博士（医学）掛端 仁 学位論文題名
一過性脳虚血ラットにおける脳機能障害と
静脈麻酔薬ならびに人工酸素運搬体の有効性に関する研究
学位論文 内容の要旨
高 齢化社会の到来により、虚血陸脳血管疾患の罹患率・死亡率の増加が予想される。虚血陸脳疾患の 治療にあたっては、できるだけ早期に虚血領域の血流を再開させること、虚血再灌流直後に生じる活陸 酸素などのフリーラジカル産生を抑制することが、脳機能障害後遺症を軽減する上で重要である。現在、
急陸期治療には、組繃ヴラスミノーグン活性化因子などの血栓溶解薬、あるいはエダラボンなどのフリー ラジカル消去薬が使用されているが、重篤な副作用が生じる可能´陸も報告されて韜り、新たな治療薬物 の開発が続けられている。プロポフオールは、全身麻酔薬として繁用されている静脈麻酔薬であり、薬理 効果として脳保護作用も報告されている。これとは反対に脳保護作用はないとする知見もあり、一定の見 解が得られていない。TRM‑645（ IRM)は、新規ナノカプセル型人工酸素運搬体であり、輸血，代替物にと どまらず、虚血陸疾患における酸素治療とぃった新たな臨床応用への可育旨陸が期待されている。本研究 でほ、脳虚血後の脳機能障害とその治療という視点から、一過´陸脳虚血後の遅発´陸脳機能障害を電気 生 理学的お よび行 動学的手 法を用 いて評価 し、プロ ポフオ ールおよび人工酸素運搬体'IRMの遅発陸 脳機能障害に対する効果を明らかにすることを目的とした。
両 側 の 総頸 動 脈に10分間の 血流遮断 を加え た2血 管閉塞(2VO)モデ ルラット を用い て、虚血 中およ び 虚血前後 の脳循 環動態、 脳波(EEG)および 海馬歯 状回での 長期増強現象(LIP)の変化を調べた。プ ロポフオールについては、手術中に起こり得る脳虚血を想定して、プロポフオールまたはハロセン麻酔開 始1時間 後に2VOを施行 し、さら に1時間麻酔 を維持 した。虚 血7日 目にLTP形成に ついて検討した。
TRM (Hb濃度：6g／dl）に関しては、2V0直後にnMまたは対照として生理食塩水（生食）を経静脈的に 投与し、虚血4日目のIJT形成と高架式十字迷路（EPM）試験による不安関連行動の変化を検討した。さ ら に、虚血時の脳循環動態に対する影響を調べるため、前頭前野での皮質脳血流量の変化と海馬歯状 回での組織酸素彡乎圧の変化を測定した。また、皿mについては、大腿動脈からの急陸脱血によって作 製した急陸動脈出血モデルを用いての検討も行った。
皮 質血流量 は、2V0によっ て虚血 前値の約40〜50％に 低下し、 再灌流 直後に一 時的な過 灌流状態と な っ た が、 虚 血後1およ び4日目には 虚血前 のレベル まで回復 した。EEGは、2V0に よって速 波成分
（aとロ波）の減少と、徐波成分（6波）の有意な増加が生じた。虚血再灌流後、1日目には虚血中と鏡像 的 な脳波変 化を示 したが、4日目 には虚血前と同様の周波数分布に回復した。即ち、2V0後4日目には 脳 血流量もEEGに よる大脳 皮質の 電気的活動も虚血前値に復しており、遅発的な脳機能障害を示す所 見 は認めら れなか った。一 方、海 馬歯状回 でのI皿 の 経時的変化では、1日目に比ベ4日目でI卿形 成障害がより強くみられ、少なくとも7日目までその障害程度が持続することが明らかとなった。即ち、
2VO直後よりも4日目において強いLTP形成障害が認められたという事実は、海 馬におけるシナプス伝 達が 遅発的に障害されることを示しており、海馬LIPの測定によって脳血流量やEEGの変化よりも鋭敏 に、遅発的な脳機能障害を検出することができることを意味している。
手 術中 の 虚血 に対 する 静斯 襯截 彩ロ ポフ オー ルの 脳保 護効 果を検a尹る目的 で、プロポフオールあ る いは ハロセン麻酔中に、2VOを施行し、7日目にLTPを測定した。プロポフオ ール群とハロセン群の LII 形成は対照群に比較して有意に障害されていた。即ち、プロポフオールはハロセン同様に脳虚血に よる 遅発幽黼甍能障害を改善したとは考えられず、手術中の虚血に対しては十分な脳保護効果を有して いない可お台陸が示唆された。
TRMの → 過 性 脳 虚 血 後 の 脳 機 能 障 害 に 対 す る 効果 の 検討 する 目的 で、2VO開始 直 後に 尾静 脈よ り 2.5 ml/kg (TRMー215群） また は5ml/kg (TRM‑5群 ）を 投与 した 。TRMは2VO後4日目 におけるLTP形 成 障害 を 用量 依存 的に 改善 し、TRM‑5群で は偽 手術(Sham)群 と同 程度 のLIP形成 を示 し、生食投与 2VO群との間に有意差が認められ た。さらに、記臆とは関係しない生得的な不安水準の評価方法である EPM試験 を用 いた 行動 学的 検討 では、実験中の照 明強度を暗条件(201ux)に設 定することによって、
