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循環動態制御部

部の業績
2013年業績

2013年の業績

研究活動の概要

循環動態制御部の研究基本理念は、統合的な枠組みによる循環器系の生理的・病態生理的な機能の解明である。生体システムの統合された複雑な状態での重要な特性の解明をめざして以下の方針で研究を構築している。循環動態制御部の研究分野の２つの柱は、「循環器系そのものの力学特性の解明」と「循環調節特性の解明」であり、両分野について基礎研究、応用研究および臨床に資する医療機器としての実用化の各階層にわたる研究を展開している（図）。特に、その結果としての最終目標として急性および慢性心不全の診断・治療の革新をめざした研究に焦点を当てている。さらに心不全の主たる死因である致死性不整脈の克服をめざし、基盤技術として心臓シミュレータ、臨床展開として超ICDを開発している。

本年度、特に注力した研究分野は、1. 包括的な循環器系(心臓・血管)特性解析(心不全の自動診断)に関する研究（図では「低侵襲モニタの開発」）、2. 慢性心不全治療のための循環系の神経性・体液性の制御の基礎研究（図では「循環調節特性の解明」）、3. 循環バイオニック医学：循環系の制御機構への介入による慢性心不全治療の開発（図では「循環バイオニック研究」）、4. 超ＩＣＤプロジェクト（図では「超ICDの開発」）の４つである。さらに超ＩＣＤプロジェクトに関連して、5. 臨床に直結した研究としては、心磁図を用いた致死性不整脈の詳細な時空間的機序解明を、6. 心臓シミュレータの開発に関する研究としては、超ＩＣＤの電極配置と通電波形の最適化を行った。

以下に各項目について、その意義を記し、次項に本年度の成果の概要を列挙する。

  1. 包括的な循環器系(心臓・血管)特性解析(心不全の自動診断)に関する研究：

    2. 心不全などの循環管理では心臓・血管の特性を定量的に把握する必要があり、これが臨床的に可能となれば、急性心不全の自動診断・自動治療が可能となる。そのためには心拍出量・左心房圧の測定は欠かせないが、肺動脈カテーテルによる測定は侵襲が大きく有害事象をもたらして予後を改善していない。正確であるが低侵襲な心拍出量や左心房圧の連続モニタが臨床的に求められており、そのために新しい機器の開発に取り組んでいる。

  2. 慢性心不全治療のための循環系の神経性・体液性の制御の基礎研究：

    3. 循環器疾患では心臓や血管系自体の異常に加え、これらの恒常性を維持する制御機構にも破綻をきたしている。このような病態を理解するために、循環制御系がどのような原理で心臓や血管系を制御しているのかを解明する研究を行っている。循環器疾患の新しい診断・治療法（腎神経焼灼術や頚動脈神経刺激治療）の開発に資するため、病態や治療法による循環調節機構の変調についても検討している。

  3. 循環バイオニック医学：循環系の制御機構への介入による慢性心不全治療の開発：

    4. 生体の循環調節機構に外部より介入することにより、生体自身の調節を超える制御が可能であり、各種循環器疾患の予後を改善できることが明らかとなった。この原理（循環バイオニック医学）をもとにした治療法の開発を推進している。特に、迷走神経の電気刺激や薬物による刺激により重症慢性心不全の予後が改善することが明らかになったが、迷走神経刺激による心保護の機序解明、最適な刺激条件の研究、新たな迷走刺激薬の検索と開発、心筋再生の効果増強に関する研究を行っている。虚血再潅流の早期の迷走神経刺激による梗塞の縮小にも取り組んでいる。

  4. 超ＩＣＤプロジェクト：

    5. 従来の植込み型除細動装置（ICD）の限界を克服する新しい独自機能を搭載し、国際競争力のある新しい植込み型治療機器を国内で製品化するための研究を継続している。試作機の大幅な小型化と低消費電力化に成功し、既存機器と同様の使い勝手ながら、独自機能により低電力除細動、正確な早期診断、心機能モニタを可能としている。

  5. 臨床に直結した研究：

    6. 国立循環器病研究センターは多くの重症心不全患者、低心機能の虚血患者、特殊な不整脈患者を診療している。この特徴を最大限に生かし、循環器疾患の診断、病態、治療に密接に関連した研究を行っている。特にわが国で２ヶ所にのみ設置されている心磁図を用いて、従来の心電図では不可能であった心筋内興奮の３次元時空間的な推移を可視化することができるようになった。突然死・致死的不整脈を生じる臨床上重要な種々の心疾患における不整脈発生の機序解明に大きく寄与している。患者ごとの差異より治療法の適応決定にも利用可能となっている。

  6. 心臓シミュレータの開発に関する研究：

    7. ミクロからマクロまでの多階層の生理現象を統合した心臓シミュレータを開発し、仮想のヒト心臓をコンピュータ上に再現することにより、新たな医療や創薬に役立てるための研究を行っている。シミュレータの精度は、除細動実験など生体では困難な繰り返し実験を、バーチャル実験として代替できる精度に達している。実際にシミュレータで求めた最適な除細動電極の配置や通電波形を動物実験で検証し、シミュレータがこのような治療機器の開発に役立つことを実証している。

