ステントを入れるべきか、入れないべきか？それは生体力学的な質問です。

タイトルを見た瞬間に「何?」と思うでしょう。ステントを入れるかどうかの最終決定権は医師にあるのではないですか？バイオメカニクスとどう関係するのでしょうか?

読者の皆様、心配しないでください。読者の皆様、心配しないでください！落ち着いて、落ち着いて！ゆっくりお話ししましょう。

まず、ブラケットが何に使用されるかを見てみましょう。

1.ブラケットは何に使用されますか?

科学研究に携わる若い研究者の中には、論文やレポートで「人々の生活水準が向上するにつれて、心臓血管疾患の発症率はますます高くなっている」と明言する人もいます。なんか変な感じですね！生活水準が向上しているにもかかわらず、なぜ病気になる人が増えているのでしょうか?

実際、心血管疾患の発生率が高いのは、人々の平均寿命がますます長くなり、心血管疾患などの変性疾患が必然的に増加しているためです。変性疾患とは、一般的に加齢に伴う身体機能の低下によって引き起こされる疾患を指します。この世で最も公平なことは、すべての人が年老いて死ぬということだ。したがって、老化と身体の衰えは自然な流れです。年齢を重ねるにつれて、心臓血管疾患を発症するリスクが高まります。

したがって、科学研究の「ベテラン」の言葉を借りれば、前の文は「人々の平均寿命が延びるにつれて、心血管疾患の発症率が増加する」と言えるでしょう。

これはちょっとした序章です。では本題に入りましょう。

心臓血管疾患は、人間の生命と健康を脅かす「第一の死因」として認識されています。なかでも虚血性心疾患は最も危険であり（図1）、この傾向は激化、悪化しています。

図1 世界の死亡原因トップ10のランキング

医学では、虚血性心疾患とは、血管の内腔を狭めたり閉塞したりする冠動脈アテローム性動脈硬化症、または心筋虚血、低酸素症、壊死につながる冠動脈けいれんによって引き起こされる心臓疾患を指します。 「頭を切り落とし、尾を取る」虚血性心疾患は冠動脈アテローム性動脈硬化性心疾患を指し、略してCHDと呼ばれます。

（ １ ）冠状動脈疾患とは何ですか？

ハートの形は、前後が逆さまになってわずかに平らになった円錐のような形をしており、より鮮明に表現すると、ハートは桃のような形で、人間の拳と同じくらいの大きさです。心臓の表面にあり、心臓をほぼ取り囲んでいる動脈は、心臓に血液を供給する動脈であり、冠状動脈と呼ばれます。心臓を脳とみなすと、それはまさに「心臓の頭脳」ということわざと一致します。冠動脈は「心臓」に固定された王冠のようなもので、それが冠動脈の名前の由来です。冠動脈は大動脈の根元から始まり、左冠動脈（さらに左回旋枝と左前下行枝に分かれる）と右冠動脈の2つの枝に分かれ、心臓の表面に沿って走行します（図2）。

図2 冠動脈の解剖学的構造の模式図

冠動脈は心臓に血液を供給する動脈であり、心筋に栄養素を送達する経路でもあります。 「心臓の領域」である心筋の灌漑には、栄養素をスムーズに輸送するための 2 つの血管、左冠状動脈と右冠状動脈が必要です。冠動脈は非常に重要な血管ですが、動脈硬化のリスクが高い部位でもあります。具体的な理由については、私のWeChatパブリックアカウントの記事「東の30年、西の30年」と血液循環システムを参照してください。

冠状動脈疾患が発生すると、動脈硬化性プラークが血管を塞ぎ、血管狭窄を引き起こします。その結果、冠動脈狭窄部の下流の毛細血管網を通じて灌流される心筋は十分な血液灌流を受けられなくなり、心筋虚血、低酸素症、壊死（心筋梗塞、図3）を引き起こします。対応する心筋は収縮と弛緩の機能を失い、心臓は自然に弱く鼓動し、心不全や突然死などの深刻な結果につながります。

