厚 生 労 働 科 学 研 究 費 補 助 金 ( 障 害 者 対 策 総 合 研 究 事 業 )( 神 経 筋 疾 患 分 野 ) ( 分 担 ) 研 究 年 度 終 了 報 告 書 自 律 神 経 機 能 異 常 を 伴 い 慢 性 的 な 疲 労 を 訴 える 患 者 に 対 する 客 観 的 な 疲 労 診 断 法 の 確 立 と 慢 性 疲 労 診 断 指 針 の 作 成 採 取 データについての 統 計 解 析 と 診 断 決 定 木 研 究 分 担 者 小 泉 淳 一 ( 横 浜 国 立 大 学 大 学 院 工 学 研 究 院 教 授 ) 研 究 要 旨 自 律 神 経 機 能 測 定 とその 機 能 指 標 計 算 において 臨 床 において 最 も 合 理 的 な 測 定 方 法 と 計 算 方 法 を 周 波 数 解 析 時 系 列 単 位 の 整 合 起 立 試 験 区 域 での 変 動 特 性 値 定 義 について 標 準 化 した また 異 常 判 定 の 基 準 値 を 健 常 人 マスデータの 解 析 から 二 つの 指 標 LF/HFと TPから 設 定 した TPについては ポピュレーションバランスを 用 い 加 齢 効 果 を 数 理 モデ ルにより 再 現 した 次 いで 研 究 期 間 において 研 究 班 データセンターに 集 約 された 慢 性 疲 労 症 候 群 患 者 167 名 と 健 常 人 95 名 のデータについて 群 間 比 較 をし 有 意 差 のあったデータ 項 目 について 感 度 と 特 異 度 を 計 算 した また これらの 結 果 を 基 に 産 業 医 等 を 対 象 と したPrimary 診 断 決 定 木 と 専 門 医 等 を 対 象 とするSecondary 診 断 決 定 木 を 構 築 した A. 研 究 目 的 本 事 業 全 体 の 目 標 達 成 のため 自 律 神 経 機 能 測 定 とその 機 能 指 標 計 算 において 臨 床 におい て 最 も 合 理 的 な 測 定 方 法 と 計 算 方 法 を 標 準 化 す る その 標 準 化 した 検 査 結 果 を 基 に 疲 労 の 指 標 を 統 計 学 的 手 法 により 探 索 検 証 し 慢 性 疲 労 の 診 断 に 関 して 十 分 な 尤 度 比 を 与 える 診 断 決 定 木 を 求 めることを 目 的 とした B. 研 究 方 法 研 究 班 のデータセンター( 大 阪 市 立 大 学 医 学 部 附 属 病 院 医 薬 品 食 品 効 能 評 価 センター)に 集 約 された 慢 性 疲 労 症 候 群 患 者 と 健 常 人 の 匿 名 化 データを 用 いて 解 析 した データセンターに 集 約 されたデータから 精 神 疾 患 のみの 患 者 等 データを 除 外 し 慢 性 疲 労 症 候 群 (CFS) 患 者 167 名 とその 比 較 対 照 となる 健 常 人 95 名 を 基 本 データベースとした ここ には 35 項 目 の 背 景 データ( 身 長 体 重 年 齢 等 ) と5つの 検 査 ( 問 診 血 液 検 査 唾 液 検 査 認 知 課 題 検 査 起 立 試 験 検 査 )から 得 られるすべて の 検 査 数 値 を 含 めた 起 立 試 験 については 起 立 試 験 全 体 ([ 安 静 閉 眼 座 位 ( 以 下 Ⅰ 位 )] [ 安 静 開 眼 座 位 (Ⅱ 位 )] [ 起 立 動 作 開 眼 (Ⅲ 位 )] [ 立 位 維 持 開 眼 (Ⅳ 位 )])で 計 測 した 心 電 のR 波 間 隔 データ( 分 解 能 1,000Hz) を European Society of Cardiology と North American Society of Pacing Electro-physiology のCirculation (1996)に 準 拠 し 最 大 エントロ ピー 法 によりさらに 周 波 数 解 析 し 0.04-0.15Hz 範 囲 の 周 波 数 成 分 パワー 積 分 値 (LF) 並 びに 0.15-0.4Hz 周 波 数 成 分 パワー 積 分 値 (HF) 等 を 求 め 自 律 神 経 機 能 を 解 析 した これら 解 析 結 果 は 研 究 班 データセンターにフィードバック した また 別 途 5 分 間 の 安 静 