鶏腫動脈管の微細構造 第二報 動脈管 の閉鎖

弘 前 医 学 4 4:31 ‑4 4 ,1 9 9 2

鶏腫動脈管の微細構造

第二報 動脈管 の閉鎖

高

橋 7亡

抄録 貯卵 1 8 日目か ら筋化後1 6 日までのニ ワ トリ ( 白色 レグホン)の動脈管,大動脈及 び肺動脈 を光学お よび電 子顕微鏡的に観察 し,動脈管の閉鏡過程 を検討 した.筋化時 には,発生学的 に第 6 鮭弓動脈 に由来する近位 ( 肺 動脈側)半分 の動脈管の管腔 はその良 く発達 した中膜平滑筋細胞 の収縮 によ り著明 に狭細 とな り,高い円柱状 の 内皮細胞が管腔内に突出する.筋化後 1 日で は,内皮細胞 は互いに密着 して,内弾性板 で囲 まれた円柱状 の内皮 細胞塊 を形成 し管腔 は完全 に閉錦 する.管腔閉鎖 に際 し,内皮細胞 の増加,内膜 の増殖やムコイ ド物質の蓄積 は な く,血栓形成 もない.中腰 ( 殊 にその内層)の平滑筋細胞 は収縮 してその長軸 を減 じ,核 は著明 に不規則 とな り,筋細糸束の de ns ebody は増加す る.極度の収縮状態 にある平滑筋細胞 の表面 には筋細糸 を含 まない細胞質 突起が膨 出す る.発生学的 に背側大動脈 に由来する遠位 ( 大動脈側)半分 の動脈管 の管腔 は筋化後数 日で も閉鏡 せず大動脈側 に向かって漏斗状 に開存 している.貯化前か ら既 に増殖 し始 めた中腰外層の未分化 な平滑筋細胞 や 外膜 の間葉性細胞 は著明 に増殖 して ( 筋)線維芽細胞様 の細胞 に分化 し,細胞外線維成分や基質 を形成 し,動脈 管 は次第 に結合組織性 の動脈管索 に退化す る.動脈管壁 には筋化前 に も筋化後 にも神経線維や栄養血管 は分布 し ていない.

弘前医学 4 4:31 ‑4 4 ,1 9 9 2 Ke ywor ds:duc t usar t e r i os us obl i t e r at i on

c hi ck e l e c t r onmi c r os c opy

FI NESTRUCTUREOFTHEDUCTUSARTERI OSUSOFTHECHI CK 2 . 0b l i t e y l at i o no f t he D uc t u sA7 1 e r i o s u s

GEN TAKAHASHI

Abs t r ac t Theduc t iar t e r i os ioft hec hi c k we r ei nve s t i gat e dby l i ghtande l e c t r onm i c r o s c opyw it h par t i c ul arat t e nt i ont ot heut r as t r uc t ur alal t e r at i onsoft h ' educ t alwal ldur i nganda f t e rha t c hi n g. Dur i n g ha t c hi ng,t heduc t all ume no ft hepr oxi malhal fo ft heduc t usa r t e r i o s use mbr yol o gl C al l yde r i ve df r om t he s i xt hao r t i car c hbe c ome smar ke dl yna r r owe dbyv igor o usc ont r a c t i ono ft heme di als moot hmus cl ec e l l s , andt al lc ol umnare ndo t he l i alc e l l sar epr o t r ude di nt ot hel ume n.Atdayoneaf t e rhat c hi ng, t hee ndot he l i al c e l l sar ec l os e l ypac ke dwi t hl o s soft hepol ar i t ya ndt r a ns f or m i nt ot hes ol i dc e l lc or ds ur r ounde dby i nt e male l as t i cl a mi nar e s ul t i ngl nC Ompl e t eo c c l us i o noft hel ume n. The r ei snomas s i vea c c umul at i onof t hee xt r ac e l l ul armat r i xo rmuc oi ds ubs t anc ei nt hei nt i ma. Theduc t all ume noft hedi s t alhal foft he duc t usar t e r i os use mbr yol o gl C al l yde r i ve df r om t hedor s alaor t ar e mai nspat e ntf ors e ve r aldaysa f t e r hat c hi ng. Thec ont r ac t e ds moot hmus c l ec e l l swi t hmar ke di nde nt at i onoft henuc l e ii nt het uni c ame di a , par t i c ul a r l yi nt hei nne rz one,ar es ho r t e ne di nt he i rl ongi t udi nalaxi s . De ns ebodi e s( f us i f or m de ns i t i e s ) Orat t ac hme ntpl aque sar ei nc r e as e di nnumbe ramongbundl e so fmyo f il ame nt so ral on gt hepl as ma me mbr a ne , r e s pe c t i ve l y. Nume r ousc y t opl as mi cpr oc e s s e sde voi do fmyo f il ame nt sar epr ot r ud e df r omt he s ur f ac eoft hee xt r e me l yc ont r ac t e ds moo t hmus c l ec e l l s . I mma t ur es moot hmus c l ec e l l si nt heout e rz one o ft het uni c ame di aandme s e nc hymalc e l l si nt het uni c aadve nt i t i a,whi c hbe gi nt opr ol i f e r at ebe f o r e hat c hi ng,pr ol i f e r at emar ke dl ydur i nga nda f t e rhat c hi ng. The ypr oduc eal a r geamountoft hee xt r a c e ト 1 ul ar丘br ousc onne c t i vet i s s ue si nt heduc t alwal l . Ne i t he rne r ve丘be rnorvas ava s or um ar edi s t r i but e di n t heduc t alwal l .I nc o nc l us i on, t hec o nt r ac t i onoft heme di als moot hmus c ul at ur ei st hepr l mar yme c ha ni s m l e a di ngt ot hei ni t i alf unc t i onalc l os ur eo ft heduc t usar t e r i os usf ol l owe dbyt heanat omi c alc l os ur eby pr ol i f e r a t i ona ndac c umul at i o noft hee xt r ac e l l ul armat r i xi nt heduc t alwal l .

