虚 血 心 筋 の収縮 能 に与 え る
ATP感
受性 カ リウ ムチ ャネル の影響
岡 山大学 医学 部 循 環器 内科 学 教室(指 導:原 岡昭 一教 授)
水
尾
浩
三
(平成6年2月14日
受稿)
Key words:
ATP- sensitive
potassium
channel,
myocardial
ischemia,
regional
myocardial
function,
segment
shortening,
glibenclamide
緒 言 ATP感 受 性 カ リ ウ ム チ ャ ネ ル(KATPチ ャ ネ ル)は,心 臓 に お い て は 虚 血 時 の 冠 動 脈 トー ヌ ス の 調 節 に か か わ る 重 要 な 役 割 を は た し て い る こ とが 示 唆 され て い る.即 ち,ラ ッ ト摘 出 心 や 麻 酔 開 胸 犬 を用 い た 実 験 か ら,一 過 性 虚 血 後 の 反 応 性 充 血 や 虚 血 時 の 微 小 血 管 の 自動 調 節 反 応 に 冠 血 管 のKATPチ ャ ネ ル が 関 与 す る こ とが 報 告 さ れ て い る1) 2) 3) 4).こ れ は 虚 血 で 冠 動 脈 平 滑 筋 の KATPチ ャ ネ ル が 開 口 す る こ とに よ り膜 電 位 が 過 分 極 し, Ca++の 流 入 を 抑 え て 血 管 平 滑 筋 が 弛 緩 し,冠 血 流 量 が 増 加 す る と考 え られ て い る5).一 方,最 近Groberら6) 7)は摘 出 モ ル モ ッ ト心 の 虚 血 再 灌 流 モ デ ル で種 々 のKATPチ ャ ネ ル 開 口 薬 が 虚 血 心 の 機 能 的 代 謝 的 改 善 を 促 進 し,こ の 効 果 はKATPチ ャ ネ ル 遮 断 薬 で あ るglibenclamideに よ っ て 抑 制 さ れ る こ と を 示 し た.ま たAu champachら8)は 犬 の 虚 血 再 灌 流 モ デ ル で, glibenclamide投 与 群 が 再 灌 流 後 の 心 筋 局 所 壁 運 動 異 常 を悪 化 させ る こ とを示 した.さ らにGross ら9)はglibenclamideがpreconditioning効 果 を消 失 させ た こ と を 報 告 し て い る.し か し,こ れ らの 研 究 は い ず れ も虚 血 心 筋 へ の 血 流 量 の 変 化 と心 筋 収 縮 の 変 化 が 同 時 に 起 こ っ て お り,両 者 の 分 離 が 十 分 行 わ れ て い な い.虚 血 領 域 へ の 心 筋 血 流 が 減 少 す る と,当 然 心 収 縮 が 異 常 を 生 じ る こ と か ら, KATPチ ャ ネ ル が 心 筋 のCa++流 入 に 直 接 影 響 を 与 え て 心 筋 収 縮 を コ ン トロ ー ル し て い る か ど うか は 心 筋 血 流 の 影 響 を 除 外 し て 検 討 す る こ と が 必 要 で あ る.そ こ で 著 者 はKATP チ ャ ネ ル が 心 筋 収 縮 に 直 接 影 響 を 与 え て い る か 否 か を明 ら か に す る 目 的 で,麻 酔 開 胸 犬 を 用 い 冠 動 脈 狭 窄 モ デ ル で 定 流 量 灌 流 を 行 っ て 冠 血 流 の 影 響 を 除 く こ と に よ り. glibenclamide及 び KATPチ ャ ネ ル 開 口 薬 が 虚 血 心 筋 の 収 縮 に 与 え る 影 響 を検 討 した. 対 象 と 方 法 雑 種 成 犬14頭(体 重10-30kg)を 用 い, ketamine hydrocloride(0.1mg/kg)皮 下 注 に て 鎮 静 後, sodium pentobarbital(30mg/kg)で 静 脈 麻 酔 し,酸 素 と 空 気 の 混 合 気 に て 陽 圧 人 工 呼
吸(Sumit Medical, Model B-3333F)を 行 っ
