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短期間の低圧暴露がラット骨格筋及び心筋ミオグロ ビン含量に及ぼす影響
著者 中谷 昭, 中道 里香
雑誌名 奈良教育大学紀要. 自然科学
巻 42
号 2
ページ 37‑43
発行年 1993‑11‑25
その他のタイトル Effect of Short Term Hypobaric Hypoxia on
Myoglobin Contents in Rat Skeletal and Cardiac Muscles
URL http://hdl.handle.net/10105/1681
短期間の低圧暴露がラット骨格筋 及び心筋ミオグロビン含量に及ぼす影響
中 谷 昭・中 道 里 香
(奈良教育大学生理学衛生学教室) (平成5年4月30日受理)
Effect of Short Term Hypobanc Hypoxia on Myoglobm Contents in Rat Skeletal and Cardiac Muscles
Akira Nakatani and Rika Nakamichi
{Department of Physiology and Hygiene, Nara University of Education, Nara 630, Japan) (Received April 30, 1993)
Abstract
Effects of short term hypobaric hypoxia on myoglobin (Mb) content and enzyme activities in skeletal and cardiac muscles were investigated. Eight male Sprague‑
Dawley rats (120‑150g) were exposed to a simulated altitude of 6,000m (0.46 atm) for 2 hr per day for ll days. The results obtained were as follows:
1. Mb contents in the white part of m. vastus laterahs, m. soleus and cardiac mus‑
cle were higher in rats exposed to hypoxia than in control rats. However, there were no significant difference between contorol and hypoxic group.
2. There were no significant changes in citrate synthase activity in skeletal and cardiac muscle exposed to hypoxia.
3. No significant changes in lactate dehydrogenase were observed in hypoxic group.
These results suggest that ll days exposure to hypobanc hypoxia was too short to stimulate the increase of Mb content and enzyme activity in skeletal and cardiac muscle.
緒 首
ペンギンの様に長時間潜水する動物では他の動物に比べ骨格筋のミオグロビン(Mb)含量が 著しく高いことが報告されている3).この結果,骨格筋における酸素の貯蔵量が増加し,外界か ら酸素の供給を絶たれた水中でも長時間にわたり活動することができる.また,高地に住む動物 の骨格筋や心筋のMb含量が平地に住む動物に比較して高いことも知られている4).この場合 Mb含量の増加は酸素の貯蔵量の増加というよりむしろ酸素の利用が高まり,より効率よくエネ ルギーが供給されることに役立っと考えられる.
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中 谷 昭・中 道 里 香ところで, Yoshinoら16)は, 5,000m相当の低圧に, 1日2時間11日間暴露したラットを 8,000mの低圧に1時間暴露したところ,低圧暴露時の血中乳酸の増加がコントロ‑ル群と比較 して低かったことを報告している.このことは, 11日間の間欠的低圧暴露により低酸素の状態 においても乳酸を有酸素的に代謝する能力が増大したことを意味するものである.そのメカニズ ムとして,彼らは,ヘモグロビン(Hb)濃度やヘマトクリット(Ht)値など酸素輸送系に変化 がみられなかったことから,骨格筋や心筋などの組織における有酸素的代謝能の改善が引き起こ されたことによるものであると述べている.しかし,彼らは組織特に骨格筋や心筋における有酸 素的代謝に関与するMb含量や酸化的酵素活性を測定していない.
そこで今回は Yoshinoらの方法16)にはぼ準じ, 1日2時間6,000m (約20,0007イート) の高所に11日間暴露することにより,骨格筋や心筋Mb含量及び酵素活性がどのように変動す るかを検討し,短期間の低圧暴露による代謝変化がどの様なメカニズムによって起こるのかを明 らかにしようとした.
実 験 方 法
実験動物と して雄の Sprague‑
Dawleyラット(体重120‑150g) 16 匹を用いた.これをコントロール(C) 群と11日の低圧暴露を負荷した低圧暴 露(H)群の2群に分けた(各群8匹).
低圧暴露群は名古屋大学環境医学研究所, 低温低圧シュミレーターにおいて高度 6,000m (約0.46気圧)の低圧に1日2 時間, 11日間にわたり暴露した. Fig.
1に示すように低圧暴露の方法は,まず 120‑ 150m/minの速度で1時間をか け6,000mまで滅圧し, 6,000mを2時 間維持した後,同様に120‑150m/
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Time (hr)
Fig. 1. Method for hypobaric hypoxia exposure, Rats were exposed to a simulated altitude of 6,000m (0.46atm) for 2 hr per day forll days. The rate of decompression was 120‑ 150 m/min.
minの速度でOmまで復圧した.
