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2014 Fiscal Year Annual Research Report

新規動物実験モデルを用いた嚥下の中枢制御機構の解明

Research Project

Project/Area Number 26293397
Research InstitutionShowa University

Principal Investigator

井上 富雄  昭和大学, 歯学部, 教授 (70184760)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中山 希世美  昭和大学, 歯学部, 助教 (00433798)
望月 文子  昭和大学, 歯学部, 助教 (10453648)
鬼丸 洋  昭和大学, 医学部, 客員教授 (30177258)
中村 史朗  昭和大学, 歯学部, 講師 (60384187)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords舌骨下筋群 / 呼吸 / 動脈灌流標本 / 高二酸化炭素血症
Outline of Annual Research Achievements

嚥下は延髄に存在する嚥下の中枢パターン形成機構(CPG)によって制御されると考えられるが、呼吸・循環中枢と部位的に重なることなどから実験操作が難しく、嚥下のCPGの実態は不明であった。そこで今年度は、心臓移植時に行われる体外循環法を適用した除脳ラット灌流標本を用いて、その基本的特性の確認と、灌流液の二酸化炭素濃度を変化させた時の呼吸活動と舌骨下筋群の活動の関連性を調べる目的で実験を行った。
実験には生後3-4週齢のWistarを用い、イソフルレン麻酔下にて横隔膜直下で下半身を離断し、上丘の前端で除脳を行った。次いで下行大動脈の断端からカテーテルを挿入し、送液ポンプを用いて人工脳脊髄液を灌流した。灌流液は室温下で95% O2-5% CO2混合ガスで曝気し、膠質浸透圧調整剤および抗凝固剤を加えた。実験は31℃の温度環境下で行った。
コントロールでは、横隔神経の吸息性活動とほぼ同期して上喉頭神経および舌骨下筋群を支配する第1から第2頸神経(C1-2)から神経活動が記録された。 CO2濃度を上昇させると、呼吸頻度は0。32Hzから0。27Hzに減少した。 また、吸息に一致した横隔神経、上喉頭神経およびC1-2活動の振幅は、それぞれ20.6%、11.1%、26.3%に増大した。また、横隔神経活動に対してC1-2の活動がより先行した(コントロール:0.28秒、CO2濃度上昇:0.83秒)。このような変化はCO2濃度を変えずにO2濃度を低下させたガス(90% O2-5% CO2)を用いた場合は観察されなかった。以上の結果から、 生後3-4週齢の除脳ラット灌流標本においてCO2濃度を上昇させpHを変化させると、呼吸頻度の低下および舌骨下筋群の活動開始タイミングが早まることが明らかになった。このような変化は、高CO2濃度負荷時の呼吸パターンの変化に対応していると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究において正常動物に近い状態で機能する除脳ラット灌流標本の作製が必須である。本除脳ラット灌流標本の状態を評価するためには、すでに多くの報告がある呼吸の報告と比較するのことが最も確実な方法と言える。本研究計画の申請時には、嚥下のCPGと呼吸の抑制の関連を平成27年度で検討する予定であったが、これを前倒しにして、除脳ラット灌流標本に適切な状態で呼吸が誘発されているかについて二酸化炭素濃度を上げた時の変化などを指標に評価を行った。さらに嚥下時には舌骨下筋群の活動評価が必須となるが、二酸化炭素負荷時などの舌骨下筋群の活動評価を行った報告はない。26年度の研究結果からCO2濃度を上昇させpHを変化させると、呼吸頻度の低下および舌骨下筋群の活動開始タイミングが早まるという学術的に価値ある知見が得られるとともに、適切な状態で機能する除脳ラット灌流標本の開発に成功したと言える。したがって本研究課題はおおむね順調に進展していると評価できる。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度は、CO2濃度を上昇させた時の実験結果をまとめるとともに、本標本の上喉頭神経を刺激して嚥下を誘発させた時の咬筋神経、顎舌骨筋神経、顔面神経、舌下神経、反回神経および上喉頭神経の食道上部に分布する枝と、呼吸筋の運動神経である横隔神経の活動を記録し、嚥下誘発時にどの運動神経がどのタイミングで活動するかを解析するとともに、最適な刺激および記録条件を検討して本動物実験モデルを確立する。さらに嚥下のCPGの一部とされ、嚥下の開始やパターンを形成すると考えられている孤束核全体の神経活動を、神経細胞の興奮を蛍光強度の変化として観察できる光学的膜電位計測法を用いて記録し、嚥下誘発時の嚥下関連筋の運動神経の活動パターンと合わせて解析を行い、孤束核のどの部位がどの嚥下関連筋の活動期に先行あるいは一致して活動するかを解析する。

