JPWO2021059354A1 - 呼気圧負荷トレーニング管理装置およびシステム - Google Patents

Abstract

COPD患者の息切れの軽減、運動能力や身体活動性の改善を図る呼気圧負荷トレーニング管理装置を提供する。本装置はCOPDを有するユーザのトレーニング管理装置である。本装置は、ユーザに対するCPETによる最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＥＸと、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力する手段、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出して運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定する手段、運動中の呼気延長があると判定したユーザに対して、最大呼気筋力値に基づき呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示する手段、所定回数の呼気圧負荷トレーニング後の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、対象ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示する手段を備える。

Description

本発明は、慢性閉塞性肺疾患(Chronic Obstructive Pulmonary Disease：COPD)の息切れ改善に寄与する呼気圧負荷トレーニング管理の技術に関するものである。

COPDとは、煙草の煙などに含まれる有害物質に長期間曝露されることによって肺が持続的な炎症を起こし、呼吸機能の低下を生じる状態であり、生活習慣病の一つである。2018年の世界保健機関（WHO）の推計によると、COPDが世界の死因の第３位を占め、世界で6500万人が中等度又は重度のCOPDに罹患しているとされている。順天堂大学医学部の福地氏らによる疫学調査研究報告であるNICEスタディ（2001年発表）によれば、日本では約530万人がCOPDに罹患しているとされており、昨今、社会保障給付費および国民医療費の高騰もあり、COPDへの医学的・経済的・社会的対策が急務となっている。COPD患者の訴えで最も頻度が多い息切れの改善は急務である。息切れの軽減なくして、運動能力や身体活動性の改善はあり得ない。

COPDの症状軽減のために処方される長時間作用吸入薬として知られているものとしては、β_２刺激薬と抗コリン薬が主流である。現在ではその他数多くの薬剤に加え呼吸リハビリテーションによる非薬物療法が利用できるようになっているものの、COPDの治療攻略には至っていないのが実情である。息切れを改善するには、多様性をもつCOPDの病態生理を把握した上で、それに適した対策をテーラメイド的に講じることが要となる。

本発明者は、高齢化社会を踏まえると、日常診療では行き届かない呼吸リハビリテーション、栄養療法、また、歩行などの運動の機会を設けることがより一層必要と考えている。本発明者は、呼吸器専門医であり、COPDの患者に接する機会が多い。COPDの患者らの実感として言われた「動いてしんどいとき、口すぼめ呼吸をするより、ぱっと息をはいた方が楽であり、そんな楽なタイミングがある。」という意味が、本発明者にとっては、口すぼめ呼吸を推奨する従来の医学的常識では理解し難く、息切れ改善への探求の動機付けとなった。

本発明者は、COPDの運動能力と吸気・呼気のタイミングや呼吸筋力バランスとの関連について鋭意研究を行った。その結果、呼気延長し呼吸数を伸ばせない呼吸パターン（以下、「slow-shallowパターン」ともいう）では、呼気筋力は不足し運動能力は低下していることがわかった。従来、実際のCOPD患者に対する呼気筋トレーニング（Expiratory Muscle Training：ＥＭＴ）の有用性について言及された報告はないが、本発明者は、ＥＭＴにより呼気筋力を高め十分な呼息が得られれば、十分な吸気が促され、息切れや運動能力改善に繋がると仮説を立てた（非特許文献１）。
一方で、呼気延長が無く呼吸数が多い呼吸パターン（以下、「rapid-shallow」ともいう）では、運動能力は保たれるも、頻呼吸になると息切れを呈した。近年、有効性が注目されるようになってきた吸気筋トレーニング（Inspiratory Muscle Training：ＩＭＴ）の効果は必ずしも一定ではないが、本発明者は、rapid-shallowの呼吸パターンの場合には、ＩＭＴにより十分な吸息が得られれば、息切れ改善に繋がると仮説を立てた（同非特許文献１）。

Keisuke MIKI, "Exercise tolerance and balance of inspiratory-to-expiratory muscle strength in relation to breathing timing in patients with chronic obstructive pulmonary disease", Journal of Breath Research, 2018 Mar 28;12(3))

上述のとおりCOPDに罹患している人数の増大化の問題があり、この問題に対処すべく、COPD患者の訴えで最も頻度が多い息切れの改善、運動能力や身体活動性の改善に有用なトレーニングを広く普及させる必要がある。
しかしながら、有効性が注目されるようになってきた吸気筋トレーニング（IMT）の効果は必ずしも一定ではなく、また実際のCOPD患者に対する呼気筋トレーニング（EMT）の有用性について言及された報告はない。