閉 眼 時 心 拍 変 動 を 1928 名 の 健 常 人 を 対 象 に 採 取 し 対 照 とした 数 値 化 したそれぞれのデータ(データ 項 目 総 数 279)の 特 性 を 把 握 するため 基 礎 的 統 計 量 を 計 算 するとともに 健 常 人 データについて 年 齢 との 相 関 を 求 めた 年 齢 との 相 関 係 数 の 絶 対 値 が0.2を 越 えるデータ 項 目 については 基 準 年 齢 を40 歳 として 全 データに 年 齢 補 正 を 施 した 以 降 補 正 値 を 使 用 した 性 についての 補 正 は 健 常 人 データの 規 模 から それを 避 けた 66
各 データ 項 目 に 対 しt- 検 定 等 で 群 間 比 較 した 統 計 的 に 有 意 な 水 準 (p<0.05)を 示 したデータ 項 目 に 対 しては ROC 曲 線 等 を 作 成 し 感 度 と 特 異 度 を 算 出 した 感 度 特 異 度 の 値 によりスクリーニングされ たデータ 項 目 を 用 い 全 てのCFS 患 者 と 健 常 人 を 正 しく 分 類 できる 最 大 の 分 類 決 定 木 を 作 成 し その 原 型 木 から 漸 次 交 差 確 認 法 により 最 適 なサイズに 剪 定 した 交 差 確 認 法 を 含 む 全 統 計 処 理 は 統 計 計 算 アプリケーション S-PLUS (Mathematical Systems, Inc., US)を 用 いた ( 倫 理 面 への 配 慮 ) 大 阪 市 立 大 学 医 学 研 究 科 倫 理 委 員 会 において 研 究 承 認 された 臨 床 研 究 ( 介 入 研 究 ) 慢 性 疲 労 の 診 断 技 術 の 開 発 に 関 する 研 究 ( 承 認 番 号 1497) 臨 床 研 究 ( 介 入 研 究 ) アンケート 調 査 および 唾 液 液 体 生 体 検 体 による 慢 性 疲 労 の 病 因 病 態 の 解 明 に 関 する 研 究 ( 承 認 番 号 1498) 臨 床 研 究 ( 介 入 研 究 ) 慢 性 疲 労 の 罹 患 リスクの 同 定 並 びに 診 断 治 療 技 術 の 開 発 ( 承 認 番 号 1499)に 準 拠 した 研 究 計 画 慢 性 疲 労 の 診 断 技 術 の 開 発 に 関 する 研 究 を 横 浜 国 立 大 学 ライフサイエンス 研 究 倫 理 委 員 会 に 倫 理 審 査 申 請 し 同 臨 床 研 究 倫 理 審 査 専 門 員 会 におい て 承 認 ( 承 認 番 号 2)された 研 究 方 法 に 従 い 研 究 対 象 者 に 対 しての 人 権 擁 護 上 に 派 生 する 事 象 に 対 し 配 慮 し また 研 究 対 象 者 に 対 する 不 利 益 危 険 性 が 排 除 されていること 研 究 参 加 を 取 り やめることの 自 由 等 を 十 分 に 説 明 し 同 意 を 得 た 上 で 実 施 した また 他 機 関 で 同 様 に 取 得 された 測 定 結 果 に 関 しては 匿 名 化 された 形 態 でのみデータを 受 領 し 個 人 情 報 が 特 定 されない 様 式 のデータの みを 解 析 にあたっては 使 用 した C. 研 究 結 果 と 考 察 測 定 と 計 算 方 法 の 適 正 化 と 標 準 化 データ 解 析 を 目 的 とした 実 験 系 と 異 なり 臨 床 においては 計 測 計 算 システムから 結 果 と して 示 される 数 値 が 大 きく 揺 動 することは 好 ま しくない 比 較 的 長 時 間 の 計 算 対 象 時 系 列 を 選 択 することで 見 かけ 上 揺 動 は 抑 えられる しかしながら あまりに 長 時 間 の 計 算 対 象 時 系 列 を 選 択 すると 意 味 ある 結 果 を 得 るに いた ずらに 長 時 間 を 要 することとなる CFS 患 者 に 対 しての 起 立 試 験 は それだけで 患 者 に 対 して 大 きな 負 荷 を 与 えるため 分 単 位 での 試 験 時 間 に 限 定 することが 望 ましいと 考 えられる また 上 記 の 揺 動 を 避 けることの 逆 に 起 立 直 後 の 応 答 を 鋭 敏 に 反 映 できる 計 算 結 果 を 与 えなくては ならない