活性化酸素種（ROS)とは

活性化酸素種（ reactive oxygen species; ROS) は、酸素原子を含む反応性の高い化合物の総称です。

通常、三重項酸素が励起してできる一重項酸素(¹O₂)、酸素が一電子還元された超酸化物スーパーオキシド(O₂^–)、スーパーオキシドが不均化して生じた二電子還元種である過酸化水素(H₂O₂)、過酸化水素より生成するヒドロキシラジカル(HO･)の4つを指します。（’活性酸素（かっせいさんそ）　 e-ヘルスネット　厚生労働省）

活性酸素種（ROS)の種類の覚え方

活性酸素種（ROS)という言葉は、日常的に非常によく目にする言葉ですが、一重項酸素、スーパーオキシド、過酸化水素、ヒドロキシラジカルの4つが活性酸素種（ROS)と呼ばれると言われても互いの関係がわかりにくいと思います。

活性酸素「種」というくらいなので、種類がたくさんあることが理解しにくい原因です。しかし、酸素分子O2がどの程度還元されたか（電子をいくつもらったか）という段階で分けて考えるとすっきりと頭の整理ができます。

そもそも糖が解糖系でピルビン酸にまで酸化され、ピルビン酸がクエン酸回路で酸化されてNADHやFADH2が作られて、NADHやFADH2が電子伝達系でさらに酸化されて、最後は複合体IVでチトクロームｃが酸素分子に電子を4つ渡すことで、糖の酸化が簡潔します。1分子の酸素Ｏ２が、4つの電子を貰って完全に還元されることが大事で、中途半端な個数の電子を貰って、中途半端に還元された状態がＲＯＳということになります。

1. Stryer Biochemistry 8th edition Chapter 18 Oxidative Phosphrylation page 538 (or, page 571/1227 (PDF)). Toxic derivatives of molecular oxygen such as superoxide radicals are scavenged by protective enzymes のセクション The transfer of four electrons leads to safe products (two molecules of H2O), but  partial reduction generates hazardous compounds. in particular, the transfer of a single electron to O2 forms superoxide ion, whereas the transfer of two electrons yields peroxide.

まず酸素が水になるのは、酸素が完全に還元された状態です。「還元される＝電子をもらう」が定義でした。酸素分子O2が、電子を1個ずつもらう（還元される）ステップで考えます。

「電子を1つ貰う」＝「e-  + H+ をセットでもらう」の意味です。

1. 酸素分子　O2
2. スーパーオキシド　・O2　ー　　＋　H＋　（酸素分子O2が、電子をひとつ貰った）
3. 過酸化水素　H2O2　（スーパーオキシドが電子を一つもらった。もとのO2で考えると、電子を２つもらった）
4. ヒドロキシラジカル　・HO　（過酸化水素が電子を一つもらった。もとのO2で考えると、電子を３つもらった。2つ貰ったらH2O（完全に還元）ができて、のこりがヒドロキシラジカル）
5. 水　H2O　（ヒドロキシラジカルが電子を１つもらた。もとのO2から考えれば電子を合計4つ貰った。もとから考えればH2O分子が２つできたことになります。）

(生体における活性酸素フリーラジカルの産生と消去 図1 より）

参考記事

1. 最近よく耳にする活性酸素とは：　岡山理科大学
2. 生体における活性酸素フリーラジカルの産生と消去 （PDF) 今田 伊助, 佐藤 英介, 井上 正康 大阪市立大学医学部

次亜塩素酸 hypochlorous acid について

「次亜塩素酸」という単一の物質名が書かれた水溶液は、しばしば pH が異なりしかも pH の違いによって殺菌に要する時間が数十倍となる 11) ことがあるため、市場に混乱を生じさせる要因となっている。pHの違いによって殺菌効果の差は、次亜塩素酸の性質である、非解離の次亜塩素酸（HClO）とプロトン（H+）が解離した次亜塩素酸イオン（ClO-）との間の平衡が大きく影響している（式 2）11-13)。

𝐇𝐂𝐥𝐎 ⇄ 𝐇+ + 𝐂𝐥𝐎− ········· （式 2）

非解離の次亜塩素酸のほうが、解離型の次亜塩素酸イオンよりも殺菌効果が高く、Marks は pH
に依存した非解離の次亜塩素酸の濃度のみが殺芽胞速度に影響すると報告している 14)。

https://www.thcu.ac.jp/uploads/imgs/20200622122100.pdf

Marks HC, Wyss O, Strandskov FB. Studies on the Mode of Action of Compounds Containing Available Chlorine. J Bacteriol. 1945 Mar;49(3):299-305. doi: 10.1128/jb.49.3.299-305.1945. PMID: 16560921; PMCID: PMC374040.

次亜塩素酸も活性酸素種の一つとされるようです。

次亜塩素酸の殺菌効果は，活性酸素ラジカル種の一つであるヒドロキシルラジカル（・OH）によるタンパク質，核酸の分解・変性によるものであると報告されている　https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/73/11/73_962/_pdf

好中球にはミエロパーオキシダーゼという酵素が大量に存在し、活性酸素の一種である過酸化水素を塩素イオンと反応させ次亜塩素酸を作り出すからです。なぜ好中球は次亜塩素酸を発生させるこの酵素を大量に有しているか考えたとき、理由はまさに「除菌作用の為」と言えます。https://www.disolva.jp/space/shikumi.html

1. 生体における活性酸素フリーラジカルの産生と消去 今田 伊助, 佐藤 英介, 井上 正康 大阪市立大学医学部　https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakutoseibutsu1962/37/6/37_6_411/_pdf
2. Sin-Yi Liou, Michael C. Dodd, Evaluation of hydroxyl radical and reactive chlorine species generation from the superoxide/hypochlorous acid reaction as the basis for a novel advanced oxidation process, Water Research, Volume 200, 2021, 117142, ISSN 0043-1354, https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117142.

