生体内容量負荷・圧負荷を定量的に再現する心筋機械的刺激装置の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12670716
• 研究機関: 国立循環器病センター
• 研究代表者: 杉町 勝 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 室長 (40250261)
• 研究分担者: 砂川 賢二 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 部長 (50163043)
• キーワード: 容量負荷 / 圧負荷 / 有限要素法 / ラプラスの法則 / 心筋歪み / 心筋応力 / 実時間負荷 / 壁内分布

研究概要

本年度も引き続き、生体内の心室負荷を心筋の負荷に変換する枠組みの改良を行った。心室圧・心室容積から心筋歪みおよび心筋応力を求める方法にはラプラスの法則と有限要素法がある。計算量が少ないラプラスの法則では壁内心筋歪み・応力分布が求められない一方、壁内心筋歪み・応力分布が求められる有限要素法では計算コストが大きく現時点で利用可能なコンピュータでは実時間計算が不可能であった。そのため本年度、私たちはラプラスの法則による計算を多層化する新しい歪み・応力計算法を開発した。この計算法は計算量をあまり増加させることなく壁内心筋歪み・応力分布を求めることができ、非線形の材料特性や心室変形による幾何非線形を考慮に入れたものである。ただし心室形状は中空球、材料特性は均質等方に限定された。同じ解析を本法と有限要素法で比較した。心内膜側の歪み・応力が心外膜側に比して大きいこと、大動脈弁逆流(容量負荷)では拡張期に心筋の伸展がより顕著であること、大動脈弁狭窄で(圧負荷)は駆出期の応力が極端に大きくなることが有限要素法と同様に明らかになった。これらの検討の結果、現有のコンピュータでも、容量負荷・圧負荷の程度に応じて摘出心筋片に心内膜下、心外膜下での歪み(心筋長の相対変化)の大きさを定量的に実時間で計算可能であることが明らかになった。さらに本年度は、すでに自作したプログラムおよび制御回路を組み合わせて動作の確認をおこなった。

研究成果

• [文献書誌] Masaru Sugimachi: "Effects of partial left ventriculectomy on left ventricular pump function studied by theoretical analyses"J Card Surg. 16. 24-39 (2001)
• [文献書誌] Masaru Sugimachi: "A new model-based method of reconstructing central aortic pressure from peripheral arterial pressure"Jpn J Physioi. 51. 217-222 (2001)
• [文献書誌] Masaru Sugimachi: "Lower Compliance rather than high reflection of arterial system decreases stroke volume in arteriosclerosis : A simulation"Jpn J Physiol 2001; 51: 43-51. 51. 43-51 (2001)
• [文献書誌] Yasunori Nakayama: "Heart rate-independent vagal effect on end-systolic elastance of the canine left ventricle under various levels of sympathetic tone"Circulation. 104. 2277-2279 (2001)
• [文献書誌] Yasunori Nakayama: "Laterulity in direct and indirect inotropic effects of sympathetic stimulation in isolated canine heart"Jpn J Physiol. 51. 365-370 (2001)
• [文献書誌] Akira T Kawaguchi: "Perioperative hemodynamics in patients undergoing partial left ventriculectomy"J Card Surg. 16. 48-55 (2001)