2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of spontaneous oscillatory activity in medullary astrocytes involved in respiratory rhythm generation
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17K08559
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| Research Institution | National Hospital Organization Murayama Medical Center |
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Principal Investigator |
岡田 泰昌 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部), 電気生理学研究室, 客員研究員 (80160688)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 呼吸リズム / 延髄 / 低酸素換気応答 / 二酸化炭素換気応答 / 摘出脳幹脊髄標本 / ニューロン / アストロサイト / 呼吸中枢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命の維持には自律的な呼吸リズムの絶え間ない形成・維持が必要であるが、呼吸リズム形成の機序は、十分には解明されていない。本研究では、in vitro環境下でも脳幹部ネットワーク機構が温存されている標本の呼吸リズム形成機構におけるアストロサイトの役割の解明を目的とした。実験は、新生ラット摘出脳幹脊髄標本にカルシウムイメージング法を応用して行った。計測は、頚髄前根より呼吸神経出力をモニターしつつ行った。その結果、延髄preBotC領域において、呼吸リズムと同期した活動を呈するニューロンおよびアストロサイトが見出された。そして、TTX存在下では、これらのニューロン活動は消失するが、アストロサイトの活動は維持されることが確認され、アストロサイトの活動はニューロン活動に依存しない自律性なものであることが示され、延髄アストロサイトはニューロンと協調しつつ呼吸リズム形成に密接に関与しているものと考えられた。ところで、生体は低酸素状態になると生体は酸素化状況を改善するため呼吸を増強させる。すなわち、低酸素は呼吸について増強性に作用するが、低酸素の程度が強くなると脳機能が障害され、脳内呼吸神経機構が減弱する。標本を低酸素に曝露させた際の呼吸リズム形成機構の変化を明らかにするため、低酸素負荷時のアストロサイトサイトの挙動をカルシウムイメージング法により解析した。その結果、preBotC領域のアストロサイトは低酸素興奮性を有し、低酸素時の呼吸リズムの形成および調節において重要な働きをしていることが明らかとなった。さらに、一部のアストロサイトは、低酸素のみでなく二酸化炭素によっても興奮することが確かめられ、低酸素血症および高二酸化炭素血症を呈するCOPD等の呼吸器疾患症例における呼吸調節機構において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。これらの研究成果は、国際的な学術誌に報告した。
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