WO2009136436A1

WO2009136436A1 - 組織傷害の診断装置

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Publication number: WO2009136436A1
Application number: PCT/JP2008/058504
Authority: WO
Inventors: 湯浅　真; 剛志前川; 基藤田; 木戸　茂
Original assignee: 学校法人東京理科大学; 国立大学法人山口大学; アクテイブ株式会社
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-11-12
Also published as: EP2308377A4; JPWO2009136436A1; EP2308377A1; US20110118583A1

Abstract

　本発明の組織傷害の診断装置は、生体内に挿入可能なカテーテルと、このカテーテル内に設けられたラジカルセンサとを有しており、前記ラジカルセンサは、前記カテーテルの先端部に設けられたスーパーオキシドアニオンラジカルを測定可能とするセンサ電極と、前記カテーテルの基部に設けられたセンサ用導線コネクタと、前記センサ電極部とセンサ用導線コネクタとを接続するセンサ用導線とを有することを特徴とするものであり、脳虚血再潅流傷害や、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害におけるスーパーオキシドアニオンに代表される生体内フリーラジカルを迅速かつ定量的にモニタすることができ、生体内の組織状態の良否を的確に診断することができる。

Description

組織傷害の診断装置

　本発明は、生体内の組織状態の良否を診断する組織傷害の診断装置に係り、特に、人体の組織状態の良否、例えば、脳虚血再潅流傷害、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害の診断に好適な組織傷害の診断装置に関する。

　脳梗塞の脳虚血再潅流傷害は、生体内の活性酸素種、活性窒素種、フリーラジカル等（以下、「生体内フリーラジカル」と総称する）に起因する脳障害である。また、重症感染症・敗血症なども生体内フリーラジカルに起因している。

　この生体内フリーラジカルのうち、活性酸素種（以下、「ＲＯＳ」という）としては、スーパーオキシドアニオンラジカル（Ｏ_２－・）、過酸化水素、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素、過酸化脂質等が知られている。このＲＯＳは、生体防御やホメオスタシスにおいて様々な重要な役割を果たしているが、酸化的ストレスによる過剰なＲＯＳの生成はラジカル毒性をもたらし、脂質過酸化反応やアポトーシスを招き、また、過剰ＲＯＳは、脳梗塞等の臓器血管の閉塞・再潅流、あるいは、重症感染症・敗血症などにおいても生成される。

　そのため、臨床医療分野において生体内のＲＯＳを測定することが求められているが、ＲＯＳは生体内の抗酸化酵素および抗酸化物質によってすぐに消滅されてしまうため、ＲＯＳの定量分析は非常に難しいとされている。

　ところで、生体内のＲＯＳのほとんどはスーパーオキシドアニオンラジカルに由来することが知られている。このスーパーオキシドアニオンラジカルは不均化により自然消滅するが（２Ｏ_２－・＋　２Ｈ＋　→　Ｏ_２　＋　Ｈ_２Ｏ_２）、シトクロムｃの活性中心におけるヘムの配位座６と同一構造である金属ポルフィリン錯体重合皮膜は、スーパーオキシドアニオンラジカルの不均化反応に対して触媒作用を及ぼすことができ、酸化電流を検知することができる。

　スーパーオキシドアニオンラジカルの量と検出電流との線形相関は、スーパーオキシドアニオンラジカルを生成するキサンチン－キサンチンオキシダーゼ反応の実験により確認されている。そして、スーパーオキシドアニオンラジカルの検出電流がスーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ）投与直後から下降すること、また、電極がＨ_２Ｏ_２を検出せずにスーパーオキシドアニオンラジカルのみを選択的に検出することも確認されている。これは、リアルタイムで生体内スーパーオキシドアニオンラジカルの定量分析を行うためには重要である。

　スーパーオキシドアニオンラジカルを生体内において測定する方法として、従来から行われている分光計測等の方法は、リアルタイムで利用することができず、実際に用いることは好ましくない、あるいは、難しい。生体内において測定する方法として、また、生体内での測定を目指した方法として、シトクロムｃやＳＯＤ等の、有機物質を使用した電極触媒を利用したバイオセンサが報告されているが（後述の非特許文献１～４参照）、これも長期に渡る安定性や繰り返し使用について問題点がある。更に、非酵素系センサとしてシトクロムｃの活性中心を吸着させるような改良された電極は反応選択性に問題があることもある。

　本発明者である湯浅らは、既にシトクロムｃの擬態として金属ポルフィリン錯体重合膜を使用した電気化学的センサを開発しているが、これはスーパーオキシドアニオンラジカルの選択性が良いものであり、しかもリアルタイムでＲＯＳ定量分析を行うことが可能なものであった（後述の特許文献１、非特許文献５参照）。また、このセンサを利用した生体適合性を高める手法も提案している（後述の特許文献２参照）。

ＷＯ０３／０５４５３６特開２００６－３１４３８６Ｃｏｏｐｅｒ　ＪＭ，　Ｇｒｅｅｎｏｕｇｈ　ＫＲ，　ＭｃＮｅｉｌ　ＣＪ：　"　Ｊ．　Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ　Ｃｈｅｍ．"，３４７，２６７－２７５　（１９９３）Ｔｉａｎ　Ｙ，　Ｍａｏ　Ｌ，　Ｏｋａｊｉｍａ　Ｔ，　ｅｔ　ａｌ．，：　"　Ａｍａｌ．　Ｃｈｅｍ．　"，７４（１０），　２４２８－２４３４　（２００２）Ｇｏｂｉ　ＫＶ，Ｍｉｚｕｔａｎｉ　Ｆ：　"　Ｊ．　Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ　Ｃｈｅｍ．"，４８４，　１７２－１８１（２０００）Ｂｅｉｓｓｅｎｈｉｒｔｚ　ＭＫ，　Ｓｃｈｅｌｌｅｒ　ＦＷ　，Ｌｉｓｄａｔ　Ｆ　：　"　Ａｍａｌ．　Ｃｈｅｍ．　"，　７４（１０），　２４２８－２４３４　（２００２）Ｙｕａｓａ　Ｍ，　Ｏｙａｉｚｕ　Ｋ，　Ｙａｍｍａｇｕｃｈｉ　Ａ，　ｅｔ　ａｌ．，：　"　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　"，１６（４），　２８７－２９２　（２００５）

　本発明者である湯浅らの提案している前記のスーパーオキシドアニオンラジカルセンサを臨床において利用することができるようになれば、スーパーオキシドアニオンラジカルに関連のある疾患や病態についてモニタを行うことができ、その診断および治療に極めて役立つものとなる。なぜならば、脳虚血再潅流傷害などの疾患や病態について、臨床において使用に適するスーパーオキシドアニオンラジカルセンサの開発が強く求められており、同様に、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害においても、スーパーオキシドアニオンラジカルの濃度を正確に測定し、診断に役立てることが求められているからである。

　本発明の課題は、このような目的に適合した組織傷害の診断装置を提供することにある。

　そこで、本発明者らは鋭意研究し、生体内処置に適するように前記スーパーオキシドアニオンラジカルセンサの電極を改良し、また電極の表面は、生体内における使用に化学的および機械的に耐え得るよう硬質とした上で、生体適合性を高めた。更に、このスーパーオキシドアニオンラジカルセンサを用いて前脳虚血ラットの頸静脈におけるスーパーオキシドアニオンラジカルの性質を評価したり、微小透析を行って脳損傷を評価した。この結果、得られたスーパーオキシドアニオンラジカルセンサは、生体内の組織状態の良否を診断する組織傷害の診断装置として有用なものであることを見出した。特に、組織傷害が脳虚血再潅流傷害であり、更に高血糖（あるいはそれに起因する糖尿病など）により増幅される脳虚血再潅流傷害の診断装置としても有用なものであることを見出した。更に、脳虚血再潅流傷害の薬剤治療、低温治療、高濃度酸素治療などの診断装置として有用なものであることを見出した。また、同様に急性敗血症モデルを用いて試験した結果、上記スーパーオキシドアニオンラジカルセンサは重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害においても有用なものであることを見出し、本発明を完成した。

　すなわち、本発明は、生体内に挿入可能なカテーテルと、このカテーテル内に設けられたラジカルセンサとを有しており、前記ラジカルセンサは、前記カテーテルの先端部に設けられたスーパーオキシドアニオンラジカルを測定可能とするセンサ電極と、前記カテーテルの基部に設けられたセンサ用導線コネクタと、前記センサ電極とセンサ用導線コネクタとを接続するセンサ用導線とを有することを特徴とする。

　また、本発明は、前記センサ電極によって測定された血液中のスーパーオキシドアニオンラジカル濃度を、組織傷害に基づく値と健常人に基づく値とを区別しうる予め定めた閾値と比較する比較手段を有することを特徴とする。

