金 沢大学 十 全 医学 会 雑 誌 第8 7 巻 第1 号 5 岬1 0 (1 9 7 8)
局 所 振動暴露に よ る脳 循環 系 へ 甲影 響
‑Im peda n c eplet hys m ogr aph y の脳循環 測定へ の応 用一
金 沢 大学 医 学 部公 衆 衛生 学 教 室
伊 藤 史 子 ( 昭 和52年11月2 2 日受 付)
脳の血 行 動 態を み る方 法は, 古 来 多くの研 究 者によ り様々な方 法が考 案さ れ. 臨 床 的に応 用が可 能な もの と して, 古く か ら N20 法が行わ れて来た が1I, 近 年. Xe
.3 3
な どの種々 の放射 性 同位元素を ind ic ato r と し て脳 血 流を定 量 的に測定す る試み が行わ れて いる2I.し か し. これ らの方 法によ る測 定も, 測 定操 作が面 倒で あ り, ま た. 短時 間 内の血 流 変 動や連続 的な変 化を見 るには 必 ず し も適して いない.
血 流を非 観 血 的. 連続 的かっ披 験 者に何ら侵 車や苦 痛な く測定 可 能な方 法の 一 つと して生 体に高 周波 電 流 を印 加し, イ ン ピー ダン ス の変 動か ら血 流に関す る情 報を得よ う と す る試み. す な わ ち イン ピー ダン ス脈 疲
5
を導 出す る Im peda n c eplethys m ogr aphy が あ る が, 本研究では振動が脳 血 流に与え る影響を実 験 的に調べ る た め, こ の測 定 方 法を採用し た.
Im peda n c eplethys m ogr aphy は電 極の添付が可 能
であ れ ば生 体のどの部 分の血 流 測定に も応 用でき, 脳
に応 用し た場 合.R he o e n c ephalogr aphy( R E G ) と称 さ れて いる.
R E G に よ る研 究 は, Hadjie v3)
, Ma rko vich4 ),
Le chn e r5, らの報 告で明ら か な よ うに. 諸 外 国では研 究も活 発で , 臨床 的 応 用も多方 面か ら検 討さ れて いる が† 我が国ではこ の方 面の研 究や経 験が少な く, 頭 皮 上か ら脳 内 血流を観 察でき る か ど う か議 論 もあ り, そ
F ig. 1
E ffe cts of Lo c al Vi br atio n E xpo sur e o n t he Ce r ebr al Blo od Flo w . ‑ A p p lic atio n of Im peda n c eplet h ys m ogr aphy to the M e a s u r e m e nt of Ce r ebr al Blo od Flo w ‑ . Fu mi ko ‡to,
Departm e nt of Pub lic H e alth, Ka n a z a w a U niv e r si t y,Sch o ol of M edicin e,･
6 伊
の評 価は岬達し ていない6 卜91, R E G が脳の血 行 動態の
観 察に有 効な方法であ る か,これ を明ら かにするには,
現 状では先ず. 感 度が良く
.再 現 性の良い結 果を得るこ
との出 来る装 置を開 発す ること が肝 要であ る.そこ で ,
著 者は イン ピ ー ターンス舵 波計を試 作し たの であ る が. その有 効 性につ い て実験 的検 討を行っ た.
インピー ダンス脈 波 計の概 要
イ ン ピー ダン ス脈 波 計には. プtトソジ法の原理に基 く 二電 極 方 式お よ び 四偶の電 極を用い, 電 流 印 加部 分 と検 出 部 分を分 離し た 四電 極 方 式の2 っが あ る が. 本 研 究では 四電極 方 式を採用し, 装 置を九 粧 大 学 菅野 氏
の御 協 力によ り作 成し た. 四電 極 方 式を採 用し た 理由 は. こ の方式は こ電 極 方式に比して電 気 的にも安定 性 が高く, 電 極の接 触 抵 抗の影 響 を 受け ること が な く.