2013年の主な研究成果

  1. 包括的な循環器系(心臓・血管)特性解析(心不全の自動診断)に関する研究：

    2. 低侵襲血行動態連続モニタに関し、低侵襲心拍出量連続モニタ法の臨床適用可能性評価、低侵襲心拍出量連続モニタ・システムに用いる特殊ドプラー・プローブの開発、低侵襲な左心房圧のモニタ方法の開発、無侵襲血圧連続モニタ・システムの開発の研究を行った。

  2. 慢性心不全治療のための循環系の神経性・体液性の制御の基礎研究：

    3. 薬物や治療による循環調節の変調に関し、メデトミジンの心臓選択的迷走神経賦活化作用の検証、迷走神経賦活化におけるメデトミジンと交感神経求心路との相互作用、慢性心不全における動脈圧反射末梢弓の静特性の変化、腎臓特異的な遺伝学的交感神経操作の開発と高血圧発症の証明の研究を行った。

  3. 循環バイオニック医学：循環系の制御機構への介入による慢性心不全治療の開発：

    4. 循環系の制御機構への介入による慢性心不全治療の開発に関して、迷走神経刺激による生体内在性再生能力の賦活化及び新規心血管再生治療法の開発、ドネペジルの中枢投与による心筋梗塞後重症心不全ラットにおける心機能改善作用、心不全ラットにおける水代謝病態解明及び飲水行動制御による治療効果の検討を行った。また、圧反射活性化治療に関して、無髄C線維を除神経したラットにおける動脈圧反射求心路刺激実験を実施した。

  4. 超ＩＣＤプロジェクト：

    5. 独自機能に関し、低エネルギー除細動のための最適電極配置・通電波形に関する実験的検討、超ICDにおける不整脈の高精度・高速診断アルゴリズムの開発を行った。既存機器相当の使い勝手を確保するために、植込み型治療機器のシステム設計および試作、低侵襲植え込み技術の開発の研究を実施した。

  5. 臨床に直結した研究：

    6. 心磁図による不整脈の機序解明と診断精度向上に関し、心磁解析を用いた不整脈源性右室心筋症患者の致死的心室性不整脈イベントの予測、心磁解析による心室再同期療法（CRT）の効果と長期予後の予測の研究を実施した。

  6. 心臓シミュレータの開発に関する研究：

    7. 心臓シミュレータ上でのバーチャル実験を繰り返すプロトコルを実行し、コンピュータ･シミュレーションによる最適な電極配置・通電波形の設計に関する研究を実施した。

