太郎坊のそよ風

認定NPO法人 富士山測候所を活用する会 スタッフブログ


2010年度富士山測候所 研究報告書(速報 その6)

氏 名:山本正嘉  Masayoshi Yamamoto
所 属:鹿屋体育大学  National Institute of Fitness and Sports in Kanoya

共同研究者氏名・所属: 

笹子悠歩 鹿屋体育大学 

Yuuho Sasago National Institute of Fitness and Sports in Kanoya

研究テーマ: 高齢者による富士登山時の生理的負担度の測定評価

Measurement of physiological stress during climbing Mt. Fuji of high-aged people

研究目的:

富士登山の人気は最近特に高まっている.夏になると,老若男女が約40万人も登山をするが,その中には登山が初めてという初心者も多くいる.しかし富士山は,技術的には容易でも体力的な負担度は非常に大きく,そのうえ高度(低酸素)の影響も強く受ける.実際に毎年,これらのストレスが原因と思われる事故も多く起こっている.

このような事故を防止するためには,まず,富士登山中に身体がどのようなストレスを受けているのかを,客観的なデータで表すことが必要である.そして,それに基づいた具体的な安全対策を示し,広く啓蒙していかなければならない.しかしこれまで,このようなことはほとんど行われてこなかった.

我々は,富士登山中の様々な場面(行動中,生活中,睡眠中)を対象として,各種の生理応答を測定してきた.過去3年間の研究により,登山経験の少ない若年者および登山経験の豊富な中高年者のデータは得ることができた.そこで今年度は,登山経験の少ない高齢者を対象として,同様の測定を行うこととした.  
 
方法:

対象者は65~73歳の男女9名で,平均年齢は68.4歳であった.彼らは,富士宮口の五合目(2400m)から登山を開始し,1日目は元祖七合目(3010m)の山小屋に宿泊,2日目には山頂に到達して測候所に宿泊し,3日目には同じコースを下山した.過去3年間の研究では,被験者は五合目から1 日で山頂に到達し,山頂で2泊した後に下山をしていたが,今年度は年齢および体力レベルを考慮し,2日間をかけて登頂した点が異なっていた.

測定項目は,動脈血酸素飽和度,心拍数,歩行時の主観的運動強度(つらさ),歩行時に身体が地面から受ける衝撃強度,高山病の自覚症状(AMSスコア),安静時の血圧などであった.

結果と考察:

A.今年度の結果の概要

(1)動脈血酸素飽和度:この指標は,体内の酸素の量を表すものである.五合目付近での安静時には90%前後,登高時には80%前後の値であった.しかし高度が上がるにつれて低下し,山頂付近まで行くと安静時では75%前後,登高時では60%台となった(左図).また睡眠時の値は,元祖七合目では70%台,山頂では60%前後と,登高時なみの低値を示した.低地の医療現場では,動脈血酸素飽和度が90%を下まわると酸素吸入を行う.このような基準から見れば,富士登山中の値は異常とも言えるほど低く,身体は極度の低酸素ストレスを受けていることがわかる.

(2)心拍数:心臓の活動状況を表す指標で,心臓にかかる負担度を表しているともいえる.この値は,登高中は1分間あたり140拍程度で推移しており,被験者の年齢から推定される最高心拍数(本被験者の場合は 220-68.4=151.6拍)の92%に相当した(右図).持久的な運動時に,心臓に過度の負担をかけない心拍数のレベルとは,最高心拍数の75%以下であるとされている.したがって富士登山の場合,心臓にも非常に大きな負荷がかかっており,その状態で何時間もの行動をしていることになる.

(3)主観的運動強度:運動中に感じる「つらさ」を数値化した指標で,11が楽,13がややきつい,15がきつい,17がかなりきつい,と表される.登高中の値を見ると,1日目が13~15,2日目は14~16となり,高度が上がると「きつい」と感じることが多かった.持久的な運動時に,身体に過度の負担をかけないレベルとは,13(ややきつい)以下であるとされる.したがって主観的運動強度から見ても,富士山の登高時には大きな負荷がかかっていることが窺える.

(4)衝撃強度:加速時計を腰部に装着し,歩行中に身体が地面から受ける物理的な衝撃を表した指標である.登高中は1.5前後,下山中は1.9前後となった.これらの数値はどちらも,低地でゆっくり歩いた場合と同程度であり,物理的な衝撃強度は低かった.

(5)AMSスコア:急性高山病の自覚症状を表す指標である.1日目,2日目ともに,行動時間が長くなるとともに「疲労/脱力感」の値が増加したが,その他の指標については低値で推移していた.また2日目に山頂で宿泊した翌朝(3日目朝)には,「頭痛」のスコアが高値を示した.これは山頂での睡眠時に動脈血酸素飽和度が大きく低下し,一部の者で急性高山病を発症したためと考えられる.