上記状況に鑑みて、本発明は、COPD患者の息切れの軽減、運動能力や身体活動性の改善を図るべく、実際のCOPD患者に対して有用な呼気圧負荷トレーニング管理装置、管理システム、及び管理方法を提供することを目的とする。

本発明者は、COPD患者を対象に、呼気筋トレーニング(EMT)の有効性についての臨床試験を実施し、呼気延長を来すslow-shallowパターンと呼気延長を来さないrapid-shallowパターンに基づき、呼気筋トレーニング（EMT）または吸気筋トレーニング（IMT）を行い、それぞれの有用性を評価・確認し、本発明を完成されたものである。

上記目的を達成すべく、本発明の呼気圧負荷トレーニング管理装置は、慢性閉塞性肺疾患(COPD)を有するユーザのトレーニング管理装置であって、下記１）〜４）の手段を備える。
１）ユーザに対する運動負荷心肺機能検査（CPET）による最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気時間割合Ｔ_ＥＸと、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気時間割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力する呼気情報入力手段。
２）Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、運動中に呼気延長を来すユーザか否かを判定するユーザ判定手段。
３）運動中に呼気延長を来すユーザに対して、最大呼気筋力値に基づき、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するメニュー提示手段。
４）呼気圧負荷トレーニングを所定回数行った後、上記１）の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、対象ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示するトレーニング結果提示手段。

上記構成の装置によれば、実際のCOPD患者に対して、息切れの軽減、運動能力や身体活動性の改善を図ることができる。
ここで、運動負荷心肺機能検査（Cardiopulmonary Exercise Test：CPET）とは、CPXとも呼ばれる検査であり、トレッドミルやサイクルエルゴメータ（自転車）などの運動負荷デバイスを用いて運動負荷試験を行うと共に、呼気ガス分析装置による呼気中のＯ_２濃度、ＣＯ_２濃度とその換気量をリアルタイムに計測して、運動能力の指標となる最大酸素摂取量などの指標を測定する検査である。CPETは、患者それぞれの運動病態生理を把握するのに有用な検査であり、１回１回の呼吸において、吸気１回換気量と呼気１回換気量を測定することが可能である。

また、１回の呼吸時間に対する吸気時間の割合が低くなれば、呼気が延長することになる。呼気情報入力手段に入力する呼気情報としては、Ｔ_ＥＸが最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気時間割合である場合には、Ｔ_ＲＥについても、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気時間割合とし、Ｔ_ＥＸが最大運動時の１回の呼吸時間に対する呼気時間割合である場合には、Ｔ_ＲＥについても、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する呼気時間割合とする。すなわち、吸気時間割合を用いる場合にはＴ_ＥＸとＴ_ＲＥの何れについても同じく吸気時間割合を用い、呼気時間割合を用いる場合にはＴ_ＥＸとＴ_ＲＥの何れについても同じく呼気時間割合を用いることとする。したがって、例えばＴ_ＥＸが最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気時間割合である場合に、Ｔ_ＲＥについては、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する呼気時間割合となるということはないものとする。
ユーザ判定手段は、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、例えば、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥを吸気時間の割合として用いた場合、Ｔ_ＥＸ−Ｔ_ＲＥの値を算出し、その差分値が負の値であるか否かを判定し、負の値であるユーザを運動中に呼気延長を来たすユーザと判断する。そして、メニュー提示手段は、運動中に呼気延長を来たすと判断されたユーザに対しては、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提供し、呼気圧負荷トレーニングの実施を促す。

また、ユーザ判定手段は、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、例えば、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥを吸気時間の割合として用いた場合、Ｔ_ＥＸ−Ｔ_ＲＥの値を算出し、その差分値が正の値であるか否かを判定し、正の値であるユーザを運動中に呼気延長を来たさないユーザと判断する。メニュー提示手段は、運動中に呼気延長を来たさないと判断されたユーザに対しては、吸気圧負荷トレーニングのメニューを提供し、吸気圧負荷トレーニングの実施を促す。

本発明の呼気圧負荷トレーニング管理装置において、呼気圧負荷トレーニングは、一方向弁付きの呼気圧負荷デバイスを用いるのが好ましく、この呼気圧負荷デバイスは、設定圧力に達すると弁が開いて呼気が流入することにより、呼気筋力を高めるように機能する。
呼気圧負荷デバイスとしては、例えば、EMST150（Aspire Products LLC社製）を用いることができる。現状、EMST150は日本では販売されておらず、海外のみの販売である。

