Title 脳血流調節における脳幹機能の役割に関する実験的研究 : 聴性脳幹誘発反応と超音波ドプラ上矢状静脈洞血流計測 による検討 Author(s) 武部, 吉博 Citation 日本外科宝函 (1982), 51(6): 907-922 Issue Date 1982-11-01 URL http://hdl.handle.net/2433/208986 Right Type Departmental Bulletin Paper Textversion publisher Kyoto University
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Experimental Studies on the Effect of Brain Stem Function
on the Cerebral Arterial Responsibility by Means of
Auditory Brain Stem Response and Ultrasonic
Doppler Flowmeter in Dogs
¥'OSHIHIRO TAKEBE
Department of '.¥leurosurgery, Kyoto Cni,・ersity '¥ledical School, Kyoto
(Director: Prof. Dr. HAJIME HANDA)
The role of brain stem function in the regulation of cerebral blood flow was studied in an-
esthetized and immobilized dogs. The responsibility of cerebral resistant vessels regulating cere-
bral circulation was assessed by continuous and simultaneous measurement of cerebral cortical
blood flow and the diameter of pial arterioles on the parietal surface. Cerebral cortical blood flow
was measured transdurally at the end of the superior sagittal sinus (SSS) by an ultrasonic Doppler
venous outflow (UDVOF) method with a bidirectional ultrasonic Doppler fiowmeter. The
diameter of pial arterioles was measured by an optical method with a vidicon camera system.
Auditory brain stem evoked response (ABR) was recorded epidurally to monitor brain stem
function.
The results obtained were as follows:
1. An experimental study on the effect of compression at different points of venous channels
on SSS flow revealed that the cannulation or ligation of the venouぉsinusesthat is requisite to the
other venous outflow method hitherto performed disturb seriously physiological flow in日SS.
SSS flow values measu陀 dby the UDVOF method correlated well with f・CBFmeasured by the
Key石誌7百長孟~Doppler flowm町 r,Auditory brain 批m~長二五孟ul孟;;; of cereb凶函孟玉石;Brain stem.
制|語:超音波ドプラ血流計,聴性脳幹誘発反応,血流調節機構,脳幹.Present address: Department of Neurosurgery, Kyoto University Medical School, 54 Shogoin Kawaharacho, Sakyo-ku, Ky百to,606, Japan.
908 日外宝第51巻第6号(昭和57年11月)
hydrogen clearance method (pく 0.01).
The UDVOF technique is consider巴dto be a simple and reliable method for continuous cerebral
cortical blood flow measurement.
2. :Vf arkedおおSflow increase and prompt constriction of the pial arterioles were observed
following the restoration of arterial blood pressure from whole brain ischemic state of 10 minutes'
duration induced by artificial hypotension to 25-30% of the control CBF value. This result
suggests that the pial arterioles play a less important role in the autoregulation mechanism of
cerebral blood flow than peripheral intracerebral arterioles.
3. The relationship between SSS flow and ABR was studied when mean arterial blood
pressure (MABP) and PaC02 were varied by use of exsanguination and C02 inhalation, respect-
ively. When l¥IABP was decreased to about 60 mmHg, SSS flow began to be impaired and the
amplitude of all ABR waves also started to decrease. The amplitude of all ABR waves further
decreased with further decrease of MABP, until only wave IV remained. When MABP was
lowered below 35 mmHg, no ABR waves were recognized. When PaC02 was raised stepwise to
90 mmHg, SSS flow increased with the increase of PaC02 but no signi五cantchange in ABR was
observed. With further increase of PaC02, SSS flow increased only slightly accompanied by a
progressive decrease of amplitude of wave IY When PaC02 was raised over 290 mmHg, all
ABR waves disappeared. In conclusion, our data suggest that cerebral cortical circulation is
controlled by the brain stem function.
1.緒 言
脳血流は主として脳血管緊張度の変化を介し,筋原
性,代謝性および神経性の調節を受けると考えられて
いるが,その詳細についてはまだ不明な点が多L\近
年,電子顕微鏡や組織鐙光法などを用いた新たな角度
からの研究により神経線維が脳血管壁に分布する乙と
が明らかにされたことから,脳血管緊張の機序として
神経性調節が重視される傾向にある.
