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代謝測定システムおよび代謝測定方法 NEW

国内特許コード P190016152
整理番号 S2018-0075-N0
掲載日 2019年6月24日
出願番号 特願2017-203211
公開番号 特開2019-076163
出願日 平成29年10月20日(2017.10.20)
公開日 令和元年5月23日(2019.5.23)
発明者
  • 石橋 晃
  • 安武 正弘
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
  • 学校法人日本医科大学
発明の名称 代謝測定システムおよび代謝測定方法 NEW
発明の概要 【課題】運動選手、リハビリ中の入院患者、メタボリックシンドローム対策実践中の一般家庭の人々等の被験者、より一般的には動物も含めた生物体にストレスを与えることなく生物体の各種状況下での代謝を測定することができ、その解析結果から生物体の代謝能力、健康状態等を把握することができる代謝測定システムおよび代謝測定方法を提供する。
【解決手段】代謝測定システムは、外界と内部との間で流体のマスフローとしての交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間101と、その内部に設置された、被験体102に対して非接触かつ非侵襲でその被験体の、少なくとも部屋または閉空間101の内部の酸素濃度および二酸化炭素濃度を含む環境および/または生体情報を測定する測定装置103とを有する。被験体が部屋または閉空間101の内部に入った状態で測定装置103により環境および/または生体情報を測定することにより被験体の代謝を測定する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

従来、大学、病院等において運動選手、患者等の、あるいは一般家庭において各人の運動時特性や代謝能力を測定・検知し、運動機能状態、心肺機能、健康状態等を把握する方法としては、運動負荷を与えた時の被験者の様子、特に関節点の動きをデジタル記録したり、体温計、脈拍計、パルスオキシメーター、ガス分析用マスク等を取り付け、体温、脈拍、酸素飽和度、呼気中の酸素濃度や二酸化炭素濃度を測定する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。また、マクロベースで部屋へのガスの給気・排気を管理した中で酸素濃度や二酸化炭素濃度を測定することで代謝を測定するニューマンカロリメトリ装置が開発されている(非特許文献2参照。)。同じく、マクロベースで室内の酸素濃度を人為的に低下させることで、高地トレーニングと同様の効果を発揮させるシステムも提供されている(非特許文献3参照。)。

産業上の利用分野

この発明は、代謝測定システムおよび代謝測定方法に関し、例えば、スポーツジム、病院、高齢者養護施設、一般家庭等における人間(ヒト)、動物病院等における犬等、養殖システムにおける被養殖魚類等の各種生物体の代謝を測定し、代謝活性や代謝特性等の情報を得るとともに、これらを通じて当該生物体の健康を維持するのに適用して好適なものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
外界と内部との間で流体のマスフローとしての交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間と、
上記部屋または閉空間の内部に設置され、上記部屋または閉空間の内部に存在する生物体に対して非接触かつ非侵襲で上記生物体の、少なくとも上記部屋または閉空間の内部の酸素濃度および二酸化炭素濃度を含む環境および/または生体情報を測定する測定装置とを有し、
上記生物体が上記部屋または閉空間の内部に入った状態で上記測定装置により上記環境および/または生体情報を測定することにより上記生物体の代謝を測定する代謝測定システム。

【請求項2】
上記部屋または閉空間と連通する第1部分空間および外界と連通する第2部分空間を内包し、上記第1部分空間および上記第2部分空間の体積は上記部屋または閉空間の内部空間の体積より一桁以上小さい包囲体をさらに有し、
上記第1部分空間と上記第2部分空間とは、上記第1部分空間内の流体の構成分子の濃度と、上記第2部分空間内の流体の構成分子の濃度との間に差が生じた場合には、濃度勾配によって、上記第1部分空間内の流体の構成分子の濃度と上記第2部分空間内の流体の構成分子の濃度とが同一になる方向に上記構成分子を交換することのできる膜により隔てられており、
上記部屋または閉空間の内部環境を制御するに際し、直接、上記部屋または閉空間の内部環境を制御するのではなく、まず上記第2部分空間の内部環境を変え、しかる後、上記第1部分空間の内部環境を変えることにより、上記部屋または閉空間の内部環境を上記部屋または閉空間と上記第1部分空間との連通性によって制御する請求項1記載の代謝測定システム。

【請求項3】
上記部屋または閉空間の内部には、上記部屋または閉空間の内部の流体を吸引する開口と、当該吸引流体を清浄化処理後、その全量を、再び、上記部屋または閉空間の内部に戻す吹き出し口とが、対となって設けられている請求項1記載の代謝測定システム。

【請求項4】
上記膜は、ダスト微粒子を通さず、分子は通す膜であり、上記部屋または閉空間の体積をV、上記膜の面積をA、上記膜の厚みをL、上記膜中の酸素の拡散定数をD、上記部屋または閉空間の内部での上記生物体の酸素消費レートをB、外部と平衡状態にある時の上記部屋または閉空間の内部の酸素濃度をηo 、上記生物体の上記流体内の許容最低酸素濃度をη、時間をtとした時、ηが、
【数1】
(省略)
により与えられる請求項2記載の代謝測定システム。

【請求項5】
上記部屋または閉空間の内部に上記生物体が入った状態で、上記生物体の体動の有無を非接触かつ非侵襲で定量評価しつつ、上記測定装置により上記環境および/または生体情報を測定することにより上記生物体の動的代謝および静的代謝を弁別して測定する請求項1記載の代謝測定システム。

【請求項6】
上記包囲体の上記第2部分空間の酸素濃度を低下させることで、孤立性を保持しつつ、上記包囲体の上記第1部分空間の酸素濃度を定量的な制御の下で低下させ、これを通じて上記部屋または閉空間内の酸素濃度を低下させ、上記部屋または閉空間の内部に滞在しトレーニングを行うことにより得られる心肺機能の向上の効率化を図るとともに、上記生物体の生体状況を調べる請求項1記載の代謝測定システム。

【請求項7】
上記包囲体の上記第2部分空間内の流体に、上記部屋または閉空間内の上記生物体に有用な分子を供給し、上記部屋または閉空間の閉鎖性を損なうことなく、上記包囲体の上記第1部分空間の当該分子の濃度を定量的な制御の下で上昇させ、これを通じて上記部屋または閉空間内の上記生物体への有用性を増加させることで、上記部屋または閉空間の内部に存在する上記生物体の生体力の回復、維持または向上を行う請求項1記載の代謝測定システム。

【請求項8】
上記膜を注目する分子に対する拡散定数が小さくなるよう設定した素材により構成し、上記生物体から発する特定のガス分子の濃度を高めることで、検出精度を高めて上記生物体の生体状況を調べる請求項1~7のいずれか一項記載の代謝測定システム。

【請求項9】
外界と内部との間で流体のマスフローとしての交換のない孤立閉鎖系を構成する部屋または閉空間の内部に生物体が入った状態で、上記生物体に対して非接触かつ非侵襲で上記生物体の、少なくとも上記部屋または閉空間の内部の酸素濃度および二酸化炭素濃度を含む環境および/または生体情報を測定することにより上記生物体の代謝を測定する代謝測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017203211thum.jpg
出願権利状態 公開
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