cycl i c   AMP補充の有効性

血液心筋保護下再潅流時における高濃度

phos phodi es t eras e   I I I

選択的投与による

cycl i c   AMP補充の有効性

黄 義 浩 森 田 紀代造 長 堀 隆 一

東京慈恵会医科大学心臓外科学講座 (受付 平成 18年 11月 8日)

CYCLI C AMP  AUGMENTATI ON  WI TH  A  HI GH

DOSE   PHOSPHODI ESTERASE  I I I   I NHI BI TOR

  I N  TERMI NAL WARM‑ BLOOD  CARDI OPLEGI A   A  NEW  STRATEGY  FOR  MYOCARDI AL PROTECTI ON   AGAI NST I SCHEMI A / REPERFUSI ON  I NJURY

Yoshihiro K^O,Kiyozo M^ORITA,and Ryuichi N^AGAHORI

Department  of  Cardiovascular Surgery, The Jikei  University School  of  Medicine  

Phos phodi es t er as e(PDE)I I I  i nhi bi t or s  have  a myocar di al  pr ot ect i ve  ef f ect  by al t er i ng var i ous cel l ul ar f unct i ons . However ,caut i on  r   egar di ng  cal ci um  i nf l ux  due  t o  i ncr eas ed myocar di al  cycl i c  adenos i ne  monophos phat e(cAMP)i   s es s ent i al . We  hypot hes i zed  t hat myocar di al  i s chemi a/r eper f us i on  i nj ur y  coul d  be    l i mi t ed  by  addi ng  a  PDE  I I I  i nhi bi t or  t o  t he t er mi nal war m‑bl ood  car di opl egi a(TWBCP)s   ol ut i on. Twent y‑f i ve  i nf ant  pi gl et s  wer e pl aced  on  car di opul monar y  bypas s(CPB). Af   t er  90  mi nut es  of  car di ac  ar r es t  wi t h a s i ngl e dos e  of  a  col d  cr ys t al l oi d  car di opl egi a  s ol ut i on,t   he  ani mal s  wer e  weaned  f r om  CPB  af t er  30 mi nut es  of  r eper f us i on. The  TWBCP  s ol ut i on was    gi ven bef or e  aor t i c  uncl ampi ng,and t he ani mal s  wer e  di vi ded  i nt o  t he  f ol l owi ng  5  gr oups:gr   oup  1,cont r ol ;gr oup  2,TWBCP;gr oup  3, TWBCP  wi t h  amr i none;gr oup  4,l ow‑Ca  TWBCP;and  gr oup  5,l ow‑Ca  TWBCP  wi t h amr i none. Lef t  vent r i cul ar  cont r act i l i t y  and  expans   i on  wer e  eval uat ed  by  r ecor di ng  pr es s ur e‑

vol ume  l oops  bef or e  and  af t er  CPB. The  bl ood  l evel s  of  t r oponi n‑T  and  cr eat i ne  ki nas e  wer e

meas ur ed  as  mar ker s  of  myocar di al  i nj ur y,and    ant i oxi dant  r es er ve  capaci t y  was  det er mi ned

f r om  t he  bl ood and myocar di al  l evel s  of  l i pi d per   oxi de. Myocar di al  cAMP  pr oduct i on was

us ed  t o  as s es s  t he  i nf l uence  of  t he  PDE  I I I  i nhi   bi t or . We  al s o  meas ur ed  t he  cor onar y  pr es s ur e

dur i ng  TWBCP and  t he  t ot al  cur r ent  r equi r ed  f   or  car di over s i on. Si gni f i cant  i mpr ovement  of

car di ac  f unct i ons  occur r ed  i n  t he  amr i none  and    l ow‑Ca gr oups . I n par t i cul ar ,t he  amr i none

gr oups  s howed  t he  f ol l owi ng  bi ochemi cal  changes   :an  i ncr eas e  of  myocar di al  cAMP ( p ＜0. 05,

gr oup  5  vs .gr oup  4; p ＜0. 01,gr oup  5  vs .gr oup  1)and  s uppr es s i on  of  t he  l i pi d  per oxi de  l evel

af t er  r eper f us i on( p ＜0. 05,gr oup  5  vs .gr oup  4;   p ＜0. 05,gr oup  3  vs .gr oup  2). The  amr i none

gr oups  s howed  a  l ow  cor onar y  pr es s ur e  dur i ng    TWBCP and  s pont aneous  car di over s i on  af t er

r eper f us i on. We concl ude t hat  i s chemi a or  r   eper f us i on of  bot h depl et e myocar di al  cAMP,

l eadi ng  t o  i mpai r ed  Ca  handl i ng  and  t o  car di ac dys f unct i on. A  hi gh  dos e of a  PDE  I I I

i nhi bi t or i n  t he TWBCP  s ol ut i on  r epl eni s hed  myocar di al  cAMP  and  pr omot ed  r api d  and s us t ai ned myocar di al  f unct i onal  r ecover y,i ncr   eas ed cor onar y f l ow,and i nhi bi t ed oxi dat i ve damage. Decr eas i ng  t he  cal ci um  cont ent  of  t he    TWBCP s ol ut i on  was  al s o  us ef ul  f or  pr event - i ng  i s chemi a/r eper f us i on  i nj ur y

(Tokyo Jikeikai Medical Journal 2007;122:27‑40) Key words:blood  cardioplegia,cyclic AMP,O2 free radical,ischemic reperfusion  injury,

phosphodiesterase III inhibitor  

I .