:¥lolnarと Szanto32>は脳幹刺激lとより脳血流が変
動したことから,脳幹に脳血管緊張を調節する中枢を
似定した.さらに脳幹の青斑核K脳実質内動脈に至る
noradrenalin品目が存在するととが組織化学的に証
明されたととから,脳血管緊張に対する神経性調節の
中枢として青斑核が注目されている民間 しかしなが
ら,との脳血管緊張lζ対する神経支配については,脳
幹音防〉らの神経支配がどの程度関与しているのか,ま
たどのような形で関与しているのか等に関しては不明
な点が多い.これまで非侵襲的で連続測定のできる適
当な脳血流測定法がなかったζとや,神経刺激実験あ
るいは破壊実験のさいの操作に恒常性を欠いていた乙
となどが,乙の分野の研究の発展を妨げる原因となっ
ていた.
本研究では脳血流測定法として ultrasonicDoppler
venous outflow method (以下 UDVOF法と略す)を
用いたが,まずその有用性と限界を検討した.次いで,
全脳虚血モテ’ル犬を作成し,乙の UDVOF法および
vidicon camera法を用いて,脳血流および脳軟膜動脈
径を観察し両者の量的,時間的関係を分析した.そし
て脳軟膜動脈径変化の脳血流調節における関与の程度
を検討した.
そして最後に, 聴性脳幹反応(ABR)24>も加えて脳
幹機能と脳血流の関係を調べ.脳血流調節における脳
幹の役割について検討した.
n. 実験対象および測定法
体重 10~13kg雑種成犬lζsodiumpentobarbital
(SomnopentylR)による静脈麻酔,次いで気管内侍管を
行ない,腹臥位で定位脳手術用固定台に装着した.各種
測定は pancroniumbromide (MioblockR)で筋弛緩し,
Aika R-60 respirator による調節呼吸下に行なった.
実験中,股動脈lと婦入した硬質カテーテJレを通じて,
脳血流調節における脳幹機能の役割に関する実験的研究 909
LF RF
EEG monitor
ABR amplifier
and recorder
Tube type earphone (DA-5 D)
Doppler flow meter (EUD 4)
(femoral artery
Fi~. 1. Schematic drawing of the experimental method. Anterior ethmoidal、目nsare
occluded by plugging at their juncture with the superior sagittal sinus. SメSflow is measured transdurally by an ultrasonic Doppler flowmeter. Auditory brain stem response is recorded epidurally over unilateral parietal cortex to mo-nitor the brain stem function.
血圧測定用 transducer:'IIPU-0.5 A (Nihon Kohden
Kogyo Co.)で全身血圧を測定し,また acid-baselabo-
ratory ABL-1 (Radiometer, Copenhagen)で動脈血カ烏
ス分析を行なった.心電図は第二標準四肢誘導で記録
した.測定結果は linescan recorder EZU-R-L・l (Hi-
tachi Med Co.),多用途監視記録装置 RM・85(Nihon
k仙台nKogyo Co・)あるいは X-Y recorder type 3078
(Yokogawa Electric works)のいずれか又は2つ以上
IC記録した.以下,実験は動脈血(‘:o.分庄(Pa('仁川
を30~35mmHg,平均動脈血圧(:'l!ABP)を 100~120
mm Hgの範囲にそれぞれ保ち,安定した状態で開始
した.
