循環フィジオームの推進-冠微小循環、心筋アクチン・ミオシン架橋連関を中心に-

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17200033
• Research Institution: Kawasaki College of Allied Health Professions
• Principal Investigator: 梶谷 文彦 川崎医療短期大学, 臨床工学科, 教授 (70029114)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅 弘之 国立循環器病センター(研究所), 所長 (90014117) ; 八木 直人 (財)高輝度科学研究センター, 利用研究促進部門II, 主席研究員 (80133940) ; 杉浦 清了 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (10272551) ; 姫野 龍太郎 理化学研究所, 生体力学シミュレーション特別研究, ユニットリーダー (60342838) ; 辻岡 克彦 川崎医科大学, 医学部, 教授 (30163801)
• Keywords: フィジオーム / 冠微小循環 / SPring-8 / アクチン / ミオシン

Research Abstract

心臓が統合的(フィジオミック)に機能を発揮するためには、ナノマシンであるアクチン・ミオシンクロスブリッジの形成と解離が協調的に行われることが必要であり、そのためには心筋のすみずみまで酸素を運搬する冠循環が正常に機能する必要がある。本研究では、クロスブリッジのナノ挙動と冠微小循環動態の実測実験を行うとともにシミュレーションにより実験結果を統合的に理解しようとした。
アクチン・ミオシンのナノ挙動は、SPring-8の高輝度放射光を用いてランゲルドルフ潅流心(ラット)のX線回析像より解析した。クロスブリッジの形成・解離のうち形成過程は心筋各部で協調的に行われたが、解離過程は心内膜側に比して外膜側心筋で延長を示した。また、筋線維格子間隔は、心外膜側心筋が心内膜側に比して狭く、外膜側心筋繊維が伸延されていることが窺われた。一方、ミクロトレーサーおよび高速ビデオ顕微鏡を用いて冠細動脈血流を可視化した結果、心外膜側では収縮・弛緩期を通して流れがみられるのに対し、心内膜側の血流は拡張期のみに限られ、収縮期には2相性の逆流をみた。そこで、冠血流とクロスブリッジ動態を統合的に考察すると、拡張期における心内膜側の早いクロスブリッジの解離は、冠血管に対するメカニカルストレスの解除を意味し、その流入を促進しうるものと思われた。一方、収縮期のクロスブリッジの動態に貫壁性の差がみられなかったことから、収縮期に心内膜側血流が阻止される主たる要因は、クロスブリッジ形成自身によるアクティブなストレスではなく、左室圧上昇などに伴う局所心筋内静水圧上昇が寄与しているものと考えられた。
以上の結果に基づき、心筋収縮・弛緩のミクロモデルおよび毛細管を含む冠血管モデルを構築して、局所心筋のひずみ・応力および冠微小血管動態のシミュレーションを行い、心筋と冠血流動態の基本特性をフィジオミックに評価することが可能であることを示した。

Research Products

• [Journal Article] Cardiac hemodynamics, coronary circulation and interventional cardiology. (2005)
  • Author(s): Kajiya F, Zamir M, Carlier S
  • Journal Title: Annals of Biomedical Engineering. 33・12 Pages: 1728-1734
• [Journal Article] Increased pulmonary heme oxygenase-1 and delta-aminolevulinate synthase expression in monocrotaline-induced pulmonary hypertension. (2005)
  • Author(s): Iwasaki T, Takahashi T, Shimizu H, Ohmori E, Morimoto T Kajiya M, Takeuchi M, Morita K, Akagi R, Kajiya F.
  • Journal Title: Curr Neurovasc Res. 2・2 Pages: 133-139
• [Journal Article] Systemic nitric oxide production rate during hemodialysis and its relationship with nitric oxide-related factors. (2005)
  • Author(s): Mochizuki S, Ono J, Yada T, Ogasawara Y, Miyasaka T, Kimoto M, Kashihara N, Kajiya F.
  • Journal Title: Blood Purif. 23・4 Pages: 317-324
• [Journal Article] Evaluation of bioavailability of nitric oxide in coronary circulation by direct measurement of plasma nitric oxide concentration. (2005)
  • Author(s): Neishi Y, Mochizuki S, Miyasaka T, Kawamoto T, Kume T, Sukmawan R, Tsukiji M, Ogasawara Y, Kajiya F, Akasaka T, Yoshida K, Goto M.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A 102・32 Pages: 11456-11461
• [Journal Article] Role of asymmetrical dimethylarginine in renal microvascular endothelial dysfunction in chronic renal failure with hypertension. (2005)
  • Author(s): Okubo K, Hayashi K, Wakino S, Matsuda H, Kubota E, Honda M, Tokuyama H, Yamamoto T, Kajiya F, Saruta T.
  • Journal Title: Hypertens Res. 28・2 Pages: 181-189
• [Journal Article] Direct measurement of nipradilol-derived nitric oxide in the vascular wall of canine femoral arteries. (2005)
  • Author(s): Mochizuki S, Chiba Y, Hiramatsu O, Tachibana H, Nakamoto H, Toyota E, Ogasawara Y, Kajiya F.
  • Journal Title: Heart Vessels. 20・4 Pages: 175-178
• [Journal Article] Direct measurement of nitric oxide during experimental cardiopulmonary bypass. (2005)
  • Author(s): Hamanaka S, Tanemoto K Inagaki E, Yamasawa T, Yoshida K, Mochizuki S, Goto M, Miyasaka T, Kajiya F, Tanaka N.
  • Journal Title: J Int Med Res. 33・3 Pages: 295-300
• [Journal Article] Digital radiographic quantification of myocardial blood flow around a transmyocardial laser channel in rabbit hearts. (2005)
  • Author(s): Honjo O, Ishino K, Matsumoto T, Yamamoto S, Asai T, Kohmoto T, Kajiya F, Sano S.
  • Journal Title: Circ J. 69・4 Pages: 488-492
• [Journal Article] Beneficial effect of hydroxyfasudil, a specific Rho-kinase inhibitor, on ischemia/reperfusion injury in canine coronary microcirculation in vivo. (2005)
  • Author(s): Yada T, Shimokawa H, Hiramatsu O, Kajiya T, Shigeto F, Tanaka E, Shinozaki Y, Mori H, Kiyooka T, Katsura M, Ohkuma S, Goto M, Ogasawara Y, Kajiya F.
  • Journal Title: Am Coll Cardiol. 45・4 Pages: 599-607
• [Journal Article] Involvement of aldosterone and mineralocorticoid receptors in rat mesangial cell proliferation and deformability. (2005)
  • Author(s): Nishiyama A, Yao L, Fan Y, Kyaw M, Kataoka N, Hashimoto K, Nagai Y, Nakamura E, Yoshizumi M, Shokoji T, Kimura S, Kiyomoto H, Tsujioka K, Kohno M, Tamaki T, Kajiya F, Abe Y.
  • Journal Title: Hypertension. 45・4 Pages: 710-716