宇宙航空環境医学 Vol. 50, No. 2, 2013

原著

仰臥位浸水がヒト動脈スティフネスに及ぼす影響

斎藤 辰哉1,高原 皓全2,西村 一樹3,吉岡  哲4,小野寺 昇5

1川崎医療福祉大学大学院
2人間総合科学大学
3広島工業大学
4香川大学
5川崎医療福祉大学

Effects of Water Immersion in Supine Position on Arterial Stiffness in Humans

Tatsuya Saito1, Terumasa Takahara2, Kazuki Nishimura3, Akira Yoshioka4, Sho Onodera5

1Graduate School, Kawasaki University of Medical Welfare
2University of Human Arts and Sciences
3Hiroshima Institute of Technology
4Kagawa University
5Kawasaki University of Medical Welfare

ABSTRACT
 The purpose of this study was to investigate the effects of characteristics of water (Exp 1), and the effects of water temperature (Exp 2) on arterial stiffness in supine position during human water immersion. Six healthy males (age:23.3±2.2 years, height:174.2±8.5 cm, weight:71.7±7.5 kg;mean±SD) participated in the study. Exp1;Subjects maintained supine position for 5 minutes on land (L condition) or in water set the water temperature at 36°C (WT-36 condition). Brachial-ankle Pulse Wave Velocity (baPWV), heart rate and blood pressure were measured in all subjects. There was no significant difference between the L-condition and WT-36 condition in all parameters. These results suggested that other factors have a strong effect toward baPWV as compared with water pressure and buoyancy. Exp 2;Subjects maintained supine position for 5 minutes in water set the water temperature at 30, 36 and 40°C (WT-30 condition, WT-36 condition, WT-40 condition respectively). baPWV and diastolic blood pressure at WT-30 condition were significantly higher than those at WT-36 condition and WT-40 condition (p<0.05). Heart rate and blood pressure are potentially influential factors on baPWV. These findings suggested that baPWV was influenced by cause an increase in peripheral resistance during 30°C condition. In conclusion, it was shown that arterial stiffness was changed influence by water temperature during human water immersion.


(Received:27 April, 2012 Accepted:10 May, 2013)

Key words:supine position in water, arterial stiffness

1. はじめに
 浸水時の生体は,水の物理的特性の影響を受け,陸上とは異なる生理学的反応を示す1,2)。浸水時は浮力が影響し,微小重力に近い環境となる。皮膚血管収縮が加わり,胸腔内血液量は増加する3,4)。水中運動時の心拍数5),酸素摂取量6),体温7)などの指標に基づく分析から,浸水時におけるヒトの生理的変化が明らかになりつつある。
 心拍数8),年齢9,10)および収縮期血圧10)は,動脈スティフネスに影響を及ぼす因子である。しかしながら,浸水時の動脈スティフネスに関する知見はほとんどない。野上ら11)は,15分間の中等度自転車エルゴメータ運動を陸上環境と水中環境 (水温30°C) で実施し,陸上運動後には動脈スティフネスが低下し,水中運動後には動脈スティフネスに変化がみられないことを報告した。このことは,水中環境での身体活動が運動後の動脈スティフネスに影響を及ぼすことを示唆する。しかしながら,この報告は,身体活動に伴う生体の生理学的反応の影響なのか,浸水に伴う生体の生理学的反応の影響によるものなのかを明確にしていない。
 国内で管理された室内温水プールの水温は,概ね30〜32°Cの範囲にある2)。水温が中立温度 (水温34〜38°C) よりも低い場合には,末梢血管抵抗が増加し,逆に高い場合には,末梢血管抵抗が大きく減少する12)。脈波伝播速度 (Pulse Wave Velocity;PWV) 測定は,仰臥位姿勢にて行うものが一般的である。そのため,浸水時のPWV測定も,全身仰臥位浸水姿勢とした。呼吸を確保するため,顔面は浸水させなかった。水流がなく,身体が水面に近い水位での測定のため,水の物理的特性の中でも水温の影響が最も大きいものと予測する。水温30°C浸水は,中立温度よりも低い水温であることから,中立温度よりも高い水温の浸水と比較して高値を示すものと仮説立てた。
 本研究は,仮説を検証するために2つの実験を設定した。実験1では水の物理的特性が仰臥位浸水時の動脈スティフネスに及ぼす影響について,実験2はで水温の違いが仰臥位浸水時の動脈スティフネスに及ぼす影響について検討することとした。

