響 筋 与え 影 胸髄切 断 ト 筋 固定位置

金沢大 学十 全 医 学会 雑 誌 第9 6巻 第⁴ 号 7 7 3 ⁻78 7 く1 9抑

胸 髄 切断^と筋の 固 定 位 置が ラ ッ ト^ヒラメ 筋^に与 える影響

一 組 織 化 学 的 検 討 ^一

食 沢大学 医学 部整 形 外科 学 講 座 く主任^二野村 進教 授I

井 上 昭

く昭和^{6 2}年⁷ 月3¹日受 付1

7 73

神 経と筋の栄 養的な相 互 作^{用 が ど の よ}うな機序で行わ れ るのか はいま だ不 明な点が多^い． 筋の固定 位 置^に関す る研 究^によ る と， 筋の伸 張位では筋紡 錘の活 動^によ り脊 髄 反射が冗進す る た めに筋の活 動性が 高ま り筋は肥 大し， 短 縮 位で はこの反射が減少す る た め に萎 縮を生じ る も の と さ れ て^いる^． 本研 究で は胸 髄 切 断^によ り 上位 中枢か ら の神 経 支配を遮 断し， 後肢の脊髄 反射 径 路を温 存した ラット を作 製し， 筋の固 定 位置が錘 外 筋の組 織 化 学 的変 化に及ぼ す影響^{に つ い}て検索し た． ウィ スタ^ー 系 雌ラット を 正常 群と脊 損 群の 2 群^に分け， そ れ ぞ れ を左 足 関節 背 屈位 固定 群， 底 屈位 固定 群， 非 固定群と し た^{． ヒ}ラ メ筋は背屈 位 固定^では伸 張 位と な り， 底屈 位 固 定では短縮 位^{と な る．} 脊髄 切 断^によ り^二次^{ニ ュ ー ロ ン}の変 性を伴う^こと な く運 動神 経^の活 動性は低 下す る^． ま た， ヒラ メ筋運 動 神経の持 続 性 活動は短 絡 位によ り相 動性 活 動^に変 化す る が， 伸 張位で は筋紡 錘の活 動性 冗 進^によ り持続 性 活動^は増 加す る． 術 後1 遇^およ び 2 過日に ヒラ メ 筋を採 取し， ade n o sin etripho sphata s eくA T Pa s el 染 色を行った^． 正常 群で は， 短絡 位^によ り す^べての節 線 推タ イ プ の萎縮と タ イ プ 1 緑 綬の比 率の減 少を認め た が， 伸張 位で は タ イ プ 1線 推^は肥 大し筋線 経タ イ プの比 率は変 化し な かった． 脊 損群で は， 非 固定と短 縮位は す^べて の筋 線維タ イ プ の萎縮と タ イ プ 1 線推 の比 率の著 明な減 少を認め たの に対し， 伸 張位で は タ イ プ 1線 維の萎縮や筋 線 維タ イ プ の比 率の変化は軽 度であった． 以上 のこと か ら， 筋の活 動^パタ ^ー ンの変 動に よ り筋線 維タ イ プ^に変 化を生じ， 筋の活動の量

によ り筋線 維 横 断面 積に変 化を生じ る ものと考え ら れ る． ま た， タ イ プ 1線 維の組 織 化学 的特 性を維 持す る た め に は， 筋の持 続 性活 動が必要である と思わ れ た．

K ey ^{w o r}ds m u s c ula r atr oph_y，Spin aliz atio n，histo che mistry

骨格 筋萎 縮の研 究は古く¹彗 ^これ ま でにも組 織化 学 的 変 化^{輝 明}や 生化 学 的 変 化^{軒 湖}や電 気 生理学 的 変 化^{2刷 −1 3I}に つ いて種々の報 告が な さ れ ている． 最近で は， 筋 細胞 培 養^{1 4潤 に}よ る研究も お^こな わ れ る よう^に なって き た^． この よ う な種々の研 究^によ り骨 格 筋は 以 前に考え ら れ て^いた ほ ど静 的な組 織^では な く， 成熟 筋

において も， 絶えずその大き さ や性 質を 比較 的 速^い時 間で新し^い状 況に応じ て変 化さ せ ている^こと が判明し てき た⁹¹．

これ ら を調節^{し ている}因子 と し て は， 筋 細 胞 自身の 中に存在し て^いる自己の大き さ や性 質を制 御す る内因 性調節機 構^岬と神 経^{1 7}や ホ^{ル モ ン1郎}な どの外 因 性 調 節

