低強度抵抗トレーニングを利用するものであり、比較的軽量かつ可撓性のカフまたは弾性バンドが被験者の下肢または上肢の近位部分に配置され、このカフまたはバンドにより血流を低下させるのに十分な狭窄が肢に加えられる。結果的に得られる血流の低下により、心臓に関連する血流の阻害に対して、筋の毛細血管内においては血液貯留が生じる。「Effects of resistance exercise combined with moderate vascular occlusion on muscular function in humans」(J Appl Physiol 88: 2097-2106、2000、by Takarada)の記事は、軽度の運動と血管閉塞との組合せによる筋肉量の強化を教示している。この閉塞を実現する1つの例示的なシステムが、米国特許公開第2006/0281611号、PCT/JP2003/016163として公開された日本国特許出願、および米国特許第7,413,527号に記載された、SatoのKAATSUシステムである。このシステムにおいては、狭窄バンドが、乳酸の蓄積を高めるために、身体調整されることとなる肢の周囲に配置される。毛細血管の血液酸素交換速度以下での長期間の労作は、有酸素運動として知られており、筋の毛細血管の酸素交換速度超での短期間の労作は、無酸素運動として知られている。上述のSatoの先行技術のシステムは、循環狭窄および有酸素運動の組合せに関する。

米国特許公開第2006/0281611号明細書 国際出願第PCT/JP2003/016163号明細書 米国特許第7,413,527号明細書

「Effects of resistance exercise combined with moderate vascular occlusion on muscular function in humans」(J Appl Physiol 88: 2097-2106、2000、Takarada)

本発明の第1の目的は、ヒト被験者におけるHGH生成を強化するための方法である。この方法は、被験者の体肢に対して加圧カフを適用する第1のステップを有する。加圧カフは、ヒトの血液の温度に比べて低い温度の循環流体を収容する。また、この方法は、収縮期血圧の33%〜220%の範囲の流体流および流体圧を実現する第2のステップと、心拍数と血圧とが平衡状態に達するまでの期間にわたり被験者が労作強度を上昇させる第3のステップと、反復的な激しい調整サイクルの第4のステップとを有する。この各調整サイクルは、一連の激しい高レベル労作とその後の低レベル労作との繰返しを有する。また、この方法は、クールダウン期間中に被験者の脊柱に対して低温可撓性表面を適用する第5のステップを有する。

本発明の第2の目的は、活発な運動期間の後に、水平位置にある被験者の脊柱に対して可撓性冷却パッドを適用することにより脊柱内の脳脊髄液(CSF: cerebrospinal fluid)を冷却することによって、脳への酸素輸送を強化するための方法である。この可撓性パッドは、第1の温度を有する循環冷媒を備え、第2の領域により囲まれた、細長領域を有する。この第2の領域は、細長領域の冷媒よりも高い温度を有する冷媒を循環させる。細長領域は、好ましくは、被験者の脊柱領域に対する結合が可能である。

本発明は、身体労作ならびに心拍数および収縮期血圧のモニタリングと組み合わせて、被験者の肢に対して圧力および冷却を適用することにより、ヒトの被験者において自己生成的なHGHを強化させるための方法である。上昇期間中には、被験者は、この上昇期間中に安定状態の血圧および心拍数に到達するまで、中程度の労作に関与し、この期間に、肢のカフ圧力は、収縮期血圧の33%〜220%の範囲内である圧力Pへと設定される。1つまたは複数のその後の調整サイクルの間に、各調整サイクルは、高い被験者労作率と、その後の比較的低い被験者労作率とを有し、各調整サイクルは、1〜4分の期間範囲内の激しい労作期間と、その後の1〜4分の期間範囲内の低労作期間とを有する。3回のかかるサイクルが実施され、その後、クールダウンサイクルが行われる。クールダウンサイクルの後に、被験者は、水平位置に配置されて、冷却された脊柱パッドの上において休息する。

本発明の別の実施形態においては、被験者は、激しい労作期間の後に、冷却パッド上において水平位置に配置され、この冷却パッドは、脊柱から熱を優先的に除去することにより、CSF温度を低下させて、脳へのCSF酸素の送達を改善する。

本発明の別の実施形態においては、被験者の休息血圧が、加圧されるカフ内において上昇する圧力を使用して測定され、この休息血圧は、後に加圧冷却期の間に使用される加圧冷却圧力を実現するために、この休息血圧の33%〜220%などの範囲と組み合わされて使用される・

本発明の別の実施形態においては、被験者は、一連の加圧されるカフを備えた状態で無重力環境内に位置し、これらのカフの圧力および温度は、無重力環境内にいる間に、歩行または他の運動を模倣するようにシーケンス動作させられる。これにより、静脈中の循環が改善される。

本発明の別の実施形態においては、無重力環境内の被験者が、膨張可能カフを装着し、定期的圧力が、逆流血流を防止し循環を改善させるように静脈弁を閉じさせ得るシーケンスで、カフに対して与えられる。