図3 冠動脈疾患による心筋梗塞

これは農地での点滴灌漑のようなものです。給水口のバルブを閉めてしまうと、水の流れが悪くなり、下流の灌漑エリアに水が不足し、苗木が枯れてしまいます（図4）。

図4 農地における点滴灌漑の模式図

このことから、冠状動脈性心臓病が本当に致命的であることがわかります。さらに恐ろしいのは、冠状動脈疾患は多くの場合、無症状で進行することです。多くの患者は明らかな症状を感じませんが、心筋梗塞が起こると、病院に着く前に亡くなってしまいます。 ——あなたが静かにやって来たように、私も静かに立ち去りました。私は一瞬にして、お金も持たずにこの世を去りました...

（ ２ ）ブラケットは何に使われるのですか？

血管が狭くなると、川の堤防が崩れてダムが決壊し、川の流れが止まってしまうような状態になります。

川が塞がれています。どうすればいいでしょうか？グリッド構造は、河川の護岸工事や河川の強化、河川の氾濫防止などの目的で工学的によく使用されます (図 5)。

図5: 河川決壊後の河岸法面保護

では、工学で用いられる方法は、血管狭窄や閉塞の治療に応用できるのでしょうか?

答えはイエスです。血管ステントは工学技術を利用して狭くなった血管の形を整えます。

血管ステントとは、血管の狭窄部や閉塞部を支え、血管の弾性収縮や変形を軽減し、内腔内の血流をスムーズに維持するという目的を達成するため、内腔バルーン拡張に基づいて血管の狭窄部に内部ステントを配置することを指します（図6）。

図6 ステント放出プロセス

血管ステント介入治療は、低侵襲手術です。従来の外科手術のように「体を開く」必要はありません。代わりに、皮膚の浅動脈に「針穴」をあけ、ステントを血管に沿って冠動脈疾患の部位まで送り込みます。そのため、経皮的冠動脈形成術（PCI）と呼ばれます。簡単に言えば、括弧を付けます。

人体の血管は心臓につながる自然な経路であり、介入手術は血管に沿って「上流」に進んで心臓に向かうことで行われます。

最も一般的な穿刺部位は、手首の橈骨動脈または内腿の大腿動脈です（図 7）。この針の刺入部位は、この手術における唯一の表面傷です。

図7 大腿動脈穿刺

穿刺部位を選択した後、穿刺針に沿ってガイドワイヤ、カテーテル、シースを挿入し、血管にチャネルを作成します。金属製のステントをバルーンに巻き付けて圧縮し、薄い形状にします。医師は管に沿ってステントとバルーンを病変部位の血管まで押し込みます。大気圧の約10倍の圧力でバルーンを膨らませ、金属ステントを拡張します。その後、バルーンは減圧されて引き抜かれ、ステントは血管内に残ります（図8）。

図8 ステント介入

このタイプのステントは、一度設置されると形状を維持し、狭い部分を永続的に支えます。血管ステントは、河川の法面保護と同様に、血管の管路を強化し、血管腔を拡張して血液の流れをスムーズにし、下流の心筋への血液灌流を回復させます。図4の灌漑システムの給水バルブが開かれたときと同じように、狭くなった血管が拡張され、下流の灌漑エリアが完全に灌漑されます。

実際、上記のプロセスは時間との競争になることが多いです。患者は心筋梗塞を起こしており、危篤状態です。彼は緊急治療室に送られた。詰まった血管をできるだけ早く開通させることができるかどうかが、彼の命と健康を救う鍵となる。ステント介入により、数え切れないほどの命が死の淵から救われました。

冠動脈ステント介入の利点は、外傷が少なく、回復が早いことです。比較的単純な病変を有する冠状動脈疾患の患者や、急性心筋梗塞の患者の緊急治療に適しています。冠動脈ステント介入の欠点は、再発性狭窄のリスクが高いことであり、重度で複雑な冠動脈疾患の患者に対する治療効果は比較的限られています。

