呼吸リズムパターン形成に関わる頚髄呼吸神経回路網の全容解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20590218
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 岡田 泰昌 慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (80160688)
• 研究分担者: 越久 仁敬 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (20252512) ; 三分一 史和 統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (30360647)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 呼吸調節 / 膜電位イメージング / 高位頚髄呼吸神経細胞群 / 呼吸リズム / 呼吸パターン形成 / 横隔神経核 / 横隔膜 / 斜角筋

研究概要

呼吸のリズムとパターンの形成に関与する頚髄呼吸神経細胞集団の機能と解剖を明らかにするため、ラットin vitro脳幹脊髄標本、in situ経動脈灌流標本を用い、膜電位イメージング、電気生理学的計測、組織学的分析を組み合わせた解析を行った。C1-C2の高位頚髄腹側部に新たな介在性呼吸神経細胞群を発見し、HCRGと命名して報告した。横隔神経核(C3-C5)レベルの呼吸神経活動の時空間的動態と解剖を詳細に解析し、同レベルには横隔膜と斜角筋を支配する運動神経細胞が分かれて、そして、異なる活動パターンで存在していることを明らかにした。本研究の成果は、頚髄損傷などによる呼吸障害について、病態理解と再生医学も含めた新しい治療法開発に貢献すると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Spatiotemporal and anatomical analyses of P2X receptor-mediated neuronal and glial processing of sensory signals in the rat dorsal horn (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Aoyama, Yasumasa Okada, Shigefumi Yokota, Yutaka Yasui, Kentaro Fukuda, Yoshio Shinozaki, Hideaki Yoshida, Masaya Nakamura, Kazuhiro Chiba, Yukihiko Yasui, Fusao Kato, Yoshiaki Toyama
  • 雑誌名: Pain (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A μ-opioid receptor agonist DAMGO induces rapid breathing in the arterially-perfused in situ preparation of rat (2011)
  • 著者名/発表者名: Koganezawa T, Okada Y, Terui N, Paton JFR, Oku Y
  • 雑誌名: Respiratory Physiology and Neurobiology 177 ページ: 207-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual oscillator model of the respiratory neuronal network generating quantal slowing of respiratory rhythm (2011)
  • 著者名/発表者名: Amit Lal, Yoshitaka Oku, Swen Hulsmann, Yasumasa Okada, Fumikazu Miwakeichi, Shigeharu Kawai, Yoshiyasu Tamura, Makio Ishiguro
  • 雑誌名: Journal of Computational Neuroscience 30(2) ページ: 225-240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection and visualization method of dynamic state transition for biological spatio-temporal imaging data (2011)
  • 著者名/発表者名: Miwakeichi F, Oku Y, Okada Y, Kawai S, Tamura Y, Ishiguro M
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Medical Imaging 30(3) ページ: 859-866
  • 査読あり
• [雑誌論文] 呼吸中枢の障害にみられる呼吸不全 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡田泰昌
  • 雑誌名: THE LUNG perspectives 19(1) ページ: 50-54
• [雑誌論文] What does the multi-peaked respiratory output pattern tell us about the respiratory pattern generating neuronal network? (2010)
  • 著者名/発表者名: Makio Ishiguro, Shigeharu Kawai, Yasumasa Okada, Yoshitaka Oku, Fumikazu Miwakeichi, Yoshiyasu Tamura, Amit Lal
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 669 ページ: 235-238
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vesicular glutamate transporter 2-immunoreactive synapses onto phrenic motoneurons in the neonatal rat (2010)
  • 著者名/発表者名: Shigefumi Yokota, Yoshio Shinozaki, Yoshitaka Oku, Yasumasa Okada, Yukihiko Yasui
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 669 ページ: 189-192
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anatomical changes of phrenic motoneurons during development (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasumasa Okada, Shigefumi Yokota, Yoshio Shinozaki, Fumikazu Miwakeichi, Yoshitaka Oku, Yukihiko Yasui
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 669 ページ: 33-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anatomical architecture and responses to acidosis of a novel respiratory neuron group in the high cervical spinal cord (HCRG) of the neonatal rat (2009)
  • 著者名/発表者名: Okada Y, Yokota S, Shinozaki Y, Aoyama R, Yasui Y, Ishiguro M, Oku Y
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 648 ページ: 387-394
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel statistical analysis of voltage-imaging data by structural time series modeling and its application to the respiratory neuronal network (2009)
  • 著者名/発表者名: Kawai S, Oku Y, Okada Y, Miwakeichi F, Tamura Y, Ishiguro M
  • 雑誌名: Neuroscience Research 63(3) ページ: 165-171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneous distribution of action potential characteristics in the rabbit sino-atrial node revealed by voltage imaging (2009)
  • 著者名/発表者名: Masumiya H, Oku Y, Okada Y.