　また、本発明は、スーパーオキシドアニオンラジカルを測定可能とするセンサ電極が、金属ポルフィリン錯体重合皮膜を利用したものであることを特徴とする。

　また、本発明は、前記カテーテル内には輸液供給手段が設けられており、前記輸液供給手段は、前記カテーテルの先端部に設けられた輸液を吐出可能とする孔を有する先端部材と、これらの各先端部材に接続された輸液管と、これらの各輸液管と結合されおり前記カテーテルの基部に設けられた輸液コネクタとを有することを特徴とする。

　また、本発明は、前記輸液管の少なくとも１つが、静脈圧測定用圧力トランスデューサに結合されていることを特徴とする。

　また、本発明は、輸液を吐出可能とする孔が、カテーテルの中間部にも設けられていることを特徴とする。

　また、本発明は、組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であることを特徴とする。

　また、本発明は、組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であり、更に高血糖（あるいはそれに起因する糖尿病など）により増幅される脳虚血再潅流傷害であることを特徴とする。

　また、本発明は、組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であり、その治療が薬剤治療または低温治療であることを特徴とする。

　また、本発明は、組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であり、その治療が高濃度酸素治療であることを特徴とする。

　また、本発明は、組織傷害が、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害であることを特徴とする。

　本発明によれば、脳虚血再潅流傷害や、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害におけるスーパーオキシドアニオンに代表される生体内フリーラジカルを迅速かつ定量的にモニタすることができ、生体内の組織状態の良否を的確に診断することができる。

本発明装置の一態様の概要を示す図面である。本発明装置の一態様のカテーテル先端付近の拡大図である。図１の３－３に沿った縦断面図である。本発明装置の別の態様の概要を示す図面である。図５ａは、スーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ）有無より、二つの異なる量のキサンチンオキシダーゼをキサンチン有りのラット血液に添加して生成したＯ_２－・電流（Ｉ，ｎＡ）と時間経過（分）を示す線図である。ＸＯＤの用量依存性によりＯ_２－・電流の上昇が明らかになり、ＳＯＤ添加によりＯ_２－・電流が減少した。電流データは毎秒２点測定し、ノイズと人為的結果を含むデータを平均化した。図５ｂは、種々量のＸＯＤをキサンチン有りラット血液に添加して生成した電気量Ｑ（μＣ）とＸＯＤ濃度（ｍＵ／ｍＬ）との関係を示す線図である。Ｏ_２－・電流のベースラインはＸＯＤ添加前の安定状態と規定した。電流がプラトーまたはピークに達した時間でのベースラインと電流間の差を積分して、電気量（Ｑ）とした。ＸＯＤ用量依存性により電気量の上昇が明らかになり、ＳＯＤ添加によりキサンチン－ＸＯＤ反応で生成した電気量が減衰した。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。＊＊ｐ＜０．０１。図５ｃは、電気量（Ｑ）とラット血液中のＯ_２－・濃度との関係を示す線図である。縦軸はＱ（μＣ）を示し、横軸はＯ_２－・濃度（μｍｏｌ／Ｌ）を示す。Ｏ_２－・濃度はキサンチン／ＸＯＤ反応で在来法により算出した。Ｑ値はＯ_２－・濃度と共に直線的に増加した（ｐ＜０．０１）。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。実験タイムテーブルを示す図面である。対照群およびＳＯＤ群における検出電流を表すグラフである。オリジナルの検出電流のグラフはノイズや人為的影響を含むため、この図では、コンピューターソフトウエアによって平滑化された。再潅流後、両群における検出電流は上昇し始めた。再潅流後２０分経過時に、ＳＯＤ（５ｍｇ／ｋｇ）をＳＯＤ群のラットに投与した（図中★印）。対照群の検出電流は上昇を続けたが、ＳＯＤ群の検出電流は低下した。再潅流後のスーパーオキシドの検出電流を示すグラフである（平均±ＳＤ）。図中○および点線は対照群の検出電流を示す。■および実線はＳＯＤ群の検出電流を示す。ベースライン（安定状態）時と再潅流期間の検出電流の差によリスーパーオキシドアニオンラジカルの生成を確認した。積分した各検出電流の差は、グラフ中電荷（ｕＣ）として示す。再潅流期間３（再潅流から４０－６０分間）では、ＳＯＤ群の検出電流は大幅に低下したが、対照群の検出電流は上昇を続けた。図９ａは、内毒血症のラットのスーパーオキシドアニオンラジカル（Ｏ_２－・）の典型的電流Ｉ（ｎＡ）と時間経過（時）との関係を示す線図である。リポ多糖体（ＬＰＳ）投与後約１時間で、ＬＰＳ群ではＯ_２－・電流が増加しはじめ、５時間でプラトーに達した。偽群では、Ｏ_２－・電流は経過全体で増加しなかった。ＬＰＳ＋ＳＯＤ群では、ＳＯＤ投与によりＯ_２－・電流の上昇は減衰した。電流データは一秒当たり２点測定し、ノイズと人為的結果を含むデータに平均化法を適用した。図９ｂは、Ｏ_２－・生成量を反映する電気量（Ｑ）の生成量を示す線図である。Ｏ_２－・電流のベースラインはＬＰＳ投与前の安定状態と規定し、点線で示す。Ｑ値はＬＰＳ投与後、一時間毎のＯ_２－・電流とベースライン間の差を積分した。これらの灰色領域は一時間毎のＱ値を示す。内毒血症のラットの毎時間ごとのスーパーオキシドアニオンラジカルに対する電気量Ｑ（μＣ）を示す線図である。ＬＰＳ群のＱ値（黒色棒線）は、２時間後偽群（白色棒線、ｐ＜０．０１）に比べ顕著に増加した。ＬＰＳ＋ＳＯＤ群のＱ値（灰色棒線）は、ＬＰＳ群の場合（ｐ＜０．０１）に比べ顕著に減衰した。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。＊＊ｐ＜０．０１。実験時の全血漿ＭＤＡレベル（μＭ）と時間経過（時）を示す線図である。ＬＰＳ群の全血漿ＭＤＡレベル（黒色棒線）とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の全血漿ＭＤＡレベル（灰色棒線）は、５時間と６時間で偽群の場合（白色棒線、ＬＰＳ群ではｐ＜０．０１、ＬＰＳ＋ＳＯＤ群ではｐ＜０．０５）に比べ著しく増加した。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。＊ｐ＜０．０５。＊＊ｐ＜０．０１。内毒血症のラットにおけるリポ多糖体（ＬＰＳ）投与後６時間での、血漿可溶性細胞接着分子－１（ｓＩＣＡＭ－１）レベル（ｐｇ／ｍｌ）を示す線図である。ＬＰＳ群の血漿ｓＩＣＡＭ－１レベル（黒色棒線）とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の血漿ｓＩＣＡＭ－１レベル（灰色棒線）は、偽群の場合（白色棒線、ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群ではｐ＜０．０１）に比べ著しく増加した。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。＊＊ｐ＜０．０１。実験時の平均動脈圧（ＭＡＰ）と動脈血ガス分析のパラメーターと各図の時間経過（時）を示し、四角、丸及びダイアモンドの記号は、それぞれ偽群、ＬＰＳ群及びＬＰＳ＋ＳＯＤ群を示す。図１３ａは、実験時の平均動脈圧ＭＡＰ（ｍｍＨｇ）を示す線図である。三群間に有意差はなかった。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。図１３ｂは、三群でのＰａＯ_２（ｍｍＨｇ）を示す線図である。三群間に有意差はなかった。図１３ｃは、ｐＨを示す線図である。ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群のｐＨは、偽群の場合に比べ遙かに低かった（ｐ＜０．０１）。図１３ｄは、乳酸濃度（ｍｍｏｌ／Ｌ）を示す線図である。ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の乳酸濃度は、偽群の場合より遙かに低かった（ｐ＜０．０５）。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。＊ｐ＜０．０５。＊＊ｐ＜０．０１。前脳虚血再潅流モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における検出電流を表すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における脳組織中のＭＤＡレベルを示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における　Ｐｌａｓｍａ　Ｔｏｔａｌ　ＭＤＡ　を示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける低体温の作用を示す対照群（Ｓｈａｎ）、コントロール群（Ｎｏｒｍｏｔｈｅｒｍｉａ）、虚血前低体温群（Ｐｒｅ－Ｈｙｐｏｔｈｅｒｍｉａ）および虚血後低体温群（Ｐｏｓｔ－Ｈｙｐｏｔｈｅｒｍｉａ）における検出電流を表すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける低体温の作用を示す対照群（Ｓｈａｎ）、コントロール群（Ｎｏｒｍｏｔｈｅｒｍｉａ）、虚血前低体温群（Ｐｒｅ－Ｈｙｐｏｔｈｅｒｍｉａ）および虚血後低体温群（Ｐｏｓｔ－Ｈｙｐｏｔｈｅｒｍｉａ）における脳組織中のＭＤＡレベルを示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける低体温の作用を示す対照群（Ｓｈａｎ）、コントロール群（Ｎｏｒｍｏｔｈｅｒｍｉａ）、虚血前低体温群（Ｐｒｅ－Ｈｙｐｏｔｈｅｒｍｉａ）および虚血後低体温群（Ｐｏｓｔ－Ｈｙｐｏｔｈｅｒｍｉａ）における　Ｐｌａｓｍａ　Ｔｏｔａｌ　ＭＤＡ　を示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける正常血糖群と高血糖群とにおける血糖値の変化を示す線図である。前脳虚血再潅流モデルにおける高血糖の作用を示す正常血糖群および高血糖群における検出電流を表すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける高血糖の作用を示す正常血糖群および高血糖群における脳組織中のＭＤＡレベルを示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける高血糖の作用を示す正常血糖群および高血糖群における　Ｐｌａｓｍａ　Ｔｏｔａｌ　ＭＤＡ　を示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける正常酸素群と高濃度酸素群とにおけるＰ_ａＯ_２の変化を示す線図である。前脳虚血再潅流モデルにおける高濃度酸素投与の作用を示す正常酸素群および高濃度酸素群における検出電流を表すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける高濃度酸素投与の作用を示す正常酸素群および高濃度酸素群における脳組織中のＭＤＡレベルを示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおける高濃度酸素投与の作用を示す正常酸素群および高濃度酸素群における　Ｐｌａｓｍａ　Ｔｏｔａｌ　ＭＤＡ　を示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおけるアロプリノール投与の作用を示す対照群、高アロプリノール群および低アロプリノール群における検出電流を表すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおけるアロプリノール投与の作用を示す対照群、高アロプリノール群および低アロプリノール群における脳組織中のＭＤＡレベルを示すグラフである。前脳虚血再潅流モデルにおけるアロプリノール投与の作用を示す対照群、高アロプリノール群および低アロプリノール群における　Ｐｌａｓｍａ　Ｔｏｔａｌ　ＭＤＡ　を示すグラフである。エンドトキシン血症モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における検出電流を表すグラフである。エンドトキシン血症モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における　Ｐｌａｓｍａ　ＭＤＡ　を示すグラフである。エンドトキシン血症モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における可溶性ＩＣＡＭ－１を示すグラフである。エンドトキシン血症モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す対照群およびウリナスタチン群における平均動脈圧を示すグラフである。エンドトキシン血症モデルにおけるウリナスタチンの作用を示す動脈血ガス分析のパラメーターと各図の時間経過（時）を示し、図３５ａは、ＰａＯ_２（ｍｍＨｇ）を示す線図である。図３５ｂは、ｐＨを示す線図である。図３５ｃは、塩基過剰を示す線図である。図１３ｄは、乳酸濃度（ｍｍｏｌ／Ｌ）を示す線図である。

