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2017 年度 実績報告書

中枢性低酸素換気応答機構の全容解明

公募研究

研究領域酸素を基軸とする生命の新たな統合的理解
研究課題/領域番号 17H05540
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)

研究代表者

岡田 泰昌  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, 室長 (80160688)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード呼吸調節 / グリア細胞 / アストロサイト / 脳幹 / 低酸素 / 延髄
研究実績の概要

体内酸素レベルの恒常性を維持することは、ヒトを含めた哺乳類の生命維持に不可欠である。この体内の酸素レベルの恒常性維持には、呼吸による調節、特に生体が低酸素状態になった時の呼吸増強応答(低酸素換気応答)が、最も重要な役割を果たしている。低酸素換気応答の機序について、従来、末梢化学受容体が唯一の低酸素受容体であると考えられていた。すなわち、生体が低酸素に曝露すると、頸動脈小体などの末梢化学受容体がその情報を感知し、そこからの求心性インパルスが増加し、延髄孤束核を介し下部脳幹部の呼吸神経回路網の活動を増強させて呼吸神経出力が増大し、換気量が増加すると考えられていた。しかし、末梢化学受容体を持たないin vitroの摘出脳幹脊髄標本においても、また、末梢化学受容体からの求心性神経を切断した動物においても覚醒時には、比較的弱い低酸素負荷は呼吸増強性応答を惹起することが知られている。そこで、研究代表者は、脳内低酸素受容体の存在を想定し、以下の仮説を提唱した。
(1)末梢化学受容体とは別に、脳内にも換気増強応答を惹起する低酸素受容体が存在している。(2)その低酸素センサー細胞は、ニューロンand/or アストロサイトである。(3)低酸素センサー細胞における低酸素感受は、各種のイオンチャネルの開閉による。
本研究では、これらの仮説の妥当性を実験的に検証することにより、中枢性低酸素換気応答機構の全容を解明することを目的とした。本年度はまず、in vitro摘出脳幹脊髄標本を用いた解析を行った。すなわち、末梢化学受容体を有さない in vitro摘出脳幹脊髄標本を用い、吸息性神経出力を記録しつつ、灌流液の酸素レベルを下げた際の呼吸出力応答を記録して低酸素呼吸応答を解析した。そのうえで、標本各部を切除し、それによる低酸素呼吸応答の変化度より、低酸素受容体は主に延髄に存在することを見いだした。

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

本研究は、中枢性低酸素換気応答機構の全容を解明しようという壮大なものであるが、初年度である本年度はまず、低酸素換気応答に関わる低酸素センサー機構が延髄に存在するということを明らかにした。これは研究の土台となるとなる最も重要なもので、研究の進捗状況は概ね予定通りであるので、研究は順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後、研究計画申請書に沿って、研究を進めていく予定である。特にin vitroでのカルシウム イメージング 実験、in vivo動物での薬理実験に重点を置きつつ、研究を進めていく予定である。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 11件)

  • [国際共同研究] The Florey Institute(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      The Florey Institute
  • [国際共同研究] カルガリー大学(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      カルガリー大学
  • [雑誌論文] Mechanism of dyspnea sensation: A comprehensive review for better practice of pulmonary rehabilitation.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi Isato, Okada Yasumasa
    • 雑誌名

      Journal of Rehabilitation Neurosciences

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Possible involvement of monoamine neurons in the emotional abnormality in Kir6.2-deficient mice2018

    • 著者名/発表者名
      Saito Atsumi、Miyagawa Kazuya、Miyagishi Hiroko、Kurokawa Kazuhiro、Umeda Akira、Okada Yasumasa、Tsuji Minoru、Takeda Hiroshi
    • 雑誌名

      Physiology & Behavior

      巻: 188 ページ: 251~261

    • DOI

      10.1016/j.physbeh.2018.02.014

  • [雑誌論文] Structural and functional identification of two distinct inspiratory neuronal populations at the level of the phrenic nucleus in the rat cervical spinal cord2018

    • 著者名/発表者名
      Shinozaki Yoshio、Yokota Shigefumi、Miwakeichi Fumikazu、Pokorski Mieczyslaw、Aoyama Ryoma、Fukuda Kentaro、Yoshida Hideaki、Toyama Yoshiaki、Nakamura Masaya、Okada Yasumasa
    • 雑誌名