コア冷却システムを示す図である。 図1の圧力冷却システムにより包囲された被験者の体肢を示す図である。 本発明による調整プロセスを示す図である。 本発明による調整プロセスを示す図である。 運動および調整プロセスと共に利用するための脊柱冷却プロセスを示す図である。 調整プロセス中に被験者において測定されるような心拍数および印加されるカフ圧力の身体パラメータのプロットである。 宇宙において宇宙飛行士に対して適用された圧力/冷却カフを示す図である。 多様な異なる環境条件の中の1つにおける静脈性動脈および静脈弁の応答を示す図である。 多様な異なる環境条件の中の1つにおける静脈性動脈および静脈弁の応答を示す図である。 多様な異なる環境条件の中の1つにおける静脈性動脈および静脈弁の応答を示す図である。 多様な異なる環境条件の中の1つにおける静脈性動脈および静脈弁の応答を示す図である。 多様な異なる環境条件の中の1つにおける静脈性動脈および静脈弁の応答を示す図である。 連続膨張カフの断面図である。 ゼロ重力環境において血液流の強化を可能にする印加されるカフ圧力の経時的なプロットである。 ユーザと接触状態にある冷却マットを示す図である。 図6の冷却マットのアイソプレーナ温度プロットである。 図7の温度プロファイルの断面図である。

図1は、本調整プロセスと共に使用するためのコア冷却装置100を示す。リザーバ104が、エチレングリコールなどの不凍剤または抗菌剤もしくは抗真菌剤と混合された水などの、冷却された熱伝達流体108を供給する。流体108は、冷却/熱交換ユニット112により調整された温度を有する。この冷却/熱交換ユニット112は、流体108から熱を除去するための冷却コイル110を備えてもよく、冷却器/熱交換器112は、除去された熱エネルギーを外部環境へと伝達する。リザーバ104を出る循環冷媒108は、優先的には、(華氏38〜60度)の温度範囲にあり、冷媒108は、ポンプ106から共通マニホルドを通り圧力/冷却カフ120、122、124、126、128、および130まで循環される。圧力および流れは、調整弁121、123、125、127、129、および131によりそれぞれ制御される。個別に制御される各カフは、血液循環を低下させるための圧力と、気化冷却(発汗)反応を抑制するための低温とを供給し、その後、カフを出た流体は、帰還マニホルド101などを通りリザーバ104へと排出されて戻る。特に、体肢カフ122、124、128、および130は、対応する肢における血液の冷却との組合せで血液循環の制限を実現するために使用される。

身体運動中に熱を除去するための冷却された冷媒の使用と組み合わせて、循環を低下させるのに十分なレベルにおいて被験者の肢に対して圧力を印加することは、本特許出願においては、「コア冷却」または「加圧コア冷却」と呼ばれる。印加されるカフ圧力Pは、典型的には、労作中の被験者の筋肉に「灼熱感」(被験者の快適レベルにより決定されるような)を引き起こすのに十分なレベルの、しかし低酸素症または血管閉塞のレベル未満の、収縮期血圧の割合であり、好ましいコア冷却圧力は、収縮期血圧と共に変動するが、典型的には先述のように33%〜220%の範囲の、収縮期血圧の一定の割合である。血圧の測定は、マイクロフォンセンサの追加と、加圧冷却の一部としてカフにおいて上昇する既存圧力の使用とにより、血圧カフに組み入れられてもよい。

本発明の別の好ましい実施形態においては、初めに、調整を行うためのプロセスが、初期運動の際の低い機械抵抗と共に開始される。その後、運動抵抗(およびそれに付随する労作)レベルが、上昇させられる。血圧および心拍数が平衡値に達する(ならびに動作圧力Pが血圧などの身体パラメータの変化に基づき調節され得る)初期上昇期間の後に、一連の調整サイクルが、実施される。これらの調整サイクルは、1つまたは複数の各調整サイクル群において行われ、各調整サイクルは、数分の期間にわたり継続する被験者の激しい身体労作と、その後の数分間の期間にわたる低レベルのワークアウトとを含む。これらの高レベル労作および低レベル労作は共に、比較的一定の肢圧力が印加された状態で行われる。その後、下降期間が実施され、その後、脊柱および腰部に対して冷却された冷媒嚢を適用することなどにより、圧力を伴わないコア冷却が適用され、その際、優先冷却が、長尺の脊柱領域に対して適用される。

本発明の好ましい一実施形態においては、コア冷却は、運動後のクールダウン期間中に適用され、脊柱の温度を低下させることにより、結果的により低い脳脊髄液(CSF:cerebral spinal fluid)温度が得られる。低温のCSFは、溶存酸素のより高い分圧を支援することが可能である。この酸素濃度を高めたCSFは、酸素濃度を高めたCSFの熱対流循環などにより、脊柱の冷却された部位を通り、4つの脳室へと輸送され、これにより、脳に供給される酸素レベルが高められる。