　本発明の組織傷害の診断装置（以下、「本発明装置」という）は、重合鉄ポルフィリン錯体によって被覆した作用極と、少なくとも対極よりなるスーパーオキシドアニオンラジカルセンサ（「ラジカルセンサ」と略称する）を、生体内に挿入可能なカテーテルの先端部位に取り付けたものである。

　そして、本発明装置においては、このラジカルセンサによって測定された血液中のスーパーオキシドアニオンラジカル濃度を、組織傷害に基づく値と健常人に基づく値とを区別しうる予め定めた閾値と比較する比較手段を、例えば、患者監視装置に取り付けたものである。

　また、本発明装置においては、前記ラジカルセンサとともに、１または複数の薬剤を投入するための輸液ラインや、カテーテル先端部でスーパーオキシドアニオンラジカル量以外の各種情報を得るためのセンサ、例えば、血圧を測定するための圧力トランスデューサ等が取り付けられたものである。

　このカテーテル先端で得た各種情報は、電気的情報として患者監視装置に送られ、ここで生体内の組織状態の良否の診断が行われ、必要と判断すれば、輸液ラインを通じて必要な薬液が送り込まれ、脳虚血再潅流傷害や、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害の治療が行われるのである。

　以下、本発明装置を図面について説明する。

　図１は、本発明装置の１実施の形態を示す概要図、図２は、その先端部の拡大図、図３は、図１の３－３に沿った縦断面図である。

　本実施の形態の組織傷害の診断装置１は、生体内に挿入可能な長尺なカテーテル２と、このカテーテル２の内部に設けられているラジカルセンサ１５と、輸液供給手段１６とによって形成されている。カテーテル２は基部３と先端部４とを有している。ラジカルセンサ１５は、カテーテル２の先端部４に設けられたスーパーオキシドアニオンラジカルを測定可能とするセンサ電極６と、カテーテル２の基部４に設けられたセンサ用導線コネクタ７と、センサ電極６とセンサ用導線コネクタ７とを接続するセンサ用導線１１とにより形成されている。輸液供給手段１６は、カテーテル２の内部に設けられた少なくとも１つの輸液管（本実施の形態においては２つの輸液管）１２、１３を有しており、一方の輸液管１２はカテーテル２の先端部材に形成されている先端孔１０に連通していてカテーテル２の先端から輸液を吐出可能とされており、他方の輸液管１３はカテーテル２の先端部近傍の側面に形成されている側面孔６に連通していてカテーテル２の側面から輸液を吐出可能とされており、これらの各輸液管１２、１３はカテーテル２の基部３に設けられた輸液コネクタ８、９と結合されている。

　更に説明すると、本発明装置１において用いられるカテーテル２は、人体の太い血管内に挿入できる径、例えば、２．４～４．０ｍｍ程度の径を有するものである。このカテーテル２の本体は、生体適合性があり、かつ柔軟性がある材料、例えば、ポリウレタンで構成されていることが望ましい。

　また、このカテーテル２内に設けられる輸液管１２、１３も、柔軟性があるチューブであることが望ましく、望ましくは、１．２～２．６ｍｍ程度の径を有するポリウレタン性のものである。

　更に、センサ用導線１１としては、十分な通電量が保証される材質の電線であることが必要であり、銀、銅、白金等の金属線が好ましく用いられる。

　更にまた、本発明装置１において使用される電極部６は、本発明者らが特許文献１や非特許文献５等で発表しているものであり、これに基づいて作成されるものである。すなわち、作用極の金属ポルフィリン錯体重合膜による被覆方法や、対極、あるいはセンサ全体の構成はこれを参考にして容易に得られるものである。

　このセンサ電極６は、本発明者が先に発明したニードル状電極を用いても良いし、あるいは、この部分を作用極のみとし、カテーテル先端部４を金属で構成し、これを対極として利用しても良い。また、これらの各電極には、特許文献２に記載の技術により、抗血液凝固性皮膜を施しておいても良く、それにより、血管内に長時間留置可能となる。

　本発明装置１においては、上記のセンサ電極６の他、輸液用の先端孔１０および側面孔５が設けられている。これらの孔５、１０は、それぞれ輸液ライン１２、１３とつながっており、必要に応じて、これらから液状薬剤を吐出する。

　一方、本発明装置１のカテーテル２の基部３には、ラジカルセンサ用コネクタ７、輸液用コネクタ８および９が取り付けられている。

　このうち、ラジカルセンサ１５を形成するラジカルセンサ用コネクタ７は、患者監視装置１７に設けられている判断手段１８に結合されており、刻々と変化する患者の血液中のスーパーオキシドアニオンラジカル量を測定し、脳虚血再潅流傷害等の生体内の組織状態の良否の診断を行う。

　また、輸液供給手段１６を形成する輸液用コネクタ８および９は、患者監視装置１７に設けられている輸液装置１９に結合されており、患者監視装置１７に設けられている制御部１７ａからの指令に基づき、必要量の液状薬剤を輸液管１２および／または１３に送り出す。また、場合によっては、輸液管１２および／または１３は、圧力トランデューサとして利用し、例えば、中心静脈圧測定に用いることもできる。

　次に、本実施の形態の作用を説明する。

　本発明装置１を用いて、脳虚血再潅流傷害や、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害等の生体内の組織状態の良否の診断が行える理由は、次の通りである。

　すなわち、これらの傷害を受けた患者の血液中においては、有意に活性スーパーオキシドアニオンラジカル量が高くなるが、本発明装置１で用いる金属ポリフィリン錯体重合膜は、スーパーオキシドアニオンラジカルの不均化反応に対して触媒作用を及ぼすことができ、その濃度に応じた酸化電流を検知することができるので、リアルタイムに活性スーパーオキシドアニオンラジカル量を測定することが可能である。特に、カテーテル２を生体内の適正なスーパーオキシドアニオンラジカル量の測定部位、例えば、頸静脈部分、頸動脈部分をはじめとする静脈や動脈部分、心臓をはじめとする内臓部分等に挿入して、ラジカルセンサ１５により確実にスーパーオキシドアニオンラジカルを測定することができる。

