www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC8329318/
オンラインで2021年8月2日に公開
要旨
背景
血流制限（BFR）トレーニングは，低い抵抗で運動しながら局所の筋肉量，筋力，持久力を増加させるなど，局所の骨格筋に大きな効果があることが報告されている。そのため、従来のレジスタンストレーニングができない患者にも有効であると考えられている。しかし、BFRが循環器系や肺系などの他の身体システムにどのような影響を与えるかは不明である。BFRトレーニングを理学療法で安全に使用するためには、その全身的な影響を調査することが重要である。
目的
本研究の目的は、運動介入と組み合わせた場合の血流制限トレーニングの全身的な効果を系統的に検討することであった。
研究デザイン
システマティックレビュー。
研究方法
3回の文献検索を行った。2019年6月 2019年9月 2020年1月;MedLine、ScienceDirect、PubMed、Cochrane Reviews、CINAHL Completeを使用した。組み入れ基準は、心血管系、内分泌系、全身または近位筋骨格系、心理社会的アウトカムを扱うアウトカム指標が1つ以上あること、臨床的に利用可能な血流制限装置を使用していること、レジスタンストレーニングまたは有酸素トレーニングのいずれかとBFRを併用していること、定量的な指標を使用していること、などであった。論文の除外基準は、BFRトレーニングによる局所または遠位の筋骨格系の変化のみを測定したもの、受動的BFRまたは虚血性プレコンディショニングのみを検討したもの、学術的な査読付きジャーナルからの論文ではないもの、CEBMのエビデンスレベルが2未満のもの、PEDroスコアが4未満のものなどであった。このレビューに含まれる論文は、CEBM level of evidence hierarchyとPEDro scaleを用いて分析された。
結果
35の論文がレビューに含まれた。PEDroスコアは4から8の間で、CEBMのエビデンスレベルは1と2であった。研究された共通のシステムは、心血管、筋骨格、内分泌、心理社会的なものであった。本レビューでは、血流制限トレーニングが心血管、内分泌学、筋骨格、心理社会的なアウトカムに対してプラスまたはマイナスの効果を示した。
結論
BFRの処方パラメータや運動介入方法は様々であったが、含まれる論文の大半は、BFRトレーニングが心血管系、内分泌系、筋骨格系に好影響または非有害な効果をもたらすと報告していた。また、本レビューでは、BFRを使用した場合の心理社会的アウトカムに対する効果はまちまちであることがわかった。さらに、このレビューでは、血流制限トレーニングに直接起因する有害な結果は、被験者や試験結果には見られなかった。したがって、BFRトレーニングは、伝統的な運動トレーニングを行うことができない患者集団に対して、伝統的な遠位筋の肥大と筋力以外のプラスの効果をもたらし、個人にとって大きな欠点のない効果的な介入となる可能性がある。
エビデンスのレベル
1b
キーワード：心理社会的、内分泌、心血管、筋骨格、全身的影響、血流制限
はじめに
血流制限（BFR）トレーニングは、骨格筋の発達に大きな効果があることがわかっている。BFRは，四肢の近位部にベルトや止血帯を装着し，血流を部分的または完全に遮断することで，筋肉の適応を促し，筋量や筋力を向上させるものである1。伝統的に，筋量や筋力を向上させようとする場合，1回の最大負荷（1-RM）の70〜85%程度の負荷を用いた高強度レジスタンストレーニングを行うことが多い2。しかし、研究者たちは、低負荷レジスタンストレーニング、心血管持久力トレーニング、および一般的に筋量・筋力の向上を目的としない他の形態の運動とBFRを併用することで、これらの筋適応が引き起こされることを発見した2,3。これらの発見は、高齢者、リハビリ中の患者、回復期にあるアスリート、または腎疾患、代謝機能障害、心臓疾患などの他の医学的状態にある患者や医学的に危険なハイリスク患者など、高負荷レジスタンストレーニングを行うことができない患者のリハビリテーションにおいて、BFRを使用する価値があると考えられる。また、サイクリングなどのトレーニングでBFRを使用すると、骨格筋量や筋力の増加、心肺機能や筋持久力の向上などの効果が期待できることも分かっている4。
一般的に、BFRトレーニングに関する研究では、カフを装着した四肢の局所的な筋量、筋力、筋持久力の変化が報告されている。BFRトレーニングに関する研究では，筋骨格系以外のシステムにも影響を及ぼす可能性が示唆されているが，これらの影響は決定的には決定されていない。BFRの焦点は、局所の骨格筋に有益な適応を引き起こすことであるが、BFRトレーニングが他の身体システムに及ぼす影響については、限られた情報しか報告されていない。BFRトレーニングによって複数のシステムが影響を受ける可能性があるが、これらの影響を徹底的に分析することがまだ必要である。