た.次 い で 左 第5肋 間 よ り開 胸 し,心 膜 を 切 開 してpericardial cradleを 作 成 し た.一 回 換 気 量,換 気 回 数 お よ び 吸 気 酸 素 濃 度 を調 節 し,必 要 に 応 じ7% NaHCO3を 静 脈 内 に 点 滴 投 与 す る こ とに よ り動 脈 酸 素 分 圧 を80-120mmHg,炭 酸 ガ ス 分 圧 を35-45mmHg, pHを7.35-7.45に 維 持 し た.ヘ パ リ ン5000単 位 静 脈 内 投 与 後, Fig. 1に 示 す よ うに 左 冠 動 脈 前 下 行 枝 近 位 部 に ポ リエ チ レ ン チ ュ ー ブ を挿 入 し,左 頸 動 脈 か ら 自 己 血 灌 流 し た.パ イ パ ス 回 路 内 に は 電 磁 流 量 計 プ ロー ブ [日 本 工 電(株), Model MVF-3100]を 装 着 し, 同 時 に 冠 灌 流 圧 測 定 用 ポ リエ チ レ ン チ ュ ー ブ を 刺 入 し た.さ ら に 二 本 の 薬 物 注 入 用 の 細 い ポ リ エ チ レ ン チ ュ ー ブ を 穿 刺 固 定 し,そ の 先 端 を そ れ ぞ れ 自 動 注 入 ポ ン プ に 接 続 し た.左 冠 動 脈 前 下 行 枝 灌 流 域 及 び 回 旋 枝 灌 流 域 の 左 室 心 筋 内 膜 473
Fig. 1 Schematic illustration of instrumenta
tions. Ao: aorta, PA: pulmonary artery,
LA: left atrium, LVP: Left ventricular
pressure. 下 に,そ れ ぞ れ 一 対 の 超 音 波 ク リ ス タ ル デ ィ メ ン ジ ョ ン ゲ ー ジ[日 本 工 電(株), Model ZA-70] を8-10mm間 隔 で左 室 短 軸 に 平 行 とな る よ うに 装 着 し,局 所 心 筋 長 の 変 化(局 所 心 筋 短 縮 率)を 測 定 し た.右 大 腿 動 脈 よ り上 行 大 動 脈 に カ テ ー テ ル を 挿 入 し大 動 脈 圧 を,左 心 耳 よ り左 室 内 に カ テ ー テ ル を 挿 入 し,左 室 圧 お よ び そ の 一 次 微 分 を 測 定 し た.さ ら に 前 下 行 枝 領 域 の 心 筋 酸 素 消 費 量 お よ び 血 中乳 酸 濃 度 の 計 測 の た め に,右 心 耳 よ り冠 静 脈 洞 を経 て 大 心 静 脈 ま で 採 血 用 の カ テ ー テ ル を 挿 入 し た.冠 動 脈 血 流 量,冠 動 脈 灌 流 圧,大 動 脈 圧,左 室 圧 及 び そ の 一 次 微 分 な ら び に 局 所 心 筋 長 は 直 記 式Jet Recorder[日 本 工 電(株), Model RIJ-2108]を 用 い て 紙 送 り速 度 2.5mm/secで 連 続 記 録 し,必 要 に 応 じて100mm/sec の 記 録 も行 っ た.血 液 ガ ス分 析 は 血 液 採 取 後 直
ち にBlood Gas Analyzer[Sysmex(株),
AVL-990]を 用 い て 測 定 し た.心 筋 酸 素 消 費 量 は 次 の 式 で 求 め た.心 筋 酸 素 消 費 量(ml/min/100g・ 心 筋 重 量)=冠 動 脈 血 流 量(ml/min/100g・ 心 筋 重 量)× 冠 動 静 脈 血 酸 素 濃 度 較 差(vol%)を 用 い,血 液 酸 素 濃 度(vol%)=1.34×Hb濃 度(g/ dl)× 酸 素 飽 和 度(%)×0.01+0.0013× 酸 素 分 圧(mmHg)と し た.ま た 乳 酸 は 血 液 採 取 後 直 ち に1,0N HClO4と 混 和 し,血 清 を 遠 心 分 離 後 酵 素 法 に て 測 定 し た.乳 酸 摂 取 率 は 冠 動 静 脈 血 乳 酸 濃 度 較 差 を冠 動 脈 血 乳 酸 濃 度 で 除 して 求 め た. 血 行 動 態 の 安 定 後,前 下 行 枝 を20秒 間 閉 塞 し, 開 放 後 の 反 応 性 充 血 か ら冠 動 脈 の 反 応 性 が 正 常 に 保 た れ て い る こ と を確 認 し た 後,血 行 動 態, 心 筋 短 縮 率 の 記 録 お よ び 採 血 を 行 い コ ン トロ ー ル 値 と し た.次 い で,冠 血 流 量 が 対 照 時 の 約50 %に な る よ うに パ イパ ス チ ュ ー ブ に 狭 窄 を加 え, 以 後 一 定 に 保 っ て 定 流 量 灌 流 を 行 い な が ら以 下 の 検 討 を 行 っ た. 1. glibenclamideを 冠 動 脈 血 中 濃 度 が150μM と な る よ うに 回 路 内 に 持 続 投 与 し た. 2. glibenclamideと 同 時 にpinacidilを 冠 動 脈 血 中 濃 度 が30μMと な る よ うに 持 続 投 与 した. な おglibenclamideは0.02N NaOHで, pinacidilは0.02N KClで 溶 解 した 後,蒸 留 水 でglibenclamideは6.0mM, pinacidilは0.9m Mの 濃 度 に 希 釈 し た.