イヌにおけるカルシウム負荷による心筋壊死の発生とその病態に関する実験的研究　：　心筋壊死と心電図，血行動態，不整脈発生の経時的変化について

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原著〔東女医大誌第63巻第3号頁255∼269平成5年3月〕

イヌにおけるカルシウム負荷による心筋壊死の

発生とその病態に関する実験的研究

一心筋壊死と心電図，血行動態，不整脈発生の

経時的変化について一

東京女子医科大学心臓血圧研究所循環器内科（指導コゥミンテツ黄敏哲細田瑳一教授）（受付平成4年11月20日） Pathophysiology of Calcium・lnd覗ced Myocardial Necro呂is in Canhle Model Min・Tetsu KOH Department of Card孟ology（Director：Prof． Saichi HOSODA）， The Heart Institute of Japan， Tokyo Wolnen’s Medical College To． elucidate the development and course of calcium（Ca）一induced my㏄ardial damage， we developed a canine model by sel㏄tively infusing CaC12（Ca骨：1mg／kg／minute）into a coronary artery to induce regional myocardial necrosis． We observed my㏄ardial pathology， the evolution of el㏄tro・ cardiographic（ECG）changes， hemodynamic changes and the㏄currence of arrhythmia． Thirty mongrel dogs（body weight；12−18㎏）were studied：3controls and 13 r㏄eiving Ca loading were monitored for 16−24 hours；14 were placed on a耳olter ECG monitor for 3 hours after Ca infusion tq study the㏄currence of arrhythmia and the eff㏄t of lid㏄aine administration． The size of the necrotic area was calculated as a percentage of the left ventricle after being sketched pathologically and transformed with a computer using a three・dimensional reconstruction method（NEC， Rise OZ）． We then evaluated the relationship between the extent of my㏄ardial necrosis and the evolution of left ventricular function and hemodynamic chages． We found that： 1．．Twelve・lead ECGs in the Ca・loaded dogs showed acute my㏄ardial infarction（AMI）simulating changes such as ST segment elevation，10wering of the R wave with an initial heightening， appearance of the Q wave and T wave inversion of over time． The time required for apPearance of the Q wave and colnplet量on of the QS wave were 39．0±15．8 and 58．0±19。9 minutes， respectively． The corr6cted QT （QTc）interval was progressively prqlonged with a peak（0．45±0．04 sec）， observed before sacrifice， 16−24hours fQllowing Ca pe㎡usion． 2．Among the various hemodynamic indices evaluated， the cardiac output（C．0．），（十）dp／dt，（一） dp／dt showed significant d㏄reases beginhing 30 minutes after Ca perfusion in the Ca load group． Only． the group with necrosis involving less．than 209もof the l俘ft ventricle（LV）showed gradual recovery． The linear relationship between the degree of decrease from the initial value（％10ss）and extent of necrosis （％of LV）over time was evaluated and we found that the correlation coefficients（γ）of（十）dp／dt and（一） dp／dt were statistically significant（γ＝0．872，0．815；both p＜0．005）at 60 mihutes．after infusion but ・decreased thereafter． The C．0． was initially low， at 60 minutes（γ＝0．428．；p＞0．05）， and． increased

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progressively over 16−24 hours period（γ＝0．846；Pく0．005）． 3．The incidence of ventricular arrhythmias三ncluding premature ventricular contractions （PVCs）， ventricular tachycardia（VT）， and ventricular fibrillation（Vf）， were 100，18．2， and 63．6％ respectively． Of the 10 cases of Vf，7（70％）㏄curred suddenly without any warning ventricular arrhythmia during the preceding 10 minutes． The administration of lidocaine appeared to prevent the ㏄currence of Vf． In conciusion， as compared with various coronary occlusive models used previously， we have established a method of rapidly inducing clearcut my㏄ardial necrosis in defined terrltories of perfusion unaffected by collateral circulation． This canine Ca load model is useful in studying the hemodynamic changes especially compensatory mechanisms following AMI， and for studying the ㏄currence， prevention， and reversal of potentially lethal ventricular arrhythmias．はじめに近年，CCUにおける診療システムの進歩により，心筋梗塞の急性期死亡率は著減したが，今日でも死因の大部分は重症ポンプ失調によるものであり，その予後を規定する最大要因が心筋壊死の大きさであることが知られている1）2），したがって，心筋梗塞発症後，何らかの方法で壊死の進展を止め，さらに心筋細胞を保護し，壊死巣を最小範囲に限局できるか否かは，心筋梗塞の治療，予後を向上させるための重要な課題であると考えられる．心筋壊死には凝固壊死と過収縮帯を特徴とする壊死の二種類が知られている鋤が，前者は冠動脈の閉塞によって形成され，これまで心筋梗塞の実験モデルとして病理，生理，生化学的に広く研究されてきた．しかしながら，後者に関しては，研究の歴史は浅く，これまでの研究でカルシウム（Ca）イオン動態と密接に関係していることが指摘されている． Caイオンは心筋細胞の興奮，収縮，伝導ならびに心筋代謝において，きわめて重要な役割を演じているが，心筋細胞内への大量Caイオンの流入が心筋の不可逆傷害ないしは壊死を形成する上で重要であることが，Jenningsら5）により明らかにされてきた．また，最近，心筋梗塞の治療として冠動脈内血栓溶解や冠動脈形成術などの再開通療法が積極的に行われるようになり，再立流による細胞傷害とCaイオンの細胞内流入の問題が臨床領域においても重要視されてきている6）∼9）．これらのCaイオンと細胞傷害をめぐる基礎的ならびに臨床医学的な背景をもとに，今回，雑種成犬を用い，Caイオンが心筋壊死の発生や不整脈の発生にいかなる影響を及ぼすのか，また経時的な心電図変化ならびに血行動態に及ぼす影響について実験的に検討した．さらに，本実験で作製した心筋壊死は，心電図変化や不整脈の発生，あるいは血行動態的にもヒト心筋梗塞に類似している点が多く，実験的心筋梗塞モデルとして有用であることを実証し，従来の冠動脈の閉塞によって作製した壊死モデルとの違いについても考察を加えた．対象と方法対象は体重12∼18kgの雑種成犬30頭を用い， Ca負荷による心筋壊死の病態を検討した．5％ pentobarbital sodium 25mg／kgで経静脈的に麻

