水素生理食塩水が出血性ショック後の血管保護と生存率を改善
結論
ラットの出血性ショックモデルにおいて、水素を溶かした生理食塩水（水素生理食塩水）を輸液に用いたところ、血管の保護層であるグリコカリックスの損傷が抑制され、6時間後の生存率が83%に達した。通常の生理食塩水やコロイド液では生存率が0〜17%にとどまった。この結果から、水素生理食塩水が出血性ショックの輸液として有望である可能性が示された。
研究の背景と目的
大量出血の治療では輸液が不可欠だが、大量の輸液は肺水腫や臓器障害などの合併症を招くことがある。血管の内側にはグリコカリックスと呼ばれる薄いバリア層※が存在し、血管の透過性を調節している。出血性ショックによってこの保護層が壊れると、輸液の効果そのものが低下する。
先行研究で水素ガスの吸入がグリコカリックスを保護するとの報告はあった。しかし、水素を溶かした生理食塩水を輸液として使った場合の効果は検証されていなかった。
※ グリコカリックス：血管の内壁を覆うゲル状の層で、血液成分の漏出を防いだり、血流を調節したりする役割を持つ。
研究方法
ラット60匹を用いた出血性ショックモデルで、輸液の種類による保護効果の違いを5群で比較した。
| 群 | 処置内容 |
|---|---|
| Sham群 | 手術のみ（出血なし・輸液なし） |
| Shock群 | 出血性ショックのみ（輸液なし） |
| 生理食塩水群 | 出血性ショック＋通常の生理食塩水で輸液 |
| コロイド液群 | 出血性ショック＋コロイド液で輸液 |
| 水素生理食塩水群 | 出血性ショック＋水素を溶かした生理食塩水で輸液 |
出血により血圧を30〜35 mmHgまで低下させた状態を1時間維持した後、各輸液で血圧80 mmHgまで回復させた。主な評価項目は以下のとおりである。
- グリコカリックスの厚さ（GlycoCheckシステムによるリアルタイム測定）
- 血清中の活性酸素量（ヒドロペルオキシドの測定）
- 肺の損傷度（組織切片の急性肺障害スコア）
- 輸液後6時間の生存率
研究の主な結果
本研究の結果から、以下の4点を取り上げる。
- ① 活性酸素の上昇が抑えられた
- ② 血管の保護層（グリコカリックス）が守られた
- ③ 肺の損傷が軽減された
- ④ 生存率が大幅に改善した
① 活性酸素の上昇が抑えられた
出血性ショック後に血流が再開すると大量の活性酸素が発生し、組織を傷つける。各群の血清中の活性酸素量を、輸液後120分の時点で比較した。
| 群 | 活性酸素の変化率（120分時点） | Sham群との有意差 |
|---|---|---|
| Sham群 | 約100%（変化なし） | — |
| Shock群 | 約160%に上昇 | p < 0.05 |
| 生理食塩水群 | 約140%に上昇 | p < 0.05 |
| コロイド液群 | 約120%に上昇 | p < 0.05 |
| 水素生理食塩水群 | 約105% | 有意差なし |
水素生理食塩水群では活性酸素がほとんど増加せず、手術のみのSham群と統計的に差がない水準に抑えられた。
通常の生理食塩水やコロイド液では活性酸素の上昇を防げなかったことから、水素による抗酸化作用が明確に確認された。
② 血管の保護層が守られた
では、活性酸素が抑えられた結果、血管にはどのような変化が生じたのか。腸間膜の血管でグリコカリックスの厚さを時間経過とともに測定した。
| 群 | グリコカリックスの損傷度 （120分時点） | Sham群との有意差 |
|---|---|---|
| Sham群 | 約100%（変化なし） | — |
| Shock群 | 約185%に悪化 | p < 0.05 |
| 生理食塩水群 | 約170%に悪化 | p < 0.05 |
| コロイド液群 | 約130%に悪化 | p < 0.05 |
| 水素生理食塩水群 | 約108% | 有意差なし |
以下のグラフで、水素生理食塩水群だけが正常に近い水準を維持している様子が確認できる。
水素生理食塩水群は全時点でSham群と有意差がなく、血管の保護層がほぼ正常に維持されていた（p < 0.001 vs Shock群・生理食塩水群）。大腿四頭筋の血管でも同様の傾向が確認されている。
さらに注目すべき点として、水素生理食塩水群で血圧維持に要した輸液量は約10 mLであり、生理食塩水群の約32 mL（約1/3）で済んだ。少ない輸液量で効果的に血管を保護できたことは、体液過剰のリスクを減らすうえでも臨床的に重要な示唆といえる。
③ 肺の損傷が軽減された
出血性ショックの合併症として肺の損傷（急性肺障害）がある。輸液2時間後に肺組織を採取し、顕微鏡で損傷の程度を評価した。
以下は各群の肺組織の顕微鏡写真である。
| 群 | 急性肺障害スコア | Sham群との有意差 |
|---|---|---|
| Sham群 | 約0.3 | — |
| Shock群 | 約8.5 | p < 0.05 |