薬 物 を 冠 動 脈 注 入 す る 際 に は 冠 血 流 量 の5%を 越 え な い よ う に 注 入 速 度 を 設 定 し た. glibenclamideお よ びpinacidilの 冠 動 脈 血 漿 濃 度 は 以 下 の 式 に よ り算 出 し た.即 ち,薬 物 血 漿 濃 度(M)=薬 物 注 入 速 度(mol/min)/[冠 血 流 量(ml/min)×10-3×(1-hematoclit/ 100)×0.92].ま た,冠 血 流 の 心 筋 内 血 流 分 布 を 検 討 す る た め に,別 に4頭 の 犬 で コ ン トロ ー ル 時,狭 窄 時, glibenclamide投 与 時, gliben clamideとpinacidilを 同 時 投 与 時 に お い て, そ れ ぞ れ 色 の 異 な るColored Microsphere(E-Z Trac社,直 径15μm)を, Kowallikら の 方 法10) に 従 っ て 各 々 約1000万 個 を左 心 耳 か ら 注 入 し, 注 入 と同 時 に 右 大 腿 動 脈 よ り基 準 血 液 を90秒 間 定 速 度(8ml/min)で 採 取 し た 。 実 験 終 了 後, ポ リエ チ レ ンチ ュ ー ブ 内 に5% Evance Blue溶 液 を 注 入 し,冠 動 脈 の 支 配 領 域 を決 定 し,デ イ メ ン ジ ョ ン ゲ ー ジ が 各 支 配 領 域 の 内 膜 下 心 筋 内 に 装 着 さ れ て い る を確 認 し た.そ の 後,心 臓 を 摘 出 し て 前 下 行 枝 領 域 の 心 筋 重 量 を 測 定 し,冠 血 流 量 を 心 筋 重 量(100g)当 りの 流 量 に 換 算 し た.ま た 前 下 行 枝 及 び 回 旋 枝 領 域 の 心 筋 を そ れ ぞ れ2-3gの 切 片 と して 切 除 し た 後,心 内 膜 層 と 心 外 膜 層 に2分 し,そ の 各3-4個 を 用 い て 局 所 心 筋 血 流 量 の 算 出 に 供 し た.心 筋 内Micros phere数 は 各 心 筋 標 本 を16N NaOHで 心 筋 組 織 を 溶 解 遠 沈 し,沈 渣 を蒸 留 水 で 数 回 洗 浄 遠 沈 し た 後,顕 微 鏡 に て 色 毎 のMicrosphere数 を 計
測 し てcounts/gで 表 し た.局 所 心 筋 血 流 量 の 算 出 に はKowallikら の 方 法10)に 従 っ て 下 記 の 計 算 式 を 用 い た. Qm=Cm×Qr/Cr Qm:局 所 心 筋 血 流 量(ml/min/g) Cm:心 筋 内Microsphere数(counts/g) Qr:基 準 血 液 の 回 収 率(ml/min) Cr:基 準 血 液 内 のMicrosphere数 (counts) 結 果 はmean±SEMで 表 示 し,コ ン トロー ル 時,低 灌 流 時,お よ び 薬 物 負 荷 時 の 各 々 の 群 間 の 比 較 に は 一 元 配 置 分 散 分 析 お よ びBonferroni'
s modified Student t-testを 用 い, P<0.05を
有 意 水 準 と し た. 結 果 Table. 1お よ びFig. 2に 低 灌 流 時,薬 物 負 荷 時 の 血 行 動 態,局 所 心 筋 長 の 変 化 を 示 す.低 灌 流 時,薬 物 負 荷 時 と も コ ン ト ロー ル 時 と 比 べ て 心 拍 数,平 均 大 動 脈 圧,左 室 拡 張 末 期 圧 に 有 意 な 差 は 認 め な か っ た.低 灌 流 操 作 に て 冠 動 脈 血 流 量 は コ ン トロ ー ル 時 の49±1%へ,冠 動 脈 灌 流 圧 は55±3%へ と低 下 し た(Table. 1). 左 室 末 期 心 筋 長 は や や 増 大 し,心 筋 短 縮 率 は 17.8±1.8%か ら13.2±1.9%へ と低 下 した(Fig. 2). glibenclamideの 投 与 に よ り冠 血 管 低 抗 は 有 意 に 上 昇 す る と と も に,冠 動 脈 灌 流 圧 は62± 3mmHgと 軽 度 に 上 昇 し,心 筋 短 縮 率 は3.3±1.3 %へ と著 明 に 低 下 し た.