大学院研究科

筋機能制御学(前期)

教育研究分野紹介

 当研究室では、種々の疾患・傷害や老化に伴う筋機能低下の分子メカニズムを解明するとともに、それらの研究成果を基盤とし、科学的根拠に基づいた効果的な運動や物理療法プログラムの具現化・開発を目指しています。

筋機能制御学

教員紹介

准教授 山田崇史

研究テーマ

  1. 老化や種々の疾患に伴う”筋弱化”のメカニズム
     筋の力は,通常その太さ(横断面積)に比例します.したがって末梢の筋レベルでは,筋力の低下は,筋横断面積の減少に起因すると考えられます.しかしながら,高齢者や,心不全,癌,関節リウマチなどの患者さんでは,筋が萎縮するとともに,筋横断面積当たりの張力が著しく低下することが分かってきました.この場合,筋力の低下は,筋の量的な減少だけではなく,何らかの質的な変化を原因として生じているものと考えられます.

     国際的に,Muscle weakness(筋弱化)と称される筋の質的な低下が,どのようなメカニズムで生じるかは十分明らかにされていませんが,近年,酸化ストレスによるタンパク質の修飾が,その要因として注目を集めています.つまり,機械が錆び付き動きが悪くなるように,筋も酸化してその機能が低下するというのです.これまでに我々は,主に関節リウマチの患者さんや実験動物モデルにおいて,酸化ストレスが筋力低下に関与することを明らかにしてきました.一方,生体には,酸化ストレスなどに対抗するストレスタンパク質や抗酸化酵素が存在し,これらは運動や温熱などにより増強することができます.したがって今後,これらの研究成果が,種々の疾患や老化に伴う筋機能低下の予防や治療に貢献することが期待されます.

    理学療法基礎

  2. 筋力増強のための電気刺激を利用した効果的な補助療法の開発
     どのような運動を,どのくらいの強さで,どの程度の時間,週に何回やれば元気になれるのか? 適時適切に運動を処方できるかどうかが理学療法士の腕の見せ所です.
    理学療法基礎
     図1は,運動処方の自由度を示したグラフです.これ以上の運動には危険が伴うという運動強度や運動量の上限を安全限界,これ以下では運動による効果が見込めないという下限を有効限界といいます,したがって,安全限界と有効限界の間が処方すべき運動領域となります.なお,安全限界が有効限界を下回ると,運動処方の対象から外れます(図A点より左側).

     臨床現場で理学療法士に与えられる時間は通常20分です.たったの20分で果たして有効限界を超えることができるのでしょうか? また,様々な理由で,全身運動を十分に実施できない患者さんも多く存在します.そこで,我々は,有効限界を超える負荷を加えるための補助療法として,マンパワーを必要としない,神経―筋電気刺激(NMES)に着目しました.現在,その効果を規定すると言われている因子(負荷強度,負荷時間およびそれらの積である力積)と,筋肥大効果との関係やその分子メカニズムについて検討を進めています(図2).

