冠動脈硬化の自然歴と血管リモデリングにおける内皮せん断応力の役割 — 分子・細胞・血管の総説
Role of endothelial shear stress in the natural history of coronary atherosclerosis and vascular remodeling: molecular, cellular, and vascular behavior
全身の危険因子は冠動脈全体に及ぶのに、なぜプラークは特定の部位にでき、なぜ一部だけが破裂しやすいプラークに育つのか。
分岐部や湾曲の内側など、時間平均の内皮せん断応力（ESS）が低い部位で内皮が動脈硬化を起こしやすい性質に変わり、初期プラークができます。その後、血管が外向きに広がって ESS が正常に戻れば安定したプラークに、過剰に広がって低い ESS が続けば、炎症と基質の分解が進んで破裂しやすい薄い線維性被膜のプラークに育つという枠組みです。
当社の視点
ESS が単なる危険の印ではなく、プラークの成長と血管の形の変化を通じて自分自身を変えていく量として描かれている点が要点です。血管が外向きに広がると局所の流れが変わり、ESS が正常に戻るか低いまま続くかでプラークの行く先が分かれます。つまり ESS は一時点の値ではなく、形と流れの相互作用の履歴として見る必要があります。血流解析で1回の計算から将来を語るときの限界と、経時的に同じ部位を解析する意義を説明する材料になります。高い ESS が高度狭窄の頸部でびらんに関わりうるという記述も、のちの高 WSS 研究につながります。
扱う範囲
-
01
ESS の定義と流れの分類
ESS は血液粘度と壁での速度勾配の積です。直線部の ESS は一方向で、1心拍のあいだに 1.5〜7 Pa（15〜70 dyn/cm²）の範囲で変動します。低い ESS は一方向のまま時間平均が約 1.0〜1.2 Pa 以下、振動する ESS は向きが往復して時間平均がほぼ0になるものとしています。
-
02
低い ESS が内皮に起こすこと
一酸化窒素の産生低下、LDL の取り込み・合成・透過性の亢進、酸化ストレスの増加、NF-κB を介した接着分子と炎症性サイトカインの発現、平滑筋細胞の遊走と増殖を挙げています。
-
03
血管リモデリングの三つの型
軽度狭窄の動脈硬化冠動脈の約60%は内腔を保つ代償的な外向きリモデリング、約20%は内腔まで広がる過剰な外向きリモデリング、約20%は内向き（収縮性）リモデリングを示すとしています。
-
04
プラークの三つの経過
安定（代償的拡張・小さな脂質核・厚い被膜）、狭窄性（収縮性リモデリング・安定狭心症）、高リスク（過剰な拡張・大きな脂質核・薄く炎症のある被膜・急性冠症候群）に分けています。低い ESS は高リスクへの経過を促し、収縮性リモデリングには直接関わらないとしています。
-
05
臨床への応用
IVUS と造影から3次元の冠動脈を再構成して ESS とリモデリングを追う vascular profiling を紹介し、6〜9か月で内腔・壁厚・ESS の変化を追跡できるとしています。執筆時点で前向き研究 PREDICTION が進行中でした。
総説が示した ESS の範囲とリモデリングの割合
| 項目 | 値 | 補足 |
|---|---|---|
| 直線部の ESS の変動範囲 | 1.5〜7 Pa | 15〜70 dyn/cm²、時間平均は正 |
| 低い ESS の時間平均 | 約 1.0〜1.2 Pa 以下 | 10〜12 dyn/cm²。閾値は種や全身条件で変わるとしている |
| 代償的な外向きリモデリング | 約60% | 軽度狭窄の動脈硬化冠動脈、IVUS 研究 |
| 過剰な外向きリモデリング | 約20% | 血管も内腔も隣接部より大きい |
| 収縮性リモデリング | 約20% | — |
いずれもこの総説が記載・引用した値です。
実務チェック
- ESS を報告するときは、時間平均の大きさと向きの往復（振動）を区別します。
- 1回の計算の ESS から将来のプラークを語るときは、リモデリングで局所の流れが変わり ESS も変わることを書き添えます。
- 低い ESS の閾値は種・部位・全身条件で変わると著者自身が書いている点を踏まえ、絶対値の閾値を一般化しません。
この総説が扱わない範囲
- 破裂しやすいプラークへの経過を示す連続観察の根拠の多くは、糖尿病モデルのブタの研究です。
- レイノルズ数2000を乱流の目安として挙げていますが、拍動して湾曲する冠動脈の流れにそのまま当てはめられる値ではありません。
- ESS の計算手順（再構成・境界条件）の詳細は扱っていません。
書誌情報
| 原題 | Role of endothelial shear stress in the natural history of coronary atherosclerosis and vascular remodeling: molecular, cellular, and vascular behavior |
|---|---|
| 著者 | Chatzizisis YS, Coskun AU, Jonas M, Edelman ER, Feldman CL, Stone PH. |
| 掲載誌 | Journal of the American College of Cardiology（2007） |
| DOI | 10.1016/j.jacc.2007.02.059 |
| PMID | 17599600 |