こ れ にpinacidilを 同 時 投 与 す る と,冠 血 管 抵 抗 の 減 少 に よ り,冠 動 脈 灌 流 圧 は49±3mmHgと 低 下 した が,心 筋 短 縮 率 は11.4±1.5%へ とglibenclamide投 与 前 の値 に ま で 改 善 し た.ま た,狭 窄 領 域 の 局 所 心 筋 血 流 量 は,狭 窄 に よ り外 層 血 流 は 変 化 し な か っ た が 内 層 血 流 は1.48±0.10ml/min/gか ら1.03± 0.07ml/min/gへ と有 意 に 減 少 し,そ の 結 果 内 層 対 外 層 血 流 比 は, 1.17±0.04か ら0.82±0.05へ と有 意 に 低 下 し た(Fig. 3).こ の 状 態 でgliben clamide,あ る い はglibenclamideとpinacidil を 同 時 投 与 す る と,冠 血 管 抵 抗 の 変 動 に もか か わ ら ず 心 筋 血 流 は 内 層,外 層 と も 変 化 せ ず,心 内 層 対 外 層 血 流 比 もglibenclamide投 与 後 0.94±0.07, glibenclamideとpinacidil同 時 投 与 後 に は0.83±0.04と 有 意 な 変 化 を 示 さ な か っ
Table 1 Effects of interventions on hemodynamics.
HR: heart rate, mAoP: mean aortic pressure, LVEDP: left ventricular end-diastolic pressure, LVmaxdp/ dt: maximum rise of left ventricular pressure, CBF: coronary blood flow, CPP: coronary perfusion pressure, CR: coronary vascular resistance, Values are mean•}SEM.
Fig. 2 Effects of interventions on regional wall motion in the ischemic myocardium (left anterior descending coronary area). The left panel shows the segment length and the right shows % segment shortening. Left panel: •œ-•œ end-diastolic segment length (mm), •›-•› end-systolic segment length (mm).
G: glibenclamide, G+P: glibenclamide+pinacidil. Valuse are mean•}SEM. NS: not statistically significant.
Fig. 3 Effects of interventions on regional myocardial blood flow in the ischemic region (left anterior descending coronary area). •›-•› subendocardial blood flow (ml/min/g), •œ-•œ subepicardial blood flow (ml/min/g), • -• suben
docardial/subepicardial blood flow ratio.
G: glibenclamide, G+P: glibenclamide+ pinacidil. Valuse are mean•}SEM.
Fig. 4 Effects of interventions on regional myocardial blood flow in the non ischemic region (left circumflex coro nary area). •›-•› subendocardial blood flow (ml/min/g), •œ-•œ sube
picardial blood flow (ml/min/g), • -• subendocardial/subepicardial blood flow ratio.
