| 研究課題/領域番号 |
18K17783
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| 研究機関 | 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部) |
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研究代表者 |
福士 勇人 独立行政法人国立病院機構村山医療センター(臨床研究部), 電気生理学研究室, 共同研究員 (20738497)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 間脳 / 摘出間脳下部脳幹脊髄標本 / 呼吸リズム / 膜電位イメージング / 呼吸困難感 |
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| 研究実績の概要 |
呼吸困難感とは，呼吸を行うことが容易ではないという感覚，あるいは呼吸に伴う不快感・苦痛をいう．呼吸困難感は，呼吸器疾患患者では特に労作時に増強し，患者のADL低下，ひいてはQOL低下を引き起こす要因となる．そのため，患者の呼吸困難感を軽減させることは，呼吸リハビリテーションの実施上，極めて重要である．しかし，現時点で呼吸困難感の知覚機序は十分には解明されておらず，呼吸困難感の緩和法も十分には確立されていない．本研究では，『下部脳幹の呼吸中枢が意図した呼吸神経出力と実際に実現された換気運動の大きさ・タイミングのズレを大脳が感知した時に，呼吸困難感が知覚される』という仮説を提唱し，その検証の一環として，その場合に存在するはずの延髄で形成された呼吸活動運動指令の上行性コピー投射を実証することを目的とし，具体的には，(1)摘出間脳下部脳幹脊髄標本を用いた膜電位イメージング解析により，間脳・中脳で呼吸リズムに同期して活動する領域を同定すること，(2)同定した領域が延髄呼吸リズム形成機構からの神経投射を受けていることを解剖学的に確認することを目指している．本年度は，上記(1)の呼吸に同期して活動する間脳・中脳領域を同定するための実験を行った．具体的には，新生ラットから作製した摘出間脳下部脳幹脊髄標本を電位感受性色素で染色後，正立蛍光顕微鏡下の計測用チェンバー内に固定し，横隔神経に連なる第4頚髄前根より吸息性神経出力を記録しつつ，タングステンハロゲンランプを光源とする緑色励起光を照射し，標本からの赤色蛍光を高感度光計測システムで計測し，観察面内の呼吸神経活動を動画像として捉えた．本年度に行った実験および解析から，間脳で呼吸に同期して活動する領域を複数箇所検知することができた．特に，視床下部腹側において，第4頸髄神経根の吸息神経活動に同期して活動する二つの領域を同定することができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画において，本年度は膜電位イメージング解析により，呼吸に同期して活動する間脳・中脳の領域を同定することを目標にしていた．当初から，膜電位イメージング解析で用いる新生ラット（1～3 日齢）の摘出間脳下部脳幹脊髄標本の作製は安定しており，膜電位イメージングによる計測および解析も順調に進捗した．その結果，間脳において，呼吸に同期して活動する領域を同定することに成功した．ゆえに現在まで，本研究は当初の計画に遅れることなく，おおむね順調に進展してきていると考える．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画通り，本年度は摘出間脳下部脳幹脊髄標本を用いた膜電位イメージング解析により，間脳で呼吸リズムに同期して活動する領域を同定することに成功した．今後は，(1) 呼吸に同期して活動する領域のより高精度な同定，(2)呼吸活動に同期して活動する領域についての組織学的検討，(3)延髄呼吸リズム形成機構からの上行性神経投射の解剖学的検討を進めていく予定である．具体的に，(1)はパッチクランプ法を用いて進めていく予定である．パッチクランプによるニューロン活動の計測にあたっては，パッチ電極内に細胞内トレーサーbiocytin を含めておき，計測を行った細胞体の染色を行う予定である．(2)については，膜電位イメージジング解析およびパッチクランプ法に用いた標本をパラホルムアルデヒドで固定，薄切，染色し，組織標本を作製し，これらの計測で呼吸に同期した活動を呈した領域やニューロンの解剖学的同定を行っていく予定である．(3)は順行性神経トレーサー（ビオチン化デキストランアミン・BDA; Invitrogen）を用いた組織学的解析により進めていく予定である．(3)では，若年成熟ラットを用い，呼吸リズム形成領域である延髄preBotzinger Complex領域にBDAを微量注入し，１週間後にBDA をDAB 発色させてBDA を含む軸索の存在部位，すなわち延髄preBotzinger Complex領域のニューロンが投射する領域を解剖学的に解析し，同定したうえで，この解析で同定された領域と，膜電位イメージング解析およびパッチクランプ法で同定された呼吸リズムに同期した活動を呈する間脳・中脳の領域とが一致するか否かを検討していく予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由： 次年度使用額が生じたのは，物品費，旅費，その他の各支出額が，研究代表者の工夫により当初の予算額より抑えられたためである．
次年度使用計画： 次年度にさらに多くの実験およびその成果発表を行う予定のため，次年度使用額は次年度に有効に使用される予定である．
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