脳賦活時の脳血流・酸素代謝解離現象のメカニズム

• Project/Area Number: 17700326
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Neuroscience in general
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 林 拓也 国立循環器病センター(研究所), 放射線医学部, 室長 (50372115)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2006: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2005: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 脳酸素代謝 / 脳ブドウ糖代謝 / 脳血流 / 脳虚血

Research Abstract

脳はエネルギーを非常に多く消費する臓器の一つでグルコースと酸素をエネルギー源としている。脳へのグルコース供給は血糖値がほぼ一定値となる生理的制御システム(インシュリン、成長ホルモン、グリコーゲンによる糖貯蓄などによる)により通常は低下しないが、酸素供給は、(脳内の)酸素貯留システムや高親和性トランスポータが欠如していることから、一瞬の酸素供給低下(例えば脳虚血や低酸素状態など)でも重篤な脳障害をおこす。一方、脳の生理機能である神経細胞の電気活動自体も大量のエネルギーを必要とすることから、脳活動時におけるエネルギー代謝を維持するシステムが脳にあるとする考えが従来考えられてきた。しかしその実体やメカニズムは分かっていなかった。本研究では、脳活動時にエネルギー代謝が維持されるかどうか、あるとすればどのようなシステムによりエネルギー代謝が維持されているか、について調べることを目的として研究をおこなった。麻酔下サルにおいて視覚刺激を行い、脳血流および酸素代謝をPETを使用し同時測定することで酸素の供給と消費量を定量化した。また吸入酸素濃度を低下させたときに正常酸素濃度状態にくらべどのように脳血流・酸素代謝がどう変化し、エネルギー代謝が維持されるかを調べた。その結果、正常酸素濃度状態においては約20%の血流増加、3%の酸素代謝増加が見られたが、低酸素濃度状況下においても脳賦活による血流増加度に差はなく酸素代謝増加度は低下する傾向が見られた。これらの結果から脳賦活時において脳血流調整と独立して酸素取込を変化させるメカニズムが欠如していることが示唆された。また脳血流自体もエネルギー代謝を維持するために代償的に変化することがないこともわかった。これらの観察から脳は脳賦活時においてエネルギー代謝需要が亢進してもそれを能動的に維持するシステムを持っていないことが示唆される。

Research Products

• [Journal Article] ヒトにおける大脳皮質線条体間線維連絡 Diffusion-based Cortico-striatal connectivity in humans. (2007)
  • Author(s): 林拓也
  • Journal Title: クリニカルニューロサイエンス (Clinical Neuroscience) 25(1) Pages: 28-33
• [Journal Article] Quantitative mapping of basal and vasareactive cerebral blood flow using split-dose (123)l-iodoamphetamine and single photon emission computed tomography. : pp. (2006)
  • Author(s): Kim KM, Watabe H, Hayashi T, et al.
  • Journal Title: Neuroimage 33(4) Pages: 1126-1135
• [Journal Article] Gene transfer of hepatocyte growth factor gene improves learning and memory in the chronic stage of cerebral infarction. (2006)
  • Author(s): Shimamura M, Sato N, Waguri S, Uchiyama Y, Hayashi T, Iida H, Nakamura T, Ogihara T, Kaneda Y, Morishita R
  • Journal Title: Hypertension 47 Pages: 742-751
• [Journal Article] Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) in monkeys (2006)
  • Author(s): Ugawa Y, Okabe S, Hayashi T, Ohnishi T, Nonaka Y
  • Journal Title: Suppl Clin Neurophysiol 59 Pages: 173-181
• [Journal Article] Glucose utilization in the inferior cerebellar vermis and ocular myoclonus. (2006)
  • Author(s): Yakushiji Y, Otsubo R, Hayashi T, Fukuchi K, Yamada N, Hasegawa Y, Minematsu K
  • Journal Title: Neurology 67(1) Pages: 131-133
• [Journal Article] Use of a compact pixellated gamma camera for small animal pinhole SPECT imaging. (2006)
  • Author(s): Zeniya T, Watabe H, Aoi T, Kim KM, Teramoto N, Takeno T, Ohta Y, Hayashi T, Mashino H, Ota T, Yamamoto S, Iida H
  • Journal Title: Ann Nucl Med 20(6) Pages: 409-416
  • NAID: 10018775431
• [Journal Article] 病理生理からみた心筋viability (2006)
  • Author(s): 飯田 秀博, 寺本 昇, 越野 一博, 大田 洋一郎, 渡部 浩司, 久冨 信之, 林 拓也, 猪股 亨, 銭谷 勉, 金 敬〓, 佐藤 博司, 朴日淑
  • Journal Title: 臨床放射線 51(9) Pages: 1035-1041
• [Journal Article] PET/SPECT 分子イメージング研究の展望 (2006)
  • Author(s): 飯田 秀博, 渡部 浩司, 林 拓也, 寺本 昇, 三宅 徳, 大田 洋一郎, 銭谷 勉, 越野 一博, 猪股 亨, 圓見 純一郎, 佐藤 博司, 山本 明秀, 朴 日淑, Sohlberg Antti, 黒川 麻紀, 樋掛 正明, 合瀬 恭幸, 山内美穂
  • Journal Title: INNERVISION 21(12) Pages: 18-24
• [Journal Article] 大脳皮質・深部灰白質間の線維連絡 Connectivity between cerebral cortex and deep gray matter (2006)
  • Author(s): 林拓也
  • Journal Title: 神経内科 65(2)
• [Journal Article] Rapid quantitative measurement of CMRO(2) and CBF by dual administration of (15)O-labeled oxygen and water during a single PET scan-a validation study and error analysis in anesthetized monkeys. (2005)
  • Author(s): Kudomi N, Hayashi T et al.
  • Journal Title: J Cereb Blood Flow Metab 25 Pages: 1209-1224
• [Journal Article] Understanding of cerebral energy metabolism by dynamic living brain slice imaging system with [18F]FDG. (2005)
  • Author(s): Ogawa M, Watabe H, et al.
  • Journal Title: Neurosci Res, 52 Pages: 357-161
• [Journal Article] Parametric imaging of myocardial blood flow with 150-water and PET using the basis function method. (2005)
  • Author(s): Watabe H, Jino H, et al.
  • Journal Title: J Nuc Med 46 Pages: 1219-1224
• [Journal Article] Gene Transfer of Hepatocyte Growth Factor Gene Improves Learning and Memory in the Chronic Stage of Cerebral Infarction.
  • Author(s): Shimamura M, Sato N, et al.
  • Journal Title: Hypertension (In press)