1. 上矢状静脈澗 (SSS1血流および SSS圧
眉間部から後頭部に至る皮切を置き,頭皮および側
頭筋を左右lζ剥離したのち討行討をその前端部と後端
部(静脈洞交会より約 1cm前方)で穿頭した.その
前端で後方IC向けて出討S内IL約 5mm挿入した 21G
又は 23G硬貨チューブを pressuretransducer LPl: ・
0.1 A (Nihon Kohden Kogyo Co. 1に接続し討SS圧を
測定した.さ らにチューブ帰入点の直前で, oxycelの
packing lとより N討Hを閉塞し,anteriorethmoidal v~in
を含む前方静脈路との交通遮断を行なった31).また
910
⑧
⑧
日外宝第51巻第6号(昭和57年11月)
Transducer Real-time frequency
analyzer unit
Blood flow disJ?lay interface unit
Camera control ( C-1000 )
Vidicon camera ( C-1000-16 )
Tube stimulator ( DA-SD )
( EUD 2-3 )
Multipurpose monitoring system ( RM-85 )
X-Y recorder type 3078
Width analyzer ( HTV-Cll 70 )
Audiogenerator ( DA-502A )
( EZU SA )
Blood flow computer unit (EZU AC)
Monitorinq cathode-ray picture tube
( EZU Dl )
X-Y recorder
type 3078
⑥ ④
Radio frequency lesion generator
{ 即G-4 )
X Y recorder ( wx 4401 )
Data processing computer ( ATAC-501-10 )
Oscilloscope ( 2G 46 )
Fig. 2. Block diagram of the equipment used for recording SSS flow (A), diameter of pial arterioles (B) and ABR (C). SSS flow is measured with a bidirectional ultrasonic Doppler自owmeterincorporating a sound-spectrograph (EUD-4, Hi・t号~~i Med. Co・) and the diameter of p凶 arteriolesby an optical sy批 mwith a VI日iconcamera.
Fig. 3. Correlation between real blood volume into SSS (V) and relative blood flow (¥'r¥ in SSS measured by the Doppler f!o¥¥ meter. Dog No.l: Vr=8.2V+6.4, r=0.99; Dog No. 2: ¥'r=6.4 V+2.6, r=O目99;Dog No. 3: Vr=4.7 ¥' -2.5. r=0.99.
913 脳血流調節における脳幹機能の役割に関する実験的研究
100 (目。」
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50
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SSS Pressure
D1仔erencein e仔ectof compression of venous channels on SSS flow between SSS compres-
sion (n=l2) (Bl and neck compression (n=
14) (A1. h日討自owvalues are represented as
percentage of initial values determined be-
fore venous compression. SSS pressure was
increased by 6mmHg by compression. 討討只
flow was reduced remarkably (to 33士7.3
percent of the initial values) by SSS com-
pression, but barely decreased (to only 78土
6.5 percent) Ly cervical compression
~ 6 rrmHg
。
Fig. 4.
Table 1. Correlation of日SSflow measured lり
the ultrasonic Doppler venous outflow
(UDVOFl method and /-CBF me-
asured by the hydrogen clearance me-
thod.
I lation I numb( r electrode : I .! , coefficient j of trial
I No. 1 0. 99 ! 14
Hypotension 目 'io.2 0. 94 i 15
' '.¥o. 3 o. 98 I 15
No. 4 , 0. 92 I 14
No. 5 : 0. 97 : 15
No. 6 ' 0. 98 i 15
Hypercapnia I
者(A)ては22土6.5% {n=l4)であったのに対し,後
者(B)は67土7.3% (n=12)と前者に比べ有意に大き
な変化を示した(Pく 0.01).
2. 全脳虚血モデルにおける血圧変動時の脳血流動
態
が 170土11mmHg (n=5)以上で脳血流が著明iζ増加
し,いわゆる breakthrough現象を呈したか,その出
現早期に血圧を降下させた場合には Fig.SBにおいて
点線で示した如く,降圧開始時には脳血流の減少は殆
A. dopamineおよび trimethaphan投与時の脳血流
血圧緩徐変化群(Fig.5B, D)については ~IABP が
60~170mmHgの範囲内では SSS血流の変化はわず
かであった. そして緩徐昇圧群(Fig.5B)では MABP
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例AB p {聞ゆlgJ MARP CnmHqJ
Fi邑.5. Effects on SSS flow of hypertension (入、 Bland hypotension (ぐ, [)Iinduced res-
pectively by intravenous administration of dop岨mineand trimethaphan. :¥IABP
was raised rapidly (about 40 mmHg/min) in group A‘and gradually (about 5
mmHg/min) in group B, and decreased rapidly (about 240 mmHg/min) in group
C. and gradually (about 40 mmHg/min) in group D. Dotted line in B indicates
the data from an animal whose !¥IABP was decreased in an early stage of the
break-through phenomenon.
