JP6126365B2 - ヒト疲労回復評価法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒトの肉体疲労の回復の過程および割合を評価する方法に関する。

2004年に文部科学省疲労研究班が行った調査では、疲労感を感じている人の割合は約60％であり、その半数を越える人（全体の39％）が半年以上続く疲労感に悩んでいることが明らかとなっている（非特許文献1参照）。この様な現状の一方で、疲労のメカニズムは未だ十分に解明されてはおらず、また疲労の程度を定量的に評価する方法も確立されていないため、疲労への対処は専ら自覚症状に基づくセルフコントロールに依拠している。こうしたことが就労者の過労や運動競技者のオーバートレーニングといった問題の根底に存在していると考えられ、疲労の解消は国民保健上の急務とも言える。

疲労は本来、ストレス超過に対して休養を必要とする身体の正常な反応という側面もあることから、単に気分高揚等の作用により疲労感だけを軽減することは好ましくない。また、何らかの介入によって疲労の発生自体を無理に抑制しようとするよりも、発生した疲労を速やかに回復させることの方が理想的である。従って、求められるべきは、疲労回復促進の手段を総合的かつ客観的に評価できる方法である。そして、このような評価のためには、回復過程の様々な程度の疲労を任意に発生させる手段の開発も求められる。にもかかわらず、現時点では疲労回復の程度を評価する方法に関して、普遍的に認められた方法が十分に確立されている状況にあるとはいえない。

これまで、例えば、血中乳酸値等を指標とした疲労の評価が試みられているが、その評価は、単なる運動負荷前後の単純比較に基づくものであった（特許文献１参照）。また、例えば、定量的な運動負荷を課して疲労を評価することも試みられているが、その評価手段は単一手段であった（特許文献２参照）。加えて、これらの評価は、いずれも疲労回復の割合に留意したものではなかった。従って、これら従来の方法は、疲労回復を総合的かつ客観的に評価するには十分なものではなかった。

特開2006-26357号公報 特開平3-118035号公報

渡辺恭良「疲労の科学 疲労とは？疲労の実態と研究としての取組み」現代化学、東京化学同人、444号、p.14〜16、(2008)

そこで、本発明は、疲労を再現可能な負荷方法を案出し、複数の評価手段を同時並行的に実施することで、肉体疲労の回復を総合的かつ客観的に評価する方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、かかる肉体疲労の回復を評価する方法を利用して、医薬品や医療機器等における疲労の回復促進作用を総合的かつ客観的に評価する方法を提供することをも目的とする。

単に疲労感だけを軽減するような改善手段を排除するためには、疲労に関係する諸要素の総体的発露としての運動パフォーマンスを中心に多角的に疲労の評価を行う必要がある。そこで、本発明者らは、同じ運動負荷を2回繰り返す場合の運動負荷間の休憩時間を変化させることで疲労の回復過程を定量的に再現し、この過程において、運動パフォーマンスとしての運動負荷仕事量を軸とした複数パラメータを同時に評価することにより、肉体疲労の回復を総合的かつ客観的に評価しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

係る本発明の態様は、次の通りである。

（１）休憩による被験者の疲労回復を複数のパラメータで評価する方法であって、
被験者が、漸増負荷運動を休憩を挟んで2回繰り返した被験者であり、
当該漸増負荷運動が、運動負荷を開始し、その後に運動負荷を漸増させ、疲労により運動が継続できなくなった時点で負荷運動を終了するという一連の過程からなり、
複数のパラメータが、下記（a）のパラメータと、下記（b）および（c）のパラメータの少なくとも1つとを含み、当該パラメータが、休憩による被験者の疲労回復の割合を示す方法。
（a）2回目の漸増負荷運動における総仕事量÷1回目の漸増負荷運動における総仕事量×100
（b）1回目の漸増負荷運動の直前の心拍数÷2回目の漸増負荷運動の直前の心拍数×100
（c）1回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値÷2回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値×100
（２）被験物質または被験機器における疲労回復の促進作用を評価する方法であって、
被験物質を投与した被験者または被験機器を適用した被験者において、（１）に記載の方法により、下記（a）のパラメータと、下記（b）および（c）のパラメータの少なくとも1つについて値を求め、被験物質を投与しない場合または被験機器を適用しない場合における当該パラメータの値（対照値）と比較することを含み、
パラメータの値が、被験物質を投与しない場合または被験機器を適用しない場合の値（対照値）よりも大きい場合に、被験物質または被験機器に当該パラメータに対応した疲労回復の促進作用があると評価する方法。
（a）2回目の漸増負荷運動における総仕事量÷1回目の漸増負荷運動における総仕事量×100
（b）1回目の漸増負荷運動の直前の心拍数÷2回目の漸増負荷運動の直前の心拍数×100
（c）1回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値÷2回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値×100