上記の呼気圧負荷デバイスにおける設定圧力は、３０ｃｍＨ_２Ｏ以下の低圧の設定幅において設定可能であり、ユーザの最大呼気筋力の２０〜３０％の呼気圧負荷からトレーニングを開始し段階的に増加し得る。本発明者が知る限りにおいては、既存の呼気圧負荷デバイスには、少なくとも日本のCOPD患者への至適な圧設定は不可である。EMST150の場合には、３０ｃｍＨ_２Ｏ以下の低圧の設定機能は無い。病態生理により呼気圧負荷トレーニングをユーザ毎にテーラメイド化した呼吸筋トレーニングの実現のためには、３０ｃｍＨ_２Ｏ以下での設定を可能にするのが好ましい。また、ユーザの最大呼気筋力の２０〜３０％の呼気圧負荷からトレーニングを開始することにより、トレーニングによる呼吸筋疲労からの筋肉痛や息切れの増悪を起こすことを最小限に抑えることが可能である。
呼吸圧負荷トレーニングは、高齢者であっても、自宅で簡単に実施できることから、個々のユーザに適した負荷圧でトレーニングさせて、トレーニングによる呼吸筋疲労からの筋肉痛や息切れの増悪を起こすことを最小限に抑え、ユーザにとって過度の負担が生じないように継続させる。

本発明の呼気圧負荷トレーニング管理装置は、ユーザ判定手段において、差分を算出した結果、運動中の呼気延長がない場合には、メニュー提示手段において、吸気圧負荷トレーニングのメニューを提示する。
これにより、病態生理によりＥＭＴとＩＭＴを選択するテーラメイド化した呼吸圧負荷トレーニングの実現を図ることができる。

本発明の呼気圧負荷トレーニング管理装置のメニュー提示手段におけるトレーニングメニューは、呼吸器専門医により、確認され承認されたものであることが好ましい。呼吸器専門医が、呼気圧負荷トレーニングに関与することにより、医学的知見からユーザに適切なトレーニングメニューを提供することが可能になる。場合によっては、呼気圧負荷トレーニングの際に、胸部レントゲンの撮像画像を用いて、横隔膜の平定化の有無、呼息が不十分で空気が肺に鬱滞し無効換気に陥っている可能性の有無の確認ができ、トレーニングの頻度、設定圧力を調整できる。さらに、トレーニングと併用して、栄養療法として食用油脂などをユーザに投与することができる。

次に、本発明の呼気圧負荷トレーニング管理システムについて説明する。
本発明の呼気圧負荷トレーニング管理システムは、上述した本発明の呼気圧負荷トレーニング管理装置が、ネットワークを介して接続されるユーザ端末と管理サーバから構成されている。ユーザ端末と管理サーバは、呼気圧負荷トレーニング管理装置の機能を分担し、各々ネットワークで接続される。多数のユーザは、自身が扱うユーザ端末を介して、自身の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力し、テーラメイドされた呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示され、トレーニング後の呼気情報を入力してトレーニング結果を提示される。
以下、ユーザ端末と管理サーバが備える機能について説明する。

ユーザ端末は、下記の１ａ）〜１ｅ）を備える。
１ａ）最大呼気筋力を含む呼気情報入力手段。
１ｂ）入力された前述の呼気情報を管理サーバへ送信する手段。
１ｃ）管理サーバから受信した呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するメニュー提示手段。
１ｄ）所定回数の呼気圧負荷トレーニング後の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して管理サーバへ送信する手段。
１ｅ）管理サーバから受信したトレーニング結果を提示するトレーニング結果提示手段。

管理サーバは、下記の２ａ）〜２ｄ）を備える。
２ａ）上記の呼気情報をユーザ端末から受信する手段。
２ｂ）受信した呼気情報に基づいて、差分を算出した結果、運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定するユーザ判定手段。
２ｃ）呼気圧負荷トレーニングのメニューを作成してユーザ端末に送信するメニュー作成手段。
２ｄ）所定回数の呼気圧負荷トレーニング後の呼気情報および運動能力に関連する情報をユーザ端末から受信し、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を作成してユーザ端末に送信するトレーニング結果作成手段。

ユーザ端末は、患者ユーザの自宅内、トレーニング施設内、又は、医療クリニック施設内の何れかに設置されることが好ましい。呼気圧負荷トレーニングは、高齢者であっても、自宅で簡単に実施でき、またトレーニングジムでも行える。したがって、ユーザ端末は、ユーザの自宅内、トレーニング施設内、医療クリニック施設内に数多く設置され、実際にトレーニングメニューを作成する管理サーバは、集中して管理される。