Table l インピー ダン ス脈 派 計の特性 使 用 電 源
使 用 電 力 定電 流源 発振 周 波 数 定電流源 電流 値 Zo の動作範 囲 Zo の攻正精度
A C l O O V l O W / 1cha n n e1 4 0 K H z
O.2m A l O 〜1 5 0 Q l% 土 1 日(1 0 0 日 につき) Zo の直線 性 (上 記の精度で) 1 0 〜1 0 0 Q
ま た再現性の良い結 果が得ら れ る岬な ど様々な利 点を 有し. こ の方 填で導 出さ れ る頭 部のイ ン ピー ダン ス脈 波は頭 皮 血 流の影 響が非 常に少い川と さ れて いる か ら であ る･ さ らに, 四電極 方式で のみ脳の任 意の部 分の R E G を同 時に記 録でき. 多チャ ンネル測 定が可 能で あ ること は大 きな利 点であ る,
本 研 究で作 成し た脈 波計に は, 同 時に脳の左 右の血 流 測 定ができ る よ うに2 チャ ンネル の測 定 回 路を挿 入 し た. (F ig‑ 1)の上段にあ る/ト型の装 置が イン ピ ー
ダン ス脈 披 計の本 体であ る.下段は交 流 増 幅 器であ る.
舵 彼 計の電 気 的 特 性は (rrab le 鵬 1) に示 すよ う に,
4 0 K Hz , 0 .2 m A の高 周 波定 電 流を電 流 源と し.1 0f2 か ら 1 0 0g2 の範 囲におい てイ ン ピー ダン ス の直線 性が 保 持さ れて いる,
本 装 置に よ る脳の血流 測 定の概 要は(F ig… 2)に示 す通り頭 皮 上に 4 偶の表 面電 極 を添 付し, これ らの問
に高 周 波 定 電 流を印 加し, 電 流電 極 間に置いた2 個の 検 出 電 極よ り組 織の血量の変 化に伴う イン ピ ー ダン ス め変 化を電 位 差の変 動と して検 出するもの であ る. 脈 波 信 号は, 増 幅 検 波 回路, さ らに積 分. 増 幅 回 路を経
て導 出さ れ, これ を交流 増 幅 器に て増 幅す る と脈 波と L て記 録でき る. 電 流電 極 間にさ らに 一 対の検 出電 極 を添 付す れ ば 2 チ ャ ンネル誘 導が できる.
脈 波 計 本 体の回路図の概 要は, 1 チャ ンネル分に つ いて示 すと(Fig ‑ 3 )の如く である.回路に は0 .1 点 の較 正 回路を組み込み, 被 験 部 組 織のイン ピ ー ダンス の バ ラ ン スを とって直流 成 分Z を と り也し, こ の上に
発 信 器
F ig, 2 頭 部インピー ダン ス脈 波測 定の概 要
局 所 振 動 暴 露によ る脳 循環 系への影 響 7
F ig･ 3 定電流四電 極 方式インピー ダン ス脈 波計 回路 図
FR O N t PLE THYS M､
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P L E丁目YS M .
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F ig. 4
加わ るイ ンピ 【 ダン ス の変 化分, す な わ ち交 流 成 分 J Z を脈 波と L て増幅して いる.
R E G に より 得られ る 脈 波
測 定は 電 流 電 極に大き さ 3 × 4c m . 検 出電 極に大 き さ 2 ×3c m の平 板 銀電 極を用い,電 流 電 極は両 側々 頭 部に置 き, 検 出 電 極は前 頭 部に約1 0c m の間 隔で左 右 対称に置い て測 定を行っ た. 電極の装 着 部 位の皮膚 は消 毒 用ア ルコ ー ルで清拭して脱 脂 し, 皮 膚と電 極と の接 触を良く す る た め電 極には食塩 糊を 塗 布し た. こ
のよ うにして測定L た安静 時仰 臥他の頭 部のイ ンピー ダンス脈 波 (R E G) の 一 例を(Fig : 4) に示し た.
図の2段 目の脈 波が R E G であ る. 上 段の脈 疲は前 頭 部 中央で測 定し た反射 型 光電 脈 波で, こ の方 法で得ら れ る脈 彼は頭 皮の血 流を反 映 するもの であ る. 両脈 波 と も頭 皮 上の同じ部 位で脈 波を導 出して いるの であ る が, 両 者の形状は異な り, イン ピー ダンス脈 波は頭 皮 と は異な る組織の血 流を反 映して いること が推 察さ れ る･ ま た･ こ のよ う な形状の遠いは, 血 管に拡 張作 用 を 及 ぼ す物 質を与え た場合にも 認め ら れ る (F ig.‑
伊
5). す な わ ち, 全 身の末 梢 血管を拡 張さ せ る作 用のあ るnitr oglyc ol (ダ イナマイト の原 料に用いら れ る亜 硝 酸 化 合物,C2軋(O N2)2 .) を下 肢か ら経 皮 吸収さ せ た場 合の前頭 部の R E G を見ても, R E G は脈 波 切 痕が 著し く低く なり 明ら か な拡 張 波 形を呈し ている が. 同 部位の頭 皮の血 流 脈 波の波形の変化は僅かで, こ の場 合にも両 舵 波は著し く形 状が異なって いた.
