延髄呼吸性 及 す 影響 橋吻 側 背外 側 部(呼吸調 節中枢 ) 刺激 梼隔 神経

金沢大学十 全 医学 会 雑誌 第91巻 第l 号 1 3 仁 1 5 2 (1 9 8 2) _{1 3 7}

ネ^コ 橋 吻側^{背 外}側部 ( 呼 吸調節中枢) 刺 激^の梼 隔神 経 お よ ^び延 髄 呼 吸 性 ^{ニ ュ ー ロ ン に}及 ^ぼす影 響

金沢大学大草 職 偲ヤ朝究 村脳神 鋒 外 科学 講 座 (主 任^: 山本信二郎 教 授)

大 西 寛 明

( 昭和^{5 7}年¹ 月⁹ 日受 付)

本論火^の要 旨は, 節^{3 4}回日本 計伸 神拝草 会 総合 (恥 私 1 9 81) ^にお^い て発 表し た^･

橋 吻 側部の呼 吸 調 節 中枢の呼 吸に及ぼ す影 響につ いて検 索す る為, ネ^コの椀 物側 背 外 側部を囁 気刺 激し て横^{断 中経の}自 発 放 電 及 び延 髄 呼 吸 性^{ニ ュ ー ロ ンの}変 化を観 察し た^■ Nu cle u $ P^{a ra}br a chi al is ( 以下 N P B と略) を連 続 刺 激 (2 ^岬5 V, 1 い 1 0 0 Hz) す る と横 隔 神 経の自 発放 電の周 期の短縮^と発 射の増 大が出 現した. 99 単 位の延 髄 呼 吸 性^{ニ ュ ー ロ ン}( 吸息 性5 2 単位, 呼 息性3 0 単 位, pba s e $pa n ning 型1 7単 位) を孤束核, 疑 核 及び後 疑 核の近 傍よ り記 録し た･ N P B の連 続 刺 激^によ り吸 息 性5 1単 凪 呼 息 性29 単 軋

p h^{a s e spa n n}ing 塾ニ ュ ^ー ロ ン1 2単 位の計9 2単 位が呼 吸 周 期の促 進に同期し て群^{発 を 示した･ 刺 激に よ る}

凝滞 神経^の自 発 放電の増 大に相 関し て,これ ら の吸 息性^{ニ ュ ー ロ ン5 1}単 位のうち 7単 位が単位 発 射の増加 を, 呼息性 ^{ニ ュ ー ロン2 9} 単位のうち 6単 位が単位 発射^の減 少を き た した･ 9 9 単 位^のう ち残り の 7 単 位の

ニュ ^ーロンは p h^{a s e spa n n}iⁿg 型5 単位, 吸息性^{及 び呼 息}性^{の各々 1 単 位よ り な り, これ ら は吸 息 凱 呼 息} 期に関わ らずN P B 刺激のショック に応 答し て誘 発々射を生じ た･ 同側の N P B 刺 激に 5 単 軌 対 側 刺激に

1単位, 両側 性に 1 単位の^{こ ユ ー ロ ン}が応答し^, 潜 時は 5 単位が 3 ^‑7 m s e c で他の 2 単 位は 1 5 m s e c及び

22 m s e c であった. 以 上 の結果よ り, 呼 吸の リ ズムは棉, 延髄の呼 吸 中枢の回路 網に よっ て形 成さ れ, 両

者の間に は シ ナ プ^スあるいは線維^によ る連絡が存 在す ること が証 明さ れ た.

鼠ey ^{w o r}ds ele ctric al stim ulati^{o n}, r O Str al do r s olate r al _po n s,P^{n e u m O}ta Xic c e nte r,phr e nic dis cha rg^{e s},bulba r r e spir ato ry n e u r o n s.

呼吸運動は生 体の外 環 境の み な らず内 環境の さ ま ざ まな変化^に反応す る^{. 一} 方, 呼 吸 中枢は求 心 性入力の 関与なしに内 因性に呼吸リ ズムを形成し呼 吸を調 節す る神経機構^を持ち, そ れ は脳 幹^に存 在す る と さ れ て^い る.

