岡 山 医 学 会 雑 誌 第114巻 January 2003, pp. 261-266
特別依頼原稿
死体 肺移植 にお け る一酸化 窒素 吸入(NO)の
有効性 と至適投 与時 間 につ いての 実験 的検 討
高嶋
成輝,伊 達
洋 至,青 江
基,山 下
素 弘
安藤
陽夫,清 水
信 義
岡山大学医学賞(砂 田賞)を 受賞
して-要 旨 肺 移 植 の 普 及 と共 に,ド ナ ー 不 足 は 深 刻 な 問 題 と な っ て い ます.も し心 停 止 ドナ ー か ら の 肺 の 使 用 が 可 能 な ら ば,ド ナ ー の 増 加 に 大 き く寄 与 す る も の と 思 わ れ ま す.し か し な が ら死 体 肺 移 植 に 関 して は, 温 阻 血 時 間 に 伴 う術 後 早 期 の 移 植 肺 機 能 不 全 が,大 き な 問 題 に な る と予 想 さ れ ます.今 回 私 達 は,死 体 肺 移 植 に お い て,温 阻 血 時 間 の 延 長 及 び 呼 吸 機 能 の 改 善 に 対 す る 一 酸 化 窒 素(NO)吸 入 の 有 効 性 と,更 に そ の 至 適 投 与 時 間 に つ い て の 実 験 的 検 討 を 行 い ま し た.雑 種 成 犬 を 用 い,ド ナ ー をヘ パ リン 化 す る こ と な く,心 停 止 後3時 間 室 温 に て 放 置 の 後,左 片 肺 移 植 を 行 い ま し た.移 植 後 対 側 肺 動 脈 及 び 気 管 支 を 結 紮 し,移 植 肺 機 能 を6時 間 評 価 し ま し た.100%酸 素 換 気 下 に,再 潅 流 直 前 よ り評 価 終 了 時 ま でNO40 ppmを 持 続 吸 入 し た群(group 1, n=6),評 価 開 始 後1時 間 ま でNO40ppmを 持 続 吸 入,以 後 終 了 時 ま で,Saturationを 一 致 させ る た め に,窒 素40 ppmを 同 じ く持 続 吸 入 し た 群(group 2, n=6) 及 び,再 潅 流 直 前 よ り評 価 終 了 時 ま で,窒 素 を 持 続 吸 入 し た 群(group 3,n=6)と を 比 較 検 討 し ま し た.生 存 時 間,動 脈 血 酸 素 分 圧(PaO2),動 脈 血 二 酸 化 炭 素 分 圧(PaCO2),湿 乾 燥 重 量 比(W/D ratio),気 道 内 の 吸 引 量 の 結 果 よ り,NO吸 入 に よ り 虚 血 再 潅 流 障 害 軽 減 に よ る 呼 吸 機 能 の 改 善 並 び に, 肺 水 腫 の 抑 制 が 示 唆 さ れ ま し た.ま たmyeloperox idase activity (MPO)の 有 意 な 低 下 と,肺 血 管 抵 抗(PVR)の 低 下 が 認 め られ ま し た. group 1とgroup 2の 間 に は,こ れ らの 結 果 に つ い て 特 に 有 意 な 差 は 認 め ませ ん で し た.従 っ て,NO吸 入 が,死 体 肺 移 植 に お い て,温 阻 血 時 間 の 延 長 及 び 呼 吸 機 能 の 改 善 ○ プ ロ フ ィ ー ル ○ 以 前 よ り肺 移 植 の 研 究(特 に大 動 物 を使 用 した)に 興 味 が あ り,病 棟 医 を して い た 時 も,暇 を 見 つ けて は見 学 も し くは手 伝 いに 行 っ て い ま した.正 式 に研 究 を始 め たの は1996年1月 で す.伊 達 洋 至 先 生 に御 指 導頂 き,死 体 肺 移植 に お け るNOの 効 果 の検 討 とい うテー マ を賜 り ま した.当 時NOが 丁度 脚 光 を浴 び始 め た頃 で,僕 もその 存 在 に つ い て は知 っ て い ま したが, 本 当 に効 果 が あ るの だろ うか と疑 問 に 思 っ て い ま した.