次に、本発明の呼気圧負荷トレーニング管理方法について説明する。
本発明の呼気圧負荷トレーニング管理方法は、COPDを有するユーザのトレーニング管理方法であって、以下のａ）〜ｄ）のステップを備える。
ａ）ユーザに対するCPETによる最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＥＸと、CPETによる安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力する呼気情報入力ステップ。
ｂ）Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、運動中に呼気延長を来すユーザか否かを判定するユーザ判定ステップ。
ｃ）運動中に呼気延長を来すと判定したユーザに対して、最大呼気筋力値に基づき、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するメニュー提示ステップ。
ｄ）呼気圧負荷トレーニングを所定回数行った後の上記ａ）の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示するトレーニング結果提示ステップ。

本発明の呼気圧負荷トレーニング管理方法において、呼気圧負荷トレーニングは、一方向弁付きの呼気圧負荷デバイスを用い、呼気圧負荷デバイスは、設定圧力に達すると弁が開いて呼気が流入する。ここで、設定圧力は、３０ｃｍＨ_２Ｏ以下の低圧の設定幅において設定可能であり、ユーザの最大呼気筋力の２０〜３０％の呼気圧負荷からトレーニングを開始し段階的に増加し得る。また、ユーザ判定ステップにおいて、上述の差分を算出した結果、運動中の呼気延長がない場合には、メニュー提示ステップにおいて、吸気圧負荷トレーニングのメニューを提示する。メニュー提示ステップにおけるトレーニングメニューは、呼吸器専門医により、確認され承認されたものであることが好ましい。

次に、本発明の呼気圧負荷トレーニング管理プログラムについて説明する。
本発明の呼気圧負荷トレーニング管理プログラムは、コンピュータを、前述の呼気圧負荷トレーニング管理システムにおけるユーザ端末が備える全ての手段として、機能させるためのプログラムである。
本発明の呼気圧負荷トレーニング管理プログラムは、他の観点によれば、コンピュータを、前述の呼気圧負荷トレーニング管理システムにおける管理サーバが備える全ての手段として、機能させるためのプログラムである。
本発明の呼気圧負荷トレーニング管理プログラムは、他の観点によれば、コンピュータに、前述の呼気圧負荷トレーニング管理方法における呼気情報入力ステップ、ユーザ判定ステップ、メニュー提示ステップ、及び、トレーニング結果提示ステップを、実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、実際のCOPD患者に対して、息切れの軽減、運動能力や身体活動性の改善を図ることができるといった効果を有する。

呼気圧負荷トレーニング管理装置の機能ブロック図 呼気圧負荷トレーニング管理方法の処理フロー図 呼気圧負荷トレーニング管理システムの機能ブロック図 呼気圧負荷トレーニング管理システムの構成図 COPDを有するユーザに対するトレーニング前のCPETから得られた呼吸タイミングと呼気のはき残し量を示すグラフ 定常負荷で評価した呼気圧負荷トレーニング後の持続運動の改善結果 定常負荷で評価した吸気圧負荷トレーニング後の持続運動の改善結果 ３ヵ月間の呼気圧負荷トレーニングの効果を示すグラフ（症例提示） １回の呼吸時間に対する呼気時間の割合Ｔの説明図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

（呼気圧負荷トレーニング管理装置）
図１は、実施例１の呼気圧負荷トレーニング管理装置の機能ブロック図を示している。図１に示すように、呼気圧負荷トレーニング管理装置１は、呼気情報入力手段１１、ユーザ判定手段１２、メニュー提示手段１３及びトレーニング結果提示手段１４から成る。呼気情報入力手段１１は、ユーザに対する運動負荷心肺機能検査（CPET）による最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気時間の割合Ｔ_ＥＸと、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気時間の割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力するものである。ユーザ判定手段１２は、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定するものである。メニュー提示手段１３は、差分を算出した結果、運動中の呼気延長があると判定されたユーザに対して、最大呼気筋力値を踏まえ、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するものである。また、トレーニング結果提示手段１４は、所定回数のトレーニング後の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示するものである。

図２は、呼気圧負荷トレーニング管理方法の処理フロー図を示している。図２に示すように、まず、ユーザに対する運動負荷心肺機能検査（CPET）による最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気時間の割合Ｔ_ＥＸと、検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気時間の割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力する（ステップＳ０１：呼気情報入力ステップ）。次に、Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定する（ステップＳ０２：ユーザ判定ステップ）。