12日目に潟血後,外側広筋(m. vastus lateralis),ヒラメ筋(m. soleus),横隔膜 (diaphragm)及び心筋(myocardium)を摘出した.摘出した筋サンプルは凍結後‑ 80℃で 保存し, Mb含量,クエン酸合成酵素(CS)活性及び乳酸脱水素酵素(LDH)活性の測定に用 いた. Mb含量はReynafarjeの方法9)に改良を加えた微量筋試料を用いる分光学的方法6)を用 いた.また, CS活性はSrereの方法'1)を用い, LDH活性はPatak and Baldwinの方法7)を用 いて測定した. Mb含量はmg/g湿重量,酵素活性は〟mol/min/g湿重量で表した.
C群とH群の比較はt検定により行い, 5%水準以下を有意とした.
結 果
Fig. 2はコントロール(C)群及び1日2時間6,000mの高所に11日間暴露した低圧暴露
8 6 4
( B / 6
∈ ) u i q o i B o A w
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Fig. 2. Effect of short term hypobanc hypoxia on myoglobin con‑
tent in rat skeletal and cardiac muscles. C.control group;H, hypoxic group. Hypoxic group was exposed to a simulated altitude of6,000m (0.46atm) for 2 hrperday forll days.
Values are means ± SD for 8 animals pergroup.
4 ' I O C o
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C H C H C H C H C H White Red
Diaphragm Myocardium
Fig. 3. Effect of short term hypobaric hypoxia on citrate synthase
activity in rat skeletal and cardiac muscles. C, control
group ; H.hypoxic group. Hypoxic group was exposed to a
simulated altitudeof 6,000m (0.46 atm) for 2 hr perday
for ll days. Values are means ± SD for 8 animals per
group.
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中 谷 昭・中 道 里 香
Whi te Fl ed
Vutut vastus
D iaphragm 4y°cardiumFig. 4. Effect of short term hypobaric hypoxia on lactate dehydr0‑
genase activity in rat skeletal and cardiac muscles. C, con‑
trol group ; H.hypoxic group. Hypoxic group was exposed to asimulated altitudeof6,000m (0.46 atm) for 2 hr per day forll days. Valuesare means ± SD for 8 animalsper group.
(H)群の骨格筋及び心筋のMb含量を比較したものである.外側広筋白筋部ではC群2.6±0.6 mg/g湿重量に対し, H群では2.8±1.2mg/g湿重量,ヒラメ筋においてはC群4.4±0.9mg /g湿重量に対しH群では4.7 ±0.8mg/g湿重量とH群でやや高い値が得られたものの両群の 間に有意差は認められなかった.また,心筋においてもC群8.4±0.9mg/g湿重量に対しH群 9.5± 1.4mg/g湿重量とH群で高い傾向がみられるものの有意差は認められなかった.逆に, 外側広筋赤筋部や呼吸に関与する横隔膜ではH群で低い値が得られた.
Fig. 3はC群及びH群の骨格筋及び心筋のCS活性を比較したものである.外側広筋白筋部, 外側広筋赤筋部,ヒラメ筋及び心筋ではC群とH群の間に差がみられなかった.また,横隔膜 ではC群71.1 ± 6.1〟mol/min/g湿重量に対し, H群で76.2 ± 5.5,umol/min/g湿重量とH群 でやや高い値が得られたが両群問に有意な差はなかった.
Fig. 4はC群及びH群の骨格筋及び心筋のLDH活性を比較したものである.ヒラメ筋では C群126.4 ± 20.9/imol/min/g湿重量に対しH群では157.6 ± 32.7〟mol/min/g湿重量,横隔 膜ではC群239.2 ± 30.0JJmol/min/g湿重量に対しH群では259.0 ± 23.2/Jmol/min/g湿重量 とH群がやや高い値を示し,逆に心筋ではH群の方が低い値であったが有意差は認められな かった.また,外側広筋白筋部及び外側広筋赤筋部においては両群問に差はみられなかった.
考 察
Yoshinoら16)はラットを用い, 1日2時間5,000mの高度に相当する低圧に11日間暴露し, 12日目にコントロール群とともに8,000m相当の低圧に1時間暴露したところ,暴露中の血中 乳酸の上昇が順化群では低く抑えられるとともに,アセト酢酸やβ‑Hydroxybutyrateなどのケ
トン体が上昇することを報告している.一般に,高所においては低酸素になる結果,無酸素的代 謝が重要な役割を持ち,血中乳酸の増加がみられるが, 11日間の低圧暴露は代謝適応をもたら し,低酸素状態においても脂質代謝が元進し乳酸の上昇が抑えられたものと考えられる.しかし, Hbの増加やHbの酸素親和性に変化が見られなかったことから,この様な代謝適応は,徳環系
の改善よりむしろ組織における酸素利用が増大したためであると述べている.
