難治性循環器疾患を克服する人工脳幹部による戦略的な自律神経制御

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15200040
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 九州大学 (2004-2005); 国立循環器病センター研究所 (2003)
• 研究代表者: 砂川 賢二 九州大学, 大学院・医学研究院, 教授 (50163043)
• 研究分担者: 杉町 勝 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 部長 (40250261) ; 川田 徹 国立循環器病センター研究所, 循環動態機能部, 室長 (30243752)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: バイオニック医学 / 電子治療 / 急性心筋梗塞 / 心不全 / 心臓リモデリング / 迷走神経 / 大動脈減圧神経 / 動脈圧反射

研究概要

本研究は虚血性心不全モデルにおいて電子的な人工脳幹部を用いて自律神経系の緊張を自在に制御することにより、心不全による死亡率の低減と心臓リモデリング抑制が可能であることを示した。迷走神経を標的とした電子治療では、ベータ遮断薬単独投与群よりも電子治療併用群の心臓リモデリング抑制効果が強く、迷走神経治療が単なるベータ遮断作用とは別のメカニズムであることを明らかにした。さらに、動脈圧反射の求心路を標的とした電子治療を行い、迷走神経の切除によって急性心不全の死亡率の改善効果が低下することから、治療メカニズムとして迷走神経遠心路が重要であることを明らかにした。続いて、腹部迷走神経を介する抗炎症作用が心不全の改善に貢献しているものと予測して、腹部迷走神経切除群において電子治療を実施した結果、腹部迷走神経は血行動態の改善には貢献するものの、死亡率の改善にはあまり寄与していないことが示唆された。これらの一連の治療実験と並行して、動脈圧反射の圧受容器特性の同定、動脈圧反射中枢弓の特性の新しい同定法についての研究を行った。動脈圧反射中枢弓の機能同定に関するこれらの研究は、人工脳幹部を生体システムに整合させていく上で重要な基盤データを提供するものである。
このような人工脳幹部を用いたバイオニック医学は先端医学と先端工学が融合した治療戦略であり、類似の治療戦略は医学の歴史になく極めて独創的である。バイオニック医学で、これまでの交感神経作用を抑制する薬物治療とは異なるメカニズムで心不全の予後を改善させることができたことから、本治療戦略は現代の医療に大きなインパクトを与えるものと考える。心不全は先進諸国において最大の医療問題(社会的・財政的)であることから、本研究結果をさらに臨床展開することは、単に患者の救済のみならず、社会の経済効率をあげ、知的資産や新規産業の創出に直結すると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Vagal stimulation suppresses ischemia-induced myocardial interstitial norepinephrine release. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawada T et al.
  • 雑誌名: Life Sci. 78 ページ: 882-887,
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Automated drug delivery system to control systemic arterial pressure, cardiac output, and left heart filling pressure in acute decompensated heart failure. (2006)
  • 著者名/発表者名: Uemura K et al.
  • 雑誌名: J Appl Physiol. 100 ページ: 1278-1286
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cellular basis for trigger and maintenance of ventricular fibrillation in the Brugada syndrome model : high-resolution optical mapping study. (2006)
  • 著者名/発表者名: Aiba T et al.
  • 雑誌名: J Am Coll Cardiol 47 ページ: 2074-2085
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Short-term electroacupuncture at Zusanli resets the arterial baroreflex neural arc toward lower sympathetic nerve activity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Michikami D et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Reversible vagal blockade in conscious rats using a targeted delivery device. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zheng C et al.