これら 相 反 する 要 求 に 応 える 時 系 列 選 択 の 結 論 として 30 秒 時 系 列 の 周 波 数 解 析 を 統 一 的 手 法 と 提 案 することとなった 30 秒 時 系 列 と60 秒 時 系 列 との 計 算 例 を 図 1に 示 す 図 より 明 らかなように 60 秒 時 系 列 計 算 値 では 揺 動 が 少 なく 区 間 平 均 値 に 近 い 値 を 経 時 的 に 示 している 逆 に 起 立 後 の 応 答 につい ては それを 観 測 するに 十 分 ではなかった この 結 果 を 受 け 以 降 の 中 央 データセンター に 蓄 積 するデータに 関 しては 30 秒 時 系 列 計 算 から 得 られる 代 表 特 性 値 閉 眼 安 静 座 位 区 間 平 均 値 開 眼 安 静 座 位 区 間 平 均 値 起 立 後 変 動 最 大 値 起 立 後 変 動 最 大 値 の 半 値 を 与 える 最 大 値 前 の 時 間 ( 倍 加 時 間 ) 起 立 後 変 動 最 大 値 の 半 値 を 与 える 最 大 値 後 の 時 間 ( 半 減 期 ) 起 立 後 30 秒 平 均 値 起 立 後 30-60 秒 平 均 値 立 位 保 持 区 間 平 均 値 の8 点 と 起 立 後 変 動 のパターン 指 標 を 保 存 することとなった 図 1 30 秒 時 系 列 と60 秒 時 系 列 からの 心 拍 変 動 の 周 波 数 解 析 健 常 人 マスデータに 基 づく 基 準 値 健 常 人 1928 名 のLF/HF 値 ヒストグラムを 図 2に 示 す この 分 布 を 正 規 確 率 プロットでパラメト リック 性 を 確 認 したところ 全 体 で 一 つの 正 規 分 布 ではなく 少 なくとも2つ 以 上 そして3つ の 正 規 分 布 合 成 と 考 えるのが 最 も 合 理 的 である との 結 論 を 得 た 67
健 常 人 マスデータの 分 布 を 低 位 群 (L) 中 位 群 (M) 高 位 群 (H) に 分 け た 場 合 低 位 群 と 中 位 群 の 境 界 として 適 当 な 値 は ml+2sl (=1.05+2 0.51)または(LF/HF)p(L)=p(M)と なるca. 2 中 位 群 と 高 位 群 の 境 界 として 適 当 な 値 は (LF/HF)p(M)=p(H)となるca. 5であった 非 対 称 推 移 行 列 Jを 下 記 の 構 造 で 各 成 分 を 求 めた 求 めた 成 分 値 でのシミュレーション 結 果 を 図 4に 示 す 図 2 健 常 人 のLF/HF 値 分 布 ポピュレーションバランスによる 加 齢 効 果 モデル 健 常 人 428 名 のTP 値 に つ い て 20 30 40 50 60 70 代 の 年 齢 群 ごとのヒストグラムを 図 3 ( 図 はTPの 自 然 対 数 をとっている)に 示 す 得 られた 分 布 は 加 齢 に 伴 いTPが 低 減 しているこ とを 示 している この 低 減 は 下 のポピュレーショ ンバランスモデルで 表 すことができた 図 4 ポピュレーションバランスモデルによる 健 常 人 年 齢 別 ln(tp) 分 布 シミュレーション 健 常 人 の 加 齢 によるTPの 減 少 は ポピュレー ションバランスモデルにより 説 明 することがで きた またこの 数 理 モデルから 次 式 により 自 律 神 経 機 能 年 齢 を 定 義 することができる 図 3 健 常 人 年 齢 別 ln(tp) 分 布 起 立 試 験 における 自 律 神 経 応 答 CFS 患 者 と 健 常 人 のTP(=LF+HF)の 起 立 試 験 応 答 の 時 系 列 を 図 5に 示 す 起 立 試 験 全 体 を ([ 安 静 閉 眼 座 位 ( 以 下 Ⅰ 位 )] [ 安 静 開 眼 座 位 (Ⅱ 位 )] [ 起 立 動 作 開 眼 (Ⅲ 位 )] [ 立 位 維 持 開 眼 (Ⅳ 位 )])の 区 分 に 分 割 し 検 討 した ほとんどの 健 常 人 は 起 立 (Ⅱ 位 からⅢ 位 )によりTPが 上 昇 しその 後 もとの 値 68