BFRとその人体への全体的な影響をよりよく理解するために、本研究の目的は、血流制限トレーニングを運動介入と組み合わせた場合の全身的な影響を系統的に検討することであった。BFRトレーニングの全身的な効果をさらに理解することで、臨床医は、高負荷のレジスタンストレーニングや有酸素トレーニングができない患者のリハビリテーションに、この手法を安全に取り入れることができるようになるかもしれない。
方法
血流制限（BFR）トレーニングの全身的効果というトピックに焦点を当てて 2019年6月にオリジナルのデータベース検索を行った。検索には以下のデータベースを使用した。MedLine、ScienceDirect、PubMed、Cochrane Reviews、CINAHL Complete。初期の検索用語には、「血流制限」、「閉塞トレーニング」、「血流制限」、「全身への影響」、「血流制限トレーニング」、「部分閉塞」、「効果または影響」が含まれてた。検索条件は、論文の種類（研究論文、診療ガイドライン）と、年の範囲2009年～2020年でフィルタリングした。4人の著者のうち1人が論文のタイトルとアブストラクトを評価し、4人の著者によるシステマティックレビューのハンドサーチにより、タイトルとアブストラクトに基づいて関連性があると判断された論文が追加された。論文の除外基準には、BFRトレーニングによる局所的な筋骨格の変化に焦点を当てた研究、受動的なBFRや虚血性プレコンディショニングを検討した研究、学術的な査読付きジャーナルから発信されていない論文などが含まれた。また、本論文の焦点はメタアナリシス、RCT、コホート研究のレビューであるため、CEBMのエビデンスレベルが2未満の研究は除外した。さらに、PEDroスコアが4未満の研究も除外した。PEDroスコアは、「質の低い」研究と「質の高い」研究、「質の高い」研究、「質の高い」研究を区別するために以前から使用されていたからである5,6。研究者が臨床的に利用可能な血流制限機器を使用し、BFRと組み合わせてレジスタンスまたは有酸素トレーニングを行い、定量的なアウトカム測定を行い、除外基準で棄却されていない論文を対象とした。
更新されたデータベース検索は 2019年9月と2020年1月に完了した。これらの論文は、タイトルと要旨を用いて、関連性、包含基準、除外基準、およびOxford Centre of Evidence-Based Medicineのエビデンスレベルについて、4人の研究者のうち1人がスクリーニングを行った。適切と判断された場合、著者はPEDroスケールを用いて本文全体の質を評価した。論文がシステマティックレビューの場合は、文献のハンドサーチを行い、結果を評価した。
2019年6月 2019年9月 2020年1月の検索が完了した後、元のデータベースでアクセスできなかった論文については、Misericordia大学を通じた図書館間貸出とResearchGateリクエストを行った。2020年2月1日までに受信またはアクセスが許可されなかった論文は、アクセスができなかったためレビューに含まれなかった。
結果
2019年6月に完了した最初の検索では、2299件の結果が得られた。パラメータの絞り込みと重複の削除を行った結果、281件の論文が適切であると判断された。281件すべての論文のアブストラクトとタイトルを評価した結果、30件の論文と3件のシステマティックレビューが本レビューでの使用に適切であると判断された。システマティックレビューを手作業で検索したところ、さらに41件の論文が見つかり、適切であると判断された。2019年9月の更新検索では86件の結果が得られ、そのうち5件の論文が適切と判断された。2020年1月の更新検索では98件の結果が得られ、6件の論文と1件のシステマティックレビューが適切であると判断された。システマティックレビューを手探りで検索したところ、さらに8つの論文が見つかり、適切と判断された。合計90件の論文がレビューされ、55件が関連性、品質、アクセスのいずれかの欠如により除外された後、合計35件の論文がシステマティックレビューに含まれた。付録1では，このレビューに含まれる研究の特徴と結果をまとめている．図1は，検索のタイムラインと方法を説明したものである．
図1 検索のタイムラインと方法論のフローチャート
原文参照
心肺機能
BFRトレーニングを行う上で最も気になるのは、部分的な血管閉塞が心肺機能に与える影響である。検索の結果、健常成人9と腎疾患25および心不全患者を対象に、最大酸素消費量（VO2 Max)4,7-11血管の硬化およびコンプライアンス、3,12-19収縮期および拡張期血圧（それぞれSBPおよびDBP）反応、3,16-23心拍数（HR)7,16-19,24ストロークボリューム（SV)17,18心拍出量（CO)17,18足首上腕血圧比（ABI)3,19および機能的持久力への影響を調査した論文が見つかった26。