192 3年Lu m sde n^l)2)は ネ^コ の脳 幹切 断 実験^によ り橋 吻側部に呼吸 調節 中枢が存 在し, 聴 条の高^{さ の}橋 尾 側 部^に存在す る持続 性 吸 息中枢^の活動を周 期的に中 断す ることによ り 正常な呼 吸リ ズ^ムが形 成さ れ る と し た.

以来, 呼吸 リ ズムの発 現^には呼 吸調 節 中 枢を含む橋の 存在が不可欠である と す る見 解^Ⅰ卜5)と延 髄の み で呼吸 の 自律性が保た れ る と す る見解^{6ト1 4)}があり ^一致を み な^い.

Cohe n^{1 5}ト1 7)

,Be rtr a nd ら^{1 8)}は ネ^コ を 用^いた詳 細な電

気刺 激 実 験一 局 所 破 壊 実 験よ り, 呼 吸 調 節 中枢は橋 吻 側 背外 側 部のn u cle u s pa rabr a ch i al is ( 以 下N P B と 略) 及び そ の近 傍の網 様 体^に存 在し, 延 髄の呼 吸 中枢

に作 用し て吸 息か ら呼 息, 呼 息か ら吸息^への呼 吸リ ズ ムの切り替え を促す と し た. Be rtr a nd ら^{1 9)}は N P B 及 び そ の近 傍よ り呼 吸性ニ ュ ^ー ロンの単 位発 射を記録し,

吸 息 性^{ニ ュ ー ロ ン}群は外側, 呼 息性^{ニ ュ ー ロ ン}群は内 側, 吸息 呼 息 両相^にま た が^って発 射_{す る p h}a s e spa n n^･

ing 型^ニ ュ ^ー ロ ン群は両者の間^に分布し ており,各ニ ュ

ー ロ ンは 回路 網を形 成し て活動す る と し た.

延 髄 呼 吸性^{ニ ュ ー ロ ン}は孤 束 核を中心と す る背 内 側 群と疑 核 及 び後 疑 核を中 心と す る腹 外側 群^に大別さ れ る^{2 0)2 1)}.H o r s e r adish _pe r o xida s e を用^いた研 究^{2 2ト2 4)に}

Effe cts of Ele ctric al Stim ul atio n of the R o str al Do r s olate r al P o n s up^{o n} P hr e nic D is^‑ Cha rg^{e s a n}d B ulba r R e spir ato ry N e u r o n s in Cats. H ir o aki O h nish i, Dep^{a r}tm e nt of Ne u r o s u rg^{e r}y^,(^{D ir e cto r : Pr of. S. Y a m a m oto}) ^{Scho ol of M edicin e}, K a n a z a w a U niv eri_{t y}.

1 3 8

よ り呼 吸 調 節 中枢と され る N P B と上 述の3 核との間の

線 練 達 絡の存 在が証 明さ れ ている.

本 研 究は, ネ^コ構吻 側 背 外 側 部 ( 呼吸調 節 中枢) を 電 気 的^に刺激し横 隔 神経の自 発 放 電 及び延 髄呼 吸性^ニ

ュ ^ー ロ ン の変 化^について検 索し た^.

材 料及 び方 法

実験には,体 重2.4 ^‑4.7 k_{g の}成ネ^コ 3 1 匹 を使用 し た^. ネ^ンブ タ ^{ー ル}3 0 m g/_{k g を}静 脈 内注 射し, 静 脈路を 確 保し, 気 管切 開^にて挿 管^{し て}陽圧人工呼 吸を行^い,

毎 分換 気回数を 3 3 臥1 回換 気 畳を 7 ml/kg に設 定し た^.手術 創 及び圧痛 点に は 1% リ ド カ イ^ンを注射し た.

麻 酔 導入後は ネ^ンブ タ^{ー ル}を追 加せず, パ ンク^{ロ ニ} ウ ム ^･ ブロ マイ ドある^いは ガ ラ ミンの静 脈 内 注射に て非 勒 化と し た. 動 物の頭 部 を 限 裔下 線^一 外 耳 孔 面を水 平 位よ り腹 側^{へ3 5勺}傾 斜し た定位 脳 固定 装 置に固 定し,延 髄の定 位 脳 座標 図^細を利用 で き る よ う^にし た.動物を仰 臥位^にし, 右前 胸部の胸 鎖 乳 突 筋 前 線^に沿った線 状 皮 切を加え て右側の横 隔神 経を露 出し, 加 温し た流 動^パ ラフ ィ ンの プ ^ー ルの中で手 術 顕 微 鏡 下^に神 経を鎖 骨下 動脈と交叉 す る部 位ま で剥 離し結 数 切 断し た^.