開心術の成績向上を目標にこれまで多くの心筋 保護法が開発されたなか，Buckber gら の提唱 する統合型血液心筋保護法 (i nt egr at ed  bl ood car di opl egi a)の有効性が認められ，現在，広く普  

及するに至っている．一方，小児開心術領域にお いては，心筋の構造や機能，代謝に関する未熟 性 に加えて手術操作の利便性を考慮した場 合，理想の心筋保護法はいまだ明確ではなく，従 来の間欠的冷却晶質液心筋保護法 (i nt er mi t t ed col d cr ys t al l oi d car di opl   egi a)を採用している

施設も多い．しかし，近年増加傾向にある重症疾 患や手術の複雑化に伴う長時間手術における従来 の手法には限界が生じており，新たな心筋保護戦 略 の 開 発 が 急 務 と さ れ る．本 研 究 で 用 い た amr i noneな ど の phos phodi es t er as e(PDE)I I I 阻害薬は，おもに心筋や血管平滑筋に局在する PDEI I Iを特異的に阻害することにより，細胞内 の cycl i c  adenos i ne  monophos phat e(cAMP) を蓄積させ，強心および血管拡張作用を発現す る ．PDE I I I阻害薬は，本来，心不全治療薬と して開発，臨床使用されたものであり，術中の虚 血再潅流による心筋障害自体の軽減や myocar - di al  s t unni ngの予防を期待するものではなかっ た．しかし，これまでの研究において，細胞内の Ca  handl i ng ，血管平滑筋弛緩 ，血小板凝集抑 制 ，好中球脱顆粒抑制 ，s uper oxi de産生 抑 制 ，cyt oki ne分泌調節 といった多彩な細胞 機能制御作用も有するとされており，多くの側面 で心筋保護効果，心機能改善効果が期待できる．一 方，同薬剤を虚血再潅流時に投与する際，心筋細 胞内の cAMP増加による再潅流直後の Ca  over - l oad発現 は，最も危惧すべき点であり，本法 の有効性については心機能に対する Ca 制御の 影響も加えて検討する必要がある．今回，col d

cr ys t al l oi d  car di opl egi a(CCP)の単回投与によ る長時間心停止，心筋虚血後に，血液心筋保護下 再潅流 (t er mi nal  war m  bl ood car di opl egi a r e- per f us i on)時に高濃度 PDE  I I I阻害薬を投与す る新たな心筋保護法の有効性を前臨床的な実験モ デルを用いて検討した．

I I .

1.実験モデル

Lar ge  Whi t e×Landr ace×Dur oc種ブタ（生後 1カ月，体重 10  kg〜12  kg）25頭を対象として本 実験に用いた．Ket ami ne  hydr ochl or i de  4  mg/kg の静脈内投与後，気 管 内 挿 管 を 行 い，以 後 1. 0

〜1. 5% の s evof l ur ane使用下に人工呼吸器 (ア コマ社製，ACE‑300)による調節呼吸とした．左 大腿静脈より中心静脈圧測定用カテーテルを挿入 し，pancr oni um  br omi de  0. 3  mg/kg,hepar i n s odi um  0. 3  ml /kgを静脈内投与した．ついで左大  

腿動脈より大動脈圧測定用カテーテルを挿入し た．胸骨正中切開を行い，心膜切開して左心耳よ り左心房内に左房圧測定兼左房ベント用チューブ を挿入した．左室心尖部より mi cr ot i p  cat het er pr es s ur e t r ans ducer(Mi   l l er社製)を 左 心 室 内

に挿入し，左室内圧測定用とした．左室自由壁表 面の長軸短軸上最も離れた 4カ所に cr ys t al  t i p (Sonomet r i cs社製)を装着し，s onomi cr omet r y による左室容量測定用とした．奇静脈より冠静脈 洞内にカテーテルを留置し，血液採取に用いた．

体外循環は，右総頚動脈から 12〜14  Frの経皮的

補助循環用送血カニューレ（Medt r oni c社製）を

挿 入，右 心 房 内 に 24  Frの Paci f i co型 脱 血 カ

ニューレを挿入して人工心肺（Ter umo社製，膜

型 肺 :Capi oxSX  SX10，ローラー型 ポ ン プ :

Advanced  Per f us i on  Sys t em  1）に接続し，肺動

脈内にベントチューブを留置した．充填液には

hepar i nを添加した同種新鮮血および Ri nger液

を用いて希釈率を 25% とした．Ter mi nal  war m bl ood car di opl egi a(TWBCP)は専用回路によ  

り体外循環血液と晶質液心筋保護液を 4:1で混 合して用いた．完全体外循環中は左房および肺動 脈ベントからの吸引血も 静 脈 回 路 に 回 収 し た

（Fi g.1)．

2.実験プロトコールおよび実験群

実験プロトコールを Fi g.2に示す．体外循環開 始 10分間において，体外循環中の送血量は 1. 5

〜2. 0  l /mi n/m とし，送血温は常温に保った．こ

Fig.1. Experimental model

Large White×Landr  ace×Duroc piglets(1 month,10〜12 kg)

