日本外科代謝栄養学会

2. 虚血再灌流障害（Ischemia‐Reperfusion Injury:I‐RI）

　虚血による組織への酸素（O2）供給の低下は、ATPの低下をもたらす。ATPはADPからAMP、アデノシン（adenosine）へさらにイノシン（inosine）、ヒポキサンチン（hypoxanthine）へと分解される。また、Na／KATPポンプ障害を介し、水とNaが細胞中に流入、細胞および細胞内小器官の膨化をきたし、ミトコンドリア膜やライソゾーム膜の破壊も見られるようになる。

　一方、虚血だけによるよりも、再灌流を加えた後の傷害が顕著であり、さらに、普通の血液よりも、酸素化された血液で再灌流するほうが、より強い傷害がもたらされることが知られている。先行する虚血によって、さきに述べたようにヒポキサンチンが増加するが、これと再灌流によって供給された分子状酸素（O2）にキサンチン酸化酵素（xanthine oxidase）が作用し、スーパーオキサイドアニオン、ハイドロキシラジカル、過酸化水素などの酸素フリーラジカル（oxygen free radicals）が生成され、細胞傷害が惹起されるものである。この際、細胞膜の構成成分である燐脂質からも脂肪過酸化物（lipid peroxides）が産生され、さらに傷害が助長される。

　さらに虚血再灌流傷害（I‐RI）については、血流が再開されても灌流されない領域を生ずる現象、いわゆるno‐reflow phenomenonが知られている。細胞の膨化による血行障害、白血球の血管壁への付着や赤血球のsludgingによる微小循環傷害などがその機序として報告されているが、詳細は明らかでない。また、予め臓器に対して軽度の虚血負荷を繰り返し加えておく（ischemic preconditioning）ことによって、I‐RIが軽減されることも知られている。この操作によって、酸素フリーラジカルの産生が減少することが知られているが、その詳しい機序はなお明らかでない。因みに、Bacterial TranslocationにI‐RIによる小腸粘膜傷害がどの程度関与しているかについても結論は得られていない。

　最近は、I‐RIの病態には、フリーラジカルのほか、炎症性サイトカインなど様々なメディエーターが関与していることが明らかになっており、とくに、好中球と血管内皮細胞の相互作用が注目されている。例えば、TNF‐αは、I‐RIによるおもな傷害形態である細胞のアポトーシス（apoptosis）を誘導するほか、さまざまな接着因子に作用して、好中球と血管内皮細胞との接着現象を惹起する。これにより活性化された好中球からは、活性酸素や好中球エラスターゼをはじめとする各種のプロテアーゼが遊離され、遠隔臓器もふくめ、種々の臓器、組織の傷害が惹起されるという。

　臨床との関連では、心筋梗塞（とくにPTCA後）、肺動脈塞栓症、腸間膜動脈塞栓症などの疾患のほか、心肺蘇生後脳症、ショック、ARDSの病態とI‐RIとの関係、さらにMOFのスターターおよびモーターとしてのI‐RIの役割が注目されている。また、手術中の臓器血行遮断（温阻血）、保存移植臓器（冷阻血）の再灌流時の対策など、広い領域における検討課題がある。

　I‐RIへの対策としては、アロプリノール（allopurinol）、SOD（superoxide dismutase）、グルタチオン（glutathione）、葉酸、アスコルビン酸（Vitamin C）、α－トコフェロール（Vitamin E）、β‐carotene、アプロチニン、Ca－チャンネルブロッカー、プロテアーゼインヒビターなど、抗酸化剤をはじめとする各種薬剤が試みられている。サイトカイン、接着因子等のメディエーターの方面からのアプローチ（抗体の投与など）は今後の検討課題である。

参考文献抄録

１）Amelioration of ischemia‐reperfusion injury in rat intestine by pentoxifylline‐mediated inhibition of xanthine oxidase.