Hi r os akiMe d.J.4 4:31 ‑4 4 ,1 9 9 2 弘前大学医学部第二解剖学教室 ( 主任 加地 隆教

授)

平成 4 年 2 月2 5 日受付

TheSe c ond De par t me nto fAnat omy,Hi r o s aki Uni ve r s i t ySc hoolofMe di c i ne( Di r e c t or:Pr of .T.

KAC H I ) ,Hi r os aki ,J apan

Re c e i ve df o rpubl i c at i on,Fe br uar y2 5,1 9 9 2

3 2 高 橋

は じ め に

晴乳類 や鳥類 の動脈管 は第 6 鯉 弓動脈 とし て発生 し,出生 ( 貯化)前 は肺動脈 の血流の 大部分 を大動脈 へ導 く短絡路 として機能 し, 出生 ( 筋化)後 は閉鎖 して動脈管索 に退化す る.

鳥類 の大動脈 弓 ば生理的 に右側大動脈 弓で あ り,その動脈管 の走行が著 し く長 く筋化 ま で左右 2 本共 に存続 して肺動脈‑大動脈 の短

1 )

絡路 として機能 している.ニ ワ トリの動脈管 は発生学的にその近位 ( 肺動脈側)の半分の みが第 6 鯉 弓動脈 に由来 し遠位 ( 大動脈側) の半分 は背側大動脈 に由来 す る とされ てお り,前者 は壁 の薄い筋性動脈 に分化 し後者 は 2 , 3 ) 大動脈 と同 じ弾性型動脈 に分化す る.ニ ワ ト リの動脈管 には神経線維や栄養血管が分布 し

3 )

てお らず, その壁構造 も晴乳類 のそれ よ りか な り単純 なので動脈管閉鎖 の基本 的機構 の研 究 には興味 ある実験材料である.

著者 は動脈管が閉鎖す る機構 に関す る研究 の一端 として,貯卵 4 日か ら 2 1 日までのニ ワ トリ歴 における動脈管,大動脈 と肺動脈 を組 織学的に概観 し動脈管 の組織発生 を電子顕微 4 ) 鏡的 に詳細 に検討 して報告 した.

本論文で はニ ワ トリの動脈管 の閉鎖過程 を 組織学的 に観察 し,特 に筋化前後 に於 ける動 脈管壁 の微細構造上 の変化 について電子顕微 鏡的 に詳細 に検討 した結果 を報告する.

研 究 方 法

貯卵 1 8 日 ,1 9 日 ,2 0 日 ,2 1 日 ( 筋化直前), 筋化中,筋化直後,筋化後 2 4 時間, 2 日, 4

冒, 8日,お よび1 6 日の白色 レグホンを使用 した. 一光学顕微鏡的観察 には前報で記載 した 方法 と同様 に中性 ホルマ リン , s us a 液 ,Boui n 液 な どで固定 し,パ ラフィン包埋 の連続切片

を作製 し,各種 の染色 ( H. E 染色, PAS 染 色, アルデ ヒ ド‑フクシン染色, We i ge r t 弾 性線維染色, Mal l or y‑ az an 染色) を施 した.

電子顕微鏡的観察 には前報 と同様 にグルタル

J ul y,1 99 2 Hi r os akiMed.J.4 4 ( 1‑ 2)

アルデ ヒ ド ーOs O4 ( Mi l l oni g リン酸緩衝液) による二重固定 を行 った.貯卵 1 9 日か ら醇化 後 2 日までの動脈管 は実体顕微鏡下 に慎重 に 開胸 して動脈管 の太 さや血流の状態 を観察 し なが ら心臓側 あるい は大動脈側か ら出来 るだ け速 やかに注意深 く還流圧 を調節 しなが らグ ル タル アル デ ヒ ド固定液 を還 流 して固定 し た.二重固定後 には型 の如 くエポン 81 2 に包埋 鉛の二重染色 を施 し, 日立 HU‑ 1 1 A 特型電 子顕微鏡 によ り加速電圧 75kV で直接倍率 2, 0 0 0 ‑3 0, 0 0 0 倍で撮影 した.また電子顕微鏡 用 にエポン包埋 した 1/ J切片 を各種 の染色 を 施 し光顕的 に観察 した.