差分を算出した結果、運動中の呼気延長があると判定されたユーザに対して、最大呼気筋力値を踏まえ、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示する（ステップＳ０３：メニュー提示ステップ）。トレーニングを所定回数行った後、呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示する（ステップＳ０４：トレーニング結果提示ステップ）。
差分を算出した結果、運動中の呼気延長がないと判定されたユーザに対しては、最大呼気筋力値を踏まえ、吸気圧負荷トレーニングのメニューを提示する（ステップＳ０５：メニュー提示ステップ）。トレーニングを所定回数行った後、呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示する（ステップＳ０６：トレーニング結果提示ステップ）。

（呼気圧負荷トレーニング管理システム）
図３は、呼気圧負荷トレーニング管理システムの機能ブロック図を示している。図３に示すように、呼気圧負荷トレーニング管理システム１００は、ユーザ端末２及び管理サーバ３で構成され、ユーザ端末２には、呼気情報入力手段１１、メニュー提示手段１３、トレーニング結果提示手段１４、送信手段１７ａ及び受信手段１８ａが設けられ、管理サーバ３には、ユーザ判定手段１２、メニュー作成手段１５、トレーニング結果作成手段１６、送信手段１７ｂ及び受信手段１８ｂが設けられている。

ユーザ端末２の呼気情報入力手段に入力された呼気情報は、送信手段１７ａにより、管理サーバ３へと送られ、管理サーバ３に設けられた受信手段１８ｂによって受信される。ユーザ判定手段１２は、受信した呼気情報に基づいて、差分を算出した結果、呼気延長を有するユーザか否かを判定する。メニュー作成手段１５は、最大呼気筋力値を踏まえ呼気圧負荷トレーニング又は吸気圧負荷トレーニングのメニューを作成して送信手段１７ｂにより送信する。送信されたメニューに関する情報は、ユーザ端末２に設けられた受信手段１８ａによって受信される。ユーザ端末２に設けられたメニュー提示手段１３により、管理サーバ３から受信した呼気圧負荷トレーニングのメニューが提示される。
ユーザ端末２は、送信手段１７ａにより、所定回数のトレーニング後の呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して管理サーバ３へ送信する。管理サーバ３は、受信手段１８ｂにより、呼気情報および運動能力に関連する情報をユーザ端末２から受信する。管理サーバ３は、トレーニング結果作成手段１６により、所定回数のトレーニング後の呼気情報および運動能力に関連する情報を基に、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を作成し、送信手段１７ｂによりユーザ端末２へ送信し、ユーザ端末２に設けられた受信手段１８ａにおいて受信する。ユーザ端末２は、トレーニング結果提示手段１４により、管理サーバ３から受信したトレーニング結果を提示する。

図４は、呼気圧負荷トレーニング管理システムの構成図を示している。図４に示すように、呼気圧負荷トレーニング管理システム１００は、スマートフォン２ａ、ＰＣ２ｂ及び管理サーバ３で構成され、スマートフォン２ａ、ＰＣ２ｂ及び管理サーバ３はインターネット５により接続されている。ここでは、ユーザ端末２としてスマートフォン２ａとＰＣ２ｂのみが表示されているが、実際にはより多数のユーザ端末２を接続可能である。ユーザ端末２の種類もスマートフォンやＰＣに限られず、例えばタブレット端末やウェアラブル端末でもよい。
運動負荷心肺機能検査装置４には、図示しないが、運動負荷デバイスや呼気ガス分析装置などが設けられており、運動中における呼気中のＯ_２濃度、ＣＯ_２濃度とその換気量をリアルタイムに計測して、運動能力の指標となる最大酸素摂取量などの指標を測定する検査が可能である。
本実施例では、運動負荷心肺機能検査装置４とスマートフォン２ａは無線通信手段６ａにより通信し、運動負荷心肺機能検査装置４とＰＣ２ｂは有線通信手段６ｂにより通信する構成となっているが、通信方法はこの限りではなく、例えば、運動負荷心肺機能検査装置４とスマートフォン２ａが有線通信手段６ｂにより通信し、運動負荷心肺機能検査装置４とＰＣ２ｂが無線通信手段６ａにより通信する構成でもよい。
また、無線通信手段６ａや有線通信手段６ｂを用いずに、例えば、運動負荷心肺機能検査装置４に設けられたディスプレイ（図示せず）に表示された数値等を確認して、スマートフォン２ａやＰＣ２ｂに入力することでもよい。

