2020 Fiscal Year Annual Research Report
Central mechanisms for the functional recovery of peripheral neuropathy and the application of rTMS
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19H03974
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
梁 楠 京都大学, 医学研究科, 准教授 (70512515)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 真 広島大学, 医系科学研究科(保), 教授 (50435690)
伊藤 明良 京都大学, 医学研究科, 助教 (50762134)
青山 朋樹 京都大学, 医学研究科, 教授 (90378886)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 反復経頭蓋磁気刺激法 / 中枢神経系 / リハビリテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，反復経頭蓋磁気刺激法(rTMS)を用いて実験動物(ラット)を対象に主に2つの実験プロトコルを実施した．1つ目は，ラットの大脳皮質運動野，あるいは脊髄を刺激することによって，中枢神経系の興奮性変化および心拍数や血圧などの循環応答について調べた．ラット(N=6)麻酔下，単発TMSを用いてラットの上腕二頭筋を支配する大脳皮質運動野領域，あるいは脊髄髄節レベルを同定した後，10 Hz, 20 HzのrTMSを1秒，3秒間与えた．針筋電図を用いて上腕二頭筋で運動誘発電位(MEP)を導出すると同時に，総頚動脈からカテーテルを挿入し動脈血圧を計測し，また心電図を計測し心拍数を計算した．結果として，刺激強度に依存して心拍数および平均血圧の減少がみられたが，心拍数の変化は10bpm以下，血圧の変化は10mmHg以下であった．
2つ目は，ラット坐骨神経損傷(断裂)モデルを作成し(N=8)，その後4週間にわたって末梢筋・神経に対してrTMSを実施する群(N=4，5回/週)とコントロール群(N=4)を設けて，神経筋接合部(NMJ)におけるアセチルコリン受容体の形態について組織学的に検討した．末梢筋・神経刺激に対して心拍数や動脈血圧は中枢神経刺激時と同様にやや減少する傾向にあった．ラット安楽死後に灌流固定を行った上で前脛骨筋を採取し，長軸方向に薄切し，300μmごとに凍結切片(厚さ20μm)を作成し，alpha-bungarotoxinに1時間インキュベートした．凍結切片を染色し，焦点レーザ走査型顕微鏡を用いて観察した結果，NMJの数は非介入群(N=2)に比べて，磁気刺激群，コントロール群はともに増加傾向にあった．一方，NMJの形態について，非介入群に比べて，磁気刺激群とコントロール群はpretzel型は減少し，intermediate型とplaque型は増加する傾向にあった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，反復経頭蓋磁気刺激装置のパラメータの設定および末梢神経損傷モデルの作製を行った．ラット用刺激コイルの特性上，刺激回数や刺激頻度が増加するとコイルが熱くなり過ぎて刺激が止まってしまうことがあるため，刺激パラメータについて試行錯誤し，効果を検出できるパラメータについて設定することができた．それらを用いて，大脳皮質運動野，脊髄，末梢筋・神経に対するrTMSの効果について検討し，刺激部位の同定，再現性，及び刺激に対する循環応答を明らかにすることができた．さらに，末梢筋・神経への4週間にわたる磁気刺激の介入を行い，NMJにおけるアセチルコリン受容体の形態について組織学的に検討することができた．NMJの数および形態について，非介入群と比べて変化している傾向にあったが，磁気刺激群とコントロール群では有意差がみられなかった．まだ症例数を増やす必要があるが，上記の内容により研究はおおむね順調に進められていると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は，大脳皮質へのrTMSが運動野および脊髄の興奮性への影響を調べると同時に，心拍数や血圧などの循環応答についても検討した．さらに，末梢神経損傷モデルを作製し，4週間にわたる末梢への刺激介入を試みたが，磁気刺激による効果はほとんどない結果となった．まだ症例数が少ないため，今後は症例を増やしつつ末梢における磁気刺激の効果がないことを確認するとともに，脊髄あるいは大脳皮質へのrTMSが中枢神経系の興奮性，末梢神経系の興奮性，さらに末梢神経損傷モデルに与える影響を明らかにする．
そのため，対側大脳皮質運動野に対して低頻度刺激あるいは高頻度刺激を与え，それが大脳皮質と脊髄に与える影響について単発TMSによって誘発されるMEP，あるいは末梢神経刺激によって誘発されるM波，H波，F波などを用いて，皮質脊髄路および脊髄α運動ニューロンプールの興奮性を明らかにする．また，対側大脳皮質運動野だけではなく，同側大脳皮質運動野を同定した上で刺激を行い，その効果の違いについて検討する．さらに，従来のrTMSでは介入時間が比較的長いため，新しいrTMSの方法について検討する余地がある．具体的には，50Hzの3連発磁気刺激を用いるシーターバースト法(theta burst stimulation, TBS)について，intermittentTBS (iTBS)とcontinuousTBS(cTBS)はそれぞれ大脳皮質へ一時的な促通と抑制効果を及ぼすことが知られており，介入時間は従来の1/4以下である．それらの方法を用いて，刺激に対する心拍数や血圧などの循環応答，大脳皮質への刺激効果を確認するとともに，脊髄および末梢筋・神経への適応について検討する予定である．
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