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-総説
PETと F
D
'
Gによる糖代謝の定量測定法
高木繁治
(脳循環代謝 12:169-173，2
0
0
0
)
キーワード:糖代謝，脳グルコース代謝量，ポジトロン断層装置
はじめに
H\/i 一一 O~ ノ
ポジトロン放出核種を用いてヒトの脳グルコー
ス代謝量 (CMRg
l)測定が可能となるためには，
適当なトレーサーと測定理論が必要であった.
R
a
i
c
h
l
ee
ta
P
勺こよるサルを使った試みは，トレー
1
lC
サーとして用いられた[
Jg
l
u
c
o
s
eが脳内です
みやかに代謝されてl1C
02となって脳から w
a
s
h
o
u
tされてしまうため，定量的な測定は不可能で
O
H
/
¥
T
J
/
¥
o
H
1
1
図 1 グルコースとその誘導体
環状の α型グルコースおよびその誘導体を示す.数
字は炭素の番号であり， 2の炭素に結合している x
がー
の場合はグルコース， _
1
8
Fの場合は [
1
8
F
J・2
-
H
O
あった.
CMRgl定量測定の幕開けは S
o
k
o
l
o
f
fe
ta
P
lによ
る測定理論の提唱とラットへの応用によってなさ
f
l
u
o
r
o
2
d
e
o
x
y
g
l
u
c
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s
eである.
れたといっても過言ではない.彼らは t
h
r
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-
1
4
C
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e
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x
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p
a
r
t
m
e
n
tm
o
d
e
lを 用 い [
を投与し，オートラジオグラフィ一法でラットの
モデルや測定法に改良が加えられ，現在に至って
CMRglを実際に測定してその理論の妥当性を証
d
oe
ta
l
勺こより [
1
8
F
]
_
2
_
明した.ヒトへの応用は I
8
f
l
u
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r
o
2
d
e
o
x
y
Dg
l
u
c
o
s
e(
IF
-FDG) が合成され
てはじめて可能になった. 1
8
F
_
F
D
Gは図 Iのよう
にグルコースの 2の位置の水酸基が1
8
Fで置換さ
れた化合物である.あるいは 2
d
e
o
x
y
g
l
u
c
o
s
e(
2
DG) の水素がフッ素に置換されたといってもよ
い. 1
8
F
F
D
Gを投与してヒトの CMRglをはじめ
l
5
で、ある.その後，
て測定したのは R
e
i
v
i
c
he
ta
1
h
r巴e-compartmentmodel，そして
いる.以下に t
の行っている簡便法を紹介する.
1
. 18F_FDGと three-compartmentmodel
図 2は投与された 1
8
F
_
F
D
Gおよびグルコースの
組織内への移行と代謝を示した t
h
r
e
e
c
o
m
p
a
r
t
-
mentmodelである. Cpぺ Cpは脳毛細血管の血
E*，CEは 脳 組 織 内 の [
1
8
F
J・FDGとグ
柴内の， C
東海大学東京病院神経内科
〒1
5
1
0
0
5
3 東京都渋谷区代々木
現在行われている代表的な測定法を記し，著者ら
1-2-5
ル コ ー ス そ れ ぞ れ の プ ー ル を 示 し ， ま た CMヘ
-169一
脳循環代謝 第 1
2巻 第 3号
血祭
脳組織
E
[
1
8
F
J
F
D
G
l
l
l
K
代謝産物
前駆物質
k
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本
K
3
*
[
1
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C
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l↓
k
4
↓
COz+HzO
宅
至
1
8
F
J
-FDGを 用 い て 求 め る た め の t
h
r
e
e
図2 グルコース代謝量を [
compartmentmodelCpは脳毛細血管の血築中. CEは脳組織内の未代謝物の
プールを示し. CMは脳組織内でリン酸化された代謝産物のプールを示す.
k1から k4は速度定数である. 勺まラジオアイソトープであることを示す.
リン酸とグルコース 6リン酸のコンパートメント
を 示 し て い る . 血 紫 内 に 投 与 さ れ た 18F_FDGおよ
び グ ル コ ー ス は Cp*，Cpで 表 さ れ る 脳 内 毛 細 血
管から同ーの担体により CE*，CEに移行する(速
濃度・カウント数
CMは 脳 組 織 内 の 代 謝 産 物 で あ る [
18FJ-FDG6
ダイナミック法スキャン
除、弘、枝、岳、ミお記ミ恥ミミミ記司、芯お氏、況対話応、、ぷ決伝授明日々ミミ刊
オートラジオグラフイ一法スキャン
ι
労役WA00民投=
1
8
F
ト FDG+
脳内 [
[
1
8
F
]-FDG-6-P
，
* k1:
mg.min-1・g
l
). 組 織 内 に 移
度 定 数 k1
行 し た 18F-FDGお よ び グ ル コ ー ス は 一 部 は 逆 移 行
により血張中に戻り(速度定数 k2*，k2:min-1)，
一 部 は ヘ キ ソ キ ナ ー ゼ に よ り そ れ ぞ れ 18F-FDG6-
デルには含まれていなかったが，ヒトへの応用に
ペHuanget
お い て 非 常 に 早 い 時 期 に Phelpse
ta
l
ト一投
度 定 数 k4*，k4:min-1). k4*， k4は 当 初 の モ
ー一与
化 さ れ て 18F_FDGお よ び グ ル コ ー ス に も ど る ( 速
P
4
され消失する.また一部は極めて緩徐に脱リン酸
G
コース 6リ ン 酸 は 解 糖 系 に は い り す み や か に 代 謝
D
れずに脳組織内に蓄えられるとされるが，グル
aT一
3:min-1
)
. 18F_FDG6リ ン 酸 は そ れ 以 上 は 代 謝 さ
十
一
れ
， CM*， CMプ ー ル に は い る ( 速 度 定 数 k3*， k
Uいれ主対ト
一
日
“
li，F
リン酸およびグルコース 6リン酸へとリン酸化さ
時間
動脈血採血
図 3 ダイナミック法とオートラジオグラフィ一法に
おける採血とスキャンのタイミング
縦軸はアイソトープのカウント数または濃度，横軸
は時間である.上段に示すようにダイナミック法で
は繰り返しスキャンが必要であるが，オートラジオ
グラフイー法では I困のスキャンでよい.下段に示
す動脈血採血は両方法とも共通である.
a
F
)により導入された.
1
) 18F-FDGの 組 織 聞 の 移 動 お よ
このように (
び metabolicpool聞 の 移 行 に つ い て は グ ル コ ー ス
にまで分解されるのに対し， 18F_FDG6-リン酸
と同ーの担体および酵素によってなされ，グル
は代謝をうけず実質的には“トラップ"されて脳
2
) グル
コースの動向を反映すること，および (
組 織 か ら 消 失 し な い ， こ と の 2点 が ， 脳 グ ル コ ー
コース 6リ ン 酸 は 解 糖 系 に は い り 水 と 二 酸 化 炭 素
ス代謝量の測定を可能にしているといえる.
-170
PETと FDGによる糖代謝の定量測定法
表 1 ダイナミック法とオートラジオグラフィ一法による CMRglの計算式日)
(
1
)， (
2
)式はダイナミック法， (
3
)式はオートラジオグラフイ一法による計算式である.動脈血中濃度
E
Tによる脳内の濃度曲線 C1*(t)が必要
曲線はどちらの方法でも必要であるが，ダイナミック法では P
であるのに対し，オートラジオグラフイ一法では I回だけの脳内の濃度 C
i
*でよい. k1*-k4*は速度
umpedc
o
n
s
t
a
n
tである.
定数， Cpは血築中のグルコース濃度， LCは l
*
1
，
.
.
C
i
*(
t
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(
k
ゾ +k
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*ー αl)eαlt+(α2-k
3
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2
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k
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]
1
2
oは c口nvolutionを行うことを示す.すなわち
a(ο0b(t)= J~a(T)b(t ー T)d Tである.
必ずしも実用的な方法とはいえない.
2
. CMRgl値の測定法
b
. オートラジオグラフイ一法
オートラジオグラフィー法は脳の PETスキャ
図 3はダイナミック法およびオートラジオグラ
ンを I回のみ行って CMRglを計算する方法であ
フイー法の採血とスキャンのタイミングを模式的
る.十分なカウント数を得るため，著者らは FDG
に示したものである.いずれの方法も動脈血中の
投与後 45分から 1
5分間のスキャンを行ってい
時間濃度曲線を必要とするため，繰り返し採血を
る. (
3
) 式に動脈血中濃度曲線と脳内のアイソ
行う必要がある.表 1は両方法による k4*を含
トープ濃度を代入し， k1'~k4* は個々の症例で
めたモデルを用いた CMRglの計算式であり，
求めずに標準的な値を使用して CMRglを算出す
6
Phelpse
ta
1
uange
ta
F
)の 論 文 に 紹 介 さ れ て
)，H
る.定常状態の Ci*には速度定数の影響が大部分
いる.
すでに織り込まれているため，
(
3
) 式において
a
. ダイナミック法
k1*~k4* が変化しでも CMRgl に及ぼす影響は
ダイナミック法では動脈血中の時間濃度曲線に
少ない.