へと 減 衰 する 様 子 (Ⅲ 位 からⅣ 位 )が 見 られたが CFS 患 者 では 変 化 がみられない た それらを 表 1 にまとめた データ 項 目 の 感 度 特 異 度 統 計 的 に 有 意 な 水 準 (p<0.01)を 示 したデータ 項 目 について ROC 曲 線 を 作 成 し 感 度 並 びに 特 異 度 を 計 算 した Table 2に 22のデータ 項 目 での 結 果 を 示 す 図 5 規 律 負 荷 前 後 におけるTPの 応 答 例 表 2 最 適 カットオフ 値 と 感 度 特 異 度 周 波 数 解 析 からのパワー 値 について Ⅱ 位 か らの 値 とⅢ 位 からの 値 の 比 に 関 して 0.04Hz 以 下 のDC( 直 流 成 分 )が 特 に 顕 著 な 群 間 差 異 を 示 した データ 項 目 ごとの 群 間 比 較 データセンター 収 録 データと 別 途 計 算 した 自 律 神 経 機 能 代 表 値 の 計 120 項 目 について CFS 患 者 群 と 健 常 人 群 の 群 間 比 較 を 行 った 統 計 的 に 有 意 な 水 準 (p<0.05)を 示 したデータ 項 目 は135 そのうちp<0.01を 示 したデータ 項 目 は88であっ 表 1 t- 検 定 においてp<0.05を 示 したデータ 項 目 69
Primary 診 断 における 決 定 木 日 本 におけるprimary careを 担 っている 開 業 医 が 実 施 可 能 な 検 査 をPrimary 診 断 決 定 木 の 作 成 か ら 着 手 した 決 定 木 構 成 において 生 理 的 意 味 が 取 りやすい 変 数 構 成 ( 合 成 変 数 を 用 いず)で On siteで 迅 速 に 検 査 結 果 が 得 られるデータ 項 目 で 構 成 されるように 設 定 し 交 差 確 認 法 により 図 6に 示 す 決 定 木 を 候 補 として 得 た 表 3 Primary 決 定 木 version2 全 体 の 感 度 特 異 度 尤 度 比 Secondary 診 断 決 定 木 次 い で CFS 診 断 を 確 定 す る た め に 有 用 で あるが 分 析 がOff siteとなる 検 査 項 目 を 加 えて Secondary 診 断 決 定 木 を 作 成 した 交 差 確 認 法 で 得 られた 決 定 木 を 図 8に 示 す 図 6 Primary 診 断 決 定 木 の 候 補 例 この 決 定 木 について 研 究 班 において 臨 床 の 立 場 からさらに 検 討 が 加 えられ 構 造 と 検 査 項 目 の 初 期 値 選 択 を 改 めて Primary 決 定 木 を 改 良 した 改 良 したPrimary 決 定 木 を 図 7に 示 す 図 8 分 析 がOff siteとなる 検 査 項 目 を 加 えて 作 成 し 交 差 確 認 法 で 剪 定 したSecondary 決 定 木 CFSが 疑 われて 受 診 した 専 門 病 院 で 実 施 する Secondary 診 断 決 定 木 としては 血 液 中 の 酸 化 ス トレス 評 価 ( 抗 酸 化 能 BAP 評 価 ) 起 立 付 加 試 験 における 自 律 神 経 機 能 評 価 の 組 み 合 わせで 感 度 0.933 特 異 度 0.987 陽 性 尤 度 比 73.7と 極 めて 正 確 にCFSを 診 断 できることが 判 明 した( 表 4) 図 7 Primary 決 定 木 version2 このPrimary 決 定 木 version2の 感 度 特 異 度 を 表 3にまとめた 認 知 課 題 検 査 安 静 閉 眼 時 の 自 律 神 経 機 能 評 価 睡 眠 覚 醒 リズム 解 析 の3つを 組 み 合 わせることにより 感 度 0.720 特 異 度 0.756 程 度 であった 尤 度 比 は2.95であり Primarily な 検 査 としては 妥 当 な 数 値 である 表 4 Secondary 決 定 木 全 体 の 感 度 特 異 度 尤 度 比 70
