COPD：大事なのは気道閉塞か？気道喪失か？

CT定量的検討により、COPDの気道の問題は、主にsmall airwayの問題となるわけだが、 その気道容積あたりの気道表面面積の減少、すなわち、small airwayの量的減少が、呼吸器合併症、肺機能低下、生存率は関連する、言い換えれば、気道の喪失が気道の閉塞より臨床的に重要であることが示唆された。

COPDGene研究の一環で、Bodduluriら（AJRCCM, https://doi.org/10.1164/rccm.202004-0951OC   PubMed: 32755486)）の報告のエディトリアル解説記事

気道閉塞は luminal narrowing of the airwaysやmucus plugging、airwayの喪失が起因と考えられる。横断研究では気道閉塞は気道の喪失という報告があるも、気道リモデリングについては示されてない、個別レベルでもである。 CT metricsにてリモデリングの寄与を検討する必要がある。

気道の生成が進行して、所定の体積の気道に対して、管腔表面積だけでなく断面積も漸増的に大きくなる。 狭くなると、小気道などの管状構造は表面積よりも体積を失い、切り詰めると体積よりも表面積の方が失われる。したがって、気道ツリーの体積（V）に対する表面積（SA）の比( luminal surface area for a given volume of airways)が与えられた肺で発生している優勢なプロセスに関する情報を提供し、これらの気道の表現型は、肺機能、生活の質の呼吸器、疾患の進行、および生存の違いに関連付けられているだろうという仮説

完全吸気時（全肺活量）に取得した高解像度の容積型CT画像を解析

CTスキャンは、気管支拡張剤投与後に取得した。 肺と気道ツリーは、Thirona肺定量化ソフトウェア（Thirona、オランダ）を使用して抽出した(15)肺気腫は、最後のインスピレーションで< -950ハウンズフィールドユニット（HU）ボクセルの割合として定量化された。分節気道壁厚(Segmental airway wall thickness )は、Thirona気道定量化ソフトウェアを使用して、吸気CTスキャンから測定した。総気道数（total airway counts: TAC）は、気道ツリー上の分岐点を識別し、MATLABソフトウェア（Mathworks、ナティック、MA）を使用して気道樹の分岐部を同定、分岐数をカウント。          

気道表面面積/容積(SA/V:Airway surface area to volume)：吸気CTスキャンからの気道樹分節を定量的データ抽出により解析(  MATLAB software (Mathworks, Natick, MA))。 気腔の3次元再構成を推定表面積と容積推定をもたらすbuild-in関数で解析。表面積は、 Crofton formula for n-dimensional objectsを使用して、バイナリオブジェクトのランレングス圧縮に基づいたアルゴリズムを使用して推定し、ボクセルサイズに調整されました。体積は、気道ツリー内のボクセル数のカウントにボクセルサイズをmm単位で乗じたものとして推定した。SA/V比は、mm-1の各気道ツリーのために推定された。気道損失のシミュレーション: SA/Vへの気道狭窄と気道損失の相対的な貢献を評価するために、我々は代表的な気道でこれらのプロセスをシミュレート。気道損失は、セグメント化された気道ツリーから反復ごとに特定のルーメン径を持つ遠位枝を切断することとシミュレートされた。気道狭窄は、気道マスク上の距離マップを適用し、気道狭窄をシミュレートするための反復的なバイナリ形態学的間引きアルゴリズムを実装することによって達成された。

In Chronic Obstructive Pulmonary Disease Progression, Is It Airway Narrowing or Airway Loss?

Rahim R. Rizi 1, Hooman Hamedani 1, and Maurizio Cereda 2

https://doi.org/10.1164/rccm.202008-3158ED       PubMed: 32910677

American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine Volume 203, Issue 2                    

New England Journal Medicine 1970年(Mead J. The lung’s “quiet zone”. N Engl J Med 1970;282:1318–1319)の包括的評価仮説として、「small airways “represent a quiet zone” 」として記載され、健常人では抵抗として働かないが、特定の肺疾患では”major airflow obstruction”の部位となり得るとして、COPDにおける”airway remodeling”の理解積分として考えが維持されている。大まかな診断検査法、たとえは肺機能検査では検出することのできないこのzone対して時と共に病態が累積するということが認識されてきて、COPDの早期検出がここにあるとなってきた。そこで、forced oscillationやmultiple breath washout法などが非画像検査法が発達してきた。小気道を直接可視化するのに十分な高解像度の臨床画像法はまだないが、いくつかの洗練された定量的な画像法は、完全呼気時と完全吸気時に取得したコンピュータ断層撮影（CT）画像の再登録を介し小気道の機能的完全性に関する地域情報を間接的に抽出することができるparametric response map (PRM)のような、小気道疾患をアンマスクするための強力なツールを生み出している(Nat Med 2012;18:1711–1715. Acad Radiol 2015;22:186–194. )。画像解像度が低いことは、PRMと同様に、すべてのCTベースのアプローチが小気道を間接的にしか評価できないことを示唆している。

しかし、Bodduluriら（AJRCCM, https://doi.org/10.1164/rccm.202004-0951OC   PubMed: 32755486）は、COPD患者では、より近位の気道が小気道と同じ特徴を示すという最近の知見を活用している。これらのより近位の気道は、直接気管支拡張剤投与後の "完全なインスピレーション "で得られたCT画像を介して可視化することができ、著者らは、COPD患者（喫煙者[慢性閉塞性肺疾患（GOLD）ステージ0〜4のためのグローバルイニシアチブ]プラス非喫煙者の小グループ）における気道リモデリングの進行を評価するためにそのような画像を使用している気道の表面対体積比（SA / V）を測定することにより、気道の損失や狭窄が所定の患者でより顕著であるかどうかを決定するために。まず、気道の木をセグメント化し、三次元的にセグメント化された気道から表面積と体積を推定した。SA/V)。

横断的データでは、ベースラインのSA/Vは全死因死亡率と逆相関を示し、FEV1/FVC、FEV1%予測値、6分歩行距離と正相関を示した。また、SA/Vの低下は、St. George's Respiratory Questionnaireで測定された主観的なライフインパクトの上昇と関連していた。縦断的研究では、SA/VはFEV1低下で測定される肺機能低下と逆相関していた。縦断的解析では、気道欠損が優勢なためにリモデリングが有意に高い機能低下（より大きなFEV1喪失）と関連しており、おそらく最も重要なことは、気道狭窄が優勢なリモデリングよりも生存率が有意に悪いことが示された。

Figure 3: Kaplan-Meier survival curves for the two airway phenotypes based on change in airway surface area to volume (SA/V) ratio between baseline and at 5-year visit. Follow-up time initiated at the 5-year visit.

6 分間歩行距離または St. George's Respiratory Questionnaire のいずれかの内訳統計は提示されていないが、研究の終了時に 52%から 38%の現在の喫煙者から、気道損失の優勢なコホート内のシフトも興味深い。

画像データは、気道喪失被験者の間で総気道数の有意な減少を示したが、気道狭窄被験者の間では変化はなかった。また、気道欠損が優勢な被験者では、ベースラインと追跡調査の両方で気道狭窄が優勢な被験者よりも肺気腫が多く、分節気道壁が厚く、追跡調査では空気の捕捉が多かった。軽症者の中でも、気道狭窄が優勢な被験者の割合が高く、フォローアップ時にはGOLDの低いステージにとどまっていた。