G: glibenclamide, G+P: glibenclamide+ pinacidil. Valuse are mean•}SEM.
Fig. 5 Effects of interventions on myocardial oxygen and lactate metabolism in the ischemic region (left anterior descending coronary area). MVO 2: Myocardial oxygen consumption (ml/min/100 g). LER: lactate extraction ratio (%).
G: glibenclamide, G+P: glibenclamide+pinacidil. Valuse are mean•}SEM. NS: not statistically significant.
Fig. 6 The relationship
between lactate extrac
tion ratio and % segment shortening
in
the ischemic myocardium.
(left anterior
descending coronary area).
The two measurement
varied
with a
closed relationship;
% segment shorten
ing=0.38
(lactate
extraction
ratio)
+
3.85, r=0.87,
P<0.001.
た(Fig. 3).一 方,回 旋 枝 領 域 の 局 所 心 筋 血 流 に は,実 験 を通 じて 有 意 な 変 化 は 認 め られ な か っ た(Fig. 4).心 筋 酸 素 消 費 量 は コ ン トロ ー ル 時 の6.75±0.50ml/min/100gよ り低 灌 流 に よ り 3.54±0.30ml/min/100gへ と約52%に 減 少 し た が, glibenclamide投 与 で は3.94±0.3ml/min/ 100g,pinacidil同 時 投 与 時 に は3.82±0.30ml/ min/100gと,こ れ ら の 薬 物 に よ りほ と ん ど影 響 を受 け な か っ た.一 方,乳 酸 摂 取 率 は 低 灌 流 時 に34±5%よ り19±5%へ と 減 少 し, gliben clamide投 与 に よ り更 に 減 少 し て-7±12%と な り,乳 酸 産 生 に 傾 い た.こ れ にpinacidilを 同 時 投 与 す る と,乳 酸 摂 取 率 は24±9%へ と glibenclamide投 与 前 の 値 に ま で 増 大 し た(Fig. 5). 次 に,局 所 心 筋 収 縮 率(%SS)と 他 の パ ラ メ ー タ ー と の 関 係 に つ い て 検 討 し た と こ ろ, %SS は 低 灌 流,薬 剤 投 与 の 両 者 で 著 明 な 変 動 を 示 し た の に 対 し,心 筋 酸 素 摂 取 量,冠 血 流 量,心 筋 内 血 流 量 お よ び 心 筋 内 血 流 分 布 は 薬 剤 で 変 化 せ ず, %SSと の 間 に 一 定 の 関 係 は 認 め ら れ な か っ た.こ れ に 対 して%SSと 乳 酸 摂 取 率(LER)の間 に はFig. 6の ご と く%SS=0.38 LER+ 3.85(r=0.87, P<0.001)で 表 さ れ る 密 接 な 正 相 関 を 認 め た. 考 察 低 流 量 灌 流 虚 血 時, KATPチ ャ ネ ル 遮 断 薬 で あ るglibenclamideは,虚 血 領 域 の 冠 動 脈 血 管 抵 抗 を 有 意 に 上 昇 させ 心 筋 収 縮 を 低 下 させ た.こ の 冠 血 管 抵 抗 の 上 昇 お よ び 心 筋 収 縮 の 低 下 が KATPチ ャ ネ ル 開 口薬 で あ るpinacidilに よ り改 善 し た こ とは,こ れ ら の 変 化 がKATPチ ャ ネ ル を 介 す る もの と考 え られ る. KATPチ ャ ネ ル の 遮 断 薬 と してglibenclamide, tolbutamideな ど のsulfonylurea系 の 糖 尿 病 治 療 薬 が あ る が,十 分 なATPの 存 在 下 で は 心 筋 細 胞 のKATPチ ャ ネ ル を 遮 断 す る の に400μM程 度 の 高 濃 度 が 必 要 で,平 滑 筋,膵 臓 β細 胞 で の 濃 度 の 約20倍 を 必 要 とす る11).