不整脈心電現象のモデリングによる解析・表示とその実験的検討

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12308046
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 稲田 紘 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20028393)
• 研究分担者: 中沢 一雄 国立循環器病センター研究所, 研究員 (50198058) ; 児玉 逸雄 名古屋大学, 環境医学研究所, 教授 (30124720) ; 佐久間 一郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50178597)
• キーワード: 不整脈 / コンピュータシミュレーション / Spiral Reentry / M細胞 / 広領域心臓活動電位計測 / 心筋二次元標本 / 機能的ブロックライン / 心筋細胞膜活動電位光学マッピングシステム

研究概要

本研究では、コンピュータによるシミュレーション技術を応用し、不整脈発生時の心臓興奮伝播状況やその関連現象を解析するとともに、心筋細胞膜活動電位光学マッピングシステムを開発し、実験的に発生したSpiral Reentryを観察して、シミュレーション結果と比較しようとする。このため本年度は、(1)シミュレーションによるM細胞の検証、(2)バイドメインモデルによる致死性不整脈に対する電気ショックのシミュレーション、(3)2台の高速度カメラによる広領域心臓活動電位計測、(4)興奮波面曲率の算出、(5)家兎灌流心の心外膜下心筋二次元標本でのSpiral Reentryの観察、に関する研究を実施した。以下ではこれらのうち、(1)、(3)、(5)について、その概要を示す。
1)シミュレーションによるM細胞の検証:近年、報告されている表層に比し活動電位持続時間の長い心筋中層中のM細胞の存在は、陽性T波の発現を説明できない。そこで心臓モデルに刺激伝導系やVentricular Gradient機能を導入し、12誘導心電図の導出を可能にしたシミュレーションの結果、M細胞と陽性T波の発現は矛盾しないことが示された。
2)2台の高速度カメラによる広領域心臓活動電位計測:カメラ2台による心室筋活動電位マッピングから広領域の信号を計測した。非侵襲レーザマーカによる2カメラの計測画像のレジストレーションでの画面合成から興奮伝播を再現したが、単独カメラ利用時に比して、39%の計測領域の増加や、Spiral Reentryのさまよい運動の観察が可能なことを認めた。
3)心筋二次元標本でのSpiral Reentryの観察:家兎灌流心の心外膜下心筋二次元標本では直流通電誘発での心室頻拍中、旋回中心部に線状の機能的ブロックラインが形成されるSpiral Reentryが認められた。このブロックラインは、両側で活動電位の位相が大きく異なる部分と旋回pivot point付近での興奮遅延により形成される部分から構成されることを観察した。

研究成果

• [文献書誌] Sakuma I, Inada H, Kodama I, et al.: "A high-resolution optical mapping and analysis system of action potentials during ventricular arrhythmias"Proceeding of the 3rd China-Japan-Korea Joint Symposium on Medical Informatics. 53-55 (2001)
• [文献書誌] Sakuma I, Inada H, Kodama I, et al.: "Computer simulation of reentrant spiral excitation propaggation in cardiac tissue"Proceeding of the 3rd China-Japan-Korea Joint Symposium on Medical Informatics. 56-58 (2001)
• [文献書誌] 佐久間一郎, 稲田絋, 児玉逸雄, 他: "心室スパイラルエントリーの成立機構と薬物作用-活動電位光学マッピングによる解析"心臓. 33. 449-455 (2001)
• [文献書誌] Sakuma I, Kodama I, et al.: "Sustained monomorphic ventricular tachycardia in the two-dimensional left ventricular epicardial sheets of rabbit hearts perfused in-vitro"Environmental Medicine. 45. 92-94 (2001)
• [文献書誌] Nakazawa K, et al.: "Role of structural complexities of septum tissue in maintaining ventricular fibrillation in isolated, perfused canine ventricle"Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12(1). 66-75 (2001)
• [文献書誌] Nakazawa K, et al.: "Breakthrough waves during ventricular fibrillation depend on the degree of rotational anisotropy and the boundary conditions"Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 12(3). 312-322 (2001)