コア冷却の目的は、20分間にわたりまたは筋組織中における乳酸の貯留を引き起こすのに十分な期間にわたり継続する運動期間の際に静脈血流を減速させることによって、血管の性能を最適化することである。調整サイクル後に肢の狭窄を解除すると、貯留された乳酸が急激に放流されることにより、被験者の下垂体に対して刺激が与えられ、これが、さらなるHGH生成を誘発する。ヒトの寿命の間で、HGHは、身体が高い代謝率で機能している9〜12歳(pre-teenage)の間には、その後の年齢と比べると比較的高いレベルで身体により生成される。ヒトの身体は、10年間ごとにHGH生成能力の約14%を失い、この喪失は、思春期周辺のピークの生成年齢後から続く。本発明の方法および装置を使用して健康な成人から得られた測定値は、圧力冷却により筋組織中に乳酸を貯留し、それにより下垂体反応を強化すると、先行技術のシステムに比べてHGH生成が上昇するという効果によって、基本となる制御レベルよりもHGHレベルを300%高めることが可能であることを示す。本圧力冷却装置およびそれに付随する運動方法を使用した被験者のHGHの最近の測定値は、コア筋肉の有酸素運動と圧力冷却体肢の無酸素運動を実施した場合には、400%〜1200%のHGHの上昇を示す。有酸素運動を無酸素状態の圧力冷却体肢と組み合わせることが、HGH生成を最適化する本発明の最良の態様であると考えられている。

本装置および関連するプロセスの冷却方法は、活発な運動によるHGH生成効率の上昇において、固有の利点をもたらす。典型的な運動の際には、筋肉の細胞レベルで生じる電気化学反応により、熱が発生するが、熱の上昇を抑えるためにヒトにおいて使用されるメカニズムは、身体発汗として経験される皮膚表面における気化冷却である。ヒトの発汗冷却メカニズムの結果として、血液は、筋組織への栄養素および酸素の供給から切り替えられて、労作における筋群への栄養素の輸送の代わりに皮膚に対する冷媒として使用される。被験者が運動し、コア温度が上昇すると、より多量の血液が、栄養素需要のある深部の筋組織から、身体冷却のために皮膚表面へと回される。激しい運動の際には、最大で40パーセントの血流が、身体冷却のために運動中の筋から皮膚表面へと回されるが、この筋中の毛細血管流の低下が、運動中に経験される乳酸燃焼の原因となる。本発明においては、有利な乳酸貯留が、静脈瘤制限により実現され、上昇期間中の乳酸貯留、および特に調整サイクル中の乳酸貯留は、圧力カフが減圧または除去される最終の調整サイクルの終了時に急激に解除される。この急激な解除により、高濃度の乳酸が放流されることによって、乳酸は、本発明の圧力冷却を伴わない場合よりも大きな下垂体反応を誘発する。圧力と同時に冷却を適用することにより、血液が皮膚表面へと回される代わりに、筋中の血流が維持され、その結果として、最高濃度の乳酸および最大の下垂体反応が得られる。また、筋の労作に付随する筋組織中の化学反応により、血液の加温が生じ、血液温度が上昇すると、この高温によりヘモグロビンの酸素供給能力が低下することによって、結果として酸素輸送が低下する。対照的に、伝導表面冷却および対流表面冷却は、激しい労作を行うスイマーが経験するものであり、スイマーは、筋中においてより高い循環を受け、血液温度の上昇による酸素の減少は下がる。水泳により得られる有利な冷却は、水泳労作中に水平位置にあることにより、逆行する静脈血流に対する保護をもたらす静脈弁の効果が低下するという欠点によって、相殺される。さらに、垂直配向にある身体による労作中には、特に歩行に付随する足および脚の運動に関する筋力が、大腿および脚の筋中に位置する静脈血弁に対して最適に動作するが、水中での水泳および蹴りに付随する筋群は、地上での歩行の筋群と同様には効率的に機能しない。労作中には、付近の筋群は、静脈壁および静脈弁に対して動作している。直立位置にある場合には、これは、筋組織中に位置する静脈一方向弁を通り心臓へと血液を押し戻すポンプ動作をもたらすが、この弁および筋のポンプ動作は、循環系が直立垂直位置で動作している場合に、最適となる。本発明のコア冷却を利用すると、体肢の圧力冷却と組み合わされたコア身体温度の低下により、血液酸素が増加し、身体の汗による気化冷却のために必要とされる際に筋組織から他へ回される血液が減少する。

本発明の別の態様においては、身体の接地により、深い睡眠の原因となるセロトニンの放出が引き起こされる。また、セロトニンの放出は、HGH生成にも寄与する。接地は、被験者が操作する運動マシン、スペーストラベル用に使用されるもしくは地球上で使用されるスペースカプセルなどの周囲の筐体、場合によっては被験者に隣接する地面などの、金属筐体または金属構造体を含む、被験者の付近に位置する接地と呼ばれる基準電圧に対して、被験者を電気的に接続することによって、実現され得る。

