心身科学 第 10 巻第 1 号（27 34）（2018）

心拍変動増大に最適な呼吸は圧反射感度を高めるか？（第 1 報）
­シーケンス法を用いた圧反射感度評価システムによる検討­
榊原雅人＊１） 金田宗久＊２） 石田光男＊１）

圧受容体反射感度評価システム（血圧が漸進的に上昇または下降する 3 〜 7 拍のシーケンスを特定するために，コンピュータによって連続血圧と心電図 RR 間隔記録をスキャンするシステム）を構成した．圧受容体反射感度は特定されたすべてのシーケンスの回帰係数の平均値として算出した（Parlow et al., 1995）．実験では 2 名の健常男性において安静条件と緩徐なペース呼吸条件を実施し，心電図（CM5 誘導），呼吸（ストレンゲージを胸部に装着），連続血圧を測定した．心電図 RR 間隔の標準偏差によって評価した心拍変動の大きさは安静に比べて緩徐なペース呼吸において増大した．
さらに，本システムによって評価された圧受容体反射感度は安静に比較して緩徐なペース呼吸で増加した．本研究における圧受容体反射感度評価システムの有用性が考察された．
キーワード：圧受容体反射感度，シーケンス法，心拍変動，自律神経活動，バイオフィードバック

静時心拍変動が大きいことから 15） 16） 17），心拍変動のⅠ．

はじめに増大は身体的・心理的な適応状態を反映しているのではないかと推測されている 18）．

正常な心臓の拍動は洞結節から規則正しく発生しところで，リラクセーションは基本的に心拍変動をた 電 気 刺 激 が 心 室を興奮・収縮させることで 起 こ増大させることが知られているが 19），特に，緩徐なり，拍動の頻度（心拍数）は自律神経活動によってペース呼吸とバイオフィードバックの手続きを用いて調節されている．心臓は常に一定のリズムで規則正心拍変動を増大させる方法（心拍変動バイオフィー

しく拍動する印象があるが，子細に観察すると拍動

ドバック : 以下，心拍変動 BF）はストレスに関わる間隔は一定でなくむしろ著しくゆらいでいるのがさまざまな症状を緩和することが報告されている 18）．

わかる．このようなゆらぎを心拍変動（Heart rate

心拍変動 BF の臨床的な効果については，不安の軽減variability）とよび，具体的に，心電図 R 波と次の20）

心電図 R 波の間隔をミリ秒単位で順次測定するこが積み重ねられているが，背景機序として，心拍変動とで把握することができる．これまでの研究から心BF は圧受容体反射に関わる自律神経機能を高めるよ

拍変動は心臓自律神経活動を反映する指標となるうに働くのではないかと推測されている．圧受容体反ことが明らかにされているが１）や睡眠中の休息機能の改善 21）などの基礎的な知見，身体的負荷やス射とは，大動脈弓や頸動脈洞にある圧受容体が血圧のトレスもしくは精神身体的な障害に関連して心拍変化を感知して循環中枢に情報を送り，自律神経を介変 動 は 低 下 す る（すなわち心拍のゆらぎがみ ら れ

して心拍数や血管運動を調節することで血圧をコント

な く な る ）２ ） ３ ） ４ ） ５ ） ６ ） ７ ）． 一 方， 薬 物 や 心 理 療

ロールするホメオスタシス機能のひとつである．実際

法によって状態が軽快すると低下していた心拍変に，継続的な心拍変動 BF の練習は心拍変動を増大さ動が再び増大することも知られている ８ ） ９ ） 10） 11）．

せ，同時に圧受容体反射感度を高めることが報告されまた，若年者や有酸素能力の高い者

12） 13） 14），さらにている 22）．

は情動刺激に対して適切に感情を制御できる者では安

心拍変動 BF では心拍変動の増大を効率よく引き起＊ 1 ）愛知学院大学心身科学部心理学科＊ 2 ）心身科学研究科心理学専攻・研究員（連絡先） 〒 470-0195 愛知県日進市岩崎町阿良池 12 愛知学院大学心身科学部心理学科 E-mail: msakaki@md.ccnw.ne.jp― 27 ―

榊原雅人，金田

こすのに最適なペースが重視されている．これを共宗久，石田光男理指標（連続血圧，心電図，呼吸）を測定した．

鳴周波数（resonance frequency）とよび，身長など装置および測定

動脈血圧波形は左手第 2・3の要因によって個人毎に異なるため 18），臨床的な心指に脈波測定センサを装着し非観血式連続血圧計

拍変動 BF 訓練では初期のセッションにおいて共鳴周（CNAP500, Cnsystem）にて測定した．この際，校波数を検索するための手続きが採られている 23）．そ

