医学のあゆみ 289巻1号 (2024年4月発行)

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第1土曜特集　不整脈学の新潮流――基礎研究・医工連携からAIの社会実装まで

はじめに笹野　哲郎 289巻1号 , 2024年4月 , pp.1-1

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　不整脈学の柱は，心電学と電気生理学である．心電学の歴史は古く，Willem Einthovenが “心電図のメカニズムの発見” によりノーベル賞を受賞したのが100年前の1924年であり，心電図は以後，基本的にその形を変えていない古典的な検査である．また，不整脈治療のなかでもイオンチャネルをターゲットとした抗不整脈薬の新薬はここ20年発売されていない．魅力的な新薬が次々発表される心不全領域などに比べると，薬物療法は停滞しているようにもみえる．近年の不整脈学の発展は，心臓電気生理学的検査におけるマッピング手法の進歩による心内電位解析と，カテーテルアブレーションとデバイス治療の進歩による治療学の発展によるところが大きく，専門医以外にはわかりにくいものになっている．

基礎研究

扉 289巻1号 , 2024年4月 , pp.3-3

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ゲノム解析からみえてきた疾患関連遺伝子とその機能伊藤　薫 289巻1号 , 2024年4月 , pp.4-10

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　ゲノム解析は生命のセントラルドグマの起点に位置するDNAの網羅的検索とその下流に位置するオミックス情報を活用し，疾患の遺伝的素因を明らかにするものである．近年のヒトゲノムデータの充実により，ゲノムと疾患との関わりが非常に多様であることがわかってきた．今まで，いわゆるメンデル遺伝の法則に従う遺伝子変異がブルガダ症候群や先天性QT延長症候群，カテコラミン誘発多形性心室頻拍などを引き起こすことは知られていたが，一般外来で頻回に診る心房細動などの疾患に，ゲノムがどのように関わっているかはあまりわかっていなかった．現在，ゲノムワイド関連解析（GWAS）が手法として成熟し，ゲノム情報の高密度化，サンプルサイズの増大，そして心筋組織のオミックス情報の充実により，ゲノム解析から遺伝子を通じて疾患の成因を同定することが可能となってきた．本稿では，遺伝性が明確でない一般的な心房細動を取り上げ，ゲノム解析により明らかになった疾患関連遺伝子とその機能，またそれらを俯瞰した時にみえる心房細動という病態について解説する．

心外膜脂肪は心房細動の元凶か？安部　一太郎 , 髙橋　尚彦 289巻1号 , 2024年4月 , pp.11-17

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　哺乳類には，大きく分けて白色脂肪細胞と褐色脂肪細胞が存在することが古くより知られてきたが，現在では白色脂肪内に散在的に誘導されるベージュ脂肪細胞を合わせて，3種類の脂肪細胞に分類される^1,2）．これらの脂肪細胞（白色脂肪，褐色脂肪，ベージュ脂肪）は細胞内に多量の中性脂肪を有している点では同じであるが，その局在部位や構造形態，代謝・生理学的機能は大きく異なる．そのなかでも脂肪組織の大半を占める白色脂肪細胞は，皮下や消化管，心臓などの臓器周囲に広範かつ多量に存在し^3,4），脂肪酸をエネルギーとして蓄積し，必要時に血液中に遊離脂肪酸として放出する “エネルギーの貯蔵と放出” という役割を主に果たしている．食事から摂取したエネルギーのうち消費されなかった余剰分は，本来，中性脂肪として皮下や腹部の脂肪組織に蓄積される．しかし近年，脂肪組織以外にも心臓周囲や血管周囲，肝臓，筋肉などにも脂肪が蓄積することがわかってきた．これらは異所性脂肪とよばれ，心血管疾患の発症や重症化，治療に対する反応性と関連していることから注目されている．本稿では，そのなかでも心外膜脂肪組織の心房細動発現への関与について，筆者らが取り組んできた研究成果を交えながら，概説したい．

ヒト心房組織から心房リモデリングを考える山口　尊則 289巻1号 , 2024年4月 , pp.18-23

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　心房リモデリングは心房のあらゆる電気的，機能的，構造的変化を意味する．心房リモデリングの進行に伴い，臨床的には心房拡大や心房細動，心原性塞栓症，心不全の発症などと関連する．これまで心房検体の採取が困難であったことから，心房リモデリングの組織学的背景の解明は不十分であった．筆者らはカテーテルによる心房生検の手法を開発し，心房細動症例の組織学的評価を行った．従来は線維化が主要な組織学的変化と考えられてきたが，線維化以外にも線維化に先行する心筋細胞間隙の増大，心筋粗鬆化，心筋細胞核密度（細胞数の指標）の減少とそれに伴う心筋肥大が主要な組織学的変化であった．電子顕微鏡検査により，細胞間隙の増大は血管透過性亢進に伴う血漿成分の漏出であることも明らかになった．また，4％の症例にアミロイドの沈着を認めた．心房筋の組織学的評価により心房リモデリングの機序解明と新たな治療標的の開発が期待できる．

