2013 年高地医学研究遠征 - 低酸素への人間の適応に関する研究 (HiReach 2013)

バックグラウンド

高度に関連する医学的問題は、ますます多くの人々が仕事や娯楽のために高地に旅行するにつれて、ますます重要性と注目を集めています. 標高 2000 m から 3000 m の範囲にあるヨーロッパと米国西部のリゾート タウンには、毎年何百万人もの観光客が訪れます。 南アメリカやアジアの 3000 m 以上の都市を訪れる人はさらに多くいます。 さらに、世界中の何万人もの旅行者、トレッカー、スキーヤーが 3000 ～ 5500 m の範囲の標高に登ります。 非常に高い標高 (3500 m ～ 5500 m) または極端な標高 (>5500 m) の頂上に登ろうとするレクリエーション クライマーの数は増え続けています。 ネパール観光・民間航空省とネパール登山協会は、2010 年だけで 6,032 人の登山者に 6,000 m を超える山頂の許可を発行したと報告しています。 高地に住む人の数が今後増加することを考えると、高地にさらされることによる生理的変化と危険性について、さらに理解を深めることが重要です。 酸素恒常性は、高地での健康な人間の生存に不可欠です。 さまざまな器官系を含むさまざまな生理学的変化は、高地滞在のコンテキストでの低圧低酸素症への暴露と順化の間に発生します。 これらには、肺および全身血管機能の著しい適応、脳灌流および代謝の変化、免疫系の生理学的および代謝的適応、ならびに感染に対する先天的防御機構が含まれます。 これらの変化は、組織の低酸素症自体の結果であるか、低酸素症によって誘導される交感神経副腎経路の活性化によって媒介される可能性があります。 近年の重要な研究活動の例は、低酸素誘導因子 1 アルファ (HIF1α) の発見と、複数の遺伝子座の調節による酸素恒常性におけるその役割です。 さらに、低酸素による酸化/還元ストレスの増加の結果として、活性酸素 (ROS) および窒素種 (RNS) の生成の増強、抗酸化システムの活性の変化、および関連する脂質、タンパク質、および DNA への酸化的損傷が次のように発生する可能性があります。細胞レベル、細胞内レベル、分子レベルでの損傷。 これらの短命の中間体には、スーパーオキシドアニオン (O2)、過酸化水素 (H2O2)、次亜塩素酸 (HOCI. さらに、ヒドロキシル ラジカル (OH)、水酸化物イオン (OH)、およびスーパーオキシド ラジカル (O2-) は、ROS ファミリーの非常に反応性の高いメンバーであり、特定の生理学的および病態生理学的条件下で蓄積します。 結果として、長期にわたる低気圧性低酸素症は、重度の炎症と同様の全身酸化ストレスにつながります。

交感神経副腎および神経内分泌プロセスにおける適応的または反応的な変化と同様に、組織の低酸素症および酸化ストレスの増加も、さまざまな疾患状態で発生します。 低酸素症自体は、癌、脳虚血および心筋虚血、ならびに慢性心疾患および肺疾患を含む主要な死因の病因において重要な役割を果たしています。 全体的な低酸素血症は、重篤な患者によく見られる問題です。肺不全の患者では、人工呼吸器を含む最善の医療サポートにもかかわらず、換気/灌流の不一致または肺胞毛細血管膜を横切る拡散能力の障害により、深刻な低酸素症が発生する可能性があります。 心拍出量の低下や貧血による酸素運搬能力の低下により、組織への酸素供給も損なわれる可能性があります。 重度の敗血症の状況で発生する微小循環機能不全は、正常または増加した動脈酸素含有量および酸素送達を有する患者であっても、細胞レベルで局所的な低酸素症を引き起こす可能性があります。

重症患者では、細胞の低酸素症が酸化ストレスを誘発し、細胞の抗酸化能力を枯渇させ、利用可能な酸素を使用する能力を損なう可能性があります。 ミトコンドリア内の重要な抗酸化物質である還元型グルタチオンの枯渇レベルは、ROS および RNS の生成の増加と相まって、酸化的リン酸化および ATP 生成を阻害するようです。 真性糖尿病、慢性心不全または慢性閉塞性肺疾患 (COPD) および肺高血圧症の発症など、さまざまな慢性疾患の実体に見られる血管機能障害およびリモデリングの進行および調節における ROS 中間体およびそれらの役割に対する関心が高まっています ( PHT）。 ROS 生成のメカニズムは完全には理解されていません。 ROS は白血球で生成されますが、ROS の生成はミトコンドリアの電子伝達鎖の破壊によっても発生する可能性があります。 結果として生じるミトコンドリアの機能不全は、肺血管収縮とPHTのリモデリングを引き起こす追加の要因として説明されています。 呼吸不全を伴う低酸素患者では、肺血管圧の上昇が頻繁に発生し (WHO クラス III - 肺高血圧症)、肺灌流を損なうことによって低酸素血症を悪化させる可能性があります。 この増加が、肺内皮細胞に対する低酸素の直接的な血管収縮効果によって引き起こされるのか、ROS の増加によって引き起こされるのかは、まだ完全には理解されていません。

一般に、健康なヒトおよび重病患者における長期の低酸素状態への適応につながるメカニズムはよく理解されていません。 重大な病気の状況では、これらのメカニズムは、患者の不均一性と病気の原因となるため、調査が困難です。 さらに、低酸素症と併発する疾患関連プロセスの影響を区別することは困難または不可能です。 重大な病気の動物モデルにはかなりの制限がある可能性があり、多くの場合、人間の患者を表していません。 低圧性低酸素症に対する生理学的および病態生理学的反応は、重篤な疾患で見られる反応と類似している可能性があることが示唆されています。 高地遠征の文脈では、人間の被験者は長期にわたる低酸素症と酸化ストレスに安全にさらされる可能性があり、その結果として生じる脳、心血管、肺の適応と、ミトコンドリア機能の変化、炎症カスケード、および凝固活性を制御された方法で調べることができます。 したがって、高地に登る健康なボランティアの低気圧環境で発生する低酸素症に対する人間の反応の研究は、孤立した低酸素症のモデルとして役立ち、重病患者の影響に関する理解を深めるのに役立つ可能性があります。

目的

プロジェクト「High Altitude Medical Research Expedition Himlung 2013」(HiReach2013) の目的は、7000 m を超える極端な高度への上昇中の脳、心血管、肺の適応と人間の凝固系の反応を包括的に調査することです。

メソッド

作業負荷の標準化と調整のために、ローラートレーナーを使用した自転車のテストシステムを使用して、心肺運動テストが行​​われます。 静的および動的肺容量は、各研究サイトで評価されます。 測定値には、市販のスパイロメーターを使用した評価 DLCO が含まれます。 収縮期/拡張期心機能および肺動脈圧の評価のために、経胸壁ドップラー心エコー検査が行われます。 肺超音波は、超音波肺コメットによって血管外肺水を定量化するために、各研究サイトで各被験者に適用されます。 微粒子測定は、アネキシン V ベースの ELISA を使用して実行されます。 経頭蓋ドップラーを用いて中大脳動脈から脳血流速度を測定します。 構造的な脳の変化と脳の容積は、脳の MRI で評価されます。 各研究施設で、広範な凝固研究が行われます。