機構が考え ら れ る． 特^に運 動神 経は そ^の電 気 的 活 動^湖 や軸 索 流^細を通じ て筋 肉に大き な影 響を与え て^いる が， 最 近の研 究で は逆^に筋の清 動性が運 動神経の性 質

を規 定し ていること も明ら かになってき た^抑．

つま り， 以前^のよ う^に神 経と筋と を別々にと ら え て いくの では な く， 神経と筋は相互に栄 養的な相互作 用 くtr ophic inte r a ctio nl を及ぼ し あっ て^いる と 理解さ れ る ようにな り， 神 経筋 運動 単 位 全体^の問題と し て筋 萎 縮を と ら え る よ うになって き た． しか し， こ の栄 養 的 な相互 作用 が ど の よ う な機 序で行わ れ るのか はいま だ 不 明な点が多^い． 神 経と筋の栄 養的な相互作 用を研 究 す る 上 で ^一番の問題 点は， 神 経 活動と筋 活 動と を完 全

A b br e viatio n s こA T Pa s e

，ade n o sin e t^ri_pho sphata s eニA H P，afte rh_{y p}e rp^ola riz atio nニR N A ，

ribo n u cleic a cid．

7 74

に分離す ること が極め て困 難な^ことであ る． 脱 神 経を 行^った場合^には， 筋^に対す る神経 活 動^の影響は な く な る が， 同 時^に筋 活動も低 下し て し ま う^． ま た， 関 節 固 定によ り筋を 不動化し た場 合^でも， 伸 張反射を介し た 神 経 活動の影 響は存 在す る もので あ る．

ところ で， 不 動化^によ る筋 萎 縮を 生 じ る場合^には固 定肢 位^にお け る筋の緊 張状 態^によ^って その萎縮の程 度

に違^いが あ る^{2 212 3Iこ}と が知ら れ て^おり， 筋の緊 張が筋 線 維タ イ プ の変化や栄 養^にとって重要な役 割を して い る も の と考え ら れ る^． しかし， 脱 神 経 筋萎 縮^では廃用 性筋 萎縮と異な り， 筋^の固定 位 置を種^{々 に}変 化さ せ て も節 線推タ イ プには ほ と ん ど変化を生じ な^{い こ}と が知 ら れ て^いる^細． そ^こで，胸 髄切 断^によ り^二次^{ニ ュ ー ロン} の変 性を伴う^こと な く後 肢を支配し て^いる運 動 神経^の 活 動性を低下さ せ た場合には廃用性 筋 萎縮や脱 神 経 筋 萎縮と異な る変 化を生じ るかど う^かを今回^の実 験^で検 討し た．

まず， 胸髄 切 断^によ り後 肢を支 配し て^いる神 経 筋 運 動単位の 上位 中枢か ら の神 経 支 配を遮 断し た． これに よ り随意 的神 経 痛 動は消 失し^{2 5I}， 脊 髄 前 角細 胞の変 性 を伴わず^に神 経 活 動を低下さ せ ること が で き る と考え

上

た． 次^に， 筋を伸 張位^およ び 短縮 位^に固定す ることに よ り神 経 筋運動 単 位^の活 動 性を変 化さ せ た． 筋を伸張 位^にす る^こと^によ り， 単な る機 械 的な張 力の増加と同 時^に筋 紡錘の活 動も高ま り， 脊髄反射を 介 して筋収縮 を発 生し， これ^によ^っても筋^に張力を 生 じ る と 思 わ れ る． その結果， 機 械 的 張力と筋 収縮^によ る張 力の両者

によ り筋の活動 性が高ま る ものと考え ら れ る^． 筋^の活 動 性が変 化す る^ことによ^っ て生じ た筋の生_理 学 的変 化を検 索す る手 段と し て は， 筋の収縮 特 性を良 好^に反映す る^こと が 知 ら れ^てい る ade n o sin e tri^． pho sphata s eくA T Pa s el 染 色^{2 612 7 1}を用い て検討 し た．な お， 対 象と す る筋 肉と し て は， 組 織化 学 的^に筋 線推^タ イ プ^の構 成が 明確^であ り， 個体 差が少ないと さ れて い