いずれにせよ、冠動脈ステント介入は、その明らかな利点により、世界中の医師や患者に広く受け入れられています。体内に最も多くのステントが埋め込まれている患者はアメリカ人で、合計 67 個のステントが埋め込まれています。彼はステント介入療法の分野で「鉄人」として知られています。

ステント介入治療には明らかな利点があり、広く普及しているにもかかわらず、なぜさまざまなメディアや噂の中で疑問の声が常に上がるのでしょうか。ステントを入れるべきか、入れないべきか？

2.ブラケットを入れるべきか入れないべきか？それは生体力学的な質問です。

ここでは、この問題に対する医師や患者の心理的、認知的反応などの主観的な要因は分析しません。私たちは、その背後にある本質的な問題を科学的な観点からのみ分析します。

血管が狭くなります。ステントを入れるべきですか？

この質問には専門家の合意と標準的な回答があります。

冠動脈造影検査と血管内超音波検査（IVUS）は、冠動脈疾患の診断における「ゴールドスタンダード」と常に考えられてきましたが、これら2つの方法では狭窄の程度の画像評価しか行えず、狭窄が末梢血流に影響を与えるかどうか（機能評価）は不明です。つまり、医療用画像診断を用いて血管狭窄の重症度を評価する、つまり血管狭窄率を用いて冠動脈狭窄を評価するという形態学的評価方法である。狭窄が下流心筋の血液灌流にどの程度影響するか、心筋虚血の重症度は機能評価法によって評価されます。

血管造影データを使用することで、血管狭窄の程度を観察できます。直径の 50% が狭窄している病変では、通常、血行再建術、つまりステント留置が必要であると考えられています。しかし、多くの研究により、血管造影による狭窄率が 50% ～ 70% の場合、虚血患者の 1/3 は無視され、ステントが挿入されず、治療が遅れ、有害事象が発生することが示されています。血管造影による狭窄率が 70% を超えると、虚血のない患者の 1/5 に血管造影の診断結果のみに基づいてステントが挿入され、過剰治療と医療資源の浪費につながります。これは、形態学的指標のみに頼ると多くの誤診につながる可能性があることを示しています。

なぜこうなるのでしょうか？これは主に心筋虚血の影響因子に関係しています。心筋が虚血状態にあるかどうかは、血管狭窄の程度だけでなく、心筋リモデリング、灌流領域、多枝・多病変、心筋血流など多くの要因に関係します。例えば、狭窄率の大きい病変があるが、下流の心筋が虚血状態でない場合は、狭窄病変の灌流低下を補う側副血行路（つまり、狭窄病変に隣接する他の血管が狭窄部下流の心筋に血液灌流を提供している）が存在するためと考えられます。小さな狭窄を伴う病変の下流心筋が虚血性である場合、心筋組織の微小循環障害によって引き起こされる可能性がある。したがって、狭窄率の形態学的指標のみに基づいてステント留置の要否を決定することはできません。

明らかに、直感的な観点から言えば、機能評価方法はより客観的であるべきです。

冠動脈血流予備率（FFR）は、冠動脈狭窄の機能評価の指標として認められており、現在では心筋虚血を評価するための「ゴールドスタンダード」となっています。

（ １ ） FFRとは何か？

FFR とは、冠動脈に狭窄病変がある場合に冠動脈によって供給される心筋領域で得られる最大血流量 Qsmax と、狭窄のない正常な状況下で同じ領域で得られる最大血流量 QNmax の比を指します。FFR = Qsmax / QNmax。

この定義は理論的には厳密ですが、実際には実行可能ではありません。人の冠動脈の一部が病気で狭窄している状態と正常で狭窄していない状態の両方になることは不可能であるため、流量 Qsmax と QNmax を同時に測定することはできません。

臨床現場で実際に使用されている FFR の測定および計算方法は、冠動脈狭窄部の下流の圧力 Pd と狭窄部の上流の圧力 Pa の比、つまり FFR = Pd/Pa です。これにより、圧力ガイドワイヤを使用して、狭窄病変の上流と下流の 2 つの圧力を簡単に測定できるようになります (図 9)。このようにして得られた FFR 値は、上で定義した FFR 値とほぼ等しくなります (具体的な導出プロセスは回路知識におけるオームの法則を参照しますが、ここでは詳しく説明しません)。同時に、この技術は操作が簡単で、再現性も高いです。したがって、信頼性が高く、客観的かつ正確です。