肺 伸 展受 容器か ら の求 心 性入力は迷 走神 経を介し て 脳幹^の呼 吸中枢の リ ズ^ム形 成に影 響を与え る^{2… 7)}レ スピ レ ^ー タ^ー を用いた非動 化 動物で は迷 走神 経の存 在に よ り横 隔神経の放 電 周期はレ スピ^{レ ー} タ ^ー の周 期と ^一致 す ること がある^{2 8)}｡ この影 響を除く た め両側の迷 走 神経 を切 断^{し た.} 創 縫合し, 動 物を腹 臥位に し た後, 第7 頸 椎の棟 突 起を定位 脳の付 属 器 具で固定し た. 後 頸部 正中よ り右2 c m 外 側にて 正中に沿っ て線 状 皮 切を加 え, 筋 肉を切 離し, 結 勢 糸の付^いた横 隔 神 経を同 定し た^. 頭 部か ら後頚 部^にか け て 正中切 開を加え, 砕 骨 紺 子 を用^いて後頭 下 関 頭^を施 行し た. さ ら に小脳 及び骨 性テント の ^一部を除 去し, 下丘 か ら延 髄 下 部ま で を露 出し た. こ の操 作^によ り橋 吻側 部に直 視 下^にて電 極を 垂直に刺入 で き る. 露 出し た脳 軌 横 隔 神経には体 温 (37 ^‑3 8⁰C)に温め た流 動^パラフ ィ ンを置き冷 却と乾 燥 を防^いだ. 室 温を 2 7⁰C, 湿 度^{を 7 0}% ^に保ち, 動 物は温 水パ ッドにて直 腸 温3 6 ^‑3 7⁰C ^に維 持し た^. 血圧 は大 腿 動脈か ら ト ラン スデ^{ュ ー}サ ^ー (日本 光 電, M P ^‑4) を 使用 し て測 定し た｡

橋 吻 側部の電 気刺 激には外 径0 ^.3 m m ,内芯0^.1 m m

で内 芯の先 端は外簡の先 端よ り 0^.5m m 突 出さ せ た^ス テン レ ス同 心 円 電極を用^い, ア イ ソ^{レ ー} タ ^ー を介し た 電 気刺 激装 置 (日本 光 電, S S ^‑1 0 1J ^: S E N l l O l) に よ り 0^.5 m s e c,1 ^‑ 7 V, 1^‑2 00 Bzの矩 形 波 電 流を使 用し た^{. .}

横 隔神経^{の自発 放 電の記録には白 金双極電 極を 用い},

内

商人カインピ ^ー ダン ス前置 増 幅 器 (日本光 電, A V Z ^‑ 8) 及び C R 増幅 器 (日本 光 亀 R B‑²) _{よ り}増幅_し

,

オッ シロ スコ ^ー プ ( 日本光 乱 V C ^‑9) にて観察_した

.

延 髄^の呼 吸 性^{ニ ュ ー} ロ ン の単 位 発射の記録にほ先 削

‑2 〝 の微 小ガ ラス電 極を 用^い, 中^に3 M ^‑ NaCl ある いは fa st gr e e n F C F で飽 和し た 2 M ‑ ^N aC l を満たし た･微 小ガ ラス電 極の インピ^ー ダン スは 4 ^‑10 M 烏であ

った･ 単 位 発射^の記録は す^べて単極 誘 導で行ない_, 不 関 電 極を慨頭 筋^に置いた^一 徹 小 竃極 用 増幅 器 (日本光 亀 M E Z ^‑8101)及 び高感 度 増 幅 器(日本 光電, A V H