図1Aに示す本発明の一態様においては、図1の各圧力冷却カフ122、124、128、および130の圧力は、収縮期血圧の33%〜220%の範囲より選択される動作値Pへと個別に設定される。これらのカフの動作は、体肢160を包囲する特定のカフ122に関して詳細に示される。動作中には、典型的な静脈152を有する被験者の腕160が、入口176からの冷却と共に、高圧を受けるが、この圧力は、カフ122マニホルド164に対して結合され、複数の可撓性カフ通路168を通り送られる。これらの複数の可撓性カフ通路168は、拡張し、被験者の腕160中の静脈152に対して冷却および圧迫圧力を与える。出口マニホルド166内に収集された冷媒は、調整弁123へと、および出口174へと進む。圧力制御装置170は、被験者の腕160に対して結合された音響変換器162を使用して収縮期血流が検出されなくなるまで、弁123の流れを低下させることによりカフ122内の圧力を上昇させる。圧力制御装置170は、弁123の流れが低下したことにより音響センサ162の使用によって検出される流れがなくなった後に、圧力センサ173を使用してカフ122内の圧力の測定を行う。次いで、治療を目的とした動作圧力が、弁123の流れを増加させることによりこの収縮期圧力の33%〜220%などの割合の圧力Pへと設定され、最終的に、圧力検出器173が、この同じ所望の動作圧力を報告する。この血圧測定プロセスは、治療の間に血圧が変動し得るため、運動サイクル中の様々な期間に反復されてもよい。休息時の典型的な健康な患者においては、収縮期血圧は、120mmHgであり得るが、運動上昇期の最中には、収縮期血圧は、180mmHgに達し得ると共に、調整サイクル血圧は、190mmHgに達する場合があり、その結果として、カフ動作圧力Pは、休息時には96mmHgとなり、運動上昇中には144mmHgとなる。カフ圧力は、圧力上昇および被験者の冷却上昇によるHGH生成の最適化と、減圧または冷却を弱めることに伴う患者の快適度の最適化と間における妥協点に基づき、各ユーザに対して調整される。また、この圧力パラメータおよび冷却パラメータは、運動期間およびクールダウン期間中の被験者の運動労作レベルによっても影響される。一般的には、カフがより幅広であるほど、ユーザに対する快適度レベルが向上し、すなわち、より長い運動ワークアウトが可能となる。なぜならば、筋群の幅狭断面に対して狭窄圧力が加えられる不快さが、軽減され、圧力カフにおける冷却の付加により、血液が筋から皮膚表面の毛細血管へと回され、皮膚表面の発汗を結果的にもたらす場合に生じるHGH減少が最小限に抑えられることによって、運動期間がより長くおよびより効果的になるためである。筋群の長さの20%〜80%の範囲を覆って動作する液体加圧/液体冷却式膨張可能カフが、快適度の改善をもたらすと考えられている。これは、カフ圧力を単独で使用することにより得られる有酸素運動および無酸素運動の期間よりも、大幅にこれらの運動期間が延びる。さらに、肢における血液温度の低下により、血液中の酸素貯蔵をより高めることが可能となり、これにより、筋の労作を延ばすことが可能となり、これにより、高い乳酸レベルが生じ、それにより、下垂体による高レベルのHGH生成が誘発されると考えられている。

図2Aは、図1および図1Aにおいて説明される装置と組み合わせて使用されるプロセス200の詳細図を示す。休息時にある被験者が、運動設備に入る。この運動設備は、ステップ202において圧力冷却と組み合わせて使用される。また、ステップ204においては、被験者は、冷却圧力カフ(図1の120、122、124、126、128、130など)を適用される。ステップ206において、カフ圧力が、図1の循環ポンプ106を作動させ、弁121、123、125、127、129、または131を閉じることなどにより、印加され、この期間中に、収縮期血圧が、カフごとに測定されてもよく、または単一の測定が、全てのカフに対する印加に関して測定されてもよい。血圧測定は、好ましくは図1Aに関連して説明された方法を使用することにより、運動療法中の任意の時点で行うことが可能である。ステップ208において、動作カフ圧力が、先述のような収縮期血圧から導出されたしきい値Pへと設定される。ステップ210および212においては、被験者は、運動レベルを激しいレベルにまで上昇させ、ステップ212においてこのレベルを20分間にわたり維持する。この上昇期の間、被験者は、快適度に関して個々のカフ圧力を調節してもよく、または、これらのカフ圧力が、図1Aにおいて説明されるように測定された収縮期血圧に基づく新たな動作圧力Pに対する現在の収縮期血圧の一定の割合として自動的に再計算されてもよい。HGHポンプ調整サイクルが、ステップ214、216、218に示されるが、このサイクルは、激しい運動ステップ214と、低レベル運動216とを含み、この低レベル運動216は、プロトコルに応じてN回のサイクルにわたって実施される218。3回のサイクル(N=3)が、満足な成果をもたらす一般的な調整サイクルである。プロトコルの完了時に、図2Bに示すように、循環ポンプ106をオフに切り替えるか、またはフロー弁121、123、125、127、129、および131を開くことなどによる、カフの減圧を含む、クールダウンサイクルが実施される。ステップ242において、被験者は、減圧されたカフを除去し、その後、20分などのクールダウン期間にわたって冷却マット状に横たわる244。このとき、被験者は、水平位置にあり、冷却マットは、脊柱に対して冷却を与えることにより、特に、水平位置にある患者に関連して先述したようにCSFを冷却する。冷却マット244上において水平位置にて過ごす244期間は、図3に示すように、心拍数および血圧を休息レベルへと戻すのに必要な時間量により決定される。

