不全心のエネルギー効率改善法の開発:EmaxとPVAの応用

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07508003
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 菅 弘之 岡山大学, 医学部, 教授 (90014117)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 壽一郎 岡山大学, 医学部, 助手 (80294403) ; 實金 健 岡山大学, 医学部, 助手 (10294406) ; 荒木 淳一 岡山大学, 医学部, 助手 (80271055)
• Keywords: 不全心 / 収縮性 / 興奮収縮連関 / 期外収縮 / カルシウムハンドリング / 再循環率

Research Abstract

イヌ摘出交叉潅流心臓標本を用い、興奮収縮連関エネルギー(主にCa^<2+>ハンドリングに要する)を、心収縮性と関連させ解析した。我々は期外収縮後の一過性収縮性増強はある条件に合致するときのみ指数関数型減衰を呈し、その他は全て一過性交互脈型減衰であることを見い出した。一過性交互脈型減衰の経過について、期外収縮後x拍目の収縮性をyとすると、
y=a・exp[-(x-1)/τe]+b・exp[-(x-1)/τs]・cos[π・(x-1)]+1
と表わされ、r^2=0.999±0.002(mean±SD)という高い相関を得た。この式の第一項は心筋内Ca^<2+>再循環率(recirclation fraction : RF)に第二項は筋小胞体のCa^<2+>ハンドリングに関係するというモデルを考えた。RF=exp(-1/τe)として求め、Ca^<2+>並びにエピネフリンを冠動脈内投与して同程度のEmax(収縮性の指標)の上昇を得た時に二剤の収縮性の酸素コストに差は無いが、Ca^<2+>はRFを増加させエピネフリンでは不変であった。また機械的収縮のための総機械的エネルギーはPVAとして表わされ、興奮収縮連関及び基礎代謝に利用される酸素はPVA非依存性VO_2と呼ばれる。定常一心拍当たりの酸素消費量を計測し興奮収縮連関による酸素消費量とRFとを組み合わせ、心筋細胞内外でハンドリングされる総Ca^<2+>量を推定し得た。さらに筋小胞体Ca^<2+>放出チャンネルを半開状態に固定する低濃度リアノジンを用いた病的心モデルではRFは減少した。このことは細胞膜を介した回路は筋小胞体を介した回路に比べ二倍のエネルギーを要することを考えると興奮収縮連関での酸素の浪費を説明できる。丸ごと心臓において、細胞内のCa^<2+>動態を評価する方法は他になく、不全心の病態生理の理解を深め、薬物の作用評価など臨床的にも応用できる手法と考えられた。

Research Products

• [Publications] Shimizu J, Takaki M, Kohno K, Araki J, Matsubara H, Suga H: "Sinusoidal and exponential decays of postextrasystolic transient alternans in excised blood-perfused canine hearts." Japanese Journal of Physiology. 45. 837-848 (1995)
• [Publications] Matsushita T, Takaki M, Fujii W, Matsubara H, Suga H: "Left ventricular mechanoenergetics under altered coronary perfusion in guinea pig hearts." Japanese Journal of Physiology. 45. 991-1004 (1995)
• [Publications] Zhao LY, Takaki M, Fujii W, Ishioka K, Suga H: "Discrepancy between left ventricular mechanoenergetics and mitochondrial respiratory function in canine acute failing hearts." Pathophysiology. 2. 211-216 (1995)
• [Publications] Yasuhara S, Takaki M, Kikuta A, Suga H: "Myocardial VO_2 of mechanically unloaded contraction of rat ventricular slices measured by a new approach." American Journal of Physiology. 270. H1063-H1070 (1996)
• [Publications] Yamaguchi H, Takaki M, Matsubara H, Yasuhara S, Suga H: "Constancy and variability of contractile efficiency as a function of calcium and cross-bridge kinetics : simulation." American Journal of Physiology. 270. H1501-H1508 (1996)
• [Publications] Ito H, Takaki M. Yamaguchi H, Tachibana H, Suga H: "Left ventricular volumetric conductance catheter for rats." American Journal of Physiology. 270. H1509-H1514 (1996)
• [Publications] Takaki M, Nakahara H, Kawatani Y, Utsumi K, Suga H: "No Suppression of respiratory function of mitochondria isolated from hearts of anesthetized rats with high-dose pentobarbarbital sodium." Japanese Journal of Physiology. 47. 87-92 (1997)
• [Publications] Tachibana H, Takaki M, Lee S, Ito H, Yamaguchi S, Suga H: "New mechanoenergetic evaluation of left ventricular contractility in in situ rat hearts." American Journal of Physiology. 41. 2671-2678 (1997)
• [Publications] Mikane T, Araki J, Kohno K, Nakayama Y, Suzuki S, Shimizu J, Matsubara H, Hirakawa M, Takaki M, Suga H: "Mechanism of constant contractile efficiency under cooling inotropy of myocardium : simulation." American Journal of Physiology. 42. H2891-H2898 (1997)
• [Publications] Syuu Y, Araki J, Lee S, Suzuki S, Mizuno J, Mohri S, Mikane T, Shimizu J, Takaki M, Suga H: "Effects of Ca^<2+> and epinephrine on Ca^<2+> recirculation fraction and total Ca^<2+> handing in canine left ventricles." Japanese Journal of Physiology. (in press).
• [Publications] Takaki M, Matsubara H, Araki J, Zhao LY, Ito H, Yasuhara S, Fujii W, Suga H: "Sasayama S(Ed:)New Horizons for Failing Heart Syndrome" Springer-Verlag Tokyo, 273 (1996)
• [Publications] Suga H, Yamaguchi H, Araki J, Suzuki S, Shimizu J, Matsubara H, Kawaguchi O, Yaku H, Takaki M: "Akutsu T, Koyanagi H(Eds:) Heart Replacement : Artificial Heart 6" Springer-Verlag Tokyo, 521 (1998)