し か し,低 酸 素 状 態 や 虚 血 心 筋 で は,わ ず か な 心 筋 内ATPの 低 下 で 有 意 なKATPチ ャ ネ ル の 開 口 を 生 じ て お り12), よ り低 濃 度 のglibenclamideでKATPチ ャネ ル の 遮 断 を 来 た し得 る と考 え られ る.事 実, Aversano ら13)は, 50-80μMのglibenclamideで, Duncker ら1)も10-50μMの 冠 動 脈 内 濃 度 でKATPチ ャネ ル が 明 らか に 抑 制 さ れ た こ と を 報 告 して い る.そ こ で著 者 は低 灌 流 虚 血 心 筋 のKATPチ ャ ネ ル 遮 断 に 冠 動 脈 内 濃 度 が150μMと な る よ う にgliben clamideを 投 与 し た.こ の 投 与 量 はAversano らが 用 い た 約2倍 の 濃 度 で あ り,冠 動 脈 お よ び 心 筋KATPチ ャ ネ ル の 遮 断 に は 十 分 な 濃 度 と考 え られ る. 著 者 は,局 所 心 筋 血 流 量 の 測 定 に はColored Microsphereを 使 用 したが,一 般 にMicrosphere を 用 い て 局 所 心 筋 血 流 量 を 測 定 す る 際 に は 注 入 量 が 問 題 と な る.正 常 部 の 血 流 量 の 約1/2の 血 流 を 有 す る虚 血 域 で ±5%の 精 度 を要 求 す る 場 合 に は,一 回 の 注 入 量 が 約500万 個 以 上 を 必 要 とす る と考 え ら れ る14).一 方,大 量 のMicrosphere を用 い る と血 行 動 態 の 変 化,特 に 心 筋 虚 血 を 招 来 す る 可 能 性 が あ る が,文 献 的 に は2000万 個 注 入 して も血 行 動 態 の 変 化 は 見 ら れ て い な い10).そ こ で 著 者 は 十 分 な 測 定 精 度 が 得 ら れ,か つ 血 行 動 態 に 影 響 を 与 え な いMicrosphereの 投 与 量 と
して1000万 個 を使 用 した.
心 筋収 縮 力 を変化 させ うる もの と して局 所 心
筋 血 流 の影 響 が考 え られ る.冠 動 脈 に 狭窄 を作
り冠 灌 流 圧 をautoregulationの
範 囲 以下 に低 下
させ る と,心 内膜 層/外 膜 層 血 流 比 が段 階的 に減
少 し,局 所 壁 運動 異常 を生 じる こ とが知 られ て
い る. Gallagherら15)は 超 音 波 デ ィ メン ジ ョン
ゲー ジに よ り測 定 した左 室 壁 厚 増加 率 の低 下 が,
冠 動 脈 狭 窄 時 の心 内膜 下 心 筋 血 流 量 と密 接 に 直
線相 関す るが,心 外 膜 側 心 筋 血 流 量 とは弱 い相
関 しか示 さ ない こ とを示 した.そ こ で著 者 は平
均 冠 血 流 量 が約50%減
少 し,反 応性 充 血 が 消失
した状 態 で心 内膜 下 心 筋 の心 筋収 縮 を測 定 した.
この状 態 では 冠動 脈 灌 流 圧 は53mmHgとauto
regulationの 作動 範 囲 を逸 脱 した と考 え られ る
低 値 を示 し,心 筋局 所 短 縮率,心
内膜 血 流 量,
心 内膜 層/外 膜層 血 流 比 は有 意 に減 少 を認 め た.
冠 血 流 量 を低 灌 流状 態 に 維持 した ま ま,こ れ
にglibenclamideを
投 与 す る と,心 筋 血 流 量,
心筋 血 流 分 布 に有 意 な変 化 を示 す事 な く局所 心
筋短 縮 率 の低 下 を認め, pinacidilに よ り改善 し
た.こ の 間 大 動脈 圧,左 室 拡 張末 期 圧,心 拍 数
な ど心 筋 酸 素 需要 に影 響 す る血行 動 態 に も変化
が認 め られ なか った こ とよ り,局 所 心 筋収 縮 の
変化 は,心 筋 血 流 量や 血 行 動 態 の変 化 を介 した
もの で は な く,心 筋細 胞 へ のglibenclamideの
直接 作 用 と推 察 され る.
