低酸素環境における動脈性化学受容器の順応過程の分子機構

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14570073
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: 林田 嘉朗 産業医科大学, 産業生態科学研究所, 教授 (40047204)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平川 晴久 産業医科大学, 産業生態科学研究所, 助手 (10258626) ; 日下部 辰三 国士舘大学, 体育学部, 教授 (80117663)
• Keywords: 頚動脈小体 / 慢性低酸素 / 高二酸化炭素 / 順応 / 免疫組織化学 / 自立神経

Research Abstract

頚動脈小体はグロムス細胞(Type I cell)、支持細胞(Type II cell)、神経終末および毛細血管からなる器官で、脳に送られる動脈血の酸素分圧、二酸化炭素分圧およびpHを監視し、頚動脈洞神経を介して呼吸中枢にそれら情報を伝える役割を担う。本年度の研究では低酸素環境装置を用いて二酸化炭素分圧の三つの条件で10%低酸素状態(Hypocapnic, Isocapnic and Hypercapnic Hypoxia)に暴露したラットの頸動脈小体および中枢神経系において以下の事を調べ、各々の結果を得た。このことを基に低酸素環境への順応の過程で起こる血管の新生と拡張、および頚動脈小体グロムス細胞の肥大と数の増加がおこるメカニズムを明らかにすることを目的とした。
1)ラットにおいて3ヶ月に至るまでの期間、段階的に低酸素暴露を行い免疫組織化学的に解析した結果、動脈性化学受容器(頚動脈小体)は低酸素暴露期間が延びるに従って徐々に肥大し、暴露時間2ヶ月と3ヶ月間ではほぼ同じ大きさになることが明らかになった。
2)さらに、慢性的に各々片側の洞神経切除ラット、洞神経切除+交感神経節切除ラット、洞神経切除+交感神経節切除+迷走神経切除ラットを作成して、2ヶ月間の低酸素暴露を行い免疫組織化学的に解析した。その結果、頚動脈小体の臓器全体としての順応過程に自律神経系および頚動脈小体の支配神経はほとんど影響を及ぼさないことが明らかになった。
3)頚動脈小体が順応により十分に肥大する2ヶ月の過程において、二酸化炭素の三つの条件(Hypocapnic, Isocapnic and Hypercapnic Hypoxia)に対する中枢神経系の形態学的変化について、免疫組織化学的な検索の結果、頸動脈小体で見られる変化と同様な血管系の変化が起こることが明らかになった。
4)低酸素環境における順応過程で明らかになった上述の形態学的変化が、低酸素条件の影響を除いて二酸化炭素分圧の上昇(6%二酸化炭素)のみで起こるかどうかを明らかにする目的で、2ヶ月間Hypercapnic normoxia暴露して、頚動脈小体と中枢神経系の免疫組織化学的検索した結果、ほぼHypercapnic Hypoxia(10%酸素)の形態学的変化が見られた。

Research Products

• [Publications] Tatsumi Kusakabe: "Distribution of peptidergic nerve fibers in the rat carotid body after hypocapnic hypoxic exposure"The Japanese Journal of Physiology. Vol.52. 176 (2002)
• [Publications] Haruhisa Hirakawa: "Role of angiotensin II and NO in regulation of sympathetic outflow in conscious rabbits"The Japanese Journal of Physiology. Vol.52. 177 (2002)
• [Publications] Tatsumi Kusakabe: "Changes in the peptidergic innervation in the carotid body of rats chronically exposed to hypercapnic hypoxia : an effect of arterial CO_2 tension"Histology and Histopathology. Vol.17. 21-29 (2002)
• [Publications] Haruhisa Hirakawa: "Responses of autonomic cardiovascular systems induced by hypoxia : rebound phenomenon and species difference"Journal of UOEH. Vol.24 No.2. 117-129 (2002)
• [Publications] Yoshiaki Hayashida: "Electrical properties of chemoreceptor elements in the carotid body"Microscopy Reseach and Technique. Vol.59. 243-248 (2002)
• [Publications] Kazuo Ohtomo: "Immunohistochemical study of the carotid body during acute hypoxia"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2003)
• [Publications] Tatsumi Kusakabe: "Rat carotid bodies in systemic hypoxia"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2003)
• [Publications] Hideki Matsuda: "Nitric oxide and calcium binding protein in hypoxic rat carotid body"Advances in Experimental Medicine and Biology. (in press). (2003)