循環器系の健康とクロノエクササイズ

概日リズムと運動

心血管イベント (CVD) は先進国における主な死亡原因です 。CVD の多くの危険因子が知られていますが、生理学的機能を調節する 1 日の周期である概日リズムの変化が CVD リスクに寄与する可能性があることを示唆する新たな証拠が示されています。概日（体内）時計は概日リズムを制御します 。
概日リズムの変化は、ホルモン分泌、血圧、心拍数、睡眠、その他の生理学的プロセスで観察できます 。
概日リズムは、すべての主要な臓器の毎日の機能を調節する役割を担う体内の概日「時計」によって駆動されます。これらのリズムは、人間のさまざまな有益な健康効果を維持するために重要です 。概日時計は、中心時計と周辺時計という 2 つの異なる要素に分類できます 。視床下部内にある視交叉上核 (SCN) に位置する中心時計は、哺乳類の概日リズムを作り出し、維持するための基本的な要素として機能します。人間の概日リズムの同調、または調整は、光および非光の環境刺激の結果として直接起こります 。光刺激は光刺激を指しますが、非光刺激は摂食時間、睡眠覚醒サイクル、ホルモンレベル、活動レベルなどの環境要因を指します。さらに、体内のほぼすべての組織および器官系に見られる末梢時計は、各部位の概日リズムを調節する際に異なる役割を果たします。末梢時計と中枢時計は独立して刺激に調整できますが 、主に中枢時計に影響を与える光刺激は、結果として生じる末梢時計内の概日リズムに影響を与える可能性があります。
時計活動によって調節される組織の中で、骨格筋は人間の発達、老化や病気に影響を与える主要な器官系の代表です 。したがって、骨格筋が非光刺激を介して直接的に、また光刺激を介して間接的に他の器官系および環境と同期することが重要である 。同様に、周辺クロックを調整するための注目すべき非光的手がかりの 1 つは運動です 。実際、光による合図が非光による運動合図とともに実行された場合、運動制限を行った場合よりも同調がより速い速度で発生した。人間の概日時計に関する知識の増加により、運動が少なくとも部分的には骨格筋への影響を通じて、概日リズムの調節に重大な効果があることが示されています 。運動が心臓血管の健康に影響を与える概日要因を調節する可能性があるのは、部分的には骨格筋とのこうした相互作用によるものです。たとえば、骨格筋の概日リズムの調節が解除されると、耐糖能の低下や、糖尿病、CVD、がんの発症率の増加と関連しています。
一方、運動は心臓血管の健康を改善するための十分に確立された方法です。しかし、全身および組織固有の末梢時計の両方に対する運動の生理学的効果、および心血管の健康に対するこれらの概日効果の全体的な影響については、あまり知られていない 。概日リズムの調節と再同期に関連する運動の利点と、人間の心臓血管の健康への影響を検討する必要がある。

概日時計の仕組み

すべての哺乳類に見られるように、日々の生理学的および行動的機能の体系化は、概日時計によって開始される複雑な 24 時間の昼夜サイクルによって可能になり 、中枢神経と末梢神経の両方で示されます。光刺激、摂食時間、周囲温度、運動など、Zeitgeberとも呼ばれる外部の光性および非光性の環境信号には、概日リズムに影響を与え、同期させる能力があります 。24 時間にわたって起こる典型的な概日リズムは、非光刺激によって変化する可能性があります。これらの非光的手がかりを理解することは、概日時計の同調に対する治療戦略につながる可能性がある 。戦略には、交代勤務の場合など、睡眠スケジュールの調整 や、食事パターンの変更が含まれる場合があります。たとえば、交替勤務者が日中眠っている場合、少なくとも部分的には概日リズムの乱れが原因で高血圧が観察されることがよくあります 。
中央時計を含む SCN は、光刺激や CNS からの内部入力 などの外部環境刺激を処理します。その結果、中枢時計は、ホルモン分泌、体温、睡眠/覚醒サイクル、血圧、心拍数などのさまざまなリズムサイクルの調節を通じて末梢時計に同調します 。最も影響力のある刺激である光は、SCN が網膜から光刺激を受け取ると、中枢時計と周辺時計の両方で身体プロセスの同期を信号で伝えます。そこから、SCN は周辺クロックに信号を送信することで概日リズムを調整できます 。人間を含む動物が 24 時間周期で観察される環境変化に適応し、適切に反応することを可能にするのは概日時計です。これらの周期的適応の例には、環境刺激や活動レベルに応じた身体的および精神的機能だけでなく、日中の深部体温の上昇/夜間の低下が含まれます。特定の 24 時間における自然光 (光の合図) の有無は、SCN の概日リズムを自然に同期させるのに役立ちますが、日中の摂食合図や運動などの外部の非光因子も、それを促進することが示されています。時計遺伝子の発現に影響を与えることによる、末梢組織における概日同期が起こります。