加えて脳内の時間濃度曲線が必要であり，スキャ
ンを繰り返し行う必要がある.得られたデータを
3
. ダイナミック法とオートラジオグラ
(
1
) 式は C
i
*(
t
) と Cp* (
t
) に代入し， f
i
t
t
i
n
g
により k1*~k4* を求め，
フィ一法の比較
(
2
) 式より CMRglを
計算する. LCは一括定数 lumpedconstantとい
8
F
_
F
D
Gとグルコースとの速度定数等の差
われ， 1
2つの測定法に共通した問題点として，次の点
があげられる.すなわち
O測定中の全経過において CMRglが時間的に
7
を補正するものであり， 0
.
4
1
8
)が使われる.
この方法は多数回のスキャンを必要とするこ
と
，
変化しないこと，
0グルコースと 1
8
F
F
D
Gの速度定数の比が時間
(
1
) 式のあてはめに非線形最小 2乗法を用
いるため計算が複雑で時聞がかかる，などのため，
的に変化しないこと
171-
脳循環代謝第 1
2巻 第 3号
Olumpedc
o
n
s
t
a
n
tが標準的な値を示す組織で
あること
用とする方法を報告している.しかし著者らの経
験では採血条件により加温静脈血が動脈血を正し
Otissueinhomogeneityの問題，である.
く反映しないことが少なからずみられ，正しい測
CMRglが時間的に変化してはいけないという
定値が得られないことも予期しなければならな
点は，大脳の活動時と安静時の代謝を比較する，
い.動脈血中濃度曲線を採血以外の方法で求める
c
t
i
v
a
t
i
o
ns
t
u
d
yにおいて問題になる.
いわゆる a
方法としては， PETで心腔内側または大動脈内山)
とくに脳機能賦、活時においてたとえ一定の賦活を
の濃度曲親を調べる方法もあるが，脳の検査には
行ったとしても，その結果克進した代謝がおよそ
実用化されていない.
6
0分間の測定時間のすべてにわたって一定に保
一方，動脈血中濃度曲線は個々の症例によって
たれているとは考えがたい.したがって賦活によ
その形に大きな差はないことを利用し，あらかじ
る脳代謝の克進を定量的に測定することは困難と
め求めておいた標準的な動脈血中濃度曲線を利用
言わざるを得ない.
して CMRglを計算する方法が報告されている.
lumpedc
o
n
s
t
a
n
tは (
1
)， (
3
)式の分母に含
Takikawae
ta
F2)の方法は個々の被験者からは 2
まれており，その誤差は直接 CMRgl値に影響す
回の動脈血採血，あるいは加温して動脈化した静
Cが変化している可能性はあ
る.病的組織では L
脈血採血のみを行う方法であり，実際に動脈血濃
り，そのような組織での CMRglの定量値には疑
.
9
9
2と良
度曲線を測定した場合との相関係数は 0
問がある.
好であるという.
また 2つの方法の相違点としては速度定数の影
著者ら l勺土非加温静脈血の 1回採血法を試みて
響があげられる.すなわちダイナミック法では速
JFDG投与後 4
0分 を 経
いる.この方法では[18F
度定数を実際に測定するため，たとえ速度定数が
J
F
D
Gの 分 布 は ほ ぼ 定 常 状 態 と な
過すると[F
司
1
8
変化している病的組織でも理論的には正しい値を
り，非加温静脈血中の吋濃度が動脈血中濃度と
i
t
t
i
n
gを行う際の誤
得ることができるが，一方 f
ほぼ等しくなることを利用している.あらかじめ
差は常に生じうる.これに対しオートラジオグラ
フィ一法では速度定数を測定する際の誤差は生じ
7人の健常者から標準的な時間濃度曲線を求め，
他の 7人において I回採血法の信頼性を検討し
ないが，速度定数の変化が大きい組織では標準的
た.加温静脈血から繰り返し採血する方法で得た
な速度定数を使用するために若干の誤差を生じ
CMRgl値に比べて 1回採血法では1.3
:
!
:
5
.
4
%低
る.したがって速度定数が厳密に正しく測定可能
値を示し，ほぼ正確な測定値が得られることが示
であれがダイナミック法のほうがより正確で、ある
された.
が，正常組織での定量や経過観察などにはオート
おわりに
ラジオグラフイ一法が適しているといえよう.
4
. オートラジオグラフィ一法の簡便法
PETによる脳グルコース代謝測定は PET施設
の増加，測定対象者の増加とともに，より非侵襲
オートラジオグラフィ一法はスキャンの回数が
的，より簡便な方法が模索されている.現在のと
1回のみでよいという利点があるが，繰り返し採
ころ，最良の方法というものはない.目的に応じ
血して動脈血中時間濃度曲線を測定する必要があ
て測定法を選択し，効率的な測定を心がける必要
る.これに対してはいくつかの簡便法が工夫され
カ宝あるといえよう.
ている.
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)は 手 を 加 温
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すでに P
して静脈から“動脈化した静脈血"a
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文 献
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PETと FDGによる糖代謝の定量測定法
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3
) 高木繁治，篠原幸人，高橋若生，他:標準静脈
濃度曲線と非加温静脈 1回採血による PET脳グ
ルコース代謝量の定量(抄).核医学 3
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司
1
7
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.原著
"8PECTの検討
文献的考察ー
優湾j
k衣斐
達
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， 佐橋
功a
要 旨
成人単純ヘルペス脳炎(以下 HSE) 4例につき， 9
9
m
T
c
E
C
Dを用い SPECTを経時的に観察し， 1
田1
開 守 c-HMPAOを用いた既報告の結果との比較検討を行なった.結果:急性期 SPECTでは 3例
IMP，
E
は病変部に対応して高集積を認め， 1例は等集積であった.経時的検討では他のトレーサーによる既報
告所見に比し早期により等 低集積を示した.考按:HSE例での 9
9
m
T
c
・
ECDSPECTでの低集積は， HSE
による脳組織破壊により脳内のエステラーゼ活性が欠如し， 9
9
m
T
c
E
C
Dの保持機構に障害が生じたため
と考えられたが，間接的に HSEにおける脳実質の障害を表現していると推測され， HSEの予後評価法
となりうると考えた.
(脳循環代謝
1
2・1
7
4
1
7
9，2
0
0
0
)
キーワード:単純ヘルペス脳炎， 9
9
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T
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r，脳血流シンチ，頭部 MRI
2
. 対象および方法
1
. はじめに
1988年 Launes1
)
により，単純ヘルベス脳炎 (
h
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-
対象は HSE4例(男 3，女 1;年齢 42~60 歳)
pessimplexv
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t
i
s;以下 HSE) の 診
につき，臨床所見，脳血流 SPECTお よ び MRI
断に脳血流 SPECTの有用性が確認され，補助手
を含む画像検査を経時的に検討した.
MRIは GE杜 の SignaHorizon1
.5T を 使 用 し
段 と し て 早 期 診 断 に 利 用 さ れ て い る が ， 回m
T
c
-
ECDをトレーサーに用いた報告は数少ない 2叶 .
た.パルスシーケエンスはスピンエコー法及び
我 々 は HSEに つ き 9
9mTc-ECD脳 血 流 SPECT
去を用い， T1強調{象で
ファーストスピンエコー j
所見を経時的に観察し， 1
2
3
I
_
I
M
Pや田 mTc-HMPAO
8ms，
T2強調像では TR3000
は TR333ms，TE1
を用いた従来の方法との比較を文献を加えて考察
ms，TE96msのパラメーターで， 6mmスライ
した.
スと 2.5mmギャップで検討し，水平断および冠
状断を撮像した.造影剤は Gd-DTPA-BMAを使
用した.脳血流 SPECTは蜘Tc-ECDを使用し，
600MBq静注し， 1
5分後よりデータの収集を開
始した. PICKER杜 製 PRISM2000xPDualHead
1)県立岐阜病院神経内科
回転式ガンマカメラを用い， OdysseyVP杜の解
目愛知医科大学第 4内科
干5
0
08
2
2
6 岐阜県岐阜市野一色
4-6-1
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e128x128，1s
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析装置を使用した. Matrixs
-174-
単純ヘルペス脳炎の脳血流
表1 C
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F剖 創 刊 (mg/
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時何
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・
SPECTの検討
6
。で2
0秒収集した.データは B
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で前処理後に画像を再構成し. 6
0mm
/
p
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x
e
lで検
討し，脳血流の定量はパトラック法を用いた.な
お. SPECTは経時的に観察し (
2回:1例. 3回:
2例. 2回:1例).側頭葉の患側，健側のカウン
ト比を用いて経時的変化を検討した.
図 1 神経放射線学的所見
図 1A (症例 1
)
左:急性期
右
SPECT;左前頭側頭葉に高集積を認める.
急性期 MRIT2W1
;左側頭葉内側に高信号域を認める.
図 1B (症例 2
)
左:急性期 SPECT;左右側頭葉に差はなく，左側頭葉内側に低集積を認める.
