ヒト気道線毛運動の生体内直接観察とその定量的評価を行う内視鏡システムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14657316
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 近藤 丘 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (10195901)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 聡 東北大学, 医学部附属病院, 助手 (50344669) ; 松村 輔二 東北大学, 医学部附属病院, 助手 (80281997) ; 桜田 晃 東北大学, 医学部附属病院, 助手 (60360872)
• Keywords: 線毛運動 / 観察 / 気管支鏡

Research Abstract

拡大内視鏡による気管支壁の観察
前年度の切除標本と実体顕微鏡を用いた検討によって、入射角を25-40度とし、拡大倍率を500倍程度にすると、鞭状の構造物が高速に往復運動を繰り返している様子が観察され、拡大率100倍程度では、線毛運動による粘液表面の微細な揺れが認識可能であることが判明したため、こうした光学特性を備え、線毛運動の観察に特化した気管支鏡を作成することとした。100倍程度の拡大観察が可能なCCDを備え、光源と受光部の角度が目指す条件を満たすように設計した。完成した試作機を用いて、まず、切除肺の観察を行った。内視鏡システムの空間周波数強調処理により、より鮮明に光のゆらぎを認識可能であった。被検者の同意を得て、通常の気管支鏡検査の際に気道内の観察を行い、生体内でも光のゆらぎが認識可能かどうかを検討した。その結果、生体内においては、生体固有の動き(心拍動、呼吸、咳反射など)と気道内分泌物の存在によって、観察が非常に困難であることが判明した。そこで、試作機のチャンネルを通過する気管支鏡の固定具を作成し、生体固有の動きを制御することを試みた。固定具を併用することで、ある程度、生体の動きの完全な制御は困難であったが、心臓からやや離れた右上幹において、比較的安定した観察が可能であることが判明した。しかし、気道分泌物の問題は、今後の検討課題として残された。
動物とヒトの比較
剖検症例の気管・気管支を数カ所採取して、顕微鏡による観察を行い、線毛運動の方向性を検討した。ヒトの気管においては、前壁、側壁、膜様部すべてにおいて、長軸方向に対してほぼ一定の角度をもって斜め方向の運動になっていることがわかった。したがって、螺旋状に喀痰の運搬がなされることが想定された。それに対し、四足歩行動物では、左右側壁から前壁側に向かう運動となっていることが判明し、ヒトとの間に差違があることが示唆された。

Research Products

• [Publications] Sakurada et al.: "Real-time visualization of ciliary motion on the bronchial surface"Journal of Bronchology. 10巻. 30-33 (2003)
• [Publications] Nakamura, Sakurada et al.: "Directions of metachronal waves in large bronchi are different between human beings and quadrupeds."Journal of Bronchology. 11巻(In press). (2004)