2022 Fiscal Year Research-status Report
体外式膜型人工肺モデルラットにおける骨格筋収縮時の酸素・循環動態の解明
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21K11177
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
堀田 一樹 北里大学, 医療衛生学部, 准教授 (30791248)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ECMO / 骨格筋 / 微小血管 / 酸素動態 / リン光クエンチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
体外式膜型人工肺（ECMO）は重度の呼吸循環不全に陥った患者にとって最後の砦である．長期のECMO管理を要する場合には，筋萎縮の予防を目的に骨格筋に対する電気刺激療法を行う場合がある．一方で，ECMOは全身の非生理的な呼吸循環動態を引き起こすことから，骨格筋に対して機能的変化を惹起する可能性がある．ECMOが骨格筋への酸素輸送および筋張力に及ぼす影響について検討するために，本研究では筋収縮時の骨格筋間質酸素分圧（PO2is）をリアルタイムで計測した．SDラットを対象に，頸静脈から脱血した血液を小動物用ECMOを用いて酸素化し動脈血へと送血した．このようなECMOモデルラットを対象に，後肢の露出された前脛骨筋に対して電気刺激による筋収縮を誘発した．PO2isの計測にはリン光クエンチング法を用いた．その結果，ECMOとコントロールラットいずれも筋収縮時にPO2isは減少した．筋収縮前の安静時，および収縮時のいずれもコントロールと比較してECMOで有意に低値を示した．電気刺激によって生じた筋張力をひずみゲージを用いて計測した結果，ECMOとコントロールの間に差を認めなかった．コントロールと比較して筋弛緩速度がECMOで有意に遅延していた．以上のことから，ECMOはラット骨格筋の安静時および収縮時の間質内の酸素分圧を低下させることが示された．また，ECMOは筋収縮能には影響しないが，弛緩速度を減少すると思われた．本研究はECMO管理中の骨格筋微小循環動態に関する初めての知見である．PO2isは微小血管からの酸素供給と筋細胞の酸素消費のバランスによって規定される．したがって，ECMOは微小血管の酸素供給能の低下を惹起していることが示唆された．
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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
2021年度に小動物用ECMOを用いたECMOモデルラットの作成，電気刺激装置の導入を完了した．その後，予定していたECMOモデル動物の作成に対する酸素分圧の計測を進め，2022年度にECMOおよびコントロールラットについて計測を完了した．国際誌への投稿について進捗が遅れているため，現在論文化へ向けて進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究としては，まずは現時点の集積された酸素動態，張力に関するデータをまとめ，2023年のアメリカスポーツ医学会のポスターセッションにおいて発表を予定している．また，発表内容について国際誌へ論文化へ向けて準備を進めている．投稿先としては，Microcirculatory Societyの機関紙であるMicrocirculationへの投稿を検討している．
本研究は集中治療領域で用いられるECMOについて，骨格筋微小循環の視点から動物モデルを用いた基礎研究を進めた．本研究が臨床へと還元されるには，まずは臨床データの蓄積が必要と思われる．ECMO管理中のヒト骨格筋において，微小血管における酸素供給が減少しているのかどうかは現時点で不明である．ヒトで非侵襲的に骨格筋微小循環を計測することは容易ではないため，基礎から臨床へのtranslationにおける障壁となる．近赤外分光法は集中治療室でも計測可能な組織内酸素飽和度の計測方法と思われるため，申請者の所属する研究機関において基礎と臨床の共同研究を推進したいと考えている．また，収縮時の筋酸素飽和度の変動も近赤外分光法を用いることで可能である．近年集中治療領域においても神経筋電気刺激が用いられているため，刺激中の酸素動態について新たな知見が得られることを期待している．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額については，翌年度の英文校正ならびに論文掲載費として使用する．
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