BACKGROUND:Intestinal ischemia‐reperfusion（IR）injury results in cell destruction,which may be mediated by the generation of reactive oxygen species,potentially toxic metabolites of xanthine oxidase.Pentoxifylline （PTX） possesses a variety of biochemical and antioxidant properties that can improve capillary flow and tissue oxygenation,Because of these combined effects,it has been hypothesized that pentoxifylline would protect against intestinal IR.METHODS:Young adult rats were randomly assigned to one of four experimental groups:IR／Placebo （n=１２） in which superior and inferior mesenteric arteries were clamped for 45 minutes and then reopened;IR／PTX （n=１１） in which IR was induced as in the Placebo group,but with ２５mg／kg PTX at ０,３０,and ６０ minutes;No IR／Placebo （n=１２）;and No IR／PTX （n=６） in which placebo and PTX were applied with no IR.Blood and intestinal samples were taken for serial thiobarbituric acid‐reducing substances （TBARS;index of lipid peroxidation）,for xanthine oxidase‐xanthine dehydrogenase ratios,glutathione,myeloperoxidase,and histopathology.RESULTS:Animals in the IR／PTX group had lower TBARS and the least severe histopthologic injury.Xanthine oxidase‐xanthine dehydrogenase ratios were elevated only in IR／Placebo （０．６７＋／－０．２２ vs.０．４５＋／－０．１４ in IR／PTX;０．４２＋／－０．２２ in No IR／Placebo;and ０．４０＋／－０．１１ in No IR／PTX;p＝０．０００９）.Reduced glutathione was diminished in IR／PTX animals （３８．９＋／－１．３５ vs.４６．１＋／－０．７ in IR／Placebo;４１．１＋／－２．５ in No IR／Placebo;４３．６＋／－１．０ in No IR／PTX;p＝０．０４８）.No differences were recorded in myelopeoxidase levels among groups.CONCLUSIONS:Pentoxifylline ameliorates histopathologic signs of injury and decreases lipid peroxidation （TBARS）.Normal xanthine oxidase‐xanthine dehydrogenase ratios in the treated compared with IR‐only animals imply that the protective effect of PTX is at least partially mediated through inhibition of xanthine oxidase.

Halmmerman C,Goldschmidt D,Caplan MS et al:J Pediatr Gastroenterol Nutr,29(1):69－74,1999

２）Differential regulation of apoptosis by ischemia‐reperfusion and ischemic adaptation.

Ischemia and reperfusion injure the heart,as manifested by myocardial infarction,postischemic ventricular functional dysfunctions,arrhythmias,and cardiomyocyte apoptosis.Hearts can be adapted to ischemic‐reperfusion injury by subjecting them to non‐lethal cyclic episodes of short‐term ischemia and reperfusion.The adapted myocardium becomes resistant to subsequent lethal ischemic injury.Reactive oxygen spesies and oxidative stress play crucial roles in the pathophysiology of ischemic‐reperfusion injury.The adapted hearts,when subjected to subsequent ischemia and reperfusion,generate a reduced amount of oxygen free radicals compared to the nonadapted hearts.The number of cardiomyocytes undergoing apoptotic cell death is reduced in the adapted hearts subjected to ischemia and reperfusion.In concert,the adapted myocardium is associated with increased antixidant gene Bcl－２,increased binding activity of the nuclear transcription factor NF kappa B,and reduced binding activity of AP－１ compared to nonadapted hearts.Yet when nonadapted hearts are subjected to ischemia and reperfusion,Bcl－２ is down‐regulated while NF kappa B is moderately upregulated and AP－１ is significantly upregulated.

Maulik N,Sasaki H,Galang N,Ann NY:Acad Sci 874:401－11,1999

３）P‐Selectin mediates reperfusion injury through neutrophil and platelet sequestration in the warm ischemic mouse liver.