| 生理食塩水群 | 約7.5 | p < 0.05 |
| コロイド液群 | 約3.0 | p < 0.05 |
| 水素生理食塩水群 | 約0.5 | 有意差なし |
写真で明らかなように、水素生理食塩水群の肺はSham群とほぼ同様のきれいな構造を保っていた。一方、通常の生理食塩水で輸液しても肺損傷スコアはショック群と差がなく、輸液だけでは肺を守れなかったことがわかる。水素の抗酸化作用に加え、輸液量が少なくて済んだことも肺保護に寄与した可能性がある。
④ 生存率が大幅に改善した
ここまでの結果をふまえ、最も重要なアウトカムである生存率を見てみよう。輸液後6時間の時点で各群の生存を確認した。
| 群 | 6時間後の生存率 |
|---|---|
| Sham群 | 100%（6匹中6匹） |
| Shock群 | 0%（6匹中0匹） |
| 生理食塩水群 | 0%（6匹中0匹） |
| コロイド液群 | 17%（6匹中1匹） |
| 水素生理食塩水群 | 83%（6匹中5匹） |
以下の生存曲線で、群ごとの違いがはっきりと見て取れる。
通常の輸液では救命できなかった出血性ショックに対し、水素生理食塩水は生存率を0%から83%へと劇的に改善した。ただし1群6匹と小規模であるため、この数値の再現性は今後の検証が必要である。
なお、血液検査では水素生理食塩水群で腎機能（BUN・クレアチニン）への有害な影響は認められず、安全性上の懸念は示されなかった。
考察と今後の課題
水素は活性酸素の中でも特に有害なヒドロキシルラジカルと反応して無害な水に変換される。本研究では、この抗酸化作用によって出血性ショック後の活性酸素が抑制され、グリコカリックスが保護されたと考えられる。グリコカリックスが維持されたことで血管の透過性が保たれ、肺や心機能の保護につながったと考えられる。心収縮力も水素生理食塩水群で有意に維持されており、生存率の改善へとつながった可能性がある。
ただし、本研究にはいくつかの限界がある。
- オスのラットのみが対象で、各群6匹の小規模実験である
- グリコカリックスの測定部位が腸間膜と大腿四頭筋に限られている
（肺や心臓では未測定） - 観察期間が6時間と短い
今後はメスや大型動物を含めたより大規模な研究、さらにはヒトでの臨床試験による検証が求められる。
すいかつねっと編集部の感想
本研究の最も注目すべき点は、水素の投与手段として「生理食塩水に溶かして輸液する」というアプローチを採用したことです。先行研究では水素ガスの吸入による出血性ショック後の血管保護効果が報告されていましたが、吸入だけでは失われた血液量を補うことができません。水素生理食塩水であれば、輸液で血液量を補いながら同時に水素を届けることができ、救急の現場でより実用的な選択肢になり得ます。
活性酸素の除去 → 血管の保護層の維持 → 臓器保護 → 生存率の改善、という一連の因果関係は、虚血再灌流障害に関するレビューで整理されている水素の保護メカニズムとも整合しています。一方で、類似の出血モデル（REBOA）で水素吸入が無効だった報告もあり、条件によって効果が変わる点には注意が必要です。
1群6匹という小規模な動物実験であるため、過度な期待は禁物です。しかし「輸液の質を変える」という発想は新しく、救急医療における今後の発展が楽しみな研究です。
用語解説
| 用語 | 解説 |
|---|---|
| グリコカリックス | 血管の内側を覆う薄いゲル状の保護層。血液中の成分が血管外に漏れ出すのを防ぎ、血流の調節にも関わる |
| 出血性ショック | 大量出血によって血圧が危険なレベルまで低下し、全身の臓器に十分な血液が行き渡らなくなった状態 |
| 虚血再灌流障害 | 血流が途絶えた後に再開した際、大量の活性酸素が発生して組織がかえってダメージを受ける現象 |
| 活性酸素（ROS） | 体内で生じる酸化力の強い分子の総称。適量では免疫に役立つが、過剰になると細胞や組織を傷つける |
| 急性肺障害（ALI） | 肺の組織が炎症や浮腫によって損傷を受け、酸素の取り込みが低下する病態 |
| HES（ヒドロキシエチルデンプン） | 代表的なコロイド輸液製剤。生理食塩水より血管内にとどまりやすい性質を持つ |
| PBR（灌流境界領域） | グリコカリックスの健全さを示す指標。値が大きいほどグリコカリックスが薄くなった（損傷した）ことを意味する |
| dP/dt | 心臓の左心室の圧力変化の速さを示す指標。心収縮力の強さを反映する |
論文情報
論文タイトル
Protective Effects of Hydrogen-Rich Saline Against Hemorrhagic Shock in Rats via an Endothelial Glycocalyx Pathway（水素生理食塩水がラットの出血性ショックにおいて血管内皮グリコカリックスを介して保護効果を発揮する）
引用元
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