　そして、例えば、従来臨床的に脳虚血再潅流傷害と診断された患者の活性スーパーオキシドアニオンラジカル量を元に、脳虚血再潅流傷害患者と健常人を区別しうる閾値を決めておくことにより、判断手段１８によって簡単に脳虚血再潅流傷害を診断できるのである。同様に、臨床的に重症感染症－敗血症による全身臓器－組織傷害の患者と診断された患者の活性スーパーオキシドアニオンラジカル量を測定し、これに基づいて閾値を設定することで、簡単に重症感染症・敗血症による全身臓器－組織傷害を診断できるのである。

　更に本発明装置１のカテーテル２部分を体内に留置し続けることにより、経時的な組織傷害の悪化や、改善が診断でき、適切なタィミングで適当な量の薬剤を注入することが可能となるのである。

　次に、図４により本発明装置１の別の実施の態様を説明する。示す概要図である。

　本実施の形態においては、カテーテル２の先端部４の手前側にサーマルフィラメント２０とサーミスタ２１とを設け、カテーテル２の先端部４にバルーン２２とオプティカルファイバー２３とを設けている。カテーテル２の基部３には、バルーン拡張用バルブ２４、サーミスタコネクタ２５、サーマルフィラメントコネクタ２６、オプティカル・モジュール・コネクタ２７、輸液用コネクタ２８をそれぞれ接続している。前記実施の形態と同一部分には同一符号を付してある。

　この態様の本発明装置１は、図１に示す態様の装置の構成要件を殆ど含み、更に診断に必要なセンサ類、すなわちサーマルフィラメント２０、サーミスタ２１およびオプティカルファイバ２３を加えたものである。従って、カテーテル２の基部３にも、これに対応した形で、サーミスタコネクタ２５、サーマルフィラメントコネクタ２６、オプティカル・モジュール・コネクタ２７が設けてある。これらのセンサ類により、更に一層レベルの高い診断が可能となる。

　また更に、上記態様の本発明装置１においては、バルーン２２が取り付けられており、バルブ拡張バルブ２４から送給される気体により、バルーン２２を膨らませ、心不全等の治療に役立たせることも可能である。

　本発明装置１によってラットに対してスーパーオキシドアニオンラジカルを測定することにより、生体内の組織状態の良否、即ち組織傷害の診断を実行可能であることを検証する。

　本実施例における生体のモデルとしてのラットの取扱いは、山口大学動物実験委員会により承認され、米国国立衛生研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）のガイドラインに従って全ラットを取り扱った。

　また、本実施例における統計的分析については、全てのデータは平均±標準偏差（ＳＤ）とした。二群間の統計的有意性は一元配置分散分析（ＡＮＯＶＡ）により判定した。データ分析は統計学的パッケージプログラムＳＰＳＳ１０．０（ＳＰＳＳ社、（ＳＰＳＳ　Ｉｎｃ．）シカゴ（Ｃｈｉｃａｇｏ）、イリノイ州、米国）を用いて行った。Ｐ＜０．０５は統計的有意性ありと判断した。

　（実施例１）
　ラット血液中でのラジカルセンサの生体外検証

　ラジカルセンサ１５を生体内モデルに適用する前に、ラット血液で検証した。

　即ち、ラットより採取したラット血液内に本発明装置１のカテーテル１の先端部４に形成されているセンサ電極６を浸漬させて、スーパーオキシドアニオンラジカル量の測定を行った（図５参照）。

　１）対象ラット
　２８匹の特定病原体なしで、体重２５０－３００ｇのウイスターラットのオスを用いた。このラットは４％イソフルランと９６％酸素で麻酔した。開腹後、下大静脈からヘパリン５００Ｕにより全血液を採取した。血液資料は出来るだけ早く用いた。

　２）ラット血液の調整と測定
　各血液を、キサンチン（以下、「ＸＡＮ」という）＋キサンチンオキシダーゼ（以下、「ＸＯＤ」という）３０ｍＵ／ｍｌ（検体数＝７，低ＸＯＤ群）（図５中（２）参照）、ＸＡＮ＋ＸＯＤ６０ｍＵ／ｍｌ（検体数＝７，高ＸＯＤ群）（図５中（１）参照）、ＸＡＮ＋ＸＯＤ６０ｍＵ／ｍＬ＋スーパーオキシドジスムターゼ（以下、「ＳＯＤ」という、ウシ赤血球由来、シグマケミカル社（Ｓｉｇｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、セントルイス（Ｓｔ．　Ｌｏｕｉｓ）、ミズーリ州、米国）５０００単位／ｍＬ（検体数＝７、ＸＯＤ＋ＳＯＤ群）（図５中（３）参照）の三つの実験群の一つに、無作為に割り当てた。

　血液５ｍｌを撹拌しながら３７℃でインキュベートした。ＸＡＮを血液に加えて最終濃度を１５０μＭにした。ＳＯＤはＸＯＤ＋ＳＯＤ群のみに加え、最終濃度を５０００単位／ｍＬにした。本発明装置１のラジカルセンサ１５を血液中に挿入し、Ｏ_２－・電流を継続的に測定した。電流の安定化後、ＸＯＤを血液に加えた。ＸＯＤの最終濃度は、低ＸＯＤ群では３０ｍＵ／ｍＬ、高ＸＯＤ群とＸＯＤ＋ＳＯＤ群ではそれぞれ６０ｍＵ／ｍＬであった。ＸＯＤ添加後、ラット血液中のＯ_２－・電流（Ｉ（ｎＡ））を３６０秒間測定した。電流データは毎秒２点測定し、ノイズと人為的結果を含むデータを平均化した。Ｏ_２－・電流のベースラインをＸＯＤ添加前の安定状態と規定した。ベースライン（ＸＯＤ直前）とＸＯＤ後レベル間の電流差を、電流がプラトーまたはピークに達するまで積分して電気量（Ｑ）とした。

　３）測定結果
　図５ａにおいては、（１）～（３）に示される三群の血液のそれぞれにおいて生成されたスーパーオキシドアニオンラジカル量の基づくＯ_２－・電流（Ｉ（ｎＡ））を時間経過とともに測定した結果を示している。

　その結果、ＸＯＤの用量依存性によりＯ_２－・電流の上昇が明らかになり、ＳＯＤ添加によりＯ_２－・電流が減少した。

　ＳＯＤの添加によりＯ_２－・電流が減少するので、キサンチン酸化により生成したＯ_２－・電流（Ｉ）は、ラット血液と同様に生理食塩水中のＯ_２－・センサにより捕捉できた（図５ａ）。

　この時のキサンチンの酸化は以下の反応式（Ａ）に従った。
キサンチン＋２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ　→　尿酸塩＋２Ｏ_２－・＋２Ｈ＋；ｋ_１　　・・（Ａ）

　この反応はＸＯＤにより触媒された。

　図５ｂにおいては、Ｏ_２－・電流変化が生体内で可変なので、図５ａに示す（１）～（３）の三群のラット血液に対して、Ｏ_２－・生成量を反映するＯ_２－・の電気量（Ｑ）により生成Ｏ_２－・を評価した。具体的には、電流のベースラインをＸＯＤ添加前の安定状態と規定し、ＸＯＤ添加前後の電流差を、電流がプラトーまたはピークに達する時間の間積分してＱ値（μＣ）とした。それぞれの値は７つの測定の平均±標準偏差（ＳＤ）である。＊＊ｐ＜０．０１。

　その結果、このＱ値は、ラット血液中ＸＯＤの用量依存性により明らかになった（ｒ^２　＝　０．９８９７、　ｙ　＝　０．００６６ｘ　＋　０．２１５５、　図５ｂ中の（１）および図５ｂ中の（２）参照）。また、ＸＯＤ６０ｍＵ／ｍｌにおけるＱ値は、ＳＯＤ５０００Ｕ／ｍｌの添加により著しく減衰した（ｐ＜０．０１、図５ｂ中の（３）参照）。

　図５ｃにおいては、電気量（Ｑ）とラット血液中のＯ_２－・濃度との関係を示す。縦軸はＱ（μＣ）を示し、横軸はＯ_２－・濃度（μｍｏｌ／Ｌ）を示す。

　Ｏ_２－・濃度はキサンチン／ＸＯＤ反応で在来法により算出した。

　具体的には、ＸＯＤ活性を関数とするＯ_２－・濃度の在来評価法は、前記反応式（Ａ）の速度と、以下の反応式（Ｂ）に従うＯ_２－・の不均化に関する定常状態近似に基づき確立されている。
２Ｏ_２－・＋２Ｈ＋　→　Ｈ_２Ｏ_２＋Ｏ_２；ｋ_２　　　　　・・（Ｂ）