D. 健 康 危 険 情 報 ( 総 括 研 究 報 告 書 にまとめて 記 入 ) E. 研 究 発 表 1. 論 文 発 表 (1)D. M. Sahabi, M. Takeda, I. Suzuki, J. Koizumi. Adsorption and abiotic oxidation of arsenic by aged biofilter media: equilibrium and kinetics. J. Hazard Mater., 168 (2-3), 1310-1318, (2009). (2)M. Takeda, K. Kondo, M. Yamada, J Koizumi, T. Mashima, A. Matsugami, M. Katahira, Solubilization and structural determination of a glycoconjugate which is assembled into the sheath of Leptothrix cholodnii. Int. J. Biol. Macromol., 46 (2), 206-211 (2010). (3) 倉 恒 弘 彦, 田 島 世 貴, 大 川 尚 子, 藤 原 和 美, 池 上 徹, 廣 澤 巌 夫, 三 戸 秀 樹, 宗 清 芳 美, 局 博 一, 倉 恒 大 輔, 笹 部 哲 也, 山 口 浩 二, 大 平 辰 朗, 塩 見 格 一, 小 泉 淳 一 : 精 神 作 業 疲 労 に 対 する 森 林 浴 の 疲 労 回 復 効 果, 日 本 疲 労 学 会 誌,5(2)35-41(2010). (4)D. M. Sahabi, M. Takeda, I. Suzuki, J. Koizumi, Comparison of arsenate, lead, and cadmium adsorption onto aged biofilter media, J. Environ. Eng., 136 (5), 493-500, (2010). (5) 小 泉 淳 一 : 慢 性 的 な 疲 労 に 対 する 心 拍 変 動 解 析 手 順 と 診 断 決 定 木, 日 本 疲 労 学 会 誌, 6(2)43-48 (2011). (6)Kondo K, Takeda M, Ejima W, Kawasaki Y, Umezu T, Yamada M, Koizumi J, Mashima T, Katahira M.: Study of a novel glycoconjugate, thiopeptidoglycan, a n d a n o v e l p o l y s a c c h a r i d e l y a s e, thiopeptidoglycan lyase. Int J Biol Macromol. 2011 Mar 1; 48 (2): 256-62. (7)Takeda M, Kondo K, Yamada M, Koizumi J, Mashima T, Matsugami A, Katahira M: Solibilization and structural determination of a glycoconjugate which is assembled into the sheath of Leptothrix cholodnii. International Journal of Biological Macromolecules, 2010, 46, 206-211. (8)Takeda M, Kawasaki Y, Umezu T, S h i m u r a S, H a s e g a w a M, K o i z u m i J.: Patterns of sheath elongation, cell proliferation, and manganese (Ⅱ) oxidation in Leptothrix cholodnii. Arch Microbiol. 2012 Mar 4. [Epub ahead of print] (9)Takeda M, Muranushi T, Inagaki S, Nakao T, Motomatsu S, Suzuki I, Koizumi J.: Identification and Characterization of a Mycobacterial (2R, 3R) -2, 3-Butanediol Dehydrogenase. Biosci Biotechnol Biochem. 