そ れ と死 後3時 間 が 経過 した 肺 は 見 た 目に も変化 が著 し く,事 実NOを 使 用 しな い 場合,観 察 時 間 で あ る6時 間 を まっ と うす る の も困 難 で した.従 っ てNOを 使 用 した だ け で容 易 に6時 間生 存 す る様 に な っ た の に は正 直驚 きま した.実 際 の 実験,特 に移植 手術 に はパ ー トナ ー が ど う して も必 要 で した が,当 時 特 定 の相 方 が い な か った 為,実 に 多 くの 先 生方 に ご無 理 を お願 い して 手 伝 って い た だ き ま した.ま た川 上 哲 生 技 官 に も実 に親 身 に助 け てい た だ き ま した.こ の 文 章 を書 きな が ら改 め て 感謝 の 念 で い っぱ いで す.現 在 は ア メ リカ の ノ ー ス カ ロ ラ イ ナ 大 学 の 胸 部 外 科 に2年 の 予 定 で留 学 中で,引 き続 き死体 肺 移 植 に関 す る 実験 を続 けて お り ます. (岡 山大 学 医 学 部 平 成5年 卒 業) 岡 山 大 学 第2外 科
論 文 請 求 先: University of North Carolina
Division of Cardiothoracic Surgery, Department of Surgery 108 Burnett-Womack Bldg, CB#7065, Chapel Hill, NC, USA, 27599-7065
262 高嶋 成輝:他5名 に対 し有 効 で あ り,し か も再 潅 流 直 前 よ り短 期 間 の 吸 入 で持 続 吸 入 と同様 の効 果 が得 られ る もの と思 わ れ ます. 目 的 現 在 欧 米 で は肺 移 植 は 急速 に普 及 し,末 期 の 肺 疾 患 に対 して確 立 した方 法 とな って きて い ます.し か しそ れ と共 に,ド ナー 不 足 は 深刻 な 問題 とな っ て い ます.も し心停 止 ドナ ー か らの 肺 の使 用 が 可能 な ら ば,ド ナ ー の 増 加 に 大 き く寄 与 す る もの と思 わ れ ま す.死 体 肺 移 植 にお け る温 阻 血 時 間 に関 して は種 々 の 研 究 が 行 われ て い ます が1-5),それ らを総 合 す る と, 特 に処 置 を加 え な い場 合,温 阻血 時 間が2時 間 以 上 に な る と,虚 血 再 潅 流 障害 に よ る と思 われ る術 後 早 期 の移 植 肺機 能 不 全 が頻 発 して い ます.そ の 原 因 と して は,肺 血 管 内 皮 細 胞 の 障 害 と好 中球 の 活性 化 な どが挙 げ られ て ぃ ます6).一 方, NOに 関 す る研 究 も 種 々 行 われ て い ます が, NOは 血 管 平 滑 筋 に 直接 作 用 しての 血 管 拡 張 作 用 と共 に7,8),好中球 お よび 血小 板 の 凝 集 及 び活 性 化 の 抑 制 に よ る血 管 透過 性 の維 持 作 用 が あ るこ とが 判 明 して い ます9,10).最近,犬 の 生 体 肺 移 植 モ デ ル に お い て,再 潅 流 直 前 よ りのNO持 続 吸 入 に て, PVRの 低 下 と好 中球 の凝 集 及 び活 性 化 の抑 制 に よ り呼 吸機 能 の 改善 が得 られ た とい う研 究 結 果 が報 告 され ま した11).そこ で今 回私達 は,死 体 肺 移 植 に お い て,温 阻 血 時 間 の延 長 及 び 呼吸 機 能 の 改 善 に 対 す るNO吸 入 の 有 効 性 と,更 に そ の至 適 投 与 時 間 に つ い ての 実 験 的検 討 を行 い ま した.