CCP:cold  crystalloid  cardioplegia,BCP:blood  cardioplegia,CP:cardioplegia,BCD:blood cardioplegia delivery,LV:left ventricle,RV:r ight ventricle,LA:left atrium,PA:pulmonary artery,CS:coronary sinus  

Fig.2. Experimental protocols

CCP:Miotect or,BCP:Blood 200 ml＋Miotector 50 ml＋KCL 5 ml BCP＋Amrinone:BCP＋Amrinone  1.5 ml,Ca lowering:BCP＋ACD  12 ml

29

の間，動脈圧は 50〜80  mmHg，中心静脈圧 0〜5 mmHg,PH  7. 35〜7. 45,PaCO 35〜45    mmHg,

Ht  20〜25% となるように調節した．血行動態の 安 定 を 確 認 後，上 行 大 動 脈 を 遮 断，冷 却 St . Thomas  I I(持田製薬社製，Mi ot ect or）を大動 脈基部に装着した心筋保護回路から流量 400  ml / 3  mi n，潅流圧 50〜80  mmHgで注入し，心停止を 得た．心筋虚血は 90分間とし，氷片による心嚢内 の局所冷却を併用した．この間，心筋保護液の追 加投与はなしとした．大動脈遮断解除後 3分まで に洞調律の自然復帰を認めない場合，電気的除細 動を用いて洞調律に復帰させ，遮断解除後 30分で 人工心肺離脱を行った．心血管作動薬は用いな かった．また，後述の bl ood  car di opl egi a(BCP) 使用群においては，war m  BCP  r eper f us i onを 250  ml /5  mi nで注入後に大動脈遮断を解除した．

実験群は大動脈遮断解除直前の心筋保護液の内 容により以下の 5群とし，各群とも 5頭での検討 とした．

I群 (Cont r ol ):Ter mi nal  war m  BCP  r eper - f us i onなし

I I群 (BCP):Ter mi nal  war m  BCP (＝

Bl ood  200  ml ＋Mi ot ect or 50  ml ＋KCL 5  ml ) I I I群 (PDEI I I  i nhi bi t or ):Termi nal  war m

BCP＋amr i none  1. 5  ml

I V群 (l ow  Ca  BCP):Ter   mi nal  war m BCP＋aci d  ci t r at e  dext   r os e  s ol ut i on(ACD)12 ml  

  V群 (l ow  Ca  PDEI I I  i nhi bi t or ):Ter mi nal war m  BCP＋ACD  12  ml   ＋amr i none  1. 5  ml

な お，心 筋 保 護 液 の 電 解 質 は K :16〜17 mmol /l ,Ca :1. 1〜1. 2  mmol   /l(I I ,I I I群)，l ow Ca :0. 4〜0. 5  mmol /l(I   V,V群)で 調 節 と し

た．Ca調整は ACDを BCPと r es er ver内で混和 して行った．Amr i noneの添加量は，amr i noneと ヒト血漿蛋白との結合率が in vitr o で約 50% で あることも加味し，BCPにおける実測最終濃度が 有効血中濃度下限の 15倍（15, 000  ng/ml ）となる 様に設定した．

3.測定項目および方法

1) 心機能

大動脈圧，左房圧，中心静脈圧は各々t r ans ducer を用いて測定し，心拍数とともに pol ygr aph  s ys - t em (日 本 光 電 社 製 :RCM3000)に 記 録 し た．

mi l l er  cat het erお よ び s onomi cr omet r yよ り 得 られる左室内圧，左室容量から，経時的に pr es - s ur e vol ume l oopを測定用コンピュータに記録 した．また，下大静脈に通したテープを牽引する

Fig.3. Analysis of LV  pressure volume loops by CardioSOFT

ことで静脈還流による前負荷を変化させ，左室収 縮 能 お よ び 拡 張 能 の 指 標 で あ る end‑s ys t ol i c el as t ance(Ees )と t i me    cons t ant  of  i s ovol umi c rel axat i on (Tau) を Cardi   oSOFT (Sono-

met r i cs社製)で解析した（Fi g.3)．心機能測定は 体外循環前，再潅流後 30分に行い，全項目におい て体外循環前の測定値に対する体外循環離脱後の 値の回復率（%）として求めた．

2) 血液生化学 (cr eat i ne  ki nas e,t r oponi n‑T, l act at e,l i pi d  per oxi de)