右:急性期 MRIT2W 1:左側頭葉内側に高信号域を認める.
図 1C (症例 3
)
左:急性期
SPECT;左側頭葉に高集積を認める.
;
:
左側頭葉内倶J
Iに高信号域を認める.
右:急性期 MRIT2W1
)
図 1D (症例 4
左 :急性期 SPECT;右側頭葉に高集積を認める.
右 :急性期 MRIT2W 1;異常所見は認めない.
175-
会
1
%
脳循環代謝
3
.結
第1
2巻
第 3号
4
.考
果
察
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n3例
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r1例.身体所見では全例に四肢
麻痔はなく， 3例(症例 1
3
)に失語症を認めた.
HSEでは急性期 SPECT像で病変部に高集積
を認める特徴的画像より， HSEの早期診断の補
助検査として有用とされているト凶.また， PET
髄液検査は，細胞数の増多があり， PCR法にて
を用いた HSEの検討では，病変部において c
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単純ヘルベスウイルス (
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臨床所見(表 1
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以下 HSV) を確認した.治療として早期よりア
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おり，脳梗塞と同様 HSVEでも l
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n
を呈すると報告されている 14)
シクロピル(1.500mg/日)と抗脳浮腫薬等を全
例に使用した.後遺症は 3例(症例 1
3
) に認め
た.
今回使用した田町'Tc-ECDの脳内保持のメカニズ
脳 SPECT所見(図 1A
・
D) :急性期は，左側
頭葉の高集積 2例(症例 1
，3
)，左右の等集積か
ムは，立体特異的脱エステル反応による水溶化へ
っ側頭葉内側低集積 l例(症例 2
)，右側頭葉の
の変換によるとされているが，その変換はエラス
高集積 1例(症例 4
) があった.また健側と経時
ターゼによって媒介される酵素反応であると考え
的な比較では(表 2
)，発症 1カ月以内に等集積
られている回.また，田mTc-ECDは 他 の ト レ ー
から低集積に移行した. MRI所見(図 1A
-D)
サーと異なり，脳梗塞亜急性期に低集讃を呈する
急性期 MRIでは， 3例(症例 1
3
) に T2強調像
と報告されている附)しかし，近年脳梗塞亜急
で左側等葉内側を中心に高信号域を認めたが，造
Tc-ECDを用いた検討で， d
y
性期における蜘'
影効果が極軽度であった.症例 4は MRI異常は
namicSPECTでは高集積を呈したのに対し，
s
t
a
t
i
cSPECTでは，低集積を呈したことが報告
され，この低集積はトレーサーの保持機構に障害
認めなかった.
があると考えられているべ
一方， Tohyamaらは，発症 2週間後の HSVE
表 2 経時的変化
{カウント比)
・
同
一
'ー-0-ーー
1
.4
織田剛司車窓越¥繰限軍事府県
-cト一
一企ー
症例 1
症例 2
症例 3
症例4
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1
.0
0
.
8
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.
6
0.
4
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.
2
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目
。
10
20
30
40
50
60
70
80
(日)
1
7
6
単純ヘルペス脳炎の脳血流 SPECTの 検 討
表 3 HSEと各種 SPECTの報告
報告例
トレーサー
高集積(病日)
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HMPAO
IMP
HMPAO
HMPAO
HMPAO
IMP
HMPAO
HMPAO
IMP
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HMPAO
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HMPAO
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4-25
2
8
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5
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15-7週
4-17
4-28
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今村(19
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松嶋(19
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1
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6
)
黒川(19
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)
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等集積(病日)
低集積(病日)
37-165
1
8週
81-144
7
0
64-99
9
0-1
4
4
9
1
1
7
5
3カ月
1
2週
4
8
2
6
6
0
3
1
3
5
8
5
3
1
自験例
2
3
4
2
ECD
ECD
ECD
ECD
3
7
例で蜘'Tc・ECDを用いた検討を行い， dynamic
32-77
1
3
一7
6
23-58
1
6
2
1
9
のではないかと考えた.
0秒後の撮影では高集積を示
SPECTでは注入 8
また，症例 2では急性期より側頭葉内側に低集
したが， 1
0分後の撮影では washoutされ低集積
積を認めたが，臨床症状や MRI上症例 1
，3と大
になったと報告し，その機序として ECDエステ
きな相違を認めないことから，病初期より何らか
ルは一時的には脳組織内に流入するが，これを保
の理由で脳内エステラーゼ活性が低下し，蜘'Tc-
持するメカニズムが障害されるため washoutさ
，
れてしまうと考察している 2) また， Rieckら4)は
ECDの脳内保持機構が障害されたと考えられた
HSE例
で、 99mTc_HMPAOと99mTc-ECDの 2方法を
検討していきたい.
が，今後症例を蓄積し，急性期像の相違について
使用し，前者では高集積を呈するのに対し後者で
以上， HSE例での蜘Tc-ECDの使用経験を報
は低集積を示したと報告し， HSEでの集積像は
告した.蜘'Tc-ECDは他のトレーサーと異なった
脳血流のみではなく，細胞膜や細胞内の代謝障害
経時的変化を示し，その変化は HSEの予後評価
がトレーサーの脳内動態を変化させ集積の相違が
の指標となりうることを示唆した.
生じたと考察している.
さて，自験例の検討では，全例とも他のトレー
サーを使用した既報告(表 3
) に比べて早期より
等 低集積を示したが，この低集積の機序は， HSE
の脳組織破壊により，脳内のエステラーゼ活性が
欠如し蜘Tc-ECDの保持機構に障害が生じたため
と考えられた.そして，この保持機構の障害は，
間接的に HSEにおける脳実質の障害を表現して
いると推測され， HSEの予後評価法となりうる
-177
文 献
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2巻 第 3号
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) SchmidbauerM，Podreka1
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.JCompA
s
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tTomo1
5:
，1
9
91
.
811-815
8
) 今村徹，園谷健治:単純ヘルペス脳炎の s
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ne
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s
i
o
nCT 患側側頭葉の高集積にとも
なう前頭頭頂葉低集積所見の意義について .
臨床神経 3
1:
1182-1185，
1
9
91
.
9
) 石黒英明，福原信義，新田永俊，馬場広子 :SPECT
で局所異常を認めた単純ヘルペス脳炎.神経内
科 3
7
:22-24
，1
9
9
2
1
0
) 松嶋栄治，清水保孝，安住敏雄，佐久間研司，
北野あゆみ:診断上 SPECTが有用で、あった単純
，
ヘルペス脳炎の 1例.松江日赤医誌 5:70-75
1
9
9
3
.
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K OnoS，OtsukaN，
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YanagimotoS，TomomitsuT，MuranakaA，F
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，YasudaT，T
eraoA，FukunagaM :
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.KawasakiMed1
9:
479
9
3
.
5
1，1
1
2
)長谷川嘉哉，森下学，池田隆，錫村明生:
単純ヘルペス脳炎早期診断における SPECTの有
用性について-MRI正常例を中心に一.臨床神
経 3
6:
475-480
，1
9
9
6
.
1
3
) 黒川泰任，石黒雅敬，稲垣徹，柴田和則，三
上準ー，高橋八三郎:単純ヘルペス脳炎の経時
的な SPECTと MRI所 見 の 変 化 . 脳 神 経 4
9
:
，1
9
9
7
.
163-169
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1
4
) TanakaM，U
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.AnnN
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lMed
9:
43-45
，1
9
9
5
.
1
5
) 井上優介:脳血流シンチ製剤の集積機序.核医
学 3
5:
93-97
，1
9
9
8
.
1
6
) 小笠原邦昭，藤原悟，吉本高志:脳梗塞急性
期のl
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namicSPECT. 核医学 32:1241-1247
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1
7
) 中 川 原 譲 二 :SPECTと PET.TheF
39
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. 脳卒中学.医学書院，東京， p1
1
5
4
，1
9
9
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.
司
四
1
7
8一
単純ヘルペス脳炎の脳血流 SPECTの検討
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-179
.原著
?職麗管反応性の評価:CO吸入法と
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e静注法の比較検討
久保達彦，鈴木明文，長田
乾，佐藤美佳，則村伸悟
畑津
額九菅野
巌九平田
混ヘ安井信之司
要
1
:
.
目
一側性脳主幹動脈狭窄・閉塞 1
5例において P
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i
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nTomography (PET) を用いて安静時
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)，C02吸入時脳血流量 (
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C
B
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)，a
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a
C
B
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)，脳酸素
摂取率 (
OEF)，脳血液量 (CBV) を測定し， C02吸入法による脳血管反応性と a
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e静注に
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oが低下し， OEFが
よる脳血管反応性を比較検討した.その結果，脳潅流圧を反映する CBF
克進し， a
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l現象が観察された病側半球では， C02吸入法に
よる結果と a
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e静詮法による結果が有意に相関した.
(脳循環代謝
12:180~188 ，
2
0
0
0
)
キーワード:脳虚血，脳血管反応性，アセタゾラミド， CO
吸入，PET
2
.