Hepatic damage following ischemia‐reperfusion injury involves polymorphonuclear leukocytes （PMN） and platelet sequestration,however the mechanisms of adhesion remain elusive.In this study,using gene‐targeted deficient mice,we evaluated P‐selectin and its contribution to PMN and platelet adhesion in hepatic damage.In an in vivo warm ischemia model,hepatic injury was assessed by serum transaminase levels,survival,PMN adhesion by histological analysis,and platelet sequestration by immunostaining.Serum transaminase levels were strikingly reduced （by up to threefold） in the P‐selectin deficient mice,particularly at ９０ minutes of ischemia,when compared with wild‐type controls.PMN adhesion and platelet sequestration was also significantly decreased in P‐selectin deficient,mice following ９０ minutes of partial ischemia.Animal survival was significantly improved after ７５ minutes of total hepatic ischemia in P‐selectin deficient mice when compared with wild‐type mice.Survival was also achieved after ９０ minutes of ischemia in the mutant mice whereas none of the wild‐type animals survived.These data show that P‐selectin plays a critical role in PMN and platelet adhesion following ischemia‐reperfusion injury to the liver.

Yadav SS,Howell DN,Steeber DA et al:Hepatology 29(5):1494－502,1999

４）Tumor necrosis factor‐alpha in ischemia and reperfusion injury in rat lungs.

The effects both recombinant rat tumor necrosis factor‐alpha （TNF‐alpha） and an anti‐TNF‐alpha antibody were studied in isolated buffer‐perfused rat lungs subjected to either ４５ min of nonventilated ［ischemia‐reperfusion （I／R）］ or air‐ventilated （V／R） ischemia followed by ９０ min of reperfusion and ventilation.In the I／R group,the vascular permeability,as measured by the filtration coefficient （Kfc）,increased three‐and fivefold above baseline after ３０ and ９０ min of reperfusion,respectively （P＜０．００１）.Over the same time intervals,the Kfc for the V／R group increased five‐ and tenfold above baseline values,respectively （P＜０．００１）.TNF‐alpha measured in the perfusates of both ischemic models significantly increased after ３０ min of reperfusion.Recombinant rat TNF‐alpha （５０,０００ U）,placed into perfusate after baseline measurements,produced no measurable change in microvascular permeability in control lungs perfused over the same time period （１３５ min）,but I／R injury was significantly enhanced in the presence of TNF‐alpha.An anti‐TNF‐alpha antibody （１０mg／rat） injected intraperitoneally into rats ２h before the lung was isolated prevented the microvascular damage in lungs exposed to both I／R and V／R （P＜０．００１）.These results indicate that TNF‐alpha is an essential component at the cascade of events that cause lung endothelial injury in short‐term I／R and V／R models of lung ischemia.

Khimenko PL,Bagby GJ,Fuseler J et al:J Appl Physiol 85(6):2005－11,1998

５）ラット下肢虚血モデルにおける非機能的細胞外液形成の解析

　ラット下肢虚血再灌流モデルを作成し、生化学的検討を行った。ついで、偽手術群、虚血再灌流群、methylprednisolone（MP）前投与群の３群を作成し、１４C－イヌリンを用いて、体内分布測定とオートラジオグラムにより、非機能的細胞外液（third spece）形成について解析し、MP前投与の効果について検討した。生化学的検討の結果、モデルは有用であり、IL－８は１時間虚血群で上昇し、MP前投与で抑制された。体内分布測定とオートラジオグラムの結果から、１４C‐イヌリン静注後に灌流操作を加えることで、血管内の １４C－イヌリンを除去し、血管外に漏出した分画をthird spaceとしてとらえることができた。体内分布測定では虚血臓器のみならず、遠隔臓器である肺、膵においてもthird space形成が認められ、これらの結果はオートラジオグラムでも視覚化できた。また、MP前投与によりthird spaceが縮小することが半定量的、視覚的にとらえられた。

大江　大，標葉隆三郎，赤石　隆ほか：外科と代謝・栄養 cl，32(2)：51－60，1998

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