概日リズムと心血管疾患

生理学的機能の毎日の概日同期は、心臓を含む末梢臓器の機能にとって重要です 。長期間にわたる概日リズムの乱れは、血圧の上昇 、睡眠の質の低下、全体的な心血管リスクの増加に関連しています 。CVD 関連の有害事象の発生率は日内変動に伴って増加します 。実際、コルチゾールのように早朝のホルモンの放出突tと同様に、突然の心停止、脳卒中、心筋梗塞などの一般的な CVD イベントは、主に心拍数と血圧の上昇に反応して早朝に発生します 。

血圧

概日時計が心拍数や血圧などの重要なCVD危険因子に影響を与えることが報告されています。概日リズムの乱れは、たとえ短期間であっても、24 時間血圧を上昇させ、副交感神経活動を低下させる可能性があります 。概日リズムの乱れが慢性化すると、継続的な血圧上昇が CVD 発症の危険因子となります 。概日リズムに従う規則的な昼夜パターンでは、日中覚醒と比較して夜間睡眠中に血圧が低下し、これが心血管系へのストレスの軽減に寄与します 。日中の血圧と比較した夜間の血圧の低下は「ディッピング」と呼ばれます。夜間の血圧が日中の血圧レベルの10%から20%低下することは、ディッピング反応を示しています。非ディッパー、またはディップ反応を示さない人々は、夜間血圧の低下が日中血圧と比較して 10% 未満であると定義されます。ディッパーと比較して、非ディッパーは心血管疾患のリスクが増加しており、CVD などの合併症や高い死亡率に加え、すでに高血圧と診断されている人の合併症がより深刻である。60歳以上の人では、拡張期血圧の低下を伴う収縮期血圧の上昇により、脈圧が上昇し、夜間の浸漬反応が低下します。
血圧のこうした日内変動は、心血管疾患を発症するリスクの増加につながります。したがって、日中および夜間の血圧の変化を追跡する携帯型血圧モニタリング (ABPM) は、心血管疾患の罹患率と死亡率の予測を改善できる可能性があります。

ホルモンと睡眠

身体的および精神的活動レベルによる 24 時間内の血圧の増減は、ホルモン、特にコルチゾールとメラトニンの放出の影響を受けます 。SCN内の中央時計は、夜間に松果体からメラトニンの放出を通知し、これは血圧と心拍数の低下と相関している。日中、副腎はコルチゾールの放出によって日周リズムに従い、血圧と心拍数を上昇させます 。コルチゾールレベルは朝にピークに達し、1 日を通して徐々に減少するため 、早朝のコルチゾールなどのホルモンの放出は、この血圧上昇とその結果生じる心血管イベントに寄与する可能性があります 。同様に、メラトニンの放出は概日リズムに強く反応するため、日内変動を示します 。メラトニンの重要な機能の中には、睡眠の調節があります 。多くの場合、睡眠障害の根本的な原因は、内部の生理学的プロセスと外部環境の間の概日不整合に遡ることができます 。これが最も顕著に観察される領域は、老化プロセスです。生物学的年齢が増加するにつれて、日常機能の低下により概日時計と概日リズムの乱れが生じます 。偶然ではありませんが、これらの加齢に伴う変化はホルモンレベルの変化にも関連しています 。加齢に伴う多くのリズム変化のうち、睡眠覚醒サイクルの乱れは、概日リズムの変化とホルモンレベルの変化の結果として一般に報告されています 。夜間の覚醒の増加と日中の眠気の発生率は、高齢者の概日リズムの乱れの症状であり 、しばしば眠気に起因する転倒などの有害転帰の一因となる。「この加齢に伴う睡眠/覚醒サイクルの不整脈は、細胞レベルでのSCNの機能の低下とその結果としての概日リズムを示しており、老化が進むにつれて概日リズムの振幅が低下する。この振幅の減少により、高齢者集団の中心時計内の概日リズムの内部非同期化の傾向が増加する可能性があります 、ホルモン調節と覚醒パターンの変化につながる可能性があります 。ある研究では、高齢者人口の 40 ～ 70% が、概日リズムの乱れの結果として慢性的な睡眠障害の影響を受けていると推定されています 。睡眠覚醒サイクルの混乱は、認知能力の低下 、心血管疾患 、疾患に対する脆弱性の増加と関連しています。