図2Cは、図1および図1Aの圧力冷却を伴うまたは伴わない、任意の運動療法に対する有利なCSF冷却の適用を示す。この適用においては、被験者は、典型的には20分超の期間にわたる有酸素運動または無酸素運動を行い、その後、接地された冷却マット上に横になる。この冷却マットは、脊柱に結合される。好ましい調整プロセスにおいては、被験者は、接地された冷却マット上に横になり、本発明の別の実施形態においては、冷却マットは、脊柱および周辺組織の広い表面積に対する華氏38〜68度などの冷却温度の印加を行う。本発明の一実施形態においては、脊柱領域は、華氏50度など(華氏38〜68度)の一定の第1の温度へと冷却され、脊柱領域の両側の周辺領域は、第1の温度および華氏38〜68度などの範囲よりも若干低い温度へと冷却され、さらに、2秒の範囲内のサイクル時間を有するパルス圧力を伴う。しかし、このパルス圧力は、この平常サイクル時間よりも2倍もしくは3倍速くても、または遅くてもよい。

図3は、心拍数に関する調整プロセスを示す。被験者は、T0〜T1の第1の期間の間は、70拍動/分(bpm)の規定心拍数にある。この間に、図2のステップ202、204、206、208において説明したように、運動マシン設備が設定され、圧力カフが適用されることとなる。ステップ210およびステップ212において説明される上昇期は、図3のT1〜T2の期間内に示され(中程度の抵抗に設定された運動マシンによる20分の運動など)、運動マシンによる運動抵抗の上昇により実現されるものなどの激しい運動(T2〜T3)の3度の反復と、運動マシン抵抗の低下などによる労作の低下(T3〜T4)とが、第1の調整サイクル(T2〜T4)、第2の調整サイクル(T4〜T6)、および第3の調整サイクル(T6〜T8)として示される。クールダウンサイクルは、T8〜T9の期間に示される。

図4Aは、宇宙飛行士用の調整ステーションまたは運動ステーションと共に使用するためなどの無重力空間内において冷却および圧迫を与えるのに適した、本発明の一実施形態を示す。スペーストラベルの問題の中の1つは、重力欠如により筋肉使用および労作が低下し、それにより筋委縮および筋緊張消失に至る点である。さらに、重力作用を受ける血圧の欠如により体肢における静脈反圧効果が慢性的に欠如することによって、静脈弁が完全にまたは部分的に開いた状態に留まり、これにより、静脈血流の逆流および低下が生じる。地球の重力の影響下においては、末梢血管系の静脈弁は、筋群がそれにより囲まれる静脈を定期的に圧迫することによって、静脈弁における反圧効果が発達し、連続する筋収縮の最中に血液が変位されることにより循環が強化されるため、血液循環を強化することが可能である。近位および遠位という解剖学的用語は、それぞれ心臓により近い、および心臓からより遠い、構造体の相対位置を指す。地球の重力の影響下にない場合は、静脈弁の近位側において重力作用を受ける血圧はなくなり、これにより、静脈弁は、部分的に開いた状態に留まり、静脈弁および静脈系を通る逆流血流が、引き起こされる。下肢におけるこの循環率の低下は、特に問題であり、無重力環境に慢性的にさらされることにより、スペーストラベルに伴う長期間の間に循環の衰弱化およびそれに付随する循環器疾患に至る恐れがある。図4Aは、血管刺激システム400と共に、無重力環境内のヒトの被験者401を示す。この血管刺激システム400は、圧力/冷却制御措置402、重力模倣カフ404、大腿カフ406、腓腹カフ408、および足カフ410を備える。これらのカフ404、406、408、410の中の少なくとも1つのカフが、図1および図1Aに関して説明したように、圧力/冷却カフである。制御装置402は、一定の温度冷媒を供給し、戻し弁が、重力模倣カフ402、大腿カフ406、腓腹カフ408、および足カフ410のそれぞれについてのP1、P2、P3、およびP4の各圧力を制御する。図4Bおよび図4Cは、1G環境における脚の静脈450を示し、静脈450内の直立重力血圧452が、静脈弁454を閉じるのを支援する。可撓性の静脈450を囲む筋における筋収縮により、圧迫圧力460が得られるが、この圧迫圧力460は、図4Bのこの重力血圧452を克服し、筋生成反圧効果460に応答して静脈弁458が開く期間に、静脈弁458を通して血液456を放出する。その後、図4Bに示すように、弁458は、重力反圧効果に応答して閉じる。運動などによる、図4Cの筋圧力460の反復的な印加により、筋誘発局所的血圧に応答して静脈弁458が開く反復サイクルが得られ、重力誘発血圧458により、図4Bに示すように静脈弁454が閉じる。静脈弁の動作に関する宇宙での0G無重力の問題が、図4Dおよび図4Eに示される。同静脈450が、重力の印加を全く受けず、重力血圧を生じさせないことにより、結果的に静脈弁458は、開いた状態に留まり、その結果として、図4Dに示すように逆流470が生じる。静脈弁の閉じが不完全であることに起因する体肢における逆流血流470の問題は、循環系中における血液の送達が弱まるため、スペースフライトにおいては重大な長期的リスクとなる。図4Aの圧力カフは、一連の圧力印加を制御することが可能であり、この一連の圧力印加は、重力環境内における静脈弁に対する重力の反圧作用を模倣する様々な方法において操作される。これにより、無重力環境内において静脈帰還血流を強化することが可能となる。図4Dは、第1の期間中に静脈弁458を閉じた状態に維持するように、動的にカフ圧力474を与える効果を示し、図4Eは、遠位筋圧力482が印加されるその後の期間を示す。この遠位筋圧力482は、図4Eに示すカフ圧力474を克服するか、または代替的には、カフ圧力は、運動動作が検出もしくは予期される場合に低下する。