本発明により、ヒトの肉体疲労の回復の過程と割合を評価することが可能となった。すなわち、本発明により、ヒトの肉体疲労の回復を総合的かつ客観的に評価することが可能となった。

実施例の被験者における仕事量の休憩時間別回復率を示すグラフである。縦軸は仕事量回復率（％）、横軸は時間（時）を示す。 実施例の被験者における心拍数の休憩時間別回復率を示すグラフである。縦軸は心拍数回復率（％）、横軸は時間（時）を示す。 実施例の被験者における血中乳酸値の休憩時間別回復率を示すグラフである。縦軸は血中乳酸値回復率（％）、横軸は時間（時）を示す。

本発明は、休憩による被験者の疲労回復を複数のパラメータで評価する方法を提供する。

本発明において疲労回復を評価する「被験者」としては、任意の者を対象とすることができる。本発明において被験者は、漸増負荷運動を休憩を挟んで2回繰り返す。ここで「漸増負荷運動」とは、一定時間毎に負荷強度が増加していく運動を意味する。漸増負荷運動には、例えば、自転車エルゴメーターを利用することができる。本発明における「漸増負荷運動」は、運動負荷を開始し、その後に運動負荷を漸増させ、疲労により運動が継続できなくなった時点で負荷運動を終了するという一連の過程からなる。例えば、漸増負荷運動中は、一定のペースを維持するように被験者を指導し、一定のペースを維持できなくなった時点で疲労による限界点と判断して当該漸増負荷運動を終了する。

被験者は、漸増負荷運動に入る前に、軽度負荷によるウォーミングアップを行うことが好ましい。また、漸増負荷運動の終了後は、軽度負荷によるクーリングダウンを行うことが好ましい。

具体的な負荷強度の決定と調整は、被験者における無酸素性作業閾値により行うことができる。また、負荷時間が極端に短くなったり、逆に極端に長くなったりすることのないよう、負荷強度は適切に調整されるべきである。

本発明の一つの具体的態様においては、本実施例に示すように、ウォーミングアップ後、無酸素性作業閾値決定時における無酸素性作業閾値に到達する1分前の負荷量から運動負荷を開始し、5分毎に無酸素性作業閾値の10％づつ負荷強度を増加させていく漸増負荷を実施する。運動負荷中は、一定の回転速度（例えば、56〜65回転／分）を維持するように被験者を指導する。一定の回転速度を維持できなくなった時点（例えば、50回転／分以下の状態が5秒経過）で疲労による限界点と判断して漸増負荷を終了する。以降、軽度負荷（30W）による3分間のクーリングダウンを経て一連の運動を完了する。

なお、運動負荷に際しては、被験者の事前の体調や栄養状態が管理されていない状態で行われることは好ましくない。負荷心電図等の十分な事前診断や、負荷中の心電図モニタリング等、十分な被験者保護の環境下において実施されるべきである。

本発明においては、以上の過程において、(a)漸増負荷に対する仕事量、(b)心拍数、(c)血中乳酸値の各パラメータの測定を行う。漸増負荷に対する仕事量は、肉体的疲労と自覚的疲労の総和としての運動パフォーマンスとしての意義を有し、心拍数は、身体機能の反映としての意義を有し、血中乳酸値は、エネルギー代謝状態の反映としての意義を有する。漸増負荷に対する仕事量については、漸増負荷毎の各総仕事量を評価対象とし、心拍数及び血中乳酸値については各漸増負荷直前の値を評価対象とする。