エクササイズ

明るい光への曝露によるSCN内の刺激の増加は、概日リズムを再調節する方法の1つとして提案されている。同様に、身体運動の使用も、おそらく少なくとも部分的には骨格筋の変化による、調節不全の概日リズムを回復するための実行可能な選択肢として機能する可能性がある 。骨格筋は、主に光の手がかりを通じて概日時計の機能的な影響を受ける末梢時計の不可欠な構成要素です 。骨格筋の中枢時計遺伝子は、日中および夜間に影響を受ける骨格筋活動レベルなど、組織に特有の生物学的プロセスを調節します 。概日リズムの乱れは末梢時計遺伝子に悪影響を及ぼし、骨格筋の機能不全を引き起こすことが示されています 。骨格筋の概日リズムが変化すると、耐糖能の低下、筋肉の機能や組成の変化が、糖尿病、心血管疾患、がんなどの症状と有意な相関関係を持つ可能性があります 。ただし、骨格筋の機能に関する概日時計のメカニズムをよりよく理解するには、さらなる研究が必要です 。
知識の増加により、運動は概日時計 に大きな影響を及ぼし、明るい光に次ぐ影響があることが明らかになってきています 。しかし、あまり認識されていませんが、いくつかの研究は、非光の合図である運動が、概日時計と睡眠/覚醒サイクルの同調に対して、光の光刺激と同様の効果を有することを実証しています。運動は心血管機能にプラスの影響を与えることが広く示されていますが、運動と概日リズムの同期との複雑な関係はまだ完全には解明されていません 。心血管機能の調節に加えて、概日リズムと骨格筋への運動の実施も、ホルモン、血圧、心拍数に影響を与え、調節することが示されています。

有酸素運動の結果としてのホルモン調節と概日時計の再同期は、それぞれ睡眠の質の向上、心拍数の低下、血圧の低下と関連付けられています 。定期的な運動は神経内分泌系を刺激した結果、ホルモン調節に劇的な変化をもたらしました 。例えば、コルチゾールレベルは、夜間に運動しない場合よりも運動した方が大幅に減少することが示されている。同様に、運動はメラトニンの生成と放出を促進し、一般に睡眠の質の向上をもたらします 。概日リズムを変えるのに必要な運動の正確な時間と強度は決定されていないが、マウスを使ったある研究では、4週間にわたって持続する低強度の持久運動が概日時計を同調させて概日リズムを変えるのに十分であることがわかった。
同様に、適度な有酸素運動は、少なくとも部分的に運動後低血圧（PEH）への適応により血圧を下げることにより、心臓血管の危険因子を減らすのに役立ちます。PEH と睡眠構造の影響は完全には理解されていませんが、いくつかの研究では、PEH の変動は午前中よりも午後の有酸素運動の方が大きかったことが判明しました 。ただし、朝の運動後のPEHは、朝に起こる血圧の概日上昇によって隠れている可能性があることに注意する必要があります。
代替研究では、午前7時と午後1時に行った朝の有酸素運動後に発生するPEHは夜間血圧を低下させ、一般にPEHの低下を引き起こす可能性があると結論付けています。ある研究では、朝と午後/夜の両方に行われた有酸素運動がPEHに寄与する一方、朝の血圧の概日影響を考慮すると、PEHは夜の運動よりも朝の運動の方が大きかったことが判明した。

