脳幹から脊髄内痛覚受容神経回路網への下行性修飾:in vitro脳幹脊髄標本を用いた検討

• 研究課題/領域番号: 14657397
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 麻酔・蘇生学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 中塚 逸央 慶應義塾大学, 医学部, 助手 (60227824)
• 研究分担者: 岡田 泰昌 慶應義塾大学, 医学部, 専任講師 (80160688)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2004年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2003年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2002年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 脳幹 / 脊髄 / 痛覚 / 下降性修飾 / シナプス伝達 / 光学的イメージング法 / 膜電位感受性色素 / in vitro / 呼吸神経活動 / 局所麻酔薬 / 光計測法 / 細胞外ATP / 膜電位イメージング / 膜電位光計測法 / 脳幹脊髄標本 / 下行性修飾 / 痛覚関連細胞 / 脊髄後角 / 呼吸神経出力 / lidocaine / bupivacaine

研究概要

本研究においては、若齢ラットin vitro脳幹・脊髄標本に膜電位感受性色素を用いた光学的神経活動イメージング法を応用し、脳幹から脊髄に至る痛覚情報神経処理機構の全容を解明することを目的とした解析を行った。まず脊髄レベルにおける痛覚情報神経処理機構について、脊髄スライス標本に光学的イメージング法を応用し、麻酔臨床で頻用されている局所麻酔薬が脊髄後角神経機構に及ぼす作用をニューロンネットワーク機構のレベルで解明することに成功した。すなわち、局所麻酔薬リドカインとブピバカインについての実験的検討により、これら局所麻酔薬は濃度依存的に脊髄後角神経回路網におけるシナプス伝達を選択的に遮断すること、その作用は脊髄後角浅層(laminae I-II)よりも深層(laminae III-IV)においてより顕著であることを明らかにした。本研究成果は第82回日本生理学会大会(平成17年5月、仙台市)などで発表予定であり、また、英文原著論文として発表するため現在その原稿を準備中である。次いで、脊髄レベルにおける痛覚情報神経処理機構に対する脳幹からの下降性修飾について解析を行った。若齢ラットより脳幹および脊髄を一塊として摘出した。記録用チェンバー内において摘出脳幹脊髄標本の腹側脳幹部が上向き水平になるように置き、脳幹・脊髄移行部で標本を緩やかに曲げ、脊髄(下部頚髄)の横断面が上向き(水平)になるよう固定した。この脊髄(下部頚髄)の横断面における神経活動を光学的イメージング法により解析しうるシステムを完成させた。現在、脳幹部(中脳、橋、延髄)への各種刺激(電気刺激、化学刺激)に対する脊髄後角神経機構への影響を解析中である。今後、新しい鎮痛方法を開発することを念頭に、脳幹からの脊髄痛覚神経機構に対する抑制作用を増強するため薬理学的検討を追加する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of local anesthetics on the neural activity of the dorsal horn investigated optically using a voltage-sensitive dye (2005)
  • 著者名/発表者名: Kashiwagi M, Okada Y, Hatori E, Nakatsuka I, Kuribayashi J, Fukuda K, Aoyama R, Yoshida H, Ochiai R, Takeda J
  • 雑誌名: Japanese Journal of Physiology 55(suppl)(印刷中)
  • NAID: 130007039107
• [雑誌論文] Effects of lidocaine and bupivacaine on the dorsal horn neuronal network investigated with a voltage-imaging technique (2005)
  • 著者名/発表者名: Okada Y, Kashiwagi M, Hatori E, Nakatuka I, Kuribayashi J, Fukuda K, Aoyama R, Yoshida H, Ochiai R, Takeda J
  • 雑誌名: Neuroscience Research 55(suppl)(印刷中)
• [雑誌論文] Optical mapping of pontine chemosensitive regions of neonatal rat (2004)
  • 著者名/発表者名: Ito Y, Oyamada Y, Okada Y, Hakuno H, Aoyama R, Yamaguchi K
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 366(1) ページ: 103-106
• [文献書誌] Yoshida et al.: "Synaptic blockade plays a major role in the neural disturbance of experimental spinal cord compression"journal of Neurotrauma. 20(12). 1365-1376 (2003)
• [文献書誌] Kuwana et al.: "Disturbance of neural respiratory control in neonatal mice lacking GABA synthesizing enzyme 67-kDs isoform of glutamic acid decarboxylase"Neurosocience. 120(3). 861-870 (2003)
• [文献書誌] Kashiwagi et al.: "Neuronal mechanism of propofol-induced central respiratory depression in neonatal rats"Anesthesia & Analgesia. (in press). (2004)
• [文献書誌] Okada et al.: "Electrical stimulation of the rabbit pulmonary artery increases respiratory output"Respiratory Physiology & Neurobiology. (in press). (2004)
• [文献書誌] Okada et al.: "Functional connection from the surface chemosensitive region to the respiratory neuronal network in the rat medulla"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [文献書誌] Kashiwagi et al.: "Mechanism of propofol-induced central respiratory depression in neonatal rats : anatomical sites and receptor types of action"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [文献書誌] Satoh et al.: "Mixed venous CO_2 and ventilation during exercise and CO_2-rebreathing in humans"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [文献書誌] Kuwana et al.: "Role of GABA in respiratory control studied using mice lacking GABA-synthesizing enzyme 67-kDa isoform of glutamic acid decarboxylase"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2004)
• [文献書誌] Okada et al.: "Functional neural connection from the superficial CO_2 sensitive regions to the respiratory neuronal network in the rat medulla"Japanese Journal of Physiology. 53(suppl). 182 (2003)
• [文献書誌] Sugawara et al.: "Sensory modulation by glycine receptors in the electrosensory lateral line neurons of the weakly electric fish"Japanese Journal of Physiology. 53(suppl). 219 (2003)
• [文献書誌] Fukuda et al.: "Imaging analysis of ischemia-induced spinal neural disturbance"Neuroscience Research. 46(suppl 1). S43 (2003)
• [文献書誌] Okada et al.: "Effects of hypoxia and ischemia on the neuronal network function of the rat spinal cord : analysis with an optical recording technique"Japanese Journal of Physiology. 54(suppl)(in press). (2004)
• [文献書誌] 岡田泰昌 ら: "ラット腹側延髄における電気刺激および化学刺激による機能的マッピング:in vivoおよびin vitro標本での解析"日本呼吸器学会雑誌. 42(増刊号). 45 (2004)
• [文献書誌] 青山龍馬 ら: "ラット脊髄後角神経回路網に対する細胞外ATPによる修飾作用"日本整形外科学会雑誌. 78(8)(in press). (2004)
• [文献書誌] 吉田英彰 ら: "整形外科の最新医療 第9章 新しい脊髄機能解析法、2.光計測法を用いた脊髄内神経興奮伝播障害の解析"先端医療技術研究所. 4 (2003)