難治性自律神経失調症による重度の起立性低血圧を克服し、寝たきりを防止するバイオニック動脈圧反射装置の臨床開発に関する研究

文献情報

• 文献番号: 200500771A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 難治性自律神経失調症による重度の起立性低血圧を克服し、寝たきりを防止するバイオニック動脈圧反射装置の臨床開発に関する研究
• 課題番号: H15-こころ-019
• 研究年度: 平成17(2005)年度
• 研究代表者(所属機関): 佐藤 隆幸(高知大学 医学部)
• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 こころの健康科学研究
• 研究開始年度: 平成15(2003)年度
• 研究終了予定年度: 平成17(2005)年度
• 研究費: 4,800,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

神経変性疾患や外傷性脊髄損傷などでは、血管運動中枢が侵されたり、交感神経遠心路が断たれるために動脈圧反射機能が廃絶し、重度の起立性低血圧や起立性失神発作をおこし、著しく生活の質が障害される。そこで、本研究では、３年間の実験的臨床研究により、起立性低血圧を克服するための機能再建装置「バイオニック動脈圧反射装置」の基盤技術を開発した。

研究方法

圧センサーによる血圧計測→血管運動中枢の機能を代行するコンピュータ→硬膜外カテーテル電極→交感神経→血管床からなるフィードバック血圧制御装置を開発した。
(１)血圧制御装置の最適設計のために、術中に検査・診断目的で脊髄誘発電位を記録する46～76歳の12名の患者を対象として、不規則な脊髄交感神経刺激に対する血圧応答から伝達関数を同定した。
(２)膝の人工関節置換術中の大腿部圧迫止血帯の急速解除による血圧低下が起立性低血圧と同様の機序か否かを、58～72歳の21人の患者を対象に調査した。
(３)大腿部圧迫止血帯の急速解除による血圧低下がバイオニック装置の使用により防止されるか否かを調べた。
(４)座位低血圧のため寝たきり状態の高位脊髄損傷患者を対象にバイオニック装置の有効性を検証した。
（倫理面への配慮）
本研究計画は、平成14年10月に所属施設の倫理委員会により承認されている。

結果と考察

(１)脊髄交感神経刺激に対する血圧応答は、二次の低域通過型の伝達関数で近似され、定常ゲインは0.4、減衰係数は2.6、固有周波数は0.06 Hz、ラグ時間は9秒であった。シュミレーション解析により、比例補償係数を1、積分補償係数を0.1にすることによって、血圧制御装置の最適設計が可能であるという結果を得た。
(２)大腿部の圧迫止血帯の急速解除は中心静脈圧の低下を伴い、起立性低血圧とよく似た血行動態変化を誘発することが確認された。
(３)設計したバイオニック動脈圧反射装置により、大腿部圧迫止血帯の急速解除による血圧低下を防止可能であることが確認された。
(４)バイオニック装置によって、高位脊髄損傷による座位低血圧を防止可能であることが確認された。

結論

(１)バイオニック動脈圧反射装置の臨床応用に関する実現可能性が示された。
(２)今回得られた結果は、バイオニック装置の実用化に向けたデバイスの開発や臨床治験実施につながるものである。

公開日・更新日

• 公開日: 2006-04-11
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 200500771B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 難治性自律神経失調症による重度の起立性低血圧を克服し、寝たきりを防止するバイオニック動脈圧反射装置の臨床開発に関する研究
• 課題番号: H15-こころ-019
• 研究年度: 平成17(2005)年度
• 研究代表者(所属機関): 佐藤 隆幸(高知大学 医学部)
• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 こころの健康科学研究
• 研究開始年度: 平成15(2003)年度
• 研究終了予定年度: 平成17(2005)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

神経変性疾患や外傷性脊髄損傷などでは、血管運動中枢が侵されたり、交感神経遠心路が断たれるために動脈圧反射機能が廃絶し、重度の起立性低血圧や起立性失神発作をおこすようになる。そして最期には、寝たきり状態となり（全面介助率45%、平成9年度療養生活実態調査）、生活の質が著しく障害される。本研究では、３年間の実験的臨床研究により、起立性低血圧を克服するための機能再建装置「バイオニック動脈圧反射装置」の基盤技術を開発する。

