糖尿病によって生じる運動ニューロン障害の予防や改善に運動療法は有効であるか？

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(1)理学療法学第 150 43 巻第 2 号 150 ∼ 151 頁（2016 年）理学療法学第 43 巻第 2 号. 平成 25 年度研究助成報告書. まで通常飼育のみを実施した。 2．IPGTT. 糖尿病によって生じる運動ニューロン障害の予防や改善に運動療法は有効であるか？ ─糖尿病理学療法の新規分野開拓をめざして─. IPGTT は 12 時間の絶食後，1 g/kg のブドウ糖溶液を腹腔内に投与し，投与前，投与後 15 分，30 分，60 分，120 分の血糖値を自己検査用グルコール測定器（ロシュ・ダイアグノスティック株式会社，アキュチェックアビバ）を用いて測定することで行った。また，IPGTT はラットが 25 週齢時と 45 週齢. 村松憲 1）. 時に行った。 3．運動ニューロンの逆行性標識と解析. 1）. 健康科学大学健康科学部理学療法学科. 実験は 45 週齢に達したラットを対象に行った。2％ハロセン吸入麻酔下にあるラットの右膝窩部の皮膚を切開し，脛骨神経. 要旨：最近，我々は 1 型・2 型糖尿病モデルラットの内側腓腹. を剖出，内側腓腹筋を支配する筋枝を切断し，その中枢端を. 筋を支配する運動ニューロンが減少することを発見したが，そ. 10％ Dextran, Texas Red 溶液（Molecular probes, D3329）に. の予防法については不明である。そこで，2 型糖尿病モデル. 2 時間浸した。次にペニシリンを溶解させた生理食塩水で術創. ラットである Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty Rat（以. をデブリードメントし，神経枝の断端をスポンゼルにて保護し. 下，OLETF ラット）と，その健常対照群である Long-Evans. たうえで術創を縫合した。15 日間の生存期間を与えた後，ペ. Tokushima Otsuka Rat（以下，LETO ラット）を対象にトレッ. ントバルビタールの腹腔内投与による深麻酔下にて左心室より. ドミルを用いた 20 週間の運動療法が運動ニューロンの減少を. ヘパリンナトリウムを含んだ生理食塩を灌流して脱血した後. 予防可能であるか調査した。その結果，通常飼育のみを行っ. に 4％パラフォルムアルデヒド溶液（4℃）を用いて灌流固定. た OLETF ラットの内側腓腹筋を支配する運動ニューロンの. を行った。灌流固定後，第 2 腰髄以下の脊髄を摘出し，ビブラ. 数は LETO ラットに比べて減少する一方，運動療法を行った. トーム（Vibratome, 1000）を用いて厚さ 80 µ m の脊髄の長軸. OLETF ラットは LETO ラットと差がなかった。以上の結果か. に沿う水平断切片を作成した。切片は蛍光顕微鏡（OLYMPUS，. ら運動療法には糖尿病性ニューロパチー（以下，DN）に関連. BX51）で逆行性に標識された運動ニューロンを同定し，デジ. する運動ニューロン数の減少を予防する効果がある可能性が示. タルカメラ（Jenoptik，ProGres C3）で撮影後，画像解析ソフ. された。. ト（Image J）を用いて，運動ニューロンの総数と細胞体の断. キーワード：糖尿病性ニューロパチー，運動療法，運動ニュー. 面積を計測した。数値は平均値± SEM で表した。群間の値の. ロン. 比較は Bonferroni 検定を用い，有意水準は 5％とした。本研究は健康科学大学動物実験倫理委員会の承認を経て行った。. はじめに. 結果. 近年，我々は 1 型・2 型糖尿病モデル動物の内側腓腹筋を支. 1．運動療法による耐糖能の変化. 配する運動ニューロンが減少することを発見し，運動ニューロ. IPGTT の結果，糖負荷後 15 ∼ 30 分において血糖値の上昇. ンが DN の標的となることを明らかにした 1）2）。糖尿病患者で. が観察されたが，投与後 30 分以降は LETO-SED 群と OLETF-. は下肢の筋力低下や転倒リスクの増加などが知られていたが，. EX 群の血糖値が下降に転じる一方，OLETF-SED の血糖値. 運動ニューロン障害はこれらの運動障害の一部を説明し得るも. は上昇を続け，120 分後の血糖値は LETO-SED 群の 100.2 ±. のであり，運動ニューロン障害の予防は理学療法士にとっても. 3.7 mg/dl や OLETF EX 群の 162.5 ± 23.7 mg/dl に比較して. 重要な課題といえる 3）4）。しかし，長年にわたって運動ニュー. OLETF-SED 群は 362.7 ± 45.5 mg/dl と有意に高かった（P ＜. ロンは DN に対して耐性を有するという学説が広く受け入れら. 0.01）。. れてきたため，運動ニューロン障害の予防に関する研究は現在. 2．運動ニューロン. まで行われてこなかった. 5）6）. 。そこで，生後 25 週齢頃から 2. 逆行性標識された運動ニューロン群は細い細胞柱を形成し，. 型糖尿病を自然発症する OLETF ラットとその対照動物である. 第 4 腰髄から第 5 腰髄に分布していた。両群とも細胞体とそこ. LETO ラットを対象に運動療法が運動ニューロン障害を予防す. から伸びる樹状突起や軸索が明瞭に観察可能であった（図 1）。. る効果をもつか明らかにすることを目的に本研究を行った。. 一方，図 2 に示すように運動ニューロンの平均数は LETO-. 対象および方法. SED 群の 160.5 ± 6.1 個に比べて OLETF-SED 群では 102.7 ±. 1．モデル動物と運動療法. 10.6 個と，その数が減少していたが，OLETF-EX 群ではその. 実験には LETO ラットのオス 5 頭（対照群）と OLETF ラッ. 数が維持されていた（161.5 ± 8.8 個）。. トのオス 10 頭（2 型糖尿病群）を用いた。OLETF ラットは. 考察. 25 週齢にて腹腔内ブドウ糖負荷試験（以下，IPGTT）を実施し，. 本研究結果は 2 型糖尿病モデル動物の運動ニューロン障害が. 糖尿病発症を確認した後に，運動療法を行う OLETF-EX 群（n. 運動療法によって予防可能であることを初めて報告するもので. = 5）と通常飼育を継続する OLETF-SED 群（n = 5）に分類. ある。現在，糖尿病患者の運動療法は主に血糖コントロールを. した。OLETF-EX 群は 15 ∼ 20 m/ 分の速さで 60 分間のトレッ. 目的に行われているが，今回，我々が明らかにした糖尿病によ. ドミル強制歩行を週 5 回，20 週間実施した。他の群は 45 週齢. る運動ニューロン障害とその予防に関連する一連の新知見は運.