方
法
雑 種 成 犬 を 用 い,ド ナ ー を ヘ パ リ ン 化 す る こ と な く, KCL静 注 に よ る 心 停 止 後3時 間 室 温 に て 放 置 し ま し た.そ の 間 レ シ ピエ ン トに 対 し,右 鼠 径 部 よ り 動 脈 ラ イ ン 及 び ス ワ ン ガ ン ツ カ テ ー テ ル を 挿 入 し, 更 に 左 片 肺 摘 出 と 対 側(右)肺動 脈 及 び 気 管 支 へ の テ ー ピ ン グ を行 い ま し た.そ の 際 レ シ ピエ ン トの 左 肺 の 一 部 を, MPOの コ ン トロ ー ル サ ン プ ル と して 摘 出 し ま し た.心 停 止3時 間 後,フ ラ ッ シ ン グす る事 無 く ドナ ー の 心 肺 ブ ロ ッ ク を 摘 出,ト リ ミン グ の 後,左 片 肺 移 植 を行 い ま した.ま ず 再 潅 流 の 後BL (baseline assessment)を 測 定,更 に 再 潅 流20分 後 対 側 肺 動 脈 及 び 気 管 支 を 結 紮 し,移 植 肺 機 能 を6時 間 評 価 し ま し た.ま た, 6時 間 の 評 価 期 間 中 定 期 的 に 挿 管 チ ュ ー ブ 内 を吸 引,総 吸 引 量 を 計 測 し ま し た.犠 牲 死 後, 移 植 肺 のW/D ratioと, MPO12,13)を 測 定 し ま し た. 100%酸 素 換 気 下 に,再 潅 流 直 前 よ り評 価 終 了 時 ま で NO 40ppmを 持 続 吸 入 し た群(group 1, n=6), 評 価 開 始 後1時 間 ま でNO 40ppmを 持 続 吸 入,以 後 終 了 時 ま で, Saturationを 一 致 させ る た め に,窒 素40ppmを 同 じ く持 続 吸 入 し た 群(group 2, n= 6)及 び,再 潅 流 直 前 よ り評 価 終 了 時 ま で,窒 素 を 持 続 吸 入 し た群(group 3, n=6)と を 比 較 検 討 し ま し た.吸 入 気 中 のNOとNO2の 濃 度 を持 続 的 に 計 測, NO2の 濃 度 を4ppm以 下 に 維 持 す る様 に, NOの 吸 入 濃 度 を微 調 整 し ま し た.更 に,動 脈 血 中 の メ トヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 を, BL測 定 時 と,対 側 肺 動 脈 及 び 気 管 支 を 結 紮3時 間 後 に 測 定 し ま し た.ド ナ 図1 対 側 肺 動 脈 及 び 気 管 支 を結 紮 後 の 生 存 曲 線group 1及 びgroup 2の 生 存 時 間 はgroup 3に 対 し
有 意 に 延 長 を認 め ま した(P<0.01).
表1 W/D ratio及 び 気 道 内 の 吸 引 量
死体 肺移 植 に おけ る一酸 化 窒素 吸 入(NO)の 有効 性 と至 適投 与 時間 につ いて の実験 的 検討 263
ー 及 び レ シ ピ エ ン トの 体 重 と
,移 植 に 要 し た 時 間 は, 各 群 間 に 有 意 差 は あ り ませ ん で した.
図2 PaO2
6時 間 の 評 価 期 間 中, group 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 良 好 な 値 を 示 し て お り,15分 値 か ら120分 値 に か け て 有 意 に 差 が 生 じ て い ま す. group 1とgroup 2の 間 に は 特 に 差 は 認 め ま せ ん で し た. #: P<0.05 *: P<0.01 (group 1及 びgroup 2 対group 3) 図3 PaCO2
6時 間 の 評 価 期 間 中, group 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 良 好 な 値 を 示 し て お り, 120分 値 で,有 意
差 が 生 じ て い ま す.