Causes of Carryover

平成26年度は、CO2濃度を上昇させた時の呼吸関連筋と舌骨下筋群の活動解析について限られた数の筋で解析を行ったため、データ取得・解析には現有設備を用い、購入予定であった8chデータ取得・解析システムを購入しなかった。また、CO2濃度を上昇させた時の変化を前倒しで解析し、嚥下時の孤束核の活動の解析に用いる光計測用マクロ顕微鏡の購入を行わなかった。これらによって次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

当初に計画された消耗品費および旅費等の他に、8chデータ取得・解析システム(1,972,080円: CED社製 インターフェース本体 Power1401-03,専用データ収集解析ソフト Spike2 WS88)と光計測用マクロ蛍光顕微鏡(2,655,000円: ブレインビジョン社製 本体UPAT-Di4, レンズセット)を購入する予定である。

  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 3 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Bone micro-fragility caused by the mimetic aging processes in α-klotho deficient mice: in situ nanoindentation assessment of dilatational bands2015

    • Author(s)
      Maruyama N, Shibata Y, Mochizuki A, Yamada A, Maki K, Inoue T, Kamijo R, Miyazaki T
    • Journal Title

      Biomaterials

      Volume: 47 Pages: 62-71

    • DOI

      10.1016/j.biomaterials.2015.01.004.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Involvement of histaminergic inputs in the jaw-closing reflex arc2015

    • Author(s)
      Gemba C, Nakayama K, Nakamura S, Mochizuki A, Inoue M and Inoue T
    • Journal Title

      J Neurophysiol

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1152/jn.00515.2014.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrophysiological and morphological properties of rat supratrigeminal premotor neurons targeting the trigeminal motor nucleus2014

    • Author(s)
      Nakamura S, Nakayama K, Mochizuki A, Sato F, Haque T, Yoshida A and Inoue T
    • Journal Title

      J Neurophysiol

      Volume: 111(9) Pages: 1770-1782

    • DOI

      10.1152/jn.00276.2013.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Modulation of masseter activity by vigilance states and circadian rhythm2015

    • Author(s)
      Mochizuki A, Katayama K, Kato T, Ikeda M, Nogawa Y, Nakamura S, Nakayama K, Kiyomoto M, Wakabayashi N, Baba K, Inoue T
    • Organizer
      第120回日本解剖学会総会・全国学術集会・第92回日本生理学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2015-03-23
  • [Presentation] Properties of neuronal circuitry composed of supratrigeminal premotor neurons and trigeminal motoneurons2015

    • Author(s)
      Tomio Inoue
    • Organizer
      Symposium 14; Sensory and motor mechanisms regulating feeding behavior, the 92nd Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
    • Place of Presentation
      Kobe
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-23
    • Invited
  • [Presentation] Postnatal changes of excitatory synaptic inputs in the rat masseter motoneurons2015

    • Author(s)
      Kajiwara R, Nakamura S, Mochizuki A, Nakayama K, Kiyomoto M, Inoue T
    • Organizer
      第120回日本解剖学会総会・全国学術集会・第92回日本生理学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2015-03-21
  • [Presentation] 咬筋運動ニューロン樹状突起での情報処理機構の発育変化2014