正血圧を得る目的で左上腕にカフを装着した．心電こでは，はじめに 1 分あたり 6 回のペース呼吸を実図は CM 5 誘導によって時定数 0.1 秒で増幅記録した

施して心拍変動の出現度合いを判断し，順次，6.5 回，（BA1008, デジテックス研究所）．呼吸は伸縮ベルト

5.5 回，5 回，4.5 回のペースについても同様に評価しに付属したストレンゲージを上腹部に装着して測定してゆく．共鳴周波数をもとにペース呼吸が行われるとた（ストレンゲージ呼吸センサ , G 1 システム）．これ顕著な心拍変動の増大が現れるとされている．しかしらの生体信号は AD 変換ボード（ATP-32F, Contec）ながら，この手続きにはいくつかの問題があり，個人を介して 1 kHz のサンプリング周期でパーソナルコンの共鳴周波数は 6.5cpm のように区切りのよいポインピュータ（Compaq nx6310, HP）に保存した．
手続き

トでなく，本来は 6.23cpm のように細かな値になり得ることが指摘されている 23）．さらに，段階的なペー

防音シールド室にて各種センサを装着した

後，座位で 10 分間の順応期間をおいた後，そのままス呼吸の試行には一定の時間を要するため，特に治療3 分間の安静（Baseline）データを記録した．続いて，セッションではより短時間で正確に共鳴周波数を特定

15 回 / 分（cpm）の頻度で呼吸を統制しながら 3 分できるようにすることが課題となっている．

間の測定を行った．この測定の直後，15cpm 条件下の榊原・及川 24） は，個人の共鳴周波数を効率的に同心拍変動をスペクトル分析し LF 成分のピーク周波数定するための手順を開発することを目的として，安静を同定した（後述）．最後に，この周波数を基準とし時心拍変動の低周波（low frequency: LF）成分のピーたペース呼吸を 3 分間実施した（Paced-breathing）．
心電図 R 波間隔の測定と心拍変動の評価

ク周波数に着目し，これをもとにペース呼吸を実施す

記録さると従来の共鳴周波数検索法によって同定された周波れた心電図データから R 波を検出し，異常波の混入数のペース呼吸よりも有意に大きな心拍変動が現れがないかどうかを確かめながら RR 間隔を計測した．

ることを見出した．安静時心拍変動には 0.1Hz 近傍

この際，RR 間隔の時系列データは 3 次スプラインに LF 成分のピークをみることができるが，これは上補間によって 1 秒毎の等間隔データに変換した．続述の圧受容体反射に関わる血圧変動が心拍変動に現れいて，15cpm 呼吸の下で得られた RR 間隔データにたものであると考えられている １ ）．彼らはこの点に着対 し て 高 速 フ ー リ エ 変 換（fast Fourier transform:目し，LF ピーク周波数をもとにしてペース呼吸を行FFT）によるスペクトル分析を施した．0.04-0.15Hz

うことで，呼吸によって生じる心拍変動と血圧調節にの範囲を LF 帯域として分析し １ ），そのピーク周波数関わる心拍変動（LF 成分）が合致して共鳴が起こるを共鳴周波数として決定しペース呼吸に用いた．
通常，と仮定した．榊原・及川の知見ではこの仮説に沿うよ

LF 帯域には複数のピークがみられることがあるが本

うに心拍変動の増大がみられたが，圧受容体反射も実

報告では 0.1Hz 近傍で最も優勢なパワーを示すもの

際に増加するかどうかについては明らかにされていなと し た．Baseline と Paced-breathing に お け る 心 拍い．そこで，本研究は安静時 LF 周波数をもとにペー変動の大きさの比較には RR 間隔の標準偏差（SDNN）ス呼吸を行ったとき，従来の共鳴周波数検索法によっを用いた．て導かれたペース呼吸に比して，心拍変動と圧受容体圧受容体反射感度は Parlow et al. 25）の方法にした反射感度が同時に増加するかどうか検討することを目がって spontaneous sequence 法によって評価した．

的とした．本論文ではこの検討目的のため，
連続血圧，はじめに上記の測定手続きによって得られた血圧およ心拍変動，呼吸の各パラメータを測定し，圧受容体反び心電図データから，収縮期血圧と RR 間隔が共に連射感度の評価システムを構築してペース呼吸に対する続して上昇あるいは下降する系列（ 3 〜 7 拍）をコン心拍変動の反応を試行的に分析したので報告する．

ピュータによって抽出した．今回，この操作のため，
1 ）血圧ピーク・心電図 R 波検出，2 ）血圧上昇（まⅡ．方法たは下降）シーケンス検出，3 ）各データテキスト出力，から成るプログラムを構成した（生体情報収録・実験参加者