#: P<0.05 (group 1及 びgroup 2対group 3)
結
果
対 側 肺 動 脈 及 び 気 管 支 を結 紮 後 の 生 存 時 間 で は, group 1及 びgroup 2は 全 例6時 間 生 存 した もの の,
group 3は6例 中1例 しか6時 間 生 存 せ ず,生 存 時
間 も, group 1及 びgroup 2: 360±0分, group 3: 227±34分 と有 意 に 差 が あ り ま す(P<0 .01).
PaO2は, 6時 間 の 評 価 期 間 中, group 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 良 好 な 値 を示 し て お り, 15 分 値 か ら120分 値 に か け て 有 意 に 差 が 生 じて い ます. 尚,動 脈 血 ガ ス 分 析 値 と 血 行 動 態 に 関 し て は , 120分 値 以 降, group間 のNの 数 が 異 な る の で,統 計 処 理 は120分 値 ま で行 い ま し た . PaCO2もgroup 1及 び group 2は, group 3に 較 べ て 良 好 な 値 を示 し て お り, 120分 値 で,有 意 差 が 生 じ て い ま す(P<0 .05). 尚, group 2はgroup 1に 較 べ て, 60分 値 以 降 も PaO2及 びPaCO2は 特 に 悪 化 す る事 は あ り ませ ん で し 図4 PVR
group 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 低 い 傾 向 を 示 し て お り, 15分 値 で 有 意 差 を 認 め て お り ま す. #: P<0.05 (group 1及 びgroup 2対group 3)
図5 AoP
6時 間 の 評 価 期 間 中,各 群 間 で 特 に 差 を 認 め ま せ ん で し た.
264 高嶋 成 輝:他5名
た. PVRは, group 1及 びgroup 2は, group 3 に 較 べ て 低 い 傾 向 を 示 して お り, 15分 値 で 有 意 差 を 認 め て お り ま す(P<0.05). group 2はgroup 1 に 較 べ て, 60分 値 以 降 軽 度 の 上 昇 を 認 め ま し た.体 血 圧(AoP)及 び 心 拍 出 量(CO)は,各 群 間 で 特 に 差 を 認 め ま せ ん で し た. W/D ratioはgroup 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 低 く,有 意 に 差 が 出 て お り ま す(P<0.05).ま た,気 道 内 の 吸 引 量 も, group 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 少 な い 傾 向 を 示 す もの の 有 意 差 を認 め る に は 至 っ て い ま
せ ん.評 価 終 了 時 の 移 植 肺 のMPOで は,本 測 定 値
は 好 中球 の 凝 集 及 び 活 性 化 の 程 度 を 反 映 し ます が, group 1及 びgroup 2は, group 3に 較 べ て 著 明
に 低 く, group 1及 びgroup 2とgroup 3の 間 に は 有 意 に 差 が あ り ま す(P<0.01).一 方 コ ン トロ ー ル 肺 に 対 して は,有 意 に 上 昇 を認 め ま した(P<0.05). 血 中 メ トヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 は, NO吸 入 後 も6%以 上 を示 す 事 は あ り ませ ん で し た. 図6 CO 6時 間 の 評 価 期 間 中,各 群 間 で 特 に 差 を認 め ませ ん で した. 図7 MPO
group 1及 びgroup 2はgroup 3に 較 べ て 著 明 に 低 く,有 意 に 差 が あ り ま す(*: P<0.01).一 方 コ ン ト ロ ー ル 肺 に 対 し て は,有 意 に 上 昇 を 認 め ま し た(#: P<0.05).
