拍動心臓内カルシウム無駄サイクル及び収縮性カルシウム反応性の医用工学的推定法

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13878192
• 研究種目: 萌芽的研究
• 研究機関: 国立循環器病センター
• 研究代表者: 菅 弘之 国立循環器病センター研究所, 所長 (90014117)
• キーワード: 心臓 / 心機能 / 収縮性 / 興奮収縮連関 / カルシウム / 期外収縮 / 期外収縮後収縮性増強 / アルテナンス

研究概要

心臓のポンプ機能には心拍毎の心筋・心室壁の周期的収縮弛緩が不可欠である。その力学的収縮弛緩には、心筋の興奮収縮連関(心筋膜興奮によるカルシウム流入、筋小胞体からのカルシウム放出と取り込み、流入カルシウムの細胞外への除去など)が必須である。この際のカルシウム動員量を拍動心において計測や推定することは既存の方法では不可能であった。本研究では、本代表者がこれまで開発してきた心臓の医工学病理に基づく心機能学の新概念を元に、拍動心において収縮に動員されるカルシウム量(現在ポピュラーな既存のエクオリンなどによる遊離カルシウム濃度の測定ではない)を心臓力学エネルギー学的に推定する方法を開発しようとするものである。その骨子は、定常心拍中に1拍だけ期外収縮を挿入して、その後に起きる期外収縮後収縮性増強の減衰時定数から、心筋内外を巡るカルシウム比率(それを心筋内カルシウム再灌流率と呼ぶ)を求めて、無負荷収縮に使われる酸素消費と組み合わせて、動員されるカルシウム量を求めることである。実際にこの方法の有効性、実用性を検討するために、理論的考察や動物実験データを用いての検討を行った。その結果は、方法論的にはほぼ問題なく、実測データが比較的安定に計測できた。後ろ向きに過去の実験データを元に検討したところ、予想以上に再現性、信頼性のあるカルシウム量が推定値として得られた。従って、今後は実験条件を広範囲に変えて、本法の有用性や限界の有無の検討が必要となった。

研究成果

• [文献書誌] Iribe, G., Araki, J., Mohri, S., Shimizu, J., Imaoka, T., Kanmura, Y., Kajiya F, Suga, H: "New calculation of internal Ca2+ recirculation fraction from alternans decay of postextrasystolic potentiation"Jpn J Physiol. 51. 143-149 (2001)
• [文献書誌] Mizuno J, Araki J, Mohri S, Minami H, Doi Y, Fujinaka W, Miyaji K, Kiyooka T, Oshima Y, Iribe G, Hirakawa M, Suga H: "Frank-Starling mechanism retains recirculation fraction of myocardial Ca2+ in the beating heart"Jpn J Physiol. 51. 733-743 (2001)
• [文献書誌] Mizuno J, Araki J, Suzuki S, Mohri S, Mikane T, Shimizu J, Matsubara H, Hirakawa M, Ohe T, Suga H: "Temperature-dependent postextrasystolic potentiation and Ca2+ recirculation fraction in canine heart"Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282. H403-H413 (2002)