イグノーベル賞:「腸内換気」原著論文

2024年9月15日 17:54

ECLAとどう併用するか？使い分けるか？

Ig Nobel prize goes to team who found mammals can breathe through anuses | Ig Nobel prizes | The Guardian

日本の研究者たちは、ドジョウなどの一部の動物が腸を使って呼吸できることに注目し、呼吸困難に陥った人間が酸素を肛門から送ることで助かるのではないかと考え始めました。彼らは、新型コロナウイルスのパンデミック中、多くの病院で重症感染者の呼吸を支援するための人工呼吸器が深刻に不足していた時期に、この研究に着手しました。

生理学でイグノーベル賞を受賞した彼らの実験は、マウス、ラット、ブタが直腸を通して供給された酸素を血流に取り込み、それによって正常な呼吸を支えることができることを示しました。2021年に『Med』誌に発表された論文で、東京医科歯科大学の岡部亮氏とその同僚たちは、この「腸内換気」が呼吸不全患者を助けるための「新しいパラダイム」を提供すると説明しました。

シンシナティ小児病院医療センターの研究者である武部貴則博士は、受賞の知らせを聞いた際に「複雑な気持ち」を抱いたことを告白しましたが、この賞が人々を笑わせ、その後考えさせることを目的としていると知って好意的に受け止めました。彼は、腸内換気への関心が高まるのであれば「とても嬉しい」と述べています。現在、このチームは人間のボランティアを対象とした第1相試験を進めています。

Okabe, Ryo, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Satona Tanaka, Akihiko Yoshizawa, Wendy L. Thompson, ほか. 「Mammalian enteral ventilation ameliorates respiratory failure」. Med 2, no. 6 (2021年6月11日): 773-783.e5. https://doi.org/10.1016/j.medj.2021.04.004.

【文脈と重要性】
SARS-CoV-2のパンデミックにより、人工呼吸器や人工肺の臨床的な需要が急増し、これらのデバイスの深刻な不足が生じ、世界中の患者の生命が危険にさらされた。腸呼吸を行うドジョウなどの生物に着想を得て、我々は齧歯類および豚のモデルにおいて、腸内換気アプローチが全身の酸素供給を達成する効果を示す。かつて臨床で気道換気に使用された酸素を含む化合物であるペルフルオロカーボンの液体形態を直腸内に投与することで、重度の呼吸不全を改善する際に非常に耐容性が高く、有効であることが確認された。このように、腸の末端部を補助的な呼吸器官として再利用することで、腸内換気療法は、呼吸支援を切実に必要とする患者に対する補助的な手段として、新しいパラダイムを提供する。

【ハイライト】
- 腸内換気（EVA）は哺乳類で全身の酸素供給を可能にした
- EVAは呼吸不全の前臨床モデルにおいて生存率と行動を改善した
- EVAは前臨床モデルで重大な合併症の兆候を示さなかった
- EVAは呼吸不全患者における革新的なアプローチとして機能する可能性がある

要約
【背景】
ドジョウなどのいくつかの水生生物は、広範な低酸素状態下でも生存するために独自の腸呼吸メカニズムを進化させてきた。これまで、この能力が哺乳類においてガス交換の別の部位として適用できるかどうかは非常に議論の的となっている。ここでは、哺乳類における腸呼吸現象の出現を、腸内換気（肛門を通じた換気、EVA）の利用によって報告する。

【方法】
呼吸不全の実験モデルにおいて、2つの異なるEVAモードが調査された。
1つは直腸内酸素ガス換気（g-EVA）、もう1つは酸素化ペルフルオロカーボンを用いた液体換気（l-EVA）である。
1型呼吸不全を誘発した後、マウスと豚でg-EVAとl-EVAの有効性を分析し、その後ラットで前臨床安全性分析を行った。

【結果】
直腸内酸素ガスおよび酸素化された液体の投与は、呼吸不全の実験モデルにおいて重要な救命効果を示し、生存率、行動、および全身の酸素レベルを改善した。齧歯類および豚のモデル研究では、浣腸のようなl-EVA手順が耐容性があり、繰り返し実施可能であることが確認され、重大な合併症の兆候は見られなかった。

【結論】
EVAは哺乳類において全身循環を酸素化し、呼吸不全を改善するのに効果的であることが証明された。ペルフルオロ化学物質が臨床での安全性が確認されていることから、EVAは呼吸困難状態にある患者に対する補助的な酸素供給手段としての可能性を提供する。

notebookLMにて

腸内換気（EVA） は、呼吸不全の治療のための新しいパラダイムとして、哺乳類における腸のガス交換機能を利用するアプローチです。この論文では、EVAがマウスおよびブタの呼吸不全モデルにおいて効果的であることを示しています。具体的には、肛門から酸素ガスまたは酸素を負荷したパーフルオロデカン (PFD) 液体を腸内に投与することで、血液中の酸素濃度を高め、呼吸不全を改善することが確認されました。PFD は、臨床現場で既に安全性が確立されている物質であり、EVA は呼吸器疾患の患者に対して、新しい治療選択肢を提供する可能性を秘めています。

腸内換気法（EVA）のメカニズム：酸素供給と二酸化炭素除去

ソースによると、腸内換気法（EVA）は、腸、特に直腸領域におけるガス交換メカニズムを利用して、呼吸不全の患者さんに酸素を供給する方法として期待されています。

●ソースでは、EVAには主に2つの方法があると説明されています。

1.ガスベースのEVA（g-EVA）：この方法では、酸素ガスを直接腸に送り込みます。2 実験では、腸粘膜をある程度擦過すると、酸素交換の効率が向上することが示されました。これは、腸管内腔と血管との間の酸素拡散を促進するためと考えられます。34 しかし、この方法は、特に重症患者さんにとって、臨床的に実現可能である可能性は低いとされています。5