  • 雑誌名: J Neurosci Methods (In press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Vagal stimulation suppresses ischemia-induced myocardial interstitial norepinephrine release. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawada T, Yamazaki T, Akiyama T, Li M, Ariumi H, Mori H, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Life Sci. 78 ページ: 882-887
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Automated drug delivery system to control systemic arterial pressure, cardiac output, and left heart filling pressure in acute decompensated heart failure. (2006)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Kamiya A, Hidaka I, Kawada T, Shimizu S, Shishido T, Yoshizawa M, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: J Appl Physiol. 100 ページ: 1278-1286
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cellular basis for trigger and maintenance of ventricular fibrillation in the Brugada syndrome model : high-resolution optical mapping study. (2006)
  • 著者名/発表者名: Aiba T, Shimizu W, Hidaka I, Uemura K, Noda T, Zheng C, Kamiya A, Inagaki M, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: J Am Coll Cardiol 47 ページ: 2074-2085
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Short-term electroacupuncture at Zusanli resets the arterial baroreflex neural arc toward lower sympathetic nerve activity. (2006)
  • 著者名/発表者名: Michikami D, Kamiya A, Kawada T, Inagaki M, Shishido T, Yamamoto K, Ariumi H, Iwase S, Sugenoya J, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Reversible vagal blockade in conscious rats using a targeted delivery device. (2006)
  • 著者名/発表者名: Zheng C, Kawada T, Li M, Sato T, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: J Neurosci Methods (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Prediction of circulatory equilibrium in response to changes in stressed blood volume. (2005)
  • 著者名/発表者名: Uemura K et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H301-H307
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Microdialysis separately monitors myocardial interstitial myoglobin during ischemia and reperfusion. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa H et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H924-H930
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Resetting of the arterial baroreflex increases orthostatic sympathetic activation and prevents postural hypotension in rabbits. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A et al.
  • 雑誌名: J Physiol. 566 ページ: 237-246
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Low-frequency oscillation of sympathetic nerve activity decreases during development of tilt-induced syncope preceding sympathetic withdrawal and bradycardia. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H1758-H1769
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Muscle sympathetic nerve activity averaged over 1 minute parallels renal and cardiac sympathetic nerve activity in response to a forced baroreceptor pressure change. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A et al.
  • 雑誌名: Circulation 112 ページ: 384-386
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic and static baroreflex control of muscle sympathetic nerve activity(SNA)parallels that of renal and cardiac SNA during physiological change in pressure. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H2641-H2648
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic characteristics of carotid sinus pressure-nerve activity transduction in rabbits. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawada T et al.
  • 雑誌名: Jpn J Physiol. 55 ページ: 157-163
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Prediction of circulatory equilibrium in response to changes in stressed blood volume. (2005)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Kawada T, Kamiya A, Aiba T, Hidaka I, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H301-H307
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Microdialysis separately monitors myocardial interstitial myoglobin during ischemia and reperfusion. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa H, Yamazaki T, Akiyama T, Sugimachi M, Sunagawa K, Mori H.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H924-H930
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Resetting of the arterial baroreflex increases orthostatic sympathetic activation and prevents postural hypotension in rabbits. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A, Kawada T, Yamamoto K, Michikami D, Ariumi H, Uemura K, Zheng C, Shimizu S, Aiba T, Miyamoto T, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: J Physiol. 566 ページ: 237-246
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Low-frequency oscillation of sympathetic nerve activity decreases during development of tilt-induced syncope preceding sympathetic withdrawal and bradycardia. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A, Hayano J, Kawada T, Michikami D, Yamamoto K, Ariumi H, Shimizu S, Uemura K, Miyamoto T, Aiba T, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H1758-H1769
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Muscle sympathetic nerve activity averaged over 1 minute parallels renal and cardiac sympathetic nerve activity in response to a forced baroreceptor pressure change. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A, Kawada T, Yamamoto K, Michikami D, Ariumi H, Miyamoto T, Uemura K, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Circulation 112 ページ: 384-386
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamic and static baroreflex control of muscle sympathetic nerve activity (SNA) parallels that of renal and cardiac SNA during physiological change in pressure. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kamiya A, Kawada T, Yamamoto K, Michikami D, Ariumi H, Miyamoto T, Shimizu S, Uemura K, Aiba T, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289 ページ: H2641-H2648
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamic characteristics of carotid sinus pressure-nerve activity transduction in rabbits. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawada T, Yamamoto K, Kamiya A, Ariumi H, Michikami D, Shishido T, Sunagawa K, Sugimachi M.