亜塩素酸について

亜塩素酸（HClO₂）の活性分子種は、塩素過酸化ラジカル（ClOO・）であるということが、最近の研究によって分かり　https://www.sankei-group.com/corp/products/asui/

酸素分子の性質

1. 基礎無機化学第13分子構造と結合（回V）分子軌道法（I）：分子軌道法の基礎と二原子分子　molecularscience.jp　ペアを作っていない電子（不対電子）を２つもち，このスピンが磁性を示す．（液体酸素は磁石にくっつく）
2. 酸素分子の電子配置 　　かがくののおと　8　軌道に1つしか電子が入っていないとき，その電子をラジカルとよぶ．ラジカルは，普通は反応中間体のような，不安定な分子に現れ，反応性が高い．酸素分子はいろんな反応をしやすい．

電子のスピンの多重度とは

電子の多重度Mは、

M=1+2∑s（ただしsはスピン量子数で1/2か-1/2をとる）

で定義され、M＝１のときを一重項状態、M＝３のときを三重項状態と呼ぶそうです。電子が軌道間を遷移する場合は、多重度が変化することは通常許されない（＝低い確率でしか起きない）という原理が、蛍光と燐光の違いを生み出しています。一重項励起状態から一重項基底状態に遷移する場合に起こる発光が蛍光です。一重項励起状態から系間移動で三重項励起状態に移りそこから一重項基底状態に遷移する場合に起こる発光が燐光です。蛍光は許容遷移のためミリ秒より短い時間で起きるのに対し、燐光は禁制遷移のため遅く、ミリ秒より長い時間で起きるのだそう。下のリンクの説明が非常にわかりやすかったです。

1. 一重項、三重項有機分子の発光の物理　電光石産小さな石たちの物語－半導体のお話
2. 多重度 (化学)（ウィキペディア）　多重度は、全スピン角運動量をSとしたとき、2S+1で定義される。全ての電子が対になっている場合はS = 0で、多重度は1である。この場合は一重項（singlet）と呼ばれる。分子が1個の不対電子を有している場合はS = 1/2で、多重度は2S + 1 = 2（二重項、doublet）である。不対電子が2個の場合は同様に三重項（triplet）と呼ばれる。

三重項（トリプレット）酸素

基底状態の酸素分子は三重項酸素と呼ばれ、3O2で表される。これは2つ存在するπ*2p軌道を1個ずつの電子が占有しており、全スピン量子数が1の状態（一重項酸素　ウィキペディア）

偶数個の電子をもつ原子，分子において，電子の多重度D＝2S＋1＝3となるような，スピン量子数S＝1の状態（三重項状態　コトバンク）

三重項（基底状態）、一重項（励起状態）のうちのΔ状態と、Σ状態を説明する下図がわかりやすいです。

（画像：CC BY-SA 3.0 Molekülorbital-Sauerstoff.png）

1. 一重項酸素 Singlet Oxygen　けむすて
2. 一重項と三重項とは　物理のかぎしっぽ

三重項酸素は、軌道に電子が単独で存在する状態なのでフリーラジカル。2つの不対電子を有するのでビラジカルと呼ばれる。ただし、三重項分子は一般的に一重項である有機化合物（生体分子を含む）と反応しないのだそう。

1. 三重項酸素　薬学用語解説　日本薬学会

一重項（シングレット）酸素

分子軌道の1つπ*2p軌道上の電子が一重項状態（＝全スピン量子数が0）で占有されている励起状態。一重項状態は、2つ存在するπ*2p軌道をそれぞれ1個ずつの電子が占有しているΣ状態と、2つ存在するπ*2p軌道の一方のみを2個の電子が占有し、もう一方のπ*2p軌道は空軌道のΔ状態の2種類ある。（参照：一重項酸素　ウィキペディア）

多電子原子や分子の全電子のスピン量子数の和(合成スピン角運動量S)が0である状態．この状態の多重度(2S＋1)は1なので，一重項状態といわれる．（一重項状態　コトバンク）

酸素分子は基底状態が三重項状態であり、三重項状態では反応性はあまり高くないのですが、励起状態である一重項酸素分子は、反応性が高く、いわゆる活性酸素の一つです。

1. 一重項酸素の研究（活性酸素分子の生成，検出，定量）（akikuchi.ynu.ac.jp）

Δ1状態よりΣ1状態の方がエネルギーが高いため、Σ1状態は速やかにΔ1状態に遷移する。このため一重項酸素といえば通常Δ1状態のものを指す。一重項酸素（Δ1）は活性酸素の一種ではあるが、軌道上に単独の電子を持たず、フリーラジカルではない。（一重項酸素　薬学用語解説　日本薬学会）

ややこしいですね。酸素の基底状態は三重項状態で、フリーラジカルであるが、反応性は高くない。酸素の励起状態は一重項状態で、フリーラジカルではないが反応性が高く、活性酸素種の一つである。とまとめられそうです。

1. 生体における一重項酸素の生成と消去　ー酸化ストレスとの関わりを考えるー　2016

 

酸素分子の分子軌道に関する参考サイト

1. 【分子軌道論】結合性、反結合性軌道の解説と窒素、酸素の分子軌道例　化学徒の備忘録(かがろく)|化学系ブログ
2. 酸素分子O2　eng.kagawa-u.ac.jp　酸素原子の1s軌道同士、2s軌道同士および2p_z軌道同士から3組のσ-σ*軌道を作り、2p_x軌道同士および2p_y軌道同士から2組のπ-π*軌道を作ります。
3. 酸素の分子軌道　第一部：化学と物質構造・共有結合　sekigin.jp

分子軌道法に関する参考サイト

1. 分子軌道法（ウィキペディア）分子軌道波動関数は、既知のn個の原子軌道の線形結合（重ね合わせ）で表せると仮定する。LCAO（原子軌道の線型結合、Linear Combination of Atomic Orbital）近似と呼ばれる。原子価結合法（1927年）の後、フント、マリケン、スレイター、レナード-ジョーンズらによって開発された。当初は「フント-マリケン理論」と呼ばれていた。
2. 原子構造と化学結合　.doshisha.ac.jp
3. 分子軌道理論を用いた有機反応機構の考察　園田　高明
4. 【量子化学】分子軌道法とエネルギー準位図の書き方をわかりやすく解説　大学生のための量子化学

