Development of novel method for prevention from brain damage of heat stroke

• Project/Area Number: 19K22779
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 58:Society medicine, nursing, and related fields
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 土肥 謙二 昭和大学, 医学部, 教授 (20301509)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 諸藤 陽一 長崎大学, 病院(医学系), 講師 (40437869)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 熱中症 / 神経炎症 / 小脳 / 後遺症 / 環境因子 / 脳機能 / 動物モデル / 予防法

Outline of Research at the Start

労働やスポーツなどの日常生活で発生する熱中症の大部分は軽度から中等度である。近年、スポーツ活動や労働環境においては熱中症の対策は必須となってきている。一方、具体的には屋外での活動を完全に制限することは困難であり、対処法も水分と電解質の補充と休息以外にはないのが現状である。本研究では軽度から中等度熱中症の身体活動や脳神経機能への影響と病態について検討し、さらに腸内フローラや水素水飲水の効果といった発症予防や治療として家庭や学校などのスポーツ活動の現場、労働活動の現場などで可能な新規の予防法や治療法の開発を行っていく。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では軽度から中等度熱中症の身体活動や脳神経機能への影響と病態について検討し、さらに水素水飲水の効果といった発症予防や治療として家庭や学校などのスポーツ活動の現場、労働活動の現場などで可能な新規の予防法や治療法の開発を行っている。現在はサイトカインに強く影響するPACAP KOマウスを用いて熱中症後の組織障害に影響するのかについて生化学的および組織学により評価を行っており、令和3年度中の投稿を目指して準備している。また、熱中症後１４日間、マウスは血算やヘマトクリットを測定し、血清をNa、K、Clなど電解質、腎機能および肝機能マーカーを生化学的に測定し、組織（脳、肺、肝、腎、腸管）における形態学的検討を行った。この結果についてはJ Intensive Care. 2021; 9: 35.に公表した。
2022年度の実験の結果、小脳のプルキンエ細胞に異常が認められることが確認された。具体的には熱中症後におきる小脳の遅発性神経傷害についてマウス熱中症モデルを用いて検討をおこなった。これらの結果から、熱中症により小脳のプルキンエ細胞は著明に減少し、その後改善しないことがわかった。一方、小脳白質の脱髄は時間の経過に伴い改善し、 再髄鞘化が考えられた。プルキンエ細胞周囲のPSD-95、Synaptophysinは熱中症から3週間後に最も低下し、その後改善したことから、 熱中症にともなう一過性のシナプス傷害が示唆された。本検討から、熱中症後におこる小脳白質の一過性の脱髄、プルキンエ細胞の減少、一時的なシナプス傷害が遅発性神経傷害に関連していることが明らかになった。この研究成果は、『Scientific Reports』に掲載された。
その一方で水素水飲水の効果については明らかな熱中症の発症や神経症状の抑制効果が得られなかった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウィルス感染症により、主に救急医で研究者が構成されているために研究に対する時間が取れずに研究が遅延した。さらに水素水飲水の効果が得られなかったことから他の抗酸化物質に効果についての再検討を行っていることがさらなる遅延の原因となっている。

