2020 年度研究助成報告書

運動強度の違いが肺気腫モデルマウスの骨格筋に及ぼす影響

1

筋線維タイプ，筋線維断面積，SDH 光学濃度を測定した。また，腓腹筋の mRNA を抽出し real time PCR 法
を用いて有酸素系酵素のクエン酸シンターゼ（CS），筋萎縮に関連する筋特異的 RING-Finger タンパク質 1（以熊谷雄基（PT，MSc）1）2），木戸聡史（PT，PhD）3），
4）5）

善田督史（PT，MSc）

3），丸岡弘（PT，PhD）

下，MuRF-1），炎症性サイトカインの腫瘍壊死因子 α（以下，TNFα ）の発現量を検討した 3）。統計処理は群間比較に一元配置分散分析，多重比較検定に Tukey 法1）

埼玉県立大学大学院博士前期課程を用いた（p<0.05）。

2）

草加整形外科内科リハビリテーション科3）

3．倫理的配慮埼玉県立大学理学療法学科

4）

埼玉県立大学大学院博士後期課程

5）

国際医療福祉大学市川病院リハビリテーション科

キーワード：慢性閉塞性肺疾患，骨格筋，トレッドミル

本研究は所属機関の動物研究倫理委員会において承認（番号：19-02）済みである。
結果

1．身体機能評価

運動

走行時間は CSS 群と比較して MIT 群で有意に高値
はじめにを 示 し た が，CSS 群 と LIT 群 の 間 に 有 意 差 を 認 め な

慢性閉塞性肺疾患（以下，COPD）は，呼吸機能の低下や骨格筋における有酸素能力の低下により，呼吸困難かった（図 1）。筋力，体重，安静時呼吸機能は LIT 群，MIT 群ともに各群との間に有意差を認めなかった。

や運動耐容能の低下などの症状を呈する全身性の疾患である。COPD 患者に運動介入を行うことでこれらの症

2．病理組織評価状が改善することが示されており，そのメカニズムとし腓腹筋深層の筋線維タイプは，Con 群と比較して MITて，運動により骨格筋における有酸素能力の改善が関与群で type Ⅱ A 線維の割合が有意に低値を示した（図 2）。

している1）。これまでに，COPD 患者を対象に運動強度の比較を行った研究は報告されているが，骨格筋機能筋線維断面積，SDH 光学濃度は，LIT 群，MIT 群ともに各群との間に有意差を認めなかった。

は検討されていない。また，齧歯類を対象に運動強度の違いが骨格筋代謝特性に与える影響が検討されている

3．分子機序の検討

が，肺疾患モデル動物の骨格筋機能に与える影響は解明

CSS 群と比較して LIT 群，MIT 群で CS，MuRF-1 のされていない。そのため本研究では，肺気腫モデルマウ

mRNA 発現量は有意に低値を示したが，LIT 群と MITスを対象に，異なる強度の運動が骨格筋機能に及ぼす影群の間には有意差を認めなかった。Con 群と比較して響を検証することとした。

LIT 群，MIT 群で TNF- α の mRNA 発現量は有意に低方なかった。

値を示したが，LIT 群と MIT 群の間には有意差を認め
法

1．対象とデザイン
10 週齢の雄性野生型 C57BL/6 マウス 20 匹を使用した。マウスを無作為に肺気腫群 15 匹と対照群（Con 群）5 匹に分け，肺気腫群に対してタバコ煙の溶液を気管支2）内に投与し 4 週間で肺気腫モデルを作製した 。肺気腫群をさらに運動を行わない CSS 群，低強度のトレッドミル運動（12 m/min で 45 分）を行う LIT 群，中強度のトレッドミル運動（18 m/min で 30 分）を行う MIT群の 3 群に分けた。運動介入は，モデル作製期間中に 1日 1 回，週 5 日，4 週間行った。
2．評価と分析
モデル完成時点で筋力，呼吸機能，運動耐容能の評価を行った。運動耐容能はトレッドミルを用いて漸増負荷試験により走行時間を測定した

3）。測定から数日後に屠殺し，ヒラメ筋，腓腹筋を採取した。採取した骨格筋は連続切片を作成し ATPase 染色4）と SDH 染色 5）を行い，

図 1 漸増負荷試験による運動耐容能の評価結果
小動物用トレッドミルを用いて傾斜 0°，10 m/min で5 分間の warm up 後に，3 分ごとに 2 m/min ずつ速度を上げた。後方で電気刺激を行い，30 秒以上電気刺激を受けても走らなくなった時点で終了とした．

22020 年度研究助成報告書

結論
中強度の運動は，肺気腫モデルマウスにおいて骨格筋の type Ⅱ A 線維割合を減少させ，有酸素系酵素とは関係なく運動耐容能を改善させることが示唆された。
文

図 2 腓腹筋深層における筋線維タイプ型構成比
腓腹筋の連続切片を作成し，ATPase 染色（pH4.55）と SDH染色を行った．検体ごとに 100 本以上の筋線維を含む画像を分析し，筋線維のタイプ分類を行った．

考察本研究は，肺気腫モデルマウスに対して運動強度の違いが骨格筋に与える影響を検証した。運動耐容能は骨格筋の SDH 活性や CS と相関し

6）

，これらの有酸素系酵素は運動によって増加することが報告されているが1），本研究では LIT 群，MIT 群ともに有酸素系酵素の変化がみられなかった。一方で，MIT 群で運動耐容能の上昇，type Ⅱ A 線維割合の減少がみられ，LIT 群ではこれらの変化はみられなかった。ICR マウスを対象にした研究では，18 m/min の運動で type Ⅱ X 線維割7）合が減少することが報告されているが ，本研究で使用した C57BL6 マウスは，ICR マウスと比べて最大走行速度が遅く，ICR マウスと同じ速度の運動を行った場合，
C57BL6 マウスには高負荷になっていた可能性がある。
齧歯類の骨格筋に電気刺激を行うと，持続的な低周波刺激が遅筋化を誘導し，間欠的な高周波刺激が速筋化を誘導する

8）。そのため，C57BL6 マウスにおいて中強度の運動は，間欠的な高周波刺激に類似した効果をもたらす可能性が示唆された。また，マウスの骨格筋において酸化能力は，Ⅱ A ＞Ⅰ = Ⅱ X ＞Ⅱ B の順に高く，解糖能力は，Ⅱ B ＞Ⅱ X ＞Ⅱ A ＞Ⅰの順に高い

献1）Brønstad E, Rognmo O, et al.: High-intensity knee
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9）。本研究における運動耐容能の評価は，漸増負荷試験を行ったた

発表実績

め，C57BL/6 マウスの乳酸産生域値を超える 20 m/min

1）熊谷雄基，丸岡 弘，他：強度の異なる運動が肺気腫モデルマウスの骨格筋に及ぼす影響．第 26 回日本基礎理学療法学会学術大会（北海道）．2021; 10: 23‒24.

以降は解糖系代謝の割合が増えることが考えられる。そのため，type Ⅱ A 線維の割合が減少したことにより相対的に解糖能力の高い筋線維の割合が増加し，漸増負荷試験におけるパフォーマンスの上昇に寄与した可能性が示された。