その他の参考

混乱しやすい概念、関連するトピックなど。

1. フロンティア軌道　化学反応における役割　米澤貞次郎

 

ROSの生理作用

1. Circadian Rhythm Connections to Oxidative Stress: Implications for Human Health Melissa Wilking,1 Mary Ndiaye,1 Hasan Mukhtar,1,2 and Nihal Ahmadcorresponding author1,2,3　Antioxid Redox Signal. 2013 Jul 10; 19(2): 192–208. PMCID: PMC3689169 doi: 10.1089/ars.2012.4889

 

化合物をネットで調べていると、化合物の名称の前にRやSがついていることがよくあります。これはRS表示法に基づく記載方法です。RS表示法は、不斉炭素をもつ化合物の原子団の向きをきめるもので、かりに不斉炭素Cに４つの原子団L1,L2,L3,L4があったとします。ここで１～４の番号付けは、CIP順位則（Cahn–Ingold–Prelog priority rule）というルールに従います。

CIP順位則では、原子番号が大きいものの順位を高くする（小さい番号を与える）ことになります。例えば、メチル基 (−CH3)、アミノ基 (−NH2)、ヒドロキシ基 (−OH) の場合、炭素（原子番号6）、窒素（原子番号7）、酸素（原子番号8）なので、順位はヒドロキシ基が1番、アミノ基が2番、メチル基が3番です。同順位の場合には、その原子団についている他の原子で順位を決めます。

次にL4を紙面の置く方向に配置して、L1,L2,L3を見ます。１，２，３が時計回りならR,　反時計回りになっていればＳと決めています。

1. 基礎講座有機化学　化学同人　158ページ

不斉炭素を含む化合物には鏡像異性体が存在します。生体物質の場合は、この区別は非常に重要で、一方の構造しか酵素で認識されないため、他方は存在しないということになります。例えばアミノ酸であればＬ型しか存在しませんし、グルコースでいえばＤ型しか存在しません。

DL型の区別方法ですが、グリセルアルデヒド CH(=O)(-OH)(-CH2OH)を基準に決められています。グリセルアルデヒド をフィッシャーの投影式で描いたときに、水酸基ーOHが右側にくるものをD体としています。

グルコースのように不斉炭素がたくさんある場合は、フィッシャー投影式で一番下にくる不斉炭素に結合する水酸基が右側にあればD体とします。

アミノ酸の場合は、どうようにアミノ基が右がわにくるものをD体とします。

D-(+)-グリセルアルデヒド

のようにD体であることを示します。その次の（＋）は旋光性を表していますが、DLとの関連性はありません。D－グリセルアルデヒドの旋光性がたまたま（＋）だったのでこのように表記しているのです。D-(-)-グリセルアルデヒドなる物質が別に存在するというわけでもありません。

L-システイン のようにL型であることを示すことがあります。全然関係ないのですが、α‐アミノ酸という言い方をすることがあります。混乱しないように、ここで説明しておきます。αの意味は、アミノ基がα位の炭素に結合しているという意味です。α位というのは、カルボキシ基がついている炭素のことです。生体を構成するタンパク質を構成する20個のアミノ酸はすべて、αアミノ酸ですので、わざわざαアミノ酸と呼ばずに単にアミノ酸と呼ぶことが多いです。わざわざαアミノ酸と呼ぶことがある理由は、アラニンのように炭素鎖がある場合、側鎖であるメチル基の炭素（β位）にアミノ基がつく異性体β‐アラニンが考えられるからです。

 

 

Tregとがんとの関係

制御性T細胞（Treg）は免疫を抑制する方向で働き、過剰な免疫応答を抑制しています。しかし、がんにおいては、がんと闘うべき免疫システムを抑制するという好ましくない状態を作り出してしまします。

Regulatory T cells (Tregs) were initially identified in both mice [1] and humans [2] as CD4+ T cells constitutively expressing the α receptor to IL-2 (CD25) and inhibiting the immune response of effector T cells, notably their production of interferon-γ. These cells are known to be a key contributor to the maintenance of immune tolerance, preventing the emergence of organ-specific auto-immune disease. However, in cancer-bearing animals or patients, Tregs expand, migrate to tumor sites and suppress antitumor immune response mediated by NK cells, CD4+ and CD8+ T cells, and myeloid cells, through different molecular mechanisms [3]. The discovery that the transcription factor forkhead box P3 (FOXP3) was a more specific marker for distinguishing Tregs from other populations of T lymphocytes [4] strengthened their identity. Thus, nuclear immunolabeling with anti-FOXP3 antibodies has been widely used to characterize Treg cells on tissue sections, notably in human tumors.（Prognostic role of FOXP3+ regulatory T cells infiltrating human carcinomas: the paradox of colorectal cancer Cancer Immunology, Immunotherapy volume 60, pages909–918 (2011)）

1. CD4 and FOXP3 as predictive markers for the recurrence of T3/T4a stage II colorectal cancer: applying a novel discrete Bayes decision rule　BMC Cancer volume 22, Article number: 1071 (2022)　18 October 2022
2. The prognostic value of tumor-infiltrating lymphocytes in colorectal cancer differs by anatomical subsite: a systematic review and meta-analysis　World Journal of Surgical Oncology volume 17, Article number: 85 (2019)
3. FOXP3+ Tregs: heterogeneous phenotypes and conflicting impacts on survival outcomes in patients with colorectal cancer　Immunologic Research volume 61, pages338–347 (2015)　大腸癌における制御性T細胞の役割に関する相反する報告のレビュー
4. CD4+ T Cells Expressing Latency-Associated Peptide and Foxp3 Are an Activated Subgroup of Regulatory T Cells Enriched in Patients with Colorectal Cancer　Published: September 30, 2014 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0108554
5. Expression of Foxp3 in Colorectal Cancer but Not in Treg Cells Correlates with Disease Progression in Patients with Colorectal Cancer　Published: January 30, 2013 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0053630
6. Regulatory (FoxP3+) T-cell Tumor Infiltration Is a Favorable Prognostic Factor in Advanced Colon Cancer Patients Undergoing Chemo or Chemoimmunotherapy　J Immunother. 2010 May; 33(4): 435–441. doi: 10.1097/CJI.0b013e3181d32f01 PMCID: PMC7322625 NIHMSID: NIHMS1597178 PMID: 20386463
7. High density of FOXP3-positive T cells infiltrating colorectal cancers with microsatellite instability　British Journal of Cancer volume 99, pages1867–1873 (2008)　Published: 04 November 2008

