“呼吸困難負荷の場合、運動遂行能力や認知機能に悪影響を及ぼす”
呼吸困難が実行機能、注意力、処理速度の低下と関連しているという現在の観察結果は、慢性呼吸器疾患が認知機能へ影響を与えることを意味する
認知機能では、「血液ガスの変化、肺機能の低下、持続的な喫煙、血管疾患、海馬容積の喪失、炎症性メディエーターに関連する神経細胞の損傷などの他の因子」も関与するが、呼吸困難により直接の影響をもたらすことを明示した報告となっている？
Experimental dyspnoea interferes with locomotion and cognition: a randomised trial
David Lawi, et al.
European Respiratory Journal 2020 56: 2000054;
DOI: 10.1183/13993003.00054-2020
https://erj.ersjournals.com/content/56/2/2000054
背景
慢性呼吸器疾患は認知機能障害と関連しているが、呼吸困難自体が認知に悪影響を及ぼすかどうかは実証されていない。また、呼吸困難を経験している被験者が関与する皮質ネットワークは、認知入力を必要とする他の作業中にも活性化されており、相互に干渉し合うことで負の影響を引き起こす可能性がある。
方法
このランダム化クロスオーバー試験では、健康な成人40人を対象に、実験的に誘発された呼吸困難が運動や認知機能に悪影響を及ぼすかどうかを調査した。クロスオーバー条件は、負荷をかけない呼吸(unloaded breathing)と、inspiratory threshold loadを用いた負荷をかけた呼吸(loaded breathing)であった。
運動量を評価するために、参加者はTimed Up and Go（TUG）テストによって評価された。
認知機能は、カテゴリー言語流暢性検定および phonemic verbal fluency tests:言語流暢性テスト、トレイルメイキングテスト（TMTs）AおよびB（実行機能）、Wechsler Adult Intelligence Scale（WAIS）-IV（処理速度）からのCODEテスト、および direct and indirect digit span (working memory)によって評価された。
結果
無負荷呼吸:unloaded breathingと負荷呼吸:loaded breathingのTUGテスト実施時間の平均差は-0.752秒（95％CI-1.012～-0.492秒）（p＜0.001）であった。
遂行機能、処理速度、ワーキングメモリは、特に負荷のかかっていない呼吸の間、負荷のかかっていない呼吸から始めた被験者の方が良好な成績を示した。
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結論
今回のデータは、呼吸閾値負荷による呼吸困難の誘発が、健常成人の運動と認知機能に大きな影響を与えていることを示唆している。
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慢性呼吸器疾患、特に慢性閉塞性肺疾患（COPD）は認知機能障害と関連している [1, 2]。それと並行して、一般人口の緩やかな高齢化は、認知に影響を与える神経変性疾患や脳血管疾患の有病率に強く影響を与えています[3]。COPDの有病率は加齢とともに増加している[4]ので、高齢の有病率の高い有病者が加齢による認知機能障害を呈しているのか、それとも有病率の高い有病者と認知機能の間に真の因果関係があるのかを理解することが重要である。COPDにおける認知機能障害の根本的な病態生理を説明するために、動脈血ガスの変化 [5]、持続的な喫煙、共存する血管疾患 [6]、海馬体積の減少、炎症性メディエーターに関連する神経細胞の損傷 [7、8]など、いくつかの仮説が立てられてきた。肺機能の低下、認知機能の低下、認知症の発症リスクの増加との関連も報告されている[9-11]。
Dyspnoea, the most common symptom of respiratory disease, has been associated with disrupted brain activity , self-consciousness and gait control .
However, the effect of dyspnoea, itself an “all-consuming and life-changing” experience, on cognition is less well studied.
A first set of studies have demonstrated that experimental dyspnoea impairs affective picture processing, response inhibition and memory and face recognition , but more research is needed to study important aspects of dyspnoea–cognition interaction, including the interaction with locomotion.
Neural responses to affective pictures while anticipating and perceiving respiratory threat
psychophysiology Vol .54 No 2 Feb 2017 182-192
健康なヒトでは、正常な呼吸は自動的に脳幹の神経過程に由来し、意識的な知覚を生じさせず、運動や感覚の皮質資源を必要としない [13, 14, 20]。自発的な呼吸運動や発話中などの特定の状況下では、呼吸は皮質下皮質ネットワークによって操作されることがある [21]。また、呼吸器系の機械的特性の変化に反応して皮質主導の呼吸が行われることも報告されている[20, 22]。これに対応するネットワークには、一次運動野、補助運動野、皮質脊髄突起が関与している。さらに、最近のエビデンスでは、脳波によって示された大脳皮質の活性化が、高齢者の静かな呼吸に大きく寄与している可能性があることを示唆している[24]。
呼吸と同様に、歩行は若年成人では認知に依存すべきではない自動機能であると考えられている[25]。しかし、高齢者や神経精神疾患を患っている患者では、歩行制御は認知機能、特に実行機能に依存しており[26、27]、呼吸負荷によって活性化されるものと類似した大脳皮質ネットワークを共有している[28、29]。したがって、呼吸負荷に反応して活性化される大脳皮質ネットワークは、歩行などの認知入力を必要とする複雑な運動課題の際にも活性化される。
As a reliable measure of locomotion, the Timed Up and Go (TUG) test has largely been used in the elderly population [30] to identify poor clinical outcomes, such as cognitive impairment or dementia [31, 32].
More recently, an imaginary version of the TUG test, the imagined Timed Up and Go (iTUG) test, has been developed to evaluate the central control of locomotion [33].
In a preliminary study [15], we showed that progressive inspiratory threshold loading linearly increased the time to perform the TUG test and suggested that, among other mechanisms, a competition for cortical resources may account for the observed breathing–locomotion interference. imagined Timed Up and Go (iTUG) test,
This study is designed to test the hypothesis that laboratory-induced dyspnoea would, in healthy young subjects, impact on gait control and cognitive function.
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(TUG と iTUG の時間差を delta time として算出した指標は身体機能および認知機能を包括的に捉えることができると考えられる」(https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjrmc/52/6/52_352/_pdf/-char/ja)そうで、
Beauchet O, Annweiler C, Assal F, Bridenbaugh S, Herrmann FR, Kressig RW, Allali G : Imagined Timed Up & Go test : a new tool to assess higher-level gait and balance disorders in older adults ? J Neurol Sci 2010 ; 294 :102.106
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022510X10001474
この研究では、PodsiadloとRichardsonによって記述されたTUGテストを使用しました。参加者は、明るい環境の中で、歩行補助具があればそれを使用して、自分で選択した通常の速度でTUGを行うように求められた。
TUGとiTUGの両方について、TUGを行った後、椅子に座った状態でTUGを画像化するという特定の順序で、被験者全員が1回の試行を行った。
試験の前に、訓練を受けた評価者が試験手順について標準化された口頭指示を行った。被験者は着席し、肘掛けを使って立ち上がることを許可され、3m歩き、後ろを向いて歩き、椅子に戻って座るように指示された。ストップウォッチは「ready-set-go」というコマンドで開始され、被験者が座ると停止した。
想像条件(iTUG)では、被験者は椅子に座り、TUG(iTUG)を行うことを想像し、それが終わったら「ストップ」と声に出して言うように指示された。
被験者は目を開けた状態で行うか閉じた状態で行うかを選択することができた。
ストップウォッチは "ready-set-go "の指令でスタートし、被験者が "stop "と発音すると停止した。
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