期外収縮後収縮性増強と酸素消費からの興奮収縮連関カルシウム移動量の推定:システムダイナミクス的手法

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10558136
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 菅 弘之 岡山大学, 医学部, 教授 (90014117)
• 研究分担者: 毛利 聡 岡山大学, 医学部, 助手 (00294413) ; 荒木 淳一 岡山大学, 医学部, 講師 (80271055) ; 伊藤 治男 有限会社, SIメディコテック, 代表取締役(研究職) ; 入部 玄太郎 岡山大学, 医学部, 助手 (90284885)
• キーワード: 心筋細胞Ca動態 / 期外収縮 / 一過性交互脈 / 興奮収縮連関 / 心筋酸素消費 / 心筋メカノエナジェティクス / 再循環率 / 統合生理学

研究概要

我々は期外収縮後収縮性増強が収束する際に一過性交互脈の形で収束することを見い出し、拍動する心臓から心筋細胞内Ca動態を推定する方法を考案した。期外収縮後x拍目の収縮性をyとし、期外収縮後6心拍を指数関数のみの項と三角関数と指数関数の積の和の式:
y=a・exp[-(x-1)/τ_e]+b・exp[-(x-1)/τ_s]]・cos[π(x-1)]+1
にてカーブフィッティングを行った。第一項は心筋細胞内外のCa動態に関係し、第二項は筋小胞体(SR)でのCa動態の特徴を表すと言うモデルを考えた。心筋細胞内を移動するCaのうち、SRに取り込まれる割合を再循環率(RF)と呼び、指数関数項の時定数τ_eを用いてexp(-1/τ_e)として求めた。また、興奮収縮連関に必要な酸素量を求め、細胞質からCaを排出する主な経路であるSR内への取り込みと細胞外への汲み出しのエネルギーコストの違いを組み合わせて心筋細胞内を移動するCa量を求めた。この方法にて同じ収縮性の酸素コストを持つCaとエピネフリン(EP)について検討した結果、CaはRFを増加させEPでは不変であった。一心拍に移動するCa量は対照で40μmol/beat/kg LV、収縮性を増強させた場合には110μmol/beat/kg LVであった。不全心筋についても検討し、SRのCa放出チャネルを半開状態で固定させるためにリアノジンを40nmol/lとなるよう冠動脈内投与した。RFは0.6から0.5に低下し、収縮に関与せず細胞質内を移動する無駄サイクルは収縮に関与するCaの1.4倍存在していた。虚血後のスタニングについても検討し、RFの0.63から0.43への低下と無駄サイクルの1.22への増加、そしてCaに対する収縮性の反応の低下も組み合わせて推定することができた。

研究成果

• [文献書誌] Suzuki S, Araki J, Morita T, Mohri S, Mikane T, Yamaguchi H, Sano S, Ohe T, Hirakawa M, Suga H: "Ventricular contractility in atrial fibrillation is predictable by mechanical restitution and potentiation"Am J Physiol. 275. H1513-H1519 (1998)
• [文献書誌] Shimizu J, Araki J, Mizuno J, Lee S.Syuu Y, Hosogi S, Mohri S, Mikane T, Takaki M, Taylor TW, Suga H: "A new integrative method to quantify total Ca_<2+> handling and futile Ca_<2+> cycling in failing hearts"Am J Physiol. 275. H2325-H2333 (1998)
• [文献書誌] Syuu Y, Araki J, Lee S, Suzuki S, Mizuno J, Mohri S, Mikane T, Shimizu J, Takaki M, Suga H: "Effects of Ca_<2+> and epinephrine on Ca_<2+> recirculation fraction and total Ca_<2+> handling in canine left ventricles"Jpn J physiol. 48・2. 123-132 (1998)
• [文献書誌] Lee S, Ohga Y, Tachibana H, Syuu Y, Ito H, Harada M, Suga H, Takaki M: "Effects of myosin isozyme shift on curvilinearity of the left ventricular end systolic pressure volume relation of in situ rat hearts"Jpn J physiol. 48・6. 445-455 (1998)
• [文献書誌] Mizuno J, Mikane T, Araki J, Hatashima M, Moritan T, Ishikawa T, Komukai K, Kurihara S, Hirakawa M, Suga H: "Hybrid logistic characterization of isometric twitch force curve of isolated ferret right ventricular papillary muscle"Jpn J Physiol. 49・2. 145-158 (1999)
• [文献書誌] Mizuno J. Araki J, Iribe G, Maesako M, Morita T, Miyaji K, Imaoka T, Mohri S, Sano S, Ohe T, Hirakawa M, Suga H: "Total Ca handling in canine mild Ca overload failing heart"Heart Vessels. 14・1. 38-51 (1999)
• [文献書誌] Mohri S, Araki J, Imaoka T, Iribe G, Maesako M, Shimizu J, Matsubara H, Ohe T, Hirakawa M, Suga H: "Myocardial mechanical restitution and potentiation partly underlie alternans decay of postextrasystolic potentiation : simulation"Heart Vessels. 14・2. 82-89 (1999)
• [文献書誌] Mikane T, Araki J, Suzuki S, Mizuno J, Shimizu J, Mohri S, Matsubara H, Hirakawa M, Ohe T, Suga H: "O_2 cost of contractility but not of mechanical energy increases with temperature in canine left ventricle"Am J Physiol. 277. H65-H73 (1999)
• [文献書誌] Araki J, Matsubara H, Shimizu J, Mikane T, Mohri S, Mizuno J, Takaki M, Ohe T, Hirakawa M, Suga H: "Weibull distribution function for cardiac contraction: Integrative analysis"Am J Physiol. 277. H1940-H1945 (1999)
• [文献書誌] Lee S, Araki J, Imaoka T, Maesako M, Iribe G, Miyaji K, Mohri S, Shimizu J, Harada M, Ohe T, Hirakawa M, Suga H: "Energy-wasteful total calcium handling underlies increased O_2 cost of contractility in canine stunned heart"Am J Physiol. (In press).
• [文献書誌] Shimizu J, Araki J, Iribe G, Imaoka T, Mohri S, Hohno K, Matsubara H, Ohe T, Takaki M, Suga H: "Postextrasystolic contractile decay independent of extrasystolic interval and compensatory pause in canine heart"Am J Physiol. (In press).
• [文献書誌] Mitani H, Yamaguchi H, Morita T, Oshima Y, Shimizu J, Ito H, Araki J, Takaki M, Sano S, Suga H: "Effective arterial elastance (Ea) of irregular beats during atrial fibrillation in canine left ventricle"Jpn J Physiol. (In press).
• [文献書誌] Takasago T, Goto Y, Hata K, Saeki A, Nishioka T, Taylor TW, Iribe G, Mohri S, Shimizu J, Araki J, Suga H: "Mechanoenergetics charcterizing oxygen wasting effect of caffeine in canine left ventricle"Jpn J Physiol. (In press).