学位論

文

博士の専攻分野の名称

内容の要

博士（医学）
学位論

文

題

旨
氏名

清水薫子

名

3 次元 CT 気道解析ソフトウェアを用いた気管支喘息における気道リモデリングの解析【背景】気管支喘息は可逆的な気流閉塞と過敏性を特徴とする疾患である。しかし、十分な治療にも関わらず完全に可逆的ではない気流閉塞を生じる場合があり、気道平滑筋の肥厚や基底膜肥厚などを含む非可逆的な構造改築である気道リモデリングが原因であると考えられている。気道のリモデリングの評価方法として、病理学的方法は侵襲が高く繰り返し評価をすることが困難であり、また検体処理による修飾は小さいとは言えない。一方、比較的侵襲が少なく、一度の検査で全気道を評価しうる Computed Tomography (CT)検査が気道リモデリングの評価方法として注目されてきている。CT 画像を用いた気管支喘息の気道リモデリングに関する研究は、2 次元 CT を用いた場合、長軸に対し正確な直行断面のみを評価することが困難であり、また気道は中枢から末梢に行く部位に応じて気道壁厚や内腔面積が異なるため、分枝が混在した評価は適切ではない可能性がある。そのため、我々は分枝を同定しながら、常に気道の長軸に対し直行する短軸像を得ることができる 3次元気道解析ソフトウェアを開発した。
3 次元気道解析ソフトウェアを用いて気管支喘息患者の 3 次から 6 次までの気道病変の間にはどのような関連が存在するかを検討した報告は認めない。また、気管支喘息とCOPD の気道病変を直接比較した研究は CT を用いた研究を含め、ほとんど存在しない。
【目的】
研究 1 臨床安定期の中・高年気管支喘息患者を対象として右肺 8 本の気管支の気道面積を 3 次から 6 次分枝まで測定し、分枝ごとの比較を行い、次に気道分枝毎の気道面積の平均指標と気流閉塞との関連を検討した。
研究 23 次元気道解析ソフトウェアを用いて年齢、性別、気流閉塞が同程度である臨床安定期の気管支喘息患者と COPD 患者の気道病変を比較した。
【対象と方法】
研究 1 生涯非喫煙者もしくは 10 pack-years 以下の喫煙歴をもつ 55 歳以上の臨床安定期気管支患者 59 名を対象とし、通常の加療下に肺 CT、呼吸機能検査を同日に行った。
気道病変の評価には右肺 上葉枝 B1,B2,B3, 中葉枝 B4,B5, 下葉枝 B8,B9,B10 を選択し、それぞれの気道について、区域気管支を 3 次分枝と定義して 6 次分枝までの気道内腔面積(Ai)と壁面積比(WA%)を測定した。Ai を体表面積で補正した Ai/BSA と WA％を気道面積の指標とし、気道面積と気流閉塞との関連をみる検討では 8 本の気管支の分枝ごとの平均値を用いた。
研究 2-1 臨床安定期に 1 秒率<70%である男性、55 歳以上の喘息患者 19 人、年齢、性を一致させた、同程度の気流閉塞をもつ男性 COPD 患者 28 人、1 秒率>70%で呼吸器疾患の既往と呼吸器症状を持たない健常者 13 人。CT のパラメーターは同上。同時に肺内の-950HU 以下の体積（Low attenuation volume: LAV）を測定し、CT で測定した全肺気量（Lungvolume）に対する割合%LAV も比較した。
研究 2-2 上記の COPD 群からランダムに 19 人選択し軽症 COPD 群とし、健常者 13 人、気管支喘息 19 人と北海道 COPD コホート研究参加者から重症 COPD 群を 19 人選択し 4群にて気道病変を比較した。
【結果】
研究 1 3 次から 6 次までの 8 本の気管支の WA%間には一部に有意な相関を認めない組み合わせも存在したが、8 本の気管支の WA%の平均値（WA% mean）は 8 本それぞれのＷＡ％とすべて有意な相関を認めた。WA%mean は内腔面積とは逆に末梢分枝ほど大きくなった。WA% mean は 3 次から 6 次までの分枝間で強い相関を認め、対標準 1 秒量と 3 次から 6 次分枝まで同程度の有意な相関を認めた。
研究 2-1 どの分枝でも WA%は喘息群、COPD 群、健常群の順に大きく、Ai/BSA は喘息群、COPD 群、健常群の順に小さかった。喘息群と健常群では 3~5 次までの WA%、全分枝の Ai/BSA で有意差を認めたが、COPD 群と健常群ではいずれの分岐でも両指標に有意差を認めなかった。喘息群は COPD 群と比較しても全分枝で Ai/BSA が有意に小さかった。%LAV は健常者、喘息群と比較し、COPD 群で有意に大きかった。
研究 2-2 喘息群、重症 COPD 群と比較すると、WA%と Ai/BSA ともに有意な差を認めなかった。軽～中等症 COPD と重症 COPD を比較すると、 5 次分枝の WA%において有意な差を認めた。
【考察】
研究１
臨床安定期の気管支喘息患者において、分枝ごとに 8 本の気管支の気道面積（WA%,Ai/BSA）の平均値を用いた場合、3 次から 6 次分枝の気道面積間には極めて強い相関関係が存在し、臨床安定期の高齢喘息患者においては 3 次から 6 次分枝までの気道病変が同程度に進展する可能性が示唆された。同様の３次元気道解析ソフトを用いた我々の以前の研究で、COPD においては気流閉塞と気道病変の関係について若干異なる結果が得られている。つまり、両者の相関は 3～6 次分枝のなかでより遠位の気管支ほど気流閉塞と指標と良い相関を示し、しかも気道病変の指標のなかでも、気道壁の指標である WA%より気道内腔面積の指標である Ai/BSA がより強い相関を示した。一方、今回の気管支喘息における検討では 3 次から 6 次気管支までの気道病変指標は WA%、Ai/BSA とも気流閉塞指標と一様の相関係数を示している。両疾患で得られた結果の違いの説明としては以下が考えられる。一つ目として、これら二つの疾患では気道リモデリングが著明となる部位が異なる可能性が考えられる。気管支喘息では中枢気道の病変が顕著であり、COPD の病変の主座は末梢気道にあるという仮説に合致する。二つ目としては、気道病変のみが気流閉塞を決定する気管支喘息と異なり、COPD では肺気腫病変の存在により気道の開存に寄与する気道周囲の肺の弾性収縮力の脆弱化が起こる。そのため、ふたつの気道病変指標のなかでも気道内腔面積はとくに気流閉塞とより強い相関関係を呈したと推定することができる。
研究 2
同程度の気流閉塞を呈する場合、CT で評価した 3~6 次分枝の気道病変は COPD 群に比べて喘息群でより顕著であり、気腫病変を反映する CT 上-950HU 以下の体積が COPD 群で有意に大きかった。これは病理学的、生理学的に推測されてきた上記の結果を支持する結果であった。さらに研究 2-2 として 2-1 の喘息群とより重症な COPD 群を比較した。結果、COPD 群もより重症であると、中枢気道病変が喘息群と有意差がない程度に進行することが示された。
【結論】
臨床安定期の気管支喘息患者において、3 次～６次分枝の気道面積間には極めて強い相関関係が存在した。気管支喘息では 3 次～6 次までの気道面積（WA%, Ai/BSA）は気流閉塞と同程度の相関を示し、3、4 次と比較すると 5、6 次の気道面積が気流閉塞とより強い相関を示した COPD における結果と異なっていた。同程度の気流閉塞を呈する場合、CT で評価した 3~6 次分枝の気道病変は COPD 群に比べて喘息群でより顕著であった。