50 100 150
門AB P I nmHq )
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第6号(昭和57年11月)
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第51巻
んどみられなかった.一方,血圧急速変化群(Fig.5A,
Clでは,緩徐血圧変化群と異なる'.\ IABPと SSS血
流の関係を示した.すなわち急速降圧群(Fig.5C)で
は降圧とほぼ同時に脳血流減少を認めた.また急速昇
圧群(Fig.5AJでは MABPが 200mmHgまでは脳血
流増加は約20%以下とわずかであった.
B. 10分までの全脳虚血時lζ生じる脳血管反応性の
変化
:¥IABPが変化したさいの SSS血流の変動を全脳虚
血持続時間別lζ示したのが Fig.6, Fig. 7である.虚
血後の昇圧時にはいずれの場合も対照値を大きく上ま
わる血流地加を認めた.乙のいわゆる reactivehyper-
emia聞の程度と全脳虚血維持時間との関係は,約5分
までの虚血のあとのものでは hyperemiaの程度は虚
血時間の長いもの程著明であった(Fig.6A, B, C). し
かしながら虚血時間が5分以上のものでは hyperemia
日外宝914
50 100
M A B P (川nHql Fig. 7. Influence of the duration of whole brain is-
chemia induced by artificial hypotension on the relationship hetween i¥IABP and SSS flow. Dopamine was infused intravenously after ischemia of 5 minutes' (0), 7 minutes' (・),or 10 minutes' (企) duration. Dotted lines show the in司uenceof the rate of resto・ ration on the SSS flow. The time required for the restoration of blood pressure was 20 seconds (A), or 5 minutes (B).
150 。。
c
の程度は虚血維持時閣の長さにかかわらず一定であっ
た(Fig.7).
C. 10分間全脳慮血後の脳軟膜動脈の径変化
B
A
ハ〉 一一一 f
tしf 一一
句0 80
H恰onArterial Blood Pressure C冊nHg)
Fig. 8. The e仔ectof rapid decrease in :¥!A BP on the diameter of pial arterioles. No significant changes in diameter was noted until MABP was decreased to about 35 mmHg. Thero・ after, pial arterioles dilated markedly.
150
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50 100 門AB P ( rmiHg )
Influence of the duration of whole brain is-chemia induced by artificial hypotension on the relationship between :'v!ABP and SSS
flow. Dopamine was infused intravenously folio、,・ingthe whole brain ischemia for one
minute (A), two minutes (B) or three minutes
(C). The direction of the blood pressure change in relation to the SSS flow ;, denoted
by the arrow. Dotted line represents the relationship between ¥IABP and SSS flow
obtained from mean values on dopamine administration after whole l>rain ischemia for 5 to 10 minutes.
150 。。
Fi邑.6.
915 脳血流調節における脳幹機能の役割に関する笑験的研究
500
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門eon Arter i口l Blood Pressure <同TIHg )
Fi邑.9. The effects of induced hypertension on the diameter of pial arterioles and on SSS flow after whole brain ischemia of 10 minutes' duration. Marked increase of SSS flow and prompt constriction of the pial arterioles were observed following the recovery of arterial blood pressure from hypotension.
0 200
。。
位が明瞭に識別可能となった.また電位増大lζ伴ない
W波の潜時は延長し, N波の peakは硬膜外記録の
ABR W波の下降脚に位置した.更に刺入すると, Fig.
10で 21mmから 22mmの波形変化iとみられる如く
ABR N波以降の波形が著明に変化した.なおこの間,
硬膜外電極から導出した ABR波は不変であった.両
側下丘後半部 70°C15分の通電破壊操作lとより N, V
波の電位は著明lζ減少した(Fig.11).
血圧低下時の実験結果を Fig.12および Fig.13に,
そして PaC02上昇時の実験結果を Fig.14および
Fig. 15 Iと示す.なお Fig.12, Fig. 14では降圧あるい
は PaC02上昇にともなう ABRの波形変化, N波絶
対潜時, I-N IPLおよび SSS血流の変化を示した.