1目
的
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近は同一症例で a
も行っている 8)
そこで， P
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nEmissionTomography(PET)
虚血性脳血管障害例において脳血管反応性を評
を用いて行った CO
c
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e静注
2吸入法と a
価することは，症状発現の原因として血行力学的
法の結果を脳潅流圧との関連で比較検討すること
な機序の可能性を診断するうえで重要であるリ
により，脳血管反応性の評価法としての信頼性を
さらに，血行再建術の適応を決める指標にもな
検討した.
る2-5) 現在，脳血管反応性の評価法として CO2
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e静注法日叫がある. C02
吸入法6-8)と a
1
1
. 対象と方法
吸入法は動脈血炭酸ガス分圧 (
P
a
C
0
2
) を測定す
ることにより吸入の効果が評価出来るが， PaC02
対象は 1
9
9
7年 7月から 1
9
9
8年 1
1月までに当
の増加は症例によって異なる. a
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e静
センターに入院した虚血性脳血管障害 1
5例であ
注法は動脈血ガス分圧や pHの測定を行っても静
0例，女 5例で，年齢は 51-78歳，平均
る.男 1
注の効果は評価出来ず，用量・時間依存性はある
6
5歳であった.いずれもー側の内頚動脈もしく
が，ほほ一定した効果を及ぼすと考えられてい
は中大脳動脈主幹部 (M1
) に狭窄または閉塞を
る11) 我々は従来 CO2吸入法を用いてきたが，最
，
有する，内頚動脈閉塞 4例，内頚動脈狭窄 5例
秋田県立脳血管研究センター・脳卒中診療部，放射線
科ヘ神経内科ペ脳神経外科3)
〒0
10
→0
8
7
4 秋田県秋田市千秋久保田町 6-10
中大脳動脈主幹部閉塞 2例，中大脳動脈主幹部狭
5例中 4例は無症候性でその中
窄 4例である. 1
の I例は大動脈炎症候群であった .11例は脳梗
1
8
0一
脳血管反応性の評価:C02吸入法と acetazolamide静注法の比較検討
Table1
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ldiagnosesandchangeso
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case1-7;A group，case8-11;
B group，case12-15;C group
t:
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t:
l
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tIC:internalcarotidartery，
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:female.m :male，r
MCA:
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HC:
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D M:diabetesm
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cerebralbloodvolume.OEF:
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1
1
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9
1
1
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20
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3
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.
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0
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3
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回目
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11
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8
1
10
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8士2
.
9 0.
41土0
.
0
5
/
0.
4
4土0
.
0
6
叩曲目
c
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2 rt-MCAs
t
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c
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5
/
11
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.
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.
3
8土0
.
0
3
/
0
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4士0
.
0
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4
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8 9
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9
9
.
8士1
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1
0
.
3土1.3 0
.
4
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.
0
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0.
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1
1
5
.
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.
1 0.
4
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.
0
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0.
4
4:
1
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.
0
4
DM
4
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8
9
.
7土2.
c
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7
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1
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.
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0
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0.
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HC
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1
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.5
1
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9土5.
50
.
5
1土0
.
0
4
/
0
.
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5
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1
1
2
.
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.
00
.
5
4土0
.
0
5
/
0
.
4
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f
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.
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n
6
4
.
9
5
.
0
2
(
m
e
a
n土 S
D
)
)onimagesofpositronemissiontomograF
i
g
. 1 Locationso
fregiono
fi
n
t
e
r
e
s
t(ROI
phy (PET)，
塞発症で，アテローム血栓性が 9例，心原性が l
TOMEVを用いた. CI50吸入により安静時脳血
例で、あった.脳梗塞発症例における神経学的脱落
液量 (CBV)， 1502吸入により安静時脳酸素摂取
症状は軽度であり，閉塞症例における側副血行は
率 (OEF) を測定した後，
良好であった.梗塞巣は長径で 3cm以下であり，
静時脳血流量
脳梗塞発症例においては発症から PET施行まで
脳血流量
5日であった.PETは島津製作所製 HEAD平均 2
後の脳血流量
181
5
H
1
0静 注 法 に よ り 安
(r-CBF)，次いで'7%C02吸入時の
(c-CBF)，acetazolamide1
.000m g静注
(a-CBF)
をそれぞれ測定した. 7 %
脳循環代謝第
1
2巻 第 3i
子
F
i
g
.2 I
m
a
g
e
so
fp
o
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lm
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t
a
b
o
l
i
cr
a
t
eo
fo
x
y
g
e
n (CMRO，
CO，は測定の 1分前から吸入を開始し，スキャン
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e1
.
0
0
0mgは測
中も吸入を続けた. a
%c.CBF=
8
t
.
PaC0
2
Jx1
0
0
)
[
(
c
.
C
B
F-r
.
C
B
F
)/r.CBF
/
0分前から 2分 間 か け て 静 注 し ， 静 注 終 了
定の 1
%a.CBF=[
(
a
.
C
B
F-r
.
C
B
F
)/r
C
B
F
Jx1
0
0
から 8分 後 に 測 定 を 開 始 し た . H~50 静注法によ
1
1
1
. 結果/解析
るスキャン時間は 3分間である.今回の対象例か
らは 7%CO
，吸入で P
aC02の 上 昇 が 3mmHg未
対象例において CO
.
0:
t
2吸入により PaC02は 5
満であった症例は除外した.
PETの 解 析 は 被 殻 ・ 視 床 レ ベ ル お よ び 側 脳 室
2.0mmHg上昇した.平均血圧は CO2
吸入時に 6
.
7
レベルの軸位像 2スライスで行った.梗塞巣を除
:
:
t5
.
2mmHg，a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静 注 時 に 5
.
1
:
:
t6
.
8
い た 中 大 脳 動 脈 皮 質 校 領 域 に 直 径 16mmの 円 形
の健常成人 2
0例
mmHg上昇した.当センターで、
関心領域
(ROI)を合計 2
0f
l
i
l設 定 し ， 以 下 の 算
(28-69歳 ) で 測 定 し た HEADTOMEVに お け
出式により r
.CBFに 対 す る c.CBFの PaC0
21
る CBF
/
CBVr
a
t
i
oの正常備は 1
5
.
5:
t4
.
1(
1S
D) /
mmHg当 た り の 変 化 率 (%c-CBF)， r.CBFに対
する a
・
CBFの 変 化 率 (%a
・
CBF)， お よ び 組 織 潅
minで あ っ た . そ こ で CBF
/CBVr
a
t
i
oの 正 常 下
限を 1
1
.4
/minと し て 対 象 例 を 次 の 3グ ル ー プ に
/
CBVr
a
t
i
oを算出
流 圧 の 指 標 と さ れ て い る CBF
分類した . Aグループは病巣側半球の CBF
/CBV
した lト
1
3)
r
a
t
i
oが 正 常 範 囲 で あ っ た 7症例， Bグ ル ー プ は
また， 左 右 大 脳 半 球 別 に 平 均 値 も 求 め
た (
T
a
b
l
e，
1 F
i
g
.1
)
.
病巣側半球の CBF
/
CBVr
a
t
i
oが低下した 4症例，
t
.
PaC0
=
2
Cグ ル ー プ は 病 巣 側 半 球 で CBF
/CBVr
a
t
i
oが 低
下し， a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e負 荷 で CBFが 減 少 し s
t
e
a
l
一安静 H
(
C
0
2吸 入 時 PaC02
寺PaC
0
2
)
1
8
2
脳血管反応性の評価:C
0
21吸入法と
a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静注法の比較検討
F
i
g
.3 I
m
a
g
e
so
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s
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t
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i
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o
m
o
g
r
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p
h
yi
nc
a
s
e1
0 (Bg
r
o
u
p
)
A:r
・
C
B
F
.B
:
c
C
B
F
.C
:
a
C
B
F
. D:
C
BV.E:OEF. F:
CMRO
，
プの代表症例を紹介する.
3
.
6ml
/l
O
Oml
/minであった. 7%CO2
脳半球で 3
l
吸入による c-CBFと%c-CBFは病巣側で 3
9.3ml
<症例 1:
A グループ>
/1
0
0ml
/min，5.7%， 健 常 似J
Iで 4
0
.
2ml
/1
0
0ml
/
現象が観察された 4症例である.最初に各グルー
6
7歳，男性 (
C
a
s
e2
).左中大脳動脈主幹部 (M
min，4.1%であった. a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静注による
1
) 狭窄症による脳梗塞で発症した. 7%CO2吸入
a-CBFと%a-CBFは 病 巣 側 で 4
8
.
7ml
/1
0
0ml
/
r-CBFは
min，
57.3%，健常似J
Iで 5
2
.
3m ml
/l
O
Oml
/min，5
5.
4
による ~PaC02 は 4.2mmHg であった.
綴塞巣を除く病巣側大脳半球で 4
6
.
0ml
/1
0
0ml
/
%であった.CBF
/CBVr
a
t
i
oは病巣側で 9.
7
/min，
mm. 健 常 側 大 脳 半 球 で 4
3.
1m1
/100ml
/
minで
健常側で 1
1
.6
/min，OEFは病巣側で 0
.