大動脈遮断前，遮断解除直後，遮断解除 10分後，

遮断解除 30分後に冠静脈洞血を採取し，全項目に おいて大動脈遮断前を基準にした変化率（%）で 示した．

cr eat i ne ki nas e(CK)は紫外部吸光光度分析 による UV法，t r oponi n‑Tは電気化学発光免疫 測 定 法 に よ る ECL‑I A法，l act at eは l act at e oxi das e,per oxi das eによる酵素法，l   i pi d per ox-

i de(LPO)は hemogl obi n  met hyl ene  bl ue法を 用いて定量測定し，各群間で比較した．

3) 心筋生化学（cAMP,LPO,vi t ami n  E）

大動脈遮断前，遮断解除直前，遮断解除 30分後 に右室自由壁心筋を採取し，一定量組織内の定量 を 行った．cAMPの 定 量 は r adi oi mmunoas s ay 法，vi t ami n Eは蛍光法を用いて測定し，各群間 で比較した．

4) 冠潅流圧

BCP使用群（I I 〜V群）において，TWBCP終 了直前の大動脈基部圧を BCP一定流量 下（50

ml /mi n）で測定し，各群間で比較した．

5) 不整脈

大動脈遮断解除後から正常心拍再開までに要し た除細動の総放電量を各群間で比較した．

6) 心筋組織

実験終了時に採取した左室心尖部心筋におい て，日立製 H‑7500透過型電子顕微鏡（×10, 000）

で認めた心筋細胞組織の形態変化を I ,I V,V群間 で比較した．

7) Amr i none血中濃度

Pi l ot  s t udyと し て，TWBCP後 に お け る amr i none血中濃度の推移を本実験における高濃 度群 3例と低濃度群 3例において検討した．

8) 統計処理

測定結果はいずれも平均値±標準偏差で示し，

各群間の比較には心機能データでは一元配置分散 分析法，血液および心筋生化学データでは繰り返 しのない二元配置分散分析法を用い，p ＜0. 05を もって有意とした．

なお，すべての動物実験は東京慈恵会医科大学 および Ter umo  Medi cal  Pr anex動物実験施設双 方の動物実験指針および倫理規定に則して行っ た．

I I I .

1.心機能

各群の体外循環開始前に対する体外循環離脱後 のパラメーターの変化率（%）を（Fi g.4）に示し た．左室収縮能を示す%Eesは I群 :48. 6±5. 1，I I

Fig.4. The changes of LV  function after CPB (A)%recovery of Ees (B)%change of Tau Ees:end‑systolic elast ance

Tau:time cons  tant of isovolumic relaxation

(

A

% Ees

B

% Tau

PDE III阻害薬を用いた新たな心筋保護戦略

群 :69. 9±12. 7，I I I群 :91. 8±31. 1，I V 群 : 134. 2±24. 9，V群 :181. 0±32. 4と I群 に 対 し て I I ，I I I群で有意に改善を示し( p ＜0. 05)，TWBCP の Ca l ower i ngを行った I V，V群ではさらに良 好な改善を得た( p ＜0. 01)．左室拡張能を示す%

Tauで も I群 :228. 3±48. 8，I I群 :131. 3±27. 5，

I I I群 :145. 3±33. 2，I V群 :80. 0±12. 5，V群 : 80. 9±12. 6と I群に対して I I ,I I I群で有意に改善 を示し( p＜0. 01)，Ca  l ower i ngを行った I V,V群 では各々I I , I I I群に対しても有意な改善を得た ( p ＜0. 01)．Amr i none添加（I I I ,V群）に対する 心機能の変化は，%Eesにおいて，I I ,I V群それぞ れとの比較から有意差は得られなかったが，とも に改善傾向を認めた．

2.血液生化学

冠静脈血中濃度の変化率（%）を Fi g.5に示し た．CKは大動脈遮断解除 10分後において，I V群 125±25で I群 174±29に対する有意な改善を認 め（p ＜0. 05)，30分 後 に は I V群 149±28，V群 143±32で，I群 249±80，I I群 198±47，I I I群 193±19に対する有意な改善を認めた（p ＜0. 05)．

Tr oponi n‑Tでは大動脈遮断解除 10分後におい て，I I I群 205±49，I V群 200±57で I群 325±115 に対する有意な改善を認め（p＜0. 05)，30分後に は I I I群 490±240，I V群 371±101，V群 337±93 で，I群 869±280に対する有意な改善を認めた

（vs .I I I: p ＜0. 05,vs .I V,V: p ＜0. 01)．Lact at e は大動脈遮断解除 10分後，30分後ともに I V,V 群で I ,I I ,I I I群に対する有意な改善を認めた（p ＜

Fig.5. Time course of biochemical changes in coronary venous blood (A)creatine kinase (B)troponin‑T (C)lactate (D)lipid peroxide (○ group I^● group II^□group III^■ group IV ^△group V) (

C

Lact at e

(

A

CK

(

D

LPO

B

Tr oponi n T

0. 05)．LPOでは amr i noneを添加した I I I ,V群に おいて，大動脈遮断解除 10分後の I I ,I V群，30分 後の I ,I I ,I V群に対して有意な改善を認めた( p＜

0. 05)．

3.心筋生化学

心 筋 中 の cAMP (pmol /mg  w. w. )の 推 移 は Fi g.6で示される様に，心筋虚血中は各群間にお いて同様に減少傾向を認めた．I群では再潅流後 さらに減少，I V群でも軽度減少傾向を認めたが，