2VOによ る不 安関 連行 動変 化が 観察された。即ち 、生食投与2VO群では、Sham群に比較して、オープ ンアーム滞荏時間が有意に減少しており、脳虚血によって不安が惹起されることが明らかとなった。一方、
TRM投 与2VO群 で は 、 用 量 依 存 的 に オ ー プ ン ア ー ム 滞 庄 時 間 が 延 長 し 、TRM5群 ではSham群と ほ ぼ 同 様 の オ ー プ ン アー ム滞 荏時 間を 示し た。TRMに よる2VO後 のLIP形 成障 害な ら びに 不安 惹起 に 対 する 改善作用の機序については、脳血流量の経 時的変化では群間に相違がなかったが、2VOによる 脳 組織 酸 素分 圧の 低下 がTRM‑5群で有意に抑えら れたことから、直径が赤血球の約1/30と小さいTRM が、 赤血球が通過できない微少な側副路を通って虚血領域ヘ 到達し酸素を供給した結果ではないかと 考えられた。
人 工酸 素 運搬 体TRMの 急陸 動脈 出血 に 対す る有 効陸 を検 討した。大腿動脈か ら25 ml/kgを脱血後、
IRMまた は2お よび3倍 量の 生食 を輸 液 して 、脱 血後4日 目のLIPを測定した。 また、脱血前後の脳血 流 量と 月 齢a織酸 素分 圧の 経時 的な変化を測定し た。TRM投与群では、脱血量 の1および1.5倍量の投 与 によ っ て、Sham群と ほば 同程 度にLTPの形成が 認められた。一方、生食群では3倍量の投与によっ てもLTP形成が障害される傾向が 認められた。即ち、nRMは脱 血に伴う脳機能障害を改善することが明 ら かと なった。脳血流量についてはTRMl.5倍群と 生食3倍群間に差は認められ なかったが、脳組織酸 素 分圧 については、生食群では経時的に低下する 傾向を示したのに対して、TRM群では一定のレベル を維 持し、輸液50分以降ではrIRM群と生食群間に有意差が認 められた。これは、脳循環不全を招来す るよ うな急陸大量出血時に、酸素供給能を有するTRMを輸液として投与することで、出血によって低下し た 脳組 織 酸素 分圧 を、 効率 よく 維持 し、 結果 とし て予 後の 改善 が 可能 とな るこ とを 示している。
以 上よ り 、2VOに よる 遅発 的な 脳機能障害の指標 として、海馬歯状回でのLTP形成と高架式十字迷路 試験 による不安関連行動の評価が有用であることが明らかとなった。手術中の虚血に対する静所舗魯薬 プ ロ ポ フ オ ー ル の 脳 保 護 効 果 は 、 本 実 験 条 件 では 示す こと がで きな かっ たが 、 人工 酸素 運搬 体 TRM‑645の2VOおよ ぴ急 陸動 脈出 血による脳機能障害への改善効果が明らかと なった。これらの結果 は、 急陸虚血陸脳血管疾患や急陸大量出血に対する人工酸素運搬体の有用´陸を示唆するものであり、
酸 素 供 給 療 法 と し て の 新 た な 臨 床 応 用 の 可 能 性 を 示 し て い る も の と 考 え ら れ た 。
学位 論文審査の要旨
学 位 論 文 題 名
一過性脳虚血ラットにおける脳機能障害と
静脈麻酔薬ならびに人工酸素運搬体の有効性に関する研究
脳虚血 性疾患の 治療では 、脳機 能障害の 進展を 防止する ことが 重要であ る。本研 究では、一 過性脳 虚血後の 遅発性脳 機能障 害を電気 生理学 的および 行動学 的手法を 用いて評 価し、静脈 麻 酔 薬 プ ロ ポ フ オ ー ル お よ び 人 工 酸 素 運 搬 体TRM‑645 (TRMの 遅 発 性脳 機 能 障 害に 対 す る効果 を明らか にするこ とを目 的とした 。両側 総頚動脈 を10分問 閉塞する2血管 閉塞（2VO） モデル ラットを 用いて、2V0の脳血流量、脳波伍E蛤）および海馬歯状回での長期増強（I汀P） 現象へ の影響を 調べた。 プロポ フオール の実験 では、プ ロポフ オールま たはハロ セン麻酔中 に2VOを 施 行 し 、7日 目 にIJP形 成 に つ い て 検 討 し た 。 型 （Hb濃 度 ： 旦 越1の 実 験 で は 、2VO直 後 に 亜 瑩 ま た は 生 理 食 塩 水 （ 生 食 ） を 投 与 し 、4日 目 のrP形 成 と不 安 関 連 行 動の 変 化 を検 討 し た 。ま た 、 大腿 動 脈 から の 急 性動 脈 出 血（25耐/緲 実験 では、脱 血後に 1RMま た は 生 食を 投 与 して 、4日 目の 生 存 率とI皿 を 測 定 した 。 