結 果

動脈管の閉鎖 に際 し最 も早期 に管腔 の狭窄 を来 し機能的閉鎖 を起 こすのはその近位 ( 肺 動脈側)半分の部分である.開胸 して実体顕 微鏡下 に動脈管 の太 さや血流の状態 を観察 し

て見 る と,貯卵 1 9 日あるい は 2 0 日まで は動脈 管 の血流の太 さは左右共 にその全長 にわた り ほぼ一様 であるが,醇化 中か ら近位部 だけの 血流が狭細化 し始 める.迷走神経 か ら分枝 し た左右の反回神経が動脈管 と肺動脈 の分岐部 に密着 して これ を前か ら後 ろに反回 している が,動脈管 は反回神経 との密着部位 ( 分岐部 の直下)か ら急激 にその血流が狭細化 してお り遠位 ほ ど次第 に太 くな り,動脈管の中央で はその遠位半分 とほぼ同 じ太 さとなる.膨化 後 1日で は近位部の管腔 は完全 に閉鎖 して血 流が途絶 えて しまうが,遠位半分 の管腔 は筋 化後 3 日で も閉鎖せず大動脈 に対 して漏斗状 に開 口してお り,完全 に閉鎖す るのは醇化 6

‑ 7日後 である.以下主 として近位半分の動 脈管の閉鎖過程 について述べ る.

筋化直前 あるいは筋化 中の近位部 の動脈管

を組織学的 に観察す る と,狭細化 した管腔 内

面 を被 う内皮細胞 は中腰平滑筋 の収縮 により

管腔内に突出 し, さらに互 いに重 な り合 う結

果,不規則 な細 い裂隙状 の管腔 を残すのみ と

平成 4 年 7 月 弘前医学 4 4 巻 1･2 号

図 1 筋化中の閉鎖直前の左動脈管の近位約 1 / 6 の 横 断面 の光顕像. 内皮細胞 は細 長 く円柱状 に変形 し互 いに重 な り合 って管腔 内 に突 出 し,残存管腔 ( 矢印)は不規則 な裂 隙状 に狭 細化 している.内膜 の増殖や血栓形成 は見 ら れない. Epon 包埋,中性 トルイ ジンブル ー染色 ×1, 0 0 0

なる( 図 1) .電顕的に も高 い円柱状 に変形 し た内皮細胞 は外側細胞膜 を互 いに近接 させて 管腔 内に突出す る.内皮細胞 の頂部 には核が, 基底部 にはライ ソゾームな どの細胞小器官が 偏在 す る( 図 2 ) .筋化後約 1 日で中膜平滑筋 の収縮 によ り内皮細胞 は寄せ集 め られて互 い に密着 し,内弾性板で囲 まれた円柱状 ( 切片 で は島状)の細胞塊 を形成 し, これ によって 管腔 は完全 に閉鎖 され る( 図 3) .管腔 の閉鎖 に際 し,内皮細胞 の増殖 は認 め られず,有糸 分裂像 も観察 されない. この内皮細胞塊 を形 成 す る内皮細胞 には管腔 の閉鎖前 に比べて数 的増加 はないので閉鎖前 の内皮細胞が受動的 に寄せ集 め られた もの と考 えられ る.やがて これ らの内皮細胞 には,脂肪滴,空腔,サイ トリゾーム ( 自己食胞)が出現 し,細胞質 の

鶏腔動脈管の微細構造 第二報 3 3

部分的融解,濃縮,核 の pyknos i s が見 られ, 細胞 の変性過程が開始す る( 図 3) .内皮細胞 塊 の中央部 の内皮細胞 は管腔側,外側 と基底

0 側 と言 う極性 を失 い互 いに 1 0 0‑30 0A の間 隔 をへだてて接す るが t i ghtj unc t i on な どの j unc t i onalcompl e x の発達 は著明で はない.

やや開大 した内皮細胞間隙 には中等度 の電子 密度 を もつ無定形 の濃縮 した血祭様物質 を入 れているが, 内皮細胞塊 の中に赤血球 な どの 血球成分が取 り込 まれ る事 はない. 内皮細胞 塊 の最周辺 の内皮細胞 は多数 の細胞質突起 を 内弾性板 内に突出 させ る一方,最 内層 の平滑 筋細胞 も多数 の細胞質突起 を内弾性板 内を貫 いて内皮細胞塊側 に突出 させて互いに密接 し てお り,時 に細 く伸展 した平滑筋細胞 の胞体 自身が内弾性板 を貫 く場合 もある( 図 3) .閉 鎖前 には比較的粗 な構造 を有 していた内皮下 腔 は,強 く屈 曲,蛇行 した内弾性板 や内皮細 胞 と平滑筋細胞 の細胞質突起 によ りほ とん ど 完全 に占め られ,閉鎖前 の電子密度 の低 い粗 な無定形物質 を入れた細胞間隙 は完全 に消失 す る.

近位半分 の動脈管 の閉鎖 に際 し内膜 の肥厚 や ム､ コイ ド物 質 の沈 着 あ るい は " i nt i mal c us hi on" や血栓 の形成 は観察 されない.

中膜 の と くに内層の平滑筋細胞 は極度 の収 縮状態 を呈 してお り, その長軸 を減 じ,筋細 糸 の de ns e body が増 加 し細 胞 表 面 の at t a c hme ntpl aque も著明 とな り ( 図 4 ) , こ れ に伴 って核 は変形 して不規則 な輪郭 を呈

し, ゴル ジ装置や粗面小胞体等 の細胞 内小器 官 は主 として核周囲部 の一個所 に集合 す る傾 向があ り,細胞表面 は不規則 な凹凸 を示す.