Strategy for Future Research Activity

今後は当初予定していた水素水に代わる治療法の開発として新規抗酸化物の名の物質を用いた熱中症予防効果の検討を行っていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Effect of PACAP on Heat Exposure (2023)
  • Author(s): Suzuki Keisuke、Yamaga Hiroki、Ohtaki Hirokazu、Hirako Satoshi、Miyamoto Kazuyuki、Nakamura Motoyasu、Yanagisawa Kaoru、Shimada Takuya、Hosono Tomohiko、Hashimoto Hitoshi、Honda Kazuho、Dohi Kenji
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Issue: 4 Pages: 3992-3992
  • DOI: 10.3390/ijms24043992
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heatstroke-induced late-onset neurological deficits in mice caused by white matter demyelination, Purkinje cell degeneration, and synaptic impairment in the cerebellum. (2022)
  • Author(s): Miyamoto K, Nakamura M, Ohtaki H, Suzuki K, Yamaga H, Yanagisawa K, Maeda A, Yagi M, Hayashi M, Honda K, Dohi K
  • Journal Title: Scientic Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 10598-10606
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14849-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 脳神経疾患治療の実際 水頭症・炎症・脳症 熱中症性脳症 (2022)
  • Author(s): 鈴木恵輔、土肥謙二
  • Journal Title: 救急・集中治療 Volume: 34(3) Pages: 1234-1238
• [Journal Article] A novel mouse model of heatstroke accounting for ambient temperature and relative humidity (2021)
  • Author(s): Miyamoto Kazuyuki、Suzuki Keisuke、Ohtaki Hirokazu、Nakamura Motoyasu、Yamaga Hiroki、Yagi Masaharu、Honda Kazuho、Hayashi Munetaka、Dohi Kenji
  • Journal Title: Journal of Intensive Care Volume: 9 Issue: 1 Pages: 35-35
  • DOI: 10.1186/s40560-021-00546-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マウス熱中症モデルを用いた熱中症後の小脳プルキンエ細胞・シナプス傷害の検討 (2022)
  • Author(s): 宮本 和幸, 大滝 博和, 柳沢 薫, 山荷 大貴, 中村 元保, 鈴木 恵輔, 八木 正晴, 土肥 謙二
  • Organizer: 第50回日本集中治療医学会総会
• [Presentation] マウス熱中症モデルを用いた体温調節機構の検討 (2022)
  • Author(s): 鈴木 恵輔, 宮本 和幸, 島田 拓哉, 柳澤 薫, 山荷 大貴, 中村 元保, 大滝 博和, 本田 一穂, 土肥 謙二
  • Organizer: 第26回日本脳低温療法・体温管理学会
• [Presentation] マウス熱中症モデルを用いた熱中症後の小脳白質・Purkinje細胞・シナプス傷害の検討 (2022)
  • Author(s): 宮本 和幸, 大滝 博和, 中村 元保, 島田 拓哉, 柳沢 薫, 山荷 大貴, 鈴木 恵輔, 本田 一穂, 八木 正晴, 土肥 謙二
  • Organizer: 第50回日本救急医学会総会・学術集会
• [Presentation] キネマトレーサーを用いた熱中症モデルマウスにおける運動機能解析 (2022)
  • Author(s): 中村 元保, 宮本 和幸, 柳澤 薫, 山荷 大貴, 鈴木 恵輔, 吉川 輝, 大滝 博和, 土肥 謙二, 本田 一穂
  • Organizer: 第50回日本救急医学会総会・学術集会
• [Presentation] 下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化ポリペプチド（PACAP）の暑熱暴露ストレスに対する効果 (2021)
  • Author(s): 鈴木恵輔, 大滝博和, 宮本和幸, 山荷大貴, 吉川輝, 中村元保, 柳澤薫, 本田一穂, 土肥謙二
  • Organizer: 第74回日本酸化ストレス学会
• [Presentation] III 度熱中症に急性肝不全を合併した1例 (2020)
  • Author(s): 井上 元, 宮本 和幸, 柿 佑樹, 鈴木 恵輔, 高安 弘美, 樫村 洋次郎, 大野 孝則, 前田 敦雄, 佐々木 純, 土肥 謙二, 林 宗貴
  • Organizer: 第70回日本救急医学会関東地方会
• [Presentation] Oral rehydration solution increases SGLT1 expression and improves dehydration in a mouse heat model. (2020)
  • Author(s): MIYAMOTO Kazuyuki, OHTAKI Hirokazu, NAKAMURA Motoyasu, SUZUKI Keisuke, SASAKI Jun, HONDA Kazuho, DOHI Kenji, HAYASHI Munetaka
  • Organizer: 49th Critical Care Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2018年当院救命救急センターに搬送された熱中症20症例の検討 (2019)
  • Author(s): 鈴木 恵輔 , 加藤 晶人 , 中村 元保 , 柿 佑樹 , 井上 元 , 中島 靖浩 , 前田 敦雄 , 森川 健太郎 , 八木 正晴 , 土肥 謙二
  • Organizer: 日本臨床救急医学会総会学術集会