‑9)で増幅し, サウ ンド^{モ ニ}タ ^ー を用^い_{な が らオッシ}

ロ スコ ^ー プ (日本 光電, V C‑^{9) で}観 察し た. 延髄呼

吸性^{ニ ュ ー} ロ ンの単 位 発 軋 横 隔神経の自発放亀 両 者^の放 電の積 分及 び血圧の記録^には直 記式電磁オッシ ログラフ ( 横 河 電 機, Ty pe 2 9 0 1) あ る^いは ジェ ット 式インク番記 録 器 (日本 光 亀 R ト 1 1 08) を用_{巧 必} 要^に応じ て磁 気テ^ープレコ ^ー ダ^ー(S O N Y,D E R ^q3715) で記 録し た^. 増 幅 器の時 定 数は延 髄 呼吸性^{ニ ュ ー}ロン の単 位 発 射の記 録^には 0^･01秒,横 隔 神経^の自発放電の

記 録に は 0･3 軌 前^二者^の積 分の記録に は 2^.0秒とし た.

延 髄 呼 吸 性^{ニ ュ ー ロ ン}は孤 束 核^珊,疑 核^{3 0)},及び後疑 核^{3 1)}を中心と す る網 様 体よ り多く記 録さ れ る.このこと を考 慮し て呼吸性^{ニ ュ ー ロ ン}を門を中心と し て吻側2

m m , 尾 側2 m In の領野にわ た り探 索し た^. 記録部位 に関し て は閂を指 標と し て下 位 脳 幹定 位脳座^{標図2 5}を} 利 用し た.

橋 吻 側 部の電 気 刺激 実験^{に おいて}, 呼吸促進, 呼吸 抑 制 反 応を得ら れ た部 位で電 極 内 芯を陰性と し 30〟A の直 流 電 流で 3 0秒 間通 電し た後,1 0% ^{ホ ルマ}リン で固 定し, 凍 結連 続切 片(4 0_J∠)を作 製し,

ニ ッ ス ル染色を 行な^い刺 激 部位を確 認し た.

成 績

Ⅰ 橋 吻側 部^の電 気 刺 激^による横 隔 神経^の自発放電 の変 化

1 . 刺 激 部 位と呼吸 反応

図1 は, 橋 吻 側 部^{で の}電 気 刺激 (0^.5 m s e c,5 V,5() Hz) の部 位と横 隔 神 経の自発 放 電^の変 化^{の パ}タ^ーンを 示 す^. Nu cle u spa r abr a ch ialis( 以 下N P B と略)及び そ^の近 傍で の刺 激は横 隔 神経^の自 発 放電の周 期^の短縮 と発 射^の増 大よ り な る呼 吸促 進 反 応(A) を引き起^こし た.

一 方₁ n u cle t lSle nmi s ci late r alis 内側^の網様体^で

の刺 激は放 電 周 期の短 縮^と発 射^の減 少 (B ) を示 した^. 呼 吸 促 進 反 応を呈す る^､N P B 及 びその近 傍は諸家^{1 7)1 8切}

三二二三二三∴ ^ニー∴ ^一二_̲^二_̲ ^{こ1 ‑}

l

ネ^コ橋 吻 側 部 刺 激^によ る呼 吸の変 化 1 3 9

｣ ^{, m m St 麒 醜 聞 咽 閣圏甜 J 5 ｡ uV}

2 m m 2 s℡C

F i_g.1. E ffe cts of r epetitiv e stim ulatio n of the r o str al_po n sup^{o n} phr e nicd is cha rg^{e s.} T he stim ulatio n of n u cle u s p^{a r a}br a ch ialis (N P B) a nd its adja c e nt a r e a (cir cIe s)

Sho rte n s r e spir ato ry cycle s a nd in c r e a s e s phr e nic dis cha rge s (A), Wh ile that of

r etic ula rfo r matio n m edial to n u cle u sle m nis ci late r alis(squ a r e s) r edu c e s phr e nic

d is cha rge s(B)^, B P,br a ch iu m po ntis; B C,br a chiu m c o nju n ctiv u m ; P bm ,n u Cle u s Pa r abr a chialis m ed ialis; P b l, n u Cle u s pa r abr a chialis late r alis; L Iv. n u cle u s

le m nis ci late r alis v e ntr alis; P Y _,tr a Ctu S py^{r a}mi dalis; P h_,phr e nic d is cha rge s;In,

iⁿteg^{r a}tio n of_phr e nicd is cha rg^{e s}; St_.stim ulatio n(0.5 m s e c,5 V ,r e Cta ngula r w a v e s a n (1 50 Hz)^.