V群においては有意に増加し，大動脈遮断解除 30 分 後 で の I群 0. 41±0. 12，I V群 0. 60±0. 14に 対 し，V群は 1. 03±0. 14(vs .I: p ＜0. 01，vs .I V:

p ＜0. 05)と前値以上の回復を認めた．

4.冠潅流圧 (Fig.7)

TWBCP終 了 直 前 に お け る 大 動 脈 基 部 圧 (mmHg)は，I I群 26. 8±14，I I I群 12. 4±5，I V群 25. 2±10，V群 10. 2±4と amr i noneを 添 加 し た I I I ，V群において，冠動脈拡張作用によると思わ れる有意な低下を認めた ( p ＜0. 05)．

5.不整脈 (Fig.8)

大動脈遮断解除後に認めた不整脈はおもに心室 細動，心室頻拍であり，洞調率回復に要した除細 動総放電量（J）は I群 51. 4±29，I I群 39. 1±22，I I I 群 21. 9±13，I V群 16. 3±10，V群 11. 2±11と I I I , I V,V群においては心室細動の発現が少なく，ま た，除細動に対する反応が良好なため，洞調律回 復までに要した総放電量は I ,I I群に比べ有意に 抑えられた（p ＜0. 05)．

6.心筋組織

実験終了時の左室心尖部心筋組織の電子顕微鏡 像(Fi g.9)を I ,I V,V群間で比較評価したところ I群では著しい mi t ochondr i aの膨化，細胞膜や筋 線維の破綻を認めたのに対し，I V,V群ではその 変化が軽微であり，とくに V群における mi t o- chondr i aの膨化は明らかに抑制されていた．

7. Amrinone血中濃度

Fi g.10で示される様に，r es er ver内の BCPに おける amr i none濃度（2, 964〜16, 894  ng/ml ）に関 わらず，TWBCP終了時点の動脈血中濃度はすで に 33〜614  ng/mlまで低下しており，全例とも amr i noneの i nodi l at or作 用 が 生 じ る と さ れ る 1, 000  ng/ml以上には達しなかった．この結果か ら，TWBCP s ol ut i on自体の濃度，すなわち心筋

保護としての心筋内投与濃度に対して，大動脈遮 断解除後の体外循環中の血中濃度は持続的な心血 管への作用はないと考えられた．

Fig.8. Total current dosage of cardioversion after CPB  

Fig.7. Coronary  pressure at just before comple- tion of terminal warm  BCP

Fig.6. Time  course  of concentrations of cyclic AMP in ventricular myocar  dium

    33

PDE III阻害薬を用いた新たな心筋保護戦略

I V.

近年，増加傾向にある術前低心機能例，長時間 手術例に対する成績向上への努力は重要であり，

中でも心筋保護法のさらなる改良，開発は急務と 思われる．とくに小児心疾患領域においては，未 熟心筋の Ca 調節機構，興奮収縮連関における 特性 や多くの nat ur al  ant i oxi dantの存在，

優れた pH  buf f er i ngとエネルギー保持能などか ら，aci dos i sや虚血への耐性 があるとする一 方，正常児においても心筋収縮蛋白や mi t ochon- dr i a，交 感 神 経 分 布 の 未 熟 性，心 筋 内 cat e- chol ami neや Ca の低含量から心 室 の compl i - anceは不良とされており ，心筋肥大や cyanos i s の存在下ではさらに酸素供給，予備能の面からも 心筋保護に不利 とする報告も多い．また，血

c:group V)  

(a)The picture shows clearly swelling of the mitochondria and breakdown of the myofibrils. (c)The mitochondria are less swollen than them  of group IV.

(a) (b) (c)

Fig.10. Time course of concentration of amrinone in blood

A  dotted line is accounted t o be a minimum  limit of the pharmacological effects.

液希釈や凝固系の相違，側副血行路や短絡血流に よる至適潅流量への対応など，成人例とは異なる 循環管理に加えて術野の維持や術操作の利便性に も考慮した場合，従来の小児心筋保護法において 改良すべき点はいまだ多く，新たな視点からの開 発と独自の心筋保護戦略が求められる．

そこで，本研究では小児開心術に準じた s i ngl e dos e  CCPによる 90分間心虚血モデルに高濃度  

amr i noneを添加した TWBCPを cont r ol l ed  r e- per f us i onすることで，枯渇した cAMPの心筋細 胞内補充を再潅流早期に行い，心筋細胞の Ca handl i ngを早期に回復させ，i   nodi l at or効果，O

f r ee r adi cal  s cavenger効果とともに心筋の虚血 再潅流障害を総合的に抑制し得るとの仮説を検証 した．

1. PDE  III阻害薬の心筋保護効果

すでに臨床で広く使用されている PDE  I I I阻 害薬は，心筋ではおもに筋小胞体膜に局在する PDE  I I Iを選択的に阻害して cAMPの分解を抑 制することで細胞内の cAMP濃度上昇を得るた め，β受容体経由の他の強心剤に見られるような ATP依存や β受容体の down r egul at i onの影響 が少ない ．また，細胞内シグナル伝達経路の代 表 的 s econd  mes s engerで あ る cAMPは 直 接 pr ot ei n  ki nas e  Aを活性化することで，筋小胞体 を介した Ca‑i nduced  Ca  r el eas eや phos phol am- banを介した筋小胞体への Ca 取り込み促進に よる心筋収縮・拡張作用の増強を促すため ，基 質や ATPが枯渇した虚血心筋における cAMP の早期補給が再潅流後の速やかな Ca  handl i ngの 是正，心機能改善に大きく寄与する可能性がある．