(2) 糖尿病による運動ニューロン障害に運動療法は有効であるか？. 151. 図 1 逆行性標識された運動ニューロンの組織像（文献 7 より転載） a）逆行性に標識された LETO-SED 群の運動ニューロンの組織像． b）逆行性に標識された OLETF-SED 群の運動ニューロンの組織像． c）逆行性に標識された OLETF-EX 群の運動ニューロンの組織像．運動ニューロンの減少は小型の運動ニューロンに目立ち，OLETF-SED 群では小型の神経細胞が減少している．スケールバーは 100 µ m を示す．. 減少は運動療法によって予防できる可能性が高い。謝辞：本報告書の作成にあたり，図の転載を快諾してくださいました運動障害研究会に感謝申し上げます。文献. 図 2 運動ニューロンの総数（文献 7 より転載） LETO-SED 群と OELTF-EX 群の細胞数に差はなかったが，OLETF-SED 群の細胞数は優位に減少していた（**：P ＜ 0.01）．. 動療法の効果が糖尿病患者の血糖コントロールの改善にとどまらない可能性を示している。運動療法がどのような機序で運動ニューロン障害を予防するのかは不明であるが，血糖コントロールの改善は DN の症状を軽減することや高齢ラットで観察される運動ニューロンの減少は継続的な有酸素運動によって予防可能であるという事実から，耐糖能の改善や運動療法そのものが運動ニューロンの生存に寄与した可能性がある. 8）9）. 。今後は運動. 療法の種類を増やして，最も効果的な運動療法を調べるとともに，その作用機序に関する詳細な研究が必要である。結論 2 型糖尿病モデル動物において観察される運動ニューロンの. 1）Muramatsu K, Niwa M, et al.: The size of motoneurons of the gastrocnemius muscle in rats with diabetes. Neurosci Lett. 2012; 531: 109‒113. 2）村松憲，玉木徹，他：2 型糖尿病ラットの運動ニューロンが減少する．運動障害研究会誌．2014; 24(1): 25‒28. 3）Cavanagh PR, Derr JA, et al.: Problems with gait and posture in neuropathic patients with insulin-dependent diabetes mellitus. Diabet Med. 1992; 9: 469‒474. 4）Andreassen CS, Jakobsen J, et al.: Muscle weakness: a progressive late complication in diabetic distal symmetric polyneuropathy. Diabetes. 2006; 55: 806‒812. 5）Ramji N, Toth C, et al.: Does diabetes mellitus target motor neurons. Neurobiol Dis. 2007; 26: 301‒311. 6）Mizisin AP, Jolivant CG, et al.: Spinal cord: Structure and Function in Diabetes. IN: Diabetic Neuropathy Clinical nd Management 2 ed. Aristidis V and Rayaz AM (eds), Humana Press, New Jersey, 2007, pp. 165‒186. 7）村松憲，玉木徹，他：運動療法は OLETF ラットの運動ニューロン障害を予防する．運動障害研究会誌．2015; 25: 39‒42. 8）Boulton AJM, Vinik AI, et al.: Diabetic neuropathies: a statement by the American Diabetes Association. Diabetes Care. 2005; 28: 956‒962. 9）Kanda K, Hashizume K: Effects of long-term physical exercise on age-related changes of spinal motoneurons and peripheral nerves in rats. Neurosci Res. 1998; 31: 69‒75..

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