      Brain Structure and Function

      巻: 224 ページ: 57~72

    • DOI

      10.1007/s00429-018-1757-3

  • [雑誌論文] The role of the hypothalamus in modulation of respiration2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushi Isato、Yokota Shigefumi、Okada Yasumasa
    • 雑誌名

      Respiratory Physiology & Neurobiology

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1016/j.resp.2018.07.003

  • [雑誌論文] 低酸素換気応答におけるアストロサイトの役割.2017

    • 著者名/発表者名
      福士勇人, 堀内城司, 岡田泰昌
    • 雑誌名

      自律神経

      巻: 54 ページ: 109-117

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 呼吸の制御機構.2017

    • 著者名/発表者名
      岡田泰昌, 横田茂文, 福士勇人.
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 35 ページ: 685-688

  • [学会発表] Astrocytes mediate persistent respiratory augmentation in the recovery phase after hypoxic exposure.2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Kono Y, Takeda K, Okazaki S, Yokota S, Yazawa I, Onimaru H, Okada Y
    • 学会等名
      The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress (FAOPS2019) in conjunction with the 96th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] Function of inhibitory neurons in the solitarynucleus in the control of respiration.2019

    • 著者名/発表者名
      Hama N, Yokota S, Fujitani M, Okada Y, Koshiya N, Koizumi H
    • 学会等名
      The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress (FAOPS2019) in conjunction with the 96th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] Hypoxic responses of the respiratory system. In symposium “Adaptation mechanisms to external or internal environmental changes of respiratory system”2019

    • 著者名/発表者名
      Okada Y, Yazawa I, Takeda K, Okazaki S, Uchiyama M, Kurita Y, Fukushi I, Yokota S, Mori Y, Onimaru H
    • 学会等名
      The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress (FAOPS2019) in conjunction with the 96th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] The roles of KATP channels including Kir6.2 in regulation of emotional behaviors and stress responses.2018

    • 著者名/発表者名
      Saito A, Miyagawa K, Miyagishi H, Kurokawa K, Umeda A, Okada Y, Tsuji M, Takeda H
    • 学会等名
      WCP2018 KYOTO / 18th WORLD CONGRESS OF BASIC AND CLINICAL PHARMACOLOGY
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional and anatomical connectivity from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medullary cardiovascular regions: possible neural substrate mediatingstress-induced sympathoexcitation.2018

    • 著者名/発表者名
      Kono Y, Arima Y, Yokota S, Onimaru H, Fukushi I, Koizumi K, Hasebe Y, Yoshizawa M, Kise H, Hoshiai M, Sugita K, Toda T, Okada Y
    • 学会等名
      European Society of Cardiology Congress 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Activation of astrocytes is requred for the persistence of poststress blood pressure elevation2018

    • 著者名/発表者名
      Hasebe Y, Yokota S, Takeda K, Sugama S, Kono Y, Koizumi K, Fukushi I, Hoshiai M, Kakinuma Y, Pokorski M, Horiuchi J, Sugita K, Okada Y
    • 学会等名
      European Society of Cardiology Congress 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Cardiorespiratory regulation by glutamatergic neurons in the caudal solitary nucleus.2018

    • 著者名/発表者名
      Yokota S, Takeda K, Lazarus M, Arima Y, Fujitani M, Okada Y
    • 学会等名
      Society for Neuoscience Meeting (Neuoscience2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Significance of medulla-spinal cord preparation of the newborn rat.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Uchiyama M, Kurita Y, Yazawa I, Okazaki S, Hasebe Y, Kono Y, Yokota S, Takeda K, Mori Y, Onimaru H, Okada Y
    • 学会等名
      Society for Neuoscience Meeting (Neuoscience2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Does chronic intermittent hypoxia always increase blood glucose levels in mice?2018

    • 著者名/発表者名
      Umeda A, Okada Y, Tsushima K, Takeda K, Saito A, Miyagawa K, Takeda H, Kubota N, Kadowaki T, Gozal D
    • 学会等名
      The 23rd Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (APSR 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 呼吸調節研究における最新のトピックス2018