Fig. 13A, Fig. 15Aでは降圧時および PaC02上昇時
のI N IPLと,同時に測定した SSS血流の時間的
関係を図示した.一方 Fig.13B, Fig. 15Bは同じく降
圧時および PaC02上昇時の ABRW波の振幅と州S
血流の両者の時間的推移を比較したものである.
1) dopamineの静脈内投与による血圧上昇の際に
は SSS血流は:\IABP160 mmHgを超えた頃より
break through現象を示したが, ζれに対応する ABR
波形変化は認めなかった.脱血による血圧下降時には
メ日S血流は Fig.SD IL示す如く変化し, MABPが60
mm Hgを超えて低下すると autoregulationは消失し
B. ABR波形変化に伴なう SSS血流変化
Fig. 8は3匹の対照犬での急速降圧の際の脳軟膜動
脈の径変化を示しているが, 径変化はほぼ 30mmHg
まではほとんど認められず,それ以下の MABPとな
ってはじめて著明に増大した(Fig.8). 次IC全脳虚血
ielO分維持した後の犬の昇圧実験では(Fig.91, SSS
血流は昇圧開始と同時に顕著に増加したのに対し,脳
軟膜動脈は昇圧開始とほぼ同時にまず著明な収縮を示
し, MABP50mmHgを超える頃から徐々に拡張し始
めた.また 170mmHgまでの昇圧後 dop札mineを中
止すると SSS血流はすみやかに減少したが,脳軟膜
動脈径は MABPが約 80mmHgk低下するまではわ
ずかな減少を示したのみで, 80mmHg以下に血圧が
降下してはじめて有意の拡張を示した.
3. 聴性脳幹反応(ABR)の波形変化と脳血流変化
との関連
犬の ABRV波は個体差があり時には認められなか
ったのに対して, N波は振幅が大きく安定しており,
波形も人の ABRにおけるV波lζ類似していた. 9匹
中5匹の犬で ABRN波は約 75dB音圧の刺激で二
峰性(IV1,IV2)となった.
A.下丘後半部の限局性破壊による ABR変化
刺入電極から導出した ABR波変化を Fig.10 K示
す目電極が脳表より下丘lζ近ずくにつれWおよびV波
の電位は増大した.特に cisternk近ずく頃から著明
となり EEGmonitor上ICも音刺激IC同期した誘発電
916 日外宝第51巻第6号(昭和57年11月)
19
20
」5uV
1 msec
"+~ J 40 uV I msec
Fi~. 10. Depth recording of ABR. Numbers by each ABR indicate the depth of the electr・ ode; E represents epidural recording. The amplitude of wave IV increases progressトvely with the approach to quadrigeminal cistern. '.¥! arked changes both in amplitude and in shape of wave IV and wave V were observed when the tip of electrode reached about 21 cm in depth.
著明な SSS血流減少を認めたが, そのさいの ABR
の変化としては各波の振幅低下が主で, I~N放のう
ちW波の変化は最も軽度であった(Fig.12), MABP
が 58士9mmHg (n=5)以下となった頃(Fig.13点
線で示す)より W波の振幅低下を認め,さらに MABP
が 35土9mmHg(n=5)より低くなるとW波も消失し
ABRは平担化した(Fig.12).
2) hypercapnia時には PaC02が 90mmHg付近
までは SSS血流は PaC02増加Iζ伴なう増加を示し
たが, 90mmHgを超えた頃より SSS血流増加はゆ
るやかになった !Fig.15).一方 ABR変化としては血
圧低下の場合と異なり,各波とも潜時延長が主で,また
I~W波のうちN波の変化が最も顕著であった(Fig.