さらに，PDE  I I I阻害薬は他にも myos i n軽鎖の リン酸化活性低下に伴う血管平滑筋弛緩作用 の みならず，血小板凝集抑制 ，好中球走化脱顆粒抑 制 ，s uper oxi de産生抑制 ，cyt oki ne分泌調 節 といった虚血再潅流障害と関わりの深い多 くの事象に対する抑制効果を有することが多く報 告されており，PDE  I I I阻害薬を用いた心筋保護 法は，多くの傷害因子とその相互作用によって複 雑な病態を呈する開心術後の虚血再潅流障害に対 して，より有効な治療戦略となり得る可能性を持 つと考える．しかしながら，PDE  I I I阻害薬を用 いた心筋保護の研究報告はまだ少なく，虚血前投

与や摘出心 における虚血再潅流障害抑制効 果などは散見されるが，開心術 in  vivo モデルで PDE  I I I阻害薬を心筋再潅流に用いた報告はな い．また，虚血再潅流前の cat echol ami ne投与に よる Ca over l oadの危険性 なども多く指摘 されており，Ca と cAMPの心筋組織内動態の 機序についてはいまだ不明な点が多い．Shahi d ら は，cAMPが心筋細胞質の Ca ef f l uxと en- dopl as mi c r et i cul um への Ca 取り込みから細 胞質内の Ca over l oadの抑制に関与すると報告 し，cAMPが再潅流後の良好な Ca  handl i ngにお ける重要な f act orであることを示唆した．PDE I I I阻害薬の心筋投与に関し，Endohら はイヌの  

摘出右室心筋を用いた in   vitr o モデルにおいて，

amr i noneの心筋投与量と心筋収縮力および心筋 cAMP濃度の関係は容量依存で相関するとして おり，本研究同様，PDE  I I I阻害薬による心筋 cAMP濃度の増加と心機能改善との関連を示唆 している．I s hi kawaら はイヌの肝臓において，

虚血再潅流早期における細胞内 cAMPの減少に 対して amr i none投与を行い，cAMPの補充によ る組織障害の軽減効果が得られたとしており，他 臓器ではあるが本研究の PDE  I I I阻害薬投与に よる心筋 cAMPの補充療法を裏付ける事象の 1 つと言える．また，amr i noneの心筋代謝および体 内動態は心筋保護効果を考える上で重要な検討項 目であり，ラットの検討では amr i noneの心筋へ の組織移行性は速やかで，排泄性も血中と同様に 良好であるとされる ．当初より懸念していた血 中の残存 amr i noneによる血行動態への影響に関 し て は，本 研 究 で の amri none血 中 濃 度 は TWBCP直後から一貫して 1, 000  ng/ml以下で，

本来の i nodi l at or作用を与え得る閾値 には達し ていないことより，今回の amr i noneの心機能へ の影響は選択的再潅流時のみによるものであるこ とが確認された．また，I V,V群で施行した追加 実験（Fi g.11）において，V群では遮断解除 30分 後と比べ 60分後での心機能(%Ees ,%Tau)低下 は 見 ら れ ず，生 化 学 的 心 筋 障 害（t r oponi n‑T, LPO）抑制作用とともにその効果の持続性も示さ れた．このことは，本研究でも認められた PDE I I I 阻害薬の選択的投与による有効な心筋 cAMPの r epl eni s hmentが，虚 血 再 潅 流 後 の 持 続 的 な

  35 PDE III阻害薬を用いた新たな心筋保護戦略

i not r opi c ef f ectや細胞障害防止効果に寄与して いる可能性が示唆された．なお，PDE  I I I阻害薬 の中でも種別によりその作用は臨床での効果と同 様，異なる場合があり ，t ar get  PDEや作用 発現濃度および時間に違いを持つ可能性がある．

本研究での amr i noneの使用は，PDE  I I I阻害薬 の中でも比較的 pos i t i ve i not r opi c ef f ectが少な く，f r ee  r adi cal  s cavengerとしての優位性が高い こと に基づいたものである．また，今回の BCPに お け る amr i none最 終 濃 度 も Mi kawa

ら の報告を参考に，f r ee  r adi cal  s cavenger効 果が確実に見込める設定とした．

2.心筋保護効果の考え得る機序

1) O f r ee  r adi cal  s cavenger効果

虚血再潅流時の心筋細胞では虚血域への O 再 供給下に ar achi doni c aci dや xant hi neの各代謝 過程や mi t ochondr i a電子伝達系経路などにおい て多くの O が生成される．また，浸潤好中球に おいても活性酸素は生成され，傷害細胞に偽足で 食空胞を形成，脱顆粒とともに l ys os ome蛋白分

The time course is extended  to 60 min after CPB  in group IV  and V.