血圧 BFRが収縮期および拡張期の血圧反応に及ぼす影響を検討した研究が5件あった。3,16-23 若年成人が筋肥大を目的としたレジスタンストレーニング中にBFRを使用した場合、大腿近位部または上腕近位部の大動脈閉塞圧が50-80%で、1RMが20%以下の場合、運動中および運動後のSBPまたはDBPの反応に違いはないと考えられる。若年男性を対象に、大腿近位部のBFR圧160 mmHg、30% 1-RM(BFR群)または閉塞なし、75% 1-RM(HIT群)のいずれかで6週間のベンチプレストレーニングを行ったところ、Ozakiらは、HIT群ではBFR群に比べて大腿部SBPが有意に上昇したが、両群の安静時SBPおよびDBPは介入期間中変化しなかったことを明らかにした16。
若年成人を対象に、閉塞圧40〜60mmHg、最大心拍数(HR Max)50%の条件でBFRと有酸素運動を行ったところ、SBPとDBPの反応は、従来、最大心拍数62〜85%の有酸素運動強度で認められていたものと同様であることがわかった。個別に適切な投与量を設定すれば、BFRを用いた有酸素運動は、有酸素適応のための適切な刺激となり得る。両側の下肢160mmHgを閉塞した状態で15分間のトレッドミルテストを行った2つの研究では、中心部のSBPとDBPの反応が、閉塞していないトレッドミルテストで見られたものよりも有意に大きいことがわかった17,18。
高齢者を対象としたある研究では、196mmHg(+/-18mmHg)の閉塞圧では、上肢の運動を行う高齢者の2つのコホートにおいて、BFRの有無によるSBPおよびDBPの反応の違いは見られなかった19。
7,8,16,18,19,24 心拍数(HR)を評価した研究の大部分では、強化運動と有酸素運動の両方において、強度をマッチさせた対照群と比較して、HRの反応が高いことがわかった7,16 -18,24 Yasuda、Fukumura、Yusukeによる1つの研究では、2つのグループの高齢者がBFRの有無にかかわらず弾性バンドによるレジスタンストレーニングを行った場合、介入前と比較してHR反応に有意な差がないことが報告されている19。これらの研究では、心拍出量（CO）も評価され、両群ともトレッドミル運動に応じてCOを同様に増加させることがわかった17,18。
血管の硬化とコンプライアンス 9つの論文が、血管のコンプライアンスや内皮機能に対するBFRの効果を評価している。Ozakiらは、50～80%のAOPを使用した場合、コントロールと比較してBFRでは動脈硬化が顕著に増加したと報告している。16 他の研究では、上腕動脈径、足関節上腕指数、フローメディエイト拡張、心肺血管指数でBFRとコントロールを比較した場合、運動に対する動脈の反応に違いはなかった。Ozakiらは2013年に、ベンチプレストレーニング中に160mmHgの両側上腕近位部閉塞を行ったBFRコホートにおいて、頸動脈のコンプライアンスが維持されたのに対し、対照群では頸動脈のコンプライアンスが21%低下したことを明らかにした16。清水らは、大腿SBPを用いたBFRにより、足部の経皮的酸素圧が対照群および介入前と比較して増加したと報告している14。
VO2ピークとVO2マックス 今回のレビューでは、VO2ピークおよび/またはVO2マックスに対するBFRの効果を評価した論文が6件あった。VO2ピークを評価した2件の研究では、レジスタンストレーニングと有酸素運動またはトレッドミル運動を同時に行うと、それぞれ50%AOPまたは110-200mmHgの閉塞圧を使用した場合、同様の増加または変化がないことがわかった。Heldらは、エリートボート選手が低強度のローイングトレーニング中に伸縮性のあるラップ型BFRを使用した場合、VO2maxが平均9.6%向上し、運動している対照群よりも有意に高いことを発見した10。Oliveiraらは、18cm幅のカフを140～200mmHgの圧力で使用し、高強度トレーニング群の29.4%のボリュームで同様のVO2maxの向上を発見した4。Mendoncaらは、6cm幅のカフで200mmHgの閉塞圧を用いて運動後の過剰酸素消費量（EPOC）を評価し、BFRを用いたウォーキングは、モダリティを用いないウォーキングよりも介入後のEPOCを有意に増加させることを明らかにした11。
運動能力 3つの論文で運動能力が評価されている：健康な成人、9 末期腎不全患者、25 および心不全患者26。
健康な高齢者では、BFRと6週間のトレッドミルウォーキングを併用することで、Timed-Up-and-Goスコアと30秒Sit-to-Standスコアで評価される機能的能力を、ウォーキングのみの場合よりも有意に向上させることができるようである。9 最も臨床的に関連性の高い2つの心血管研究において、BFRは、血液透析を受けているESRD患者において、6分間の歩行テストの距離を17%向上させることがわかった（対照群では1.5%の向上）25これらの患者は、透析治療を受けながらサイクルエルゴメトリーと50%のAOPを使用した。この運動は、週3回、4時間の透析セッションのうち20分間行われたが、研究者らは、この方法の使用に関連した副作用はないと報告している。平均駆出率52.9%の梗塞後のHF患者において、サイクルエルゴメトリーを用いて平均208mmHgのBFRを両側の大腿近位部に行うことで、運動量をマッチさせた対照群と比較して、VO2/Wおよび無酸素性閾値が有意に改善されることがわかった26。
