低酸素性肺血管収縮

低酸素性肺血管収縮（HPV）は、肺胞酸素分圧の低下が、その領域に血液を供給する小肺動脈を収縮させるという、肺に特有の反応である。これにより、換気の悪い領域から換気の良い領域へと血液が迂回され、換気と血流のミスマッチが是正され、肺から出る血液の酸素化が維持される。

Definition

低酸素性肺血管収縮は、肺胞（および、より程度は低いが混合静脈血）酸素分圧の低下に応答して肺動脈平滑筋が能動的に収縮することであり、低酸素がこれらの血管を拡張させるのではなく収縮させるという点で、肺循環に特有の反応である。

Scope

この項目では、HPVの現象、換気と血流のミスマッチを是正する上でのその役割、その根底にあると考えられている細胞の酸素感知およびシグナル伝達メカニズム、ならびに高地などの全身性低酸素症の全身への影響について述べる。これは生理学の参照トピックであり、メカニズムを説明するものであり、臨床的または治療的ガイダンスを提供するものではない。

Core questions

• 低酸素性肺血管収縮を誘発する刺激は何ですか？
• それはどのようにして換気と血流のミスマッチを改善するのですか？
• 肺動脈平滑筋細胞はどのように酸素を感知し、そのシグナルを収縮に変換するのですか？
• 高地のように、低酸素が局所的ではなく全身的である場合、何が起こりますか？

Key concepts

• 刺激としての肺胞低酸素
• 換気血流比の適合
• 肺動脈平滑筋の酸素感知
• 活性酸素種とレドックスシグナル伝達
• カリウムチャネル阻害と膜脱分極
• カルシウム流入と感受性亢進
• 全身性低酸素と肺高血圧症

Mechanisms

肺胞酸素が低下すると、その肺胞に血液を供給する小肺動脈が収縮し、血液は酸素化の良好な領域へと再配分され、全体のガス交換が保護される（Sylvester et al., 2012）。この反応は肺動脈平滑筋細胞に内在するものであり、現在のモデルでは、細胞はミトコンドリアおよびレドックスシグナル伝達を介して酸素を感知し、その結果生じる活性酸素種の変動が電位依存性カリウムチャネルを阻害し、それに続く脱分極が電位依存性カルシウムチャネルを開くことで、細胞内カルシウム濃度の上昇が収縮装置のカルシウム感受性亢進とともに収縮を引き起こすと考えられている（Sommer et al., 2008; Sommer et al., 2016）。低酸素が肺全体に影響を及ぼす場合（高地や慢性肺疾患など）、この反応は全身性となり、肺動脈圧を上昇させ、持続すると血管リモデリングに寄与する（Sylvester et al., 2012; Suresh & Shimoda, 2016）。

Clinical relevance

低酸素性肺血管収縮は正常な調節メカニズムであり、その全身性の形態は、持続的な全肺低酸素症で見られる肺圧の上昇の根底にある。この項目は生理学とそのメカニズムを説明するものであり、教育的なものであり、個人の診断、モニタリング、または治療の根拠となるものではない。

Evidence & guidelines

HPVの理解は、主要な総説にまとめられた広範な実験研究に基づいている。Physiological Reviewsのモノグラフは、この現象とその提唱されているメカニズムに関する最も包括的な記述であり（Sylvester et al., 2012）、専門の総説は肺動脈平滑筋における酸素感知およびシグナル伝達の段階を詳細に説明している（Sommer et al., 2008; Sommer et al., 2016）。

History

肺胞低酸素が肺血管を収縮させることは、20世紀半ばに確立され、古典的にはフォン・オイラーとリリエストランドの観察に帰せられ、全身血管の低酸素に対する反応とは逆の現象として認識された。その後の数十年にわたる研究は、包括的な総説にまとめられており、酸素センサーと、それを平滑筋収縮に結びつけるシグナル伝達経路を特定しようとしてきた（Sylvester et al., 2012; Sommer et al., 2008）。

Debates

HPVの根底にある酸素センサーは何ですか？

直接的なセンサーが活性酸素種を介して作用するミトコンドリアなのか、NADPHオキシダーゼなのか、あるいは別のレドックスシステムなのか、そしてその出力がカリウムチャネル阻害にどのように結合しているのかは未解決であり、未解決の問題として検討されている。

Key figures

• J. T. Sylvester
• Norbert Weissmann
• Larissa A. Shimoda

Seminal works

• sylvester-2012
• sommer-2008

Frequently asked questions

なぜ肺は低酸素に応答して血管を収縮させるのに、他の臓器は拡張させるのですか？

肺では、酸素化の悪い領域の血管を収縮させることで、血液が換気の良い領域に迂回され、ガス交換が改善されます。全身の臓器では、低酸素に応答して血管が拡張することで、局所の血液供給が増加します。肺の反応は、局所的な供給ではなく、換気と血流のミスマッチを是正する役割を果たします。

高地では低酸素性肺血管収縮はどうなりますか？

肺全体が低酸素状態になるため、反応は局所的ではなく全身性となり、肺動脈圧全体が上昇します。したがって、持続的な全身性低酸素は肺高血圧症の一因となる可能性があります。