2. 方法
 被験者は,健康な成人男性6名 (年齢23.3±2.2歳,身長174.2±8.5 cm,体重71.7±7.5 kg)であった。全ての被験者に対して,事前に実験の目的,方法を説明の上,実験参加について本人の同意を文書で得た。本研究は,川崎医療福祉大学倫理委員会の承認を受け実施した(承認番号280)。
 A. 実験1
 測定条件は,陸上条件(L条件)および水温36°C条件(WT-36条件)とした。各測定条件における姿勢は仰臥位姿勢とした。室温は,28°Cであった。L条件は,プールサイドで測定を行う条件とした。L条件の測定は,陸上仰臥位安静を20分保った後に行った。WT-36条件は,水槽 (縦2,196×横966×高さ655 mm) に架台 (縦2,000×横500×高さ400 mm) を沈め,頚部にエア枕を装着させ,顔面以外の全身を仰臥位浸水させた状態で測定を行う条件とした(Fig. 1)。WT-36条件の測定は,陸上仰臥位姿勢を15分間保った後,水中で仰臥位姿勢を5分間保った。着衣は,両条件とも競泳用水着とした。測定項目は,心拍数 (Heart Rate;HR),血圧 (Blood Pressure;BP)および上腕-足首間脈波伝播速度(brachial-ankle PWV;baPWV) とした。全ての測定項目は,血圧脈波検査装置 (form PWV/ABI;オムロンコーリン社)を用いて測定した。PWVは,体表面から測定可能な2か所の部位にて脈波を記録し,2点間の距離と脈波の時間差から算出する13)。動脈は,動脈壁への衝撃を緩和させるために弾性を有する13)。動脈の弾性が保たれている際の末梢への伝播速度はゆっくりであり,動脈が硬くなるにつれて速くなる13)。このことから,PWVは,動脈スティフネスの指標として用いることができる。baPWVは,四肢 (両上腕,両足首) に血圧測定カフを巻き,低圧で巻いたカフ内の容積脈波から両上腕および両下肢の脈波を得て測定を行う14)。上腕動脈波と足関節動脈波の立ち上がりの時間差(ΔT)を脈波伝播時間,身長より算出した大動脈弁口から上腕までの長さ(Lb)と大動脈弁口から足首までの長さ(La)の差を脈波伝播距離とし,それぞれから求められた式(baPWV=(La−Lb)/ΔT)より算出した14)。BPは,右上腕血圧を代表値とし,baPWVは,左右の平均値を採用した。
 B. 実験2
 測定条件は,水温30°C条件(WT-30条件),水温36°C条件(WT-36条件),水温40°C条件 (WT-40条件) とした。室温は,28°Cであった。各条件は,実験1と同仕様の水槽を用いて行った。各条件の測定は,陸上仰臥位姿勢を15分間保った後,水中で仰臥位姿勢を5分間保った後に行った。各測定条件における姿勢,着衣,測定項目は実験1と同様とした。

 統計処理は,統計ソフトMacintosh版Stat-view-J 5.0を用いて行った。測定によって得られた数値は,平均値±標準偏差で示した。実験1の各条件間における測定値の比較には,対応のあるt検定を用いた。実験2の各条件間における測定値の比較には,一元配置分散分析を用いた。有意性が認められた場合,FisherのPLSD法を用いて事後検定を行った。統計的な有意水準は,危険率5%未満(p<0.05)とした。



Fig. 1. Schematic presentation of experimental setup for supine position in water. Subjects lay supine position on the experimental steel board under the water. Whole body other than face was submerged below the water surface.