本発明の別の実施形態においては、各圧力カフ406、408、410が、図4Gに示すように、指向性圧力を与える一連の連続膨張チャンバを備える。肢490が、遠位位置の第1の膨張チャンバ491、第2の膨張チャンバ492、第3の膨張チャンバ495、および近位位置の第4の膨張チャンバ497を有する、加圧カフにより囲まれるが、これは、膨張制御のための孔を有する隔壁で各チャンバを相互連結することにより実現され得る。第1のチャンバ491が加圧されると、第2のチャンバ492は、破線494で示される領域まで膨張し、その後、第3のチャンバが、破線496により示される領域まで膨張し、それにより、血液が近位方向に配向される。連続的に膨張するようなこれらのカフの動作は、任意の各カフ406、4008、または410に対して使用され得る。本発明の別の実施形態においては、カフ406、408、および410におけるチャンバの構成と、膨張の順序とが、カフ410の場合には歩行の変化する足圧力、またはカフ406および410の場合には歩行に伴う筋収縮などの、自然な動きを模倣するために使用されてもよい。カフ404は、図4Eに示すように、静脈弁を閉じるために初期反圧作用を生じさせるという単一の目的で独立的に動作してもよい。静脈圧迫の動作範囲は、収縮期血圧の25%である値の50%以内であるべきであり、加圧されるカフ圧力の適切な範囲は、18〜28mmHgであると考えられている。

図5は、無重力環境において使用するための各カフに関する可能な圧力プロファイルの一例を示す。単一のサイクルが、開始520から終了532までに示され、その後、このサイクルは、時点520において反復される。重力カフ404が、時点520において加圧されP1、その間に、静脈帰還圧力が、期間520から522にかけて上昇し始める。他のカフは、期間522から524にかけて加圧され、524から526にかけて解除され、次いで、重力カフP1が解除される時点528まで再度加圧され、カフP1、P2、P3内の圧力により、血液が心臓へと活発に戻される。これらの圧力カフは、時点530にて解除され、回復期間532がその後に続き、その後、時点520においてサイクルが再度開始される。本発明の一実施形態においては、520から532にかけてのサイクル時間は、30秒である。無重力環境内における循環を改善するための本発明の一実施形態においては、一連の圧力が、カフ406、408、410に対して印加される。これは、歩行の筋収縮を模倣したものであり、これにより血流が改善される。無重力環境における歩行の模倣により循環を改善するための本発明の別の実施形態においては、一連の圧力が、カフ410に対して印加されるが、初めに、圧力は、足の球関節に対して印加され、その後、圧力は、足の踵に対して印加される。本発明の別の実施形態においては、一連のカフ圧力は、カフ404、406、408、および410に対して印加され、これにより、図4Eに示す態様で静脈弁を閉じるカフ404、406、408、410における短期間の圧力印加によって、カフ404による遠位静脈弁の閉じが支援されるため、無重力環境における血流が改善される。本発明の別の実施形態においては、肢からおよび心臓の方向に静脈血を近位方向に送る、第1の一連の圧力が印加され、静脈弁をその後閉じる、第2の一連の圧力が印加されることによって、静脈遠位逆流が防止される。

有酸素運動による乳酸によりHGH生成を誘発するための本発明の一実施形態においては、加圧および冷却されるカフが、最適な血管収縮(静脈の直径の温度誘発縮小)を引き起こすように動的に調節される温度を有する冷却された液体を有する。運動中の静脈の温度関連血管収縮のレベルは、筋の乳酸放出によりHGH生成要請の合図を伝えるために、運動中の筋に対する酸素送達を低下させるのに十分なレベルであることが望まれる。しかし、過剰レベルの血管収縮は、結果として筋痙攣、温度に関わる不快度、または筋中に発生する熱を上回る熱を除去することにより誘発される低体温症を生じさせる場合がある。血管収縮の最適な制御は、冷媒温度を動的に調節して遠位拍動(拍動の測定は指もしくは足指において行われる)のしきい値もしくは特定のレベルを維持することによって、または血圧測定と組み合わせてある特定のパラメータ血管収縮値を維持することによって、実現され得る。血管収縮の上昇は、遠位拍動の減少または遠位血圧の低下のいずれかにより示唆される。本発明の一実施形態においては、冷媒は、体質量の高い患者については38°F〜48°Fの低い温度範囲において動作させられ、本発明の別の実施形態においては、冷媒は、体質量の低い患者については48°F〜68°Fの範囲内で動作させられる。本発明の別の実施形態においては、カフに対して一定の圧力にて印加される冷媒の温度は、一時的に変更される。冷媒は、運動マシン(図示せず)の出力または他の外部の労作測定により測定されるように、高労作期間の際には温度範囲の比較的低い極限値において開始され、冷媒温度は、労作低下期間には上昇する。本発明の別の実施形態においては、先述の冷媒の一時的な温度変化が、快適性の改善またはHGH生成の改善のいずれかを実現するために、労作の変化の前または後のいずれかにおいて適用される。本発明の別の実施形態においては、図4の体肢加圧冷却カフは、運動設備(図示せず)と組み合わされて動作することにより、体肢カフは、反圧作用を生じさせ、図5のタイミングおよび調整により決定される。

