2018 Fiscal Year Research-status Report
呼吸リズムに同期した高位脳幹領域の探索：呼吸困難感知覚機序解明のための基礎的検討
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18K17783
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| Research Institution | National Hospital Organization Murayama Medical Center |
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Principal Investigator |
福士 勇人 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, 共同研究員 (20738497)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 間脳 / 摘出間脳下部脳幹脊髄標本 / 呼吸リズム / 膜電位イメージング / 呼吸困難感 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
呼吸困難感とは，呼吸を行うことが容易ではないという感覚，あるいは呼吸に伴う不快感・苦痛をいう．呼吸困難感は，呼吸器疾患患者では特に労作時に増強し，患者のADL低下，ひいてはQOL低下を引き起こす要因となる．そのため，患者の呼吸困難感を軽減させることは，呼吸リハビリテーションの実施上，極めて重要である．しかし，現時点で呼吸困難感の知覚機序は十分には解明されておらず，呼吸困難感の緩和法も十分には確立されていない．本研究では，『下部脳幹の呼吸中枢が意図した呼吸神経出力と実際に実現された換気運動の大きさ・タイミングのズレを大脳が感知した時に，呼吸困難感が知覚される』という仮説を提唱し，その検証の一環として，その場合に存在するはずの延髄で形成された呼吸活動運動指令の上行性コピー投射を実証することを目的とし，具体的には，(1)摘出間脳下部脳幹脊髄標本を用いた膜電位イメージング解析により，間脳・中脳で呼吸リズムに同期して活動する領域を同定すること，(2)同定した領域が延髄呼吸リズム形成機構からの神経投射を受けていることを解剖学的に確認することを目指している．本年度は，上記(1)の呼吸に同期して活動する間脳・中脳領域を同定するための実験を行った．具体的には，新生ラットから作製した摘出間脳下部脳幹脊髄標本を電位感受性色素で染色後，正立蛍光顕微鏡下の計測用チェンバー内に固定し，横隔神経に連なる第4頚髄前根より吸息性神経出力を記録しつつ，タングステンハロゲンランプを光源とする緑色励起光を照射し，標本からの赤色蛍光を高感度光計測システムで計測し，観察面内の呼吸神経活動を動画像として捉えた．本年度に行った実験および解析から，間脳で呼吸に同期して活動する領域を複数箇所検知することができた．特に，視床下部腹側において，第4頸髄神経根の吸息神経活動に同期して活動する二つの領域を同定することができた．
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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
研究計画において，本年度は膜電位イメージング解析により，呼吸に同期して活動する間脳・中脳の領域を同定することを目標にしていた．当初から，膜電位イメージング解析で用いる新生ラット（1～3 日齢）の摘出間脳下部脳幹脊髄標本の作製は安定しており，膜電位イメージングによる計測および解析も順調に進捗した．その結果，間脳において，呼吸に同期して活動する領域を同定することに成功した．ゆえに現在まで，本研究は当初の計画に遅れることなく，おおむね順調に進展してきていると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画通り，本年度は摘出間脳下部脳幹脊髄標本を用いた膜電位イメージング解析により，間脳で呼吸リズムに同期して活動する領域を同定することに成功した．今後は，(1) 呼吸に同期して活動する領域のより高精度な同定，(2)呼吸活動に同期して活動する領域についての組織学的検討，(3)延髄呼吸リズム形成機構からの上行性神経投射の解剖学的検討を進めていく予定である．具体的に，(1)はパッチクランプ法を用いて進めていく予定である．パッチクランプによるニューロン活動の計測にあたっては，パッチ電極内に細胞内トレーサーbiocytin を含めておき，計測を行った細胞体の染色を行う予定である．(2)については，膜電位イメージジング解析およびパッチクランプ法に用いた標本をパラホルムアルデヒドで固定，薄切，染色し，組織標本を作製し，これらの計測で呼吸に同期した活動を呈した領域やニューロンの解剖学的同定を行っていく予定である．(3)は順行性神経トレーサー（ビオチン化デキストランアミン・BDA; Invitrogen）を用いた組織学的解析により進めていく予定である．(3)では，若年成熟ラットを用い，呼吸リズム形成領域である延髄preBotzinger Complex領域にBDAを微量注入し，１週間後にBDA をDAB 発色させてBDA を含む軸索の存在部位，すなわち延髄preBotzinger Complex領域のニューロンが投射する領域を解剖学的に解析し，同定したうえで，この解析で同定された領域と，膜電位イメージング解析およびパッチクランプ法で同定された呼吸リズムに同期した活動を呈する間脳・中脳の領域とが一致するか否かを検討していく予定である．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由： 次年度使用額が生じたのは，物品費，旅費，その他の各支出額が，研究代表者の工夫により当初の予算額より抑えられたためである．
次年度使用計画： 次年度にさらに多くの実験およびその成果発表を行う予定のため，次年度使用額は次年度に有効に使用される予定である．
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[Presentation] 視床下部テタヌス刺激は延髄腹側心血管調節領の遷延性興奮を惹起する：時空間的解剖学的解析2018
Author(s)
河野洋介, 岡田泰昌, 有馬陽介, 福士勇人, 小泉敬一, 長谷部洋平, 吉沢雅史, 喜瀬広亮, 星合美奈子, 杉田完爾, 戸田孝子
Organizer
第54回小児循環器学会総会・学術集会