(A) It was maintained LV  contractility and expansion together to the last in group V.

(B) Production of LPO  was suppressed through the period in group V.

(A)

% Ees % Tau

(B)

Tro T   LPO

解酵素を分泌し，細胞の崩壊融解を来たす ．その 対策としては，これまでにも CoQ10, NKH477, Ni cor andi l , SODと いった ant i oxi dantの 投 与 や白血球去 f i l t er ，抗好中球免疫血清 などが試みられているが，開心術モデルでの効果 は定まっておらず，一般的な臨床使用にはまだ 至っていないのが現状である．本研究においては，

O f r ee  r adi calの 代 謝 産 物 で あ る LPOが amr i noneにより再潅流後早期から持続して有意 に 抑 制 さ れ，心 筋 細 胞 障 害 の 指 標 で あ る CK, t r oponi n‑Tの上昇も抑えられたことから，f r ee r adi cal  s cavengerとしての amr   i noneの心筋保

護効果が示唆された．虚血再潅流における活性酸 素産生が主として虚血部位への O 再供給による ものか，浸潤好中球を介するものかはまだ明らか ではないが，PDEI I I阻害薬の効果として，Mat s u- mor iら は 腫 瘍 壊 死 因 子 な ど の 心 筋 障 害 性 cyt oki ne産生抑制効果，Changら は好中球浸 潤凝集の抑制効果を報告している．一方，Mi kawa ら はヒト好中球刺激で産生される活性酸素お よび無細胞系で産生され た 活 性 酸 素 に 対 す る OH‑産 生 抑 制 効 果，Mi t s uyamaら は 活 性 化 pr ot ei n ki nas e Aによる O の産生抑制効果を 報告しており，PDE I I I阻害薬の O f r ee  r adi cal s cavengerとしての役割は，好中球や補体，cyt   o-

ki ne等の炎症反応物質の制御に加え，直接的な活 性酸素種の産生抑制にも寄与している可能性があ る．

2) Ca  over l oadの軽減と cAMP補充による Ca  handl i ngの改善

虚血再潅流障害のもう 1つの要因として，細胞 内の Ca  over l oadが指摘されている．特に虚血再 潅流時の細胞内 Ca 上昇が著しい場合，心筋細 胞の過収縮による心筋線維の断裂や心筋細胞の分 離が起こり，不可逆的な心筋障害を来たす恐れが あ る た め，一 般 的 に 心 筋 保 護 液 に お け る Ca l ower i ngや Mg  s uppl ementは重要とされてい  

る ．Bakerら の報告を参考に，BCP中の Ca 濃 度 は cont r ol群 の 1. 2  mmol /lに 対 し，Ca l ower i ng群は 0. 4〜0. 5  mmol   /lで調節とし，心機

能（Ees ,Tau)，CK，t r oponi n‑T，l act at e，不整 脈において Ca l ower i ng群での有意な改善効果 が認められた．一方，未熟心筋では元来心筋 Ca

が低く Ca 流入抵抗性であるため心収縮には多 くの Ca が必要とされ，l ow  Ca の心筋保護は 危険とも報告されており ，Ca の至適濃度のさ らなる検討が必要である．

本研究では PDE  I I I阻害薬による心筋細胞内 cAMP上昇と Ca over l oadとの関連を危惧した が，心血管に対する明らかな negat i ve  ef f ectは認 めず，I I I ,V群ともに心機能，生化学データ上の改 善を示した．あくまでも仮説の域を超えないが，

PDE  I I I阻害薬と心筋 Ca の動態に関しては，ま ず，PDE I I I阻害薬は他の β受容体を介する cat e- chol ami neと違って down r egul at i onや ATPの 過剰消費を抑え，心停止下でも確実に心筋 cAMP の蓄積が可能なこと．また，同薬剤は筋小胞体膜 の PDE I I Iを選択的に阻害するため，cAMPの局 在蓄積から細胞内 Ca 濃度のおもな調節器官で ある筋小胞体の活動性，とくに Ca の取り込み が維持，強化されること．さらに，細胞内 Ca 流 入の要因の 1つとされる細胞膜損傷 を O f r ee r adi calの抑制により軽減しうることなどが挙げ  

られ，その結果 s ar copl as mi c  r et i cul um や s ar - col emmal  membr aneでの Ca ATPas eによる pos i t i ve  l us i t r opi c  ef f ectが比較的保持される．ま た，本法での PDE  I I I阻害薬投与は心停止下に 行っており，大動脈遮断解除後に電位依存性細胞 膜 Ca channelや aci dos i sで 抑 制 さ れ て い る Na‑Ca 交換機構が十分に活性化され，細胞質 内への Ca 大量流入を来たす前に cAMP補充 による Ca handl i ngの是正準備がなされるため，

再潅流早期からの十分な心筋 cAMPと良好な Ca handl i ngにより Ca over   l oadの軽減と心機能の

早期回復，維持が可能になると思われる．

虚血における心筋細胞内の基質や ATPの枯渇 は，mi t ochondr i aや筋小胞体機能の低下を招き，

心筋細胞のエネルギー産生や Ca  handl i ngに支障 を来たす．そして，その悪循環から myocar di al s t unni ngに陥るともされている ．それに対し  

