心筋アクチンミオシン・クロスブリッジのナノ挙動から見た心筋障害の病態生理学的解析

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17390231
• Research Institution: Nara Medical University
• Principal Investigator: 清水 壽一郎 奈良県立医科大学, 医学部, 助教授 (80294403)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶谷 文彦 川崎学園, 医療福祉大学・医療短期大学, 教授 (70029114) ; 八木 直人 (財)高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門II, 主席研究員 (80133940) ; 辻岡 克彦 川崎医科大学, 医学部, 教授 (30163801) ; 高木 都 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (00033358) ; 毛利 聡 岡山大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助手 (00294413)
• Keywords: SPring-8 / X線回折 / 心臓 / 左心室自由壁 / アクチン / ミオシン / クロスブリッジ / ラット

Research Abstract

心臓がその容積に応じて発生する圧・エネルギーが増大することは、Frank-Starlingの法則として知られている。その分子レベルのメカニズムとして、心筋線維の伸展に伴うカルシウム感受性増加および筋線維格子間隔の接近によるクロスブリッジ形成確率の増大が、乳頭筋や肉柱を用いた実験から示唆されている。また臓器レベルでの検討として、これまでにイヌ左心室圧容積データと、同時に記録した心筋細胞内カルシウム濃度データを用いたモデル解析を行ない、トロポニンのカルシウム感受性変化より、アクチン・ミオシンの結合に関する因子の方がFrank-Starlingの法則における基本的なメカニズムである可能性を示してきた。
そこで、本研究では大型放射光施設SPring-8でのX線回折実験により、心筋線維格子間隔と左心室容積の関係および臓器としてのクロスブリッジ形成・解離を貫壁性に統合的に解析し、正常心および病態心における左心室圧発生機構とその異常を明らかにする。
本年度は、まず正常心での解析を行った。ラット摘出ランゲンドルフ灌流心標本を用い、等容性収縮下に左心室圧・容積および心外膜直下心筋、深部心筋からのX線回折像を記録、解析した。その結果、筋線維格子間隔は深部心筋より心外膜下心筋で狭いことが明らかとなった。また、左心室容積の増大により筋線維格子間隔は、深部心筋、心外膜下心筋ともに更なる狭小化を示したが、心外膜下心筋の方が深部心筋より狭小化の程度が大きかった。
一方、心筋線維の伸展は、筋線維を活性化し収縮時間の延長をもたらすが、同じくX線回折像から解析したクロスブリッジの形成・解離過程は心外膜下心筋の方が深部心筋より延長しており、より筋繊維が活性化されていることが示唆された。以上の結果から、左心室容積の増大に伴う左心室圧発生過程において、心外膜下心筋と深部心筋はその寄与の程度が異なる可能性を示した。

Research Products

• [Journal Article] Iris movement mediates vascular apoptosis during rat pupillary membrane regression. (2006)
  • Author(s): Monzane Y, Mohri S, Kosaka J, Tone S, Kiyooka T, Miyasaka T, Shimizu J, Ogasawara Y, Shiraga F, Minatogawa Y, Sasaki J, Ohtsuki H, Kajiya F.
  • Journal Title: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 290・3 Pages: R819-R825
• [Journal Article] Celsior preserved cardiac mechanoenergetics better than popular solutions in canine hearts (2006)
  • Author(s): Oshima Y, Mohri S, Shimizu J, Iribe G, Imaoka T, Fujinaka W, Kiyooka T, Ishino K, Sano S, Kajiya F, Suga H.
  • Journal Title: Ann Thorac Surg 81・2 Pages: 658-664
• [Journal Article] Prediction of functional recovery of 60-minute warm ischemic hearts from asphyxiated canine non-heart-beating donors. (2006)
  • Author(s): Hirota M, Ishino K, Fukumasu I, Yoshida K, Mohri S, Shimizu J, Kajiya F, Sano S.
  • Journal Title: J Heart Lung Transplant 25・3 Pages: 339-344
• [Journal Article] Normal distribution of ventricular pressure-volume area of arrhythmic beats under atrial fibrillation in canine heart. (2005)
  • Author(s): Mohri S, Shimizu J, Iribe G, Ito H, Morita T, Yamaguchi H, Sano S, Kajiya F, Suga H.
  • Journal Title: Am J Physiol Heart Circ Physiol. 288・4 Pages: H1740-H1746
• [Journal Article] Regression of capillary network in atrophied soleus muscle induced by hindlimb unweighting. (2005)
  • Author(s): Fujino H, Kohzuki H, Takeda I, Kiyooka T, Miyasaka T, Mohri S, Shimizu J, Kajiya F.
  • Journal Title: J Appl Physiol. 98・4 Pages: 1407-1413
• [Journal Article] Variable Unstressed Volume Keeps Normal Distributions of Canine Left Ventricular Contractility and Total Mechanical Energy under Atrial Fibrillation. (2005)
  • Author(s): Mohri S, Shimizu J, Ito H, Yamaguchi H, Sano S, Takaki M, Suga H.
  • Journal Title: Jpn J Physiol. 55・5 Pages: 255-264