安静時または低強度運動時の臨床的に正常な競走馬心電図における非線形解析による運動時の異所性心房性・心室性期外収縮の検出

なぜ競走馬の心拍が重要なのか

トップクラスの競走馬は心臓を極限まで使い、その過程で激しい運動中に危険なリズム障害を起こすことがあります。こうした不整な拍動は成績を低下させるだけでなく、稀に競走中の突然死に関与することもあります。しかし初期の警告サインを捉えるには、通常、激しい運動中の複雑な心電記録が必要です。本研究はより簡便な発想を探ります：安静時または低強度運動時に短く採取した一見正常な心電図（ECG）に潜む微妙なパターンが、その後の高速運動時に異所性拍動を示す馬を予測できるか？

正常に見える心電図に潜む手がかり

研究者たちは「異所性」拍動、すなわち運動中に心房（上室）や心室（下室）から発生する余分または位置のずれた拍動に着目しました。これらの出来事は一見健康な競走馬にもよく見られ、無害であることもあれば、パフォーマンスを若干損なうこともあり、最悪の場合は運動関連の突然死に関与し得ます。従来、獣医師は高速運動中に記録したECGでそれらを検出しますが、こうした記録は技術的に難しく、動作によるアーチファクトが多く、専門的な解釈を要します。一方で安静時や低速時に記録したECGは取得と読影が容易です。主要な疑問は、見た目は正常な低強度ECGに、同一セッションの後半で異所性拍動を起こしやすい心臓を示す微かな痕跡が含まれているかどうかでした。

拍動の乱れをどう測るか

視覚的に明らかな異常を探す代わりに、研究チームはECG信号の「乱れ」や複雑さを数値化する数学的手法を用いました。これらの非線形法—複雑性やエントロピーの推定器として知られる手法—は、ECGを記号列のように扱い、どれだけ多様なパターンが必要かを問います。より入り組んだパターンは高い複雑性を示し、反復的で均質なパターンは低い複雑性を示します。現役トレーニング中の110頭のサラブレッドおよびスタンダードブレッドを対象に、研究者らは日常の運動セッションの前中後に携帯型ECGを記録しました。そこから心拍数20〜120拍/分の範囲で、クリーンで安定した正常リズムの60秒間断片を自動抽出し、各拍の主要なスパイク（R波）や回復波（T波）などの重要点に基づいて波形を記号列に変換しました。

心拍数と手法の適切な組み合わせを見つける

研究者らは、信号前処理の選択肢、複雑性推定法、心拍数範囲の多くの組み合わせを系統的に試し、高速運動中に異所性拍動を示した馬（症例）と示さなかった馬（対照）をどの組合せが最もよく区別するかを検証しました。その結果、性能は心拍数とECGのどの部分を強調するかに強く依存することが分かりました。最も有用な情報は、歩行や軽いトロットに相当する中等度の“準最大”心拍数、具体的には60〜100拍/分で記録されたECGに含まれていました。この範囲では、Lempel–Ziv ’76やTitchenerの複雑性に基づく手法が他のエントロピー指標よりはるかに良好な性能を示しました。特に、主要な収縮波（QRS複合体）の終わりや回復波（T波）に関連する特徴が有益で、拍動間で心臓がどのようにリセットされるかが運動誘発性リズム問題への脆弱性に関する重要な手がかりを含んでいることを示唆しました。

手法の有効性

最も性能の良かった組合せの一つ、すなわち60〜100拍/分のECGでR波およびS波・T波の終点にマークを付けて算出したLempel–Ziv ’76複雑性を用いると、受信者動作特性曲線下面積（AUC）は0.86に達しました。実務的には感度は約86％（リスクのある馬を見逃すことが少ない）、特異度は約83％（低リスクの馬を正しく識別する割合が高い）に相当します。注目すべきは陰性的中率が約98％と非常に高く、検査で低リスクと判定された馬は運動中に異所性拍動を示す可能性が非常に低いことを意味します。一方で陽性的中率は約40％と控えめで、潜在的にリスクありと判定された多くの馬は実際には問題となる異所性拍動を示さないことが示されます。したがってこの手法は単独診断よりもスクリーニングツールとして適していることが強調されます。

馬とその先にある意義

総じて、本研究は短時間でクリーンに取得した快適なペースのECGに含まれる微細な乱れを解析することで、運動関連の異所性拍動を発症しそうにない大多数の馬を信頼して除外でき、高速運動時により集中的なモニタリングを行うべき小さなグループを選別できることを示しました。これにより技術的に難しい検査の必要性を減らしつつ、安全性とパフォーマンス監視を向上させる可能性があります。これらの知見は、同じ研究グループが行った発作性心房細動に関する先行研究を補完するとともに、より広い応用を示唆します：類似の非線形解析は、人間のアスリートにおける初期の心血管変化をAIなど現代的手法と組み合わせて検出するのに役立つかもしれません。

引用: Alexeenko, V., Tavanaeimanesh, H., Stein, F. et al. Detection of exercising ectopic atrial and ventricular beats using non-linear analysis of clinically normal racehorse electrocardiograms at rest or low-intensity exercise. Sci Rep 16, 13357 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41281-0

キーワード: 競走馬 不整脈, 馬の心電図, 心拍リズムスクリーニング, 信号の複雑性, 突然死