図6は、冷却システム600用のテーブル602などの支持表面上にヘッドレスト604が配置された冷却マット606として、本発明の別の実施形態を示す。図7は、マット606の平面図を示す。このマット606は、一連の冷却水冷却チャネルを有し、これらのチャネルは、内方チャネル702が最高温度を有し、外方チャネル706が最低温度を有するような温度勾配を有する、主軸701に沿った細長等温プロファイル702、704、および706を生じさせる。これは、図示される断面708に沿ってなど、図7Aの対応する温度プロファイル724においては、内方細長領域が最高68°Fを含む温度を有し得る722一方で、外方領域が最低38°Fを含む温度を有し得る720ように示される。マット606は、最も冷温の冷却水が領域702において内方嚢を通り循環し、その後外方領域706へと循環し、冷却水の流量が図7Aなどに示される所望の温度プロファイルを実現するように選択されるように、流れを制限された、一連の嚢から構成されてもよい。

代替的には、冷却マット606は、図7に示すプロファイルに整合するチャネルを通して冷媒を無制限に流すことにより、図7Aに示す冷却プロファイルを実現してもよい。第1のチャネル702は、主軸701の両端部に入口および出口を有し、他の冷媒チャネル704および706が、図7Aに示す所望の温度プロファイルによる必要に応じて、低温の冷媒を循環させる。冷媒温度は、38〜58°Fの範囲内であり、チャネル702内の脊柱に最も近い冷媒は、領域704および706の脊柱の両側の筋領域に比べて高い温度にあるべきであると、考えられている。

本発明の実施形態の説明は、本発明の範囲を限定するように意図されるものではなく、本発明の動作の特に最良の態様を例示するように意図されるものである。本発明のステップは、利点の喪失を伴うことなく、組合せでまたは個別に実施することが可能である。特に、動作圧力は、一定のしきい値または調節可能なしきい値に設定されてもよく、収縮期血圧の測定は、運動サイクル中に1回または複数の期間にわたり実施されてもよい。

100 コア冷却装置
101 帰還マニホルド
104 リザーバ
106 ポンプ
108 冷却された熱伝達流体
110 冷却コイル
112 冷却/熱交換ユニット
120 圧力/冷却カフ
121 調整弁
122 圧力/冷却カフ
123 調整弁
124 圧力/冷却カフ
125 調整弁
126 圧力/冷却カフ
127 調整弁
128 圧力/冷却カフ
129 調整弁
130 圧力/冷却カフ
131 調整弁
152 静脈
160 被験者の腕
162 音響変換器、音響センサ
164 カフ122マニホルド
166 出口マニホルド
168 可撓性カフ通路
170 圧力制御装置
174 出口
173 圧力検出器
176 入口
400 血管刺激システム
401 ヒトの被験者
402 圧力/冷却制御措置
404 重力模倣カフ
406 大腿カフ
408 腓腹カフ
410 足カフ
450 脚の静脈
452 直立重力血圧
454 静脈弁
456 血液
458 静脈弁
460 圧迫圧力、筋生成反圧効果
470 逆流
474 カフ圧力
482 遠位筋圧力
490 肢
491 第1の膨張チャンバ
492 第2の膨張チャンバ
494 破線
495 第3の膨張チャンバ
496 破線
497 第4の膨張チャンバ
600 冷却システム
602 テーブル
604 ヘッドレスト
606 冷却マット

Claims (18)