健常な成人男性 2 名を対象として生解析ソフトウエア Analog recorder pro BR, G 1 シス― 28 ―

心拍変動増大と圧反射感度の評価

ンス（図 3 ）の例を示した（Paced breathing, 参加テム）．
こ の 際， 血 圧 値 と RR 間 隔 の 関 係 は，Parlow et者 A）．それぞれの図の上段は呼吸曲線，中段は連続

al. と同様に圧反射の時間的な特徴（圧受容体から情血圧波形，下段は心電図波形である．これらは，評価報が迷走神経と舌因神経を介して中枢へ送られ RR 間システムが収縮期血圧の上昇トレンド（図 2 ）と同下隔が調節される過程）を考慮して，ある時点の血圧の降トレンド（図 3 ）を捉えている（それぞれ 5 拍分の発生からその次に起こる RR 間隔の組み合わせと定義

シーケンスの例）．Paced-breathing は約 0.1Hz（呼吸した．図 1 はこのような血圧と心電図 RR 間隔の関係

長は約 10 秒）の緩徐な呼吸となるが，このような条を示している．

件では吸気の終わりから呼気において血圧上昇トレン

本研究で用いた圧受容体反射感度評価システムで得られた血圧上昇シーケンス（図 2 ）と血圧下降シーケ

図１

図２ドがみられ，反対に呼気終わりから吸気にかけて血圧下降トレンドを伴っているのがわかる．

血圧と心電図から得られた圧反射シーケンスの選択

圧受容反射感度評価システムにおける血圧上昇シーケンスの例― 29 ―

榊原雅人，金田宗久，石田光男

次に，収縮期血圧の値と RR 間隔の値の関係をプ射感度とした．この際，少なくとも 1 mmHg 以上のロットしたものが図 4 である．このような関係を示変化を血圧の上昇（または下降）とした．また，連続すすべてのシーケンス（ 3 〜 7 拍の上昇および下降）的に上昇（または下降）する血圧シーケンスに対しについて回帰係数を求め，平均したものを圧受容体反て RR 間隔は常に延長（または短縮）を呈するとは限図３

圧受容反射感度評価システムにおける血圧下降シーケンスの例

図４

収縮期血圧と RR 間隔の関係の例― 30 ―

心拍変動増大と圧反射感度の評価

心 拍 変 動 の 程 度 を 反 映 す る SDNN は い ず れ もらないため，収縮期血圧と RR 間隔の相関係数が 0.95

Paced-breathing で明瞭に増大した．これについて心以上となるシーケンスを評価の対象とした．

拍変動各成分の変化を反映するのがそれぞれ LF およⅢ．結果び HF である．それぞれのパワーを検討すると，いずれの参加者も LF 成分が Paced-breathing によって著

Baseline，Paced-breathing における呼吸頻度，平しく増大しているのがわかる．HF 成分のパワーにつ均 RR 間隔，RR 間隔の標準偏差（SDNN），心拍変動

いてはそれぞれの参加者で一定した結果は見受けられの低周波成分パワー（LF power）および高周波成分なかった．心拍変動の変化に対して，圧受容体反射感パワー（HF power），圧受容体反射感度（baroreﬂex度（BRS）はいずれの参加者も Paced-breathing で増sensitivity: BRS）を表 1 に示した．

加を示した．

参加者 A は Baseline における呼吸頻度が約 9.1 回Ⅳ．考/ 分（0.152 Hz）とやや低く，Paced-breathing の際察の頻度は約 5.6 回 / 分（0.093 Hz）であった．これに対し，参加者 B の Baseline の呼吸頻度は約 17.3 回 /心拍変動を効率よく増大させる共鳴周波数は，従来分（0.289 Hz）であり，Paced-breathing の頻度は約4.9の報告では 4.5 〜 6.5 回 / 分とされており 18），今回の回 / 分（0.082 Hz）であった．

参加者のペース呼吸頻度もその範囲にあった．緩徐な表１参加者 A および B における各測定値― 31 ―

榊原雅人，金田宗久，石田光男

ペース呼吸によってリラクセーション反応が誘発されを伴う場合には相対的に過大な回帰係数が算出される

ると心拍数の低下が起こることが予想されるが，今回ことになる．Spontaneous sequence 法を用いた圧受の試行は 3 分間の測定であったため十分な反応が生