酔し，適宜追加，気管内挿肥後，人工呼吸器

（Aika・R 60またはBird II）を装着し，20％02， 75％N2，5％CO2を用いて調節呼吸とした．左右頸動脈，頸静脈，右大腿静脈を剥離露出し，ヘパリン1，000単位を静注後，冠動脈造影用カテーテル（USCI社，6F）を右頸動脈から挿入し， X線透視下に左冠動脈を造影後，次いで薬剤注入用カテーテル（Cordis社，2．5F）を左前下行枝または回旋枝の近位部に留置した。またマイクロマノメーター付きカテーテル（NEC社， CTC・047N，6F）を左前動脈から左心室，Swan−Ganzカテーテル（American Edwards社，93−132−5F）を左頸静脈から肺動脈へ挿入した（図1）．図2に示した通り，輸液ポンプ（INFORS AG BASEL社， CH4103）を用い，5％グルコース溶液を冠動脈内に選択的

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…一

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造影用冠動脈カテーテル 1心拍出量測定＼肺動脈圧右房圧ミラーカテーテル Swan・Ganz カテーテルバルーン注射器＼鼠左前下行枝左廻旋枝図1 実験モデルの概略図に10分間注入し（グルコース：量：1mg／kg／min），心電図が変わらな：いことを確認した後，対照群3 頭では5％グルコース溶液を同じ速度で引続き30 分間注入し，Ca負荷群とし27頭を5％グルコース液に溶解した塩化Ca液を冠動脈内に30分間注入した（Ca量：1mg／kg／min，グルコース量：1mg／ kg／min）． 1．心電図，血行動態の経時的変化ならびに心筋壊死量の測定

Ca負荷群の16頭にCa注入直前に2mg／kgの

キシロカインを右大腿静脈より急速静注し，その後，適宜，追加静注した．実験開始後早期1時間以内に心室細動で死亡した3頭を除く，対照群3 頭と，計16頭で16∼24時間まで観察検討した． 1）心電図の経時的記録および計測 Ca注入開始直前ならびに開始後60分までは5 分間ごとに，その後6時間までは1時間ごと，さらに9時間，12時間，16∼24時間後にヒト体表面 12誘導心電図に準じた方法で記録した．最も顕著な変化を示した誘導でR波の減高，Q波の出現， PQ間隔とQTc間隔の延長， ST上昇の程度を検討した．ST上昇はJ点より60msecで測定した． 2）血行動態の経時的測定 Swan−Ganzカテーテルを用い，注入前，30分，

1，2，3，6，9，12時間と最終の16∼24時間

後において，熱希釈法により心拍出量（AHS／ JAPAN社9520A Cardiac output computer）と右心系圧を測定し，またマイクロマノメーター付きカテーテルで左心室圧，dp／dtを記録した．また心拍出量，左室圧と（十）dp／dt，（一）dp／dtをCa 負荷前の値を100％とし，その変化率を経時的に求めた． 3）三次元的立体再構築による心筋壊死量の測定心臓を摘出し，10％ホルマリン固定後，心基部

から心尖部まで6mm間隔で両心室を水平横断

し，脱水，脱脂後，パラフィン包埋し，Masson変一霊Omin O 30min lhr 3hr 6hr ghr 12hr 18hr 24hr

対照群一＝＝＝卜一一一一一一一一一一一一一一一

Ca負荷群＊5％G；＊＊CaC12＋5％G 図2 Ca注入実験プロトコール・：5％グルコースをグルコース1mg／kg／分の速度で冠動脈内へ注入．・・：塩化カルシウムの5％グルコース溶液をCaイオン1mg／kg／分で冠動内へ注入．