2.液体ベースのEVA（l-EVA）：この方法では、酸素運搬能力の高い液体であるパーフルオロデカリン（PFD）を直腸から注入します。56 PFDは酸素と二酸化炭素を大量に吸収する性質があり57、腸から血流への酸素の拡散を促進すると考えられています。

どちらの方法も、動物実験において、低酸素状態の改善、生存率の向上、呼吸不全症状の緩和などの効果が示されています。特にl-EVAは、臨床応用に向けた有望なアプローチと考えられています。なぜなら、PFDはすでに医療現場で使用されており、安全性と忍容性が確認されているからです。

ただし、ソースでは、EVAの具体的なメカニズム、特に腸管内腔から血流への酸素と二酸化炭素の移動経路については、まだ完全には解明されていないと指摘しています。1 図譜がこれらの詳細なメカニズムを示している場合、その解釈にはさらなる情報が必要となります。

この図は、腸内換気（Enteral Ventilation, EVA）が呼吸不全に対する救命効果を示す実験結果を示しています。以下に、各パネルの内容を解説します。
A: 実験の概念図このパネルは、ガスベースの腸内換気（g-EVA）の仕組みを示しています。 - **左側**では、直腸内で酸素ガスを注入する手順が図示されています。マウスモデルにおいて、直腸粘膜の「摩擦（mucosal abrasion）」が実施され、ガスの吸収を促進しています。 - **右側**では、機械的な人工呼吸ができない場合に、g-EVAが全身に酸素を供給する仕組みを示しています。
B: 動物モデルにおける酸素分圧 - **グラフ**は、下大静脈内の酸素分圧を示しています。g-EVAの実施後、特に「摩擦（abrasion）」を行ったグループで、酸素分圧が有意に上昇していることが分かります。 - 異なる処置が比較されていますが、g-EVAと摩擦が組み合わされた場合に効果が高いことが強調されています。
C: 組織学的な分析 - **上段**は、摩擦が加えられた腸の断面図を示しており、摩擦を加えることで組織の変化があることがわかります。 - **下段**の顕微鏡写真では、摩擦を加えたグループで腸の構造が変化していることが確認され、酸素吸収の増加に寄与している可能性が示唆されています。
D: 組織染色による結果 - このパネルでは、摩擦の有無に関わる腸内換気の影響を示しています。酸素ガスがどのように腸壁を通過しているか、組織染色によって視覚化されています。 - 摩擦を加えたg-EVAグループでは、酸素の吸収が増加していることが示唆されています。
E: 生存率曲線 - **サバイバル曲線**は、酸素供給が不足した状況での生存率を示しており、g-EVAに摩擦を組み合わせたグループの生存率が大幅に向上していることがわかります。 - 対照群やg-EVAのみのグループでは、早期に生存率が低下していますが、摩擦を伴うg-EVAでは長時間の生存が確認されています。
F, G, H, I: 生理学的なパラメータ
- F: 下大静脈内の酸素分圧を示しています。g-EVAに摩擦を加えたグループで有意に酸素分圧が上昇しています。
- G: 下大静脈内のpHレベルは大きな差は見られませんが、全体的に正常範囲内であることが確認されています。 - H: 下大静脈内の酸素分圧の詳細な分析も、摩擦を加えたg-EVAグループでの改善が確認されています。
- I: 左心室内の酸素分圧も摩擦を加えたg-EVAグループで有意に上昇していることが示されています。
結論この図は、腸内換気（特に摩擦を加えた場合）が、呼吸不全において全身の酸素供給を改善し、実験モデルで生存率を向上させる効果があることを示しています。

ChatGPT4o

【パーフルオロデカン（Perfluorodecalin, PFD）】は、液体の状態で使用される化合物で、すべての水素原子がフッ素原子に置き換えられた「フルオロカーボン化合物」の一種です。パーフルオロ化合物は、その独自の物理的特性により、医学や工業などさまざまな分野で利用されています。

### パーフルオロデカン（PFD）の主な特性:
1. 【酸素溶解性】: PFDは高い酸素溶解性を持っており、大量の酸素や二酸化炭素を溶解することができます。このため、人工血液や液体換気（特に呼吸不全の治療）の分野で注目されています。

2. 【生体適合性】: PFDは生体内で安定しており、毒性が低いため、臨床的に安全とされています。これにより、液体換気や眼科手術など、体内に投与する医療用途にも使用されています。

3. 【疎水性と不活性】: フッ素原子の存在により、PFDは化学的に非常に安定であり、ほとんどの化学物質や生体分子との反応性が低いです。これにより、長期的な医療用の使用にも適しています。

### PFDの用途:
- 【液体換気】: PFDの酸素溶解能力を利用して、呼吸困難や肺の治療における酸素供給手段として使用されています。肺にPFDを直接投与することで、酸素を供給し、呼吸機能を補助します。
- 【眼科手術】: 網膜剥離の治療など、眼科の手術でPFDは網膜を適切な位置に保持するために使用されることがあります。
- 【人工血液】: PFDの酸素運搬能力を利用して、血液の代替物として研究されることもあります。

このように、パーフルオロデカンはその特性により、特に酸素運搬や組織の酸素供給の面で医療分野で重要な役割を果たしています。

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