    • 著者名/発表者名
      岡田泰昌
    • 学会等名
      第58回日本呼吸器学会学術講演会
  • [学会発表] Discovery of Respiration-synchronized Rhythmic Activity in the Hypothalamus: Implication for Hypothalamic Involvement in Respiratory Rhythm Generation.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Kono Y, Yokota S, Okazaki S, Takeda K, Onimaru H, Okada Y
    • 学会等名
      第58回日本呼吸器学会学術講演会
  • [学会発表] The responses of the cardiovascular ventral medullary regions evoked by electrical stimulation of the hypothalamus2018

    • 著者名/発表者名
      河野洋介、岡田泰昌、有馬陽介、福士勇人、小泉敬一、長谷部洋平、吉沢雅史、喜瀬広亮、星合美奈子、杉田完爾、戸田孝子
    • 学会等名
      第54回日本小児循環器学会総会・学術集会
  • [学会発表] Sustainment of post-stress blood pressure elevation requires activation of astrocytes: implication in the pathophysiological mechanism of hypertension.2018

    • 著者名/発表者名
      長谷部洋平、岡田泰昌、横田茂文、小泉敬一、福士勇人、吉沢雅史、河野洋介、喜瀬広亮、星合美奈子、杉田完爾.、戸田孝子
    • 学会等名
      第54回日本小児循環器学会総会・学術集会
  • [学会発表] Diencephalon plays an active role in respiratory drive2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Kono Y, Yokota S, Arima Y, Takeda K, Okazaki S, Yazawa I, Onimaru H, Okada Y
    • 学会等名
      The 5th Japanese Society of Respiratory Physical Therapy
  • [学会発表] A computational approach for understanding the role of astrocytes in neuronal firing pattern modulation in the preBötzinger Complex during hypoxia.2018

    • 著者名/発表者名
      Vivar C, Yazawa I, Fukushi I, Okazaki S, Okada Y
    • 学会等名
      第41回 日本神経科学大会
  • [学会発表] Role of glutamatergic neurons in the caudal solitary nucleus in cardiorespiratory regulation2018

    • 著者名/発表者名
      Yokota S, Arima Y, Takeda K, Okada Y
    • 学会等名
      第41回 日本神経科学大会
  • [学会発表] Modification of respiratory rhythm by optogenetical stimulation of inhibitory neurons in the nucleus of the solitary tract2018

    • 著者名/発表者名
      Hama N,Yokota S, Fujitani M, Okada Y, KoshiyaN, Koizumi H
    • 学会等名
      第41回 日本神経科学大会
  • [学会発表] Neural pathway supposedly mediating the descending autonomic information from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medullary cardiorespiratory regions.2018

    • 著者名/発表者名
      Okada Y, Kono Y, Arima Y, Yokota S, Onimaru H, Fukushi I, Koizumi K, Hasebe Y, Yoshizawa M, Kise H, Toda T
    • 学会等名
      Society for Neuoscience Meeting (Neuoscience2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Astrocytic activation is necessary for hypoxic respiratory facilitation.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Uchiyama M, Kurita Y, Yazawa I, Okazaki S, Kono Y, Takeda K, Onimaru H, Mori Y, Okada Y
    • 学会等名
      The 23rd Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (APSR 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] The role of the diencephalon in the central control of respiration investigated with the isolated diencephalon-lower brainstem-spinal cord preparation.2018

    • 著者名/発表者名
      Fukushi I, Kono Y, Yokota S, Takeda K, Okazaki S, Yazawa I, Onimaru H, Okada Y
    • 学会等名
      第41回 日本神経科学大会
  • [学会発表] Anatomical connectivity from the dorsomedial hypothalamus to the ventral medullary cardiovascular regions: neural pathway mediating the descending sympathetic information.2018

    • 著者名/発表者名
      Kono Y, Arima Y, Yokota S, Onimaru H, Fukushi I, Koizumi K, Hasebe Y, Yoshizawa M, Kise H, Hoshiai M, Sugita K, Toda T, Okada Y
    • 学会等名
      第41回 日本神経科学大会

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公開日: 2019-12-27  

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