図9 狭窄部の上流と下流の圧力を測定する圧力ガイドワイヤ

狭窄のない冠動脈の場合、FFR の理論値は 1 です。狭窄病変のある冠動脈の場合、FFR が 0.75 未満のすべての病変が心筋虚血を引き起こす可能性があります。一方、FFR > 0.80 の病変では、90% 以上が心筋虚血を引き起こしません。 FFR 0.75 未満の病変に対するステント介入は、患者の長期予後を大幅に改善する可能性があります。しかし、FFR ≥ 0.75 の病変ではステント介入による効果は得られません。一般的には、FFR=0.75~0.8が臨界値として選択されます。 FFR が臨界値 (> 0.8) より大きい場合、その狭窄は実際上重要ではなく、薬物治療の適応であり、ステント留置の必要がないことを示しています。 FFR が臨界値 (<0.75) より小さい場合、病変を治療する必要があり、血行再建術とステント留置が適切であることを示します。 FFR=0.75～0.8はグレーゾーンであり、医師は患者の臨床状態と血管の血液供給の重要性に基づいて血行再建術を行うかどうかを決定できます。これは、機能的「心筋虚血」評価指標である FFR の専門家のコンセンサスであり、「ゴールド スタンダード」です。

FFR は 2 つの圧力の比率から計算されるため、ステントを配置するかどうかは生体力学的な問題であると言うのは、あまりにも単純すぎます。

（ ２ ）ステントを入れるべきか？なぜそれが生体力学的な問題なのでしょうか?

FFRの計算方法に基づいて、FFRの物理的な意味をさらに分析します。図に示すように、 10 、回路知識におけるオームの法則によれば、FFRの計算はRm/(Rm+Rs)と表すことができます。この式では、Rm は狭窄部の下流の灌流心筋の微小循環抵抗を表します。 Rsは狭窄部における血流抵抗を表す。 Rm+Rs は総抵抗を表します。

図10 FFRの物理的意味推論プロセス

FFR=Rm/(Rm+Rs)は、微小循環抵抗と総抵抗の比率を計算します。物理的な本質は、狭窄部抵抗と微小循環抵抗の相対的な大きさを比較することです。これら 2 つの抵抗は、マクロ的な観点から見ると、血液レオロジーおよび血行動態に関連しています。微視的な観点から見ると、それらは対流、拡散、浸透圧、および細胞分子の生体力学に関連しています。源泉に戻ってみると、それは最終的には「バイオメカニクスの 2 つの中核問題」、つまり構成関係と応力と成長の関係に関連していることがわかります。ここでやめておきます。興味のある学生は、私の WeChat パブリック アカウントの記事「バイオメカニクスにおける 2 つの中核問題」を参照してください。このことから、FFR は確かに生体力学的な問題であることがわかります。

FFR<0.75の場合、狭窄部の血流抵抗Rsが下流の心筋虚血に大きく寄与していることを意味します。このとき、狭窄を治療するためにステントを入れるかどうかは大きな違いがあるため、専門家のコンセンサスは「ステントを入れる」ということになります。ステント留置後、血流抵抗Rsが大幅に減少し、FFRが大幅に改善されるため、心筋虚血の状態が大幅に改善されるからです。

FFR=0.8の場合、微小循環抵抗が全抵抗の80%を占め、狭窄抵抗が全抵抗の20%を占め、Rs=0.25Rmとなります。この場合、総抵抗はRs+Rm=1.25Rmとなります。ステント留置後に狭窄径が1倍に拡大した場合、ポアズイユの法則によれば、流動抵抗は管径の4乗に反比例します。このとき狭窄抵抗はRs=0.25Rm/16=0.015625Rmとなる。この場合、総抵抗Rs+Rm=1.015625Rmとなり、ステント留置前後の変化率は18.75%となります。