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法染色によって大型切片標本を作製した．拡大投射機を用い壊死範囲の広がりを投影し，描画後，各画像を3次元立体再構築コンピューターシステム（NEC社， Rise， OZ）に入力し，三次元立体像を作製し，壊死量の左室に占める割合を百分率（％）で算出し，また心拍出量，左心圧，（＋）dp／ dt，（一）dp／dtの測定については下値を100％として前値に対する減少した割合を1％10SS（∠％）とし，両者の相関関係の経時的変化について検討した． 2．ボルター心電図による不整脈の検討前記Ca負荷群の16頭とは別に14頭にホルター心電図（NEC社， DMC・3253）を装着し，そのうち11頭にはキシロカインを全く投与せずに不整脈発生の自然経過を観察した．特に心室細動の発生頻度について，前記，キシロカインを前投与した 16例のCa注入後3時間までの心電図とホルター記録による同時間までの心電図について対比検：討した．ほかの3例では，経過中，心室性不整脈の発生を認めた時点で，キシロカインを一時的に急速静脈注射（1mg／kg）を施行し，その効果を検討した．有意差の検定はunpaired−t test，二元配置分散分析またはカイー二乗法を用い，p＜0．05を有意差ありとした．結果 1．心電図の経時的変化対照群では心電図変化を認めなかったのに対し，Ca・負荷群では全例で冠動脈の支配領域に一致して，ヒト心筋梗塞に類似した心電図変化を示した．Caを冠動脈内に注入後，1∼3分後にT波の増高を認め，その後STの上昇と一過性R波増高が認められた．15分以降30分までの間にR波は減高しはじめ，．Ca注入40∼60分でQ波が形成された．実験例（D−387）の経時的心電図を図3に示す．

Ca負荷群13例における最大ST上昇までの平均

時間はCa注入開始後29．5±4．4分， ST上昇の最大値は平均12．4±7．Ommであった（表1）． Q波出現までの時間は39．0±15．8分，QS波完成（R波消失）までは58．0±19．9分であった．また，termi− nal T波陰門出現までの時間は427．5±178．5分であった（表2）．PQ間隔はCa注入により延長し， Uor 30 醒in

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図3 実験例（D−387）の経時的心電図表1 実験例 _ST上昇最：大値（mm）達成時間（分） D−367 3．0 26 D・368 12．0 28 D−370 3．8 26 D−412 3．5 30 D−383 8．0 32 D−413 27．5 32 D・415 10．0 23 D−420 16．0 26 D・386 17．0 24 D・387 13．0 38 D．399 13．0 32 D・417 16．0 34 D421 19．0 33 mean＝ヒSD 12．4±7．0 29．5±4．4

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表2 Ca負荷による各心電図成分変化の所要時聞 2．血行動態の経時的変化各々，血行動態指標の負荷16∼24時間までの百最大ST上昇 29．5±4．4分 Q波出現 39．0±15．8分 QS波完成（R波消失） 58．0±19，9分（％） 200 a 心拍数 Terminal T波陰転化出現 427．5±178．5分 60分でpeakを示し，その後，徐々に短縮し約12時間後注入前値にほぼ戻った．QTc間隔はCa注入により徐々に延長し，観察終了時点の24時間後に最大値（平均0．45±0．04秒）を示した（図4）． 180 0．20 〔s6c） 0．13． 0．16 0．14 0．12 0．．_P．0 0．08 0．06 0．04 0．02 O．OO a P−Q間隔 160 140 120 100 80 60 40 20 0 一■■n一■ Control ⊂n＝5， ’5’怐f．D’ _{b3・10ad」ng〔n昌15⊃} △ ＊△△ ¶ △ △ ム △ 0 2 4 6 8 10 魯2 14 16 18 20 22 24 Time course（hour）

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（Hours｝（％） 200 180 160． 050 （3eの 0．48 0．46 ．0．44 0．42 0．40 0．58 0．．56 0．34 0．52． 0．50 b Q一丁c間隔 0 2 4 6 8 重0 12 14 16 18 20 22 24 Time course（hour⊃ 140 120 100 ド 80 図4 Ca負荷群における（n＝13）におけるPQと QTc間隔の経時的変化 60 40 20 0 b 左室収縮期圧一■．i戸【＝ont「0■【0富5， ■鱒怐D．Cajoading｛n＝15， △ △ A △ △ 銭 8o

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（Hours）図5 対照群とCa負荷群における心拍数と左室収縮期圧の経時的変化 ○ ：contro量（n＝3），● ：Ca loading（n＝13），＊：p＝0．05，ムニnot signi丘cant・

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藩）a心拍出量蓼80 160 140 120 100 一一Z一し㎝【rol｛095｝・闘恬H●’c3．10adl㎎‘o．13）＊＊ホ鴛。桝＊モ 00 ． 50 40 20 o ＊＊＊＊＊＊＊＊＊㌧