ところで,高地に住む動物の骨格筋及び心筋のMb含量が平地に住む動物のMb含量と比較 して高いことは古くから知られていた Hurtadoら4)はペルーの海岸線に住むイヌと12,000 15,000フィートの高さのアンデス山脈に住むイヌの骨格筋Mb含量を比較し,高地に住むイヌ の骨格筋Mb含量が66‑70%高いことを報告している.また Vaughan and Pace14)はラッ
トを12,000フィートの高地で2カ月半飼育した結果,心筋,横隔膜及び骨格筋のMb含量が増 加したことを報告している.さらに, Anthonyら1)は数ヵ月間ラットを18,000フィート相当の 低圧室で飼育したシュミレーション実験においても心筋や骨格筋のMb含量が増加することを 見ている.高所においては低圧・低酸素であることから,骨格筋などの組織においても低酸素状 態をきたすため,これが刺激となり,骨格筋や心筋においてはMb含量や酸化系酵素活性の増 大が起こるものと考えられる5,13)従って, Yoshinoらの研究においてもMb含量や酵素活性の 増大が引き起こされるものと推測される.
しかし今回 Yoshinoらの方法16)にはぼ準じ1日2時間6,000m相当の高度に11日間ラット を暴露したが,骨格筋や心筋のMb含量及びCS活性には変化がみられなかった(Fig.2, 3).
Mbはミトコンドリアへの酸素の供給に重要な役割をはたし,また, CSはTCA回路の酵素で あり,有酸素的代謝能の指標としてよく用いられる.従って,今回,骨格筋及び心筋にMb含 量及びCS活性が増加しなかったことから,これらの組織においては低圧暴露に適応し酸化能力 の増大が起こらなかったと言える. Poleは8)1年以上にわたって1日4時間25,000フィートの 低圧にラットを暴露したところ, Hb濃度やHt値の増加があったものの骨格筋Mb含量に増加 が見られなかったことを報告している.さらに Bowen and Eads はイヌを用い18,000 フィート相当の低圧に1日6時間6カ月にわたり暴露したが,同様にHb濃度やHt値に増加が あったのに対しMb含量の減少することを見ている.この様に低圧室による実験においては必 ずしもMb含量に変化がみられていない.長期間でしかも連続的に低圧暴露した場合にはMb 含量が増加する1,13)のに対し,間欠的に行った場合には増加がみられていないことから, Mbの 増加には低圧暴露の時間や期間が影響するものと考えられる1,2,8)今回行った11日間の間欠的 低圧暴露は, Poleの研究8)やBowen and Eadsの研究2)より低圧暴覇の期間や時間が短かった
ためHb濃度, Mb含量及びCS活性に変化がみられなかったものと考えられる.
従って, Yoshinoら16)にみられた代謝適応はHb濃度増大による循環系の改善やMb含量, CS酵素活性増加による組織における酸化的代謝能の増大によるものではなく,低圧・低酸素に 対する慣れ,心拍出量の増大,末梢血流量の増大などが考えられる.しかし,これらに関する研 究報告はなく,また同一実験条件においてミトコンドリア酵素の一つであるglutamate dehydrogenaseの増大がみられたという本実験と異なる報告もあり15)今後さらに検討する必要
がある.
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中 谷 昭・中 道 幣 番 摘 要短期間の間欠的低圧暴露が骨格筋Mb含量及び酵素活性に及ぼす影響について検討した.実 験動物として雄Sprague‑Dawleyラット(体重120‑150g) 16匹を用いた.これをコント
ロール(C)群と低圧暴露(H)群の2群にわけ, H群については名古屋大学環境医学研究所, 低温低圧シ3.ミレ‑クーにおいて高度6,000m (約0.46気圧)の低圧に1日2時間, 11日間に
わたり暴露した.結果は次の通りである.
1. Mb含量は心筋ではC群8.4±0.9mg/g湿重量に対しH群9.5± 1.4mg/g湿重量とH 群でやや高く,また外側広筋白筋部,ヒラメ筋においてもH群で高い値がみられたものの有意
な差ではなかった.外側広筋赤筋部及び横隔膜ではH群でわずかに低い値が得られた.
2.クエン酸合成酵素(CS)活性は横隔膜においてC群71.1 ±6.1//mol/min/g湿重量に対 し, H群で76.2 ± 5.5JJmol/min/g湿重量とH群でやや高い値が得られたものの有意差は得ら れなかった.また,他の筋ではCS活性値に全く差がみられなかった.
3.乳酸脱水素酵素(LDH)活性はヒラメ筋及び横隔膜でH群がやや高く,外側広筋白筋部 及び心筋でH群がやや低い値が得られたが有意差は認められなかった.
以上の結果より,短期間の間欠的低圧暴露では骨格筋や心筋において低酸素に対する代謝適応 が見られないことがわかった.
稿を終えるに当たり,筋サンプルを決く提供して頂いた愛知県コロニー吉野呂孝教授,名古屋 学院大学山本親助教授に心より感謝致します.また,ラットの低圧暴露に御協力頂きました名古 屋大学環境医学研究所渡遠悟教授にお礼申し上げます.
尚,本論文の要旨は第47回日本体力医学会(1992年)において発表した.
文 献
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