新たな自律神経情報解析法と薬効評価モデルの開発研究

• 研究課題/領域番号: 23650251
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 劉 紅箭 東北大学, 大学院・医工学研究科, COEフェロー (30375208)
• 研究分担者: 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (70241578) ; 白石 泰之 東北大学, 加齢医学研究所, 准教授 (00329137) ; 三浦 英和 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (50451894)
• 研究期間 (年度): 2011
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2011年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2011年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 受容体 / 交感神経 / 周波数 / 心拍変動 / フィードバック / パワースペクトル

研究概要

自律神経系活動の情報を得るために、現在心拍のパワースペクトル解析法による非侵襲的な測定方法がよく利用されている。この解析方法によって、高周波数および低周波数成分の変化に基づいて、交感神経と副交感神経の総合的な活動を評価することができる。低周波成分を示す交感神経活動にはβ受容体交感神経活動とα受容体交感神経活動などが含まれるため、従来の方法では複雑な合成波を解釈していたことになる。したがって、これらの受容体の種類に特異的な周波数スペクトルを同定することにより、個々の受容体の活動を非侵襲的に計測することが可能になる。種々の循環器疾患に対して、その発病のメカニズムの研究と自律神経のシグナル伝達経路の情報、治療方案の選択と治療効果の評価、病気の予防と予後、遺伝子多型の研究および新薬の開発が大きく期待され、複合波の分離ができることにより正確な情報量を見出せる新しい解析法の開発は不可欠である。
循環系信号の周期と非周期変化の受容体交感神経活動のメカニズムを明らかにするために、健常成山羊を用いて塩酸メキサン静注により、心電図及び大動脈圧波形は、デジタルレコーダによって1kHzのサンプリング周波数で同時記録した。RR間隔及び大動脈圧変動は、3次スプライン関数を用いて補間し再サンプリングを行い、それぞれ周波数解析を行った。周波数解析によって0.15-0.40Hzの高周波成分(HF)及び0.04-0.15Hzの低周波数成分(LF)を主成分とする要素に分解した。メキサン投与10分後の心拍数と大動脈圧のLF、HFおよびLF/HF変化から、交感神経-副交感神経の制御バランスが変動し、循環動態に対する外乱への積極的な応答が有意に認められた。また、薬物負荷による血管抵抗変化に対する心拍応答特性にも示された。心拍変動と動脈圧、圧受容体および循環中枢が相互に複雑なフィードバックループを形成しており、これが一種の複雑系として考えられる。