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（Hoロr8，図6 対照群とCa負荷群における心機能指標の経時的変化＊：p＜0．05，＊＊：p＜0．01，＊＊＊：p＜0．005．分率表示による経時的変化を検討した．心拍数の対照値（対照群3コ口Ca負荷13例，計16例の測定値）は平均167±26／分で，Ca負荷後60分以内に減少傾向を認めたがその後全経過を通じて対照群との間に有意差を認めなかった（図5a）．左室収縮期圧の対照値は平均149±18mmHgで， Ca負荷60分以内に一時的低下を認め，その後徐々に上昇傾向を示したが，1時間値を除いて，両群間に有意差を認めなかった（図5b）．心拍出量の対照値は平均 1．76±0．501／minで，図6aに示すごとく，対照群に比し，Ca負荷群では負荷後6時間まで低下し続けた．（＋）dp／dtと（一）dp／dtの対照値はそれぞれ3，946±582，4，088±624mmHg／secで，いずれも60分まで急激に低下し，その後，変化率の平均値は不変またはやや増加を示した．心拍出量，（＋）dp／dt，（一）dp／dtの三指標はCa負荷後経時的にみていずれも対照群と有意差を認めた（図 6b， c）． 3．心筋壊死量と血行動態との関係図3に心電図変化を示した実験D・387の心筋壊死の分布を図7に示す．13例の左室心筋全容積に対する，各例における壊死量の測定結果は表3に示す．心拍出量（％loss）と壊死量との関係ではCa 負荷終了直後の60分では相関は低く（γ＝0．428），その後，徐々に高くなり，6時間から有意な相関（γ＝0．732，p＜0．005）を示し，16∼24時間で更に高い相関を示した（γ＝0．846，p＜0．005）（図8a）．一方，（＋）dp／dtと（一）dp／dpではCa負荷後 60分で高い相関を示し（各々γ＝0．872，p＜ 0．005；γ＝0．815，p＜0．005），その後3∼6時間後に相関が低くなり，12時間後より再び高い相関になり，16∼24時間後では，（十）dp／dtはγ＝ 0．887，p〈0．005，（一）dp／dtをよγ＝0．553， p＜0．05 であった（図8b， c）．更に，血行動態と壊死量との関係を明らかにするために表3に示す実験例を壊死量の大きさから 3群に分け，対照群と比較した．即ち，Gr．1；対照（n＝3），Gr．2；20％未満（n＝4）， Gr．3；20％以上∼40％未満（n＝4），Gr．4；40％以上（n＝5）の4群である（表3）．左室拡張末期圧は壊死量が 20％以下のGr．2では対照と比べ有意な上昇を認めなかったが，20％以上のGr．3，4では最終測定値，16∼24時間後では平均25．9±4．6mmHgと有意な上昇を認めた（図9）．心拍出量はCa負荷後 3時間でGr。2；67．7±6．0％， Gr．3；59．6± 13．7％，Gr．4；40，2±4．3％と対照群に比し，有意に低下したが，16∼24時間後ではGr．2が81．0± 7．1％とやや回復したのに対してGr．3，4ではそれ

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それ37，8±4．3，19．9±8．6％と回復を認めずさらに低下した（図10a）．また，（十）dp／dtはCa注入60分後，Gr．2，3，4は各々87．3±6．6，54．5±6．4， 39．8±7．3％といずれも有意に低下したが，その後，Gr。2は徐々に回復する傾向を示したがGr．3， 4は回復しなかった（図10b）．（一）dp／dtについ r

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髭ノ o 価 ↓ 心尖部図7 実験例（D−387）の心筋壊死巣の分布ては注入60分後，Gr．2，3，4は各々70．3±7．8， 53．3±8．4，43．2±7．8％といずれも急激に下降したが，その後の回復は鈍く，特にGr．4では回復しなかった（図10c）． 4．致命的不整脈の発生キシロカインを用いなかったCa負荷群11例のホルター心電図による不整脈の発生頻度は徐脈（洞性徐脈，高度房室ブロック）2例（18。2％），上室性期外収縮2例（18．2％），心室性期外収縮11 例（100％），心室性頻拍2例（18．2％），心室細動 7例（63．6％）であった（表4）．心室細動の予防のためにキシロカイソを使用した16例では僅か3 例（18．8％）に心室細動を認めたのみであったが，キシロカイソの使用でその発生率は有意に低下した（p＜0．05）（表5）．心室細動発生時間はCa負荷後平均33．6±11。0分（最短3分，最長：42分）で，全例が急性期に発生した．次いで，心室細動の発生をみた10例のうち，7例（70％）は発生前10分

