心筋興奮の発生と伝導のシミュレーション

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04248104
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 外山 淳治 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (20023658)
• 研究分担者: 井上 通敏 大阪大学, 医学部, 教授 (30028401) ; 安井 昭二 国立名古屋病院, 院長 (20023781) ; 沢登 徹 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (00014217) ; 鈴木 良次 東京大学, 工学部, 教授 (80013811) ; 春見 建一 国立療養所中野病院, 院長 (00102335)
• キーワード: 洞結節ペースメーカ電流 / 心室筋Na電流モデル / 心室筋再分極モデル / 3次元心臓興奮モデル / 心室細動シミュレーション / 心臓遅延電位 / 致死性不整脈

研究概要

1)心拍リズムの中枢となる洞結節細胞の興奮発生には電位および時間依存性の各種イオンチャネル電流(I_<Ca>,I_f,I_<Kl>,I_K)が重要ではあるが、加えてI_<Na-Ca>交換電流、Na-Kpump電流、I_<KAch>,I_<Cl>などによる背影電流も重要であることが洞結節細胞膜電位固定実験とそれに基づくシミュレーションにより明らかとなった。
2)これまで困難であった作業心筋の興奮伝導を規定するNaチャネル電流のモデルを、膜電位固定実験と生理的条件下で記録した活動電位立ち上がり相の総膜電流測定から構成し、心筋組織の細胞構築を配慮した2次元モデル上で興奮伝導をシミュレートすると、心筋多細胞標本で得られた興奮伝播特性をよく反映した。
3)心筋細胞の不応期を規定する再分極では種々の電流系が関与するが、病態生理的には細胞内Ca^<++>により修飾されるI_<Na-Ca>交換電流、I_K,I_<to>,I_<Cl>が重要な役割を果たしていることがシミュレーションで想定され、実験的にもこれが裏付けられた。
4)ヒト心房と心室の立体構築を約50,000ユニットに分割してコンピュータ中に記憶させ、各ユニットのそれぞれに実験的に得た固有の膜活動電位特性を与え、心臓の興奮伝播をシミュレートさせた。致死的不整脈、なかでも最も危険な心室細動の機構としては、ユニット間での再分極特性の不均一性の増大が重要であり、とくに実験的に得たPurkinje線維と心室筋間でのそれを設定することにより心室細動をシミュレートすることに成功した。これにより、心室細動の予防と治療の可能性を検討することが可能となった。

研究成果

• [文献書誌] Yamane T.et al.: "Use-dependent block of Ca^<2+> current by movicizine in guineapig ventricular myocytes a possible ionic mechanism of action potential shortening" Br.J.Pharmacol.108. 812-818 (1993)
• [文献書誌] Wei D.et al.: "Inducing and suppressing ventricular fibrillation:a simulation study with three-dimensional heart model and experimental data" IEEE Proc.of the Annual International Conf.of the IEEE Engnr.in Medicine and Biology Society. 4. 400-402 (1992)
• [文献書誌] 鈴木 良次: "2次元BVPモデル細胞を用いた心臓細動の研究" 電子情報通信学会技術研究報告. MBE92-3. 17-23 (1992)
• [文献書誌] Sato H.et al.: "Reperfusion after brief ischemia destrupts the microtuble network in canine hearts" Circ.Res.72. 361-375 (1993)
• [文献書誌] Yamaki M.et al.: "relation between body surface recovery time distribution and T wave shape in patients with negative T waves and normal subjects" Circulation. 85. 1768-1774 (1992)
• [文献書誌] Hosoya Y.et al.: "Spectral analysis of the 87-lead body surface signal-averaged ECGs in patients with previous anterior myocardial infarction as a marker of ventricular tachycardia" Circulation. 85. 2060-2064 (1992)
• [文献書誌] Toyama J.et al.: "A model study on excitation in cardiac muscle under electrical field stimulation" Proceedings,Computers in Cardiology. 51-54 (1992)
• [文献書誌] Shirakawa M.et al.: "Simulation study for anisotropic propagation of ventricular action potential with two-dimentional hexagonal model" Proceedings,Computers in Cardiology. 699-702 (1992)
• [文献書誌] Toyama J.et al.: "Digital signal processing and modelling of the upstroke of action potential in cardiac myocytes" Proceedings,Computers in Cardiology. 633-636 (1991)
• [文献書誌] Taniguchi A.et al.: "A study of propagated and nonpropagated action potential upstrokes based upon experiments and modelling" Proceedings,Computers in Cardiology. 637-640 (1991)
• [文献書誌] Yamawake N.et al.: "Arrhythmogenic effects of isoproterenol-activated Cl-current in guinea-pigs ventricular myocytes" J.Mol.Cell.Cardiol.24. 1047-1058 (1992)
• [文献書誌] Nitta J.et al.: "Combined class I antiarrhythmic agents have differential effects on tonic and use dependent block of of maximum rate of depolarization of action potentials in guinea pig cardiac muscle" Cardiovasc.Res.26. 462-469 (1992)