神経ネットワークの数理モデルと吸入麻酔薬の作用の用量反応曲線

• 研究課題/領域番号: 14571475
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 麻酔・蘇生学
• 研究機関: 兵庫医科大学
• 研究代表者: 上農 喜朗 兵庫医科大学, 医学部, 助教授 (30289061)
• 研究分担者: 太城 力良 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (20107048)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2005年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2004年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2003年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 吸入麻酔薬 / 濃度反応曲線 / 神経ネットワーク / 数理モデル / 麻酔作用気序 / 年齢依存性 / 冗長性 / 脆弱性 / 麻酔作用機序 / 吸入麻酔 / 用量反応曲線 / 協同性 / 最小肺胞内濃度 / 麻酔作用機

研究概要

麻酔薬の分子レベルの現象に対する効果と、臨床で見られる効果の間には薬理学的な乖離がみられる。この乖離をどのように理解し、解析するかが麻酔作用機序解明において重要である。例えば分子レベルでの麻酔薬の濃度-反応曲線のHill係数は3以下であるにもかかわらず、生体としての反応を見た場合、はるかに大きなHill係数を示す協同性の高い反応として現れる。特に、生体の不動化を指標としたMACでは20-30の急峻な立ち上がりを示す。われわれは、神経ネットワークが急峻な濃度-反応曲線に関与していると考え、数理的なモデルとして多単位・多経路系(Multi-Unit and Multi-Path System ; MUMPS)を提唱した。
このモデルの解析から、現在までに以下の事柄が判明した。
1)急峻な濃度-反応曲線が再現されるためには、多数の伝達単位と多数の伝達経路が関与する神経ネットワークが必要である。
2)伝達経路数は神経ネットワークの冗長性のパラメータ、伝達単位数は脆弱性のパラメータである。伝達単位に対する麻酔薬の作用強度(分子レベルの作用強度)とシステム全体に対する作用強度(臨床レベルの作用強度、例:MAC)の関係は、これらの2つのパラメータにより変化する。
3)吸入麻酔薬のMACは加齢により低下する。この変化はMUMPSでは伝達経路数(冗長性パラメータ)の減少によって説明される。これは、加齢によるニューロンやシナプスの減少に対応すると考えられる。
4)脳だけに吸入麻酔薬を投与したときはMACが上昇、脊椎以下にだけ投与したときにはMACが減少することが報告されている。MUMPSでは、脳だけの麻酔では脆弱性パラメータが減少し、脊椎以下の麻酔では脆弱性パラメータに加えて冗長性パラメータが減少することによって見かけ上の麻酔作用強度が変化したものと考えられる。
5)薬物相互作用様式に神経ネットワークが関係していることを示唆する解析結果が得られつつある。

