The influence of gravity on regional lung blood flow in humans: SPECT in the upright and head-down posture

MAx, et al.

J Appl Physiol (1985). 2017 Jun 1;122(6):1445-1451.

要旨

この研究論文は、ヒトの肺血流分布に及ぼす姿勢の影響について、直立姿勢と頭を下げた姿勢とで対照的に調べたものである。この研究では、二重同位体定量SPECT（単一光子放射型コンピュータ断層撮影）法を用いて、健康なボランティア8人の肺局所血流をマッピングした。その結果、姿勢が血流分布に大きく影響し、直立姿勢から頭を下げた姿勢になると、血流が基底部から先端部へと顕著にシフトすることがわかった。この再分布は重力の方向と一致するが、肺の構造が重力よりも局所の血流を決定する重要な因子であることも強調された。この研究結果は、姿勢を変えたときの肺血流分布に重力はほとんど影響しないというこれまでの考えを覆すものであり、これまで動物実験が中心であったこの分野に貴重なヒトのデータを加えるものである。

この論文のこの分野での意義は、姿勢の変化による肺血流分布の変化を定量化するために、最新の画像診断法を革新的に用いたことにある。重力と肺構造の相互作用に焦点を当て、肺血流を支配する生理学的メカニズムのより深い理解に貢献する。この研究は、重力が血流分布に影響を与える一方で、肺の構造がより重要な役割を果たすことを実証することにより、これまでの研究を基礎付け、拡張するものである。この研究結果は、呼吸器の健康、肺疾患の治療、異なる身体姿勢における生理学的変化の理解に関する医療行為や研究にとって特に重要である。

Abstract

ヒトを対象とした先行研究では、仰臥位からうつ伏せに姿勢を変える際の肺血流分布に重力はほとんど影響しないことが示されている。本研究では、健康なボランティア8人を対象に、tilt テーブルを用いて直立姿勢とうつ伏せ姿勢の肺局所血流を比較することにより、姿勢の最大限の影響を評価することを目的とした。局所肺血流は、99mTcまたは113mInで標識したヒトアルブミンのマクロ凝集体を、それぞれ直立姿勢と頭臥位姿勢で、自発呼吸中に静脈内注射することにより標識した。両放射性トレーサーは投与後も肺に固定されたままである。放射能の分布は、減衰と散乱を補正した定量的単光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）を用いてマッピングした。画像はすべて自発呼吸中に仰臥位で撮影した。直立姿勢から頭低位姿勢(-80°)に移行すると、血流は基底部から先端部へと明らかに再分布した。われわれは、直立したヒトの肺血流分布には姿勢が関与しており、姿勢の影響、ひいては重力の影響は、水平姿勢よりも直立姿勢や頭臥位姿勢の方がはるかに大きいと結論づけた。

NEW & NOTEWORTHY
二重同位体定量SPECT法を用いて、姿勢の変化により血流が重力方向に再分配されるものの、肺の構造が重力よりも局所血流の大きな決定因子であることを示した。われわれの知る限り、この研究は、直立姿勢と頭を下げた姿勢との間の変化におけるヒトの肺局所血流の変化を定量化するために最新のイメージング法を用いた最初の研究である。

主要関連論文

1. Glenny RW, Robertson HT, Yamashiro S, Bassingthwaighte JB. “Applications of fractal analysis to physiology.” Journal of Applied Physiology, 1991. This paper introduces fractal analysis as a method to understand the complex structures and functions within physiology, including lung blood flow distribution.
2. Wagner PD, Saltzman HA, West JB. “Measurement of continuous distributions of ventilation-perfusion ratios: theory.” Journal of Applied Physiology, 1974. This seminal work laid the groundwork for understanding ventilation-perfusion ratios, a key concept in the study of lung blood flow.
3. Denison DM, Frayer WW. “Effect of posture on the distribution of pulmonary blood flow in man.” Journal of Physiology, 1964. An early study exploring how body posture affects pulmonary blood flow, providing initial insights into the importance of gravity and posture.
4. Jennings G, Prisk GK, Paiva M. “Human pulmonary blood flow with head-down tilt and microgravity.” Journal of Applied Physiology, 1998. This study extends the understanding of pulmonary blood flow into conditions of reduced gravity, offering comparisons with the effects observed in head-down tilt postures.

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