FFR=0.6のとき、微小循環抵抗は全抵抗の60%を占め、狭窄抵抗は全抵抗の40%を占め、Rs=0.67Rmとなります。この場合、総抵抗Rs+Rm=1.67Rmとなります。ステント留置後に狭窄径が1倍に拡大した場合、狭窄抵抗はRs=0.67Rm/16=0.041875Rmとなります。この場合、総抵抗Rs+Rm=1.041875Rmとなり、ステント留置前後の変化率は37.61%となります。これはFFR=0.8の場合の約2倍であり、改善効果は顕著である。

FFR>0.8の場合、狭窄部の血流抵抗Rsが下流の心筋虚血にあまり寄与していないことを意味します。現時点では、狭窄を治療するためにステントを入れるかどうかは大きな違いがないため、「ステントを入れない」というのが専門家のコンセンサスです。なぜなら、ステント留置後、血流抵抗Rsが大幅に減少したとしても、FFRが大幅に増加するわけではないからです。

その理由は、狭窄血流抵抗と微小循環抵抗の相対的な大きさを比較することによって説明されます。心筋虚血が狭窄性血流抵抗によって引き起こされる場合、狭窄性血流抵抗が心筋虚血に大きな影響を与えることを意味します。この時点で狭窄を治療するためにステント留置が必要になります。心筋虚血が狭窄性血流抵抗ではなく微小循環抵抗によって引き起こされる場合、ステントの留置の有無は問題ではなく、ステント留置では微小循環抵抗の問題を解決することはできません。つまり、心筋虚血の「鍵」を開ける「鍵」は、狭窄ではなく微小循環であるはずです。そうでなければ、木に登って魚を捕まえようとしたり、症状は治療しても根本的な原因は治療せず、感謝もせずに苦難に耐えたりと、本末転倒になってしまうでしょう。

図 4 の点滴灌漑システムを例にすると、理解しやすくなります。バルブが開いていないために点滴灌漑システムが機能しない場合は、バルブを開ければ問題は解決するはずです。弁の下流の微小循環システムに問題がある場合は、弁を開いても効果はありません。バルブをさらに開く必要があるかどうか（ブラケットを配置するかどうか）の基準となります。

これを何度も繰り返して言うと、なぜ私たちが「ステントを入れるか入れないか？これは生体力学的な問題だ」と言うのかが分かるはずです。これは、心筋虚血を引き起こす抵抗がどこから来るのかに直接関係しています。

そこで、すぐに疑問が生じます。なぜ多くのステント介入手術では、FFR を測定したり機能評価を行ったりせず、従来の血管造影による形態学的評価を依然として使用するのでしょうか?

データによると、世界中の FFR 患者利用率は約 6% ～ 8% です。先進国ではFFRが広く使用されています。英国での申請率は18％、米国では30.8％に達します。現在、中国におけるFFRの適用率は1%未満です。中国ではFFRの適用率は高くありません。一方では、市場教育が不十分であり、運用の難易度が高いためです。一方、FFR圧ガイドワイヤーは海外の巨大企業2社によって独占されており、非常に高価です。病院でのターミナル価格は大体1万～2万元くらいで、高すぎます！もちろん、医師や患者の主観的な希望、重篤な急性心筋梗塞患者の緊急救命時間など、他にも複雑な理由が数多くあります。

3.まとめ

ステントを入れるかどうかは生体力学的な問題です。理論的な観点から、ステントを配置するかどうかは、狭窄部の血流抵抗と微小循環抵抗の相対的な大きさを評価する必要があります。臨床医学の観点から、ステントを挿入するかどうかは、ステント挿入後の治療効果を予測することが必要です。バイオメカニクスの基礎知識と臨床医学におけるその実践的応用は互いに補完し合います。私たちの共通の目標は、人類の利益のために正確な治療を提供することです。

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ステントを入れるべきか、入れないべきか？それは生体力学的な質問です。