個人の睡眠パターンも、運動の最適なタイミングに影響を与える可能性があります。睡眠時間と睡眠開始時間は、各個人のクロノタイプ、つまり特定の時間に眠る自然な傾向に依存します 。実際、研究では、最適な日内運動時間は個人のクロノタイプに基づいて異なることが示唆されています 。予備的な発見は、一般化された概日リズムパターンと睡眠覚醒サイクルに応じて、個人が初期概日クロノタイプ、中間概日クロノタイプ、後期概日クロノタイプの3つの異なるグループに分類できることを示唆しています。運動時間に関しては、最適な骨格筋のパフォーマンスは個人のクロノタイプに基づいて大きく異なります。たとえば、クロノタイプが早い人は午前中に運動することを望むかもしれませんが、クロノタイプが遅い人は最適な骨格筋パフォーマンスを達成するために夕方に運動するかもしれません。日中の有酸素運動は、時間や個人のクロノタイプに関係なく、血圧の健全な夜間降下反応をサポートするようです 。ただし、最適なタイミングについてはまだ未解決の問題のようです。ある研究では、朝に行われた有酸素運動とは対照的に、夕方に行われた有酸素運動が夜間血圧の最大の低下をもたらしたことがわかりました 。しかし、別の研究ではその逆が示されており、午後1時または午後7時に行われる有酸素運動とは対照的に、午前7時に行われる運動が夜間血圧の低下に最も有益な結果を示しています。この研究の結果に基づいて、早朝に行われる運動は睡眠の質を高め、その結果夜間血圧の低下反応がより大きくなると結論付けられました 。日中の運動は、睡眠の質を改善するための非薬理学的方法として国立睡眠財団によっても推奨されています 。実際、定期的に身体活動を行っている人の睡眠の質と睡眠時間は、そうでない人よりも高い。これは運動の重要な側面であり、不十分な睡眠の質と併存疾患の間に強い正の相関関係が存在し、一晩あたりの質の高い睡眠が6～7時間未満であると、死亡率、脳卒中、高血圧、肥満の増加を示している。

結論

概日リズムの乱れは、心拍数、血圧、ホルモンレベルの変化の原因因子として指摘されています。これらの変化の結果として概日リズムの乱れが長引くと、CVD などの有害な心臓血管状態が発症する可能性があります 。しかし、概日リズムの同期は、これらの有害な心血管事象を逆転させ、概日時計の同調に寄与する可能性がある 。
多くの研究が、運動、ホルモン、心血管状態、血圧、および概日リズムや概日時計の影響を受けるその他の生理学的側面の個別の影響を評価しています。しかし、これまでのところ、概日リズムに対する運動の全体的な影響を調べる研究は行われていません。骨格筋機能における概日リズムの背後にあるメカニズムは完全には解明されていませんが、運動時間が概日時計の同調によって体全体の概日リズムの変化に影響を与え、誘発する可能性があることは明らかです  。いくつかの研究では、非光性の中程度の日中有酸素運動は、光刺激を通して見られるものと同様の概日調整を促進できると結論付けています。運動が心臓血管の健康を改善することはよく知られていますが、概日調整の効果に関する身体運動のタイミング、期間、種類の組み合わせについてはさらなる検討が必要です 。初期の証拠は、運動が概日リズムの同期を促進し、概日時計を規則的な 24 時間の昼夜サイクルに同調させることで、最終的に心血管疾患などの慢性疾患のリスクを軽減できることを示しています 。ただし、これらの概日リズムの改善が他の生理学的メカニズムと比較して心血管の変化にどの程度寄与するかは不明のままです。
結論として、概日リズムが運動によってプラスの影響を受けることは広く受け入れられていますが、この分野ではさらなる研究が必要です。運動のタイミング、期間、種類は、概日リズムに関連して得られる利点を測定する上で特に重要であり、将来の研究で取り組む必要があります。これを考慮すると、概日リズムを維持するための最適な運動習慣と、その結果として心拍数や血圧に及ぼすホルモンの影響を決定することは、心血管疾患のリスクを軽減するのにさらに役立つ可能性があります。