研究業績

  1. Kawada T, Akiyama T, Shimizu S, Kamiya A, Uemura K, Turner MJ, Shirai M and Sugimachi M. Sympathetic afferent stimulation inhibits central vagal activation induced by intravenous medetomidine in rats. ACTA PHYSIOLOGICA. 209,55-61,2013.
  2. Kawada T, Li M, Shimizu S, Kamiya A, Uemura K, Turner MJ, Mizuno M and Sugimachi M. High-frequency dominant depression of peripheral vagal control of heart rate in rats with chronic heart failure. ACTA PHYSIOLOGICA. 207,494-502,2013.
  3. Uemura K, Kawada T, Inagaki M and Sugimachi M. A Minimally Invasive Monitoring System of Cardiac Output Using Aortic Flow Velocity and Peripheral Arterial Pressure Profile. ANESTHESIA AND ANALGESIA. 116,1006-1017,2013.
  4. Zhan DY, Du CK, Akiyama T, Sonobe T, Tsuchimochi H, Shimizu S, Kawada T and Shirai M. In vivo monitoring of acetylcholine release from cardiac vagal nerve endings in anesthetized mice. AUTONOMIC NEUROSCIENCE-BASIC & CLINICAL. 176,91-94,2013.
  5. Kawada T, Li M, Zheng C, Shimizu S, Kamiya A, Turner MJ and Sugimachi M. Effects of Chronic Vagal Stimulation on Open-loop Baroreflex Function in Heart Failure Rats. CIRCULATION. 128, ,2013.
  6. Li M, Zheng C, Kawada T, Inagaki M, Uemura K and Sugimachi M. Central Administration of Donepezil Prevents Progression of Cardiac Remodeling in Rats After Extensive Myocardial Infarction. CIRCULATION. 128, ,2013.
  7. Li M, Zheng C, Kawada T, Inagaki M, Uemura K, Shishido T and Sugimachi M. Donepezil markedly improves long-term survival in rats with chronic heart failure after extensive myocardial infarction. CIRCULATION JOURNAL. 77,2519-2525,2013.
  8. Takahama H, Takaki H, Sata Y, Sakane K, Ino Y, Noguchi T, Goto Y and Sugimachi M. Exercise-Induced ST Elevation in Patients With Non-Ischemic Dilated Cardiomyopathy and Narrow QRS Complexes - Novel Predictor of Long-Term Prognosis From Exercise Testing. CIRCULATION JOURNAL. 77,1033-1039,2013.
  9. Kawada T, Yamamoto H, Shimizu S, Turner MJ and Sugimachi M. Effects of L-type Ca(2+) channel blocker nifedipine on dynamic arterial blood pressure control. CONF PROC IEEE ENG MED BIOL SOC 2013. ,3805-3808,2013.
  10. Turner MJ, Kawada T and Sugimachi M. Differential dynamic control of cardiac and splanchnic sympathetic nerve activity by the arterial baroreflex. CONF PROC IEEE ENG MED BIOL SOC 2013. ,3809-3812,2013.
  11. Uemura K, Kawada T, Zheng C, Li M, Shishido T and Sugimachi M, Myocardial performance index is sensitive to changes in cardiac contractility, but is also affected by vascular load condition, CONF PROC IEEE ENG MED BIOL SOC 2013. ,695-698,2013.
  12. Zheng C, Li M, Kawada T, Uemura K, Inagaki M and Sugimachi M. An intelligent flow control system for long term fluid restriction in small animals. CONF PROC IEEE ENG MED BIOL SOC 2013. ,4533-4536,2013.
  13. Abe M, Yoshizawa M, Sugai T, Homma N, Sugita N, Shimizu K, Goto M, Inagaki M and Sugimachi M. Improving the Detection Algorithm for Life-Threatening Arrhythmias: Implementation in Implantable Cardioverter-Defibrillators. ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN. 96,1-8,2013.
  14. Iwakami N, Aiba T, Kamakura S, Takaki H, Nakajima I, Miyamoto K, Okamura H, Noda T, Shimizu W and Sugimachi M. Noninvasive evaluation of benign or malignant early repolarization pattern using high resolution magnetocardiography. EUROPEAN HEART JOURNAL. 34,1034,2013.
  15. Kimura K, Takaki H, Yamada Y, Noda T, Satomi K, Aiba T, Kamakura S, Yasuda S, Shimizu W and Sugimachi M. Magnetocardiographic analysis predicts future lethal arrhythmic events in patients with arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy. EUROPEAN HEART JOURNAL. 34,912,2013.
  16. Nakashima T, Takaki H, Usami S, Yamada Y, Okamura H, Aiba T, Yasuda S, Kamakura S, Shimizu W and Sugimachi M. Multi-directional ventricular conduction on magnetocardiography predicts poor prognosis after CRT implantation. EUROPEAN HEART JOURNAL. 34,347,2013.
  17. Shimizu S, Akiyama T, Kawada T, Sata Y, Shishido T, Kamiya A and Sugimachi M. Medetomidine can selectively activate cardiac vagal nerve without vagal activation in gastrointestinal tract. EUROPEAN HEART JOURNAL. 34,108-109,2013.
  18. Shimizu S, Shishido T, Kawada T, Kamiya A and Sugimachi M. Biventricular repair with atrial fenestration adds little advantage to the postoperative haemodynamics in borderline candidates compared to the one and a half ventricle repair. EUROPEAN HEART JOURNAL. 34,369,2013.
  19. Uemura K, Kawada T and Sugimachi M. A novel minimally-invasive technique to predict pulmonary capillary wedge pressure utilizing jugular venous pressure and the tissue Doppler tricuspid/mitral annular velocities. EUROPEAN HEART JOURNAL. 34,130,2013.
  20. Sugimachi M, Kawada T, Li M, Zheng C and Shimizu S. A New Upstream Treatment of Heart Failure by Stimulating Vagal Activity. JOURNAL OF CARDIAC FAILURE. 19,S126,2013.
  21. Kawada T, Shimizu S, Kamiya A, Li M, Turner MJ and Sugimachi M. Stimulation Frequency Dependence of Dynamic Vagal Control of Heart Rate in Rats. JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES. 63,S124,2013.
  22. Shimizu S, Kawada T, Akiyama T, Kamiya A, Shirai M and Sugimachi M. alpha(2A) Adrenergic Agonist, Guanfacine, Can Activate Cardiac Vagal Nerve Without Sympathetic Over-suppression. JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES. 63,S180,2013.
  23. Kamakura T, Kawata H, Nakajima I, Yamada Y, Miyamoto K, Okamura H, Noda T, Satomi K, Aiba T, Takaki H, Aihara N, Kamakura S, Kimura T and Shimizu W. Significance of Non-Type 1 Anterior Early Repolarization in Patients With Inferolateral Early Repolarization Syndrome. JOURNAL OF THE AMERICAN COLLEGE OF CARDIOLOGY. 62,1610-1618,2013.
  24. Yamamoto H, Kawada T, Shimizu S, Kamiya A, Miyazaki S and Sugimachi M. Effects of cilnidipine on sympathetic outflow and sympathetic arterial pressure and heart rate regulations in rats. LIFE SCIENCES. 92,1202-1207,2013.
  25. 川田 徹, 杉町 勝. 圧受容器反射. Clinical Neuroscience.31,924-926,2013.
  26. 高木 洋. 狭心症、運動負荷心電図を考える. レジデントノート. 15,50-59,2013.
  27. 杉町 勝. 調圧反射刺激はなぜ有効か. 血圧. 20,562-566,2013.

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最終更新日：2021年10月01日

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