人工臓器のカオス制御による加齢現象のコントロールに関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11480253
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 助教授 (70241578)
• 研究分担者: 西條 芳文 東北大学, 加齢医学研究所, 助手 (00292277) ; 仁田 新一 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (90101138) ; 吉澤 誠 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60166931) ; 田林 晄一 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (90142942) ; 田中 明 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10323057)
• キーワード: 加齢現象 / カオス制御 / 全人工心臓 / カオス / フラクタル / 自動制御 / ゆらぎ / 1 / f

研究概要

完全置換型の全人工心臓による長期慢性動物実験においては、平均動脈圧の慢性的な上昇、中心静脈圧の上昇、甲状腺ホルモンの異常等、加齢に伴う循環動態の慢性的な変化が加速して発現することが世界中の人工心臓研究施設で報告されている。これらの現象を鑑みれば、いずれも加齢による病態変化と合致するものであり、一種の加齢促進モデルと位置づけることが出来る。従って、これらの変化を多変量解析による方法論を駆使して定量化することにより加齢現象の促進モデルとその加齢現象の定量的な評価システムを具現化することができるものと考えられる。そこで、平成13年度にはこれらの結果と、平成11-12年度に行われてきた動物実験の経験の蓄積を応用して成山羊を用いて慢性動物実験を行い、各種人工臓器を装着し、時系列データのカオス解析によって加齢現象解析のための時系列データの蓄積と同時に最新の非線形力学理論を応用した解析の試みを行った。すなわち無拍動、拍動、高周波振動流などの各種人工心臓の慢性動物実験を行い、覚醒状態で心拍変動や動脈圧、右房左房の圧時系列曲線や人工心臓拍出量などを慢性的に長期的に連続記録し、解析を進めている。次年度には最終年度として加齢現象と制御する人工臓器制御の方法論を更に拡充するとともに、これまでの人工心臓循環動態の時系列曲線に対するフラクタル次元解析アルゴリズム開発を試みる。具体的には拍数単位で定量化された時系列をスプライン補間した後に再サンプリングを行って高速フーリエ変換や最大エントロピー法を駆使したスペクトル解析を試み、周期性のゆらぎ成分や1/fゆらぎについて検討すると同時にカオス力学やフラクタル理論に基づいた非線形解析を試みる予定である。現在、これらの研究成果を臨床に還元するべく、医学部附属病院におけるホルター心電図解析アルゴリズムヘの応用が進んでいる。

研究成果

• [文献書誌] T.Yambe, M.Yoshizawa, A.Tanaka, K.Tabayashi, S.Nitta: "Fluctuation of E max of the left ventricle : effect of atrial natriuretic polypepetide"Biomed Pharmacother. Vol.55. 147-152 (2001)
• [文献書誌] 山家智之 吉澤誠 田中明 田林晄一 仁田新一: "Effect of Atrial Natriretic Polypeptide on the Fluctuations of Emax of the Left Ventricle"Therapeutic research. Vol.22 No.7. 5-10 (2001)
• [文献書誌] T.Yambe, A.Tanaka, M.Yoshizawa, K.Tabayashi, S.Nitta: "Pathophysiological aspect of an implantable ventricular assist device with short stroke and high frequency"Journal of Congestive Heart Failure and Circulatory Support. Vol.1 No.4. 259-262 (2001)
• [文献書誌] T.Yambe, S.Nitta, M.Yoshizawa, K.Tabayashi: "Smallest ventricular assist system by use of peltier elements with shape memory alloy"Journal of Congestive Heart Failure and Circulatory Support. Vol.1 No.4. 403-405 (2001)
• [文献書誌] 山家智之 吉澤誠 田中明 田林晄一 仁田新一: "人工血圧反射によって発生する決定論的カオス"日本臨床整理学会雑誌. 第31巻 第5号. 261-264 (2001)
• [文献書誌] T.Ymbe, S.Nitta, M.Yoshizawa, K.Tabayashi: "Treatment of multiple organ failure by a totally implantable ventricular assist device"J Artif Organs. Vol.4. 252-256 (2001)