    • Author(s)
      長田翔子、中村史朗、望月文子、中山希世美、清本聖 文、山本松男、井上富雄
    • Organizer
      第61回昭和大学学士会総会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-12-06
  • [Presentation] Developmental changes of dendritic properties in rat jaw-closing motoneurons2014

    • Author(s)
      Nagata S, Nakamura S, Mochizuki A, Nakayama K, Kiyomoto M, Yamamoto M, Inoue T
    • Organizer
      第62回国際歯科研究学会 日本部会総会・学術大会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2014-12-04
  • [Presentation] Histaminergic modulation of oral-motor activity2014

    • Author(s)
      Kiyomi Nakayama, Chikako Gemba, Shiro Nakamura, Ayako Mochizuki, Mitsuko Inoue, Tomio Inoue
    • Organizer
      NANOSYMPOSIUM; 583.Brainstem: Motor and Sensory Systems, 583.09, Neuroscience 2014
    • Place of Presentation
      Washington DC
    • Year and Date
      2014-11-15 – 2014-11-19
    • Invited
  • [Presentation] Neural mechanisms controlling jaw and tongue movements2014

    • Author(s)
      Tomio Inoue
    • Organizer
      Neuroscience 2014 Satellite Events; Neural Mechanism of Feeding and Swallowing, Neuroscience 2014
    • Place of Presentation
      Washington DC
    • Year and Date
      2014-11-14
    • Invited
  • [Presentation] マウスにおける咬筋の活動に対する明暗および睡眠―覚醒サイクルの影響2014

    • Author(s)
      片山慶祐, 望月文子, 加藤隆史, 池田美菜子,野川泰葉,中村史朗,中山希世美,若林則幸,馬場一美,井上富雄
    • Organizer
      第53回日本顎口腔機能学会学術大会
    • Place of Presentation
      松戸
    • Year and Date
      2014-10-04
  • [Presentation] 咬筋運動ニューロン樹状突起での入力情報処理機構の生後変化2014

    • Author(s)
      中村史朗、長田翔子、望月文子、中山希世美、清本聖 文、山本松男、井上富雄
    • Organizer
      第56回歯科基礎医学会学術大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2014-09-27
  • [Presentation] 三叉神経中脳路核から三叉神経運動ニューロンへのシナプス入力におけるヒスタミンの作用2014

    • Author(s)
      玄番千夏子, 中山希世美, 中村史朗, 望月文子, 井上美津子, 井上富雄
    • Organizer
      第37回日本神経科学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2014-09-12
  • [Presentation] 明暗サイクルおよび睡眠ー覚醒サイクルに伴うマウス咬筋活動の変化2014

    • Author(s)
      片山慶祐, 馬場一美, 井上富雄
    • Organizer
      第27回一般社団法人日本顎関節学会総会・学術大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2014-07-19
  • [Presentation] マウスにおける筋活動量に対する明暗および睡眠ー覚醒のサイクルの影響2014

    • Author(s)
      片山慶祐, 望月文子, 加藤隆史, 池田美菜子,野川泰葉,中村史朗,中山希世美,若林則幸, 馬場一美, 井上富雄
    • Organizer
      日本睡眠学会 第39回定期学術集会
    • Place of Presentation
      徳島
    • Year and Date
      2014-07-03
  • [Presentation] 咬筋運動ニューロン樹状突起での情報処理機構の発育変化2014

    • Author(s)
      長田翔子, 中村史朗, 望月文子, 中山希世美, 山本松男, 井上富雄
    • Organizer
      第52回 日本顎口腔機能学会学術大会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2014-04-19
  • [Book] 咀嚼;基礎歯科生理学 第6版2014

    • Author(s)
      井上富雄
    • Total Pages
      460
    • Publisher
      医歯薬出版
  • [Book] 歯周組織の生理学;ザ・ペリオドントロジー 第2版2014

    • Author(s)
      井上富雄
    • Total Pages
      279
    • Publisher
      永末書店

URL: 

Published: 2016-06-01  

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