ブタにおける水素吸入の体内動態

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結論

水素吸入により、3分後には動脈血濃度が1/40程度まで低下し、10分後には静脈系で優位となり、60分後には動脈血中では定常状態である。

研究の背景と目的

水素吸入は近年注目されており、有用性が認識されているにも関わらず、その薬物動態については十分に解明されていない。本研究では、水素ガスが肺で吸収されて血中に入った後の過程を評価すべく行われた。

研究方法

• ブタを用いて、実験システムを構築した。
• 頸動脈、門脈、下大静脈にカテーテルを挿入し、採血可能とした。
• 両側胸腔切開を行い、肺を収縮させた後、水素吸蔵合金キャニスターを用いて肺内を100%水素ガスで最大吸気位まで満たした。このまま30秒間最大吸気位を維持させた後、呼吸器での換気を行った。
• 0, 3, 10, 30, 60 分後に各カテーテルから採血し、ガスクロマトグラフィーで水素濃度を分析した。

研究結果

• 頸動脈の水素濃度は息を止めた直後が最も高く、3分後にはその 1 / 40 にまで低下した。
• 門脈と下大静脈の最高水素濃度は、それぞれ頸動脈の最高水素濃度の40%と14%だった。
• 門脈と下大静脈での水素濃度減衰（半減期：それぞれ310秒と350秒）は、頸動脈（半減期：92秒）よりも遅かった。
• 10分後の水素濃度は肝静脈、下大静脈で頸動脈より有意に高かった。
• 60分後の水素濃度は頸動脈で、ほとんど消失し、定常状態に達していた。
• 60分後の水素濃度は門脈で、定常状態よりも6.9 ~ 53 nL / mL 高かった。
• 60分後の水素濃度は下大静脈で、定常状態よりも14 ~ 29 nL / mL 高かった。

Appendix（用語解説）

• 移流拡散：水素が血流に運ばれながら(移流)、血管外の組織に拡散していくこと。
• 頚動脈(CA)：首の動脈。全身に血液を送り出す。
• 門脈(PV)：腸管から吸収された栄養分を肝臓に運ぶ静脈。
• 肝静脈上下大静脈(IVC)：肝臓を通過した血液が心臓に戻る静脈。

論文情報

タイトル

Pharmacokinetics of a single inhalation of hydrogen gas in pigs（ブタにおける水素分子単回吸入の体内動態）

引用元

Sano, M., Ichihara, G., Katsumata, Y., Hiraide, T., Hirai, A., Momoi, M., Tamura, T., Ohata, S., & Kobayashi, E. (2020). Pharmacokinetics of a single inhalation of hydrogen gas in pigs. PloS one, 15(6), e0234626. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0234626

専門家のコメント

三國ユウジ 先生

本研究は、ブタを用いて水素の薬物動態に一部を明らかにした貴重な報告です。水素吸入は今では広く有用性が認知されてきましたが、その動態については特に解明されていないことが多くあります。一方で、薬物動態を知ればこれまでの研究成果と併せて、効果的な投与量や投与方法を検討することができるでしょう。水素は単回の摂取では、速やかに分布して体内に多くは残らないと認識されていましたが、本研究の単回吸入の結果はそれを支持した内容である他、定量したことに大きな意義があります。