高エネルギー電気ショックが心筋の膜活動電位と張力に及ぼす作用 第6報:心筋線維走向の影響

Abstract

This study examined the responses of a cardiac muscle in the Longitudinal (L) direction and Transverse (T) direction stimulated by electric Shock Pulses (SP) using the cardiac muscles of guinea pigs. As a result, it was revealed that they responded differently by orientation of muscle fibers; i.e., the diastolic threshold of excitation in L direction was 1.4-1.6 times as strength as that in T direction. This suggests that L direction was more responsive to high intensity electric stimulation than T direction, probably resulting from electric potential (membrane potential) that is varied by the length of conductor in the same direction as electric field. However, in case of stimulating by 25 V/cm or more of SPs, the delayed responses were contrary to these results; i.e.,decrease of resting potential and increase of contractility were larger in T direction than L direction, and vibration of membrane potential and spontaneous activity were tend to occur in T direction. This is probably because electroporation that can pass ions unselectively after high-intensity electric stimulation does not present or presents slightly at the ends of longitudinal axis. Thus, electric coupling via gap junction of intercellular constitution that are different by orientation of muscle fibers may cause the different conductivity between T and L direction.

体内植え込み型除細動器の電極直下の電場に強い直流通電を行ったときに起こる、静止電位減少や活動電位持続時間短縮、収縮張力増加および膜電位振動や反復性自発興奮などの現象に対する、心筋の線維走向の影響を検討した。モルモットから右室乳頭筋を摘出し、これにショックパルス(SP)として1-20ms幅の単相矩形波を加え、基本刺激による活動電位と収縮張力波形が定常状態にあることを確かめた後、350msで電場強度0.1-72V/cmの通電を行った。SP後はただちに基本刺激を再開するか、1分間の休止期を置いて膜電位と張力波形の推移を観察した。SPは心筋線維走向と平行な方向(L)またはそれを垂直に横切る方向(T)に加えた。L方向通電とT方向通電の各々について正負の極性を入れ替えたSPを与え、各電場強度における効果の平均値を求めて比較した。その結果心筋に対する直流電場刺激の効果が電界の軸と心筋線維走向の関係により大きく影響を受けることが判明した。拡張期刺激しきい値については線維走向を横切る方向のT方向通電の方が、線維走向に平行なL方向通電よりも1.4-1.6倍高い値を示した。この結果はモルモット心室筋と両性類心室筋の単離細胞を用いたTungらの実験や、ウサギ乳頭筋を用いたKnisleyらの実験結果と定性的に一致しており、L方向通電の方がT方向通電に比べて刺激効率が高いことを意味している。この理由のひとつとして同じ強度の電場刺激に対する脱分極効果がL方向通電の方が大きいことによると考えられる。