容体反射感度の評価に際しては，これらのパラメータじるに至らなかったものと考えられた．

について注意深く測定・評価することが重要であると一方，心拍変動の大きさを反映する SDNN（標準偏考えられた．

差）は増大した．当該指標は心拍変動の成分を全体的以上，本報告では連続血圧，心拍変動，呼吸の各に反映していると考えられるため，心拍変動増大の要パラメータの測定・分析をもとにした圧受容体反射因を細かくみるためには心拍変動スペクトル分析によ感度評価システムを構成した．圧受容体反射感度はる検討が重要である．結果にみられたように，いずれspontaneous sequence 法を用いたシステムの試行との参加者とも Paced-breathing で著しい LF パワーのして 2 名の参加者のデータを分析した．緩徐なペー増大を示した．一方，HF パワーには一貫した変化はス呼吸によって予想どおり心拍変動と圧受容体反射みられなかったことから，緩徐なペース呼吸によって感度が増加することが示され，今後の検討において利心拍変動が主に低周波帯域へ移動したものと考える用可能なシステムであると判断した．本研究は安静時ことができる．このような変化に伴って BRS 値も増

LF 周波数をもとにペース呼吸を行ったとき，従来の大したことから，心拍変動を増大させる緩徐なペース共鳴周波数検索法によって導かれたペース呼吸に比し呼吸によって圧受容体反射感度が高まることが示されて，心拍変動と圧受容体反射感度が同時に増加するか22）た．Lehrer et al. は，長期的な心拍変動バイオフィーどうか検討することを目的としている．今後，対象者ドバックの練習によって圧受容体反射感度が高まるこを増やして引き続き検討を行う予定である．とを報告しているが，短時間の測定を実施した本研究

付記の結果は緩徐なペース呼吸が基本的に当該感度を高める方向に働くことを示唆している．
さて，本報告では図 1 〜 4 に示した手順で血圧の上本報告に示したシーケンス法を用いた圧反射感度評昇（または下降）シーケンスを抽出し，それらに対す価システムの構成は 2017 年度心身科学研究所研究助

る RR 間隔の回帰を検討した．一般に，spontaneous成の補助によるものである．また，システムに必要なsequence 法による圧受容体反射感度の評価は，対象連続血圧測定装置は科研費 16K04395 の補助を受けとなるシーケンスが 3 〜 7 拍程度とされている．した．

かしながら，各シーケンスにおける血圧と RR 間隔の関係性（両者の相関係数，血圧の変化値の定義など）

引用文献

についてはあまり詳しく議論されていないように思わ

１）Berntson, G.G., Bigger, J.T. Jr., Eckberg, D.L., Grossman, P.,れる．今回，血圧と RR 間隔の相関係数を 0.95 以上

Kaufmann, P.G., Malik, M., Nagaraja, H.N., Porges, S.W.,のシーケンスとして検討したが，これより低い相関の場合には血圧の上昇（下降）に対して一貫した RR 間隔の延長（短縮）がみられなくなり，相関係数の基準を高めると検出シーケンスは極端に減ってしまう．実
際，参加者 A の baseline における検出シーケンス数は上昇が 2 ，下降が 6 であった．Paced-breathing においても同様であった．参加者 B の baseline は上昇

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ケンス数 3 ，下降シーケンス数 3 であった．そのため，

Paced respiratory sinus arrhythmia as an index of cardiac

少しでも評価対象シーケンスを確保できるよう，少parasympathetic tone during varying behavioral tasks.

なくとも 3 分以上の生理指標の測定が必要であろう．

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一方，血圧の変化（上昇または下降）については PC

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Journal of the Institute for Psychological and Physical Science, Vol. 10, No. 1 , 27 34, 2018

Does suitable breathing for increasing heart rate variability enhance baroreﬂex
sensitivity?（the 1st report）: examination of baroreﬂex sensitivity assessment
system using spontaneous sequence method
Masahito SAKAKIBARA, Munehisa KANEDA, Mitsuo ISHIDA
Abstract
Baroreflex sensitivity assessment system, a computer scanning of recordings consisting ofcontinuous finger arterial pressure and R-R interval of ECG to locate sequences from three
to seven beats where pressure progressively increased and decreased, was constructed inthis study. The spontaneous baroreflex sensitivity was calculated as mean regression slopeof all sequences (Parlow et al., 1995). CM 5 lead ECG, a pneumogram with a strain gauge
placed around the chest wall, and continuous finger arterial blood pressure were measured
during baseline and slow paced breathing in 2 healthy adults. Results indicated that heart
rate variability assessed by standard deviation of RR interval increased during the slow paced
breathing compared to baseline. Moreover, the baroreﬂex sensitivity assessed by this system wasgreater during the slow paced breathing than during the baseline. Implications for usefulness of
the assessment system in this study were discussed.
Key words：Baroreflex sensitivity, spontaneous sequence method, heart rate variability,
autonomic nervous activity, biofeedback― 34 ―