生体外体外膜酸素化回路における高酸素の炎症および血小板反応への影響

The effect of hyperoxia on inflammation and platelet responses in an ex vivo extracorporeal membrane oxygenation circuit.

• Margaret R Passmore
• Katrina K Ki
• Chris Hh Chan
• Talvin Lee
• Mahé Bouquet
• Emily S Wood
• Sainath Raman
• Sacha Rozencwajg
• Aidan Jc Burrell
• Charles I McDonald
• Daman Langguth
• Kiran Shekar
• Maximilian V Malfertheiner
• John F Fraser
• Jacky Y Suen

抄録

体外膜酸素化（ECMO）の使用は拡大しているが、依然として重大な罹患率と死亡率に関連している。炎症性および自然免疫応答の活性化と止血変化が合併症の一因となる。高酸素はこれらの反応を悪化させる役割を果たしている可能性がある。9つのex vivo ECMO回路を、新鮮な健康なヒト全血を用いて、2つの酸素レベルで試験した：21％の触発性酸素分画（FiO：軽度の高酸素状態、n=5）と100％のFiO（重度の高酸素状態、n=4）。血小板凝集測定、白血球活性化、炎症性および酸化ストレスマーカーの分析のために、連続した血液サンプルを採取した。ECMOにより、アデノシン二リン酸（p<0.05）およびトロンビン受容体活性化ペプチド誘導性（p<0.05）の血小板凝集が減少し、好中球活性化マーカーである好中球エラスターゼのレベルが上昇した（p=0.013）。さらに、炎症性ケモカインであるインターロイキン-8のレベルが上昇し（p<0.05）、酸化ストレスのマーカーであるスーパーオキシドジスムターゼの活性が上昇した（p=0.002）。高酸素はこれらの反応を増強することはなく、軽度の高酸素と重度の高酸素の間では有意差は認められなかった。我々のECMOのex vivoモデルでは、回路自体が炎症性および酸化ストレス反応を誘発することが明らかになったが、超生理的酸素に曝露してもその反応は増幅されなかった。長期的な変化を特徴づけるためには、長時間の研究と内皮成分を含めることが有益であると考えられる。

Use of extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) is expanding, however it is still associated with significant morbidity and mortality. Activation of inflammatory and innate immune responses and hemostatic alterations contribute to complications. Hyperoxia may play a role in exacerbating these responses. Nine ex vivo ECMO circuits were tested using fresh healthy human whole blood, with two oxygen levels: 21% inspired fraction of oxygen (FiO ; mild hyperoxia; n=5) and 100% FiO (severe hyperoxia; n=4). Serial blood samples were taken for analysis of platelet aggregometry, leukocyte activation, inflammatory and oxidative stress markers. ECMO resulted in reduced adenosine diphosphate- (p<0.05) and thrombin receptor activating peptide-induced (p<0.05) platelet aggregation, as well as increasing levels of the neutrophil activation marker, neutrophil elastase (p=0.013). Additionally, levels of the inflammatory chemokine interleukin-8 were elevated (p<0.05) and the activity of superoxide dismutase, a marker of oxidative stress, was increased (p=0.002). Hyperoxia did not augment these responses, with no significant differences detected between mild and severe hyperoxia. Our ex vivo model of ECMO revealed that the circuit itself triggers a pro-inflammatory and oxidative stress response however exposure to supra-physiologic oxygen does not amplify that response. Extended-duration studies and inclusion of an endothelial component could be beneficial in characterizing longer-term changes.

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