2011, Vol. 75, No. 12 pp. 2384-2389. (10)T a k e d a M, K o n d o K, Y a m a d a M, Sumikawa M, Koizumi JI, Mashima T, Katahira M.: Presence of alternating glucosaminoglucan in the sheath of Thiothrix nivea. Int J Biol Macromol. 2012 Jan 1; 50 (1): 236-44. 2. 学 会 発 表 (1) 小 泉 淳 一, 小 菅 元 気, 前 田 準 平, 増 田 久 美 子, 倉 恒 邦 比 古, 倉 恒 大 輔, 田 島 世 貴, 倉 恒 弘 彦 : 心 拍 変 動 周 波 数 解 析 から 得 られる 加 齢 指 標, 第 5 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2009) ( 日 本 疲 労 学 会 誌,5(1),66(2009)). (2) 倉 恒 弘 彦, 川 瀬 裕 美, 田 島 世 貴, 倉 恒 大 輔, 大 平 辰 朗, 塩 見 格 一, 小 泉 淳 一 : 森 林 浴 の 抗 疲 労 効 果 の 検 証, 第 5 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2009)( 日 本 疲 労 学 会 誌,5(1), 78(2009)). (3) 小 泉 淳 一, 増 田 久 美 子, 瀬 古 裕 也, 西 田 優, 田 島 世 貴, 倉 恒 弘 彦 : 予 防 医 療 を 目 的 とし た 自 律 神 経 機 能 検 査, 第 6 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2010)( 日 本 疲 労 学 会 誌,6(1), 40(2010)). (4) 大 川 尚 子, 田 島 世 貴, 藤 原 和 美, 池 上 徹, 廣 澤 巌 夫, 三 戸 秀 樹, 倉 恒 大 輔, 大 平 辰 朗, 塩 見 格 一, 小 泉 淳 一, 笹 部 哲 也, 山 口 浩 二, 倉 恒 弘 彦 : 精 神 作 業 疲 労 に 対 する 森 林 浴 の 疲 労 回 復 効 果, 第 6 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2010)( 日 本 疲 労 学 会 誌,6(1),105 (2010)). (5) 石 原 世 里 奈, 芳 住 邦 雄, 倉 恒 邦 比 古, 小 泉 淳 一, 倉 恒 弘 彦 : 高 機 能 性 繊 維 インナー 着 用 における 快 適 感 の 心 拍 変 動 解 析 評 価, 第 71
7 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2011)( 日 本 疲 学 会 誌,7(1),81(2011)). (6) 児 玉 哲 郎, 渋 谷 文 那, 西 田 優, 福 田 謙 一, 齋 田 菜 緒 子, 藤 井 智 恵 子, 永 谷 基, 小 泉 淳 一 : 歯 科 治 療 が 自 律 神 経 機 能 に 与 える 影 響, 第 7 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2011)( 日 本 疲 労 学 会 誌,7(1),87(2011)). (7) 西 田 優, 増 田 久 美 子, 瀬 古 裕 也, 貞 苅 圭, 児 玉 哲 郎, 渋 谷 文 那, 安 藤 弘 輝, 倉 恒 大 輔, 福 田 早 苗, 藤 井 比 佐 子, 田 島 世 貴, 倉 恒 弘 彦, 小 泉 淳 一 : 決 定 木 モデルによる 慢 性 疲 労 症 候 群 の 診 断 法 設 計, 第 7 回 日 本 疲 労 学 会 学 術 集 会 (2011)( 日 本 疲 労 学 会 誌,7(1), 89 (2011)). F. 知 的 財 産 権 の 出 願 登 録 状 況 1. 特 許 取 得 (1) 小 泉 淳 一 外 1 名 : 自 律 神 経 機 能 診 断 装 置 生 体 モニタリングシステムおよびプログラ ム 特 願 2010-278979( 平 成 22 年 12 月 15 日 ) (2) 小 泉 淳 一 外 5 名 : 自 律 神 経 機 能 年 齢 の 判 定 システム 及 び 判 定 方 法, 特 願 2011-007680 ( 平 成 23 年 1 月 18 日 ) 2. 実 用 新 案 登 録 なし 3.その 他 なし 72