呼気圧負荷トレーニングの対象ユーザ７例と吸気圧負荷トレーニングの対象ユーザ９例に対して、本発明の呼気圧負荷トレーニング管理装置の有用性の確認を行った結果について説明する。図５（１）は、呼気圧負荷トレーニングの介入前のCPETから得られた１回の呼吸に対する吸気時間の割合において、最大運動時の割合Ｔ_ＥＸと安静時の割合Ｔ_ＲＥの差分Ｔを示している。また、図５（２）は、呼気圧負荷トレーニングの介入前のCPETから得られた呼気のはき残し量（吸気Ｖ_Ｔin−呼気Ｖ_Ｔex）を示している。ここで、図９（１）に示す“Ｔｉ／Ｔｔｏｔ”が、１回の呼吸に対する吸気時間の割合であり、図９（２）に示す“Ｖ_Ｔin−Ｖ_Ｔex”が、呼気のはき残し量を示している。
図５（１）に示すとおり、運動中に呼気延長を来す、即ち、差分Ｔ（最大運動時−安静時）が負の値になるユーザ（Ｔ低下群）は呼気圧負荷トレーニング対象者とし、一方、呼気延長を来さない、即ち、差分Ｔ（最大運動時−安静時）が正の値になる患者（Ｔ増加群）は吸気圧負荷トレーニング対象者とした。
図５（２）に示すとおり、呼気圧負荷トレーニング対象者は、トレーニングの介入前に行ったCPETでは、最大運動時の呼気のはき残し量、即ち、吸気１回換気量と呼気１回換気量の差（吸気Ｖ_Ｔin−呼気Ｖ_Ｔex）が吸気圧負荷トレーニング対象者より有意に多かった。つまり、呼気圧負荷トレーニング対象者（Ｔ低下群）は、１回１回の呼吸で空気を完全に吐ききることが出来ず、肺に空気が溜まりそれが息切れの原因となったことが示唆され、この群ではいかに空気をはき出せるかが重要であることがわかる。従って、呼気圧負荷トレーニング対象者（Ｔ低下群）には、呼気圧負荷トレーニングを行い、十分な呼気、およびそれに伴い呼気延長改善が得られれば、運動能力の改善に繋がる可能性があるといえる。一方、吸気圧負荷トレーニング対象者（Ｔ増加群）には、運動中、肺に溜まった空気を吐き出す能力があるため、吸気能力を高め吸気量を増しても呼気への負担は少ないと考えられ、吸気圧負荷トレーニングにより十分な換気量が得られれば運動能力が改善する可能性があるといえる。

実際に、３ヵ月のトレーニング後で、一定に負荷をかけ続ける定常負荷で持続運動時間を評価した結果を、図６及び図７に示す。図６は、定常負荷で評価した呼気圧負荷トレーニング後の持続運動の改善結果（ｎ＝７）であり、図７は、定常負荷で評価した吸気圧負荷トレーニング後の持続運動の改善結果（ｎ＝９）である。
図６に示す呼気圧負荷トレーニング後の持続運動の改善結果は、トレーニング前の平均運動時間が４５４秒（標準偏差２１１秒）であったのが、トレーニング後の平均運動時間が７６４秒（標準偏差３１３秒）となり、持続運動時間の著明な改善が確認された。また、図７に示す吸気圧負荷トレーニング後の持続運動の改善結果は、トレーニング前の平均運動時間が４５８秒（標準偏差２０３秒）であったのが、トレーニング後の平均運動時間が７９９秒（標準偏差４９５秒）となり、こちらも持続運動時間の著明な改善が確認された。特に、呼気圧負荷トレーニングを受けたユーザは、すでに十分な吸入薬治療が導入され、これまでに呼吸リハビリテーションを受けたユーザも多かったにも関わらず、著明な改善が得られたことは興味深い結果であった。