3. 結果
 A. 実験1
 L条件,WT-36条件におけるHR (Fig. 2),BP (Fig. 3),baPWV (Fig. 4)の比較を示した。HR,BP,baPWVにおいて条件間に有意な差が観察されなかった。
 B. 実験2
 WT-30条件,WT-36条件およびWT-40条件におけるHR (Fig. 5),BP (Fig. 6),baPWV (Fig. 7)の比較を示した。WT-40条件のHRは,WT-30条件およびWT-36条件と比較して有意に高値を示した(p<0.05)。WT-30条件の拡張期血圧は,WT-36条件およびWT-40条件と比較して有意に高値を示した(p<0.05)。WT-30条件のbaPWVは, WT-36条件およびWT-40条件と比較して,有意に高値を示した(p<0.05)。


Fig. 2. Comparison of the heart rate between L and WT-36 conditions.
L condition:Land condition
WT-36 condition:Water temperature 36°C condition




Fig. 3. Comparison of the blood pressure between L and WT-36 conditions.
●:Systolic Blood Pressure, ■:Diastolic Blood Pressure
L condition:Land condition
WT-36 condition:Water temperature 36°C condition




Fig. 4. Comparison of baPWV between L and WT-36 conditions.
L condition:Land condition
WT-36 condition:Water temperature 36°C condition




Fig. 5. Comparison of heart rate during in water at WT-30, WT-36 or WT-40 conditions.
*:p<0.05
WT-30 condition:Water temperature 30°C condition
WT-36 condition:Water temperature 36°C condition
WT-40 condition:Water temperature 40°C condition




Fig. 6. Comparison of blood pressure during in water at WT-30, WT-36 or WT-40 conditions.
●:Systolic Blood Pressure, ■:Diastolic Blood Pressure
*:p<0.05
WT-30 condition:Water temperature 30°C condition
WT-36 condition:Water temperature 36°C condition
WT-40 condition:Water temperature 40°C condition




Fig. 7. Comparison of baPWV during in water at WT-30, WT-36 or WT-40 conditions.
*:p<0.05
WT-30 condition:Water temperature 30°C condition
WT-36 condition:Water temperature 36°C condition
WT-40 condition:Water temperature 40°C condition