全身の筋骨格
16,27-32 BFRトレーニングに関するこれまでの研究では、BFRトレーニングの適用と方法化に伴う局所的な筋肥大、筋力、持久力に焦点が当てられてた27,28。すべての論文が全身の筋骨格系への影響を決定的に示すものではなかったが、多くの研究ではBFRに起因する筋骨格系の全身的な影響が報告されていた。また、他の様々なトレーニング方法や技術と比較した場合、多くの研究結果は注目に値する、あるいは少なくとも他のグループと同等の結果を示していた。興味深いことに、筋骨格系のレビューに含まれる7つの論文のうち6つが、BFRトレーニングの全身的な効果に起因する遠位または対側の強化、16,27-31肥大、16,27,29-32または筋機能の適応16,27-32を報告していた。
内分泌系
筋肉の適応 Cook氏は、同一の運動プログラムを行っている若い男性の2つのグループ、BFRを使用しているグループとコントロールグループを比較した場合、BFRを使用してトレーニングを行っている参加者は、コントロールに比べて遊離テストステロン濃度が有意に増加していることを発見した28。
また、筋肉の発達に重要な因子である血清成長ホルモン(GH)濃度も、BFRを使用した高齢者が、BFRを使用していない対照群と比較して、同一の低強度レジスタンスプログラムを行った場合、有意に増加したことがわかった14。
Laurentinoは、BFRが筋肉の成長に悪影響を及ぼす因子を抑制することで、筋肉の適応を誘導する可能性を発見した33。BFRによる8週間の低強度レジスタンストレーニング後、ミオスタチン(MSTN)のmRNA遺伝子発現は有意に減少し(BFR低強度群で45%減少、非BFR高強度群で41%減少)、成長・分化関連血清タンパク質-1(GASP-1)とMAD関連タンパク質(SMAD-7)の遺伝子発現は有意に増加した(GASP-1:BFR群で82%増加、非BFR群で79%増加、SMAD-7:BFR群で88%増加、非BFR群で66%増加)。 33
健康な高齢男性を対象とした研究では、Karabulutは、高強度レジスタンストレーニング、BFRを用いた低強度レジスタンストレーニング、対照群の参加者間で、インターロイキン6(IL-6)、インスリン様成長因子-1(IGF-1)、遊離テストステロンに有意な変化は見られなかったと報告している34。
骨芽細胞活動 Karabulutらの研究では、BFRが骨のアルカリホスファターゼ(ALP)とタイプ1コラーゲンのC-テロペプチド(CTX)およびALP/CTX比に与える影響を調査した35。6週間で、BFR/血管制限を伴う低強度レジスタンストレーニング(LI-VRT)と高強度レジスタンストレーニングのみ(HI-RT)を行った参加者は、対照群と比較して、ALP濃度の有意な増加と骨ALP/CTX比（骨粗鬆症のおける骨代謝マーカー）の改善を示した35。35 LI-VRTとHI-RTでは、CTX濃度がそれぞれ21%と23%増加し、対照群では4.7%増加した。LI-VRTとHI-RTでは、CTX濃度がそれぞれ7.7%と4.1%減少し、対照群では3.3%増加した。
代謝ストレス BFRを低レジスタンス運動と併用した場合、血中乳酸濃度は対照群よりも有意に高く、高強度トレーニングで生じるものと同程度であることが複数の研究で明らかになっている4,36。4,36 Oliveiraらは、BFRを用いた低強度運動の参加者（16% +/- 13%）とBFRを用いない低強度運動の参加者（6% +/- 4%）の間で、血中乳酸蓄積量（治療前と治療後の測定値）が有意に増加することを発見した。 36 清水らは、BFR群と非BFR群を比較すると、BFRを使用した参加者は乳酸値が有意に上昇することを明らかにした(非BFR: 10.3 +/- 5.3 before, 34.3 +/- 13.3 after; BFR: 8. 2 +/- 3.6 before, 49.2 +/- 16.1 after, mg dL-1)ノルエピネフリンの増加（非BFR: 472.4 +/- 136.8 before, 662.1 +/- 201.5 after; 619.5 +/- 243.7, 960.2 +/- 373.7 after, mg dL-1）が見られた。
沖田らの研究では、ホスホクレアチンと筋肉内pHの低下によって代謝ストレスが誘発されることがわかっている。低強度の運動を行っている被験者では、筋肉内pHの有意な低下は見られないが、断続的なBFRを行っている被験者（-.10pH）や連続的なBFRを行っている被験者（-.125pH）では、pHの有意な低下が見られた。
ハイリスク患者 田中氏とTakarade氏の研究では、うっ血性心不全の既往がある男性30名（平均年齢60.7±11歳）を対象に、BFRの効果を調査した。6ヶ月間の運動トレーニング後の結果では、血清トリグリセリド、高密度リポタンパク質、LDL-C、総コレステロール、グルコース、HbA1cレベルに変化は見られなかった26。さらに、6ヶ月間の期間後には、脳性ナトリウム利尿ペプチド（長時間心臓に負担がかかると主に心室から分泌されるホルモン）レベルが有意に低下した26。