　Ｏ_２－・濃度の微分方程式（ｄ［Ｏ_２－・／ｄｔ　＝　ｋ_１［ＸＯＤ］?　ｋ_２［Ｏ_２－・］^２）により、定常状態条件でのＯ_２－・濃度が、ＸＯＤ濃度の平方根に比例することが示唆される。前記ｋ_１とｋ_２の既知の値を用いて、Ｑ値を直接Ｏ_２－・濃度と関連できる。

　その結果得られた図５ｃは、Ｑ値とＯ_２－・濃度間に有意な相関性があることを示す（ｒ^２　＝　０．９９５２、　ｐ＜０．０１）。Ｑ値はＯ_２－・濃度と直線的に増加した。人の末梢血でもラット血液の場合と同じ結果が得られた。

　これらの図５ａ～ｃの結果より、Ｑ値は生体内で生成したＯ_２－・量評価の適切な指標であることがわかる。更に、必要な場合には、キサンチン／ＸＯＤ反応をラット血液中のセンサ較正に使用できる。

　（実施例２）
　　急性の虚血性疾患モデル（ラット）におけるスーパーオキシド濃度の測定

　１）対象ラット
　　１６匹のオスウィスターラット（２６０－２８０ｇ）を無作為に二群、即ち再潅流群（検体数＝８）とＳＯＤ有りの再潅流群（検体数＝８）に分けた。ラットの体重は二群間で統計的差異はない。

　２）ラジカルセンサ１５の構成
　本発明装置に取り付けられているラジカルセンサ１５は、図１に示すカテーテル型のものである。炭素電極に付着したポリマー系鉄ポルフィリン誘導体の電着膜を、補助対極としてのステンレススチール管に配置したものである。

　３）実験方法
　ダミープローブおよび微少透析のガイドチューブを、実験前日にペントバルビタール麻酔（腹腔内投与、５０ｍｇ／ｋｇ）下にラットの脳実質に埋め込んだ。ガイドチューブは歯科用レジンを用いて右半球のブレグマより３ｍｍ側、３ｍｍ方に固定した。気管切開チューブによるイソフルレン麻酔と人工呼吸をしながら、電気化学的スーパオキサイドセンサを甲状腺静脈から左内頚静脈に挿入し、他の静脈枝は結紮した。微少透析プローブ（Ｃ－Ｉ－４－０２、エイコム社（Ｅｉｃｏｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、京都、日本）をダミープローブで置き換え、微少透析を３μｌ／ｍｉｎで開始した。両側総頚動脈を閉塞し、収縮期血圧が４０～４５ｍｍＨｇの間で２０分間脱血して、前脳虚血モデルのラットを作成した。脳波と微少透析液中のグルタミン酸濃度の上昇により前脳虚血を確認した（バストー他（Ｂｕｓｔｏ　ｅｔ　ａｌ．））。両側総前脳虚血後、頚動脈閉塞を解除し脱血を戻して再潅流を得た。再潅流後、６０分間生理食塩水またはヒドロキエチルデンプン輸液により血圧を保った。再潅流後２０分で、ＳＯＤ（５ｍｇ／ｋｇ）をＳＯＤ有りの再潅流群に静脈内投与した。微少透析潅流液のグルタミン濃度を、電気化学的検出器（エイコム社（Ｅｉｃｏｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、京都、日本））付きの高速液体クロマトグラフィで測定した。虚血前、虚血中および虚血後１、虚血後２、虚血後３でそれぞれ２０分間採取した（図６）。ラジカルセンサ１５による虚血前と虚血後間の検出電流の差により過剰スーパーオキシドを評価した。実験時の動脈血のＰＯ_２、ＰＣＯ_２、ｐＨおよび塩基過剰、動脈圧、咽頭温度および直腸温度も測定した。実験終了時にラットにペントバルビタール（５０ｍｇ／ｋｇ）と塩化カリウムを静脈注射して安楽死させた。安楽死後脳を摘出し、微少透析プローブの位置を確認した。

　４）結果
　虚血前、虚血時、虚血後の脱血量、直腸温度、咽頭温度および血圧は二群間で有意差はなかった（表１）。虚血と再潅流によりアシドーシスが両群で認められたが、二群間では有意差はなかった（表１）。微少透析潅流液中のグルタミン酸濃度は両群で虚血時には上昇し、再潅流により下降した（表２）。このグルタミン酸濃度の上昇は前脳虚血を意味するが、二群間には有意差はみられなかった（表２）。

　ラジカルセンサ１５の検出電流としては、そのベースラインが虚血前の安定状態と規定し、虚血再潅流時の差異を測定した。検出電流はノイズや人為的結果を含んでいるため、コンピューターソフトウェアを用いてグラフの移動平均法により平滑化作業を行って求めた（図７）。検出電流を２０分毎に積分して電荷とした。再潅流後、検出電流は二群でスーパーオキシド生成によりベースラインから上昇した。再潅流後２０分で、ＳＯＤ（５ｍｇ／ｋｇ、星印）を静脈投与した。検出電流は再潅流群で更に増加したが、ＳＯＤ有りの再潅流群ではＳＯＤ投与直後から検出電流は下降し始めた。検出電流は再潅流期間３（再潅流後４０－６０分）では更に降下し、二群間で統計的有意差が認められた（ｐ＜０．０５、表３と図８）

　再潅流：２０分間の前脳虚血再潅流。数値は平均±標準偏差（ＳＤ）
二群間の有意差なし。

　微少透析液はそれぞれ２０分毎に採取した。グルタミン酸は虚血により上昇し、再潅流後に降下した。二群間には有意差はない。

　数値は平均±標準偏差（ＳＤ）であり、Ｐ＜０．０５は統計的に有意と考えた。
積分検出電流は、それぞれ２０分間でのスーパーオキシドの電荷（μＣ）を意味する。再潅流群の検出電流は再潅流後上昇し続けるが、ＳＯＤ有りの再潅流群の検出電流は再潅流期間３で減衰した。二群間には再潅流期間３で有意差がある。

　５）検討
　生体内の大部分のＲＯＳはスーパーオキシドに由来するので、生体中のスーパーオキシドをリアルタイムで定量できる重要な意味がある。前述したように、従来の測定機器にはそれぞれ欠点がある。本発明装置１のラジカルセンサ１５は、チトクロームｃの擬態としてポリマー系鉄ポルフィリン誘導体をセンサ電極６に用いているために、スーパーオキシドに関して高選択性を有し、スーパーオキシドを確実に測定することができ、その電極表面は生体内での使用に化学的にも機械的にも十分強靱である。

　スーパーオキシドはジスムターゼにより自然消滅する［２Ｏ_２－　＋　２Ｈ＋　→　Ｏ_２　＋　Ｈ_２Ｏ_２　（Ｈ_２Ｏ_２：過酸化水素）］。チトクロームｃの活性中心におけるヘムの配位座６と同一構造を有するポリマー系鉄ポルフィリン誘導体（センサ電極６の素材）は、スーパーオキシドの不均化を触媒作用でき、酸化電流を検知できる。スーパーオキシド量と検出電流間の線形相関が、スーパーオキシドアニオンラジカルを生成するキサンチンオキシダーゼとキサンチンオキシド反応の実験により確認されている。スーパーオキシドの検出電流がＳＯＤ投与後直ちに下降し、この電極は過酸化水素を検出することなしに、スーパーオキシドのみを選択的に検出できることが確認された。それ故、増幅装置と記憶装置付きのこのスーパーオキシド選択性電極を用いた。

　前脳虚血はエネルギー障害と急速な神経細胞壊死を招く。本発明に係る研究においては神経細胞の虚血は、微少透析潅流液中のグルタミン酸濃度の増加を意味する（表２）。虚血時にはグルタミン酸濃度は４．７～１１．３倍増加し、グルタミン酸の上昇は前虚血レベルに低下した。

　再潅流後には炎症細胞と過剰ＲＯＳ生成を招く酸素の流入が起こる。本発明に係る研究の再潅流群においては、少なくとも再潅流後６０分間はスーパーオキシド電流が徐々に上昇した（図７、図８、表３）。生体膜の構造はフリーラジカル誘導の脂質過酸化に特に鋭敏な不飽和二重結合を多く含有する。過剰ＲＯＳは脂質過酸化の結果、神経細胞のミトコンドリア膜を直接傷つけ、虚血脳のダメージを拡大する。