研究方法

1. 開発における理論的背景
バイオニック動脈圧反射装置の動作原理は、「血圧を常時監視しながら、実時間演算で交感神経の電気刺激頻度を決定する」というものである。すなわち、本装置は、圧センサー→人工的血管運動中枢→電気刺激装置→交感神経→血管床からなるフィードバック血圧制御装置である。
2. 対象およびプロトコール
(1)血圧制御装置の最適設計のために、術中に検査・診断目的で脊髄誘発電位を記録する46～76歳の12名の患者を対象として、不規則な脊髄交感神経刺激に対する血圧応答から伝達関数を同定した。
(2)膝の人工関節置換術中の大腿部圧迫止血帯の急速解除による血圧低下が起立性低血圧と同様の機序か否かを、58～72歳の21名の患者を対象に調査した。
(3)大腿部圧迫止血帯の急速解除による血圧低下がバイオニック装置の使用により防止されるか否かを調べた。
(4)座位低血圧のため寝たきり状態の高位脊髄損傷患者を対象にバイオニック装置の有効性を検証した。

結果と考察

(1)脊髄交感神経刺激に対する血圧応答は、二次の低域通過型の伝達関数で近似され、定常ゲインは0.4、減衰係数は2.6、固有周波数は0.06 Hz、ラグ時間は9秒であった。シュミレーション解析により、比例補償係数を1、積分補償係数を0.1にすることによって、血圧制御装置の最適設計が可能であるという結果を得た。
(2)大腿部の圧迫止血帯の急速解除は中心静脈圧の低下を伴い、起立性低血圧とよく似た血行動態変化を誘発することが確認された。
(3)設計したバイオニック動脈圧反射装置により、大腿部圧迫止血帯の急速解除による血圧低下を防止可能であることが確認された。
(4)座位低血圧による意識消失発作を伴う頚髄損傷患者にバイオニック装置を適用し、血圧制御することができた。

結論

動脈圧反射の機能を代行するバイオニック装置の開発でもっとも重要な人工的血管運動中枢の論理同定に成功した。

公開日・更新日

• 公開日: 2006-04-11
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 200500771C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 起立性低血圧を防止するために、フィードバック制御の原理にもとづいた自動血圧制御装置を開発した。この装置は、全身麻酔による手術中の血圧を自動管理する方法としても有用であった。成果はCirculationに掲載され、国の内外から大きな反響があった。多くの医学系学術集会ではシンポジストとしてその成果を発表した。
• 臨床的観点からの成果: しばしば寝たきりの要因になる起立性低血圧を防止するための技術が開発された。脊髄損傷患者における座位低血圧を防止することや全身麻酔下での大動脈瘤手術における自動血圧管理を目的として臨床研究を開始し、その有効性や有用性が確認されつつある。
• ガイドライン等の開発: なし
• その他行政的観点からの成果: NEDO委託事業「バイオニック医療の研究開発に関する動向調査の有識者会議」で研究成果が参考にされた。
• その他のインパクト: 日経産業新聞の特集「創造主義宣言－超テク国への道」や共同通信「医療新世紀」にとりあげられた。

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 12件
• その他論文(和文): 7件 ; 著書、総説
• その他論文(英文等): 1件 ; 著書
• 学会発表(国内学会): 51件
• 学会発表(国際学会等): 19件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計7件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 1件 ; NEDO委託事業「バイオニック医療の研究開発に関する動向調査の有識者会議」
• その他成果(普及・啓発活動): 2件 ; 新聞報道

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Yamasaki F, Ushida T, Yokoyama T. et al.; Artificial baroreflex: Clinical application of a bionic baroreflex system; Circulation , 113 , 634-639 (2006)

公開日・更新日

• 公開日: 2015-05-29
• 更新日: -