動脈管 の閉鎖以前 には平滑筋細胞 の細胞質 全体 にかな り豊富 に散在 していたグ リコーゲ ン頼粒 は,平滑筋 の収縮 に伴 って急激 に減少 し,筋化後 1日で はご く稀 にしか観察 されな い ( 図 5).

中腰 内層の平滑筋細胞 はその収縮 によ り,

互 いに重 な り合 って s i de‑ by‑ s i de に接触 し,

その結果細 胞 間結合組 織 層 は極 度 に薄 くな

34 高 橋 J ul y,1 99 2 Hi r os akiMed.∫.44 ( 1 ‑ 2)

図 2 図 1 と同 じ部位 の内皮細胞 の電顕像.細長 く円柱形 に変形 した内皮細胞 は外側細胞膜 を互 いに近接 させて管腔 ( Lu)に突出 している.核 は細胞基底部 か ら管腔側 に偏位 してい る.

ウラン,鉛二重染色 ×1 5, 0 00 図 3 筋化後 2 4 時間の左動脈管の近位約 1 / 6 の横 断面 の光顕像. 中膜 内層 の平滑筋 の収縮 に よ り

内皮細胞 はよせ集 め られて, 円柱状 ( 横断面 で は島状)の細胞塊 ( End) を形成 し,管腔 は 完全 に閉鎖 されている. 中膜外層の小型平滑筋細胞 ( 筋線維芽細胞 ) と外膜 の線維芽細胞 の増殖や細胞 外結合組織線維 の増殖が見 られ る.

Epon包埋, メチ レンブルーアズ‑ル I l染色 ×4 00

平成 4 年 7 月

弘前医学 4 4 巻 1･2 号 鶏歴動脈管 の微細構造 第二報 3 5

図 4 図 3 と同 じ部位 の内皮細胞塊 と内弾性板 ( EL)を示す. 内皮細胞 に は,脂肪滴 ( F) ,空胞 やサ イ トリゾーム ( Cy)が出現 し,細胞 の変性過程 が始 まってい る. 内皮細胞 は互 いに密 に接触 し合 い,狭 い細胞 間隙 を除 いて もはや管腔 は存在 しない.最周辺部 の内皮細胞 と最 内側 の平滑筋細胞 の突起 ( Sm) は, 内弾性板 を貫 いて互 いに接 してい る ( 矢印) .

鉛単染色 ×1 9, 0 0 0

3 6 高 橋 J ul y,1 9 9 2 Hi r os akiMe d.J.4 4 ( 1 1 2 )

図 5 図 3 と同 じ箇所 の中膜 内層 の平滑筋細胞.平滑筋細胞 は極度 に収縮 し,互 いに s l i di ng し

て密接す る. de ns ebody ( f us i f or m de ns i t y)

at t ac hme ntpl aque が著明であ る ( 矢

印). グ リコーゲ ン頼粒 はほ とん ど完全 に消失 してい る. 鉛単染色 ×41, 0 0 0

平成 4 年 7 月 弘前 医学 4 4 巻 1･2 号

り,中膜 内層 は輪状 の平滑筋細胞塊 を形成す る.中膜平滑筋 の収縮 による管腔 の狭細,閉 鎖 に伴 い管壁 は相対的 にその厚 さを増すのみ な らず,中膜外層の未分化 な平滑筋細胞 や外 膜 の間葉性細胞 ( 線維芽細胞)の増殖 による 細胞外結合組織 の増加 によって もその厚 さを 増す.外膜 の間葉性細胞 と同様 に中膜外層の 未分化 な小型の平滑筋細胞 や粗面小胞体 の発 達 した筋線維芽細胞 は管腔閉鏡以前か ら既 に 増殖 を開始 しているが,管腔閉鎖以後 には更 に増殖 し続 け結合組織線維や基質 を分泌 して 動脈管 の動脈管索への転化 を進 める.図 6 に 示す細胞 は中膜最外層 にみ られた未熟 な平滑 筋細胞 であるが,筋細糸 は痕跡的 にしか発達 してお らず外側核膜 か ら粗面小胞体が発達 し つつあ り,線維芽細胞 への分化傾 向を示 して い る.外膜 の間葉性細胞 にはなお未分化の ま まに とどまってい る細胞 もあるが ( 図 9 ) ,吹 第 に粗面小胞体 が発達 し( 図1 0) ,細胞質全体 に層状 に配列 して明 らか に線維芽細胞 として の形態 を示す ようにな り,周囲 に腰原線維 の 新生 を行 う ( 図11 ) .

貯化後 1日目か ら中膜 内層の良 く分化 した 平滑筋細胞 や外層の平滑筋細胞 ( 筋線維芽細 胞) には自家食胞 ( サイ トリゾーム)が出現 し始 め,粗面小胞体, ミトコン ドリアや無定 形物質 を取 り込 んでいる( 図 8) . これ らのサ イ トリゾームが時間 と共 に増加す るのに伴 っ て平滑筋細胞 は萎縮性 にな り変性過程が始 ま る.