制御性T細胞に関する論文

1. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chains (CD25). Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes various autoimmune diseases S Sakaguchi 1, N Sakaguchi, M Asano, M Itoh, M Toda　J Immunol . 1995 Aug 1;155(3):1151-64.

脂肪の構造

生体内の脂肪の化学構造はというと、グリセロールCH3(-OH)-CH2(-OH)-CH3-(OH)と３つの脂肪酸　C-C-C-… -C-COOHがエステル結合をした中性脂肪トリグリセリド（トリグリセライド、トリアシルグリセロールとも呼ばれる）です。魚の脂肪分や動物の肉の脂肪分の見た目や味がかなり異なるのは、この中性脂肪を構成する脂肪酸の種類（炭素鎖の長さ、不飽和度すなわち二重結合の数）が異なるためです。

動物の脂と植物の油の違い

植物油と動物油脂との違い、匂いの説明に関しては、ほぼ日刊イトイ新聞の説明が非常にわかりやすかったです。

室温で液体のものを「油」　室温で固体のものを「脂」　図体の大きいイモムシは
相手の分子（この場合は脂肪）をひっぱる力も大きくなります。　分子間力が大きい脂肪はどうなるでしょう？寄り集まる力が大きいので融点、つまり固体の溶ける温度が高くなります。　バターは融点の低い、つまり揮発しやすいチビな脂肪酸イモムシが含まれた脂肪です。だから良い香りが私たちの鼻に届くのです～。　二重結合が増えるほど分子は液体になりやすい

例えば植物油の例としてオリーブオイルを考えてみると、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸（一価および二価）などの成分からなりますが、70%が不飽和脂肪酸であるオレイン酸（18:1(n-9)）です。炭素数18で1個の二重結合が9位と10位の炭素間にシスの形であります。自然界の不飽和脂肪酸は基本的にシス型です。

1. 三大栄養素の一つ！脂質について知って欲しいこと: 動物油脂　九州大学附属図書館
2. 牛や豚の油はパルミチン酸（C16:0）やステアリン酸（C18:0）といった飽和脂肪酸が豊富

トランス脂肪酸

1. すぐにわかるトランス脂肪酸　農林水産省

血液検査の脂質検査の値

自分の健康診断の結果を見ると、総コレステロール177㎎/dL、HDLコレステロール56㎎/dL、LDLコレステロール104㎎/dL、中性脂肪117㎎/dL、nonHDLコレステロール121㎎/dLとなっていました。

HDLコレステロール（いわゆる善玉コレステロール）は低いほうが動脈硬化の危険ありだそうで、40mg/dL以上が正常範囲。逆にLDLコレステロール（いわゆる悪玉コレステロール）は高いと危険で、120を超えると要注意だそうです。中性脂肪（TG）（トリグリセリド）は高いと動脈硬化の経験、低くても病気の可能性があり基準値は30～149だそう。Non－HDLコレステロールは、動脈硬化の原因となる全てのコレステロールだそうで基準範囲は90~149だそうです。一応、どれも基準値の範囲内に収まっていました。

以前一人暮らしをしていたときにはやたらと菓子パンを買って食べていた時期がありますが、そうするとてきめんで、中性脂肪の値が要注意な範囲に突入していました。食生活を改善（無駄な菓子パンをやめた）したら、もとにもどりました。パンは炭水化物であって脂肪ではありませんんが、脂肪はそもそも炭素の鎖なので、炭水化物を取りすぎると分解された炭素が脂肪の合成に使われるわけです。

LDLとは

The LDL particle is made of a monolayer of phospholipid, unesterified cholesterol forms the surface membrane, and fatty acid esters of cholesterol make up the hydrophobic core. One copy of the hydrophobic apo-B protein is embedded in the membrane, mediating the binding of LDL particles to specific cell-surface receptors.（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK519561/）

LDL (≈2.5 MDa) are one type of several spherical particles that transport lipids in the blood. The only protein component of LDL is apolipoprotein B-100 (apoB-100), one of the largest known proteins (4,536 aa, ca. 550 kDa). The apoB-100-containing lipoproteins are secreted from the liver as triglyceride-rich, very LDL (VLDL), which are converted in the blood circulation to LDL. LDL, about 220 Å in diameter, are much smaller in size than the originally secreted VLDL, which range from 600 to 800 Å. LDL contain 22% apoB-100, 22% phospholipids, 8% cholesterol, 42% cholesteryl esters, and 6% triglycerides (wt/wt). （https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC17531/）

脂肪の取りすぎがなぜ動脈硬化に繋がるのか

脂質のおおい食物を多量に摂取するとなんだか血管にべっとりとその油がついて動脈硬化になりそうなイメージですが、動脈硬化はそうやってなるものではないようです。ただの間違った空想でした。

内臓まわりに脂肪がたまると、肥大化した内臓の脂肪細胞から血管を傷つける物質が分泌されます。すると、血管に炎症が起こり、動脈硬化が進行してしまいます。（動脈硬化は治る！予防・治療法、薬と食事による改善　更新日2021年9月18日　NHK）