心理社会的要因
BFRの影響は、身体的なものだけではなく、患者の心理的な状態にも影響を及ぼす。さらに、BFRの影響は、患者の心理状態に影響を与えるだけでなく、患者の身体的状態/パフォーマンスにも影響を与える可能性がある。
これらの影響を評価するために、複数の研究では、個人の自覚的労作率(RPE)、19,36,37 全体的な気分、38,39 痛みのレベル、37 全体的な不快感のレベルを評価している40。
19,36,37 BFRの初期段階ではほとんどのケースでRPEが増加したが、従来の高負荷レジスタンストレーニングと比較して、8週間の長期にわたってRPE率は減少した。
一般的な痛みのレベルと不快感のレベルを評価するために,0-10の一般的な痛みのスケールとBORG不快感のスケールを使用して、BFR適用期間中にこれらの不満を追跡した。両脚プレスを用いた研究では、80%と30%の1RMを用いた高負荷と低負荷のレジスタンストレーニングでは、30%の1RMを用いて15回×4セットのスキームでトレーニングを行ったBFR群と比較して、筋不全まで運動した後のRPEと痛みの評価が高かった37 。上肢のエクササイズを行うグループを比較した別の研究では、BFRを用いて同じエクササイズを行った参加者は、不快感の評価が有意に増加したと報告された40。
レジスタンストレーニングにBFRを活用することは、個人の全体的な気分状態に大きな影響を与えることがわかっている。シルバ2018年の研究では、BFRを使用した運動と使用しない運動の前後で、気分状態、総合的な気分障害、RPEを測定した。38 シルバ2019年の研究では、BFRを使用した有酸素運動後の気分状態を調査し、BFRはほとんどの個人で気分状態とRPEに急性の障害を引き起こすことがわかった。
考察
心肺機能
血圧
これまでの研究では、レジスタンストレーニングとトレーニングによる動脈硬化との間に相関関係があることが示されており、動脈のコンプライアンスの低下は、心臓病や圧反射感度の低下の原因となることが示されている20,21,23。むしろ、これらのパラメータでのBFRは、適切に処方された場合、従来の運動と同様の血圧反応を引き起こす。
心拍数、ストローク量、および心拍出量 これらの研究を総合的に評価すると、BFRを適用してもCOは変化しないが、適切なCOを維持するために相対的なSV量が減少し、それに応じてHR反応が増加することがわかる。これらの知見は、160mmHg以下の圧、またはレジスタンスや有酸素運動での被験者の知覚圧の7/10以下の圧を使用した場合、閉塞カフによる圧の増加が心拍出量に悪影響を及ぼさないことを示唆している。さらに、HR最大値70～85%を達成するために必要な従来の刺激に対応できない人にとって、誇張されたHR反応は心臓の状態を改善するのに有益であるかもしれない41。
血管のこわばりとコンプライアンス
有酸素運動にBFRを使用した場合、Renziらは、160mmHgでウォーキングトレーニングを行うと、動脈のこわばり(SV/PPを用いて測定)が増加し、血流介在性拡張が減少することを明らかにした18。Iida、Nakjima、Abeらは、140～200mmHgの両側下肢BFRを用いた6週間のウォーキングプログラムを行うと、コントロールでは変化がなかったのに対し、最大静脈流出量と静脈コンプライアンスが有意に増加することを明らかにした15。2011年に発表されたOzakiらは、140～200mmHgの閉塞圧で歩行訓練を行っても、頸動脈のコンプライアンスは対照群と比較して有意に変化しないことを明らかにした13。この発見は、BFR群では対照群と比較して大腿筋断面積、膝関節屈曲トルク、膝関節伸展トルクが有意に増加したことからも重要だ。この知見は本文献レビューの範囲外であるが、BFRと有酸素トレーニングを併用することで筋肥大と頸動脈コンプライアンスを同時に改善できる可能性は、今後の調査に値する13。
血管のコンプライアンスとスティフネスに対するBFRの効果は研究によって異なる13,14,16-18。しかし、これらの結果の傾向を確認することは重要である。相対圧が高いほど効果が減少する傾向にあり、血管系に好ましくない変化をもたらす可能性がある。血管系の変化で見られるネガティブな結果の説明として、狭い幅の閉塞カフで生じる圧力勾配が考えられる。外科用止血帯の研究では、閉塞カフの幅と四肢の全閉塞に必要な圧力との間には逆の関係があり、カフの幅と四肢の周囲の長さの比が0.5未満の場合、収縮期以下の圧力が必要であることがわかっている42,43。BFRトレーニングにおいても同様の考え方で、可能な限り低い圧力と低い圧力勾配を用いて好ましい適応を引き出すことが重要であると考えられる。
VO2ピークとVO2マックス