3
8，健常
あった. 7%C0
2吸入による c-CBFと%c-CBFは
側で 0
.
3
4であった (
F
i
g
.
3
)
.
病巣側で 6
2.
3ml
/1
0
0ml
/min，
8.6%，健常側で 5
8
.
2
<症例 3:Cグループ>
m1
/1
0
0ml
/min，8.3%であった. a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e
5
2歳，男性 (
C
a
s
e1
2
)
. 左内 頚動脈閉塞例に
静注による a
・
CBFと%a-CBFは病巣側で 6
2.
1ml
よ る 脳 梗 塞 で 発 症 し た . 7%C0
投入による
21
/1
0
0ml
/
min，35.6%， 健 常 側 で 5
9.
5ml
/1
0
0ml
/
~PaCO，は 4.8mmHg であった.
min，37.9%であった .CBF
/CBVr
a
t
i
oは病巣側
大脳半球で 3
2
.
5ml
/1
0
0ml
/
min，健常側大脳半球
で1
6
.
9
/
m
i
n，健常側で 1
5
.
3
/min，OEFは病巣似J
I
で4
0.
8ml
/1
0
0ml
/minであった. 7%CO2吸入に
r-CBFは病巣側
で0
.
3
6，健常側で 0
.
3
5であった (
F
i
g
.2
)
.
よる c-CBFと%c-CBFは病巣側で 3
5
.
4ml
/1
0
0ml
<症例 2:Bグループ>
/min，2.0%， 健 常 側 で 5
1
.
5ml
/1
0
0ml
/min，5
.
2
6
2歳，男性 (
C
a
s
e1
0
)
. 無症候 性の右中 大脳
%であった. a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静注による a-CBFと
動脈主幹部 (M1
) 狭窄例である. 7%C021
股入
%a-CBFは 病 巣 側 で 2
8
.
0ml
/1
0
0ml
/
min，-1
3.
8
r-CBFは
%.健常侭J
Iで 5
9.
8ml
/1
0
0ml
/min，46.
6%であっ
病巣側大脳半球で 31
.0ml
/l ml
/
min，健常側大
た. CBF
/CBVr
a
t
i
oは病巣側で 9
.
8
/min，健常側
による ~PaC02 は 4.8mmHg であった.
∞
1
8
3一
脳循環代謝第
1
2巻 第 3号
F
i
g
.4 I
m
a
g
e
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o
g
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p
h
yo
fc
a
s
e1
2(
Cg
r
o
u
p
)
:c
C
B
F，C
:a
C
B
F，D
:CBV，E
:OEF，F
:CMRO
，
A
:r
C
B
F，B
球では静注前の安静時より CBFが減少し s
t
e
a
l
=
0
.
6
1
7，健常側 :Aグループ;r
'
=
0
.
8
5
5，Bグルー
プ;r
'
=0
.
9
3
，
1 Cグループ;r
'
=
0
.
6
9
4
)
. r-CBFと
a-CBFの関係も各グループとも病巣側および健
現象が観察された.病巣側大脳半球では CBF/
常側大脳半球で有意な相関を認めた(病巣側
CBVr
a
t
i
oの低下， OEFの 充 進 傾 向 も 認 め ， 脳
血管反応性の低下が示唆された (
F
i
g
.4
)
.
r-CBF， %
ひCBF，%a-CBF， OEF， CMR02
，
OEF，CBVについて A，B，C各 グ ル ー プ 聞 の
2
グループ;r
'
=
0
.
6
4
1，Bグループ;r
=
0
.
7
0
，
1 Cグ
2
'
=
0
.
4
5
8， 健 常 側 :Aグ ル ー プ ， r
=
ル ー プ ;r
2
0
.
7
8
5，Cグループ;ザ=
0
.
6
5
2，Bグ ル ー プ ;r=
0
.
5
5
7
).しヵ、し， CBVと c-CBFの関{系は Bグルー
比較を半球平均値で検討ーした.健常側大脳半球に
プでのみ病巣側および健常側大脳半球で有意な相
5
.
9
/
m
i
n，OEFは病巣側で 0
.
4
9，健常側で 0
.
4
4
で1
であった. a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静注後の病巣側大脳半
:A
おいては各グループ間で有意な違いを認めなかっ
関を認めたが，他のグループでは有意な相闘を認
た.しかし，病巣側大脳半球においては Cグルー
めなかった(病巣側
プがA.Bグループにくらべて OEFが 有 意 に 充
2
グループ;ピ=0
.
4
4
9，Cグ ル ー プ ;r
=0.
11
3，健
進し (
t
=-3
.
7
2
8，p
<
O
.
O
l
)
， %a-CBF (
t
=
8
.
12
5，
2
常但I
J
:A グ ル ー プ ;r
=
0
.
2
3
7，Bグ ル ー プ ;
r
2
=
p
<
O
.
O
l
) と%c-CBF (
t
=
2
.
3
5
7，p
<
0
.
0
5
) は有意に
T
a
b
l
e2
)
.
低下していた (
A，B，C各グループにおいて r-CBFと c-CBF，
a-CBFの相関，および CBVと c-CBF，a-CBFの
-CBFと c-CBFの
相聞を回帰分析で検討した. r
'
=
0
.
0
0
2
)
. CBVと a-CBFの
0
.
5
4
2，Cグルーフ。;r
関係も Bグループでのみ病巣側および健常側大
関係は各グループとも病巣側および健常側大脳半
球で有意な相闘を認めた(病巣側
:Aグループ;
2
r
'
=0
.
8
5
1，Bグループ;r
=
0
.
8
9
2，Cグループ ;
r
2
-184
:Aグループ;r
'
=
0
.
0
8
9，B
脳半球で有意な相関を認めたが，他のグループで
は有意な相聞を認めなかった(病巣側
:Aグルー
'
=
0
.
0
6
2，Bグループ;ピ=
0
.
3
3
5，
Cグループ;
プ;r
r
'
=
0
.
0
2
3， 健 常 側 :
Aグループ;ザ=0.237，Bグ
'
=
0
.
3
5
3，Cグループ;ピ=
0
.
0
01
).
ループ;r
さらに， %a-CBFと%c-CBFの関係を A，B，
脳血管反応性の評価:C
02吸入法と a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静注法の比較検討
T
a
b
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3士3
.
9
(
m
e
a
n土SD)
C各グループにおいて回帰分析で検討した. A，
した後の現象と捉えられている.従って，強制的
Bグループの病巣側および健常側大脳半球と C
グル}プの健常側大脳半球では有意な相聞を認め
することにより，組織濯流圧低下の程度を間接的
:Aグル}プ;r2=0，
1
. Bグ
にせよ評価することが可能と考えられる. CO2は
なかった. (病巣側
に PaC02を増加させ脳血流の C02反応性を評価
2
2
=0.
108， 健 常 側 :Aグループ， r
=
ル ー プ ;r
2
121，Bグ ル ー プ ;r=0.027，C グ ル ー プ ;r2=
0.
脳血流を調節する最も重要な化学物質で，強力な
0.
19
3
).しかし， Cグループの病巣側大脳半球に
は，脳組織 CO2濃度の上昇のみでは脳血流は増
おいては有意な相闘を認めた (y=-18.08+3.383
加しないことが知られ，C02が直接脳血管に作用
X;r2
=
0
.
5
4
7
)(
F
i
g
.5
:A-C).
するのではなく， H2
0+C02→ W+HCOiの反応で、
脳血管拡張作用を有しており，作用機序に関して
生じた H+が平滑筋に作用し脳血管が拡張すると
I
V
.考 察
考えられている.一方， acetazolamideは脳組織
や赤血球内に多量に存在する炭酸脱水素酵素の阻
CO2吸入法はマスクによる吸入のため一定量を
害剤であり，主として赤血球の炭酸脱水素酵素に
一定時間吸入させても CO2ガスの漏出や過換気
作用し，脳からの CO2洗い出しの減少と CO2の
により ilPaC02が被験者によって異なる.そのた
脳血管平滑筋への逆拡散を増加させ，これが炭酸
め，脳血管反応性を脳血流変化で評価する場合標
脱水素酵素により H+を生じ，脳血管を拡張させ
準化が必要であり，従来，1PaC021mmHg当たり
ると説明され，最終的には CO2負荷と同じ機序
の脳血流変化率を算出し評価してきた.今回は
により脳血管を拡張させると考えられているが，
CO2吸入により ，
1
PaC023mmHg以上の症例を対
acetazolamideは脳血管に対し maximumd
i
l
a
t
o
r
象例としたが， ilPaC02が小さいと測定誤差の影
といわれるほど強力に作用する. acetazolamide
響が大きくなり算出した脳血流変化率の信頼性が
，
1000mg静注時の脳血流変化率は，1
PaC02が 1
0
乏しくなると考えたためである.
mmHg上昇した場合の変化率に相当すると考え
後藤ら凶によれば潅流圧反応性血管と CO2反応
られており 11)， 今 回 の 研 究 結 果 に お い て も
藍流圧低下によりまず潅
性血管は別々に行動し ，i
PaC02に換算すると 9.4mmHgに相当し， C02
，
1
流圧反応性血管が拡張し，潅流圧低下がさらに進
吸入法と比較した場合は倍の効果が得られると考
行すると C02が蓄積し C02反応性血管が拡張す
えられ， acetazolamide静注法によれば脳血管拡
る.即ち， C02反応性の低下は濯流圧低下が進行
張能の違いが CO2吸入法にくらべて顕著に観察
-185一
脳 循 環 代 謝 第 12巻 第 3号
A)
B)
(
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出来ることが可能である.よって，拡張能が乏し
検討では，各グループとも r-CBFと c・CBF，a
-
い領域から拡張能に余裕がある領域に脳血流の
CBFの聞に有意な相関を認めた.すなわち，虚
s
t
e
a
lが観察される場合もある.