動脈硬化の主役は「アテローム性プラーク」と呼ばれる血管壁の中に溜まった「垢」です。「アテローム」は「粥腫」と和訳され、「粥のようなドロドロした塊」がその語源です。「プラーク」は「垢」という意味です。‥　酸化LDLコレステロールを吞食した泡沫細胞の死骸が集積 してできたのが壊死中心です。これが核となってプラークは大きくなります。（香里ヶ丘大谷ハートクリニック）

血管内皮細胞と血管壁の間に入りこんだLDLコレステロールが酸化されると毒性を持つ酸化LDLになり、それを免疫細胞のマクロファージが食べて処理しようとしますが、酸化LDLが大量にあるとこの免疫反応によって死んだ免疫細胞がプラーク（細胞の死骸がかゆ状になったもの）を形成し、そのプラークが肥大化していきます。組織修復をしようとして線維化（組織が硬くなる）が起きて動脈の柔軟性が失われてしまうというのが動脈硬化にいたるストーリーでした。動脈を塞いだ部分は、食べた脂肪ではなくて、なんとかしようと頑張った免疫細胞たちの死骸および残された酸化LDLコレステロールだったんですね。

1. 動脈硬化になる仕組みと対処法について　Kracie
2. 動脈硬化の進行　生活習慣病オンライン
3. 動脈硬化について うしおだ診療所　副所長　渡部 琢也医師
4. 動脈硬化と食品中の脂肪の種類　日本心臓財団　泡沫細胞が死滅すると、中身のコレステロールがまき散らされます。まき散らされたコレステロールが血管の内膜に蓄積し、これが動脈硬化に繋がるのです。

血管壁に脂肪がべったりつくイメージは一体どこから来たんだろうと思いましたが、昔の学説ではそういうものもあったようです。その記憶が自分に残ってしまっていたのでしょうか。

動脈硬化は、以前は知らず知らずのうちに血管に過剰な脂質がたまってできていくものとされていました。しかし最近では （知っておきたい動脈硬化　スマートウェルネス）

ネットの記事をみていると脂肪（コレステロール）が血管壁に蓄積すると説明しているものもたくさんありました。

家族性高コレステロール血症（FH）とは

 

不飽和脂肪酸の酸化経路

ウィキペディア　

がん、腫瘍、良性腫瘍、悪性腫瘍、肉腫、悪性新生物など似たような言葉が使われていて非常に混乱するため、言葉の定義を纏めておきます。

腫瘍の分類

自分も長い間誤解していましたが、腫瘍＝がん　ではありません。細胞が異常に増殖した状態が腫瘍で、それが最初に生じた場所に留まって増殖しているだけであって、周りの組織にまではみだしていっていなければ良性腫瘍です。周りの組織まにまで侵入する形で広がっているのが悪性腫瘍（がん）ということになります。まとめると以下のようになるかと思います。

• 腫瘍 tumor（＝新生物）：
  • 上皮性腫瘍
    • 良性 benign tumor
    • 悪性（がん cancer; malignant tumor）
  • 非上皮性腫瘍
    • 良性
    • 悪性（＝肉腫 sarcoma）

腫瘍（新生物）とは

腫瘍(新生物)には上皮性腫瘍と非上皮性腫瘍があります。上皮性腫瘍は表皮や消化管、腺組織の性質を具えた腫瘍で、悪性である場合「癌」と言います。これに対し非上皮性腫瘍は、非上皮性間葉組織(中胚葉由来の脂肪組織、線維組織、血管、リンパ管、筋、腱、滑膜、骨、軟骨)および外胚葉由来の末梢神経組織の性質を具えた腫瘍で、悪性である場合「肉腫」といいます。（肉腫　東京医科大学病院）

上の説明がいちばんスッキリしていると思いました。

がんとは

1. がんの基礎知識がんという病気について　がん情報サービス　がんのことを「悪性腫瘍」ということもあります。‥　何らかの原因でできた異常な細胞が、体の中に細胞のかたまりを作ることがあります。これが腫瘍です。‥　悪性腫瘍とは、このような腫瘍のうち、無秩序に増殖しながら周囲にしみ出るように広がったり（浸潤）、体のあちこちに飛び火して新しいかたまりを作ったり（転移）するもののことをいいます。一方、浸潤や転移をせず、周りの組織を押しのけるようにしてゆっくりと増える腫瘍を良性腫瘍といいます。

悪性新生物とは

生命保険や健康保険の説明書内で、悪性新生物という言葉を良く見かけます。

1. 病気：悪性新生物とは　作・山口百子：2002/12/09　国立栄養健康研究所　　悪性新生物とはがん並びに肉腫のことです。

肉腫（にくしゅ）とは

1. 肉腫（サルコーマ） 更新日 : 2022年12月9日 公開日：2014年4月28日　国立がん研究センター　　全身の骨や軟部組織（筋肉、脂肪、神経など）から発生する腫瘍を骨軟部腫瘍と言い、悪性の骨軟部腫瘍を肉腫（英語ではSarcomaサルコーマ）と言います。

浸潤（しんじゅん）とは

1. Q1 がんの転移とは何ですか？浸潤とどう違うのですか？　安井　弥 （広島大学大学院医歯薬学総合研究科分子病理研究室・教授）jamr.umin.ac.jp　浸潤とは、原発巣のがん細胞が直接に周囲の組織や臓器に広がっていくことです。転移でも、リンパ管や血管にたどり着くまでの最初のステップには、この浸潤の過程が必要です。
2. 悪性腫瘍と良性腫瘍の違いはなにか？　mrso.jp　がん細胞の最大の特徴は、浸潤だ。悪性腫瘍は、まわりの組織や臓器にも入り込み広がっていく。
3. 腎癌 Minds版やさしい解説　がん細胞が、発生した場所で増え続けていくとともに、周りの器官に直接広がっていくことを浸潤(しんじゅん)といいます。
4. 非浸潤がん　firstopi.jp　がんが発生した場所（乳管や小葉の中）にとどまっているタイプのもの