(6)血圧:低地での最高・最低血圧は,それぞれ121mmHgおよび75mmHgであった.しかし七合目では150mmHgおよび90mmHg,山頂では160mmHgおよび90mmHg程度と,大幅な上昇が見られた.


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B.昨年度の結果との比較

今年度は,登山経験の少ない高齢者9名を対象として測定を行った.その結果を,昨年度測定したベテランの中高年登山者7名(平均年齢63歳,登山経験28年)の値と比べてみると,以下のような特徴が見られた.

(1)動脈血酸素飽和度:登高中の値について,今年度と昨年度とで同じ高度において測定された値を比べてみると,今年度の方が休憩時,行動時ともに低値を示していた.また,山頂(測候所)での睡眠中の値も,今年度の方が低かった.今年度は2日がかりで山頂に到達しており,登高速度もかなりゆっくりであったため,高所に順応するという面からは有利であったと考えられる.それにも関わらずこのような結果であった理由として,今年度の被験者の方が年齢が高かったことや体力が低かったことが関係していると考えられる.

(2)心拍数:登高時の値について推定最高心拍数に対する相対値に直して比べてみると,今年度の方がゆっくり登っているにもかかわらず,昨年度の値よりも高値を示した.

(3)主観的運動強度:登高時の値について比べてみると,今年度の方が昨年度よりもゆっくり登っているにもかかわらず高値を示した.

(4)衝撃強度:登高時の値は,昨年とほぼ同様であった.また下山時の値については,昨年度よりも低い値であった.これは,今年度の方が歩行速度がゆっくりであったためと考えられる.

(5)AMSスコア:「頭痛」については,今年度の被験者の方が昨年度の被験者よりも低かった.これは山頂に到達するまでに2日間をかけているために,高所順応がより進んだためと考えられる.一方,「疲労/脱力感」については昨年度よりも高値を示した.これは登山経験が少なく,体力も低かったことが関係していると考えられる.

まとめ

富士登山中には,行動時はもとより安静時,睡眠時といった全ての場面で,身体の様々な部分に非常に大きなストレスがかかることがデータで確認できた.特に,登高中と睡眠中の動脈血酸素飽和度は著しく低く,これらの局面で身体が受ける低酸素ストレスは非常に大きいことが窺える.また登高中の心拍数も推定最高心拍数の90%以上と心臓には非常に高い負担がかかった状態で,長時間(1日あたり3~5時間)の運動を行っていることも注意すべき点といえる.

このような傾向は,これまでに測定対象とした登山経験の乏しい若年者や,登山経験の豊富な中高年者においても同様に見られたことである.ただし,今回の被験者の場合,年齢が高いことや体力が低下していることも関係して,相対的に見るとより大きなストレスを受けている可能性が考えられた.

冒頭に述べたように,富士山では毎夏,数十万人もの老若男女が登山をするが,その中には高齢者,体力のない者,登山の初心者も多い.このような人たちが本研究で示したような身体への強いストレスの存在を知らずに登山することは,非常に危険なことである.富士山での登山事故を防止するためには,本研究で得られたデータに基づいて具体的な安全対策を作成し,啓蒙していく必要がある.

英文:

Climbing Mt. Fuji is very popular for Japanese and thousands of people including, high aged people, children, and beginners aim to the top in summer. But physiological stress is considered to be very large because its height is near 4000m. Actually many accidents occurs every year. So the purpose of this study was to estimate various physiological and mechanical stresses in climbing Mt. Fuji such as arterial oxygen saturation (SpO2), heart rate (HR), systolic and diastolic blood pressure (SBP, DBP), perceived exertion rate (RPE), acute mountain sickness score (AMS), ground reaction force during walking etc. The subjects were nine high aged men and women (>65 yrs). On the first day, they went up from 2400m to 3010m and stay there, next day they reached the summit (3776m) and stayed there, and the third day they went down through the same way. In the results, SpO2 at rest was about 90% at 2400m, but decreased to 75% at the top. The SpO2 during ascending was as low as 60% near the top. The SpO2 during sleep at the top was also remarkably decreased to 60%. The HR during ascending was estimated above 90%HRmax. The SBP and DBP at sea level were 121mmHg and 75mmHg, but increased to 160mmHg and 90mmHg at the top, respectively. These results suggest that physiological stress in Mt. Fuji is very serious for high aged people especially during ascending as well as during sleep.

