水素吸入による敗血症の防御効果

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結論

水素吸入は酸化ストレスとHMGB1放出を抑え、敗血症による臓器障害を軽減する可能性がある。

研究の背景と目的

敗血症は、集中治療室での死亡の主な原因であり、過剰な活性酸素種（ROS）の産生がその病態形成に重要な役割を果たしている。水素分子（H2）は、最も細胞毒性の強いROSであるヒドロキシルラジカル（・OH）を選択的に還元することで治療的な抗酸化作用を発揮し、虚血/再灌流によって誘発される臓器障害を効果的に防御することが示唆されている。そこで本研究では、敗血症モデルマウスを用いて、水素吸入療法の効果を検討した。

研究方法

• 対象：C57BL/6マウス（雄、20-25g）
• 介入方法：
  • 盲腸結紮穿孔（CLP）手術により、中等度または重度の敗血症を誘発。
  • 水素吸入は、CLP手術の1時間後と6時間後に開始し、濃度と時間を変えて実施（1%、2%、4%の水素を30分、60分、90分間）。
  • 論文内に水素の流量に関する記述はなし。
• 対照群：CLP手術なし（Sham群）、CLP手術のみ（CLP群）
• 評価方法：
  • 生存率：CLP手術後14日間（中等度CLP）または7日間（重度CLP）観察。
  • 臓器障害：CLP手術後24時間で、肺のミエロペルオキシダーゼ（MPO）活性、肺湿重量/乾燥重量比、気管支肺胞洗浄液（BAL）中のタンパク質濃度、血清生化学パラメータ（ALT、AST、Cr、BUN）、臓器組織病理学的検査を評価。
  • 酸化ストレス、抗酸化酵素、炎症性サイトカイン：CLP手術後24時間で、血清、肺、肝臓、腎臓における酸化生成物（8-iso-PGF2α）、抗酸化酵素（SOD、CAT）、炎症性サイトカイン（HMGB1）を測定。

研究結果

• 生存率の向上
  • 中等度CLP群では、対照の生存率が30～40%
  • 水素吸入（2%）60分×2回により、生存率は80%に上昇
  • 水素濃度を4%にした場合は90%まで向上
  • 重度CLP（通常0%生存）でも、2%水素吸入により約60%まで改善
• 臓器障害の軽減
  • 肺（MPO活性、湿乾比、BALタンパク濃度、組織スコア）の上昇が顕著だったが、水素吸入群ではこれらが有意に低減
  • 血清ALT、AST、Cr、BUNなど肝腎機能マーカーの上昇も水素吸入により抑制
  • 組織学的にも肺・肝・腎臓の炎症や損傷が抑制されていた
• 酸化ストレス・抗酸化酵素・炎症因子
  • 8-iso-PGF2α（酸化ストレス指標）はCLPで上昇したが、水素吸入で低下
  • SOD、CAT（抗酸化酵素活性）はCLPにより低下したが、水素吸入で回復
  • HMGB1（主要な炎症性メディエーター）はCLP群で高値を示したが、水素吸入群で有意に減少
• 研究の限界
  • 動物実験モデルであり、ヒト臨床への直接的な適用には追加研究が必要
  • 吸入条件（頻度・期間など）の最適化や安全性検証も課題として残ると考えられる

Appendix（用語解説）

• CLP（cecal ligation and puncture）：盲腸を糸で結紮し、針で穿刺することで腹腔内に複数の菌を漏出させる敗血症モデル。臨床の多菌種感染を反映する代表的モデル。
• MPO（ミエロペルオキシダーゼ）：好中球に含まれる酵素。組織中のMPO活性が高いほど炎症や細胞浸潤が強いことを示す。
• SOD（スーパーオキシドジスムターゼ）、CAT（カタラーゼ）：活性酸素種を分解し毒性を低減する酵素。敗血症では活性低下が報告されている。
• 8-iso-PGF2α：酸化ストレス状態で産生される脂質過酸化物の一種。体内の酸化レベルの指標として用いられる。
• HMGB1（High-Mobility Group Box 1）：細胞核内タンパクだが、炎症時に細胞外へ放出される。敗血症の後期炎症を引き起こす重要因子と考えられている。

論文情報

タイトル

Protective effects of hydrogen gas on murine polymicrobial sepsis via reducing oxidative stress and HMGB1 release（水素吸入によるマウス多菌種敗血症の防御効果：酸化ストレスとHMGB1放出低減を介した作用）

引用元

Xie, K., Yu, Y., Pei, Y., Hou, L., Chen, S., Xiong, L., & Wang, G. (2010). Protective effects of hydrogen gas on murine polymicrobial sepsis via reducing oxidative stress and HMGB1 release. Shock (Augusta, Ga.), 34(1), 90–97. https://doi.org/10.1097/SHK.0b013e3181cdc4ae

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