転移とは

1. Q1 がんの転移とは何ですか？浸潤とどう違うのですか？　安井　弥 （広島大学大学院医歯薬学総合研究科分子病理研究室・教授）jamr.umin.ac.jp　がん細胞が発生した場所（原発巣）から離れて、リンパ節や肝臓、肺などの他の臓器に移動して定着し、そこで再び増殖して腫瘍（転移性腫瘍）を形成

転移が起きる3つのルート

リンパ行性転移

1. Q1 がんの転移とは何ですか？浸潤とどう違うのですか？　安井　弥 （広島大学大学院医歯薬学総合研究科分子病理研究室・教授）jamr.umin.ac.jp
2. 周囲にあるリンパ管に侵入し、リンパ流にのってリンパ節に運ばれ、そこで転移性腫瘍をつくる　まず、原発巣の近くのリンパ節に転移し、そこからリンパ管を伝わって次々に遠くのリンパ節まで転移

血行性転移

1. Q1 がんの転移とは何ですか？浸潤とどう違うのですか？　安井　弥 （広島大学大学院医歯薬学総合研究科分子病理研究室・教授）jamr.umin.ac.jp
2. 原発巣の近くにある毛細血管や細い静脈にがん細胞が侵入し、血流を介して全身の臓器に転移　 静脈の流れにしたがってがん細胞は移動するので、大腸がんでは肝臓に、腎がんでは肺に転移しやすい

播種性転移

1. Q1 がんの転移とは何ですか？浸潤とどう違うのですか？　安井　弥 （広島大学大学院医歯薬学総合研究科分子病理研究室・教授）jamr.umin.ac.jp　からだには胸腔（肺）や腹腔（消化管や肝臓など）という隙間があり、それに面した臓器に発生したがんが別の部位に転移性腫瘍を形成

 

がんの薬物療法

ホルモン療法

1. 予後不良で知られるトリプルネガティブ乳がんの新規治療標的を同定―新たながん個別化治療の開発に期待―　北海道大学　日本医療研究開発機構　用語解説　ホルモン療法　乳がんの標準治療の一つであり、乳がんの増殖を促すホルモンの働きを阻害する治療法のこと。乳がん細胞の表面にホルモン受容体が出ている場合にのみこの治療法が有効。

人間が他の人間とコミュニケーションをとるのと同様に、細胞も他の細胞とコミュニケーションをとっています。その仕組みとして、一方の細胞が「シグナル伝達物質」を出して、相手の細胞がそのシグナルを「受容体」によって受け取り、さらに細胞内へとそのメッセージを伝えて、受けて側の細胞の挙動が変化するという仕組みがあります。挙動の変化の具体例としては、代謝の変化であったり、遺伝子発現の変化であったり、細胞の形や動きの変化であったりします。

受容体と結合する分子のことはリガンドと呼ばれるため、シグナル伝達物質は受容体に対するリガンドとして働くと言えます。シグナル伝達物質には大別すると水溶性のものと脂溶性のものとがあります。

水溶性のものとしては、タンパク質、ペプチドホルモン、神経伝達物質、サイトカインなどがあります。これらは、水にとけて油にはとけないため、「油」である細胞膜を通過できません。そのため、細胞膜上にある受容体のタンパク質と結合することにより、その情報が内部へと伝わることになります。

脂溶性のものとしては、ステロイドホルモン、甲状腺ホルモン、ビタミンDなどがあります。脂溶性なので、脂質でできている細胞膜や核膜を通過することができます。

リガンドが水溶性か脂溶性かをなぜ考えるのかというと、それによって受容体が細胞のどこに存在しうるかが決まるからです。ｈｂｊｊ

水溶性リガンド→細胞膜を通過できないので、受容体は細胞膜表面にないといけない

脂溶性リガンド→細胞膜を通過できるので、細胞質中に受容体があるか、もしくは、さらに核膜も通過可能なので、核内に受容体があってもいい。

1. ホルモンの化学構造｜内分泌 2017/01/22　看護roo!  アミノ酸型ホルモンは甲状腺ホルモン（T3およびT4）だけである。アミノ酸は本来、水溶性であるが、甲状腺ホルモンはベンゼン環を２個ももつ化合物なので脂溶性である。
2. 第2章栄養素とその代謝 2-3：チロシン代謝［tyrosine metabolism］ ニュートリー株式会社　甲状腺ではチロシンから甲状腺ホルモンが合成される．甲状腺で合成されるのは主にヨウ素が4つ結合したチロキシン（T4）である．全身に分布するトリヨードサイロニン（T3）の大部分は，T4が肝臓や腎臓などの甲状腺以外の組織で脱ヨード化して生じたものである．甲状腺ホルモンとしての作用は，T4よりもT3の方が10倍高いといわれている．

お酒は適度に飲むと健康に良いと言われますが、大量に摂取するといろいろ不具合が生じます。そもそも代謝がおっつかなくてエタノールの血中濃度が高すぎると、エタノールそのものが毒になります。また、中間代謝物であるアルデヒド自体にも毒性があります。アルコール代謝が最後まで進んだとしても、やはり問題が生じますが、どのような問題なのかを生化学的に考えてみたいと思います。

お酒（アルコール）はエタノールですが、エタノールCH3-CH2-OHは酸化されてアセトアルデヒドCH3-CHOになり、さらに酸化されて酢酸CH3-COOＨになります。この２つの酸化反応でＮＡＤ＋が還元されるので、2当量のＮＡＤＨが産生されます。つまり、アルコールを大量に摂取すると、ＮＡＤＨが大量に産生されることになります。

肝臓で産生された酢酸は、骨格筋、心臓、腎臓などでアセチルCoAに変換されてエネルギー源となります。

1. 食事とスタミナ（hobab.fc2web.com）
2. 酢酸の生理機能

ＮＡＤＨが大量に産生されたときに、代謝系のどこが影響を受けるかというと、例えば、乳酸からピルビン酸が作られる過程があります。乳酸がピルビン酸になるときにはＮＡＤ＋が使われてＮＡＤＨが生じます。すでにＮＡＤＨが飲酒により大量に存在すると、乳酸→ピルビン酸という反応が進まなくなります。その結果、乳酸→ピルビン酸→糖新生　の経路が抑制されます。もし糖が十分にない場合には糖新生が抑制される結果、低血糖になってしまいます。また乳酸が代謝されないため、乳酸アシドーシスになる恐れがあります。