F ig^■2･ A fr o z e n s e ctio n(^{4 0}〟m thic kn e s s) ^ofthe r o str al _po n s stain ed

With c r e syl violetl Ar r o w s sho w stim ulatio n site s wh ich _pr odu c ed

r e spir ato ry a c c ele r atio n. T ho s e a r e situ ated in N P B^.

1 4 0

し, そ れ は N P B ^に存 在す る.

以下の実 験は, 常^に呼 吸 促 進 反応を得ることので き る N P B に刺 激部 位を限 定し て検 索を行な^った.

2^. 刺 激^{の パ}ラ^{メ ー} タ ^ー

図3 は, N P B の刺 激^の頻 度を 50 H zと し刺 激の強 度 を変え た場 合の効 果を示 す^. 2 V よ り横 隔神 経^の自 発 放 電の周期の短 縮 及 び発 射の増 大を認め, 5 V に て最 大の呼 吸促 進 反 応が得ら れ, 6 V 以上 で は も は や反 応

の増 強は認め な かった. 図4 は, 刺 激強 度を 5 V と し 頻度^を変え た場 合の効果を示す^.1 0 IIzよ り呼 吸促 進 反 応は明ら か と な り,5 0 ‡iz前 後で横隔神 経^の自 発 放電の 発 射が最 大と な り周 期の短 縮を 示 し た^. 1 0 0 H zで は

Spa S m Odic な呼 吸^パタ ^ー ン に相 当す る発射が出現し,

2 0 0 Hzで は自発 放 電は抑 制さ れ た･ 実験 例^によっては 1 0 0 H zで も呼 吸促 進 反 応を 示 し た が, 2 0 柑_zで ほ抑制

を 示 し た.

3. 刺 激 時 期と呼吸反応^の変 化

図5 は, 呼 息 期 前 期 (A), 呼 息期 後 期 (B) 及び吸 息 期(C)に 1秒 以 下の短^い刺激(5 V , 5 0 H2)_{を N P B}

に与え た と き の横 隔神経^の自発 放 電の変 化_{を示 す}▲ 呼 息 期前 期で の刺 激は放 電 周 期及び発 射の頻度に影響を 与え な か^った. 呼 息 期 後 期で の刺激は呼息 期^の短縮^に よ る放 電 周 期の短 縮を引き起^こす が, 発射頻度は変化 し な か^った^. 吸息 期の刺 激は発 射頻 度の増 大が著し^い

8 V ̲ ..̲ .

｣ ^{50 uv}

5 s ℡C

Fi g^. 3^. E ffe cts upo n phr e nic d is cha rge s by v a ryl ng inte n si_{t y} of

Stirp^ulatio n(5 0 Hz) ^of N P B^.T he stim ulu sthr e shold ^to a c c ele r atethe r e spi^{r ato r}Y CyCleis2 V, a ndthe s up^{r a m a x}i^m al r e spo n s e is obtain ed by 5 V ^.

l官E

Y^･ :.:

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ネ^コ柄 物 側 部 刺 激^によ る呼吸^の変化 1 4 1

2 0 0 H王

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F i_g^. 4. E ffe cts of phr e nic d is cha rg^{e s} b_y v a rying fr eq^{u e n c}y ^of stim ulatio n(5 V) of N P B^.M a rked a c c ele r atio n ofphr e nic dis cha rg^{e s}isp^{r o}du c ed by stim ulatio n with 4 0

‑⁷⁽⁼㌦

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｣ 5 0 uV 2 s e c F ig^･5･ Effe cts of N P B stim ulatio n,ap plied in d i ffe r e r e nt r e stir ato ry pha s e s, upO n

r e spir ato ry cycle s a nd _phr e nic dis cha rge s. Stim ulatio n deliv e r ed in the e a rly e xpir ato ry pha s e c a u s e s n o effe cts(A),Whilethatin thelate e xpir ato ry pha s e c a u s e s Sho rte ning of the pha s e (B) a nd thatin the in spir ato ry pha s e in c r e a s e s phr e nic

d is cha rge s(C)^.