脳 血流 量 は 、2VOに よっ て 前 値 の 約50％ に 低 下 し た が 、4日 目 に は 虚血 前 の レベ ル ま で回 復 し た。EEGは 、2VOに よ っ て 速 波 成 分 の減 少 と 徐波 成 分 の 有意 な 増 加が 生 じ たが 、4日目 に は2VO前 と同 様 の 周 波数分 布に回復 した。こ の結果 は、遅発 的な脳 機能障害 は脳血 流量や脳 波からは 評価できな い こ と を 示 し て い る 。I冊 形 成 の 経 時 的 変 化 で は 、2VO後1日 目 に 比べ4日 目か ら 少 な く とも7日 目ま で はI皿 形 成 障害 が よ り強 い ことが示 された 。プロポ フオー ルの脳保 護効果 にっ い て の検 討 では 、プロポ フオー ル群のI皿 形 成は対 照群と比 較して 有意に障 害され、
プロ ポ フ オー ル は ハ ロセ ン 同 様にIJP形 成 障 害を 改 善 せず 、 脳 虚血 に 対す る十分な 脳保護 効 果 を 有 し て い ない 可 能 陸が 示 唆 さ れた 。 皿Wの 脳 保 護効 果 に つい て の 検討 で は 、TRMは 2VO後4日 目 に お け るI皿 形 成 障 害 を 用 量 依 存 的 に 改 善 し 、n泓5耐/kg群 で はSham群 と 同 程 度 のI冊 形 成 を 示 し た 。 高 架 式 十 字 迷 路 試験 で は 、11M投与2VO群 で は 、用 量 依 存 的 にオ ー プ ンア ー ム 滞 左時 間 が 延長 し 、HくM51rd/kg群 で はsham群と ほ ぼ同程 度のオー プン アー ム 滞 在時 間 を 示 し、2VOに よ る 不安 水 準 の上 昇 を 改善 し た 。こ の 改善 作用の機 序につ い て は 、2VO中の 脳 組 織酸 素 分 圧 の低 下 が 皿M群 で 有意 に 抑 えら れ た こと か ら 、直 径 が 赤 血球 の 約1／30と 小さ いTRMが 、 赤血 球 が 通過で きない 微少な血 管系を 通って虚 血領域べ 酸 素を 供 給 した 結 果 で はな い か と考 え ら れた 。急陸 出血後4日目 の生存率 の比較 では、COH耐
二 弘
哲
裕 充
本 岡
藤
森 吉
丸
授 授
授
教 教
教
査 査
査
主 副
副
群に比べ、TRM群とSaline3倍群で有意な生存率の上昇が認められた。また、TRM l.5倍群 とSaline3倍群間では生萄蕊輊に有意差は無くLrIP形成は、TRM投与群ではSllam群とほぼ同 程度にI皿形成が認められたが、生食群では3倍量の投与によってもI皿 形成が障害され る 傾向 が 認 めら れ たTRMはS拙eよ り 少な い投与 量で急性 動脈出血 後の生存 率とI冊形 成障害を改善することが明らかとなった。弧ひ江群もSむne群も共にその投与により脳血流 量は脱 血前値以 上に増大 したが、 脳組織酸素分圧はnM群ではSむne群より常に高値を示 し、投 与50分以降 ではHM1．5倍 群とsaline3倍群との間に有意差が認められた。即ち、
1RMは、急性動脈出血後の循環不全による組織低酸素状態を改善することによって、生存 率および生存ラットの脳機能障害を軽減すると考えられた。以上より、脳虚血に対するプロ ポフオールの脳保護効果は、検証することができなかった。しかし、皿Mが脳保護効果を 有する ことが確 認され、 虚血陸脳 疾患の新 たな治療手 段となる 可飽性が示唆された。
発表後、副査の吉岡教授からこれまでの治療法と比較してnMを用いた治療法の利点とイ立置 付けおよびプロポフオールの他のモデルでの有効性とその作用機序について、丸藤教授から実 験に使用したプロポフオールの投与量と循環動態の変動および遅発J陸細胞死への効果にっい ての質問がなされた。主査の森本教授からプロポフオール実験中の脳血流量、虚血による脳機 能障害の長期的変化船よぴTRMの脳機能保護効果の機序にっいて質問がなされた。いずれの 質問に 対しても 、申請者 は実験成 績と過去 の文献など を引用し ，概ね適切に回答した 本論文は、脳虚血に対する静脈麻酔薬プロポフオールと人工酸素運搬体TRM．桝5の効果 について明らかにし、特にTRM・645の虚血性脳疾患への急艦湖治療への酸素供給療法とし ての可能性を示唆した点に韜いて高く評価され、新たな治療手段にっながるものと期待され る。
審査員一同は，これらの成果を高く評価し，大学院課程における研鑽や取得単位なども併 せ、申 請者が博 士（医学 ）の学位 を受ける のに充分な 資格を有 するものと判定した。