  • 雑誌名: Journal of Physiological Sciences 59 ページ: 227-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] The central respiratory chemoreceptor : Where is it located? (2009)
  • 著者名/発表者名: Okada Y, Kuwana S, Chen Z, Ishiguro M, Oku Y
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 648 ページ: 377-385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence imaging of active respiratory networks (2009)
  • 著者名/発表者名: Ruangkittisakua A, Okada Y, Oku Y, Koshiya N, Ballanyi K
  • 雑誌名: Respiratory Physiology & Neurobiology 168(1-2) ページ: 26-38
  • 査読あり
• [雑誌論文] 呼吸中枢 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡田泰昌
  • 雑誌名: 慶應医学 85(2) ページ: 159-168
• [雑誌論文] Spatiotemporal organization of frog respiratory neurons visualized on the ventral medullary surface (2008)
  • 著者名/発表者名: Oku Y, Kimura N, Masumiya H, Okada Y
  • 雑誌名: Respiratory Physiology and Neurobiology 161 ページ: 281-290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of long-term low-dose oxygen supplementation on the epithelial function, collagen metabolism and interstitial fibrogenesis in the guinea pig lung (2008)
  • 著者名/発表者名: Aoki T, Yamasawa F, Kawashiro T, Shibata T, Ishizaka A, Urano T, Okada Y
  • 雑誌名: Respiratory Research 9 ページ: 37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Age-dependent involvement of ATP-sensitive potassium channel Kir6.2 in hypoxic ventilatory depression of mouse (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Oyamada, Michie Murai, Naoko Harada, Akitoshi Ishizaka, Yasumasa Okada
  • 雑誌名: Respiratory Physiology and Neurobiology 162 ページ: 80-84
  • 査読あり
• [雑誌論文] Respiratory neuron group in the high cervical spinal cord discovered by optical imaging (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Oku, Akihito Okabe, Tetsu Hayakawa, Yasumasa Okada
  • 雑誌名: Neuroreport 19(17) ページ: 1739-1743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperventilation and finger exercise increase venous-arterial PCO_2 and pH differences (2008)
  • 著者名/発表者名: Akira Umeda, Kazuteru Kawasaki, Tadashi Abe, Maki Watanabe, Akitoshi Ishizaka, Yasumasa Okada
  • 雑誌名: The American Journal of Emergency Medicine 26(9) ページ: 975-980
  • 査読あり
• [学会発表] 横隔神経核レベルの頸髄呼吸神経回路網の解剖、生理、病態生理シンポジウム・脊髄呼吸神経回路網研究の最前線:解剖学・生理学・再生医学の統合を目指して(Advances in the research on the respiratory neuronal network of the spinal cord : toward the integration of anatomy, physiology and regenerative medicine)第88回日本生理学会大会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡田泰昌
  • 学会等名: 第116回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 年月日: 20110328-20110330
• [学会発表] Spatio-temporal innovation approach for the analysis of optical volage-imaging data. XXIV Annual Meeting Federation of Societies of Experimental Biology (FeSBE-Federacao de Sociedades de Biologia Experimental) (2009)
  • 著者名/発表者名: Miwakeichi F, Oku Y, Okada Y, Kawai S, Tamura Y, Ishiguro M
  • 学会等名: Aguas de Lindoia
  • 発表場所: Sao Paulo, Brazil
  • 年月日: 20090819-20090822
• [学会発表] Localization and mechanisms of central chemoreception. Symposium (2009)
  • 著者名/発表者名: Yasumasa Okada, Shun-ichi Kuwana, Shigefumi Yokota, Zibin Chen, Yoshitaka Oku
  • 学会等名: Chemical Control of Breathing : Molecular and Systemic Mechanisms and Effects XXXVIth International Union of Physiological Sciences (IUPS)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20090727-20090801
• [学会発表] Non-deterministic breakdown of the preBotzinger Complex neuronal synchronicity may lead to quantal slowing of respiratory rhythm (2009)
  • 著者名/発表者名: Amit Lal, Yoshitaka Oku, Swen Hulsmann, Yasumasa Okada, Fumikazu Miwakeichi, Shigeharu Kawai, Yoshiyasu Tamura, Makio Ishiguro
  • 学会等名: XXXVIth International Union of Physiological Sciences (IUPS)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20090727-20090801