これらの研究では、VO2ピークへの効果は達成できないかもしれないが、VO2マックスは適切な閉塞圧とトレーニング刺激を与えれば大幅に改善することができる。重要なことは、VO2 maxは従来の有酸素運動と同程度に向上させることができ、この効果はBFRで増強された場合にはかなり少ない量で実現できるということである。さらに、BFRは有酸素運動の相対的な強度と累積酸素欠損量を増加させるようなので、VO2 maxの効果を得るためには、より低い刺激で十分であると考えられる11。このことは、有酸素運動能力を向上または維持するのに十分な強度で運動できない人にとって、特に価値があると考えられる。
運動能力
これらの研究は、医療的に複雑な患者を対象としている点で斬新であり、有酸素運動を伴う適切な用量のBFRトレーニングがいかに安全かつ有意に機能的能力を向上させるかを示している。
Abeらは、健康な高齢者を対象に、BFRを用いた6週間のトレッドミルウォーキングにより、有酸素運動能力の改善は見られなかったが、BFR群はアクティブコントロールと比較して、椅子立ちやTimed-Up-and-Goのパフォーマンスを有意に改善した。重要なのは、著者らが有酸素性の変化を引き起こすために必要だと仮定した50%HR Maxの予備強度に達しなかったことであり、彼らの研究に含まれる過去の研究では、「BFRを伴わない同様の強度のウォーキングトレーニングは、有酸素性能力にほとんどまたは全く影響を与えない」と結論づけられている9。
Cardosoらは、今回の研究で得られた改善は、BFRによる低酸素状態で発生する高い代謝ストレスが一因である可能性を指摘しており、この仮説は、このモダリティで経験される筋力や肥大の向上を説明するために提唱されている。
梗塞後の心不全患者にBFRを使用した場合、田中らはサイクルエルゴメトリーとBFRを併用することで、無酸素性閾値が有意に改善することを発見した。この研究は、複雑な医療を受けている患者に高い閉塞圧(208.7+/-7.4mmHg)をかけて運動させたという点で重要であり、運動トレーニングの悪影響は認められなかった26。小規模な研究ではあるが、トレーニングの悪影響を受けずに運動させた対照群と比較して無酸素性閾値が有意に改善したことは、この集団やその他の心血管疾患患者にこの介入を安全に使用する上で励みになる。
全身の筋骨格
筋力
いくつかの研究では、低負荷のBFRトレーニングがカフや止血帯の装着の対側および遠位部の筋力を増加させる可能性があることが明らかになっている16,27-31。下肢を閉塞することで、BFRを行わない群よりも上半身の筋力が増加したことから、身体には全身的な効果があると考えられるが、その全体的なメカニズムはまだ完全には解明されていない28。
Mayらは下肢のBFRトレーニングを片側腕の運動後と下肢の運動中に行い、コントロール群の訓練した腕に比べてBFR群の訓練した腕の筋力がより大きく増加したことを示し、部分的な血流閉塞に起因する全身的な効果の可能性を示した。Mayら29とCookら28は、BFRの全身的な筋骨格系への影響は、「cross-transfer phenomenon」と呼ばれる現象に起因するという仮説を立てた。Mayらによると、cross-transferは、対側の部位を使った片側レジスタンストレーニングでよく見られるという。しかし、孤立した部位と他の部位への影響についてはあまり研究されておらず、今回の研究では、下肢のBFRが上肢へのcross-transfer効果をもたらしたと考えられる。また、Mayらは、筋骨格の断面積が四肢間で同様に成長したことから、筋力伝達は筋の肥大によるものではなく、神経筋の適応によるものであると示唆している29。
Bowmanらは、低負荷BFR群では、低負荷トレーニングのみの場合と比較して、対側の下肢の筋力が向上することも明らかにした27。対照群は下肢の低負荷レジスタンストレーニングを行ったが、BFR群は同じエクササイズを行ったが、一方の下肢の大腿上部の血流を部分的に閉塞した27。Bowmanは、筋力の向上と筋肥大の増加は、代謝ストレスが引き金となり、その結果、代謝、アドレナリン、ホルモンの変化が起こり、最終的には筋力の適応につながるという仮説を立てている。尾崎らは、上肢の血流を遮断した場合、BFR群は非BFR群と比較してベンチプレス1RMで同程度の向上を示したが、BFR群は45%低い強度で運動していた。16 Thiebaudらは、上肢にカフを装着したBFR群は、非BFR群と比較してチェストプレス、ショルダープレス、シーテッドローの強度を有意に向上させ、両者の間に有意差はなかった。
安田らは、トレーニング強度が同じで、2つのグループの違いが上肢のBFRだけの場合、BFRグループは非BFRグループと比較して、ベンチプレス1-RMでより有意な変化を示した。また、筋肥大の増加も認められたことから、安田らは筋力の向上は神経適応だけによるものではないと考えている31。
筋肥大