研究成果の発表:

学会発表・・・2011年度の日本登山医学会で発表予定

論文発表・・・2011年度の『登山医学』に発表予定


(参考)
プロジェクト計画:高齢者による富士登山時の生理的負担度の測定評価
関連ブログ:2年越しの富士登山






2010年度富士山測候所 研究報告書(速報 その5)

氏 名:竹谷文一(Fumikazu Taketani)
所 属:海洋研究開発機構 (JAMSTEC)

共同研究者氏名・所属: 

兼保直樹・産業技術総合研究所(Naoki Kaneyasu ・AIST)

金谷有剛・海洋研究開発機構(Yugo Kanaya・JAMSTEC)

研究テーマ: 富士山頂におけるPM2.5エアロゾル粒子の動態解明および反応性測定

Investigation of origin, composition and reactivity of PM2.5 at summit of Mt. Fuji

研究結果:

大気中を浮遊している直径2.5 m以下の微粒子(PM2.5エアロゾル粒子)は、大気汚染による人体への健康被害への影響だけでなく、太陽光の散乱や雲生成に関わるなど、地球への気候変動に影響を与えている。エアロゾルの濃度、成分には気象、発生源、輸送が大きな影響を及ぼしている。その変動要因を探るためには、濃度や成分の経時変化の情報を得ることが必要不可欠である。富士山頂は自由対流圏の高度にあるが、夏季にはローカルな大気汚染の影響が生じる日中と、自由対流圏のバックグラウンド的影響が卓越すると考えられる。このことから、日中は国内(ローカル)からの影響を受ける場、夜間はアジア広域のバックグランドとしての場として考えられ、時間を区別することで異なる環境条件における測定が可能となる。本研究では、PM2.5エアロゾル粒子総重量濃度、光学特性(散乱係数)、黒色炭素の経時変化測定、および、エアーサンプラーによるフィルターサンプリングを行った。


昨年度と同様に、観測期間を通してPM2.5総重量濃度は日中に極大をとり夜間に極小をとる日変化をしていることが確かめられた。2台のハイボリュームエアサンプラを用いて、昼(10:00-19:00)と夜(0:00-5:00)を区別したフィルターサンプリングを行った。フィルターにより、採取したエアロゾルは、イオンクロマトグラフによる水溶イオン成分(硫酸塩、硝酸塩、アンモニウム、塩化物など)濃度の分析や熱分離・光学補正法によるECOC(元素状・有機炭素)分析、同位体分析などを行い、成分を明らかにしていく予定である。また、自由対流圏におけるエアロゾル粒子とHO2ラジカルの反応性測定の室内実験も、採取したエアロゾルを用いて行う予定である。

 
英文:

It is well known that particles whose diameter is less than 2.5  m (PM2.5) induce health issues as air pollutants and climate change via scattering sunlight and cloud formation.  It is important to observe temporal variations in the chemical composition, optical property and mass concentration of PM2.5 to clarify their sources and transportation of PM2.5.  To characterize behaviors of PM2.5 at the summit of Mt. Fuji, we measured total mass concentration, black carbon, and optical property of PM2.5 using a SHARP monitor an aethalometer and a nephelometer, respectively, and collected PM2.5 using high-volume air samplers in this study.  


We observed almost same trend at last year which the mass concentrations of PM2.5 in the daytime were higher than those in the nighttime.  Using two high-volume air samplers, we collected PM2.5 on quartz filters.  We controlled sampling time periods for the two high-volume air samplers to classify PM2.5 at daytime (10:00-19:00) and nighttime (0:00-5:00).  We are planning to analyze the chemical composition such as water-soluble compounds (sulfate, nitrate, and ammonium etc.), metals, organic and elemental carbon, and carbon isotopes of PM2.5 on the filters.  Also JAMSTEC team is planning to measure the reactivity of HO2 radicals using the sampled aerosol particles.

研究成果の発表:

日本惑星連合大会など

(参考)プロジェクト計画:
富士山頂におけるPM2.5エアロゾル粒子の動態解明および反応性測定



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3号庁舎西側に設置したハイボル







2010年度富士山測候所 研究報告書(速報 その4)

氏 名: 河村公隆(Kimitaka KAWAMURA)
所 属: 北海道大学 低温科学研究所(Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ.)   
共同研究者氏名・所属: 

関宰(Osamu SEKI)1)、藤原真太郎(Shintaro FUJIWARA)1),2)

1)北海道大学 低温科学研究所(Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ.)

2)北海道大学大学院 環境科学院(Graduate School of Environmental Science, Hokkaido Univ.)