　本発明に係る研究により、再潅流後２０分にＳＯＤを静脈投与することで、頚静脈の前脳虚血／再潅流で誘発したスーパーオキシドを減少できることが示された（図７、図８、表３）。ＳＯＤの過剰発現または抗酸化剤による前処理により、虚血再潅流動物モデルで幾らかの神経保護作用が示されるという幾つかの報告がある。本発明に係る研究の結果は、ＳＯＤまたは抗酸化剤がスーパーオキシドのようなフリーラジカルを減少し、神経細胞の脂質過酸化を阻害できるかも知れないというこれらの結果と密接に関連することとなる。チェルビーニ他（Ｃｈｅｒｕｂｉｎｉ　ｅｔ　ａｌ．）は人間の虚血性重症脳梗塞患者で、ＳＯＤと抗酸化物質の顕著な減少を報告している。これらの場合、スーパーオキシドは脳と内頚静脈で増加するかも知れない。この状態でスーパーオキシドに鋭敏な本発明装置１のセンサ電極６は、ベッドサイドで非常に有用な臨床モニタとなると考えられる。日本においては、エダラボンのようなフリーラジカルスカベンジャーが、臨床的に虚血性脳梗塞患者に使用されてきた。それ故、ＲＯＳの挙動を脳梗塞の病態生理学と、ベッドサイドで人へのこれらラジカルスカベンジャーまたは抗酸化剤の影響を評価することは更に重要になる。本発明者である湯浅他が開発した生体内の針型やカテーテル型のラジカルセンサ１５は、生体内に容易に挿入してスーパーオキシドを検出できる。このラジカルセンサの長期の感度安定性が解決されると、スーパーオキシドのようなフリーラジカルの挙動が明らかになり、バイオセンサが臨床的に使用できることとなる。

　このように本発明装置１によれば、スーパーオキシドの過剰生成を、ラットの前脳虚血内の生体内に挿入したラジカルセンサにより検出することができる。また、ＳＯＤ投与による急速なスーパーオキシドの低下も当該ラジカルセンサにより検出することができる。一方、ＳＯＤなしの再潅流後には、スーパーオキシドは更に増加した。本発明装置１の生体内におけるリアルタイムのスーパーオキシドの測定により、急性の虚血性疾患でのスーパーオキシド挙動の一部を明らかにすることができる。

　（実施例３）
　急性の敗血症モデル（ラット）におけるスーパーオキシド濃度の測定

　１）対象ラット
　２１匹の特定病原体なしで、体重２５０－３００ｇのウイスターラットのオスを本実施例に用いた。ラットは生理食塩水の急速静注持続投与の偽（Ｓｈａｍ）群（検体数＝７）と、ポリ多糖体（以下、「ＬＰＳ」という）急速投与と持続生理食塩水のＬＰＳ群（検体数＝７）と、ＬＰＳ急速投与とスーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ）の持続投与（検体数＝７）の三群の一つに無作為に割り当てた。

　２）ラジカルセンサ１５の構成
　本発明装置１に取り付けられているラジカルセンサ１５は、図１に示すカテーテル型のものである。炭素電極に付着したポリマー系鉄ポルフィリン誘導体の電着膜を、補助対極としてのステンレススチール管に配置したものである。

　３）実験方法
　ラットを３％イソフルランと９７％酸素で麻酔した。ラットは気管切開チューブにより人工呼吸した。動脈カテーテルを挿入して血圧を測り、左大腿動脈から血液サンプルを採取した。静脈カテーテルを挿入して左大腿静脈から薬剤を投与した。本発明装置１のカテーテル２の先端部４に取り付けられているラジカルセンサ１５の先端を右外頚静脈から右心房に挿入した。外科手術後、麻酔を０．９％イソフルランと酸素中６０％窒素に変更した。その後Ｏ_２－・電流を持続的に測定した。臭化パンクロニウム（一時間毎に０．２ｍｇ）を人工呼吸のために経静脈的に投与し、ヘパリン（一時間毎の１００単位点滴）を投与してラジカルセンサ１５付近における凝血を予防した。

　血液ガスとＯ_２－・電流の安定化後、大腸菌Ｏ１１１：Ｂ４（体重１ｇ当たり３μｇ、シグマケミカル社（Ｓｉｇｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、セントルイス（Ｓｔ．　Ｌｏｕｉｓ）、ミズーリ州、米国）由来のＬＰＳを、ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群に、また等量の生理食塩水を偽群に、経静脈的に投与した。ＬＰＳ投与から１時間後にＳＯＤをＬＰＳ＋ＳＯＤ群に経静脈的に投与した（生理食塩水１ｇ当たり１μｌの１ｇ当たり２５単位を、速度２５単位／ｇ／時間で持続輸液、シグマケミカル社（Ｓｉｇｍａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ）、セントルイス（Ｓｔ．　Ｌｏｕｉｓ）、ミズーリ州、米国）。同一用量の生理食塩水をＬＰＳ群と偽群に投与した。平均血圧を持続的に測定し、２０分毎に記録した。血液採取（０．５ｍｌ）と動脈血ガス分析を一時間に一度行った。

　Ｏ_２－・の測定をＬＰＳ投与後６時間継続した。Ｏ_２－・電流ベースラインをＬＰＳ投与前の安定状態と規定した。ベースラインと各郡の電流レベル間のＯ_２－・電流の差を毎時間積分し電流量（Ｑ）とした（図９ｂ）。

　４）結果
　内毒血症の１種である急性の敗血症モデルラットについて本発明装置１により測定した典型的なＯ_２－・電流を図９ａに示す。リポ多糖体（ＬＰＳ）投与後１時間で、ＬＰＳ群中においてはＯ_２－・電流は上昇し始め、５時間でプラトーに達した。偽群においてはＯ_２－．電流はその経過中変化しなかった。ＬＰＳ＋ＳＯＤ群においては、Ｏ_２－・の生成はＳＯＤ投与により抑制され、Ｏ_２－・電流は阻止された。

　図９ｂに内毒血症のラットにおけるＱ値算出方を示す。電流のベースラインはＬＰＳ投与前の安定状態と規定する。ベースラインとＯ_２－・電流間の差をＬＰＳ投与後１時間毎に積分し、Ｑ値とした。ＬＰＳ群のＱ値は、２－３時間～５－６時間後に偽群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群との両者に比べ著しいく増加した（図１０、ｐ＜０．０１）。

　全血漿マロンジアルデヒド（ＭＤＡ）レベルを測定して、三群においてＬＰＳ投与後毎時間での脂質過酸化度を評価した（図１１）。ＬＰＳ投与後２時間には、ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の全血漿ＭＤＡレベルは、偽群の場合に比べて増加する傾向があった。５時間後には、ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の全血漿ＭＤＡレベルは、偽群の場合に比べて遙かに高かった（ＬＰＳ群においてはｐ＜０．０１、ＬＰＳ＋ＳＯＤ群においてはｐ＜０．０５）。ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の間にはＭＤＡレベルの有意差はみられなかった。

　血漿可溶性細胞接着分子－１（ｓＩＣＡＭ－１）レベル（ｐｇ／ｍｌ）を測定して、三群において評価した（図１２）。ここで、ＬＰＳ投与後６時間での血漿ｓＩＣＡＭ－１レベルを、クアンチキン（Ｑｕａｎｔｉｋｉｎｅ）ラットｓＩＣＡＭ－１（ＣＤ５４）イムノアッセイキット（Ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ）キット（アールアンドディシステム社（Ｒ＆Ｄ　Ｓｙｓｔｅｍ，　Ｉｎｃ．）、ミネアポリス（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ）、米国）により分析した。ＬＰＳ群の血漿ｓＩＣＡＭ－１レベルとＬＰＳ＋ＳＯＤ群の血漿ｓＩＣＡＭ－１レベルは、偽群の場合（白色棒線、ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群ではｐ＜０．０１）に比べ著しく増加した。

　実験時の平均動脈圧（ＭＡＰ）（ｍｍＨｇ）、ＰａＯ_２（ｍｍＨｇ）、ｐＨおよび乳酸濃度（ｍｍｏｌ／Ｌ）の経時的変化をそれぞれ測定した（図１３ａ～ｄ参照）。図中、四角、丸およびダイアモンドの記号は、それぞれ偽群、ＬＰＳ群及びＬＰＳ＋ＳＯＤ群を示す。ここで、血液サンプルを一時間に一度大腿動脈カテーテルで採取し、血漿を分析まで－８０℃で保存した。全血漿ＭＤＡレベルを、バイオキシテク（ＢＩＯＸＹＴＥＣＨ）ＭＤＡ－５８６キット（オキシスリサーチ（ＯｘｉｓＲｅｓｅａｒｃｈ）、フォスター（Ｆｏｓｔｅｒ）、カリフォルニア州、米国）で分析した。この方法は４５℃での発色試薬、Ｎ－メチルー２－フェニルインドールとＭＤＡとの反応に基づく。また、ＡＢＬシステム５５５（ラジオメーターメディカルエイ／エス（Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ａ／Ｓ）、コペンハーゲン（Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ）、デンマーク）により、動脈血ガスと乳酸の分析を行った。ＬＰＳ群の平均動脈圧（ＭＡＰ）は４時間後には他群より低い傾向があったが、経過時には有意差はみられなかった（図１３ａ）。ＰａＯ_２は経過中三群で差はなかった（図１３ｂ）。ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群のｐＨは偽軍の場合より著しく低かった（図１３ｃ）。ＬＰＳ群とＬＰＳ＋ＳＯＤ群の乳酸濃度は、偽群の場合より遙かに高かった（図１３ｄ）。