1950年 中 頃,虚 血 早 期 よ り細 胞 外 にK+が 流 出 し て 固 有 心 筋 の 活 動 電 位 持 続 時 間 が 短 縮 す る こ と が 見 い だ さ れ た.そ の 後 多 くの 研 究 に お い て glibenclamideが 虚 血 早 期 よ り活 動 電 位 幅 の 短 縮 を抑 制 し16),ま た 細 胞 外 へ のK+の 流 出 を 抑 制 す る17)こ と が 示 さ れ て き た.し た が っ て 虚 血 早 期 の 活 動 電 位 幅 短 縮 は 主 にKATPチ ャ ネ ル の 活 性 化 が 関 与 し て い る と 思 わ れ る.以 前 よ り虚 血 時 に は 主 と し てNa+/Ca++交 換 機 構 の 障 害 に よ り早 期 よ り心 細 胞 内Ca++濃 度 も上 昇 す る こ とが 知 ら れ て い る18) 19) 20).細 胞 内Ca++濃 度 の 著 明 な 増 加 は,カ ル シ ウ ム 依 存 性 の リ ン酸 化 酵 素 や 蛋 白 分 解 酵 素 を活 性 化 さ せ,心 筋 収 縮 機 構 の 異 常 を も た ら す21).虚 血 に よ っ てKATPチ ャ ネ ル が 開 口す る こ と に よ り活 動 電 位 持 続 時 間 が 短 縮 す る と, Na+/Ca++交 換 機 構 を 介 す る 内 向 き カル シ ウ ム 流入 を 減 らす と考 え ら れ,細 胞 内 カ ル シ ウ ム オ ー バ ー ロー ドを 防 ぎ 心 筋 保 護 的 に 作 用 す る.こ の
際, glibenclamideに よ りKATPチ ャ ネ ル を遮 断
す る と カ ル シ ウ ム オ ー バ ー ロ ー ドを 助 長 し,心 筋 収 縮 の 悪 化 を 来 す と考 え れ る.
一 般 にin vitroに お い てnicorandil
,
pinacidil, cromakalimな ど のKATPチ ャ ネ ル 開
口 薬 は, 1μM程 度 で 血 管 拡 張 作 用 を有 し10-30 μMの 高 濃 度 で は 心 筋 細 胞 の 活 動 電 位 幅 を 短 縮 し収 縮 力 を 低 下 さ せ る11).こ れ ら のKATPチ ャ ネ ル 開 口薬 は 細 胞 内ATP濃 度 が 正 常 な 状 態 に お い て も高 用 量 で こ の チ ャ ネ ル を 部 分 的 に 開 口 さ せ る作 用 を 持 っ て お り細 胞 内ATPが 減 少 した 病 的 状 態 で は さ ら に 低 用 量 で 開 口 薬 と し て の 効 果 が 発 現 す る と考 え ら れ る.著 者 は 冠 動 脈 血 中 濃 度 が30μMと な る よ う なpinacidilの 投 与 量 を用 い た が,こ の 濃 度 は 通 常 で は 心 筋 収 縮 力 を 低 下 させ る よ う な 高 濃 度 に もか か わ らず, gliben clamideで 引 き起 こ さ れ た 心 筋 収 縮 の 低 下 を 明 ら か に 改 善 し た.従 っ て 本 研 究 で 認 め ら れ た glibenclamideに よ る 虚 血 領 域 の 心 筋 収 縮 の 悪 化 は, KATPチ ャ ネ ル の 遮 断 に よ る カ ル シ ウ ム オ ー バ ー ロー ドの 助 長 に よ っ て 生 じ, pinacidilは これ を 改 善 し た こ と が 考 え ら れ る. 一 方, glibenclamideは 心 筋 のKATPチ ャ ネ ル を介 さ ず,心 筋 細 胞 の 代 謝 に 直 接 影 響 を 及 ぼ し て,虚 血 心 筋 の 収 縮 を悪 化 させ た 可 能 性 も 否 定 で き な い.従 来 よ り虚 血 再 灌 流 モ デ ル で,再 灌 流 後 のstunned myocardiumで は 局 所 壁 運 動 の 低 下 を 認 め る に もか か わ ら ず,虚 血 前 に 比 べ て 局 所 心 筋 酸 素 摂 取 量 は 同 じか あ る い は む し ろ 増 え て い る こ と が 指 摘 さ れ て い る22). Krauseら23) は,再 灌 流 後 に は 筋 小 胞 体 機 能 の 抑 制 が あ り,
Ca++輸 送, Ca, Mg-ATPaseの 傷 害 を認 め て お り,
こ の 部 位 で のATPの 供 給 に 酸 素 が 必 要 と考 え て い る. glibenclamide投 与 に よ り虚 血 領 域 の 酸 素 需 給 バ ラ ン ス 自体 に は 一 見 変 化 が な い と思 え る に も か か わ らず,局 所 心 筋 収 縮 は 悪 化 し 乳 酸 産 生 に傾 い た.し か も,乳 酸 摂 取 率 の 変 化 と% SSと が 密 接 な 正 相 関 を示 し た ご と は,血 流 と は 独 立 に 心 筋 エ ネ ル ギ ー の 産 生-利 用 機 構 に 傷 害 を 生 じ た こ と を示 す もの と考 え られ る.こ れ は 現 象 的 に は 上 記 のStunned myocardiumと の 類 似 性 を 示 し て お り,今 後 こ の 方 面 か ら の 検 討 が 必 要 と考 え ら れ る.ま たWeissら24)は, KATP チ ャ ネ ル と解 糖 系 で 産 生 さ れ たATPと が 相 互 作 用 を 有 す る 可 能 性 を 示 唆 し て お りgliben clamideに よ るKATPチ ャ ネ ル の 遮 断 が 解 糖 系 に よ るATP産 生 に 影 響 を 与 え,そ の 結 果 局 所 心 筋 収 縮 率 の 低 下 と乳 酸 産 生 を促 進 し た 可 能 性 も 否 定 で き な い.