血脳における残存血流量が減少するに従い脳循環
脳循環には，潅流庄の変化に対して脳血流量を
予備能も低下していた.代謝予備能については，
一定に保つ機能が備わっており，脳循環自動調節
CBF/CBVr
a
t
i
oが低下し， acetazolamide負荷に
脳と呼ばれる.濯流圧は脳循環の最も重要な因子
て steal現象が認められた C グループの病巣側大
であるが，これを臨床的に直接測定することは困
脳半球では OEFの克進傾向を認めた .Cグルー
難で，濯流圧の変化に伴っておこる脳循環の生理
プの病巣側大脳半球は残存血流量の減少に伴って
学的変化を測定することによって， i
藍流圧の低下
脳循環予備能つまり脳血管反応性が著明に低下
を推定することができ， CBF/CBVr
a
t
i
oは
， .
i
藍
し，代謝予備能により脳代謝を補填しており，病
流圧に並行して変化する指標として用いられてい
る12.
13
)血管の閉塞や狭窄した末梢域では，まず血
期が進行すれば脳梗塞に陥る可能性が強く示唆さ
管の拡張を反映して血液量が増加し， CBF/CBV
る重要な所見である.また，
れた.脳梗塞予防のための血行再建術が考慮され
CO2吸入法で評価し
r
a
t
i
oの低下が起こる.さらに湛流圧が低下する
た PaC021mmHg当たりの脳血流変化率 (%c-
と，血流量が低下し始め，さらに CBF/CBVr
a
t
i
o
CBF) と acetazolamide静注法で評価した脳血流
が低下する.この現象に着目し， CBF/CBVr
a
t
i
o
変化率 (%a-CBF) が有意な相関を示したのは脳
の観点より 3グループに分類した.今回の我々の
循環予備能つまり脳血管反応性が著明に低下した
-186
脳血管反応性の評価:C02吸入法と a
c
e
t
a
z
o
l
a
m
i
d
e静注法の比較検討
Cグループの病巣側大脳半球のみであった.
今回の検討では A グループ， Bグループの病
脳血管反応性の低下を把握することが可能で、あ
巣側大脳半球は C02吸入によっても acetazola-
り，血行再建術の適応を検討する上ではより良い
mide静注によっても CBFの増加を認め脳血管反
指標になり得ると考えられた.
法に較べ acetazolamide静注法の方がより確実に
応性が保たれていた.健常側大脳半球や脳血管反
応性が良好な病巣側大脳半球では %c-CBFと%aCBFの聞に有意な相闘を認めなかった.脳血管
反応性が良好な程 C02吸入による効果と acetazolamide静注法による効果に相関性が得られな
かった理由として， C02吸入法は acetazolamide
静注法に較べて脳血管拡張作用も半分程度しかな
く
， C02負荷の効果が被験者の状況により左右さ
れやすい.また，側副血行は良好ではあったが，
細動脈硬化の程度により脳血管拡張能に影響を及
ぼしたためと考えられる .Cグループの病巣側大
脳半球では C02吸入によっても acetazolamide静
注によっても s
t
e
a
l現象を認めており脳血管反応
性が著明に低下していた. acetazolamide静注法
による脳血管拡張効果が C02吸入に較べて強力
で、あっても，脳血管反応性が不良な程両者の脳血
管拡張効果の違いは少なく，従って相関関係が認
められたと考えられた. C02吸入法， acetazolamide静注法のいずれを用いても脳血管反応性の
低下は診断可能であり，血行力学的な発症の可能
性も示唆することが出来る 15-1ぺしかし， CO2吸
入による脳血管拡張作用は被験者により一定でな
く効果も弱いため ，acetazolamide静注の方が血
管反応性の低下をより確実に評価することが可能
であり血行再建術の検討においてもより有用と考
えられた.しかし，組織濯流圧が極度に低下した
大脳半球では s
t
e
a
l現 象 に よ る 脳 血 流 減 少 も
acetazolamide静注法でより強く生じ，臨床的に
脳虚血発作を生じる可能性もある.この点に関し
ては C02吸入法のほうが安全である.
v
.結 語
CO2吸入法と acetazolamide静注法による脳血
流変化率は， CBF
/CBVr
a
t
i
oの低下に伴い脳血
管反応性が著明に低下し
OEFの充進傾向も示す
大脳半球で有意な相聞を示した.また C02吸入
-187
文 献
1
) 菅 野 巌 :PETによる脳虚血の脳循環代謝病態.
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脳循環代謝第 1
2巻 第 3号
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3
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9
9
5
.
1
1
) 桑原康雄，一矢有一，佐々木雅之，赤司祐子，
福村利光，吉田毅，増田康治:慢性脳動脈閉
1
5
0
ひー 1
5
0
9
.
1
9
8
7
.
1
5
) 坂井文彦，北井則夫:D
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xの作用機序.第 1
0
回 B
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4
3
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の反応性 H2150PETによる検討一.核医学 3
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1:3103
1
4
.
1
9
8
4
.
1
3
) 冨本秀和，八木秀雄，秋口一郎:脳梗塞部位の
局所・血流・代謝量の経時変動M
i
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yp
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u
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n
. 日本臨床 5
1:4134
1
7
.
1
9
9
3
.
7
:
1
4
) 後藤文男:脳循環調節機序.臨床神経学 2
1
6
8
.
1
9
9
2
.
A
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i
o
ntomography
-188
.原著
中枢神経系への遺伝子導入による脳保護蟻法の試み
萩原
議
， 粛藤¥洋一， 金 岡 安史九 甲村 英二，吉韓穣樹
要 旨
新たに開発された H
V]-A
VEl
i
p
o
s
o
m
eを用い ，l
a
c
Z遺伝子の霊長類の大槽内，或いは脳内に直接注
入および，ラット大槽内注入を行い，その遺伝子導入効率を検討した.その結果，大槽内注入では広範
囲に，脳内直接注入では局所的に高い遺伝子導入効率が得られ，その標的細胞は神経細胞であった.同
c
l
2遺伝子をラット中枢神経系に導入し，中大脳動脈閉塞モデルにおける梗塞巣縮小効果
様の手法で b
c
l
2導入群でより小さい傾向が見られ，脳
を検討した.これまでのところ梗塞巣範囲を比較すると ，b
保護作用が示唆された.これらの結果から，新たな脳保護療法として，中枢神経への遺伝子導入法が有
用である可能性が示された.
(脳循環代謝
1
2
:
1
8
9
1
9
6，2
0
0
0
)
キーワード:中枢神経系，霊長類，遺伝子治療，脳虚血
(
A
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)ペa
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s (AAv
)へh
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)
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i
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s8)等のウイルス
s
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p
l
e
xv
i
r
u
s (HSV)456
はじめに
，，
，
ベクターを用いて行われ，それぞれ標的部位に対
しである程度の遺伝子導入効率が報告されてい
これまで行われてきた遺伝子導入による遺伝子
果を得る事は出来なかった.げっ歯類での実験結
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e等の，非ウイルス
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i
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n(
H
V
]
)ーl
果と異なり，人間では十分な遺伝子発現が得られ
ベクターも開発され，これらはウイスルベクター
治療の試みは，一部を除いて十分な臨床的治療効
ない事がその主たる原因と考えられ，遺伝子治療
のような宿主に対する生物学的侵襲の危険が少な
の開発には，より臨床に近い環境での研究が望ま
いとともに，サイズの大きい遺伝子を導入できる
しいと考えられるl)そこで，我々は霊長類を用
10
)
非ウイルスベクター
などの利点を併せ持つ 9.
いた遺伝子導入効率を検討し，その結果に基づい
d
e
n
o
v
i
r
u
sに見られるような強い免疫反応は
はa
て，遺伝子導入による中枢神経の虚血耐性の強化
示さず，また導入したウイルスが宿主内で複製を
繰り返す危険性がない 11，12)
を試みた.