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[Presentation] Anatomical connectivity from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medullary cardiovascular regions: neural pathway mediating the descending sympathetic information2018
Author(s)
Kono Yosuke, Arima Yosuke, Yokota Shigefumi, Onimaru Hiroshi, Fukushi Isato, Koizumi Keiichi, Hasebe Yohei, Yoshizawa Masashi, Kise Hiroaki, Hoshiai Minako, Sugita Kanji, Toda Takako, Okada Yasumasa
Organizer
The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
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[Presentation] Activation of astrocytes is requred for the persistence of poststress blood pressure elevation2018
Author(s)
Hasebe Yohei, Yokota Shigefumi, Takeda Kotaro, Sugama Shuei, Kono Yosuke, Koizumi Keiichi, Fukushi Isato, Hoshiai Minako, Kakinuma Yoshihiko, Pokorski Mieczyslaw, Horiuchi Jouji, Sugita Kanji, Okada Yasumasa
Organizer
European Society of Cardiology Congress 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Functional and anatomical connectivity from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medullary cardiovascular regions: possible neural substrate mediating stress-induced sympathoexcitation2018
Author(s)
Kono Yosuke, Okada Yasumasa, Onimaru Hiroshi, Yokota Shigefumi, Arima Yosuke, Fukushi Isato, Koizumi Keiichi, Hasebe Yohei, Yoshizawa Masashi, Kise Hiroaki, Hoshiai Minako, Sugita Kanji, Toda Takako
Organizer
European Society of Cardiology Congress 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] ラット視床下部背内側野から延髄腹側循環中枢群に至る神経路の形態学的解析2018
Author(s)
河野洋介, 有馬陽介, 横田茂文, 鬼丸洋, 福士勇人, 小泉敬一, 長谷部洋平, 吉沢雅史, 喜瀬広亮, 戸田孝子, 岡田泰昌
Organizer
第41回日本高血圧学会総会
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[Presentation] Neural pathway supposedly mediating the descending autonomic information from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medullary cardiorespiratory regions2018
Author(s)
Okada Yasumasa, Kono Yosuke, Arima Yosuke, Yokota Shigefumi, Onimaru Hiroshi, Fukushi Isato, Koizumi Keiichi, Hasebe Yohei, Yoshizawa Masashi, Kise Hiroaki, Toda Takako
Organizer
Neuroscience 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Significance of astrocytic activation in hypoxic respiratory responsiveness in the in vitro medulla-spinal cord preparation of the newborn rat2018
Author(s)
Fukushi Isato, Uchiyama Makoto, Kurita Yuki, Yazawa Itaru, Okazaki Shuntaro, Hasebe Yohei, Kono Yosuke, Yokota Shigefumi, Takeda Kotaro, Mori Yasuo, Onimaru Hiroshi, Okada Yasumasa
Organizer
Neuroscience 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Hypoxic responses of the respiratory system2018
Author(s)
Okada Yasumasa, Yazawa Itaru, Takeda Kotaro, Okazaki Shuntaro, Uchiyama Makoto, Kurita Yuki, Fukushi Isato, Yokota Shigefumi, Mori Yasuo, Onimaru Hiroshi
Organizer
9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
Int'l Joint Research
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