考
察
肺 移 植 の 普 及 に 伴 い,ド ナ ー 不 足 は 深 刻 な 問 題 と な っ て い ます.現 在 ま で,種 々 の 研 究 者 に よ っ て, 心 停 止 ドナ ー か らの 肺 の 使 用 に つ い て の 研 究 が 行 わ れ て き ま し た.そ れ は,肺 組 織 は 他 の 臓 器 と異 な り, 例 え 血 液 循 環 が 停 止 し て も 気 管 支 壁 を 通 じて 直 接 酸 素 を取 り込 む 事 が 可 能 で あ り,ま た 肺 胞 内 に 酸 素 が 存 在 す れ ば 好 気 性 代 謝 活 動 が 維 持 さ れ る と い う事 実 に 基 づ い て い ま す14). 1991年Eganら に よ っ て 初 め て,犬 を 用 い て 死 体 肺 移 植 が 行 わ れ ま し た3).そ の 報 告 に よ る と,温 阻 血 時 間1時 間 の 場 合,全 て の レ シ ピ エ ン トが, 8時 間 の 評 価 期 間 中 生 存 し ま し た.温 阻 血 時 間2時 間 の 場 合, 5匹 中2匹 の レ シ ピエ ン ト が,良 好 な 呼 吸 機 能 に て 生 存 し ま し た .一 方,温 阻 血 時 間3時 間 の 場 合, 4匹 中1匹 の レ シ ピエ ン トの み,劣 悪 な 呼 吸 機 能 に て 生 存 し ま し た .ま た 当科 の 萱 野 ら の 報 告 で は,温 阻 血 時 間2時 間 の 場 合,全 て の レ シ ピ エ ン トが, 6時 間 の 評 価 期 間 中 生 存 し ま し た.一 方,温 阻 血 時 間3時 間 の 場 合,何 も治 療 を加 え な い と, 6匹 中2匹 の レ シ ピ エ ン トの み,劣 悪 な 呼 吸 機 能 に て 生 存 し ま した4).以 上 種 々 の 研 究 報 告 を 総 合 す る と,何 も治 療 を加 え な い 場 合,死 体 肺 移 植 に お け る 温 阻 血 時 間 は2時 間 が 限 界 と思 わ れ,更 に 温 阻 血 時 間 を 延 長 す べ く,温 阻 血 時 間 中 の100%酸 素 に よ る ドナ ー 肺 の 膨 張4),フ ラ ッ シ ン グ液 中 へ の ウ ロ キ ナ ー ゼ 注 入5),レ シ ピエ ン トへ のoxygen radical scavengerの 投 与15)な ど種 々 の 試 み が な さ れ,有 効 な 結 果 が 報 告 さ れ て い ます .ま た,現 在 生体 肺 移植 に お い て, 10-20%の レ シ ピ エ ン トに 発 生 す る と言死 体 肺移 植 にお け る一酸 化 窒素 吸入(NO)の 有 効 性 と至適 投 与時 間 にっ いて の実験 的 検 討 265 わ れ て い る,虚 血 再 潅 流 障 害 の 防 止 が 大 き な 問 題 と な っ て い ま す.そ の メ カ ニ ズ ム と して,肺 血 管 内 皮 細 胞 の 障 害 と好 中球 の 凝 集 及 び 活 性 化 が,中 心 的 な 役 割 を果 た して い る こ と が 報 告 さ れ て い ます6).種 々 の 研 究 報 告 に よ り, NOは 血 管 平 滑 筋 に 直 接 作 用 し て の 血 管 拡 張 作 用 と共 に7,8),好 中球 お よ び 血 小 板 の 凝 集 及 び 活 性 化 の 抑 制 に よ る 血 管 透 過 性 の 維 持 作 用 が あ る こ とが 判 明 して い ま す9,10).活性 化 さ れ た 好 中 球 は, superoxideを 産 生,組 織 を 障 害 し ます16). NO は,好 中 球 の 接 着 因 子 で あ るCD 11b/18を 抑 制 す る こ とに よ り,好 中球 の 凝 集 並 び に 活 性 化 を抑 制,血 管 内 皮 細 胞 の 障 害 を 防 止 し ま す6).