再発性閉塞性気管支炎および気管支喘息を有する小児における内皮機能障害の臨床的意義

気管支喘息（BA）は、最も一般的な小児疾患の1つです。近年の疫学研究によると、5～10％の小児がこの疾患に罹患しており、この数字は毎年増加しています。気管支喘息による死亡率と小児科施設への入院件数の増加も深刻な懸念事項です。近年、気管支喘息の発症メカニズムを研究する研究者にとって、内皮機能障害は大きな関心事となっています。内皮は、人体のすべての血管の内側を覆う、代謝活性で高度に特殊化した単層の細胞です。内皮細胞は、さまざまな分子シグナルに特異的に反応し、輸送、バリア、細胞外マトリックスの代謝への関与、さまざまなサイトカインの生合成、血管新生、血液凝固プロセスの調節、血管緊張および免疫炎症反応、一酸化窒素の生成と代謝への関与など、さまざまな機能を果たします。内皮は、血管拡張物質および血管収縮物質、特にエンドセリン-1および内皮依存性弛緩因子である一酸化窒素（NO）を生成・放出することにより、全身および肺血管の緊張の調節に関与しています。損傷因子（機械的、感染性、代謝性、免疫複合体など）の影響下で起こる内皮機能不全は、その内分泌活動の方向を急激に逆転させ、血管収縮物質、エンドセリン、凝固因子が生成されます。内皮機能不全は、NO（抗血小板剤、抗凝固剤、血管拡張剤）とNOの代謝物であるペルオキシナイトレートの比率を崩し、酸化ストレスのレベルを上昇させ、様々な病態生理学的反応を引き起こします。過去10年間、研究者らは、炎症性サイトカイン（IL-1β、TNF-α、IL-8など）が血管内皮に損傷を与え、局所的な血管収縮と成長因子の放出から血管壁のリモデリングプロセスに至るまでの一連のプロセスを引き起こすことを強調してきました。この点で、気管支喘息患者における免疫炎症活性化と血管内皮の状態との関係という問題は特に重要です。内皮機能不全は、気管支喘息の発症機序の一つとして考えられています。形態学的には、気管支喘息患者は、血管粘膜下層の断面積の増加、気道壁の血管数の増加、および内膜肥厚が認められます。同様のリモデリングの要素は、小児期において、軽度の気管支喘息を背景に既に検出されています。

呼吸器における内皮機能障害と血管リモデリングのメカニズムは未だ十分に解明されておらず、それが私たちの研究の前提条件となりました。

この研究の目的は、再発性閉塞性気管支炎および気管支喘息を患う小児の増悪期および寛解期における内皮機能を研究することであった。

1歳から17歳までの計147名の小児患者が検査を受けました。病理学的病型と重症度に基づき、小児は再発性閉塞性気管支炎（グループ1）、間欠性気管支喘息（グループ2）、軽症持続性気管支喘息（グループ3）、中等症または重症持続性気管支喘息（グループ4）、増悪期（それぞれサブグループ1A、2A、3A、4A）、寛解期（それぞれサブグループ1B、2B、3B、4B）の患者群に分けられました。

血中エンドセリン-1（ET-1）濃度は、DRG（米国）の標準試薬を用いた酵素免疫測定法で測定した。血中NO濃度は、グリース試薬を用いた比色法で最終代謝物（亜硝酸塩（NO2）/硝酸塩（NO3））濃度を測定することで測定した。心臓および血管のドップラー心エコー検査は、エサオテ・バイオメディカ（イタリア）の超音波装置AU 3 Partnerを用いて実施し、キトバタカ法に基づいて肺動脈圧の平均値を測定した。対照群には、急性疾患または慢性疾患の兆候のない、同年齢で実質的に健康な小児13名が含まれた。