　５）検討
　ＬＰＳ群では、Ｏ_２－・電流はＬＰＳ投与後１時間で増加し始め、５時間でプラトーに達した（図９ａ）。ＬＰＳ＋ＳＯＤ群では、ＳＯＤの継続投与によりＯ_２－・電流は減衰し、このラジカルセンサ１５の生体内での応答が証明された（図９ａ）。本発明装置１は、図５ｃに示したように、Ｑ値が周期的なＯ_２－・生成量を反映するので、Ｑ値を用いて生体内のＯ_２－・生成を評価した。ＬＰＳ群のＱ値は、他群に比べ２－３時間～５－６時間後に著しく増加した（図１０）。それ故、Ｑ値を生体内生成のＯ_２－・評価に適用することができた。

　急性の敗血症からなる内毒血症状態においては、活性化好中球、マクロファージ、内皮細胞や類似体のような種々の細胞がＯ_２－・を生成する。可能な供給源として考えられるのは、ミトコンドリア呼吸鎖、アラキドン酸の代謝カスケード、キサンチンオキシダーゼおよびＮＡＤＰＨオキシダーゼが含まれる。このラジカルセンサ１５は、これらの反応のいずれかにより生成したＯ_２－・と反応でき、その値は偽群の場合に比べてＬＰＳ群でＯ_２－・生成を触媒する免疫細胞または酵素の活性と関連するであろう（図９ａおよび図１０）。

　生成Ｏ_２－・は、脂質過酸化を増進し、種々の組織を傷つけるペルオキシナイトライト（ＯＮＯＯ－）やヒドロキシルラジカル（ＯＨ－・）のようなより強力な有毒フリーラジカルを発生すると考えられる。血漿での脂質過酸化の指標であるＭＤＡは、ＬＰＳ群では偽群に比べて２時間後に増加し始め、５時間後にはＬＰＳ群と偽群の間には有意差があった（図１１）。この事実はＬＰＳ群のＱ値上昇と一致した（図１０）。更に循環血液中で生成したＲＯＳは、内皮の脂質過酸化を起すことで、内皮損傷と微小循環障害が識別された。その結果、血漿中の高レベルの可溶性細胞接着分子（ｓＩＣＡＭ－１）（図１２）や高濃度の乳酸による血圧低下や代謝アシドーシスが持続した（図１３）。それ故、本研究で示したＯ_２－・の生成と（図９ａ、図１０）、組織損傷の予測因子と種々疾患の治療標的であるかも知れないこれらＯ_２－・値を認識することは重要である。

　ＬＰＳ＋ＳＯＤ群においては、ＳＯＤは本研究のＭＤＡ、ｓＩＣＡＭ－１や生理学的パラメーターを改善しなかった（図１１～図１３）。高用量ＳＯＤは脂質過酸化を増進することが報告された。Ｏ_２－・スカベンジャーの一つであるＳＯＤは、Ｏ_２－・と水を過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）へ触媒し、フェントン反応によりもっとも強力なラジカルの一つ、即ちＯＨ－・に変化する。これはＯ_２－・電流とＱ値がＬＰＳ＋ＳＯＤ群で抑制されるが（図９ａ、図１０）、ＳＯＤ投与が脂質過酸化、内皮損傷、血圧低下と代謝アシドーシスを改善しない（図１１～図１３）理由であるかもしれない。

　チトクロームｃの還元アッセイ、ニトロブルーテトラゾリウムの還元アッセイや化学発光による検出のような在来法は各系で発生の全Ｏ_２－・を捕捉できるが、これらの方法では生体内のリアルタイムデータは提供されない。本発明装置１に取り付けられているラジカルセンサ１５はＯ_２－・発生の全ては検出出来ないが、リアルタイムでＯ_２－・を捕捉できる。

　それ故、本発明装置１に取り付けられているラジカルセンサ１５は、現在において生体内のＯ_２－・を検出する唯一の方法である。本発明に係る研究においてはラジカルセンサ１５の先端をラットの右心房に設置することで、Ｏ_２－・の変化により全身でのＯ_２－・生成を反映した。

　本発明装置１の精度と有用性は、人の血液でのキサンチン／ＸＯＤ反応の用量依存性で確認した。人の末梢血中のＱ値は、また人の血液中のＱ値を示すキサンチン／ＸＯＤ反応により生成したＯ_２－・と共に用量依存的を増加した。これらの結果は、Ｏ_２－・モニタと評価に関するこの新規の方法が、ＲＯＳ関連の病態生理学的状態を理解するのに非常に有用な手段であることを示唆する。

　また、敗血症による肺傷害の臨床治療にはシベレスタット等の好中球エラスターゼ阻害薬が使用されているため、好中球など免疫細胞の活性化の程度をＲＯＳ定量により評価することが重要である。本発明者らによって開発されたニードル状の形状を有した本発明装置１に取り付けられているラジカルセンサ１５は簡単に生体内に挿入でき、スーパーオキシドを検出することができる。このセンサの長期利用や臨床試験等に関する研究をさらに進めることにより生体内ＲＯＳの動向をより正確に確認できることが予想される。

　最後に、本発明装置１は我々が知る限りで、生体内で生成したＯ_２－・を直接持続的にモニタし評価出来る最初の装置である。

　（実施例４）
　　前脳虚血再潅流モデルにおけるウリナスタチンのスーパーオキシド産生に与える影響

　１）実験条件
　１４匹の雄ウィスターラット（２５０－３００ｇ）を無作為に対照群、ウリナスタチン群に分けた。イソフルレン麻酔および人工呼吸管理下に、スーパーオキシドセンサを内頚静脈内に挿入し、持続的にスーパーオキシド値を測定した。両側総頸動脈結紮－脱血性低血圧により前脳虚血を作成した。虚血を２０分間維持した後に再潅流を行い、再潅流６０分後に脳組織ならびに血清を採取した。ウリナスタチン群では再潅流直後にウリナスタチン５０００単位／ｋｇを静脈内投与し、対照群は同量の生理食塩水を投与した。

　２）結果
　ウリナスタチン群においては、再潅流後のＯ_２－・電流値が有意に抑制された（図１４）。また、脳組織中および血清中の脂質過酸化物質であるマロン酸アルデヒド（ＭＤＡ）もウリナスタチン群で有意に抑制されていた（図１５、図１６）。

　３）意義
　蛋白分解酵素阻害薬であるウリナスタチンにより、スーパーオキシド産生が抑制され、また、脂質過酸化物質ＭＤＡも抑制された。ウリナスタチンにより脳虚血再潅流傷害時における酸化ストレスをコントロールすることが可能であり、脳梗塞や低酸素脳症の治療薬となりうる。

　（実施例５）
　　前脳虚血再潅流モデルにおける低体温のスーパーオキシド産生に与える影響

　１）実験条件
　２８匹の雄ウィスターラット（２５０－３００ｇ）を無作為に対照群、コントロール群、虚血前低体温群、虚血後低体温群に分けた。イソフルレン麻酔および人工呼吸管理下に、本発明装置１に取り付けられているラジカルセンサ１５を内頚静脈内に挿入し、持続的にスーパーオキシド値を測定した。両側総頸動脈結紮－脱血性低血圧により前脳虚血を作成した。虚血を１０分間維持した後に再潅流を行い、再潅流１２０分後に脳組織ならびに血清を採取した。対照群、コントロール群は経過中体温（咽頭温）を３７．０度に維持した。また、対照群は虚血操作時に脱血性低血圧のみで両側総頸動脈結紮は行っていない。虚血前低体温群は虚血作成前から再潅流１２０分後まで体温を３４．０℃に維持し、虚血後低体温群は再潅流直後から再潅流１２０分後まで体温を３４．０℃に維持した。

　２）結果
　対照群では経過中Ｏ_２－・電流値はコントロール群に比べ有意に低値であった。虚血前低体温群の虚血中および再潅流中のＯ_２－・電流値はコントロール群に比べ有意に抑制された。虚血後低体温群のＯ_２－・電流値は再潅流後からコントロール群に比べ有意に抑制された（図１７）。また、脳組織中および血清中のＭＤＡは虚血前および虚血後低体温群の２群でコントロール群に比べ有意に抑制されていた（図１８、図１９）。