貯化後約 1週間で,内皮細胞 や中膜 内層の 平滑筋 はほ とん ど完全 に変性 し, その後 中膜 外層や外膜 には弾性線維や腰原線維 の増生が さらに著明 とな り次第 に結合組織性 の動脈管 索へ と転化 して行 く.

動脈管 の組織発生や閉鏡過程及び動脈管索 への転化過程 に於 いて左右 の動脈管 の間 に微 細構造上 の相違 はな く,時間的なずれ も殆 ど 無 いが,動脈管索への転化 は右動脈管が左動 脈管 よ り若干早 く進行す る.

動脈管 の閉鏡前お よび閉鏡後 において も,

鶏歴 動脈 管 の微細構 造 第二報 37 近位半分 の動脈管壁 内には神経終末 はもち ろ ん神経束 も観察 されず, また栄養血管 も見出 されない.

考 察

動脈管開存症 は出生後 に動脈管が閉鎖せず 左 ( 大動脈)か ら右 ( 肺動脈)への短絡 を来 す頻度 の高い大血管 の奇形であ り,一方動脈 管 に よ る短 絡 が循 環 動 態 に とっ て必 要 な duc t us ‑ de pe nde nt な心奇形 において もしば しばその動脈管が閉鎖す ることがある.従 っ て動脈管が閉鎖す る機構 に関 して は古 くか ら 形態学的方法や生理学的方法 によ り実験的及 び臨床的な多 くの研究が成 されてお り,縦隔 や迷走神経等 の周囲器官 による圧迫, 内膜 の

5 )

弁様構造 による血流停止,栄養血管 の変化 に 6 ) よる壁 の壊死,括約 筋様 の中膜 平 滑筋 の収 7 ) 蘇,内膜増殖等の出生前 に設定 された管壁 自 8 ) 体 の形 態変 化等 多 くの説 が唱 え られ て きた が,特 に中膜平滑筋 の収縮 と内膜増殖が重要 視 されている.

著者 は先 にニ ワ トリ歴 の動脈管 の組織発生 4 ) について報告 し,本研究で は筋化直前か ら筋 化後 の動脈管 の閉鏡過程 について検討 したの で以下動脈管閉鎖 の形態学的所見 について若 干の考察 を加 えることとす る.

1)管腔閉鎖 に伴 う中膜 の変化 について

動脈管の近位半分 は既 に貯卵 1 4 ‑1 5日目に

は大型 の中膜平滑筋細胞 の良 く発達 した筋性

動脈 としての構造 を有 してお り,以後筋化直

前 までその構築 に著明な変化 はない.筋化 中

の肺呼吸の開始 と共 に動脈管 の血流が細 くな

り始 め,貯化後約 1日で は中膜 ( 殊 にその内

層の)平滑筋細胞 は括約筋様 に強 く収縮 し,

管腔 は完全 に閉鏡 してい る.平滑筋細胞 はそ

の長軸 を減 じ,筋細糸 の走 向が乱 れ, de ns e

body ( f us i f or m de ns i t y) の数 を増 し,細胞

質全体 にかな り豊富 に散在 していたグ リコー

ゲ ン頼粒 も恐 ら く平滑筋 の能動的収縮 のエネ

ルギー源 として分解,消費 されて急激 に減少

3 8 高 橋 J ul y,1 9 9 2 Hi r os akiMe d. J .4 4 ( 11 2)

図 6 図 1 と同 じ箇所 の中膜外層 の未熟 な平滑筋細胞 ( 筋線維芽細胞 ).筋細 糸 は極 く痕跡的で, 外側核膜 か ら粗面小胞体 が発達 しつつある ( 矢印). ウラン,鉛二重染色 ×1 3, 0 0 0 図 7 図 6 の拡大像.筋細 糸 ,de ns ebody ( f us i f om de ns i t y) が明 らかであ る.

ウラン,鉛二重染色 ×3 6, 0 0 0 図 8 図 3と同 じ箇所 の中膜外層 の平滑筋細胞,多数 のサ イ トリゾームが出現 してい る.

鉛単染色 ×27, 0 0 0

平成 4 年 7 月

弘前 医学 4 4 巻 l ･2 号 鶏歴 動脈 管 の微細構 造 第二報

図 9 貯卵 1 8 日目の近位 約 1 / 6 の左 動脈 管 の外膜 に散 在 す る未分化 間葉性細 胞 . 細胞 体 は小型 で細 胞 内小器 官 に乏 し く,粗 面小胞体 の発 達 は悪 い. 鉛 単染色 ×2 3, 0 0 0 図 1 0 図 9 と同 じ部位 の外膜 の未分化 間葉性細胞 .細胞体 は末 だ小型 だが細胞 質 内 に は粗 面小胞

体 が発達 しつ つ あ る. 鉛 単染色 ×2 3, 0 0 0 図 1 1 図 9 と同 じ部位 の外膜 に増 殖 した線 維芽細胞 .核 も細 胞体 も大型 にな り,細 胞 内小器 官 が

豊富 で良 く発達 した層状 の粗 面小胞体 や Gol gi 装置 を有 して い る.

鉛 単染色 ×1 9, 0 0 0

3 9

40 高 橋

す る.