以上の成 績でも,R E G は頭 皮以 外の血 流を反 映し て いること が示 唆さ れ る が, こ のよ うに して得ら れ た
F R O N T. P L E T H Y S M.
F R O N T. R E G
DI G 汀. PL ETH Y S M.
EC G
F R C 削T R EG
藤
R E G が果して脳の血流を反 映 する もの であ る か ど う か を み る た め. 脳血 管に対して のみ特 賞 的に血 管拡 張 作 用を有す る ものと してC O2 が知ら れて いるの で12),
5 % C O2を 吸入し た場合の前 頭 部の R E G お よ び頭 皮
の血 流の変 化を反 射 型 光 電 脈 墟によっ て観 察し た (F ig. ‑ 6 ). その結 果. R E G 脹 波の波 高は C O2 の吸 入によ り著し く高ま るのを認め た. し か し, 頭 皮の血 流 脈 彼の波 高に は変 化が ないか む し ろ減 少が認め ら れ たの で, これ らの結 果か ら, イン ピー ダンス法で測 定
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F ig. 5
F R O NT
P L E 丁目YS M .
R A DIAL P U L S E
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5 % C a J N H A L A Tl O N
Flg. 6
局 所 振 動 暴 露に よ る脳循 環 系へ の影 響
し た頭 部の脈 疲は脳の脈波であ ること が推 察さ れ た.
考 察
イ ン ピー ダン スプレチズ モグ ラフ ィ ーのヒ トの脳への 最初の応 用は PoIz e r‑3I
(1950 ) によっ てな さ れ. こ の
方 法は R he o e n c ephalogr aphy( R E G)と呼ば れ た,当 初のR E G は ブ リッ ジ法の原理に基く もの で, 測 定し よ う と す る脳の2 点 間のイン ピ ー ダンスを ブ リッ ジの
一辺に組み 込 み, 他の2 辺に高 周 波 電 流を流し, ブ リ
ッ ジ間の バ ランスを とっ た後その部 分の血 量の変 化に
よ る イン ピー ダン ス の変 化を測 定 する方 法であ る. こ の方 法は 2 個の電 極を用いるの で2電 極饉と も言わ れ て いる.
し か し, ブ リッ ジ法では, 電 極 間の相 互 干渉や電 極
の接 触 部 分のズレが実 質 的なa rtefa ct にな り易い. 電 流 分 布にム ラが生じ易いな どの欠 点が あ り, こ のた め き れいな舵 波を得 難い場 合が多く, 再 現 性の点で問題 が残って いる. さ らに, 測定 申に頻 回にバ ラ ン スを と る 必要が あ る な ど操 作 上の面 当さ は否め ない. ブ リッ
ジ法によ る R E G で は.Be rtha1 4)
に よ る と.波 形 構 成の
約6 3 % が脳 内血 流を反 映する と して い る. その 後,
Lechn e r
‑5 J
(1 9 61 ) は方法 的な改良を行い,電 流 電 極と 検 出 電 極の各2 個を分 離し た 四電 極 方 式を考 案し た.
こ の方 法は イン ピー ダン ス脈 液 汁の概 要の項で述べた よ うに , 二電 極 法に比して様々な利 点を有してお り,
波形構 成は殆ん ど 脳の血 流によ る と さ れて いる. こ の よ うに R E G には 2 っの方 式が あ る が, 本研 究では定 電流四電 極方 式イ ン ピー ダンス脈 波 計を作 成し, 脳 血 流 測 定への有効 性につい て検 討し た.
有 効 性と しては, 先ず本装 置が どの程度 脳の血 行 動 態 を捕 捉で垂 る か が問 題と な るの であ ろ う. これ を明 ら かにす る た め, 著 者は C O2 吸 入 実験に よ り脳 血 管を 特 異 的に拡 張さ せ た場 合のイン ピー ダン ス舵 波を観 察 し. R E G 上に のみ血 管の拡 張を確 認し た. ま た, 菅 酔6‖71ら も頚 動 脈 圧 迫 試験を行い, 皮 膚 上か ら両 側の 内頚 動脈を 一 時 的に圧迫し閉 塞す る と, 前 頭 部のイン ピー ダン ス脈 波は消 失し, 閉 塞を解 徐 する と再び現わ れ るのを 認 め た. し か し, 前 頭 部の頭皮の血 流を 反映 す る 反射 型 光電 脈 波 波 形には全く変 化を認め ず, イン
ピー ダンス脈 波は脳 内の血 流を反 映して いること を確 証 し た. これ らの こと か ら, 作 成し た イ ン ピー ダンス 脈 疲 計によ り. 頭 皮 上か らの測 定にも拘わ らず 脳の血 行 動 態を捕 捉でき ること が推 察さ れ た.