研究テーマ: 富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源に関する研究

A study on chemical composition and origin of organic aerosols collected at the summit of Mt. Fuji

研究結果:

大気中に存在する微粒子(エアロゾル)は、太陽光の散乱を引き起こし、雲の凝結核として作用することで気候に影響を与えると考えられている。その中でも特に低分子ジカルボン酸をはじめとする水溶性有機化合物の果たす役割は大きい。また、水溶性有機化合物は大気に発生源から直接排出されるものだけでなく、大気中で他の有機化合物が光化学的反応を受けることにより二次的に生成することが知られている。しかし、そのメカニズムは十分に理解されているとは言えない。そのため、本研究室ではこれまで各地において有機エアロゾルの観測を行ってきた。


本研究では昨年度同様、富士山頂において有機エアロゾルの捕集を行うことで、東アジア・北太平洋域の自由対流圏における有機エアロゾルの分布と起源、輸送過程における光化学的変質に関する新たな知見を得る事を目的としている。


今年度の観測では、下記の三種類の機材を用いてエアロゾルのサンプリングを行った。

①ハイボリュームエアサンプラー(HV): 全粒径かつ詳細な化合物の分析に必要な大容量のエアロゾル粒子の捕集を目的とする。

②ミドルボリュームインパクター(MVI): 粒径別の粒子を捕集し、エアロゾルの生成過程や存在状態に関する考察を行うことを目的とする。

③ローボリュームインパクター(LV): 気体として多くが存在している有機酸(ギ酸や酢酸など)の捕集を目的とした小型のサンプラー。フィルターにはガスとエアロゾル粒子の両方を捕集する。


今年度の観測は7/8?8月26日にかけて、富士山測候所3号庁舎西側外部で実施した。エアロゾルは24時間連続で吸引を行った。HV、LVではおよそ3日毎にフィルター交換を行い、それぞれ11枚と10枚のフィルターを得た。MVIは1週間毎にフィルターの交換を行い、昨年よりも多い7組63枚のフィルターを得た。

採取したフィルターは、水による抽出、ブチルエステル誘導体化を行った後に、ガスクロマトグラフィー(GC)、ガスクロマトグラフィー/質量分析計(GC/MS)によって低分子ジカルボン酸類の分析を行う。また、同様に有機溶媒で抽出を行い、植生や森林起源の有機化合物や、森林火災起源の有機化合物の分析も行い、それらが自由対流圏に与える影響に関しても考察を行う。

全炭素(TC)、全窒素(TN)全有機炭素(OC)、水溶性有機炭素(WSOC)、イオン、GC/C/irMSによる化合物中の安定炭素同位体比の測定なども合わせて行い、更に考察を深めていく予定である。


昨年度の我々の観測結果からは、自由対流圏内の有機エアロゾル濃度を明らかにするとともに、境界層内から低分子ジカルボン酸や森林起源の化合物が山頂に大量に輸送されていることが推測された。今年度の観測によって得られた多くの試料を分析することで、これらの結果を検証するとともに、自由対流圏内の有機エアロゾルの挙動に関して、さらに深い考察を行う事ができると期待される。

英文:

  Aerosols, suspended particles in the atmosphere, are thought to affect climate and weather condition via scattering solar radiation and acting as a cloud condensation nuclei (CCN), which can be a nuclei to form clouds. Among them, water-soluble organic aerosols, including low molecular weight dicarboxylic acids, are thought to have a large effect on a climate. Water-soluble organic aerosols are composed of not only primary emitted materials to the air, but also chemical degradation products of organic precursor compounds. Our laboratory has done many campaigns to reveal chemical compositions and distributions of organic aerosols at many locations.


  This study aim to reveal molecular distributions, origins and transport pathway of organic aerosols over East-Asia and North-East Pacific region by collecting filter samples at the summit of Mt,Fuji following the results of the 2009 campaign.


  We had set three samplers to collect aerosol samples for each objectives described as below.


1. High-Volume air sampler (HV): for Total Suspended Particles (TSP), which will provide enough amounts of compounds needed for detailed chemical analysis.

2. Middle-Volume Impactor (MVI): for size segregated aerosols which will provide information about origin and size distributions of the aerosols in the ambient air.

3. Low-Volume impactor (LV): for organic acids such as formic and acetic acids, most of which exist in a gas phase in the air. The quartz filters that were impregnated with KOH were used to collect gaseous organic acids whereas particulate organic acids were collected on neutral quartz filters.


  Sampling campaign had conducted from July.8th to August 25th 2010 at the outside of the 3rd building at Mt.Fuji weather observatory. 11 HV filters, 10 LV filters and 7 sets of MVI filters were collected in this summer.


  Dicarboxylic acids will be measured by using GC/FID and GC/MS after dibutyl esterification of target compounds. And other organic compounds which was emitted from biomass burning and secondary products of biomass emissions will be also measured. We will consider about effects of these compounds to the free-tropospheric environment.


  By analyzing samples we collected last year, we could identify chemical compositions and size distributions of various organic compounds over Mt.Fuji, and the results also suggested that many organic compounds are transported from the planetary boundary layer to the summit.

  We expect that this year’s sample will bring us more insights about free-tropospheric organic aerosols.

プロジェクト計画:
富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源に関する研究



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3号庁舎西側に設置したハイボル






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