以内に警告的な心室性不整脈（warning

ventricular arrhythmia）を認めず，残り3例では典型的に心室期外収縮頻発から心室頻拍，心室細動へ移行を認めた（図11a， b）．また，超急性期（60 分以内）においてキシロカイン急速静注により心室期外収縮の著減と心室頻脈の停止を認めたが，心室細動になった場合にはキシロカインによる停止効果を認めなかった（図12a， b）．考察虚血による心筋細胞の不可逆的傷害ないしは壊死へ至る機序についてはいまだ十分には解明されていないが，Caイオンがこの病態過程に重要な役割をしていることが明らかにされている．虚血に

より下記の4つの機序で細胞内Caが蓄積し

（intracellular calcium overload），不可逆的傷害に至ることが考えられている．すなわち，①細胞形質膜（sarcolemmal membrane）のslow cal− cium channe1経由によるCaの細胞内への流入増加，②Ca ATPase pump機構の障害によるCa 細胞外排出の減少，③Na−K ATPase活性低下による細胞内ナトリウム増加に伴うNa−Ca交換の促進，④細胞形質膜の構造的または機能的障害によるCaの受動的透過性の増加，が考えられてい

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る10）． 1．心電図変化 Ca 1血中濃：度上昇による心電図変化としてQT 間隔の短縮が認められ，ヒトでは高Ca血症では， 90％以上の症例でQT間隔が0．27秒以下であることが知られている11）．P波とT波には変化が少ないがU波の増高はよく認められる．またPQ間隔は軽度延長を示すが，2度，3度房室ブロック a 心拍出量（△％） 100r 80 60 40 20 0 60分 γ＝0．428 ● ● ＝ ●・㌦ ● 0 10 20 30 40 50 60（％）（△％）・100 80 60 40 20 0 2時間 γ＝0．486 ■ ● ● ● ● ● ●● ● ● 0 10 20 30 40 50 60（％）（△％） 100

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_♪ノ／ノ、 0 饗0 20 30 40 50 60（％） 0 10 20 30 40 60（％） 0 10 20 図8 心機能指標の％lossと心筋壊死量（％）と』の相関の経時的推移 30 40 50 60（％）表3 全実験例の壊死量

Exp． case no． Necrotic size（％of LV） Group

D−406 0．0 D−407 0．0 1 D−408 0．0 D・367 8．0 D−368 12．0 D−370 10．0 2 D−412 15．8 D−383 36．5 D・413 35．8 D−415 30．2 3 D420 29．0 D・386 47．5 D・387 49．0 D．399 49．3 4 D・417 45．9 D・421 44．6 はまれである1D．本実験ではCa注入後10分から PQ間隔の著明な延長を認めたが， QTc間隔はCa 注入の30分までは短縮を示さず，逆に徐々に延長し，測定終了時点の24時間で最長となった．この

QTc間隔の延長はCaの直接影響よりも心筋壊

死による不均一的な再分極（inhomogeneous re・ polarization）によるものと推定された12），また， Doroghaziら13）によると，ヒト急性心筋梗塞例に

おいて8日目までQTc間隔を経時的に測定した

結果では，発症後，徐・セに延長し，2日（48時間）目に最長となると報告されている．本実験では24 時間までの観察でもこの結果を支持する所見を得た．本実験では冠動脈結紮によらずヒト急性心筋梗塞例と同様の典型的心電図所見を示したが， Selwynら14）の開胸犬冠動脈結紮実験では心表面心電図で冠動脈結紮後，30秒でR波増高，ST上昇し15分で頂値を示し，R波は30分から減高傾向となり，60分間以上で，Q波などの不可逆変化を示した．5時間目のR波の減高（∠R）とQ波の大きさ（∠Q）の加算値が24時間で心筋CP流出（μ／mg

(10)

DNA）による壊死目測定量と非常に良い相関を示し，5時間で壊死が完成することを報告した．本実験ではST上昇の頂値に達成するまでの時間は【口m闘6⊃ 40 35 50 25 2σ 15 一一p−Control（Gr．D …●・…＜20％（Gr．2） …｛｝・…＞20％（Gr．3＆4） 10 ’ 、5 0 0 2 4 6 8 10 12 】4 16 18 図9 左室拡張末期圧の経時的変化 20 22 24 （κours⊃ 29．5±4．4分と冠動脈結紮実験より長かったが，R 波減高は10分で開始し，Q波は平均39，0±15．8分で出現し，その後平均58．0±19．9分でR波は完全消失し，QS波を完成し心筋障害の所見が一旦出現すると完成までの時間は速やかであった．森ら15）は急性心筋梗塞症の初期心電図変化について報告し，急性期にR波増高，ST上昇に続いて，R波減高，消失， Q波形成が起こること， Q波形成は2時間から12時間以内に出現すると報告した．館田ら16）は胸痛から1時間以内の心電図では 17．1％に異常Q波の出現を認め，また塩原ら17）は 1時間以内14．2％，2時間以内40．7％に認めることを報告している．このようにヒト心筋梗塞でも，冠動脈閉塞実験に比べ，その多様性心電図変化の中に異常Q波形成が早い例が含まれており，心筋壊死が急激に発現している可能性が推定され，その機序として，心筋梗塞の成因のなかに，筋原繊維の過収縮による急激な心筋壊死の関与も考えられる4）．冠動脈内Ca注入により心筋壊死が明確かつ速やかに発現すること18）から，本実験モデルは冠動脈結紮実験で見られるような田干による細胞内外イオン状況の段階的変化なしに，また側副路を含めた血流の有無に拘らず，確実な心筋壊死を作製しうる良い方法ではないかと思われる． 2階）a 心拍出量，80 160 ，40 120 ∋OO 80 60 40 20 0 中 Contro｝ …・潤c・〈20％ o｝一 20−40％ｺ…・＞40％

