中枢呼吸化学受容機構におけるCO_2リセプター細胞の同定とその機能解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15590190
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 岡田 泰昌 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (80160688)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桑名 俊一 帝京大学, 医学部, 講師 (70129998)
• Keywords: 中枢呼吸化学受容 / 神経回路網機 / 延髄腹側 / 膜電位感受性色素 / 神経活動イメージング / 電気刺激 / 神経活動イメージング / プロポフォール

Research Abstract

本研究では、中枢呼吸化学受容に関わるCO_2リセプター細胞の同定を目的とし、延髄呼吸神経回路網機能の解析を行った。研究代表者らはこれまでにラットin vivo標本およびin vitro標本を用いて、延髄腹側最表層部の小型細胞がCO_2リセプター細胞であるとの仮説を提唱してきた。平成15年度には、膜電位感受性色素を用いた神経活動イメージングにより延髄腹側表層部から延髄深部呼吸神経回路網(VRG領域)への神経情報伝達過程を解析することにより、この仮説を支持する所見を得た(IXth Oxford Conferenceで発表)。また、麻酔下のラットにおいて延髄腹側表面各部の電気刺激を行い、延髄腹側正中部および特に傍錐体部で刺激に伴う呼吸神経出力の強い増強反応を認め、表層部から延髄深部呼吸神経回路網(VRG領域)への機能的神経連絡が存在することを確認した。次いで、同じく麻酔下ラット標本において延髄腹側表面各部への高濃度CO_2液微量注入実験を行い、やはり延髄腹側正中部および傍錐体部においてCO_2刺激に伴う呼吸神経出力の強い増強反応を認め、これらの部位にCO_2感受機構が存在しそこから延髄深部呼吸神経回路網(VRG領域)へ情報が伝達されるという神経結合の存在を明らかにした。ところで、これら呼吸神経調節機構においては興奮性と抑制性の神経伝達機構のバランスが重要であるが、重要な抑制性神経伝達物質であるGABAに注目し、その合成酵素遺伝子ノックアウトマウスの呼吸調節機能を解析することにより、抑制性の神経伝達機構の呼吸神経回路網機能における役割を明らかにした。さらに、最近頻用されるようになったものの呼吸抑制作用が問題とされている静脈麻酔薬プロポフォールを取り上げ、ラットin vitro標本での解析によりその呼吸神経調節機構に対するGABA様神経抑制作用を呼吸神経細胞レベルで明らかにした。

Research Products

• [Publications] Yoshida et al.: "Synaptic blockade plays a major role in the neural disturbance of experimental spinal cord compression"Journal of Neurotrauma. 20(12). 1365-1376 (2003)
• [Publications] Kuwana et al.: "Disturbance of neural respiratory control in neonatal mice lacking GABA synthesizing enzyme 67-kDa isoform of glutamic acid decarboxylase"Neuroscience. 120(3). 861-870 (2003)
• [Publications] Sakuraba et al.: "Effects of neuromuscular blocking agents on central respiratory control in the isolated brainstem-spinal cord of the neonatal rat"Neuroscience Research. 47(3). 289-298 (2003)
• [Publications] Kashiwagi et al.: "Neuronal mechanism of propofol-induced central respiratory depression in neonatal rats"Anesthesia & Analgesia. (in press). (2004)
• [Publications] Okada et al.: "Electrical stimulation of the rabbit pulmonary artery increases respiratory output"Respiratory Physiology & Neurobiology. (in press). (2004)
• [Publications] Okada et al.: "Functional connection from the surface chemosensitive region to the respiratory neuronal network in the rat medulla"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [Publications] Kashiwagi et al.: "Mechanism of propofol-induced central respiratory depression in neonatal rats : anatomical sites and receptor types of action"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [Publications] Satoh et al.: "Mixed venous CO_2 and ventilation during exercise and CO_2-rebreathing in humans"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [Publications] Kuwana et al.: "Role of GABA in respiratory control studied using mice lacking GABA-synthesizing enzyme 67-kDa isoform of glutamic acid decarboxylase"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [Publications] 岡田泰昌 ら: "呼吸性酸塩基平衡障害と電解質異常"臨床医. 29(3). 313-316 (2003)
• [Publications] 芹田良平 ら: "RCU(重症呼吸障害集中治療)のいま"呼吸器ケア. 1(4). 416-421 (2003)
• [Publications] 岡田泰昌 ら: "運動制限を伴う呼吸器疾患"月刊薬事. 臨時増刊号(in press). (2004)
• [Publications] Okada et al.: "Functional neural connection from the superficial CO_2 sensitive regions to the respiratory neuronal network in the rat medulla"Japanese Journal of Physiology. 53(suppl). 182 (2003)
• [Publications] Sugawara et al.: "Sensory modulation by glycine receptors in the electrosensory lateral line neurons of the weakly electric fish"Japanese Journal of Physiology. 53(suppl). 219 (2003)
• [Publications] Kuwana et al.: "Role of GABA in the respiratory neuronal network : studies in in vivo and in vitro GAD67 transgenic mice"Japanese Journal of Physiology. 53(suppl). 123 (2003)
• [Publications] Fukuda et al.: "Imaging analysis of ischemia-induced spinal neural disturbance"Neuroscience Research. 46(suppl 1). S43 (2003)
• [Publications] Okada et al.: "Effects of hypoxia and ischemia on the neuronal network function of the rat spinal cord : analysis with an optical recording technique"Japanese Journal of Physiology. 54(suppl)(in press). (2004)
• [Publications] 佐藤徹 ら: "肺血栓塞栓症に対する内視鏡下インターベンション治療法の開発"Therapeutic Research. 24(4). 586-587 (2003)
• [Publications] 岡田泰昌 ら: "ラット腹側延髄における電気刺激および化学刺激による機能的マッピング:in vivoおよびin vitro標本での解析"日本呼吸器学会雑誌. 42(増刊号). 45 (2004)
• [Publications] 桑名俊一 ら: "呼吸不全モデル動物としてのGABA合成酵素遺伝子ノックアウトマウスにおける高CO_2・低O_2換気応答"日本呼吸器学会雑誌. 42(増刊号). 161 (2004)
• [Publications] 吉田英彰 ら: "整形外科の最新医療 第9章 新しい脊髄機能解析法、2.光計測法を用いた脊髄内神経興奮伝播障害の解析"先端医療技術研究所. 4 (2003)
• [Publications] 岡田泰昌 ら: "運動と呼吸(I)肺におけるガス交換 8.換気・血流比"真興交易. 16 (2004)
• [Publications] 岡田泰昌: "アンチエイジング医学の基礎と臨床 III.アンチエイジング(抗加齢)医学の臨床 6)臓器別アンチエイジング-その重要な疾患の診断と治療のアップデート- (7)呼吸器とアンチエイジング"メジカルビュー社(印刷中). (2004)