最 近,岡 林 ら に よ っ て,犬 の 生 体 肺 移 植 モ デ ル に お い て,術 後 早 期 の NO吸 入 に て, PVRの 低 下 と好 中 球 の 凝 集 及 び 活 性 化 の 抑 制 に よ り呼 吸 機 能 の 改 善 が 得 ら れ た と い う研 究 結 果 が 報 告 さ れ ま し た11).更 に 当 科 の 伊 達 らに よ っ て,人 間 の 生 体 肺 移 植 に お い て もNO吸 入 が 有 効 で あ っ た との 報 告 が な さ れ て い ます17).今 回 我 々 の 研 究 は,組 織 の 不 可 逆 性 変 化 を伴 い,よ り条 件 の 厳 し い 死 体 肺 移 植 に お い て も, NO吸 入 に よ り,虚 血 再 潅 流 障 害 の 防 止 に よ る 呼 吸 機 能 の 改 善,更 に は 温 阻 血 時 間 の 延 長 が 得 ら れ る ど う か に つ い て,実 験 的 検 討 を行 い ま し た.ヘ パ リ ン化 な ど の 前 処 置 を 特 に 加 え な い,温 阻 血 時 間3時 間 の 犬 の 左 片 肺 移 植 モ デ ル を 使 用 し ま し た.生 存 時 間, PaO2, PaCO2, W/D ratio, 気 道 内 の 吸 引 量 の 結 果 よ り, NO吸 入 に よ り虚 血 再 潅 流 障 害 軽 減 に よ る 呼 吸 機 能 の 改 善 並 び に,肺 水 腫 の 抑 制 が 示 唆 さ れ ま し た.ま たMPOの 有 意 な 低 下 と, MPO程 著 明 で は あ り ませ ん が, PVRの 低 下 が 認 め ら れ ま し た.従 っ て, NO吸 入 の 効 果 は, PVR の 低 下 と 好 中 球 の 凝 集 及 び 活 性 化 の 抑 制 に よ る も の と思 わ れ ます.一 方 副 作 用 に 関 して は, 40ppmの 吸 入 濃 度 で は 特 にAoPの 低 下 及 び 血 中 メ トヘ モ グ ロ ビ ン 濃 度 の 上 昇 は 見 られ ま せ ん で し た.更 に,虚 血 再 潅 流 障 害 が 再 潅 流 後1時 間 以 内 に ほ ぼ 完 成 さ れ る こ と よ り18,19),再潅 流 前 後 の 短 時 間 のNO吸 入 に て, 持 続 吸 入 す る の と同 等 の 効 果 が 得 ら れ る の で は と考 え, group 2を 設 定 し ま し た. NOに 対 す る安 全 性 が 完 全 に 確 立 さ れ て い な い こ と,ま た コ ス ト面 を 考 慮 す る と,よ り短 期 間 の 吸 入 で す め ば と 言 うの が も う一 っ の 目 的 で した.死 体 肺 移 植 ドナ ー の 大 部 分 は, 交 通事 故 な ど に よ り突 然 死 亡 した場 合 が 殆 どで あ り ます.従 って,何 らか の 前 処 置 を ドナ ー に 加 え る事 は 困 難 で す.レ シ ピエ ン トに対 す るNO吸 入 が,死 体 肺 移 植 に お い て も温 阻 血 時 間 の 延 長 及 び 呼 吸 機 能 の 改善 に対 し有 効 で あ り,し か も再 潅 流 直 前 よ り短 期 間 の 吸 入 で持 続 吸 入 と同様 の効 果 が 得 られ る とい う本 研 究 の結 論 は,大 変 意義 深 い もの で あ る と思 わ れ ます. 参 考 文 献
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