糠：＝

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’重一丹 …や尋 0 2 4 6 3 iO I2 監4 16 18 20 22 24 〔Hoor3〕（％） 200 180 書60 140 120 100 80 50 40 20 ○：control（Gr 1， n＝3）， o b （十） dp／dt 中 Control …・掾c 〈20％ …・o｝…20−40％・…怐c ＞40％ 200

塚

轡苧：唖 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 ｛Hour8，盲80 ，60 ’聾40 塾20 聾00 80’ 60 40 20 0 c（一）dp／dt 中Control 一◎…・〈2C％・…潤c・ 20−40％・… …・＞40％職：幸／iilliiiil

→

唖 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 （H。urs）図10 心機能指標の経時的変化に対する壊死量の影響 ●：＜20％（Gr 2， n＝4），口：20∼40％（Gr 3， n＝4）， ■ ：＞40％（Gr 4， n＝5）

(11)

2．経時的血行動態と心筋壊死量との相関関係急性心筋梗塞とは主に左心室機能に影響を与える局所的（segmental）心筋壊死による病態であ表4 キシロカイン非投与11例における不整脈発生（ホルター心電図による検討） Bradycardia Sinus bradycardia Advanced A−V block 2／11（18．2％） 1／11 1／11 PSVC 2／11（18．2％）

PSVT

0／11

pvC

11／11（100％） V．T， NonSust． Sust． 2／11（18．2％） 2／11 0／11 V．F， 7／11（63．6％）表5 キシロカイン投与の有無による心室細動（VF）の発生率キシロカイン（＋）キシロカイン（一） VF（＋） 3 7 VF（一） 13 4 カイニ乗検定：κ2値：3．872，p〈0．05．る．これまでの様々な臨床ならびに実験的研究により急性期に左心室機能が低下し，回復期（4∼6 週）に心機能が徐々に改善してくることが指摘されている．しかし，早期の機能的障害が実際の壊死範囲および最終の左室ポンプ機能障害と一致せず19）∼21），局所的心筋傷害による全体的な左室機能

レベルへの影響は均一ではないことを

Weintraubら22＞が述べた．その原因として側副路一血流または責任冠動脈の自然再開通の有無，梗塞部位のparadoxical bulging，虚血心筋の酸素需要に与える影響，境界区域の虚血状態からの機能回復（tissue salvage），健常心筋の代償的機能充進としての収縮増強とremodeling，責任冠動脈以外の領域の心筋虚血（ischemia at distance）などの影響が考えられる22）．これらに加えて，陳旧性梗塞の存在，左心肥大，年齢なども影響するので，心筋梗塞後の血行動態の解析は複雑である．本実験では，心ポンプ機能指標としての心拍出量，収縮能指標としての（＋）dp／dt，拡張能指標としての（一）dp／dpは20％以下でも対照群より有意な低下を認めたが，左室拡張末期圧は壊死量が 20％以上でしか有意な上昇を認めなかった．梗塞サイズと各左心機能指標の相関について，Russe11

a1 ⊥U」U』蜘鳳山卿⊥堀山↓山山山門卿鳳劇U鵬U雌野山U細皿．．

17：36 Lsv

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(12)

・。、、、、屠卿1揚脚！｝｝｝賜群肝擁｝脚四型｝！勲廿掛撫麟棚｝二三酬三三1勲！｝撫脚襯｝｝

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図12心室性不整脈に対するキシロカインの効果 a：心室期外収縮の減少，心室性頻脈の停止に有効，b：心室細動例には無効， ↓：キシロカイソ急速静注（1mg／kg）ら23）は心筋梗塞発症後，3∼4週目で左室造影によるasynergy部分の占める百分率（％）から弛緩能（compliance）低下と収縮能（ejection fraction）低下は各々8，10％，左室拡張末期圧の上昇は15％以上で発現することを報告し，この傾向は本実験とほぼ一致した．対照群では心i拍出量，（十）dp／dtおよび（一） dp／dtは時間経過と共にいずれも上昇する傾向があった．これは本実験ではできるだけ麻酔を浅くしていることによると考えられる．一方，Ca負荷群では心拍出量は壊死量20％以下（Gr2）では3 ∼6時間後より回復傾向を示したが，20％以上（Gr．3，4）では回復を認めず，（＋）dp／dtと（一） dp／dtは60分後いずれも急激に低下した．20％以下（Gr．2）では6時間からやや回復したのに対して，20％以上（Gr．3，4）は回復せず，さらに低下した．また，心拍出量の低下（4％）と心筋壊死量との関係では負荷後3時間以降時間経過とともに良い相関を示した．一方，（＋）dp／dtならびに（一） dp／dtは60分後，最：も高い相関を示したが，2時間以降ではむしろ相関が悪くなった．このことは，壊死が成立した直後の超急性期では心筋の収縮と弛緩の指標である（＋）dp／dtと（一）dp／dtが壊死％とよく一致したのに対し，その後，種々の代償機序（humoral， neural factorsな、ど）による血行動態の修飾で，心拍出量の低下と心筋壊死量との相関が良くなってくると考えられる．