ただ，これまでの非ウイルスベクターには， i
n
d
e
n
o
v
i
r
u
s
中枢神経への遺伝子導入は，過去に a
v
i
v
oでの遺伝子導入効率が低いという問題点が
あ っ た . こ の 点 を 改 良 し た の が ， HV]-AVE
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eは
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eである. HV]-AVEl
大阪大学大学院医学系研究科 臓器制御医学専攻 神
経機能制御外科学講座
先端応用医学専攻分子治療学講座(遺伝子治療学領
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eであり，脂質組成が humanimmun
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c
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s(
H
I
V
) に類似した構造を有し
域) 1)
大阪府吹田市山田丘 2-2
n
u
。
。
干5
6
5
0
8
7
1
脳循環代謝第 1
2巻 第 3号
n
o
.4
) は，同様の手技で，
1頭のニホンザル (
ている.これまでの検討では， i
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oで c
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eの 30-300倍 の 遺 伝 子 導 入
効 率 を 持 っ て お り 1ペ 我 々 は こ の HV]-AVE
l
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o
m
eを用いることにより，ラット中枢神経
DNAを含まない HV]-AVEl
i
p
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m
e (HV]-AVEempty) を大槽内に注入した.
その他の二頭のニホンザル (
n
o
.
5，6
) には，
へ humanb
c
l
2遺伝子を広範囲に導入し得る事を
報告した 14) 今回の実験では，さらに霊長類中枢
定位的に脳内に HV]-AVE-lacZを以下のような
神経系への遺伝子導入効率を検討し，またラット
外耳孔から 18mm前方，正中線から 9mm左 外
中大脳動脈閉塞モデルにおいて b
c
l
2導入による
側の位置で頭蓋骨に穿頭孔を作成した.顕微鏡下
梗塞巣縮小効果を検討した.
に硬膜を十字切開し，軟膜を電気凝固して切開し
方法で注入した.サルの頭部を固定台上に固定し，
た.注射針を脳表下 22mmまで刺入し，線条体
材料と方法
へ HV]-AVE-lacZを 5
μl
/
minの速度で注入した.
術後，それぞれのサルには体重減少，活動性の低
実験 1:霊長類中枢神経系への遺伝子導入
下などの異常は観察されなかった.
対象
組織学的検討
メスニホンザル 6頭(年齢 5-10歳，体重 4
.
7
5
遺伝子導入したサルは， 7日後に p
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-7.80K
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)
.
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sodiumにて麻酔を施し， 4%p
HV]-AVEl
i
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HV]-AVEl
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eの 脂 質 の 詳 細 な 組 成 は
S
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k
iらの論文に述べられている通りである国.
0
.
1%g
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e溶液にて濯流固定した.中
枢神経を摘出し， 30%s
u
c
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s
e溶液を浸透させた
後，脳の各部位を冠状断で 40μmの厚さにスラ
100μgp
l
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d DNAを b
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.
4m MKCl，1
0m MT
r
i
s
(BSS:
1
3
7m MNaCl，5
.
lpH7
.
6
) に溶解し，それを 9
.
7
5mgの脂質と
HC
イスした.
混合し，脂質膜に抱合された DNAを作成した.
これを UV照射にて不活化した HV]と結合させ，
HV]-AVEl
i
p
o
s
o
m
eを調製した.この溶液を大槽
内注入の場合は BSSで1.
0mlに希釈，脳内直接
注入の場合は全量 1
0
0凶に濃縮した.
plasmidDNA
c
y
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g
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l
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s (CMV) p
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6
5
5b
p
)
を持つ pcDNA (
I
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n，NVLeek，N
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s
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l活性を調べるため， X
g
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任e
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[
5
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ふi
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e (X
g
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l，
0
.
5mg/d
l
)，3m MK3Fe (CN)6，3m MK4Fe
(CN) 6
3H20，1m MMgClz，1
0m MKC
，
l 0
.
1
%
T
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nX
1
0
0i
n0
.
1M sodiump
h
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ebu
妊e
r，
pH7
.
5
]で3
7C，8時間反応させた.遺伝子導入
効率は，各サルの脳各部位の組織標本から， 5枚
ずつ選び出し， 1枚の標本に就き 5視 野 (X20)
0
のs
g
a
l陽性細胞数および全細胞数を数えて算出
した.
l
a
n
d
s
) を，制限酵素 HindIII-BamHIで処理し，
pSVP
g
a
lv
e
c
t
o
r(Promega，Madison，WI，USA)
神経細胞のマーカーとして抗 n
e
u
r
o
f
i
l
a
m
e
n
t抗
から単離された大腸菌 s
g
a
l
a
c
t
o
s
i
d
a
s
e(
s
g
a
l)遺
体，グリア細胞のマーカーとして抗 g
r
i
a
lf
i
b
r
i
l
l
a
r
y
伝子を組み込んで， pcDNA3 (CMVlacZ) を作
a
c
i
d
i
cp
r
o
t
e
i
n (GFAP) 抗体を用いて免疫染色を
行った.通常の免疫組織化学の手技を用い，抗
・ ・
成した.
遺伝子導入
n
e
u
r
o
f
i
l
a
m
e
n
t抗 体 と し て SMI32 (
S
t
e
r
n
b
e
r
g
e
r
3頭のニホンザル (
n
o
.
1，2，3
) をp
e
n
t
o
b
a
r
b
i
a
c
Z遺 伝 子
t
a
lsodium (
5
0mg/kg) で 麻 酔 し ，l
を封入した HV]-AVEl
i
p
o
s
o
m
e (HV]-AVE-lacZ)
を含む BSS1mlを大槽内に注入した.注入には，
2
3ゲージ針付 1ml注射器を使用した.
また， s
g
a
l活性を示した細胞種を調べるため，
M
o
n
o
c
l
o
n
a
l
sI
n
c
.，L
u
t
h
e
r
v
i
l
l
e，Maryland，USA)，
抗 GFAP抗体として PC1
0
5
5
5(
P
r
o
g
e
nB
i
o
t
e
c
h
e
i
d
e
l
b
e
r
g，Germany) を用い， 3
.
3
'
n
i
kGmbh，H
d
i
a
m
i
n
o
b
e
n
z
i
d
i
n
e (DAB) で発色させた.
:ラット脳虚血実験
実験 2
-190一
"
"
1
枢神経系への遺伝子導入による脳保護療法の試み
l
a
c
Z (+)
G
l
a
c
Z (+)
E
l
a
c
Z (ー)
F
I
F
i
g
. 1 ニホンザル大機内への H
V
]
AVE-IacZ注入. X
g
a
l染色.
A
. 小脳虫剤.
i出
H粒層の問に s
g
a
l
l
場性 P
u
r
k
i
n
j
e細胞がみられる. x1
0
.
B
. 歯状核.大型のや1
1
経細胞内にs-g
a
lの発現が見られる. x
2
0
.
i
司虫音i
l
，対照 1
伴(
H
Vj
-AV
E
e
m
p
t
y大糟内注入). s
g
a
l陽性細胞は観察されな
C
. 小J
し
、
D. 淘馬.海婦の相1
1
経細胞内に 0
・g
a
lの発現が見られる. x
4
.
4
0
.
E
. 海馬. x
l
f
'馬，対照鮮(HV
]
AV
E
e
m
p
t
y大楠内注入). s
g
a
lの発現は見られない. x4，
F
.i
G.上位頚髄.前核の大型神経細胞内に s
g
a
lの発現が見られる. x4
.
f
{髄. x1
0
H
. 上位!li
1
. .1'.佼頚髄，対!!引伴(II
V
]
A
V
E
e
m
p
t
y大楠内 総入).s
g
a
lの発現は見られない.
，
遺 伝 子 導 入 7日 後 に ラ ッ ト 中 大 脳 動 脈 閉 塞 を
対象
1
0週齢 (280-330g
)オス Sprague-Dawleyラッ
ト6匹. 3匹は遺伝子導入を行い，他の 3匹は遺
伝子導入を行わずコントロール群とした.
p
l
a
s
m
i
dDNAおよび HV]-AVEl
i
p
o
s
o
me
s
a
c
t
i
np
r
o
m
o
t
e
rと CMVe
n
h
a
n
c
e
rを 持 つ
pCAGGS-humanb
c
/2100μgを 使 用 し た . こ れ
らを実験 1問機， HV]-A
VEl
i
p
o
s
o
m
eに封入し，
全 量 1m
lの HV]-AVE-bc
/
2を作成した.これら
0
0
μ
lずつ分注し， 1個体分とした.
を1
行 った.方法は，田村のモデルに準じて 15.
16左 中
1
大脳動脈を o
l
f
a
c
t
o
r
yb
u
n
d
l
eの p
r
o
x
i
m
a
ls
i
d
eで
凝固切断した.中大脳動脈の血流が完全に遮断し
h
e
e
t
て い る 事 を 確 認 後 ， 開 頭 部 位 を GOATEXs
でパッチし脳と皮膚，筋肉との癒着を防止して
閉創した.同様の操作を，遺伝子導入を行ってい
ないコントロール群ラットでも行った.
4
8
1
時 間 後 ， そ れ ぞ れ の 動 物 を 2%2，3，5，
t
r
i
p
h
e
n
y
l，2H
t
e
t
r
a
z
o
l
i
u
mc
h
l
o
r
i
d
e (TTC) PBS
遺伝子導入
溶液 (
pH7
.