　３）意義
　急性脳傷害における低体温の有用性は示されつつあるが、低体温のスーパーオキシド産生抑制のデータはなく、今後スーパーオキシド値を低体温療法の指標とすることが可能である。

　（実施例６）
　　前脳虚血再潅流モデルにおける高血糖のスーパーオキシド産生に与える影響

　１）実験条件
　１４匹の雄ウィスターラット（２５０－３００ｇ）を無作為に正常血糖群、高血糖群に分けた（図２０）。イソフルレン麻酔および人工呼吸管理下に、スーパーオキシドセンサを内頚静脈内に挿入し、持続的にスーパーオキシド値を測定した。両側総頸動脈結紮－脱血性低血圧により前脳虚血を作成した。虚血を１０分間維持した後に再潅流を行い、再潅流１２０分後に脳組織ならびに血清を採取した。高血糖群では虚血作成前に２０％ブドウ糖液を１０μｌ／ｇ静脈内投与し高血糖とした。正常血糖群は同量の生理食塩水を投与した。

　２）結果
　高血糖群では経過中のＯ_２－・電流値は、正常血糖群に比べ有意に高値であった（図２１）。また、脳組織中および血清中のＭＤＡも高血糖群で有意に増加していた（図２２、図２３）。

　３）意義
　短期高血糖による脳傷害の病態にスーパーオキシドが関与していることが判明した。高血糖により酸化ストレスが増悪することが示され、重症患者の全身管理において血糖コントロールは非常で重要であることが示唆された。

　（実施例７）
　　前脳虚血再潅流モデルにおける高濃度酸素投与のスーパーオキシド産生に与える影響

　１）実験条件
　１４匹の雄ウィスターラット（２５０－３００ｇ）を無作為に正常酸素群、高濃度酸素群に分けた（図２４）。イソフルレン麻酔および人工呼吸管理下に、スーパーオキシドセンサを内頚静脈内に挿入し、持続的にスーパーオキシド値を測定した。両側総頸動脈結紮－脱血性低血圧により前脳虚血を作成した。虚血を１０分間維持した後に再潅流を行い、再潅流１２０分後に脳組織ならびに血清を採取した。正常酸素群では経過中吸入酸素濃度を４０％に維持した。高濃度酸素群では、虚血中まで吸入酸素濃度を４０％に維持し、再潅流直後から１００％に変更し、再潅流１２０分後まで維持した。

　２）結果
　高濃度酸素群では経過中のスーパーオキシド値は、正常酸素群に比べ有意に抑制された（図２５）。また、脳組織中および血清中のＭＤＡも高濃度酸素群で有意に抑制されていた（図２６、図２７）。

　３）意義
　高濃度酸素投与により、虚血再潅流の病態でスーパーオキシド産生が抑制されることが判明した。高濃度酸素投与により酸化ストレスを軽減することが示され、重症患者の全身管理における酸素投与の重要性が確認された。

　（実施例８）
　前脳虚血再潅流モデルにおけるアロプリノール投与のスーパーオキシド産生に与える影響

　１）実験条件
　１４匹の雄ウィスターラット（２５０－３００ｇ）を無作為に対照群、アロプリノール群に分けた。イソフルレン麻酔および人工呼吸管理下に、スーパーオキシドセンサを内頚静脈内に挿入し、持続的にスーパーオキシド値を測定した。両側総頸動脈結紮－脱血性低血圧により前脳虚血を作成した。虚血を１０分間維持した後に再潅流を行い、再潅流１２０分後に脳組織ならびに血清を採取した。アロプリノール群では、虚血作成２４時間前および１時間前にアロプリノール２００μｇ／ｇを腹腔内投与し、対照群は同量の生理食塩水を投与した。

　２）結果
　アロプリノール群では経過中のスーパーオキシド値は、対象群に比べ有意に抑制された（図２８）。また、脳組織中および血清中のＭＤＡもアロプリノール群で有意に抑制されていた（図２９、図３０）。

　３）意義
　キサンチンオキシダーゼ阻害薬であるアロプリノール投与により、虚血再潅流の病態でスーパーオキシド産生が抑制されることが判明した。アロプリノール投与により酸化ストレスを軽減することが示され、キサンチンオキシダーゼが脳虚血再潅流時のスーパーオキシドの主たる産生源となっていることが確認された。

（実施例９）
　エンドトキシン血症モデルにおけるウリナスタチンのスーパーオキシド産生に与える影響

　１）実験条件
　１４匹の雄ウィスターラット（２５０－３００ｇ）を無作為に対照群、ウリナスタチン群に分けた。イソフルレン麻酔および人工呼吸管理下に、スーパーオキシドセンサを右心房内に挿入し、持続的にスーパーオキシド値を測定した。エンドトキシン（ＬＰＳ、３μｇ／ｇ）の静脈内投与によりエンドトキシン血症を作成した。ウリナスタチン群ではＬＰＳ投与直後にウリナスタチン５０００単位／ｋｇを静脈内投与し、対照群は同量の生理食塩水を投与した。ＬＰＳ投与６時間後まで血圧を記録し、１時間おきに血液ガス分析ならびに血清採取を行った。

　２）結果
　対照群では、ＬＰＳ投与１時間後からスーパーオキシド値の上昇を認めたが、ウリナスタチン群では有意に抑制された（図３１）。また、血清中の脂質過酸化物質であるマロン酸アルデヒド（ＭＤＡ）もウリナスタチン群で有意に抑制された（図３２）。血管内皮傷害の指標である可溶性ＩＣＡＭ－１は対照群で上昇を認めたが、ウリナスタチン群では有意に抑制されていた（図３３）。また、ウリナスタチン群では、対照群に比べ低血圧（図３４）および乳酸アシドーシスが抑制された（図３５）。

　３）意義
　蛋白分解酵素阻害薬であるウリナスタチンにより、スーパーオキシド産生が抑制され、また、脂質過酸化物質ＭＤＡも抑制された。また、その結果血管内皮傷害およびショック、末梢循環不全も改善した。ウリナスタチンによりエンドトキシン血症における酸化ストレス・血管内傷害・循環不全をコントロールすることが可能であり、エンドトキシン血症の治療薬となりうる。

　以上説明した本発明装置は、カテーテル先端部分に設けられたラジカルセンサにより、種々の疾患による組織の傷害を診断し、その程度をモニタしつつ必要な薬剤を投与することができるので、極めて正確に診断、治療を行うことができるものである。

　従って、本発明の組織傷害の診断装置は、生体内の組織状態の良否を診断するうえにおいて極めて有用なものである。

Claims

　生体内に挿入可能なカテーテルと、このカテーテル内に設けられたラジカルセンサとを有しており、
　前記ラジカルセンサは、前記カテーテルの先端部に設けられたスーパーオキシドアニオンラジカルを測定可能とするセンサ電極と、前記カテーテルの基部に設けられたセンサ用導線コネクタと、前記センサ電極部とセンサ用導線コネクタとを接続するセンサ用導線とを有する
　ことを特徴とする組織傷害の診断装置。
　前記センサ電極によって測定された血液中のスーパーオキシドアニオンラジカル濃度を、組織傷害に基づく値と健常人に基づく値とを区別しうる予め定めた閾値と比較する比較手段を有する
　ことを特徴とする請求項１に記載の組織傷害の診断装置。
　スーパーオキシドアニオンラジカルを測定可能とするセンサ電極が、金属ポルフィリン錯体重合皮膜を利用したものである
　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組織傷害診断装置。
　前記カテーテル内には輸液供給手段が設けられており、
　前記輸液供給手段は、前記カテーテルの先端部に設けられた輸液を吐出可能とする孔を有する先端部材と、これらの各先端部材に接続された輸液管と、これらの各輸液管と結合されおり前記カテーテルの基部に設けられた輸液コネクタとを有する
　ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかの項に記載の組織傷害の診断装置。
　前記輸液管の少なくとも１つが、静脈圧測定用圧力トランスデューサに結合されている
ことを特徴とする請求項４に記載の組織傷害の診断装置。
　輸液を吐出可能とする孔が、カテーテルの中間部にも設けられている
　ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の組織傷害の診断装置。
　組織傷害が、脳虚血再潅流傷害である
　ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかの項に記載の組織傷害の診断装置。
　組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であり、更に高血糖（あるいはそれに起因する糖尿病など）により増幅される脳虚血再潅流傷害である
　ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかの項に記載の組織傷害の診断装置。
　組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であり、その治療が薬剤治療または低温治療である
　ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかの項に記載の組織傷害の診断装置。
　組織傷害が、脳虚血再潅流傷害であり、その治療が高濃度酸素治療である
　ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかの項に記載の組織傷害の診断装置。
　組織傷害が、重症感染症・敗血症による全身臓器・組織傷害である
　ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかの項に記載の組織傷害の診断装置。