(13)

3．致命的不整脈の発生とキシロカインの効果急性心筋梗塞（AMI）における重症な不整脈，特に心室細動の発生は超急性期の最も重要な致死的原因の一つである24）25），Pantridgeら26）はCCU に胸痛発作から1時間以内に収容した294例の急性心筋梗塞患者において，経時的心電図記録で不整脈の発生を観察した．それによると，徐脈の発生率は1時間以内34％，4時間以内40％で，多くが後壁梗塞例であった．心室期外収縮は1時間以内58％，4時間以内93％，心室細動は1時間以内 10％，4時間以内15．5％で，心室細動になった55 例中75％は1時間以内に発生し，心室頻脈や上室性頻脈の発生は急性期には少なかったと報告している．本実験でホルター心電図で観察した11例では徐脈の発生は2例（18％）と少なかったが，その理由として本実験では主として左前下行枝領域にCa注入を行ったために洞房結節や，房室結節が障害されにくかったためと考えられる．心室性期外収縮は1時間以内に11例全例（100％）に出現したが，心室頻拍は11例中2例（18％）と少なかった．しかし，心室細動の発生は11例中7例（63％）に認められ，いずれも1時間以内に発現し，臨床例の報告より高率で，早期であることを示した．虚血性心筋障害による不整脈の発生機転に関しては，Harrisら27）は，冠動脈閉塞後，心筋虚血から不可逆的壊死へ至る過程により，急性期のHar・ ris phase I， IIと慢性期（3∼10日後）に分けて検討している．さらにKaplinskyら28）は， Harris phase IをIaとIbとに分け，それぞれの時間帯に好発する不整脈とその発生機序が異なり，急性期の大部分の心室細動は閉塞後3時間以内のHar− ris phase Iに発生しており，その後は主に心室性期外収縮，心室頻拍で，心室細動はまれであると報告した．本実験では心室細動の発生率は63％と

高く，また前兆的な警告的不整脈（warning

arryth面a）を認めずに急激に心室細動へ移行した例も7例中4例（57％）と高率であった．これ

がCaの心筋に対する直接的な電気生理学効果

か，壊死形成によるものかは不明であるが，本モデルにおいて虚血，傷害，壊死の段階的過程によらずにall or noneで壊死形成が起きるために Harris phase I， IIで示される2相性が存在しないものと思われる．心筋梗塞の急性期において抗不整脈薬の投与が心室頻拍，心室細動の予防1停止に有効か否かが今日でも議論されている．そのうち，最：もよく使われているキシロカインについて本実験では検討した．キシロカインは梗塞巣における有効不応期（effective refractory period）を延長して心筋電位のぼらつきを減少させ，回路を抑止する効果がある．この効果はdose−dependentで有効血中濃

度として2∼5μg／ml必要であるとされてい

る29）．本実験ではCa注入前からキシロカインを投与しても，心室性期外収縮，心室頻拍などの警告的心室性不整脈の発生を予防できなかったが，既に発生した心室性不整脈にはキシロカイソ1 mg／kgの急速静注による心室期外収縮の著減と心室頻拍の停止を認めた．また，ホルター心電図を付け，キシロカインを使わずに自然経過をみた 11例で7例（63．6％）に心室細動へ移行したが，キシロカインを使用した16例では3例（18．7％）のみに心室細動が発生し，両者間に有意差を認めた（p〈0．05）．Geddesら30），・Chopraら31）はキシロカイソは急性心筋梗塞の発症直後から数時間以内に発生した心室細動や，RonT，多型的心室期外収縮に対して無効であると述べ，Pentecost ら32）も発症後より数時間揖，キシロカインの投与による心室性期外収縮の減少があっても心室細動の予防にとっては治療上の意味がないと報告した．しかし，Lieら33）は急性心筋梗塞において，高濃度のキシロカイン投与は，警告的不整脈いわゆるRonT，多型的心室性期外収縮や，心室頻拍などを完全に消失させないが，心室細動の発生に予防効果があると報告している．Lieらの報告は本実験の結果を支持する所見であった． Ca負荷による心筋への直接的な電気生理的影響や，心筋壊死による心筋梗塞急性期に類似した不整脈の発生とキシロカイン投与による心室細動発生の予防効果がQTc間隔に関与している否かについては，今後更に検討する余地があると考えられる．