3
)2
5
0mlにて 3
0分 か け て 経 心 的 に
ラット大柚をツベルクリン針にて穿刺し，先に
J
I
"
染色範囲を比較
瀧流し，脳を摘出した後 TTC=
した 1';"1
VEl
i
p
o
s
o
m
eを 2
0
μl
i
m
i
nの速度
制製した HV]-A
で注入した.
ラット 1
''
1
大脳動脈閉家
1
9
1一
脳循環代謝第 1
2巻 第 3号
.
.
.
』
・
9
t
l
'a
c
t
E'
/
i
n
j
e
c
t
i
o
ns
i
t
e
守
宅
C
F
F
i
g
. 2 HV]-AVEi
l
p
o
s
o
m
e
l
a
c
Zの定位的脳内注入. X-gal 染色 (A~F).
A. 大脳皮質刺入部.強い s
g
a
l活性が観察された. x4
B. 逆流した HV]-AVE-lacZが，脳表から皮質へ浸潤し，遺伝子導入が行わ れたと
考えられた. x
2
0
.
C.bGa
l陽性細胞は，皮質深部にも観察され，これは HV]-AVEl
iposomeが大脳皮
質内を浸潤していったためと考えられた. x4
g
a
l活性を示す細胞が多く観察された. x
4
.
D. 注入経路に沿って，強い b
t
r
a
c
t:
lOJ
e
c
tlOnt
r
a
c
t
E. i
n
j
e
c
t
i
o
ns
i
t
e(
I
S
) にも強い s
g
a
l活性が観察された. x
2
0
.
F. I
S周囲の白質内に，日g
a
l陽性細胞が散見され， HV]-AVEl
i
p
o
s
o
m
eが白質内に
拡散していったものと考えられた. x4
i
n
j
e
c
t
i
o
ns
i
t
e
布。
:
t1
.9
%)，顔面神経核 (
2
9
.
0:
t2
.
7%).
結
果
逆に以下の部位では低い導入効率にとどまっ
た尾状核 (
9
.
5:
t5
.4%)，小脳皮質 (
4.
2
:
t2
.
9
実験 I
%)，被殻 (
3
.
0:
t1
.2%)， 前 頭 葉 (
0
.
6:
t1
.6%)，
HV]
AVE-IacZ を大槽内に注入したサル (no.1，
2，3
) で は ， 中 枢 神 経 に 広 範 に s-galの 活 性 が 観
0%).
頭頂葉1(0%)，後頭葉 (
-AVE-IacZ を stereotacticに 脳 内 へ注 入 し
HVJ
察された (Fig.l
).以下の部位では特に強い s-gal
) で は ， 注 入 ル ー ト お よ び ln]ecたサル (no.5， 6
活性が観察された小脳歯状核 (
5
9.
4
:
t9
.
1%)，
t
i
o
nsi
t
e(
I
S
)に強い遺伝子発現が観察された (Fig.
小脳虫部 (
4
7
.
9士 17.8%)，三 叉神 経 核 (
4
5
.
6:
t1
8
.
7
2
).遺伝子導入効率は， I
Sで 5
8
.
5:
t7.
1%であり，
%)，蜘牛神経核 (
4
4.
1%:t0
.8%)，動眼神経核 (
43
.
0
これから離れるに従い低下したが， s-gal陽 性 細
:
t7
.9%)，オリーブ核 (
4
2.
1
:
t21
.7%)，海 馬 (
3
7
.
2
胞 は 最 大 15mm離れた部位まで観察された (Fig.
-1
9
2ー
中枢神経系への遺伝子導入による脳保護療法の試み
70
考
60
察
{
J
F
)
E
E
C
o
=
0
0E Eト
50
今回の実験により，霊長類中枢神経系への広範
40
囲な遺伝子導入も可能であると考えられた.大槽
﹄
30
内注入の場合，大槽に距離的に近い脳幹周囲，側
20
頭葉内側部，第四脳室周囲で高い遺伝子導入効率
1
0
が観察された.脳内への直接注入では，局所に高
。
0-1
い 遺 伝 子 導 入 が 観 察 さ れ ， 脳 実 質 内への HV]1
2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8
AVEl
i
p
o
s
o
m
eの拡散による遺伝子導入と思われ
D
i
s
t
a
n
c
e(mm)
g
al活性が I
S周囲に観察された.
るs
F
i
g
.3 I
n
j
e
c
t
i
o
ns
i
t
eからの距離による遺伝子導入効
大槽内注入による遺伝子導入は， Mabuchiら
率の変化.
が 実 験 的 マ ウ ス グ リ オーマで， HV
]
c
a
t
i
o
n
i
c
l
iposomeを用いて試みているが，髄液内の浮遊
3
)
.
臆揚細胞や，上衣細胞のみに遺伝子導入が観察さ
s
g
a
l陽性細胞のうち， 90:
t6
.0%は n
e
u
r
o
f
i
l
a
-
笹神経組織には観察されなかったと報
れ，正常中 1
ment陽性であり， GFAP陽性細胞は観察されな
i
p
o
s
o
m
eは
， a
n
i
o
n
i
c
告 し て い る 山 . HV]-AVEl
かった (F
i
g
.4
)
. した治宝って， HV]-AVEl
iposome
， c
a
t
i
o
n
i
cl
iposomeの よ う に 細
t
y
p
el
i
posomeで
の標的細胞は神経細胞であると考えられた.
胞や組織の表面で捕捉されにくく，また粒子のサ
実験 2
イズの t小さく組織浸透性にすぐれている.そのた
中大脳動脈閉塞を行った humanb
c
l
2遺伝子導
め，
組織表面よりも内部に拡散するように広がり，
入ラッ トのうち 1匹の脳梗塞範囲は，対照群と同
遺伝子導入が広範囲になされたものと考えられ
程度であった.他の 2匹では新皮質脳梗塞範囲は
る.また神経細胞特異的に遺伝子発現が見られた
縮小していた (
F
i
g
.
5
)
.
nvelopeに発現している HN
理由として， HV]e
新 皮 質 脳 梗 塞 体 積 は ，b
c
l
2導 入 群 5
2
.
9:
t2
8.
1
3
3
蛋白が，脊椎動物のほとんどの細胞と結合可能で、
m m，コン トロ ー ル 群 1
0
7.
5:
t4
2.
3m m で あ っ
あるということと，神経細胞内にある hCMVma-
た.
灼
j
orimmediat
句e
e
朗a
r
l
yprom飢
ot
巴町
r(HCMV
CMVpromoterを持つ遺伝子の発現を促進した
に
}
可能性が考えられる 1引
へ
9
.
'
‘
B
g
a
l
l
N
F
g
a
l/
NF
C
g
a
l
l
G
F
A
P
F
i
g.4 定位的脳内注入モデルでの免疫組織化学.抗ニ ューロフィラメント抗体 (
A
:
x20.B: x
4
0
) および抗 GFAP抗体 (
C:x1
0
)
.s
g
a
l陽性細胞の中には， ニュー
ロフィラメント陽性が観察されたが， GFAP陽性細胞は観察されなかった 大槽
内注入においても. GFAP
/
日
.
g
a
l陽性細胞は観察されなかった .
1
9
3一
J
i
判1四i
代謝
第1
2{
}
; ~'j 3ー
り
Fig.5 ラット'1'大脳動脈 I~J~;'ピモデルにおける TTC 染色.米染色部分が 1I前脱水に|術っ
た飢 J
或と考えられる. human/
J
c
I2泣か;[導入It
lでは.コントロール併に比較して
J
i
'itJl!);にIiIl減が焔小している何[lf
'
Jがあった.
humanb
c
l
2遺伝子は，取 J
f
r
l，低酸素，アドリ
遺伝子 I~? 教主のよ14~tt 英教 J受，
T
J
:
(r
I
:~~，!!:助教綬，同大
アマイシン等様々な侵裂に対して IfuJ'I~I: を強化する
学 I~完 JMrmT 学{り|究干 1';1窓生nJJì1í科学砂f 究集の旅 111
作川があることが主1られている.これまでの'1'
板
授および I
l
i
J研究室の方々に深く!感謝し、たします.
ー自11 教
神経系への b
c
l
2遺 伝 f導入は， ，1:.として HSV
を vectorとして行われ，非常に￨浪同した城では
文 献
f
l
l
.
1
耐性強化が組作されている.今￨日￨我々
あるが，収 I
b
c
l
2の大桝 1
)
.
]?i:入を行い，ラット
は HV]-AVE-
[
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c
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VI:
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9
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iした. ラット大村l
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1，
1
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あり，投与 )
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作
l
i
体数が少ないため，統計学的 f
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社史 :
J
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c
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包1
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1
1
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の ~:lfi 小が比られたものもあった .ifjl 条体制本につ
いては m{!: の 'jJ!除名'f~~ のみでは， \'I'lll1i L')\fr~ 、ため，
、
今後も実験を'1i:ねて，持制11 な検討を行う必 ~~5 があ
る.
イバíJI 究を進めるにあたって，多大なこ助 }J をJYf~、
た大阪大子:大学院￨片手系/，)
1党利 '
1
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1
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J
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Iうど[:¥'/攻・
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中枢神経系への遺伝子導入による脳保護療法の試み
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s
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，1
9
9
6
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