化学反応が起きるかどうかを決めるのは、反応前後のギブス自由エネルギーの差でした。それは、

ΔG＝ΔG0＋RT ln 「生成物濃度」/「反応物濃度」

と書けます。エネルギー代謝の反応が進むためには

ΔG＝ΔG0＋RT ln 「生成物濃度」/「反応物濃度」

「生成物濃度」/「反応物濃度」が大事で、[NADH]/[NAD+]が大きくなってしまうと（比が１よりおおきいとその対数は０よりおおきくなる）、この第2項が負にならなくなって、結果的に右辺全体として負にならなくなってしまいます。するとギブス自由エネルギー差が負にならなくなり、反応が進みません。クエン酸回路をまわしたり、脂肪酸をβ酸化するのは、[NADH]/[NAD+] の比が小さい（NADHが少ない）状態で、NADHを産生することが目的なわけです。NADHが多量に存在して[NADH]/[NAD+]の比が大きいということは、クエン酸回路や脂肪酸β酸化がまわらない、つまり阻害されるということになります。肝臓で脂肪酸の分解ができないということは、肝臓に脂肪がたまる一方になり、つまりは脂肪肝と呼ばれる病的な状態になってしまいます。

1. マークス臨床医学　第29章　エタノール代謝　498~510ページ
2. 畠山『生化学』164ページ
3. GLUCOSE | Metabolism and Maintenance of Blood Glucose Level V. Marks, in Encyclopedia of Human Nutrition (Second Edition), 2005
4. Ethanol-induced oxidative stress: basic knowledge　Genes Nutr. 2010 Jun; 5(2): 101–109. Published online 2009 Dec 24. doi: 10.1007/s12263-009-0159-9 PMCID: PMC2885167 PMID: 20606811

 

急性アルコール中毒（死）

短時間での大量飲酒（一気飲みなど）で死亡する場合は、上で説明した代謝がそもそもおっつかなくて、アルコールが肝臓で処理されるのが間に合わなくて血液中のアルコール濃度が高くなりすぎて、脳にアルコールが入り、神経系の働きを直接乱してしまうことが原因のようです。

1. 急性アルコール中毒　ドクターズファイル　血液に溶けたアルコールが脳に作用し、まひなどの症状を起こすことで発症

 

お酒に弱い人・お酒が飲めない人

世の中には一定数、お酒が全く飲めない人が存在します。その人達がお酒が飲めない理由は、エタノールの代謝でアルデヒドから酢酸に変換する酵素ALDHを持っていないか、働きが弱いからだと考えられます。アセトアルデヒドは毒性があり、吐き気や動悸、二日酔いなどの原因となります。

エタノール　→　アセトアルデヒド

アルコール脱水素酵素（alcohol dehydrogenase: ADH）

アセトアルデヒド　→　酢酸

アルデヒド脱水素酵素（aldehyde dehydrogenase:ALDH)

ADHには、ADH1BとADH1Cの型があります。ALDHには、ALDH1とALDH2があり、ALDH2が主要な働きをする酵素。ALDH1は補助的です。ALDH2の活性の強さが、お酒の強さを決めると言われているようです。

1. アルコール代謝関連遺伝子（アルコール・アルデヒド脱水素酵素）と飲酒量に基づく胃がん罹患について
2. 1B型アルコール脱水素酵素　1B型アルコール脱水素酵素は、エタノールをアセトアルデヒドに酸化する酵素の一つです。かつてADH2と呼ばれていました。現在の正式名はADH1Bです。
3. 2型アルデヒド脱水素酵素　2型アルデヒド脱水素酵素は、エタノールの代謝産物のアセトアルデヒドを分解する主要な酵素です。ALDH2と略します。日本、中国、韓国などの東アジアのひとでは遺伝子の点突然変異により、酵素の働きが弱いひとが多くみられます。
4. アルデヒド脱水素酵素2（ALDH2）の構造・機能の基礎と ALDH2遺伝子多型の重要性

脾臓にて

血が赤いのは、赤血球に含まれるヘモグロビンが赤い色をしているからです。

1. fig.2──ヘモグロビンの色調の変化。酸素が結合したオキシヘモグロビンは赤色、酸素を除去したデオキシヘモグロビンは赤紫色をしている。　鉄に依存した赤血球による酸素輸送と人工赤血球酒井宏水【奈良県立医科大学医学部化学教室・教授】　生環境構築史 第3号　 特集：鉄の惑星・地球　Earth, the Iron Planet　铁之星球——地球

赤血球は脾臓で分解されます。酸素を運搬する役目であったヘモグロビンは、ヘムとグロビンにわかれ、ヘムは鉄とポルフィリン環にわかれます。ポルフィリン環は分解されてビリベルジンになります。ビリベルジンは緑色をしています。これが還元されてビリルビンになります。ビリルビンは黄色です。

1. ヘモグロビン　血液生物学研究室　丹羽和紀
2. 図1　ビリベルジン還元酵素の結晶状態での反応 結晶状態で酵素反応を進めると、ビリベルジンとビリルビンの混合状態を示す色（黄緑色）に変化する。（BV:ビリベルジン、BR:ビリルビン）