て，おもに Buckber gら が提唱する BCPによる 心筋保護法は，虚血心筋への血液を用いた酸素や 基質の供給により，心筋酸素消費，組織内高エネ ルギーリン酸化合物のレベル保持に優れており，

虚血による ATP低下および myocar di al  s t un- ni ngの予防，心機能の回復に大きく貢献してい

  37 PDE III阻害薬を用いた新たな心筋保護戦略

る．また，大動脈遮断解除直前の TWBCPは，心 停止下の血液を介した心筋加温により，過剰な乳 酸除去，高エネルギーリン酸化合物の貯蓄，微小 管の再重合に寄与することが小児臨床例において も認められており ，心筋収縮再開前に細胞内の 物質輸送能や小器官の回復をもたらす点で広く受 け入れられている．本研究ではこれらの TWBCP に高濃度 PDE I I I阻害薬を添加することで，さら なる心機能の早期回復，維持を示した．

3) No‑r ef l ow  phenomenonの予防

いわゆる no‑r ef l ow  phenomenonと言われる 現象は，虚血再潅流による血管組織傷害だけでな く，血管内皮細胞自身の機能的変化や好中球との 相互反応に起因するものとされる ．すなわち，再 酸素化による血管内皮細胞での代謝産物，活性化 白血球から cyt oki ne，好中球の遊走・粘着因子が 産生され，好中球の局所集中・内皮接着を来たす．

また，好中球脱顆粒による微小血管床の循環障害

（PMNs  pl uggi ng)，心筋細胞浮腫，白血球の組織 浸潤なども加わり，冠血流の低下から心機能不全 を増悪させる．さらに，血管拡張効果を有する cAMPや cycl i c  guanos i ne  monophos phat e (cGMP)が虚血により枯渇していることも循環 障害を助長することとなる．それらに対してこれ まで ni cor andi lや adenos i ne投与の有効性 が 報 告 されているが，PDE I I I阻害薬が有する効 果は，本研究でも示された血管拡張機能をはじめ，

血小板凝集抑制，好中球脱顆粒抑制，cyt oki ne分 泌調節，心筋浮腫抑制 など，虚血再潅流後の冠 血流不全をきたす緒因子に亘ることから，状況の 改善は包括的に得られるものと容易に推測され る．PDE  I I I阻害薬投与による心筋梗塞モデルで の有意な梗塞領域の軽減効果も散見 されて おり，no‑r ef l ow  phenomenonの予防，軽減にお いて本法は有用と思われる．

4) 虚血再潅流後の不整脈に対する影響 一般的に再潅流後の心室性不整脈は，虚血再潅 流における Ca over l oadや O f r ee r adi calが誘 因とされており ，自然除細動は良好な心筋保 護の指標であると考えられる．本研究においては，

再潅流後から洞調律を得るまでの電気的除細動使 用は I I I ,I V,V群で有意に抑えられた．その理由 として，amr i noneによる心筋 cAMPの補充 や

Ca l ower i ngなどにより，再潅流直後から良好な Ca handl i ngが得られ，myocar di al  s t unni ngが 回避されたものと考えられる．また，今回の心筋 組織の電顕像においても認められた様に，cAMP による組織浮腫の抑制が不整脈予防に寄与した可 能性もある．

以上より，心筋代謝に様々な作用機序を有する PDE  I I I阻害薬を心筋保護に活用することは，複 雑で多彩な病態を呈し，その予防と治療を困難に している開心術後の虚血再潅流障害に有用と思わ れ，心筋への cAMP補充効果も加え，速やかな心 機能回復に大きな役割を果たす可能性が高い．ま た，本研究は臨床使用されている薬剤を用いた前 臨床的な実験モデルでの検討であり，その手法も 簡便であることから，とくに小児領域での早期臨 床応用の期待も大きい．

V.

1. 血液心筋保護下再潅流時における高濃度 PDEI I I阻害薬の選択的投与により，虚血時 に減少した心筋内 cAMPの補充がなされ，

活性酸素由来の心筋障害軽減効果，冠血流 の有意な改善効果とともに心機能改善が見 られた．

2. 虚血再潅流時の Ca l ower i ngの併用は有用 と考えられた．

3. 虚血再灌流に伴う心筋細胞内の cAMP減 少は，心筋の Ca  handl i ngを低下させ，持続 する心機能低下を招くため，PDE  I I I阻害 薬による心筋内 cAMP補充療法は，とくに 開心術において重要な役割を担う可能性を 示した．

本稿を終えるにあたり，御指導，御校閲を賜わりま した東京慈恵会医科大学心臓外科学講座 橋本和弘 主任教授に謹んで謝意を表すとともに，本研究に御協 力下さった同心臓外科の諸先生方，技術的助力を頂い た Terumo Medical Pranexの皆様に厚く御礼申し 上げます．なお，本研究の一部は第 42回日本小児循環 器学会総会（2006年 7月 名古屋)，第 59回日本胸部 外科学会定期学術集会（2006年 10月 東京）において 発表した．

文 献

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