    理学療法基礎

研究業績

※ ●は責任著者

  1. Kanzaki K, Watanabe D, Aibara C, Kawakami Y, Yamada T, Takahashi Y, Wada M. L-arginine ingestion inhibits eccentric contraction-induced proteolysis and force deficit via S-nitrosylation of calpain. Physiol. Rep. 6: e13582, 2018 (doi: 10.14814/phy2.13582)
  2. Ashida Y, Himori K, Tatebayashi D, Yamada R, Ogasawara R, Yamada T. Effects of contraction mode and stimulation frequency on electrical stimulation-induced skeletal muscle hypertrophy. J. Appl. Physiol. 124: 341-348, 2018 (doi: 10.1152/japplphysiol.00708.2017)
  3. Himori K, Tatebayashi D, Kanzaki K, Wada M, Westerblad H, Lanner JT, ●Yamada T. Neuromuscular electrical stimulation prevents skeletal muscle dysfunction in adjuvant-induced arthritis rat. PLoS One 12: e0179925, 2017 (DOI: 10.1371/journal.pone.0179925)
  4. 檜森弘一,舘林大介,大山友加,青木達彦,●山田崇史:神経筋電気刺激誘引性の筋肥大における負荷強度と力積の役割.日本基礎理学療法学雑誌,20: 37-43, 2017【優秀論文賞受賞】
    (URL: http://square.umin.ac.jp/jptf/JPTF/docments/journal_20-2.pdf)
  5. Kanzaki K, Watanabe D, Kuratani M, Yamada T, Matsunaga S, Wada M. Role of calpain in eccentric contraction-induced proteolysis of Ca2+-regulatory proteins and force depression in rat fast-twitch skeletal muscle. J. Appl. Physiol. 122: 396-405, 2017 (DOI: 10.1152/japplphysiol.00270.2016)
  6. Himori K, Abe M, Tatebayashi D, Lee J, Westerblad H, Lanner JT, ●Yamada T. Superoxide dismutase/catalase mimetic EUK-134 prevents diaphragm muscle weakness in monocrotalin-induced pulmonary hypertension. PLoS One 12: e0169146, 2017 (DOI: 10.1371/journal.pone.0169146)
  7. Llano-Diez M, Sinclair J, Yamada T, Zong M, Fauconnier J, Zhang SJ, Katz A, Jardemark K, Westerblad H, Andersson DC, Lanner JT. The role of reactive oxygen species in β-adrenergic signaling in cardiomyocytes from mice with the metabolic syndrome. PLoS One 11: e0167090, 2016 (DOI: 10.1371/journal.pone.0167090)
  8. Yamada T, Steinz MM, Kenne E, Lanner JT. Muscle Weakness in Rheumatoid Arthritis: The Role of Ca2+ and Free Radical Signaling. EBioMedicine 23: 12-19, 2017 (DOI: 10.1016/j.ebiom.2017.07.023)
  9. Yamada T and Lanner JT. Free radical signaling behind the muscle weakness associated with rheumatoid arthritis. EMJ Rheumatology 3.1: 87-89, 2016 (URL: http://ard.bmj.com/content/annrheumdis/75/Suppl_2/7.1.full.pdf)
  10. Cheng AJ, Yamada T, Rassier DE, Andersson DC, Westerblad H, Lanner JT. ROS/RNS and contractile function in skeletal muscle during fatigue and recovery. J. Physiol. 594: 5149-5160, 2016 (DOI: 10.1113/JP270650)
  11. 舘林大介,檜森弘一,阿部真佐美,李宰植,●山田崇史:神経-筋電気刺激療法が癌性カへキシアに伴う筋量低下に及ぼす影響.物理療法科学,23:35-43, 2016 (URL: http://mol.medicalonline.jp/library/journal/download?GoodsID=cq2eleag/2016/002300/006&name=0035-0043j&UserID=163.130.14.49)
  12. 阿部真佐美,李宰植,舘林大介,檜森弘一,●山田崇史:熱刺激がモノクロタリン誘発性肺高血圧症ラットの横隔膜における収縮機能に及ぼす影響.日本基礎理学療法学雑誌,19: 55-64, 2016【優秀論文賞受賞】(URL: http://square.umin.ac.jp/jptf/JPTF/docments/journal_19-2.pdf)
  13. 李宰植,阿部真佐美,舘林大介,檜森弘一,●山田崇史:熱刺激負荷がアジュバント関節炎ラットの長趾伸筋における収縮機能に及ぼす影響.日本基礎理学療法学雑誌,19: 39-47, 2016 (URL: http://square.umin.ac.jp/jptf/JPTF/docments/journal_19-2.pdf)
  14. Lee J, Himori K, Tatebayashi D, Abe M, ●Yamada T. Response of heat shock protein 72 to repeated bouts of hyperthermia in rat skeletal muscle. Physiol. Res. 64: 935-938, 2015 (URL: http://www.biomed.cas.cz/physiolres/pdf/64/64_935.pdf)
  15. Yamada T, Abe M, Lee J, Tatebayashi D, Himori K, Kanzaki K, Wada M, Bruton JD, Westerblad H, Lanner JT. Muscle dysfunction associated with adjuvant induced-arthritis is prevented by antioxidant treatment. Skeletal Muscle 5: 20, 2015 (DOI: 10.1186/s13395-015-0045-7)
  16. Yamada T, Fedotovskaya O, Cheng AJ, Cornachione AS, Minozzo FC, Aulin C, Fridén C, Turesson C, Andersson DC, Glenmark B, Lundberg IE, Rassier DE, Westerblad H, Lanner JT. Nitrosative modifications of the Ca2+ release complex and actin underlie arthritis-induced muscle weakness. Ann. Rheum. Dis. 74: 1907-1914, 2015 (DOI: 10.1136/annrheumdis-2013-205007)
  17. 山田崇史:関節リウマチに伴う筋弱化のメカニズム.理学療法学 42: 819-820, 2015(URL: http://mol.medicalonline.jp/library/journal/download?GoodsID=cb3physi/2015/004208/097&name=0819-0820j&UserID=163.130.14.49&base=jamas_pdf)
  18. 阿部真佐美,李宰植,土山舞実,●山田崇史:熱刺激が脱神経後のラット骨格筋における収縮機能に及ぼす影響.日本基礎理学療法学雑誌.17: 53-62, 2013 (URL: http://square.umin.ac.jp/jptf/JPTF/docments/journal_17-1.pdf)

競争的資金

  1. オートファジー基質の細胞内タンパク制御による新たな筋量維持機構の解明
    文部科学省:科学研究費補助金基盤研究(B),研究期間:2018-21年(分担)
  2. ICU関連筋力低下に対する関節他動運動を併用した神経―筋電気刺激療法の基盤創出
    文部科学省:科学研究費補助金基盤研究(B)
    研究期間:2017-20年 代表者:山田崇史
  3. パフォーマンスステータス改善のための栄養・物理療法を併用した画期的補助療法の開発
    文部科学省:科学研究費補助金挑戦的萌芽
    研究期間:2015-16年 代表者:山田崇史
  4. 関節疾患に対する伸張性収縮を利用した新たな神経―筋電気刺激療法の開発
    文部科学省:科学研究費補助金若手研究A
    研究期間:2014-16年 代表者:山田崇史
  5. 温熱刺激は関節リウマチに伴う筋機能の低下を改善するか?
    文部科学省:科学研究費補助金若手研究B
    研究期間:2012-13年 代表者:山田崇史