(14)

結論 Caイオンによる心筋細胞傷害の発生とその病態を明らかにするため，成犬で選択的冠動脈Ca 注入により心筋壊死を作製し，心電図，血行動態の経時的変化と不整脈発生について検討した．さらに，三次元立体再構築で計測した壊死量と血行動態を対比検討した． 1）選択的冠動脈Ca注入（Ca量1ing／kg／min， 30分間）によりヒト心筋梗塞に類似した心電図変化を示すモデルを作製しえた．Q波出現までの時間（平均時間）は39．0±15．8分でQS波完成は 58．0±19．9分であり，QTc間隔は観察終了時点の 24時間後に最大値（平均：0．45±0．04秒）を示した． 2）左室全心筋に対する壊死量（％壊死量）を Gr．1（対照）， Gr．2（20％未満）， Gr．3（20∼40％未満〉，Gr．4（40％以上）に分けて検討してみると， Gr．2，3，4では心拍出量，（十）dp／dt，（一）dp／ dtはいずれも注入直後より低下を認めたが， Gr．2 では経時的に回復したのに対し，Gr．3，4では回復を示さなかった．左室拡張末期圧はGr．2では有意の上昇を認めなかったが，Gr．3，4では有意の上昇をみた（p〈0．01；p〈0．01），（十）dp／dt，（一） dp／dtの低下（」％）はCa注入後1時問で％壊死量との相関が最も高く（γ＝0．872，p〈0．005；γ＝ 0．815，p〈0．005），心拍出量ではCa注入後初期の相関は低い（γ＝0．428，p＞0．05）が，時間経過とともに相関が高くなった（γ＝0．846，p＜0．005）． 3）本実験モデルではヒト心筋梗塞に類似した不整脈を認め，ホルター心電図での検討で心室細動63．6％，心室性期外収縮100％の発生をみた，心室細動は平均33．6±11．0分で発生し，その発生前に警告的な心室性不整脈を認めず，突然に発生したものが70％にあった．キシロカインは心室細動の発生を抑制した． 4）本実験モデルは従来の冠動脈閉塞モデルに比べ，側副路の影響を考えずに，一定の灌流域に速やかにヒト心筋梗塞に類似した壊死を作製することがでぎた．本実験モデルは心筋梗塞後の血行動態や，代償機転を明らかにし，さらに治療法の開発研究，重症心室不整脈の発生と予防に関する解析に有用と．考えられる．本稿を終わるにあたり，御指導，御校閲を賜りました細由瑳一教授および直接御指導頂きました金子昇講師に深甚なる謝意を捧げるとともに，御協力頂きました本学第一病理学教室小林神理教授に深謝申し上げます．また実験に際し，いろいろと御協力頂きました本学循環器内科教室田中直秀先生，加藤辰也先生，内田達郎先生，堀川良史先生，小林秀樹先生，寺岡邦彦先生，岩崎智彦先生，島本健先生と心臓血圧研究所動物実験室の皆様に深く感謝致します．文献 1）Kitchin AH， Pocock SJ： Prognosis of patient with acute myocardial infarction． admitted to coroanry care unit。1． Survival in hospita1， Br Heart J 39：1163，1977 2）Geltman EM， Ehsani AA， Campbell MK et a1： The innuence of location and extent of myocar− dial infarction on long term ventricular dysrrythmia and mortality． Circulation 60： 805−814， 1979 3）Barodi G：Different types of myocardlal ne． crosis in coroary heart disease−A patho・ physiologic review of their functional significance一． Am Heart J 89：742−748，1975 4）Kaneko N， Takeishi M：New theory on the pathogenesis of acute myocardial infarction． Jpn Circ J 50：198， 1986 5）Jennings RB， Ganote CE， Reimer KA：Is・ chemic tissue injury． Am J Pathol 81：179−198， 1975 6）Shen AC， Jennings RB：Kinetics of calcium accumulation in acute myocardial ischemic injury． Am J Pathol 67：441−452，1972 7）Jennings RB， Reimer KA：Factors involved in salvaging ischemic myocardium：Effect of reperfusion of arterial blood． Circualtion 681： 1・25−1・36，1983 8）Hearse DJ：Reperfusion of the ischemic myocardium． J Mol Cell Cardiol 9：605−616， 1977 9）Jennings RB： Effect of reperfusin late in the pahse of reversible ischemic injury． Changes in the cell volume， electrolytes， metabolites， and ultrastructure． Circ Res 58：262，1985 10）Cbien KR， Eng夏er R：Calcium and ischemic myocardial inlury．痂Calcium and the Heart （Langer GA ed）pp333−354， Raven Press， New York（1990）

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イヌにおけるカルシウム負荷による心筋壊死の発生とその病態に関する実験的研究 ： 心筋壊死と心電図，血行動態，不整脈発生の経時的変化について