結
論
麻 酔 開 胸 犬 にお いて虚 血 心 筋 にKATPチ ャネル
遮 断薬 お よび 開 口薬 を投 与 し, KATPチ ャネ ル が
虚血 心 筋 の収 縮 維 持 に 関 与 してい るか否 か を検
討 した.そ の結 果KATPチ ャ ネ ルは 血管 平 滑 筋 の
トー ヌ ス を調 節 す るだ け で な く,心 筋 血 流 とは
独 立 に局 所心 筋収 縮 の維 持 に重 要 な役 割 を果 た
して い る こ とが示 唆 され た.
稿 を終え るに臨み,御 校 閲 を頂 いた 当教室 の原岡
昭一教授 に深甚 なる謝意 を表 す と共に,直接御指導,
御教示 を頂 い た齊藤大治助教授 に深謝致 します.
本論文 の要 旨は第57回 日本循環器病 学会総会にて
発表 した.
文
献
1) Duncker DR, Van Zon NS, Altman JD, Pavek TJ and Bache RJ: Role of K+ATP
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A role
of ATP-sensitive
potassium
channel
in the
ischemic
myocardial
function
Kouzou
Mizuo
Department
of Cardiovascular
Medicine,
Okayama
University
Medical School,
Okayama
700, Japan
(Director:
Prof. S. Haraoka)
To determine the role of the ATP-sensitive potassium channel (KATP channel) in myocardial function during myocardial ischemia, we evaluated regional myocardial shortening and myocardial blood flow using a constant, low flow perfusion system in open-chest dogs.
Coronary blood flow was decreased to half the control level by constricting the perfusion line with a constant pressure throughout the experiment. Glibenclamide (G), a KATP channel blocker, and pinacidil (P), a KATP channel opener, was infused into the coronary perfusion line after the flow was reduced. When coronary flow was reduced, coronary perfusion pressure was decreased to 55% of the control value, segmental shortening (%SS) of the subendocardial myocardium from 18•}2% to 13•}2% (mean•}SEM) (P<0.05) and the subendocardial to subepicardial (endo/epi) blood flow ratio measured with colored microspheres ranged from 1.17•}0.04 to 0.82•}0.05 (p<0.05). The infusion of G caused further reduction of %SS to 3•}1 % (p<0.001) without significant change in the endo/epi blood flow ratio. Additional infusion of P improved %SS to 11•}2%, which did not significantly differ from the pre-G value.
The findings strongly suggest that KATP channels participate in maintaining myocardial function during ischemia.