Thiebaudら30とOzakiら16は、BFRを用いた中高強度レジスタンストレーニングと低強度レジスタンストレーニングを比較し、上肢の血液を閉塞した際の大胸筋の断面積(CSA)に及ぼす影響を検討した。16,30 Thiebaudらは、下肢の筋肥大に関しては両群間に有意な差はなかったが、大腿上部の筋厚はBFR群の方が低強度の運動で有意に変化したことを明らかにした30。Mayらは、同様の運動レジメンを用いて、BFRを両下肢の最近位部に適用しても、非BFR群と比較して上肢の筋肥大に有意差のある変化は見られないことを明らかにした29。筋サイズの増加を伴わない筋力増加が見られたことから、MayがBFRによる全身的な筋力増加を筋肥大ではなく神経筋の適応によるものとした理由は明らかである29。安田らは、同一のレジスタンストレーニングプロトコルを用いて、両側上肢のBFRを行うと、BFRを行わない場合と比較して、無制限の胸筋肥大（大胸筋）が有意に増加することを明らかにした31。BFRカフは両脚の最近位部に装着され、トレーニング方法は3週間のトレッドミルによるウォーキングトレーニングであった。32 この結果は、トレーニング方法がレジスタンストレーニングのような激しい運動ではなかったため、筋肉が肥大する可能性が低かったことによるものと考えられる。
内分泌
複数の研究により、BFRは、人体をコントロールするホルモン、血液因子、生物学的複合体に影響を与えることで、内分泌系に大きな影響を与えることが明らかになっている。BFRによって引き起こされる内分泌学的変化を知ることは、BFRがいかに効果的なツールであるかを理解するために重要であるだけでなく、潜在的な患者にとって危険であるかどうか/どのように危険なのかを理解するためにも重要である。
筋肉の適応
BFRの治療ツールとしての最大の可能性は、高強度のレジスタンストレーニングによる肉体的ストレスを身体に与えることなく、筋力を向上させ、筋肥大を誘発する能力にある。このような筋肉の適応は、BFRが誘発するホルモンの変化の結果として得られる可能性がある。
14,28 これらのホルモンの増加は、筋組織の成長を促進し、低強度の運動のみで誘発される変化と比較して、より大きな筋力の増加を可能にすると考えられている。
Laurentinoらは、BFRがミオスタチン(MSTN)、成長・分化関連血清タンパク質-1(GASP-1)、MAD関連タンパク質(SMAD-7)の遺伝子発現に影響を与えることで、筋肉の成長を促進すると示唆している。MSTNは筋肉の成長を制御・抑制する役割を持ち、GASP-1とSMAD-7はMSTNの形成・機能を抑制する役割を持つ。その結果、GASP-1とSMAD-7の発現が増加すると、MSTNの抑制作用が低下し、MSTNの発現が低下すると、全体的に筋肉の成長を抑制する作用が弱まることになる。
Karabulut氏の発見は、BFRが筋肉の適応を要求するメカニズムについて疑問を残している。筋成長を促進するIL-6,IGF-1,遊離テストステロンなどの成長因子／ホルモンに有意な変化が見られなかったことは、筋の適応を引き起こすのはホルモン作用ではないことを意味しているのかもしれない34。
骨芽細胞活動
特に高齢者におけるレジスタンストレーニングの重要な利点は、骨密度/質量を増加させることである。骨密度と質量を増加させることは、自然な加齢に伴う退化に備え、将来の傷害を防ぐためにも重要だ。Karabulutらの研究結果によると、どちらの治療群（BFRを用いた低強度レジスタンストレーニング、およびBFRを用いない低強度レジスタンストレーニング）でも、骨のターンオーバー／代謝が骨形成に有利な方向にシフトするというメリットがあることがわかった。しかし、この骨芽細胞活性のポジティブな変化は、BFRを低強度運動と併用することで、高強度レジスタンストレーニングのような肉体的ストレスを身体に与えることなく、骨密度の改善を促進できることを示している。
代謝ストレス
BFRトレーニングによって引き起こされる最も重要な内分泌学的変化の1つは、血中乳酸値の上昇である。BFRを低負荷運動と併用した場合、血中乳酸値はコントロール群よりも有意に高く、高強度トレーニングで生じる値と同程度であることが研究で明らかになっている。4,36 乳酸値の上昇は、筋肉痛や疲労感の増加につながり、参加者がトレーニング実習やセラピーサービスを継続する意欲を失わせる可能性がある。しかし、この乳酸値の上昇は、有益な筋肉の適応のための重要なメカニズムであると考えられる。BFRの効果の背景にある一つの理論は、低酸素環境が（高い乳酸値によって）高い代謝ストレスを促進することを示唆している。この代謝ストレスの増加は、筋肉の損傷と修復のプロセスを引き起こし、筋肉の成長につながる。乳酸値の上昇が筋肉の適応を誘導する代謝ストレスを引き起こすと推測されるだけでなく、沖田氏は筋肉内のPCrと筋肉内のpHの低下が同等のストレスを（適度な抵抗で）引き起こすことを発見した。彼らの研究は、これらの変化が乳酸の効果と同様にストレスを誘発し、筋肉の適応を促していることを示唆している。