る^ヒラメ筋を 用^いた^．

材料およ び方 法 王^． 動 物

生 後8 適齢^のウイ スタ ^ー系雌ラッ ト を使用 し た． 実 験 途 中^に死 亡 し た例や脊 損によ り裾 創を生じた例や自 己共 食^{い に}よ り筋 肉^に損 傷を生じ た例を除き， 本実験 に用^いた ラット は脊 損群6 0 匹， 正常 群6 0 匹 で あ り，

くAI く即

F ig^．1^． T helefta nk lejoint w a sim m obiliz ed by thein s e rtio n of a K^．wir einto the c alc a n e u s a nd bo n e m a r r o w c a vit y of the d istal e nd oftib ia．

AI T heleft a nk lejoint w a sim m ob iliz ed in do r sifle xio n to ke ep the s ole u s m u s clein a

le ng the n ed po sitio n．

BJ T heleft a nk lejoint w a sim m obiliz ed in pla nta rfle xio n to ke ep the s ole u s m u s clein a Sho rte n ed p^{o s}itio n^．

胸 髄切 断と筋の位 置が筋与え る 影響の組 織 化学 的研 究

そ れ ぞ れ 2 0 匹 づ^つ足 関節 背 屈 位 固 定群， 底 屈 位 固定 群， 非 固定 群と し た^．

王工． 足関 節 固定 方法

ベ ントパ ルビ タ^{ー ル}ナ ト リ ウムくネンブ タ^ー ル_，大日 本製薬1 腹 腔 内投 与く^{4 0 m} gノkgI^によ る全 身 麻酔 下^に左 下肢^に直 径0^．8 m m の キル シ ュナ ^ー鋼 線を踵 骨^{よ り} 脛骨ま で 1 本 刺入 す る^ことによ り足 関 節を固 定し た く図¹う． ヒラ^メ筋は月井骨 頭^に起 始し， ア キ^レス腱を介 し て踵骨^に付 着して いる 1 関節 筋で あ る の で， 足 関節 背屈 位 固定で は^ヒラメ筋は伸 張 位^に固定さ れ， 底 屈位 固定で は短縮 位^に固定さ れ る^． 筋 肉採 取 時^に鋼 線^の位 置を確認し た が， 鋼 線は骨外^に迷入 し て お らず， 筋 肉 な ど^の周 囲組 織^には損 傷は み ら れ な かった．

m ^． 脊髄切断 方法

同様^にラット を麻 酔し， 顕 微 鏡下^に第6胸 椎に対し て椎 弓部 分切除術を施 行^し， 第7 ^へ 8胸 髄^{レ ベ ル}で脊 髄を^マイ ク^ロ手術用 メ^スく^フタ^バ替刃 メ^ス No．1 1 1うを 用^{い て}完全^に横切断し， 切断部^{に カ ー}ゼ を挿入 し た．

なお_， 筋 肉採 取 時^に脊 髄が完 全^に切 断^{さ れて いるこ}と を確認し た．

脊髄 切 断^によ り ラット は術 直後よ り両下 肢 麻痔と な り排尿 障害を生じ た． 1 2時間 毎^{にクレ ー デ}法^にて 用手 的^に排尿 さ せ る と と も^に， 尿路 感 染を防 ぐた めに硫 酸 アミカ^{シ ン}く万有 製 薬1 を 5 mgノkg 皮 下 注し た． ま た，

裾創を防ぐ た め^に飼育用 ケ ^ー ジの中敷きくお が くず1を 厚く し4 日毎^に交 換し， 皮 膚を清潔に保^{つ こ}とに努め た^．脊損ラット は前 肢^にて移 動す ること が可 能で あ り，

水分や食餌を摂 取す る^こと が出来た．術 後1 0 日目 頃よ り癌性 勝胱^{と な り}， 反射 的^に排 尿が認め ら れ る よ うに なり， 下肢への痛み刺 激^に対して下肢 伸 展 反 射が出現 したので， こ の時 期を痙 性 出現 時 期と考え た． ま た，