14). PaC02が91土12mmHg (n=4) (Fig. 15点線)
以下では ABR各波に変化を認めず, PaC02がさ ら
に上昇するとW波の潜時は延長した.PaC02が290土
23 mmHg (n=4)以上iζ上昇するとW波を含め ABR
各波は平担化した(Fig.14).一方,過呼吸による hy司
pocapniaによって ABRK著明な変化は認められな
かった.
v.考 察
1. ultrasonic Doppler venous outflow me-
thodについて
superior sagittal sinus (日日討)は大脳背側正中部を前
後に走行する静脈洞で, Michenfelderら30)の報告で
は脳全体の435弘落合ら矧の報告では465ちの静脈血
を主として大脳皮質から集めるとされている.venous
outflow method による脳血流測定の試みは1887年
Gartnerと\\・agner刊 により始められ.その後 l¥lc-
Clureと Green閉そして Rapela a9, •0>等によって様々
な測定上の工夫が重ねられてきた.すなわち sinus又
は veinに結紫操作を加え,血流測定領域を拡大する
試みや,測定対象とした静脈澗から逆行性IC色素等の
indicatorを注入し,その領域の重量を求めることによ
りml/lOOgbrain/minとして脳血流量を絶対値表示す
る方法などが考案されてきた.しかしとのような方法
では静脈路への cannulationの他に,本来の脳血流を
変化させると号、われる侵襲的な操作が加えられる乙と
から極めて非生浬的な状態で測定しているといわざる
を得ない.すなわち静脈圧を上昇させるのみならず測
定静脈路の濯流域も大きく変化させていると想定され
る.また本来静脈側冨lj路lζは大きな個体差が存在する
といわれることから,測定航自体をと、こまで信頼する
917
ペ「一日';,:~Vつ~UV
脳血流調節における脳幹機能の役割に関する実験的研究
conピv一~一一
」叫OuV
I msec depth recording ep!du「olrecording
Fig. 11. Effect on ABR of ~he selective destruction of inferior colliculus by lesion gen目 a-tor. The chang官sof wave IV are limited to decrease in amplitude in depth recording. On the other hand, both amplitude and latency changed in epidural
recording.
aft巴「co日gul口tion
SSS血流を硬膜上から測定している点にある.したか
つて通常の犬を対象とした場合,静脈洞圧の変動はき
わめて少なしまた純粋に日出血流のみの測定が可
能である. l"DVOF法を脳血流測定法として使用す
る前に,まず本法が SSS血流をどの程度正確に測定
<".
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かも問題となる.しかしとのような欠点を有しながら
も,短時間内に刻々と変化する動物の脳血流を比較的
侵襲を少なく測定するためには便利な方法であり,脳
血流測定法の 1 っとして現在でも用いられている•,35,
36,37),これらの venousoutflow method (以下\"OF
法と略す)の欠点、を補うものとして我々は脳血流変化
を連続して測定記録できる VOF法を超音波ドプラ血
流計42)を用いて行なった UDVOF法を提案し,従来
のVOF法と比較した.
UDVOF法の特徴は, anteriorethmoidal veinおよ
びemissaryveinを遮断した状態で SSS後端より lcm
の部位で,体外シャントを用いずに,生理的状態の
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Fig. 13. Changes in SS討自owand wave IV of ABR in induced hypotension. Relationship be-tween H吋S自owand I IV IPL (Al and between SSS自owand amplitude of waYじ
IV (B). ¥¥'ith decrease of MABP below 60 mmHg, amplitude of m川’cI¥" began to decrease, but I-IV IPL barely changed.
0 120
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I uV
O 5 10 Cmsecl Fi~. 12. Changes of SSS flow and ABR in induced
hypotension. SSS flow is represented by the percentage of the control value. ¥¥"hen MABP was lowered below 60 mmHg, SSS flow began to be impaired and the amplitu-de of ABR waves started to decrease. Am-plitude of all ABR waves further decr沼田edwith further decrease of MABP until only wave IV remained. When MABP was lo-wered below 35 mmHg, no ABR waves were recognized.
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Fi~. 14. Chan耳目。fSSS自owand ABR with incre-asing PaC02・ Upto PaC02 of 90 mm Hg, SSS flow increased with increase of PaC02 but no significant change in ABR was ob-served. As PaC02 was further increased over 90 mmHg. amplitude of wave IV in・ creased steadily, SSS自owbarely increased. When PaC02 was raised over 290 mmHg, all A BR disappeared.
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Fig. 15. The relationship between SSS flow and I IV IPL (A) and between SSS flow and amplitude of wave IV (B). The amplitude of wave IV decreased and I-IV IPL elon-gated remarkably with increase of PaC02 over about 90 mmHg.