研究のタイプ: 医学／生物学の研究 (experimental study)

[10Hzから160Hzまでの交流電流に対する心臓閾値の周波数依存性] med./bio.

Frequency dependence of the cardiac threshold to alternating current between 10 Hz and 160 Hz

著者: Malkin RA, de Jongh Curry A
掲載誌: Med Biol Eng Comput 2003; 41 (6): 640-645
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この研究は、生体での交流（AC）電流刺激による心室細動（VF）誘発のメカニズムに関して提案されている２つのモデルについて、動物実験による検証を行った。１つのモデルは、VF閾値の周波数特性がボウル形状（ある周波数で最小閾値を示す：神経刺激での一般的形状）であることから、ACによる神経刺激の基礎メカニズムがVF誘発にも働くと仮定している。一方、最近の研究は、心臓のAC刺激閾値の周波数特性は、単純なRC回路モデルで十分説明できるというアプローチを提案し、VFにはいくつかの不明確なメカニズムが働くことを示唆した。検証実験には、12匹の無傷のイヌおよび20匹の無傷のモルモットを用い、刺激電極を心内膜、対極版を肢または胸部において、10、20、40、80、および160 HzのAC方形波およびAC正弦波で心臓刺激を行った。結果として、イヌおよびモルモットの両方で、また方形波および正弦波の両方で、刺激閾値は10 Hzから160 Hzまで単調に増加することが示された；80 Hzと160 Hzの間で、AC刺激閾値は、RCモデルで予測されたとおりに2倍になった；AC刺激閾値はボウル形状ではなく、RCモデルで最もよく理解されると結論付けられた；したがって、VF閾値の周波数特性がボウル形状を示し、刺激閾値の周波数特性はその形状を持たないことを考えると、VF誘発の周波数依存性には異なる起源があるに違いない、と報告している。

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研究目的（著者による）

To examine what criteria influence the ability of alternating current to induce ventricular fibrillation in vivo.

詳細情報

Two theoretical models of stimulation threshold according to the literature were tested. One model has assumed that the mechanisms underlying alternating current stimulation of nerves are at work for ventricular fibrillation induction (bowl-shaped relationship of cardiac threshold and frequency). In a RC-like model the cardiac alternating current stimulation threshold is also frequency dependent, suggesting that some unarticulated mechanism is at work for ventricular fibrillation. 12 dogs and 20 guinea pigs were stimulated with square waves and sine waves at 10, 20, 40, 80 and 160 Hz. The stimulus frequencies were delivered in random order and stimulus strengths were increased until ventricular fibrillation was induced.

影響評価項目

ばく露

ばく露 パラメータ
ばく露1: 10–160 Hz
ばく露時間: 5 s
  • guinea pigs: I = 25 µA - 3000 µA in steps of 25 µA, 50 µA or 100 µA
  • dogs: I = 20 µA - 1000 µA in steps of 20 µA, 50 µA or 100 µA
ばく露2: 10–160 Hz
ばく露時間: 5 s
  • guinea pigs: I = 25 µA - 3000 µA in steps of 25 µA, 50 µA or 100 µA
  • dogs: I = 20 µA - 1000 µA in steps of 20 µA, 50 µA or 100 µA
ばく露3: 10–160 Hz
Modulation type: pulsed
ばく露時間: 5 s
  • guinea pigs: I = 25 µA - 3000 µA in steps of 25 µA, 50 µA or 100 µA
  • dogs: I = 20 µA - 1000 µA in steps of 20 µA, 50 µA or 100 µA

ばく露1

主たる特性
周波数 10–160 Hz
タイプ
  • electric field
波形
  • rectangular
ばく露時間 5 s
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • electrode
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
参照 - - - - guinea pigs: I = 25 µA - 3000 µA in steps of 25 µA, 50 µA or 100 µA
参照 - - - - dogs: I = 20 µA - 1000 µA in steps of 20 µA, 50 µA or 100 µA
Additional parameter details

for the guinea pigs: I = 25 µA - 500 µA in steps of 25 µA, I = 500 µA - 1000 µA in 50 µA steps, I = 1000 µA - 3000 µA in 100 µA steps
for the dogs: I = 20 µA - 200 µA in 20 µA steps, I = 200 µA - 500 µA in 50 µA steps, I = 500 µA - 1000 µA in 100 µ

ばく露2

主たる特性
周波数 10–160 Hz
タイプ
  • electric field
波形
  • sinusoidal
ばく露時間 5 s
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • electrode
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
参照 - - - - guinea pigs: I = 25 µA - 3000 µA in steps of 25 µA, 50 µA or 100 µA
参照 - - - - dogs: I = 20 µA - 1000 µA in steps of 20 µA, 50 µA or 100 µA
Additional parameter details

for the guinea pigs: I = 25 µA - 500 µA in steps of 25 µA, I = 500 µA - 1000 µA in 50 µA steps, I = 1000 µA - 3000 µA in 100 µA steps
for the dogs: I = 20 µA - 200 µA in 20 µA steps, I = 200 µA - 500 µA in 50 µA steps, I = 500 µA - 1000 µA in 100 µ

ばく露3

主たる特性
周波数 10–160 Hz
タイプ
  • electric field
波形
  • pulsed
ばく露時間 5 s
Modulation
Modulation type pulsed
Pulse width 1 ms
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • electrode
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
参照 - - - - guinea pigs: I = 25 µA - 3000 µA in steps of 25 µA, 50 µA or 100 µA
参照 - - - - dogs: I = 20 µA - 1000 µA in steps of 20 µA, 50 µA or 100 µA
Additional parameter details

for the guinea pigs: I = 25 µA - 500 µA in steps of 25 µA, I = 500 µA - 1000 µA in 50 µA steps, I = 1000 µA - 3000 µA in 100 µA steps
for the dogs: I = 20 µA - 200 µA in 20 µA steps, I = 200 µA - 500 µA in 50 µA steps, I = 500 µA - 1000 µA in 100 µ

ばく露を受けた生物:

方法 影響評価項目／測定パラメータ／方法

研究対象とした生物試料:
研究対象とした臓器系:
調査の時期:
  • ばく露前
  • ばく露中

研究の主なアウトカム（著者による）

It was found that, for square wave and sine wave stimulation in both dogs and guinea pigs, the stimulation treshold increased monotonically with frequency from 10 Hz to 160 Hz. Between 80 Hz and 160 Hz, the alternating current stimulation threshold doubled, exactly as predicted by an RC-model.
It was concluded that the alternating current stimulation threshold is not bowl-shaped and is best understood with an RC model. As the ventricular fibrillation treshold does exhibit a bowl-shape with frequency, as opposed to the stimulation threshold which does not, the ventricular fibrillation induction frequency dependence must have different origins.

研究の種別:

研究助成

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