  • 雑誌名: Jpn J Physiol. 55 ページ: 157-163
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Bezold-Jarisch reflex blunts arterial baroreflex via the shift of neural arc toward lower sympathetic nerve activity. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kashihara K et al.
  • 雑誌名: Jpn J Physiol. 54 ページ: 395-404
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A derivative-sigmoidal model reproduces operating point-dependent baroreflex neural arc transfer characteristics. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kawada T et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 286 ページ: H2272-H2279
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effects of neuronal norepinephrine uptake blockade on baroreflex neural and peripheral arc transfer characteristics. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kawada T et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 286 ページ: R1110-R1120
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cardiac sympathetic nerve stimulation does not attenuate dynamic vagal control of heart rate via α-adrenergic mechanism. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto T et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 ページ: H860-H865
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Adaptive predictive control of arterial blood pressure based on a neural network during acute hypotension. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kashihara K et al.
  • 雑誌名: Ann Biomed Eng. 32 ページ: 1365-1383
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A self-calibrating telemetry system for measurement of ventricular pressure-volume relations in conscious, freely moving rats. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uemura K et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 ページ: H2906-H2913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A novel framework of circulatory equilibrium. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uemura K et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 286 ページ: H2376-H2385
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Vagal nerve stimulation markedly improves long-term survival after chronic heart failure in rats.. (2004)
  • 著者名/発表者名: Li M et al.
  • 雑誌名: Circulation 109 ページ: 120-124
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Bionic epidural stimulation restores arterial pressure regulation during orthostasis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yanagiya Y et al.
  • 雑誌名: J Appl Physiol. 97 ページ: 984-990
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Muscle mechanoreflex induces the pressor response by resetting the arterial baroreflex neural arc. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 286 ページ: H1382-H1388
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Bezold-Jarisch reflex blunts arterial baroreflex via the shift of neural arc toward lower sympathetic nerve activity. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kashihara K, Kawada T, Li M, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Jpn J Physiol. 54 ページ: 395-404
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effects of neuronal norepinephrine uptake blockade on baroreflex neural and peripheral arc transfer characteristics. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kawada T, Miyamoto T, Uemura K, Kashihara K, Kamiya A, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 286 ページ: R1110-R1120
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cardiac sympathetic nerve stimulation does not attenuate dynamic vagal control of heart rate via α-adrenergic mechanism. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto T, Kawada T, Yanagiya Y, Inagaki M, Takaki H, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 ページ: H860-H865
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Adaptive predictive control of arterial blood pressure based on a neural network during acute hypotension. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kashihara K, Kawada T, Uemura K, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Ann Biomed Eng. 32 ページ: 1365-1383
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A self-calibrating telemetry system for measurement of ventricular pressure-volume relations in conscious, freely moving rats. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Kawada T, Sugimachi M, Zheng C, Kashihara K, Sato T, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 287 ページ: H2906-H2913
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A novel framework of circulatory equilibrium. (2004)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Sugimachi M, Kawada T, Kamiya A, Jin Y, Kashihara K, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 286 ページ: H2376-H2385
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Vagal nerve stimulation markedly improves long-term survival after chronic heart failure in rats. (2004)
  • 著者名/発表者名: Li M, Zheng C, Sato T, Kawada T, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Circulation 109 ページ: 120-124
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Bionic epidural stimulation restores arterial pressure regulation during orthostasis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yanagiya Y, Sato T, Kawada T, Inagaki M, Tatewaki T, Zheng C, Kamiya A, Takaki H, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: J Appl Physiol. 97 ページ: 984-990
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Muscle mechanoreflex induces the pressor response by resetting the arterial baroreflex neural arc. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Kawada T, Kamiya A, Takaki H, Miyamoto T, Sugimachi M, Sunagawa K.
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 286 ページ: H1382-H1388
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より