な お, R E G 法では, 印加 電 流の分布して いる脳の組 織 容 量を知ること ができ ない の で, 定 量 的な脳 血 流の
測 定はでき ないが, 電極の位 置と大き さ が適 切であ れ
9
ば頭皮 上か ら脳 血 流の変 化を定 性的に記 録 すること は 充 分 可能で あ り, 測定は被 験 者に侵 襲や苦 痛 もな く,
非 観血 的かつ連 続 的な観 察ができること は本 法の大 き な利点であ り, 分 後の応 用が期 待できる.
結 語
手への局 所 振 動 暴露によ る脳の血 涜 変化を観 察 する 目 的で , 定 電 流四電極 方 式イン ピー ダンス舵 波 計を作 成し た,本装 置が脳の血流を捕捉し得るもので あ る か. 前 頭 部の同じ部 位におい てイ ン ピ ー ダ ン ス脈 波 (R G E).お よ び反 射 型 光電 舵 波 計によ り頭 皮の血流 脈 波を導 出し. 種々比較 検 討し た が, C O2 吸 入 実験に よ
って R E G 上に のみ血管の拡 張 像が現わ れ るの を認 め. R E G は脳の血 流を反 映 すること が推 察さ れ た.
御 教 示, 御 校閲 を 賜っ た岡 田晃 教 授に感 謝 致し ます. 本 装 置の作 成に多 大な御 協 力 をい ただ垂, 終 始御指導 下さ いまし た九 州大 学 医 学 部 菅 野久 信 教 授に深 甚の謝意 を 表 しま す.
文 献
l ) Kety,S･S. & Schmi d t,C.F.: Am .J. P hysiol.,
1 4 3,5 3ゝ(1 9 4 5).
2 ) Po s n e r,J. B.:Str oke,3,2 2 7(1r97 2).
3 ) Hadjie v, D. : Pr ogr e s s in Br ain Re s e a rcb,
V Ol･3 5,Ce r ebr al B lo od F lo w:2 5.( 1 9 7 2). 4 ) E ds M a rko vich, S. E. : An n. N. Ac ad. Sci..
1 7 0 (2),5 9 4 (1 9 7 0 ).
5 ) E ds Lechn e r, H. : R he o e n c ephalogr aphy a nd Plethys m ogr aph ic al m ethods, Ex c ep ta M ed ic a
Fo u ndatio n,A m ste rda m ,1 9 6 9.
6 ) 金 子仁 郎 ｡ 石 井 康雄 : 臨 床脳 波,2 ,6 5 (1 9 6 0). 7 ) 倉田 誠･ 平 井 弘之 : 老 年病, 6,2 9 2 (1 9 6 2). 8 ) 桑 原武 夫: 脳 と神経, 1 1.2 0 9 (1 9 5 9 ). 9 ) 坂田 岬 記･ 佐藤 収･鈴 木 晴雄･竹友 隆雄: 脳
と神 経, 1 7,6 8 1 (1 9 6 5).
1 0 ) Da vid,G., Yo u ng,Jr., Robe rt,H.,Co x,M. S.,
E m e ry,K. S to n e r & W i11ia m J.Erdm a nI l. : Am .
J. P hysic al M ed..4 6,1 2 6 1 ( 1 9 6 7 ).
1 1 ) Le ch n e r,H. & M a rtin, F. : R he o e n c ephalo･ gr aphy a nd plethys m o s m ogr aphic al m ethods
Ex c ep ta Med ic a Fo u ndatio n, Am ste rda m,1 9 6 9.
1 2 ) 相沢 豊三 : 脳 循環 と その臨床, 1 2 0 , 中 外 医 学 社, 束 京, 1 9 6 7.
1 3 ) PoIz e r, K. & Schuh fried, F. : W ien Z. Ne r v e nheil k.,3,2 9 5 (1 9 5 0 ).
1 4 ) Be rtha, H., Hep p n e r,F.
, Je nkn e r, F. L.,