ビリルビンは水に溶けませんので、アルブミンと結合した形で血液中を移動して、肝臓へと運ばれます。

肝臓にて

肝臓ではビリルビンをグルクロン酸で抱合した、抱合型ビリルビン（直接ビリルビン；ビリルビンジグルクロニド）に変換し、胆汁の成分として捨てます。

肝臓でのビリルビン処理が滞ってしまうと、ビリルビンは血液中に蓄積し、皮膚に沈着します。その結果が黄疸と言う病気です。ビリルビンは黄色いので、皮膚や白目の部分が黄色くなります。ちなみに、みかんの食べ過ぎで皮膚が黄色くなるのは、全く異なる理由からです。みかんにはβカロチンという脂溶性の黄色い色素が多量にふくまれているため、βカロチンが脂肪組織に蓄えられた結果、黄色くみえるだけです。その場合、白目が黄色くなることはありません。

1. 成人の黄疸 執筆者： Danielle Tholey , MD, Sidney Kimmel Medical College at Thomas Jefferson University 医学的にレビューされた 2020年 1月　MSDマニュアル家庭版
2. 柑皮症とは？社団法人母子保健推進会議会長●巷野悟郎

腸管にて

胆嚢から腸管にこのようにして捨てられた抱合型ビリルビンは、腸内細菌によってさらにウロビリノーゲンになります。ここで腸管で再吸収されるものと、そのまま腸管から排出に向かうものとにわかれます。

ウロビリノーゲンからからステルコビリノーゲン（この化合物の色は無色）、さらにステルコビリンになったものが便に排出されます。便が褐色である理由は、便に含まれるステルコビリンは褐色だからです。

腎臓にて

ウロビリノーゲンの一部は腸管で吸収され血中にはいったあと腎臓に送られて、ウロビリンに変換され尿に排泄されます。尿が黄色いのは、尿に含まれるウロビリンは黄色だから。

1. 正常な尿の色　尿の色について　ときわ会

参考記事

1. 【連載】看護に役立つ生理学 第16回【ヘモグロビン代謝】どうやってヘモグロビンがビリルビンになるのか 公開日: 2015/4/11　ナース専科
2. ビリルビン代謝の概要　肝臓の構造および機能 執筆者： Steven K. Herrine , MD, Sidney Kimmel Medical College at Thomas Jefferson University 医学的にレビューされた 2018年 1月　MSDマニュアルプロフェッショナル版
3. ビリルビン代謝からみる黄疸の臨床 上 硲 俊 法 近畿大学医学部附属病院臨床検査医学部　近畿大医誌（Med J Kindai Univ）第43巻１，２号 67～76 2018
4. 黒緑色便の原因とは？黒色便と緑色便の違いを知りたい　消化器科2018-11-13　レバウェル看護
5. アンバウンドビリルビンの検査について　2022年10月25日　新生児は肝臓で間接ビリルビンをグルクロン酸抱合する処理能力が低いため血液中に間接ビリルビンのまま残り、さらに腸から肝臓へのウロビリノーゲン再吸収量が多いため、ほとんどの新生児では生理的に肌や白目が黄色に染まって見える黄疸が出現します
6. 緑色の便　たまプラーザ南口胃腸内科クリニックブログ

 

医学の土台としての生化学

医学を理解するためには生化学の知識は必須です。なぜなら、人間が生きているということはとりもなおさず生体内で生化学の反応が起きているということであり、その生化学反応のバランスが崩れたときに病気になるからです。生化学反応のバランスを崩す要因はいろいろありえます。化学反応を触媒する酵素の遺伝子が欠損していたり、栄養のバランスが悪かったり、必要なビタミンが不足していたり、病原菌に感染して病原菌が産生する毒素が特定の生化学反応を阻害していたり、遺伝学的な要因などにより生化学反応を調節する細胞内情報伝達機構に異常が生じていたりと言った具合です。

看護学に必要な生化学

看護師は医師とともに医療を実践する立場にあります。与薬するときにその薬の作用機序を患者さんに聞かれて答えられるにこしたことはありません。万が一の投薬ミスなどに気付くためにも薬の作用機序、すなわちどんな生化学反応に影響を及ぼすのかを知っていたほうがよいでしょう。

1. 事例で学ぶくすりの落とし穴 [第1回] 看護師に求められる与薬の知識とは 連載 柳田 俊彦 2020.07.27　医学界新聞　医学書院
2. What is the role of biochemistry in medicine?　Quora
3. A New Approach to Teaching Biochemistry to Nursing Students　1981

体の中の変化を分子の変化として捉えるのが「生化学」です．生化学を学ぶと，体の中で起こるさまざまな反応を，分子レベルで説明することができます．さらに，疾病の症状が起こるメカニズムも説明できるので，生化学は疾病の治療とも密接にかかわっています．‥　生化学の知識があれば，なぜ発熱するのかといった症状や，熱を下げるにはどうしたらよいかという治療の方針まで理解できます．つまり生化学を勉強することは，ヒトの体の中で起こっていることを理解するもっとも効率のよい方法なのです．（石堂一巳『生化学』2022年1月）

日常生活と生化学との関係

What you are is what you eat.という言葉があります。自分が食べたものが自分の体になるということです。どんなものをどれくらいの量食べればいいのか？その答えは生化学が教えてくれます。

 

参考

生化学biochemistryとよばれる学問分野は、歴史の長い生物学biologyや医学medicine (or medical science)と化学chemistryという異なる学術領域をミックスさせた学際的な出自をもつ、比較的あたらしい分野です。ちなみに、生化学分野おいて歴史的も内容的にも最も有名な学術雑誌The Journal of Biological Chemistryの創刊は1905年です。生化学では、生体のもつ分子（生体分子）の化学構造を決定し、生体中で起こっている化学反応（生化学反応）をひとつひとつあきらかにしてゆくことを勃興当時の中心テーマとしていました。やがて、生化学反応をつかさどる酵素enzymeの本体がタンパク質であることがわかってくると、タンパク質を分離・解析して、タンパク質の機能をあきらかにすることも大きなテーマとなってきました。そして、タンパク質の設計図は遺伝子が担うことも知られるようになり、生化学反応と遺伝子との関連をみいだしてしていくことも生化学が取り組む重要な課題となってきています。（https://www.niid.go.jp/niid/ja/from-biochem/3263-2013-02-25-07-34-02.html）