全経過観 察 期 間を通じて_， 両下肢^には随 意 運 動は認め ら れ なか った^．

な お，脊 損^ラッ ト^の生存 率は術 後1週 目が約8 5％^で あり， 術 後2過 日が約8 0％で あ^った． 死 亡原 因は術後

1 ^へ2 日目^では脊 損^によ る呼吸 不全が 大部 分を占め，

術後1週以降は尿 路感 染 症^によ る も^のが多^かっ た．

N ^． 組 織化学 的検 索

経 時 的に術 後1遇^およ び 2 週 目^にべ ント^パルビ タ^ー ルナ ト リ ウム腹 腔 内麻 酔 下^に左下肢よ り^ヒラ^メ筋を採 取し， た だ ち^に液体 窒 素に て冷 却し た アセトン で急速

に凍結 固定し， ク リ オスタット^にて厚さ 8 ルm の凍 結 切 片を作 製し た^． 連 続 切 片^に対して種々 の pH に お い て _myo sin A T Pa s e 染 色くpH 9．4，4．6，4．31 を施 行し た 個2 う．タ イ プ1 線維は_p王i 9．4 では中 等度に染ま り，

pH 4−6 や 4．3では濃 染す る．タ イ プ 2 A 線推は_pH 9 A では濃 染す る が，pB 4．6 や⁴．3 では染ま ら な^い．タ イ プ

77 5

2 C線 推は_pH 9．4 では漉 染す る が， pH 4^，6 で は中 等 度に染ま り， pH 4．3 で は淡 染す る． この ように pH に よって各 筋線 維の染色 性が異な るの で何 組^{か の}組織 写 真を用いて判 定す る^ことによ り， 筋 緑綬のタ イ プ分類 が可能で ある^{2の 叩}

筋線 維は各^ヒラ メ筋につき筋の横 断組織 切 片^{よ り}無 作為に2 ケ所を写真 撮 影し， 各^々，10 0 本づつ合計2 0 0 本の筋 線維^を数え た． 個 体ご とに各筋 線維タ イ プ^の比 率を計 算し， 更に各 群ご と に平 均 値を算 出し た． ま た，

各筋 線推の横 断面 横を C O S M O Z O N EくN i ko nlにて測 定し， 各 群^{ご とに}筋線 推タ イ プ別に平均 値を算 出す る と と も に度 数分 布 曲線を作 製し た． な お， 度数 分布 曲 線は各 群^{に つ}き 1 個 体2 0 0本づつ合 計1 0個 体の総 和

である 2 0 0 0 本の筋線 推^の測定 値を も とにし て作 製し た．

な お， 脊 損 群で はs n ake c oil や ta rgetfi be r や ta rgetoidノc o r efibe r等の種々の変性 線推^{312 81 叫}が散 見 さ れ た が， 本 実験 日 的に必 要性が少な^いと考え今回 は 測定よ り除 外し た，

V ． 統 計 的処理

得ら れ た値は すべて平均値士標 準誤 差で表した． 体重 の変 化 量と各筋 線 推タ イ プ^の出 現率お よ び筋線 推横 断 面 稽の比 較には Du n c a n

，

s m ulti_ple r a ngete st にて検 定し， p値が 0．01 未 満の場 合を有 意 差 あり と判 定し

た^．

成 練

工． 体重^の変 化

今回 用いた生 後8 適 齢の ラット は成 長 期^に相 当し，

平均 体 重は 1 8 4．6 士1．6^旬2 0 4．5士2．9g で あ り，体 重は 経 時的^に増 加し たく表1う．

体 重^の増 加 率は 正常群^では術 後2 週目^に非 固 定が 20^．3士 1^．5％で あ る のに対し て，関節 固定で は伸 張 位が 1 4．6士1．3％^で短 縮 位が 1 5^．0士2^．0％_{で あ り}，非 固 定 例

に比^べて関 節 固定 例での体重増 加率は有意に少なか っ

たくp く0^．0 1I． これ は固定によ り全 身^の運 動^に制 限が 加わっ た た め と 思 わ れ た． 脊 損 群では術 後¹過 日^に固 定 方 法の有 無にか か わ らず正常群^の非 固定^に比^べる と 非 固定^で9^．1 士 1．7％， 伸張 位で 1 1．4士2．1％そ し て短 縮 位で8．2士1．3％の体 重 減 少を認め たくp く0^．旺． こ れ は脊 髄切断^によ り全 身状 態^の悪化を生じ た た め と推 定さ れ る． 術 後2週 目でも体重 は術 前^{よ り も}低値^であ る が， 1週 目よ り は増 加しており， 徐々に全 身状 態は 改善し て^いた^． し か し， 体 重の増 加率は 正常 群の半 分 以下であり， 脊髄 損 傷がかな り影 響し て^いる ものと 思 わ れ た． なお_， 脊 嶺 群^では関節 固定^の有 無^によ り体 重 の変 化率が異な る^こと は なかっ た．

