2016 Fiscal Year Research-status Report
３次元房室結節モデルによる心拍制御機構解明と心房細動治療戦略のための医工連携研究
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16K01386
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| Research Institution | Himeji Dokkyo University |
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Principal Investigator |
稲田 慎 姫路獨協大学, 医療保健学部, 准教授 (50349792)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中沢 一雄 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 非常勤研究員 (50198058)
池田 隆徳 東邦大学, 医学部, 教授 (80256734)
芦原 貴司 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (80396259)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 心房細動 / 房室結節 / 心拍数制御 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心臓の刺激伝導系の一つである房室結節は，心房と心室とを電気的につなぐ組織である．房室結節の役割として，遅い電気的興奮伝導により心房と心室との間の収縮時間の差をつくること，心房細動時において速い心房の興奮を必要以上に心室へ伝えないフィルタの役割等がある．臨床における心房細動の治療としては，心房細動を停止させることで通常の心拍である洞調律を回復させるリズムコントロールと，心房細動は維持したまま房室結節において心室への興奮伝導を制御するレートコントロールがある．本研究では，これまでの研究で開発を行ってきたウサギとヒトの房室結節の心筋細胞活動電位モデルを用いて，興奮伝導・伝播をシミュレーションにより再現することが可能な心筋組織モデルを開発し，その応用として，レートコントロールのメカニズムの解明を目指している．これまでの研究では，主にウサギ組織モデルとして，ケーブル状の心筋組織モデルを用いたレートコントロールのメカニズムを検討した．その結果，レートコントロールに用いるイオンチャネル遮断薬の種類によって，心拍が制御されるメカニズムが異なること，カリウムチャネル遮断薬が臨床で用いられない理由は従来より言及されてきた催不整脈性に加え，心拍制御がカルシウムチャネル遮断薬と比較して困難であることも明らかとなった．これらの研究成果は，心房細動に対するレートコントロールにおいて，治療戦略を理論的に検討する上で重要な基礎データになると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度には，ウサギ心筋細胞活動電位モデルとヒト組織モデルの開発を計画した．このうち，ウサギ心筋細胞活動電位モデルの開発については，十分な成果をあげることができた．心筋組織モデルの開発を行うとともに，開発したモデルを応用した心房細動時の房室結節の応答ならびに薬物作用をシミュレーションにより検討した．これらの研究成果は，日本不整脈心電学会の英文誌であるJournal of Arrhythmiaに掲載が決定している．さらに，当初は平成29年度の研究計画としていた三次元組織モデルを用いた興奮伝播シミュレーションの実行に向けた予備実験も既に行っている．一方で，ヒト心筋組織モデルの開発については，心筋細胞の活動電位モデルの電気生理学的特性に不安定性が見られたことから改良が必要となった．この問題点を改善する作業を進めているため，計画からはやや遅れている状況である．以上のことから，研究全体の進捗としては，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ウサギモデルの開発については順調に進展しているため，今年度も計画通りに進める予定である．今年度は，三次元モデルを用いたシミュレーション実験を進め，前年度に行ったケーブルモデルを用いたシミュレーション実験との比較検討を進める．また，三次元モデルの利点を活かし，アブレーションや心電図PQ間隔のより高精度の計算も行う．さらに，全心臓モデルへの拡張も視野に入れる．ヒトモデルの開発についてはやや遅れていることから，当面はこちらの遅れを取り戻すことを目指すが，研究の進捗によっては，ヒトモデルの開発よりも順調に進んでいるウサギモデルの開発に重点を置くような研究計画の変更も考えている．
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| Causes of Carryover |
当初の予定では，平成28年度にシミュレーションを実行するためのワークステーションの購入を予定していた．しかしながら，平成28年度にはワークステーションを必要とするような大規模モデルを用いたシミュレーション実験は行わなかったため，既存の計算環境でも十分にシミュレーションの実行が可能であった．以上の理由から，平成28年度に購入を予定していたワークステーションの導入を見送ることとした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度に予備実験として行ったウサギ三次元モデルを用いたシミュレーションより，おおよその計算負荷がわかった．この実験結果と今後のモデルの発展も考慮し，シミュレーションの実行が可能な計算環境を構築する．
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