人工臓器のカオス制御による加齢現象のコントロールに関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11480253
• Research Institution: Tohoku university
• Principal Investigator: 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 助教授 (70241578)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西條 芳文 東北大学, 加齢医学研究所, 助手 (00292277) ; 仁田 新一 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (90101138) ; 吉澤 誠 東北大学, 情報シナジーセンター, 教授 (60166931) ; 田林 晄一 東北大学, 大学院・医学研究科, 教授 (90142942) ; 田中 明 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10323057)
• Keywords: 加齢現象 / カオス制御 / 全人工心臓 / カオス / フラクタル / 自動制御 / ゆらぎ / 1 / f

Research Abstract

世界中の人工心臓研究施設の検討によって、完全置換型の全人工心臓による長期慢性実験においては、平均動脈圧の慢性的な上昇、中心静脈圧の上昇、甲状腺ホルモンの異常等、加齢に伴う循環動態の慢性的な変化が加速して発現することが報告されてきた。これらの現象を鑑みれば、いずれも加齢による病態変化と合致するものであり、一種の加齢促進モデルと位置づけることが出来る。従って、これらの変化を多変量解析による方法論を駆使して定量化することにより加齢現象の促進モデルとその加齢現象の定量的な評価システムを具現化することができるものと考えられる。そこで、平成11-14年度にわたってこれまで行ってきた動物実験の経験の蓄積を応用して慢性動物実験による検討を行った。成山羊を用いて慢性動物実験を行い、各種人工臓器を装着し、時系列データのカオス解析によって加齢現象解析のための時系列データの蓄積を始めると同時に得られた時系列曲線に対して非線形力学を応用した解析の試みを行った。すなわち無拍動、拍動、高周波振動流などの各種人工心臓の慢性動物実験を行い、覚醒状態で心拍変動や動脈圧、右房左房の圧時系列曲線や人工心臓拍出量などを慢性的に長期的に連続記録を行った。得られた人工心臓慢性動物実験の循環動態の時系列曲線は、データレコーダに蓄積した後にオフラインでADコンバータを介してコンピュータ入力を行い、フラクタル次元解析アルゴリズムの確立を試みた。平成11-14年度における具体的には拍数単位で定量化された時系列をスプライン補間した後に再サンプリングを行って高速フーリエ変換や最大エントロピー法を駆使したスペクトル解析を試み、周期性のゆらぎ成分や1/fゆらぎについて検討すると同時にカオス力学やフラクタル理論に基づいた非線形解析を試み、加齢現象における非線形ダイナミクスの情報量変動の重要性が明らかにされた。現在、これらの研究成果を臨床に還元するべく、医学部附属病院におけるホルター心電図解析アルゴリズムへの応用も試みつつある。

Research Products

• [Publications] T.Yambe, et al.: "Nonlinear Dynamical Analysis Of The Hemodynamic Parameters With An Undulation Type Artificial Heart System"Biomed Pharmacother. 56. 364-366 (2002)
• [Publications] T.Yambe, et al.: "Development of new diagnosis tool for evaluating autonomic function during virtual reality immersion"Jpn J Applied Physiology. 32. 255-258 (2002)
• [Publications] T.Yambe, et al.: "Nonlinear dynamical analysis of the hemodynamic behaviors during the virtual reality immersion"Biomed Pharmacother. 56. 367-369 (2002)
• [Publications] T.Yambe, et al.: "Correlation dimension of the artificial Circulation"J Artif Organs. 5. 1-5 (2002)
• [Publications] T.Yambe, et al.: "Recent progress in artificial organ research at Tohoku University"Artif Organs. 27. 2-7 (2003)