F ig^．2． Cr o s s s e ctio n s ofs ole u s m u s cle． A T Pa s e stain． X2 25^． AI A T Pa s e staiⁿ p^{r e}in c ubated at pH 4^．6^．

BI ^{A T Pa s e stain} p^{r e}in c ubated at pH 9^．4^．

1，t y p^e l fibe ri a，t y p^e 2 A fibe ri C，t y p^e 2 C fibe r．

Tab lel^． C ha ng^e of body w eigh ^ts

G^{r o u}p Befo r e くgl A f^{te r}くgl D iffe r e n c eく％I

ニニ

ニニ

三さ

三 喜 子 ^{三 重} 三 三

三

^三

ミ

ニ

三

三 三三 三 ^幸 三 モ 三 三キ

ミ^一三三^一三二三^ニー

ー ー

三 三

三 三モ ミ 三モ

字

把 憲

n O

憲 琵 三 三 三

壬 喜 喜 三 喜 喜 喜 三 誓 書 喜 喜 三 塁 喜 三 三 三 ^三 喜 三 重 重 言 三 呂

Ea ch valu eis e xpr e s s ed a s m e a n士S^．E⁻ Te n a nim als w e r e u s ed in e a ch _gr o up^． ホ

，S ignific a nt diffe r e n c e s betw e e n n o n−^{im m obiliz ed a nd le ng the n ed o r sho rte n ed，Pく0．01．} T，S ignific a nt diffe r e n c e s bet_{w e e n} n o r m ala nd spin aliz ed， pく0^．01−

胸髄切断と筋の位 置が筋 与え る 影響^の組 織 化 学的研 究 77 7

I^工． 筋 線維 タ イ プ^の比率 齢の ラット は成 長 期^に相 当し， 正常 群の非 固定は1週 成熟ラットヒラメ筋は遅筋であ り， タ イ プ 1 線推を 目^では タ イ プ1線 維が 7 3^．0士0^．9％， タイ プ 2 A 線 維 多く含んで いるく図 3J． 今回の実験で 用^いた 生後8 過 が 21．2士0^．5％， タ イ プ 2 C 線 推が 5^．9士0^．9％であっ

Fi_g．3^． Cr o s s s e ctio n of s ole u s m u s cle s． A T Pa s e stain pr ein c ubated at pH 4^．6^{． X}22 5^． AI Sole u s of a n o n n a1 9⁻W e ek⁻01 d r at． BI No r m al s ole u s I w e ek afte rle ng the ning^． CI

No r mal s ole u s I w e ek afte r sho rte niⁿg^． DI Sole u s of a n o r mal 1 0⁻W e ek^．01 d r at． EI No r mal s ole u s2 w e eks afte rle ng the ning^． FI No r m al s ole u s 2 w e eks afte r sho rt_{e n}ing^．

7 7 8 井 上

たのが， 2過 日で は タ イ プ 1線 維が 8 0．9 士 2．5％， タ イ A 線 維の減 少を み たく表2I．

プ 2 A 線 維が 1 3^．2 士2^．3％， タ イ プ 2 C 線 推が 6^．0 士 術後1週 目で は 正常群も脊 損群も固定 方 法_{に か かわ} 0^．7％であり，経 時 的^にタ イ プ 1 線維の増 加と タ イ プ 2 らず 各タ イ プの比率^には有 意 差を認め な^かった． 術後

GI Sole u s I w e ek aft_{e r} spin aliz atio n

T 印 Sole u s I w e ek afte r spin aliz atio n a nd le ng the ning^． IISole u sIw e ek afte r spinal iz atio n a nd sho rte ning^． JISole u s2 w e eks afte r spin aliz atio n． KISole u s2 w e eks afte r spin aliz atio n a nd le ng the ning⁻ LISole u s2 w e eks afte r spin aliz atio n a nd sho rte ning^．