1. 収縮期血圧を有する被験者においてヒト成長ホルモンを生成させるための方法であって、
   前記方法は、１つまたは複数の加圧可能カフに対して作動し、前記１つまたは複数の加圧可能カフは、冷却された冷媒リザーバから前記加圧されるカフを通しておよびその後各前記加圧されるカフ用の調整弁を通して冷却された冷媒をポンプ送給することにより動作圧力を上昇させ、各前記加圧されるカフは、前記冷媒リザーバに冷却された冷媒を戻すのを制御し、各前記加圧されるカフは、被験者の血流を測定するための変換器を追加的に有し、
   前記方法は、
   前記加圧可能カフ内に被験者の体肢を配置する第１のステップと、
   前記カフに付随する少なくとも１つの前記調整弁を変動させることにより、前記変換器を使用して収縮期血圧を測定する第２のステップと、
   被験者労作期間中の第３の上昇ステップであって、前記加圧されるカフは、前記測定された収縮期血圧の３３％〜２２０％の範囲内の上昇冷媒圧力Ｐを有し、前記加圧されるカフは、前記冷媒リザーバに前記冷媒を戻す前記カフの前記調整弁を制御することにより、前記上昇冷媒圧力を上昇させ、前記加圧された冷媒は、被験者における循環を低下させるのに十分な温度および圧力にある、ステップと、
   一連のＮ回の調整サイクルの第４のステップであって、各調整サイクルは、前記被験者が行う激しい労作期間と、その後の、前記被験者が行う低労作期間とを有し、前記激しい労作期間は、前記上昇被験者労作よりも大幅に高い被験者労作を必要とする、ステップと、
   前記調整弁を開くことにより前記加圧されるカフから圧力を除去し、その後、実質的に水平な位置に前記被験者を配置し、患者の脳脊髄液（ＣＳＦ）を冷却するために可撓性嚢内に収容された冷却された液体を脊柱領域に対して適用する、第５のクールダウンステップと
   を含む、方法。
2. 前記被験者は、ヒトである、請求項１に記載の方法。
3. 前記加圧されるカフに対して前記ポンプにより送達される前記冷却された冷媒は、華氏３８〜６８度の温度を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第３の上昇ステップの圧力Ｐは、収縮期血圧の新たな値から定期的に再計算される、請求項１に記載の方法。
5. 前記被験者は、ヒトであり、前記加圧されるカフの中の少なくとも２つが、脚に対して適用される、請求項１に記載の方法。
6. 前記被験者は、ヒトであり、前記加圧されるカフの中の少なくとも２つが、腕に対して適用される、請求項１に記載の方法。
7. 前記第５のクールダウンステップの前記可撓性嚢は、中央細長領域を有し、前記中央細長領域は、それを囲む領域よりも漸増的に低い温度を有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記第５のクールダウンステップの前記可撓性嚢の前記中央細長領域は、華氏３８〜６８度の温度であり、前記中央細長領域を囲む前記領域は、前記中央細長領域の温度未満の温度である、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２のステップの収縮期血圧測定は、前記変換器が血流を検出しなくなるまで、特定の圧力カフに付随する調整弁を閉じさせ、前記収縮期血圧は、前記血流が検出されない時点で前記調整弁の入口において測定された圧力である、請求項１に記載の方法。
10. 収縮期血圧を有する被験者においてヒト成長ホルモンを生成させるための方法であって、
    前記方法は、１つまたは複数の加圧可能カフに対して作動し、前記１つまたは複数の加圧可能カフは、冷却された冷媒リザーバから前記加圧されるカフを通しておよびその後前記加圧されるカフ用の調整弁を通して冷却された冷媒をポンプ送給することにより動作圧力を上昇させ、各前記加圧されるカフは、前記冷媒リザーバに冷却された冷媒を戻すのを制御し、各前記加圧されるカフは、被験者の血流を測定するための変換器を追加的に有し、
    前記方法は、
    前記加圧されるカフ内に被験者の体肢を配置する第１のステップと、
    被験者労作期間中の第２の上昇ステップであって、前記加圧されるカフは、測定された収縮期血圧の３３％〜２２０％の範囲内の上昇冷媒圧力Ｐを有し、前記加圧されるカフは、前記冷媒リザーバに前記冷媒を戻す前記カフの前記調整弁を制御することにより、前記上昇冷媒圧力を上昇させ、前記加圧された冷媒は、被験者における循環を低下させるのに十分な温度および圧力にある、ステップと、
    一連のＮ回の調整サイクルの第３のステップであって、各調整サイクルは、前記被験者が行う激しい労作期間と、その後の、前記被験者が行う低労作期間とを有し、前記激しい労作期間は、前記上昇被験者労作よりも大幅に高い被験者労作を必要とする、ステップと、
    前記調整弁を開くことにより前記加圧されるカフから圧力を除去し、その後、実質的に水平な位置に前記被験者を配置し、患者の脳脊髄液（ＣＳＦ）を冷却するために可撓性嚢内に収容された冷却された液体を脊柱領域に対して適用する、第４のクールダウンステップと
    を含む、方法。
11. 前記被験者は、ヒトである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記加圧されるカフに対して前記ポンプにより送達される前記冷却された冷媒は、華氏３８〜６８度の温度を有する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第２の上昇ステップの圧力は、収縮期血圧と共に変動する、請求項１０に記載の方法。
14. 前記被験者は、ヒトであり、前記第１のステップの加圧されるカフの中の少なくとも２つが、脚に対して適用される、請求項１０に記載の方法。
15. 前記被験者は、ヒトであり、前記加圧されるカフの中の少なくとも２つが、腕に対して適用される、請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１のステップの収縮期血圧測定は、前記変換器が血流を検出しなくなるまで、特定の圧力カフに付随する調整弁を閉じさせ、前記収縮期血圧は、前記調整弁の入口において測定された圧力である、請求項１０に記載の方法。
17. ヒトの被験者において高いＨＧＨ生成をもたらすための方法であって、
    ヒトの被験者が２０分以上にわたり有酸素運動を行う第１のステップと、
    前記ヒトの被験者が、実質的に水平な表面の上に配置され、液体を循環させる液体冷却された嚢が、前記ヒトの被験者の脊柱に対して熱的に結合され、前記ヒトの被験者のＣＳＦを冷却するのに十分なものである、第２のステップと
    を含む、方法。
18. 前記可撓性嚢は、局所接地電位に対して結合される、請求項１７に記載の方法。

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