低い内皮せん断応力は、冠動脈のプラークをどう育てるのか

糖尿病や脂質異常症のような全身の危険因子は、冠動脈全体に同じように作用します。それなのにプラークは、分岐部や湾曲の内側のような特定の部位にでき、しかも一部だけが急性冠症候群を起こすプラークに育ちます。冠動脈の研究では、血流が内皮に及ぼすせん断応力を「内皮せん断応力（ESS: endothelial shear stress）」と呼ぶことが多く、1-2壁面せん断応力（WSS）と同じ量を指しています。

冠動脈の内皮せん断応力の三つの型

冠動脈硬化の自然歴における内皮せん断応力の総説¹は、冠動脈の内皮せん断応力を三つの型に分けています。

振動する ESS は、1-6OSIが高い状態に当たります。総説は、低い ESS の閾値は全身の条件や動物種によって変わるとも書いており、絶対値の境界として使えるものではありません。

低い内皮せん断応力が内皮に起こすこと

1-4内皮は流れを感知して遺伝子発現を変えます。総説によると、低い ESS の部位では、一酸化窒素の産生が落ち、LDL の取り込み・合成・透過性が上がり、酸化ストレスが増え、炎症性の接着分子とサイトカインの発現が増えます。平滑筋細胞が内膜に遊走して増え、線維性被膜と脂質の核からなる初期のプラークができます。

血管リモデリングで分かれるプラークの行く先

プラークが育つと、血管は外径を変えて応答します。この応答を血管リモデリングと呼びます。総説が引く IVUS（血管内超音波）研究では、軽度狭窄の動脈硬化冠動脈の約60%が内腔を保つ代償的な外向きリモデリング、約20%が内腔まで隣接部より大きくなる過剰な外向きリモデリング、約20%が内向き（収縮性）のリモデリングを示しました。

総説は、リモデリングの型がプラークの行く先を分けると考えています。

外向きのリモデリングで局所の流れが変わり、ESS が正常に戻れば、プラークを育てる刺激は消えます。過剰に広がって低い ESS が続くと、脂質の蓄積・炎症・基質の分解が進み、さらに血管が広がるという悪循環に入ると総説は説明しています。ESS は1回の計算で決まる固定の数値ではなく、形と流れの相互作用の中で変わり続ける量です。

ヒトの冠動脈で6か月後を予測した連続観察

総説の枠組みのうち、ヒトで最初に連続観察したのが Stone らの2003年の研究²です。8例12本の冠動脈を IVUS と2方向の造影で3次元に再構成し、造影剤が区間を通過する時間から流量を求めて ESS を計算し、6か月後に同じ部位を再評価しました。

自己冠動脈では、ESS が低い領域（0.91 Pa 未満を含む区分）でプラークが厚くなり、血管が外向きに広がって内腔は保たれました。生理的な ESS の領域はほとんど変化せず、ESS が高い領域では内腔と血管がともに広がって ESS が下がりました。ステントを留置した部位では、ESS の区分によらず内膜が厚くなっており、ステント内の再狭窄に ESS が関わる程度は限られると著者は考察しています。

計算は定常流・剛体壁・ニュートン流体と簡素で、8例という予備研究です。それでも、計算した ESS が同じ人の同じ部位の将来の変化と対応することを示した最初の結果でした。患者を数百例の規模に広げた研究を 8-2次の記事で扱います。