本発明の最大の特徴は、同じ運動負荷を様々な長さの休憩を挟んで2回繰り返した場合に、複数パラメータの「回復率（％）」で疲労回復の割合を評価するというものである。各パラメータの回復率は各々次のように定義される。

(a)漸増負荷に対する仕事量における回復率＝2回目漸増負荷の総仕事量÷1回目漸増負荷の総仕事量×100
(b)心拍数における回復率＝1回目漸増負荷直前の心拍数÷2回目漸増負荷直前の心拍数×100
(c)血中乳酸値における回復率＝1回目漸増負荷直前の血中乳酸値÷2回目漸増負荷直前の血中乳酸値×100
これらパラメータの測定に必要な装置は、例えば、負荷装置としての自転車エルゴメータ、心電図計、血中乳酸測定装置であるが、何れの場合も、正確な調整機能を有するものであれば市販の一般的なものを用いればよい。

各パラメータの回復率は、基本的には休憩時間が長いほど高値を示す傾向がある点では共通するが、仕事量の観点において余り回復しない時間帯においても、心拍数の観点においては直線的に回復する等、各パラメータの推移は独立している。本発明においては、上記（a）のパラメータと、上記（b）および（c）のパラメータの少なくとも1つの値を求めるが、これにより疲労の複雑な回復過程の評価が可能である。

また、本発明は、上記本発明の疲労回復を評価する方法を利用して、被験物質または被験機器における疲労回復の促進作用を評価する方法を提供する。この方法においては、被験物質を投与した、または被験機器を適用した被験者において、上記本発明の疲労回復を評価する方法を実施し、上記（a）のパラメータと、上記（b）および（c）のパラメータの少なくとも1つについて値を求める。

「被験物質」としては、特に制限はなく、疲労回復の促進作用を評価したい所望の物質（例えば、疲労の回復を目的とした医薬品）を本発明に用いることが可能である。「被験機器」としては、特に制限はなく、疲労の回復促進作用を評価したい所望の機器（例えば、疲労回復を目的とした医療機器）を本発明に用いることが可能である。

被験物質の投与方法は、被験物質の種類等に応じて適宜選択される。例えば、被験物質がドリンク剤としての利用が期待されるものであれば、経口投与が選択される。被験機器は、機器の機能等に応じて、人体の外部（例えば、疲労の回復促進をさせたい骨格筋周辺の外部）に適用される。

被験物質の投与時期および被験機器の適用時期としては、1回目の運動負荷前および／または休憩時間が挙げられる。

本発明においては、被験物質を投与した場合または被験機器を適用した場合における上記パラメータ（回復率）の値を、被験物質を投与しない場合または被験機器を適用しない場合における上記パラメータの値（対照値）と比較する。そして、パラメータの値が、対照値よりも大きい場合に、被験物質または被験機器に当該パラメータに対応した疲労回復の促進作用があると評価する。ここで「パラメータに対応した疲労回復の促進作用」とは、パラメータが運動量である場合には、例えば、肉体的疲労と自覚的疲労の総和としての運動パフォーマンスの観点での作用であり、パラメータが心拍数である場合には、例えば、身体機能の反映の観点での作用であり、パラメータが血中乳酸値である場合には、例えば、エネルギー代謝状態の反映の観点での作用である。各パラメータを測定することにより、被験物質または被験機器が疲労回復の過程において、いかなる観点で作用するかを評価することが可能である。

以下に試験例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する。

[試験例]
被験者として20歳から39歳の健常男性10名を登録した。休憩時間別に、30分休憩が8例、1時間休憩が9例、3時間休憩は負荷1回目が8例で負荷2回目が7例、24時間休憩は負荷1回目が8例で負荷2回目が9例とし、各被験者からデータを得た。まず自転車エルゴメータを用いた20Wランプ負荷により全被験者のATを測定し、これを負荷強度の基準とした。心電図等の十分な事前診断や、負荷中の心電図モニタリング、栄養管理等の管理下に十分な被験者保護の環境下において以下を実施した。

