Elucidating the role of high-speed self-excited oscillations on the heartbeat using cross-layer measurement from one molecule to heart

使用一个分子到心脏的跨层测量，阐明了高速自激发振荡在心跳上的作用

基本信息

项目摘要

心拍は最も頑強な生体リズム現象の一つである。この心拍は、心筋細胞のカルシウム濃度の変動に伴った収縮振動によって生み出されている。近年、代表者は、新生児ラットの生きた心筋細胞を38~42℃に温めると、温めている間だけ可逆的に、カルシウム濃度変動と独立した振動数の収縮振動、HSOs (Hyperthermal Sarcomeric Oscillations)が発生することを発見した。この現象の発見は、深部体温が従来考えられていた以上に心拍にとって重要であることを示唆すると共に、心拍にとって、カルシウム濃度非依存な収縮特性が重要である可能性を強く示唆するものであった。そこで、上記の温めた心筋細胞に生じる収縮振動、HSOsの特性に関して、高時間分解能(500frame/sec)のサルコメア長のnm精度計測を行なった。結果、HSOsが発生している状態のサルコメアの振動は、カルシウム濃度変動と同じ振動数の成分と、その数倍高い振動数のHSOs成分の2成分を持っていること、このHSOs成分の振動は、振動の振幅や収縮・伸展の時間が、カルシウム濃度変動の影響を受けて変化する一方で振動周期(収縮時間と伸展時間の和)は一定の値を保つ、収縮リズム恒常性と呼べるような性質を備えていることが明らかとなった。ミオシン等の分子の状態遷移から心臓の拍動までを繋げたマルチスケールモデルから、心筋細胞モデルを取り出し、上記の実験事実の再現を試みたところ、ミオシンの挙動が、ミオシンのおかれた化学力学状態(状況)によって変わる、多機能性を意味するような仮定を置かないと現象を再現できないこと、そのミオシンの仮定を取り入れた心臓拍動のシミュレーションは、従来モデルよりも心拍のエネルギー効率がよくなることが明らかとなった。
The most tenacious な physical リズム phenomenon of the heart beats である である. <s:1> Changes in the concentration of カ and シウム of cardiac muscle cells に accompanied by った contraction vibration によって give rise to み and されて る る る. In recent years, represent は, where new ラ ッ ト の raw き た heart muscle cells を 38 to 42 ℃ temperature に め る と, warm め て い る between だ け reversible に, カ ル シ ウ ム concentration - move と independent し た vibration number の 収 vibration reduction, HSOs (hyperthermals Sarcomeric Oscillations)が occur する とを とを occur た. こ の phenomenon の 発 は, deep body temperature が examine え 従 ら れ て い た above に heart take に と っ て important で あ る こ と を in stopping す る と に, heart take に と っ て, カ ル シ ウ ム concentration of interdependent な 収 shrinkage characteristics が important で あ る strong possibility を く in stopping す る も の で あ っ た. Temperature そ こ で, written の め た heart muscle cells born に じ る 収 vibration reduction, HSOs の features に masato し て, high time decomposition (500 frame/SEC) の サ ル コ メ ア の long nm accuracy measuring line を な っ た. Results, HSOs が 発 raw し て い る state の サ ル コ メ ア の vibration は, カ ル シ ウ ム concentration variations with dynamic と じ vibration number の composition と, そ の several times high い vibration number の HSOs composition の 2 components を hold っ て い る こ と, こ の HSOs composition の は vibration, vibration amplitude や の 収 shrinkage time stretching の が, カ ル シ ウ ム concentration variations influencing を の け て variations change す る side で vibration period (と stretch time の and 収 shrinkage time) は on certain の numerical を つ, 収 shrinkage リ ズ ム constancy と shout べ る よ う な nature を prepared え て い る こ と が Ming ら か と な っ た. ミ オ シ ン の の molecules such as state transition か ら heart viscera の flapping ま で を 繋 げ た マ ル チ ス ケ ー ル モ デ ル か ら, heart muscle cells モ デ ル を take り し, written の be 験 things be の reappearance を try み た と こ ろ, ミ オ シ ン の 挙 が, ミ オ シ ン の お か れ た chemical mechanical state (status) に よ っ て - わ る, multiple functional を mean す る よ う な 仮 を を buy か な い と phenomenon reappearing で き な い こ と, そ の ミ オ シ ン の 仮 set を take り れ た crucial heart beats の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は, 従 モ デ ル よ り も heart take の エ ネ ル ギ ー sharper rate が よ く な る こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

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Dynamic properties of bio-motile systems as a liquid-crystalline structure
液晶结构生物运动系统的动态特性
  • DOI：
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    Shin’ichi Ishiwata;Makito Miyazaki;Katsuhiko Sato;Koutaro Nakagome;Kazuya Suzuki;Jun Takagi;Yuta Shimamoto;and Takeshi Itabashi
  • 通讯作者：
    and Takeshi Itabashi
温めた心筋細胞に備わった収縮リズムの発生機構と生理的意義
温热心肌细胞收缩节律的机制及生理意义
  • DOI：
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    新谷正嶺;鷲尾巧;樋口秀男
  • 通讯作者：
    樋口秀男
Dynamic properties of bio-motile systems with a liquid-crystalline structure
  • DOI：
    10.1080/15421406.2017.1289445
  • 发表时间：
    2017-01-01
  • 期刊：
    MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS
  • 影响因子：
    0.7
  • 作者：
    Ishiwata, Shin'ichi;Miyazaki, Makito;Itabashi, Takeshi
  • 通讯作者：
    Itabashi, Takeshi
温めた心筋細胞に備わった収縮リズムの周期安定化の仕組みについて
稳定加温心肌细胞收缩节律的机制
  • DOI：
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    国士舘大学紀要　情報科学
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    Togo Shimozawa;Erisa Hirokawa;Fuyu Kobirumaki-Shimozawa;Kotaro Oyama;Seine A. Shintani;Takako Terui;Yasuharu Kushida;Seiichi Tsukamoto;Teruyuki Fujii;Shin'ichi Ishiwata;and Norio Fukuda;新谷正嶺
  • 通讯作者：
    新谷正嶺
Constant beating frequency of sarcomeres in cardiomyocytes regulated ingeniously by collective motion of myosin molecules
肌球蛋白分子的集体运动巧妙地调节心肌细胞中肌节的恒定跳动频率
  • DOI：
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    Shintani SA;Washio T;Higuchi H
  • 通讯作者：
    Higuchi H
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新谷 正嶺其他文献

積層造形による下顎骨補修プレートの開発―1 ―下顎骨補修プレートの強度に及ぼすプレート諸元の影響―
利用增材制造技术开发下颌修复板 - 1 - 板规格对下颌修复板强度的影响 -
  • DOI：
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
  • 影响因子：
    0
  • 作者：
    角谷 達也;山口 誠二;丸山 晋平;新谷 正嶺;井上 和也,中野 旬之;松下 富春
  • 通讯作者：
    松下 富春

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