中膜 内層の平滑筋細胞 は筋化後 に増殖す る ことはな く,筋化後約 1週間で内皮細胞 と共 に変性,萎縮す ることか ら,中膜 内層の平滑 筋 細 胞 の機 能 は専 ら最 初 の管 腔 閉 鎮 即 ち f unc t i onalcl os ur e であると考 えられ る.中 膜外層の未熟 な平滑筋細胞や粗面小胞体 の良 く発達 した平滑筋細胞 ( 筋芽細胞) は管腔閉 鎮以前か ら増殖 し始 め,閉鎖後 には外膜 の線 維芽細胞 と共 に旺盛 な線維性結合組織 ( 豊富 な弾性線維 を含 む腰原線維束 と無定形基質) の新生 を行 うことか ら,中膜外層の平滑筋細 胞 の機 能 は主 と して管 腔 の不 可 逆 的 閉 鎮 anat omi c alcl os ur e である と考 えられ る.

2 )動脈管 の中膜平滑筋細胞 の発生 とその 意義 について

1 2 ‑1 5 ) 2 ‑4 )

晴乳類 や鳥類 の動脈管 に共通 した構造上 の 特徴 は動脈管が良 く発達 した中膜平滑筋 を有 す る筋性動脈 であると言 う点であ り, その機 能的な特徴 もこの中膜平滑筋 に対す る最 も有 効 な生理的刺激が血 中の酸素分圧 の上昇であ 9 , 1 6 , 1 7 ) る と言 う点である.晴乳類 で は出生後最初 に 起 こる動脈管 の f unc t i onalcl os ur e が中膜平 滑筋 の収縮 に起 因す ることは確立 された事実 であ り,出生前の動脈管壁 の緊張性 はプロス タグランジン E

や プロスタグランジン

な どの生理活性 リン脂質 によって調節 されてい

1 8 , 1 9 )

ることが明 らか にされ,出生後 の動脈管閉鏡 に もこれ らの生理活性 リン脂質が関与 してい

2 0 ) ることが示唆 されている.

2 1 )

最近 LEONARD と M ooR E は大動脈 や肺動 脈が弾性型動脈 に分化す るのに対 し, これ に 連続す る動脈管が筋性動脈 に分化す る理 由に ついて一つの仮説 を提唱 した.彼 らはヒ ト胎 児 を連続切片 の立体構築法 によ り検討 し,発 生 の初期 か ら左迷走神経 と反回神経が動脈管 と密接 な局所解剖学的関係 な有 してお り, こ れ らの神経線維が動脈管 の発生期間中 これ を 機械 的 に支持 していることが動脈管が筋性動 脈 に分化す る理 由であろうと推論 した.鯉 弓

Jul y,1 992 Hi r os akiMed.J.44 ( ト2)

動脈 である動脈管が鯉 弓神経である迷走神経 と密接 な関係 な有 してい るの は当然であ り, ニ ワ トリにおいて も著 し く長 い走行 を とる左 右 の動脈管 は肺動脈 か らの分岐点で迷走神経 と反回神経 に密着 し, その局所解剖学的関係 は発生早期か らヒ トの場合 と同様 である. し か し筋性動脈 に分化す る部分 は神経線維 との 密着部 のみに限局せず,近位半分 にまで及 ん 4 ) でい る.従 って,神経線維 による機械 的支持 に よ り動脈 管 が筋性 動脈 に分化 す る とす る LEONARD と M ooRE の仮説 は当を得ていな い と考 えられ る.

2 2 )

LE LI EVRE らはニ ワ トリ歴 とウズ ラ腰 間 の移植実験 によ り,全 ての鯉 弓動脈 由来 の大 血管 の中膜平滑筋細胞 は菱脳領域 の神経堤細 胞 に起源 してお り,内皮細胞 のみが中腰葉起 源であることを証明 した.動脈管が筋性動脈 に分化す る理 由は不明であるが,動脈管 の中 膜平滑筋細胞 に分化す る神経堤細胞 にすでに 遺伝的にプログラム されてい るのかあるい は 神経堤か ら動脈管 までの移動 ( 遊走)過程で 平滑筋細胞 への分化が方向ず けられ るのか も 知れない.

動脈管 の閉鎖過程 と大動脈縮窄症 との関係 は既 に 1 9 世紀中 ごろ Cr ai gi e によ り示唆 され てお り ,Skoda も動脈管 の特殊組織が動脈管 付着部付近 の大動脈 にまで波及 した ことが大 動脈縮窄症 の原因であ ろうとの仮説 を提唱 し 2 3 ) た ( Skodai ct heor 2 4 ) y) .

最近 Ho らは大動脈縮 窄症 ( pr e duc t al

t ype) の多 くの例 を組織学的 に検索 し,大動

脈 の動脈管付着部 に大動脈 の組織 とは異 なる

特異 な異状 の組織が存在す ること, この組織

は弾性線維 の少 ない筋性動脈 の中膜 に類似 し

た平滑筋か ら成 り動脈管 の中膜組織 に連続 し

てい ることを示 し, この異状 の平滑筋組織が

動脈管 の閉鎖 の際 にその中膜平滑筋 と同様 に

収縮 す ることによ り大動脈が狭窄 され ること

が大動脈縮窄症 ( pr e duc t alt 2 ype) 5 ) の成因であ

ろうと推論 した. GI LLMAN らは動物実験 によ

り,多 くの動物種 ( 犬 は例外 として) に於い

平成 4 年 7 月 弘前医学 4 4 巻 1･2 号

て 新 生 児 期 の 大 動 脈 の pr e duc t al ar ea がその動物 の動脈管 と同様 に酸素分圧 の上昇 に反応 して収縮 し大動脈が狭窄 を起 こし大動 脈縮窄症 と類似 した形態 を取 ることを示 し, 大 動脈 の動脈 管付着部 の付 近 に " oxyge n‑

s e ns i t i ve t i s s ue" が存在す ると主張 した.

