| 1．はじめに |
不整脈は心臓が正常な収縮リズムを失ったものであり，心臓において異常な興奮伝播が発生している状態をいう。近年，大きな関心を集めている突然死の原因の 1 つとして，もっとも重篤な頻脈性不整脈である心室細動が考えられている。細動の診断は主に心電図によりなされているものの，その実態には不明な点がまだ多数残されたままである。古典的には，細動は心臓各部位における不規則（ランダム）な興奮・収縮という程度にしか考えられていなかった。実際，心臓に直接置かれた電極から得られたマッピングの結果から，複数の小興奮波が相互作用する複雑な興奮伝播の過程が観測されている。しかしながら，このようなマッピングデータは基本的には局所，あるいは二次元のものであり，心臓全体で三次元的な興奮伝播の様子を明らかにはできていない。
一方，最近では高解像度のマッピング手法などにより，心臓に発生する渦巻状の興奮波，すなわちspiral waveが，頻脈性不整脈の主要なメカニズムであるリエントリーの成因として注目されるようになってきた（spiral wave理論）。そこで，この研究では，コンピューターシミュレーションおよび可視化の技術を用いることで，仮想的な心臓モデルにおける不整脈発生時の異常な興奮伝播の様子をspiral wave 理論に基づいて三次元的に表現した。
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| 2．方法 |
心臓モデルは，一定容積の心筋を非線形の微分方程式で記述し，これを心臓壁に対応する二次元あるいは三次元の単純形状やヒトの心室形状に結合させたものである。心筋細胞の数学モデルとして FHN（ FitzHugh - Nagumo ）モデルを用いた。FHNモデルは，神経細胞のHodgkin-Huxleyの方程式を簡略化したものであり，非線形の2変数1次微分方程式系で表される。FHNモデル媒質を規定するパラメーターとして不応期の長さと伝導速度を選んだ。
数値計算は，プログラムをすべてC言語で記述し，NEC製スーパーコンピューター SX − 4（16CPU，メモリー4GB）上で行った。また，計算したデータの可視化のために，Open GLを用いてGWSおよびPC上にビューアーを作成した。心室表面の電位分布や心室内部の最大電位部分のスケルトン表示が任意の視点から眺められるだけでなく，いくつかの垂直あるいは水平断面によって，三次元的心室形状の切断面毎で二次元的に見た興奮伝播の様子などが観測できる（図1）。
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| 3．結果と考察 |
二次元媒質のspiral waveの特徴の1つとして，“ミアンダリング”と呼ばれる多様なドリフト現象がある。疑似心電図を計算すると，spiral waveが定在する場合には単形性頻拍の特徴を示し，ミアンダリングが生じることで多形性頻拍の特徴を示す。特に，spiral waveが花弁状にミアンダリングする場合，疑似心電図は基線を軸としてねじれて回転するように周期的な変化が見られ，Torsades de Pointesと呼ばれる特殊な不整脈の心電図と類似する。spiral waveのミアンダリングが，頻脈性不整脈の特徴を規定している可能性が強く示唆されている。
一方，三次元単純形状媒質では，たとえ均質であっても二次元では見られない spiral waveの自発的な分裂の起きることが指摘されている。われわれの結果では，パラメーターによって，spiral wave のダイナミクスは持続
・分裂・消滅の3種類に分かれた。
そこで，三次元単純形状媒質においてspiral waveが持続・分裂・消滅を示すそれぞれのパラメーターセットについて，心室形状媒質でspiral waveを発生させた。図2に心室表面の電位分布（各上段）と心室内部の最大電位部分のスケルトン表示（各下段）で示した。（a）はspiral waveが持続（定在）する場合で持続性の単形性頻拍に対応し，（b）の分裂する場合は最初多形性頻拍であったものが細動へ移行する過程を示しているものと思われる。また，（c）の消滅する場合は持続性でない一時的な多形性頻拍で，すぐに自然停止する場合を表しているものと考えられる。
心臓モデルはまったく均質であるため，媒質の性質を規定する不応期の長さや伝導速度に対応するパラメータによって，不整脈の特性が異なることを示唆するものである。特に，従来，心筋組織の病的な異常や不均質性によると考えられていた細動の発生が，均質な心室形状媒質でも起きることがわかり，突然死に至る可能性が示されたことになる。心電図や心表面のマッピングデータから推測していた心臓の異常な興奮伝播の様子を可視化することによって，きわめて直感的に不整脈の実態を表現した。
さらに，より立体的に可視化する試みとして，3Dステレオグラムを用いた表現を図 3 に示す。 |
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