清水らは、BFRが高齢者の内皮機能や末梢循環に与える影響を明らかにする研究を行い、同時に血中乳酸値（代謝ストレスの原因）を調べた。しかし、乳酸やpHが参加者が代謝性アシドーシスに陥るレベルに達する可能性があるかどうかについては、さらなる研究が必要である。さらに、腎不全などの疾患を持つ患者がBFRトレーニング中に代謝性アシドーシスに陥るリスクを評価するための具体的な研究が必要である。このように、BFR技術による身体的・代謝的ストレスが、様々な疾患にどのような影響を与えるかを調査するために、さらなる研究が必要である。
ハイリスクな患者 BFRの可能性を活かすためには、医学的に障害のある患者やハイリスクな患者にBFRを安全に使用できることを確認する研究が必要である。TanakaとTakaradeの研究では、特にうっ血性心不全の患者に対するBFRの効果を調査した。26 運動の目的がコレステロール値とグルコース値の改善であるにもかかわらず、これらの値に変化がなく、副作用の記述もないことから、BFRのストレスは、適切な指導のもと、高齢のうっ血性心不全患者にも適切に耐えうることが示された。
心理社会的要因
先に述べたように、BFR（自覚的労作率）は身体的な影響だけでなく、心理的な影響もあると考えられる。この心理的な影響は、BFRトレーニングへの参加を躊躇させ、さらには身体的なパフォーマンスや状態に悪影響を及ぼす可能性がある。
RPEの増加は、従来のトレーニングと比較して、より多くの努力をしなければならないという感情を報告しているため、最初は個人を躊躇させるかもしれない。40 RPEの上昇による悪影響を最小限に抑えるためには、断続的なBFRのほうが、連続的なBFRよりもトレーニングセッション中のRPEが低くなることがわかっているため、より耐えられる可能性がある36。
BFRによる不快感や痛みの評価を見ると、明確な変化はあまり見られない。LEエクササイズを行っている参加者を比較した場合、研究者たちは、BFRを使用している参加者は、BFRを使用せずに高強度のエクササイズを行っている参加者と同様の身体的効果を得られる可能性があることを示唆している。しかし、上体起こしの運動をしている参加者の不快感を測定したところ、BFRを使用していないグループと比較して、BFRを使用しているグループの方が不快感の訴えが多いことがわかった40。これらの研究では変数が異なるため、さらなる研究が必要であるが、今回のデータから、BFRを使用すると、全体的な痛みの評価が時間とともに減少し、全体的な不快感の評価が時間とともに増加することがわかった。
38 BFRによる気分の低下と参加者の疲労感は、休息して競技に備えている人に比べてアスリートを不利な立場に置く可能性がある。
BFRは多くのポジティブな生理学的効果を持つことがわかっているが、気分や心理状態に与える潜在的な効果を考慮することが重要である。この介入が個人にとって有益かどうかを判断するためには、長期的なRPEの減少によるメリットと、急性の気分状態に対するネガティブな影響を個人ごとに比較する必要がある。
制限事項
本研究の完了時に、発見の重要性に影響を及ぼす可能性のあるいくつかの制限が確認された。すべての研究は、血流制限技術と運動を組み合わせて利用していたが、その適用と投与パラメータは広範であり、研究間で標準化されていなかった。各研究の結果が、適用方法や投与パラメータの違いによって有意に変化するかどうかは不明であり、このレビューには限界がある。投与パラメータに見られる標準化されていない点に加え、本レビューで使用された研究では、多様な患者の属性が提供されなかった。ほとんどの研究では、18～39歳の患者を対象としており、高齢者に関する情報はほとんどなかった。同様に、ほとんどの研究は健康な人を対象としているため、疾患別の集団は含まれなかった。これは、主に若年層の健康な集団に限定されているため、今回の知見の一般化には限界がある。最後に、BFRの一種である加圧トレーニングを発明し、BFR製品に関するいくつかの特許を保有している佐藤義昭博士が、本レビューで使用したいくつかの論文を執筆または寄稿しているため、利益相反の可能性がある。この組織に関連する人物が共著した研究は、付録1に記載されている。これらの研究者は、この技術が有益な影響を与えることに投資している可能性があるため、その結果を精査する必要がある。
結論
このシステマティックレビューの結果は、血流制限トレーニングが、心肺、血管、全身の筋骨格系、内分泌系などの複数の身体システムや、心理社会的要因に幅広い影響を与えることを示唆している。全体的に見て、BFRはこのスタイルのトレーニングを行う患者にとって有益であり、適切な投与量であれば、現在のところ副作用は知られていないようである。また、心臓病や腎臓病の患者を対象とした研究では、BFRの使用は有害ではなく、いくつかの利点をもたらした。BFRの最大の利点は、健康な人と合併症のある人の両方において、運動強度を安全に増強できることであると考えられる。しかし、BFRの長期的な全身への影響を明らかにするには、さらなる研究が必要である。また、理想的なカフ幅、圧力、部分閉塞の持続時間など、適切な投与方法についてもさらなる研究が必要である。BFRの「ゴールドスタンダード」プロトコルが開発されたら、データの信頼性を評価するために、このレビューの研究を再現する必要がある。