研究成果

• [雑誌論文] 多経路多単位仮説と薬物の作用強度 (2005)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗 他3名
  • 雑誌名: 麻酔と蘇生 41・1 ページ: 13-16
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Anesthetic potency is related to the structure of Multi-Unit and Multi-Path System of MAC (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al. (total 4)
  • 雑誌名: Masui to Sosei 41 ページ: 13-16
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The structure of the neural network is related to the anesthetic potency of inhalation anesthetics. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al. (total 4)
  • 雑誌名: Basic and Systemic Mechanism of Anesthesia, International Congress Series 1283 (Ed.Mashimo T., Ogli K., Uchida I)(Elsevier, The Netherlands) 1283 ページ: 306-307
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The structure of the neural network is related to the anesthetic potency of inhalation anesthetics (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al.
  • 雑誌名: International Congress Series 1283 ページ: 306-307
• [雑誌論文] Multi-Unit and Multi-Path System Can Explain Synergy of Anesthetics (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al.
  • 雑誌名: Anesthesiology 103
• [雑誌論文] The potency and dose-response curve of inhalation anesthetics : Mathematical analysis with the Multi-Unit and Multi Path System (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al.
  • 雑誌名: Anesthesia and Analgesia 100
• [雑誌論文] 多経路多単位仮説と薬物の作用強度 (2005)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗, 他3名
  • 雑誌名: 麻酔と蘇生 41,1 ページ: 13-16
• [雑誌論文] Multi-Unit and Multi-Path system of the neural network can explain the steep dose-response of MAC (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh 他3名
  • 雑誌名: J anesth 18・2 ページ: 94-99
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multi-Unit and Multi-Path system of the neural network can explain the steep dose-response of MAC. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al. (total 4)
  • 雑誌名: J Anesth 18 ページ: 94-99
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mechanism of age dependency of MAC : Multi-Unit and Multi-Path System (MUMPS) of anesthesia (2004)
  • 著者名/発表者名: Kaminoh Y et al.
  • 雑誌名: Anesthesia and Analgesia 98
• [雑誌論文] Multi-Unit and Multi-Path System of neural network to explain the steep dose-response of MAC (2004)
  • 著者名/発表者名: Kaminoh Y, et al.
  • 雑誌名: Journal of Anesthesia 18 ページ: 94-99
• [雑誌論文] The Difference of MAC in the Preferentially Anesthetized Brain and Spinal Cord Is Related to the Structure of the Neural Network (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al.
  • 雑誌名: Anesthesiology 101
• [雑誌論文] 物理化学的麻酔作用機序 : 麻酔の臨界温度説・熱力学的活量説・多単位多経路系 (2003)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗
  • 雑誌名: Medical Gas 5・1 ページ: 67-74
  • NAID: 130007810370
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 多経路・多単位系麻酔作用仮説 (2003)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗 他3名
  • 雑誌名: 麻酔と蘇生 38・4 ページ: 185-186
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Physico-chemical mechanisms of anesthesia : critical temperature hypothesis of anesthesia, thermodynamic activity theory, and "Multi-Unit and Multi-Path System" of anesthesia. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh
  • 雑誌名: Medical Gas 5 ページ: 67-74
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] "Multi-Unit and Multi-Path System" of anesthesia. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al. (total 4)
  • 雑誌名: Masui to Sosei 38 ページ: 185-186
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 物理化学的麻酔作用機序:麻酔の臨界温度説・熱力学的活量説・多単位多経路系 (2003)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗
  • 雑誌名: Medical Gas 5,1 ページ: 67-74
  • NAID: 130007810370
• [雑誌論文] MACの年齢依存と多経路・多単位麻酔作用機序仮説 (2003)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗, 他3名
  • 雑誌名: Journal of Anesthesia 17S ページ: 334-334
• [雑誌論文] VIMA中の麻酔侵襲に対するセボフルラン高濃度短時間投与とフェンタニル静脈内投与の比較 (2003)
  • 著者名/発表者名: 岩谷全亮, 他5名
  • 雑誌名: Journal of Anesthesia 17S ページ: 334-334
• [雑誌論文] The interaction of local anesthetics with the DMPG membrane. (2002)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al. (total 3)
  • 雑誌名: Molecular and Basic Mechanisms of Anesthesia (Ed.Urban B.W., Barann M.)(Pabst Science Publishers, Miami) ページ: 29-35
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 多経路・多単位系麻酔作用機序 (2002)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗, 他3名
  • 雑誌名: 麻酔と蘇生 38,5 ページ: 185-186
• [雑誌論文] 意識のMulti-Unit Multi-Path Systemと麻酔作用機序 (2002)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗, 他3名
  • 雑誌名: Journal of Anesthesia 16S ページ: 316-316
• [雑誌論文] Multi-Unit and Multi-Path System (MUMPS) of Anesthesia Mechanism (2002)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh, et al.
  • 雑誌名: Anesthesiology 96
• [図書] 麻酔シミュレーション、先端医療シリーズ33、麻酔科の新しい流れ(後藤文夫, 並木昭義, 島田康弘 編)(175-181) (2005)
  • 著者名/発表者名: 上農喜朗
  • 総ページ数: 420
  • 出版者: 先端医療技術研究所、東京
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] The structure of the neural network is related to the anesthetic potency of inhalation anesthetics. In Basic and Systemic Mechanism of Anesthesia (Ed. Mashimo T, Ogli K, Uchida I), International Congress Series 1283,pp306-307 (2005)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh 他3名
  • 総ページ数: 342
  • 出版者: Elsevier, The Netherlands
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] The interaction of local anesthetics with the DMPG membrane. In"Molecular and Basic Mechanisms of Anesthesia" (Ed. Urban B.W. and Barann M.), pp29-35 (2002)
  • 著者名/発表者名: Yoshiroh Kaminoh 他2名
  • 総ページ数: 586
  • 出版者: Pabst Science Publishers, Miami
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kaminoh Y, et al.: "Multi-Unit and Multi-Path System of network to explain the sleep dose-response of MAC"Journal of Anesthesia. 印刷中. (2004)
• [文献書誌] Kaminoh Y, et al.: "Mechanism of age dependency of MAC : Multi-Unit and Multi-Path System (MUMPS) of anesthesia"Anesthesia and Analgesia. 98. S234 (2004)
• [文献書誌] 上農喜朗, 他3名: "多経路・多単位系麻酔作用機序"麻酔と蘇生. 第38巻4号. 185-186 (2002)
• [文献書誌] 上農喜朗, 他1名: "意識のMulti-Unit Nulti-Path Systemと麻酔作用機序"Journal of Anesthesia. Volume16 S. 316 (2002)