• [学会発表] Spatiotemporal activity of respiratory neurons in the cervical spinal cord at the level of the phrenic nucleus in neonatal rats (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Shinozaki, Miwakeichi Fumikazu, Shigefumi Yokota, Ryoma Aoyama, Yoshitaka Oku, Yasumasa Okada
  • 学会等名: The 11th Oxford Conference on Modeling and Control of Breathing
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20090724-20090726
• [学会発表] Anatomical and functional correlates between phrenic and scalene motoneurons in the cervical spinal cord of nonatal rats (2009)
  • 著者名/発表者名: Yokota Shigefumi, Shinozaki Yoshio, Oku Yoshitaka, Okada Yasumasa, Yasui Yukihiko
  • 学会等名: The 11th Oxford Conference on Modeling and Control of Breathing
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20090724-20090726
• [学会発表] What does the multi-peaked respiratory output pattern tell us about the respiratory pattern generating neuronal network? (2009)
  • 著者名/発表者名: Makio Ishiguro, Shigeharu Kawai, Yasumasa Okada, Yoshitaka Oku, Fumikazu Miwakeichi, Yoshiyasu Tamura, Amit Lal
  • 学会等名: The 11th Oxford Conference on Modeling and Control of Breathing
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20090724-20090726
• [学会発表] Assumption free and structural methods that characterize dynamics of optically recorded respiratory neuronal activity without averaging (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Oku, Fumikazu Miwakeichi, Shigeharu Kawai, Yasumasa Okada, Yoshiyasu Tamura, Makio Ishiguro
  • 学会等名: International Symposium on Respiratory Control at the Faculty Saint Jerome (Marseilles) and the Hotellerie du Couvent Royal de St Maximin in Provence
  • 発表場所: France
  • 年月日: 20081201-20081204
• [学会発表] Chaotic dynamics within a breath : Recruitment of single inspirations imaged in the pre-Botzinger complex (pBC) of the rat breathing slice (2008)
  • 著者名/発表者名: Koshiya N., Oku Y., Okada Y.
  • 学会等名: The 38th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington DC, U.S.A.
  • 年月日: 20081115-20081119
• [学会発表] Autoregressive and parametric modeling approaches to optical imaging data characterize the dynamic process of the respiratory central pattern generator in the neonatal rat brainstem (2008)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Oku, Fumikazu Miwakeichi, Shigeharu Kawai, Yasumasa Okada, Makio Ishiguro, Yoshiyasu Tamura
  • 学会等名: 6th FENS Forum of European Neuroscience
  • 発表場所: Geneva, Switzerland
  • 年月日: 20080712-20080716
• [学会発表] Central chemoreceptors : where and how (2008)
  • 著者名/発表者名: 岡田泰昌
  • 学会等名: XVIIth INTERNATIONAL SOCIETY FOR ARTERIAL CHEMORECEPTION (ISAC)
  • 発表場所: Meeting Valladolid, Spain
  • 年月日: 20080701-20080705
• [学会発表] Voltage-imaging analysis of the respiratory neuronal responses to CO2 at the level of the phrenic nucleus in the rat spinal cord (2008)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Y, Okada Y, Aoyama R, Nakamura M, Yokota S, Yasui Y, Oku Y, Chiba K, Toyama Y.
  • 学会等名: XVIIth INTERNATIONAL SOCIETY FOR ARTERIAL CHEMORECEPTION (ISAC)
  • 発表場所: Meeting (Valladolid, Spain)
  • 年月日: 20080701-20080705
• [学会発表] Innovation approach to detect the respiratory related neuronal activity in the brainstem based on optical imaging data (2008)
  • 著者名/発表者名: Fumikazu Miwakeichi, Oku Yoshitaka, Yasumasa Okada, Shigeharu Kawai, Yoshiyasu Tamura, Makio Ishiguro
  • 学会等名: 14th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 20080615-20080619
• [図書] Parametric modeling analysis of optical imaging data on neuronal activities in the brain(edited by Wanpracha)(Computational Neuroscience (Springer Optimization and Its Applications)) (2010)
  • 著者名/発表者名: Kawai S, Oku Y, Okada Y, Miwakeichi F, Ishiguro M, Tamura Y
  • 総ページ数: 213-225
  • 出版者: Chaovalitwongse, Panos Pardalos, Petros Xanthopoulos
• [図書] 低酸素換気応答(酸素ダイナミクス研究会編)(「からだと酸素の事典」) (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡田泰昌、桑名俊一、越久仁敬
  • 総ページ数: 211-215
  • 出版者: 朝倉書店