（実際のCOPD患者の症例：呼気圧負荷トレーニングにより改善した運動時間と息切れ）
実際のCOPD患者の症例について説明する。患者は、６４歳の男性で、身長が１７４ｃｍ、体重が６９ｋｇであり、既往歴（喘息など）は無い。
病歴としては、COPDとして、長時間作用性抗コリン薬、長時間作用性β刺激薬、吸入ステロイドの吸入薬３剤による治療が行われるも、労作時の息切れのため、平地歩行は、せいぜい２００ｍ程度であった。呼吸リハビリテーションなどの非薬物療法を上乗せするも効果は不十分であった。そのため、呼気圧負荷トレーニングを含む臨床研究に参加頂いた。この患者は、呼吸圧負荷トレーニングの前評価では、前述の吸入薬３剤の吸入下で肺機能は著明に低下しており、１秒量（FEV１）、0.89Ｌ、%FEV１,26.9％と、COPDの病期はIV期：最重症（病期分類はI〜IVの４つに分類）と診断された。また、この患者は、運動中、呼気延長の程度により呼気・吸気圧負荷トレーニングを行うかを判断する臨床研究に参加され、エルゴメータによるCPETにより、運動中の１回の呼吸時間に対する吸気時間の割合を確認すると、運動するにつれて、吸気時間の割合が低下（呼気時間が延長）したため、呼息が十分でないことが息切れに関連すると推察し、呼気圧負荷トレーニングメニューを提示した。
胸部レントゲンを用いての検査所見では、横隔膜は平定化し、呼息が不十分で空気が肺に鬱滞し無効換気に陥っている可能性が示唆されていた。

提示した呼気圧負荷トレーニングは以下のとおりである。
３０回の呼気圧負荷トレーニングを１日２回（朝、夕）行った。初回は、最大呼気筋力の２０％から開始し、２週毎に５％ずつアップし、３ヶ月をかけて５０％に到達することを目標にした。本症例は５０％の目標に到達しトレーニングを終了した。
結果は次のとおりである。肺機能検査において、３ヶ月の呼気圧負荷トレーニング後、下記表１に示すように若干の改善が得られた。なお、表１において、ＦＥＶ_１は１秒量、VCは肺活量を示す。

１０ワット／２分毎に負荷を上げて評価する負荷方法である漸増負荷によるCPETでは、呼気圧負荷トレーニング後、呼気の１回換気量増加により分時換気量が増え、その結果、酸素摂取量が増加し運動能力は改善した。漸増負荷で得られた負荷量の７割の負荷で、一定負荷をかける定常負荷を行うと、興味深いことに著明な運動時間の延長が得られた（下記表２及び図８を参照）。
図８に示すように、呼気圧負荷トレーニング後、定常負荷において呼気の１回換気量は低下するも、吸気1回換気量−呼気１回換気量が低下、即ち、十分な呼息が可能になり、１回の呼吸時間に対する吸気時間の割合Ｔは、運動中に低下することなく、つまり、呼気時間が延長することなく運動が終了した。その結果、運動中の息切れの程度を表すボルグスケールの傾きは緩やかとなり、運動時間の延長は約９分と驚くべき効果が得られたのである。なお、ボルグスケールは０〜１０段階で、息切れの程度を表すものであり、運動能力を表す最高酸素摂取量は、分時換気量を用いて算出される。ここで、分時換気量は、１回換気量と呼吸数の積で算出される。

本発明は、呼気圧負荷トレーニング管理装置に有用である。

１ 呼気圧負荷トレーニング管理装置
２ ユーザ端末
２ａ スマートフォン
２ｂ ＰＣ
３ 管理サーバ
４ 運動負荷心肺機能検査装置
５ インターネット
６ａ 無線通信手段
６ｂ 有線通信手段
１１ 呼気情報入力手段
１２ ユーザ判定手段
１３ メニュー提示手段
１４ トレーニング結果提示手段
１５ メニュー作成手段
１６ トレーニング結果作成手段
１７ａ，１７ｂ 送信手段
１８ａ，１８ｂ 受信手段

Claims (15)