データの統計分析は、統計パッケージExcel（Windows版）およびStatistica 7.0（Windows版）を使用して実施しました。

健康な子供を対象に研究用に選択された指標のレベルの重要性に関するデータが不足しているため、標準パラメータを決定するために対照群の子供を検査しました。

気管支喘息の増悪期および再発性閉塞性気管支炎の期間は、様々な重症度の肺換気障害を特徴としていました。ご存知のとおり、換気障害は肺胞低酸素症の発症につながり、内皮機能の状態に影響を与えざるを得ません。

増悪期におけるパラメータ評価では、血管収縮因子ET-1の値は全群で有意に上昇し、重症および中等症気管支喘息の小児群（サブグループ4A）で最も高かった。サブグループ4Aの病態経過は、顕著な閉塞性換気障害を特徴とし、ET-1の強力な誘発因子である肺胞低酸素症をもたらした。低酸素症の誘発作用に加え、この患者群は、強度と持続期間の両方において顕著な免疫病理学的反応を特徴としており、これも血管内皮からのET-1放出増加に寄与している。

クラスカル・ワリス法を用いた多重比較解析では、非常に有意な基準H（H = 38.02、p = 0.0001）が示されました。これは、増悪期における異なるサブグループの患者におけるET-1レベルの統計的特徴が互いに有意に異なり、そのレベルは患者が特定のサブグループに属することに依存していることを示す根拠となります。患者は疾患の重症度に応じてグループ分けされているため、ET-1レベルと疾患の重症度の間には関連があると考えられます。

このように、サブグループ1Aでは、内皮機能不全は、血中のET-1レベルの中等度の上昇と、硝酸塩および亜硝酸塩レベルの減少を特徴としていました。サブグループ2Aおよび3A（軽症気管支喘息）の患者では、ET-1レベルの中等度の上昇（0.1～0.13 ng/ml）を背景に、硝酸塩レベルの相対的な上昇（31.54～33.48 μmol/l）により、対照群およびNO代謝指標の均衡と比較して、亜硝酸塩レベル（4.44～4.64 μmol/l）が確実に低下しました。この不均衡は、硝酸塩レベルの上昇が脂質過酸化の増加、活性の高いフリーラジカル、血管平滑筋およびマクロファージにおける誘導性NO合成酵素（iNOS）の活性増加と関連しているという事実により、予後不良とみなすことができます。重度の気管支喘息のサブグループ 4A の患者では、不均衡はさらに顕著でした。ET-1 レベルが高い (最大 0.2 ng/ml) という背景で、内皮 NO 合成酵素 (eNOS) のより顕著な阻害が認められ、亜硝酸塩レベル (6.19 μmol/l) の低下と iNOS の顕著な活性化により、対照群と比較して硝酸塩レベルと総 NO 代謝物の増加が見られました。

ET-1レベルと慢性閉塞性肺疾患の経過を特徴付ける指標との間の機能的関係性を明らかにするために、有意でない変数を段階的に除外する重回帰分析法が用いられた。分析の結果、以下の数理モデルが得られた。

ET-1 = -0.00368+(0.0142 x 罹病期間) + (0.00532 x PLA)、R = 0.672、R2 = 0.525、dbf = 2、F = 8.408、p = 0.001。

重回帰係数Rは、ET-1値と独立変数（罹病期間）および平均肺動脈圧（PLA）との間に統計的に有意な関係があることを示している。同時に、決定係数R2は、ET-1値の52.5%の上昇が、この式の独立変数、すなわち罹病期間（p = 0.008）およびPLA（p = 0.022）の水準の変化によるものであることを示唆している。

小児におけるNO代謝を最終代謝物（亜硝酸塩、硝酸塩）別にサブグループごとに評価したところ、その変化の方向性が異なっていたことが観察されました。再発性閉塞性気管支炎の増悪を伴うサブグループ1Aの患者では、NO代謝物（亜硝酸塩と硝酸塩の両方）の減少が認められ、これはNO依存性内皮機能の低下を示唆しており、特に亜硝酸塩レベルの低下が顕著でした。現段階では、血中亜硝酸塩レベルは内皮eNOS活性の予測因子と考えられています。これは、eNO合成酵素の顕著な阻害、すなわちiNO応答の弱さを示しています。