GI LLMAN らの この実験 には " oxyge n‑ s e ns i ‑ t i vet i s s ue" の形態学裏付 けはないに して も 大動脈縮窄症 の成因 を動脈管 の閉鎖過程が大 動脈 にまで波及 した もの とす る Skoda の古 典的学説 に一 つの基礎 を与 えた もの と思われ 2 6 ) る.河西 は多数の ヒ トの大動脈 弓の奇形 の報 告例 を系統的 に検討 し,大動脈 の左鎖骨下動 脈 の起始部 と動脈管の開口部 の間すなわち胎 生期 には " I s t hmusaor t ae" と呼 ばれ る部分 に一致 して " de ve l opme nt alwe akpoi nt " が 存在 し,多 くの大動脈 弓の奇形 はこの部分 の 狭窄‑閉鎖一離断 と言 う一連 の変化 に基因す ることを明 らかにし, その際動脈管 の とる態 度が重要な意義 を有す ることを指摘 した.河 西の " de vel opme nt alweakpoi nt " とは位置 的 に正 に Hoらの異状 の動脈管組織 の存在す る大動脈 の動脈管付着部であ り ,GI LLMAN の oxygen‑ s ens i t i ve t i s s ue の 存 在 す る pr e duc t alar ea に一致す る部分である.

3 )管腔閉鎖 に伴 う内膜 の変化 について 筋化後約 1日で近位半分 の動脈管の内皮細 胞 は密 につ まった円柱状 の内皮細胞塊 を形成 し,横断切片像 で は内弾性板 で囲 まれた島状 に観察 され る.閉鎖前 には電子密度 の低 い無 定形物質 を含 む内皮下腔 の粒 な細胞間隙 は殆 ど消失 し,最内側 の平滑筋細胞 ( の突起) と 最外側 の内皮細胞 ( の突起) は内弾性板 を介

して, あるい はこれ を貫 いて互 いに密 に結合 し,是 に よって管腔 は完全 に閉鎖 され る. Z ) HARM S は著者 と同様 にニ ワ トリの動脈管 の 閉鎖過程 を光学顕微鏡的 に検索 し, この内皮 細胞塊 を内皮細胞 の増殖 に因 るもの としてい るが,実際 には動脈管 の閉鎖後 に内皮細胞 の 数的増加 はな く有糸分裂像 も観察 されない.

鶏腔動脈管 の微細構造 第二報 4 1 従 って この内皮細胞塊 は細胞増殖 によるもの で はな く,中膜平滑筋 の収縮 によ り全 く受動 的に寄せ集 め られた もの と考 えられ る. これ らの内皮細胞 には次第 に浮腫,空胞形成,脂 肪滴の出現, 自己食胞 の増加等の変性過程が 進行 し, 筋化後 1週間で はほ とん ど全 て変性, 萎縮す る.

晴乳類 の壁 の厚 い動脈管の閉鎖 には内膜増 8 ) 殖 を伴 う事 は古 くか ら知 られ てい る. _{1 4 )} Toda

らの ヒ トの動脈管の電子顕微鏡的観察 によれ ば,胎齢 1 5 週 には既 に活発 な内膜 の肥厚が生 じ,次第 に増強 して出生後 に最 も著明 にな り 2 7 , 2 8 ) 管腔 閉鎖 に寄 与 す る.DEREEDER らによれ

ば,イヌの動脈管 の閉鎖 には中膜平滑筋 の収 縮 の他 に内膜増殖が必要であ り,多量 の ヒア ル ロ ン酸 を 含 む 拡 大 し た 内 皮 下 腔 即 ち

" i nt i malc us hi on" の形成 は正常 な発生学的 過程 として出生以前か ら生 じてお り,遺伝 的 欠陥 による動脈管開存症 のイヌの系統で はこ の i nt i malcus hi on の形成障害 によ り内膜増 殖が起 こらず動脈管開存 を来す と言 う.前述 の如 くニ ワ トリの動脈管の閉鎖過程 に内膜 の 増殖性変化 ( 内皮細胞 の剥離や増殖 ,i nt i mal c us hi on の形成や内膜下平滑筋 の増殖や結合 組織 の増生)が積極的 に関与す ることはな く,

この点が ヒチやイヌ等の晴乳類 との際立 った 相違である.