4. 考察
 A.実験1は,中立温度における動脈スティフネス変化を検討した。全ての測定項目において条件間に有意な差は観察されなかった。このことは,不感温度での浸水時に水圧,浮力および粘性がbaPWVに及ぼす影響は低いことを示唆する。
 WT-36条件のHRにおいて,条件間で有意な差は観察されなかった。平松ら15)は,水温35°Cにおける臥位浸水時において,左室拡張末期容量および心拍出量が陸上仰臥位姿勢と比較し,変化を示さないことを明らかにした。本研究の知見は,平松ら13)の報告を支持するものと考える。一方,座位および立位浸水条件における先行研究は,中立温度でのHRの低下を報告した4,16,17)。静水圧の影響は,浸水時の水位に比例して大きくなる2)。これらのことから,本研究における仰臥位浸水時は,水中立位時 (水位:大転子よりも上) で生じる,心拍数減少に影響を及ぼす程度の静脈還流量の増大が生じていなかった可能性が考えられた。
 B.実験2は,水温30°C,36°Cおよび40°Cにおける動脈スティフネスに及ぼす影響について検討した。WT-30条件の拡張期血圧およびbaPWVは,WT-36条件,WT-40条件と比較して有意に高値を示した。水温38°Cおよび43°C(水位:腋窩)の浸水は,陸上と比較し,末梢血管抵抗が低下する18)。これらのことから,浸水時のbaPWVが末梢血管抵抗変化の影響を受けることを示唆する。
 BPは,心拍出量と末梢の血管抵抗のバランス,循環する血液の粘性や血液量などによって決定され,拡張期血圧は,末梢血管抵抗の影響を受ける19)。水は,熱伝導率が空気と比較して,25倍以上高く,比熱も空気と比較して1,000倍以上のため,水中安静時は,身体から多くの熱が奪われる7)。本研究におけるWT-30条件は,浸水時の熱損失に対する防衛反応としての皮膚血管収縮により,末梢血管抵抗の増大が生じていた可能性が考えられた。
 心拍数8),年齢9,10)および収縮期血圧10)は,動脈スティフネスに影響を及ぼす。しかしながら,体温が動脈スティフネスに及ぼす影響は明確ではない。Guinea et al.20)は,摘出頸動脈の動脈伸展性が,温熱刺激により増加し,寒冷刺激によって低下することを報告した。水温30°Cでの浸水時において,浸水10分後から直腸温は低下し始める21)。実験後,被験者6名の各水温条件における直腸温変化を観察した結果,全ての水温条件において有意な差は観察されなかった。一方で,中立温度よりも低い温度での浸水では,shiveringや肝臓などの臓器での代謝亢進による熱産生増加,皮膚血管の収縮による熱放散の抑制が起こる7)。実験後,心臓足首血管指数(Cardio Ankle Vascular Index;CAVI)を指標として,被験者6名の陸上仰臥位姿勢時と水温30°C仰臥位浸水時の動脈スティフネス変化を観察した。その結果,水温30°C仰臥位浸水時のCAVIおよび拡張期血圧は陸上仰臥位姿勢時と比較して有意に高値を示した(p<0.05)。CAVIは血圧の影響をほとんど受けない動脈硬化指標である22)。先行研究23)は,32°Cの水槽に両下肢を浸漬し,65分間かけて17°Cまで水温を低下させた結果,足趾の皮膚血流量は減少したと報告した。本研究のWT-30条件において,熱産生増加および体温の恒常性を維持するための皮膚血管収縮に起因する末梢血管抵抗の増加が生じていた可能性が示唆され,このことがbaPWVに影響を及ぼした可能性が考えられた。しかしながら,本研究の結果を明確にするためには,皮膚血流量および皮膚表面温度を測定し,検討を実施する必要がある。
 HRは,WT-40条件においてWT-30条件,WT-36条件と比較して有意に高値を示した。このことは,水温38°C以上の浸水時において心拍数,心拍出量が増加すると報告した大塚24)の知見を支持する。WT-40条件の心拍数は,他の条件と比較し,水温の温熱刺激による熱痛覚等の受容器刺激24)および室温と水温との温度差による心理的影響 (温熱ストレス)25)が影響を及ぼした可能性が示唆された。
 本研究の限界は,動脈スティフネスの測定が水中仰臥位姿勢であったことと考える。baPWVの測定は,伏臥位姿勢では不可能である。浸水時および水中運動時において,仰臥位姿勢をとることは水中リラクゼーション以外ではほとんどない。しかしながら,水中リラクゼーションは,水中運動におけるエクササイズの最後に実施されるプログラムとして構成上除外することはできない。このことから,仰臥位浸水時の動脈スティフネスの測定は,意義があるものと考える。浸水と血管動態との関連性については,不明な点が多い。本研究の知見は,浸水時のbaPWV変化が血管弾性能の生理的反応の指標になる可能性を示唆する。

5. まとめ
 水温30°C浸水におけるbaPWVは,水温36°C浸水,水温40°C浸水と比較して有意に高値を示した。研究仮説が支持された。浸水時のbaPWV変化は,動脈スティフネスが末梢血管抵抗変化の影響を受けることが示唆された。

謝辞
 本研究を遂行するにあたり,多大な御協力を頂きました鳥取大学西村正広先生,並びに帝塚山大学燒リ祐介先生に心より感謝申し上げます。

文 献

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