寛解期中、全群のET-1値は対照群と比較して0.05～0.15 ng/mlの範囲で中等度に上昇し、サブグループ4Bでは0.15 ng/mlと最も上昇しました。このET-1値は、サブグループ4Bが他のサブグループと比較して、血管内皮における血管収縮因子（ET-1）の代謝が最も高いことを示しています。これは、重症気管支喘息患者が外呼吸機能の潜在的な閉塞性変化、すなわち肺胞低酸素症を有しており、これが血管内皮細胞からのET-1放出を最も強く刺激するためと考えられます。

多重比較の結果として確立された、非常に有意なクラスカル・ワリス基準H（H = 34.68, ^ = 0.0001）は、異なるサブグループにおけるET-1指標の統計的特性が互いに有意に異なり、そのレベルは患者がどのグループに属するかによって異なることを示唆しています。したがって、増悪期と同様に、ET-1レベルと疾患の重症度の間には関連があると考えられます。

ET-1 レベルと慢性閉塞性肺疾患の経過指標との相関関係の追加分析により、寛解期の患者における ET-1 レベルと PLA レベルの間に信頼性の高い直接的な関係があることが明らかになりました (r = +0.38、p < 0.014)。

研究対象群におけるNO代謝の挙動は異なっている。再発性閉塞性気管支炎の小児群（サブグループ1B）では、血中亜硝酸塩濃度が5.48μmol/lに上昇したが、対照群と比較すると低下したままであり、硝酸塩濃度が41.45μmol/lに顕著に上昇した。これは、内皮NO欠乏に対する代償反応とみなすことができる。軽症気管支喘息の小児群では、亜硝酸塩が5.6～6.45μmol/l（対照群よりも低い）に中程度に上昇したことが認められた。これは、eNOS活性の増加とNO代謝物の保護効果とみなすことができる。NO代謝の最も顕著な不均衡はサブグループ4Bの小児で認められ、これは増悪期と比較した亜硝酸塩濃度の低下と硝酸塩濃度の上昇という形で現れた。これらのデータは、寛解中であっても eNOS が顕著に抑制され、iNOS の病理学的活性が持続していることを示している可能性があります。

実施された調査の結果、以下の結論を導き出すことができます。

再発性閉塞性気管支炎および気管支喘息の小児では、病気の段階および重症度に応じて、内皮依存性因子（ET-1およびNO代謝物）のレベルの変化が検出されました。

病気の急性期には、すべてのサブグループの患者において ET-1 レベルの上昇という一方向の変化が見られ、重症および中等度の気管支喘息の患者においては 0.2 ng/ml レベルまで最も顕著な変化が見られました。

ET-1 レベルと慢性閉塞性肺疾患の経過 (疾患期間) を特徴付ける指標、および再発性閉塞性気管支炎および気管支喘息の患者における疾患の悪化時の肺動脈内の平均圧力レベルとの間に機能的な関係があることが証明されています。

NO 代謝物（硝酸塩、亜硝酸塩）のレベルの変化は多方向性があり、増悪期および寛解期には亜硝酸塩が持続的に減少し、主に重度の気管支喘息では硝酸塩のレベルが上昇します。

再発性閉塞性気管支炎および気管支喘息の患者では、内皮機能不全の存在が明らかになり、急性期の患者ではより顕著でした。これは血管収縮、平均PLA濃度の上昇、および低酸素症および病的免疫反応によって誘導されるET-1濃度の上昇という形で現れました。同時に、NO代謝物（亜硝酸塩）の低レベルは内皮NO合成酵素の阻害と関連し、硝酸塩濃度の上昇は病原性NO（誘導性NO）の産生と関連しており、これは内皮の破壊および肺における病理学的プロセスの維持につながる要因となる可能性があります。

VVポリャコフ、ASセナトロヴァ教授。再発性閉塞性気管支炎および気管支喘息を有する小児における内皮機能不全の臨床的意義 // 国際医学ジャーナル第4号 2012年

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