4 )管腔閉鎖 に伴 う外膜 の変化 について 内皮細胞 や中膜 内層の平滑筋 は筋化後約 1 週間でほ とん ど完全 に変性 して消失す るのに 反 して,外膜 の未分化間葉性細胞 は管腔閉鎖 の間際か ら増殖 し次第 に粗面小胞体 な どの細 胞 内小器 官 が発 達 して線維芽細 胞 へ と分化 し,閉鎖前か ら存在 していた外膜 の分化 した 線維芽細胞や中膜外層の平滑筋細胞 ( 筋線維 芽細胞) と共 に旺盛 な結合組織線維の新生 を 行 う. この結合組織 の増殖 によ り,動脈管 の 不可逆的な " anat omi c alcl os ur e" の過程が 促進 され次第 に線維性 の動脈 管 索 へ転 化 す

る.

4 2 高 橋

5 )管腔閉鎖 の時期 について

ヒ トをも含 めて晴乳類 で は,動脈管閉鏡, 殊 にその "f unct i onalcl os ur e" の時期 に関 し て多 くの臨床的,実験的研究 の報告があるが, 出生前後 の動脈管 は各種 の非特異的刺激 に反 応 して収縮 し得 るために,組織標本作製 のた めの最初 の固定操作 の際 に動脈管が収縮 し管 腔 が人 工 的 に狭 窄 し易 い の で この "f unc‑

t i onalcl os ur e" の時期 に対応 す る正確 な組織 構造 を把握す ることは困難であった.最近, 2 9 , 3 0 ) HoRNBLAD らは whol ebodyf r eezi ng 法 ( 港 体窒素や ドライアイスで冷却 したイ ソペ ンタ ンに浸漬 して急激 に凍結固定 す る方法) によ り小捕乳動物 の人工的な収縮 の伴 なわない動 脈管や大動脈 の組織像 を得 ることに成功 し,

" f unct i onalcl os ur e" 時の動脈管 の管腔 の狭 窄率,環境温度 の及 ぼす影響,動物種 による 狭窄率や形態の違 い,胎児期 の動脈管壁 の構 成や各種 の実験的処置 のお よぼす影響 を検討

した.

鳥類 で は,醇化前数 日か らすでにわずかな が ら呼吸運動 を開始 してお り,貯化 とともに 漸次肺呼吸が強 くなるために,晴乳類 に於 け る出生時の胎盤循環 の停止 と肺循環 の開始 に 対応す る " cr i t i cal " な･ 時期 は明瞭で はな く, その動脈管の閉鎖 も比較的 に漸進的であ ろう と考 えられ る.

今 回の実験で は固定操作時の動脈 管壁 の人 工的な収縮 を出来 るだけ避 けるために実体顕 微鏡下 に慎重 に開胸 して動脈管 の太 さや血流 の状態 を観察 しなが ら心臓側 あるいは大動脈 側か ら注意深 くグルタルアルデ ヒ ド固定液 に よ り還流固定 を行 ったが,得 られた組織像 ( 特 に図 1‑ 6) に示 された管腔狭窄の程度,中 膜平滑筋 の収縮状態,内皮細胞 や平滑筋細胞 の微細構造が固定時の生 きた実際の状態 に対 応 す る像 を忠実 に示 している と言 う保障 はな い.従 って,動脈管 の正確 な " f unct i onalcl o‑

s ur e" の時期 を決定 しなが らそれ に対応 す る 構造 を光学顕微鏡 レベルで観察す るためには

J ul y,1 9 9 2 Hi r os akiMe d.∫.4 4( 卜2 )

2 9 , 3 0 )

whol ebody f r eezi ng 法 による物理的固定法 が必要であるし,化学固定剤 による人工像が な く生 きた状態 に近 い平滑筋細胞 な どの微細 構造 を電子顕微鏡 レベルで観察す るためには 急速凍結 ( 置換)固定法 を用 いた試料作製法 が必要である.

ま と め

ニ ワ トリの動脈管壁 には神経終末や栄養血 管が存在 しない こと,第 6 鯉 弓動脈 に由来す る近位半分 の動脈管壁 の構造 は発生初期 か ら 肺動脈 のそれ とは異 な り筋性動脈 に分化 しそ の中膜平滑筋が筋化約 1 週間前か らすでに著 し く発達 していること,膨化時 にはこの中膜 平滑筋が括約筋様 に収縮状態 にあること,内 膜増殖がない ことか ら管腔閉鎖 において第一 次的な意義 を有す るのは中膜平滑筋 の収縮で ある と考 えられ る.従 ってニ ワ トリに於 ける 動脈管 の閉鎖 と言 う現象 は動脈管壁以外の外 的因子 による受動的な現象で はな く,神経堤 細胞 に由来す る中膜平滑筋 と言 う遺伝的にプ ログラムされた管壁 の構造 自体 の能動的作用 による "i nt ri nsi cphenomenon" であること が示唆 され る.

謝 辞

本研究 に関 して その課題 を与 え られ御 指 導 を賜 り ました河西達夫名誉教授 ( 東北女子短期大学教授,弘 前大学 医学部解剖学第二講座 前教 授) に深謝致 しま す.本研究 の一部 の要 旨 は 日本解 剖 学会 第 7 6 回総会 ( 東京)で発表 した.

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鶏歴動脈管の微細構造 第二報 43

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44 高 橋

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duc t usar t e r i os us .VI .Ef fe c tofoxyge nand

umbi l i calcor dcl ampl ngOnCl os ur eoft he

duc t usar t e r i o s usi n仙egul ne apl gandt he

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