レーザドップラ法による脳微小循環動態の定量化とその特異性の解析

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08671627
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 国立循環器病センター
• 研究代表者: 関 淳二 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室長 (20163082)
• 研究分担者: 高見沢 計一 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室員 (10163312) ; 松田 武久 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 部長 (60142189)
• キーワード: 脳軟膜細動脈 / レーザドップラ流速計 / 拍動振幅 / 血管内圧 / Transmural Pressure / モデル解析 / 血管壁弾性 / 頭蓋内圧

研究概要

本研究では、これまでに我々が開発したレーザドップラ流速計システムを用いて、ラット脳軟膜の単一微小血管における血流速度を定量化し、脳微小血管ネットワークにおける血流動態を明らかにすることを目的とする。今年度は、頭蓋内圧が増大した場合の血流動態の変化をラットを用いた動物実験により以下のような結果が得られた。
ラット脳軟膜上の微小血管観察のために閉窓を作成し、この内圧を制御することにより頭蓋内圧を変化させ、これに伴う各微小血管内の血流変化、血管径変化を光ファイバ型レーザドップラ流速計顕微鏡を用いて観察測定した。頭蓋内圧が脳細動脈内圧を越えると予想される0-50mmHgの範囲で計測を行い、特に細動脈血流速度の拍動特性の変化について詳細に調べた。脳軟膜細動脈の血流速度は生理的条件下(頭蓋内圧5-7mmHg)において、平均血流速度の20-30%の振幅をもって拍動しているが、頭蓋内圧が増大するに連れて血流の拍動振幅も増大する結果が得られた。この増大のしかたは頭蓋内圧の増大に伴ってステップ状に起こり、振幅が急増する頭蓋内圧の値は20-40mmHgと細動脈の内圧と同程度であった。
上記現象のメカニズムを探るために、微小血管網における脈波伝播をモデル化した解析を試みた。その結果、血管壁の弾性特性が血管の内外圧差(transmural pressure)が0の前後で3-5倍程度変化する、即ち内圧が外圧より大きい時は血管壁が緊張し大きな弾性係数を示すが、内圧の方が小さくなると血管壁は弛緩し小さな弾性係数を示すようになると仮定することによって実験結果を再現することができた。以上のことから、頭蓋内圧上昇に伴って脳細動脈血流の拍動振幅はステップ状に増大し、この頭蓋内圧の閾値が細動脈の計測点における内圧に近い値となることが推測される。

研究成果

• [文献書誌] Seki,J.,Sasaki,Y.,Oyama,T.& Yamamoto,J.: "Fiber-Optic Laser-Doppler Anemometer Microscope Applied to the Cerebral Microcirculation in Rats" Biorheology. 33. 463-470 (1996)
• [文献書誌] Sasaki,Y.,Seki,J.,Giddings JC,Yamamoto J.: "Effects of NO-Donors on Thrombus Formation and Microcirculation in Cerebral Vessels of the Rat" Thrombosis and Haemostasis. 76. 111-117 (1996)
• [文献書誌] Oyama t,Sasaki Y,Giddings JC,Seki J.& Yamamoto J.: "Cerebral Prothrombotic State in Spontaneously Hypertensive Rats of Different Breeds" Haemostasis. 26. 79-84 (1996)
• [文献書誌] 関淳二: "レーザ流速計による微小循環計測" 流れの計測. 13. 31-41 (1996)
• [文献書誌] Seki,J.: "Pulsatile Change in Microvessel Diameter Measured by a High-Resolution Digital Camera" Microcirculation Annual 1996. 12. 217-218 (1996)
• [文献書誌] Sasaki,Y.Taka,T.Yamamoto,J.,Seki,J.: "Nitric Oxide Affects Microcirculation and Thrombus Formation in Rat Pial Vessels" Microcirculation Annual 1996. 12. 113-114 (1996)