自転車エルゴメータ「Strength Ergo 8」（フクダ電子株式会社）を用いて、軽度負荷（30W）で3分間のウォーミングアップの後、AT決定時におけるAT-1分値に相当する負荷量から運動を開始し、以降、5分毎にATの10％づつ負荷強度を増加させていく漸増負荷を行った。漸増負荷中は一定の回転速度（56〜65回転／分）を維持するように被験者を指導した。一定の回転速度を維持できなくなった時点（50回転／分以下の状態が5秒経過）で疲労による限界点と判断して漸増負荷を終了し、以降、軽度負荷（30W）による3分間のクーリングダウンを経て一連の運動を完了した。

以上を1回目の負荷とし、30分、1時間、3時間及び24時間の休憩を挟んで同じ漸増負荷を2回目の運動負荷として実施した。何れの場合も直前の食事は統一し、飲水量等にも制限を設けた。また24時間休憩時は、途中で2回の規定食と睡眠をとらせた。更に、慣れの影響を排除する為、休憩時間の順番を被験者毎にランダムに決定した上で、全ての被験者が全ての休憩時間のパターンを実施するデザインとした。

各漸増負荷の過程において、運動負荷仕事量（負荷1回目及び2回目の各総量）、心拍数（各負荷の直前）、血中乳酸値（各負荷の直前）の評価を行った。

運動負荷仕事量については、漸増負荷の各段階の負荷量（W）に負荷時間（S）を乗したものの合計を運動負荷仕事量（J）とした。また心拍数については1分当たりの拍数（bpm）を測定値とした。血中乳酸値については、指尖部穿刺により得た血液サンプルについて簡易血中乳酸測定器（ラクテート/・プロLT-1710）を用いて測定した乳酸濃度（mmol/L）を測定値とした。

運動負荷仕事量の回復率は図1に示す通り30分から3時間の休憩時間においては約20％低下し、24時間後にはほぼ100％回復するという経過を示し、運動パフォーマンスは30分から3時間の休憩時間のレンジでは変化が乏しいことが判明した。一方、心拍数（図2）は休憩時間の延長と共に直線的に回復した。この事実から、疲労の回復過程においては、実際に発揮できる運動パフォーマンスと心拍数との間に乖離が生じる時間帯があることが明らかとなった。血中乳酸値については、図3に示す通り1時間休憩から3時間休憩の間に、急激に回複していたが、これは休憩時間が遷延することによってエネルギー基質としての糖質が枯渇し、糖質の代謝産物である乳酸が減少する体内状態の反映と考えられた。

本発明により、ヒトの肉体疲労の回復を総合的かつ客観的に評価することが可能となった。これにより肉体疲労の回復促進に有効な物質や機器の探索が容易になり、肉体疲労の回復に有効な医薬品や医療機器等の開発の効率化が期待される。

Claims (2)

1. 休憩による被験者の疲労回復を評価するための指標となる複数のパラメータを得る方法であって、
   被験者が、漸増負荷運動を休憩を挟んで2回繰り返した被験者であり、
   当該漸増負荷運動が、運動負荷を開始し、その後に運動負荷を漸増させ、疲労により運動が継続できなくなった時点で負荷運動を終了するという一連の過程からなり、
   複数のパラメータが、下記（a）のパラメータと、下記（b）および（c）のパラメータの少なくとも1つとを含み、当該パラメータが、休憩による被験者の疲労回復の割合を示す方法。
   （a）2回目の漸増負荷運動における総仕事量÷1回目の漸増負荷運動における総仕事量×100
   （b）1回目の漸増負荷運動の直前の心拍数÷2回目の漸増負荷運動の直前の心拍数×100
   （c）1回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値÷2回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値×100
2. 被験物質または被験機器における疲労回復の促進作用を評価するための指標となる情報を得る方法であって、
   被験物質を投与した被験者または被験機器を適用した被験者において、請求項１に記載の方法により、下記（a）のパラメータと、下記（b）および（c）のパラメータの少なくとも1つについて値を求めることを含む方法。
   （a）2回目の漸増負荷運動における総仕事量÷1回目の漸増負荷運動における総仕事量×100
   （b）1回目の漸増負荷運動の直前の心拍数÷2回目の漸増負荷運動の直前の心拍数×100
   （c）1回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値÷2回目の漸増負荷運動の直前の血中乳酸値×100