1. 慢性閉塞性肺疾患(COPD)を有するユーザのトレーニング管理装置であって、
   ユーザに対する運動負荷心肺機能検査（CPET）による最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＥＸと、前記検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力する呼気情報入力手段と、
   Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定するユーザ判定手段と、
   運動中の呼気延長があると判定されたユーザに対して、最大呼気筋力値に基づき、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するメニュー提示手段と、
   所定回数の前記トレーニング後の前記呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示するトレーニング結果提示手段、
   を備えたことを特徴とする呼気圧負荷トレーニング管理装置。
2. 前記呼気圧負荷トレーニングは、一方向弁付きの呼気圧負荷デバイスを用い、
   前記デバイスは、設定圧力に達すると前記弁が開いて呼気が流入することを特徴とする請求項１に記載の呼気圧負荷トレーニング管理装置。
3. 前記設定圧力は、３０ｃｍＨ_２Ｏ以下の設定幅において設定可能であり、ユーザの前記最大呼気筋力の２０〜３０％の呼気圧負荷からトレーニングを開始し段階的に増加し得ることを特徴とする請求項２に記載の呼気圧負荷トレーニング管理装置。
4. 前記ユーザ判定手段において、前記差分を算出した結果、運動中の呼気延長がない場合には、
   前記メニュー提示手段において、吸気圧負荷トレーニングのメニューを提示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の呼気圧負荷トレーニング管理装置。
5. 前記メニュー提示手段における前記メニューは、呼吸器専門医により、確認され承認されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の呼気圧負荷トレーニング管理装置。
6. 請求項１〜５の何れかの呼気圧負荷トレーニング管理装置が、ネットワークを介して接続されるユーザ端末と管理サーバから構成されており、
   ユーザ端末は、
   前記呼気情報入力手段と、
   入力された前記呼気情報を管理サーバへ送信する手段と、
   管理サーバから受信した前記呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するメニュー提示手段と、
   所定回数の前記トレーニング後の前記呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して管理サーバへ送信する手段と、
   管理サーバから受信した前記トレーニング結果を提示するトレーニング結果提示手段、
   を備え、
   管理サーバは、
   前記呼気情報および運動能力に関連する情報をユーザ端末から受信する手段と、
   受信した前記呼気情報に基づいて、前記差分を算出した結果、運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定する前記ユーザ判定手段と、
   前記呼気圧負荷トレーニングのメニューを作成してユーザ端末に送信するメニュー作成手段と、
   所定回数の前記トレーニング後の前記呼気情報および前記運動能力に関連する情報をユーザ端末から受信し、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を作成してユーザ端末に送信するトレーニング結果作成手段、
   を備えたことを特徴とする呼気圧負荷トレーニング管理システム。
7. 前記ユーザ端末は、患者ユーザの自宅内、トレーニング施設内、又は、医療クリニック施設内の何れかに設置されることを特徴とする請求項６に記載の呼気圧負荷トレーニング管理システム。
8. 慢性閉塞性肺疾患(COPD)を有するユーザのトレーニング管理方法であって、
   ユーザに対する運動負荷心肺機能検査（CPET）による最大運動時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＥＸと、前記検査による安静時の１回の呼吸時間に対する吸気もしくは呼気の時間割合Ｔ_ＲＥとに関する呼気情報を入力する呼気情報入力ステップと、
   Ｔ_ＥＸとＴ_ＲＥの差分を算出し、運動中の呼気延長があるユーザか否かを判定するユーザ判定ステップと、
   運動中の呼気延長があると判定されたユーザに対して、最大呼気筋力値に基づき、呼気圧負荷トレーニングのメニューを提示するメニュー提示ステップと、
   前記トレーニングを所定回数行った後、前記呼気情報および運動能力に関連する情報を入力して、該ユーザの運動能力の改善効果の有無を判別してトレーニング結果を提示するトレーニング結果提示ステップ、
   を備えたことを特徴とする呼気圧負荷トレーニング管理方法。
9. 前記呼気圧負荷トレーニングは、一方向弁付きの呼気圧負荷デバイスを用い、
   前記デバイスは、設定圧力に達すると前記弁が開いて呼気が流入することを特徴とする請求項８に記載の呼気圧負荷トレーニング管理方法。
10. 前記設定圧力は、３０ｃｍＨ_２Ｏ以下の設定幅において設定可能であり、ユーザの前記最大呼気筋力の２０〜３０％の呼気圧負荷からトレーニングを開始し段階的に増加し得ることを特徴とする請求項９に記載の呼気圧負荷トレーニング管理方法。
11. 前記ユーザ判定ステップにおいて、前記差分を算出した結果、運動中の呼気延長がない場合には、
    前記メニュー提示ステップにおいて、吸気圧負荷トレーニングのメニューを提示することを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の呼気圧負荷トレーニング管理方法。
12. 前記メニュー提示ステップにおける前記メニューは、呼吸器専門医により、確認され承認されたものであることを特徴とする請求項８〜１１の何れかに記載の呼気圧負荷トレーニング管理方法。
13. 請求項６の呼気圧負荷トレーニング管理システムにおける前記ユーザ端末が備える全ての手段として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
14. 請求項６の呼気圧負荷トレーニング管理システムにおける前記管理サーバが備える全ての手段として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
15. 請求項８〜１２の何れかの呼気圧負荷トレーニング管理方法における前記呼気情報入力ステップ、前記ユーザ判定ステップ、前記メニュー提示ステップ、及び、前記トレーニング結果提示ステップを、コンピュータに実行させるためのプログラム。

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