遺伝子改変動物モデルによる病態生理へのアプローチ井原　健介 289巻1号 , 2024年4月 , pp.24-30

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　心臓は複雑な解剖を持つ拍動する臓器であり，その病態生理を検討するには，その三次元構造や機能を保持しつつその機能解析を行うことが重要であり，その点において実験動物を用いた心機能解析は心疾患基礎研究において重要な役割を果たしている．特に不整脈疾患では，単一細胞や心筋シートなどを用いたin vitroでの電気生理学的な解析だけでは限界があり，心臓臓器を用いた電気生理学的評価が必要不可欠である．遺伝性不整脈疾患や遺伝性心筋疾患を背景とした不整脈研究においては，特に遺伝子改変動物モデルの作製・解析が有用であり，ゲノム編集技術が一般的になり遺伝子改変動物モデルの作製が容易となった現代では，不整脈疾患をはじめとした多くの心臓疾患の病態生理研究に応用されている．本稿では不整脈学の新潮流として，遺伝子改変技術を用いて作製された不整脈モデル動物を用いた病態生理へのアプローチについて概説する．

医工連携研究：新規デバイスの開発と臨床応用

扉 289巻1号 , 2024年4月 , pp.31-31

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サステナブル心電図モニタリングの技術的進歩 -――非接触（布類を介した）就寝検査の確立に向けた医工連携植野　彰規 289巻1号 , 2024年4月 , pp.32-37

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　各種生体信号のモニタリングを病院内外で長期間・継続可能（つまりサステナブル）にする技術は，さまざまな慢性疾患の早期発見や治療効果の確認，予後の経過観察などに寄与すると考えられる．心電図用電極をシート状にし，ベッドシーツの下に設置するアプローチは，非接触（布類を介した）生体電位計測技術の進歩と相まり，長期就寝検査の実現を強く後押ししている．室内相対湿度を40％以上とした環境では，布類3枚（1.5mm厚）を介した場合に心電図のP波，QRS波，T波を目視できる水準にて計測が達成されている．また，就寝実験中の午前3～4時において，非接触心電図のRR間隔が参照心電図のRR間隔と高い相関（被験者7名全員がr＝1.0）となることも確認されている．他方，心房細動患者を対象とした短時間の臨床実験では，辛うじて心電図を観測できた例もあるが，冬季の乾燥や静電気，衣類の厚みの影響により，計測不能となった事例が生じた．非接触就寝検査の実現に向けての課題は，相対湿度40％未満の環境下で，厚手の布類（2.0mm程度以上）を介して心電図を安定計測することである．

家庭用心電計が変える自己管理妹尾　恵太郎 289巻1号 , 2024年4月 , pp.38-42

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　心電計付き血圧計は，自宅で手軽に血圧と心電図を同時に記録できるため，以下のメリットがある．①脳卒中の原因である心房細動を早期に検出でき，治療への迅速な対応が可能となる．②患者は自身の健康状態を継続的にモニタリングし，医師との効果的なコミュニケーションが促進され，治療計画の最適化や自己管理の向上が期待される．本稿ではこのような利点について，筆者らが行ってきた臨床研究結果を交えながら述べていく．将来的にはマルチモーダルなAIがさらなる進化を遂げ，心電計付き血圧計のデータを統合的に解析することが期待される．AIは異なる生体データからパターンを抽出し，個々の患者に合わせた健康状態の評価を提供できるようになる．また，AIは患者のデータを匿名化し大規模なデータベースを構築することで，疾患の予測や新たな治療法の開発に貢献するであろう．

パッチ型心電計郵送とリアルタイム心電図モニタリングを活用した不整脈疾患における遠隔診療の実践髙見　充 289巻1号 , 2024年4月 , pp.43-48

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　遠隔診療（オンライン診療）の利便性は高いが，不整脈医にとっては心電図波形を見ることができないのは大きな欠点であった．筆者らは，2020年の新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）感染拡大初期からパッチ型の小型心電計durantaに注目し，自宅に郵送し患者の自己装着で長時間心電図検査が安全に施行可能であることを報告した．さらに，不整脈カテーテルアブレーション治療を受けた患者の退院後のフォローアップにおいて，心電計郵送とリアルタイム心電図モニタリング機能を活用した新たな外来オンライン診療体制の実証研究を行った．その結果，従来の対面診療による外来フォローアップと比較すると，病院への来院回数は減る一方，心電図の総モニタリング時間は通常の対面診療群よりもオンライン診療群で約4倍長くモニタリングを行うことができた．フォローアップ中に有害事象は認めず，患者満足度も高いことが示された．オンライン診療は遠方の患者だけでなく，仕事・学業などで通院の負担が大きい患者のアブレーション後のフォローアップに有用な可能性がある．

Apple Watch外来が循環器内科診療に与えるインパクト増田　正晴 289巻1号 , 2024年4月 , pp.49-55

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　2020年9月，「Appleの心電図アプリケーション」および「Appleの不規則な心拍の通知プログラム」が医療機器として認可された．Apple Watchの心房細動検出は “photopretismography” とよばれる光学的手法を用いた “脈波計” による不規則脈波の検出と，“心電計” による心房細動心電図の記録との2つの方法によってなされる．従来の検査とApple Watch診療を組み合わせることで，無症候性心房細動や発作時間が短く従来の病院心電図での診断が困難であった心房細動を，より早期に発見できるようになった．また，アブレーションや薬物治療によるリズムコントロール治療の効果をより正確に判定することが可能になった．このようなウェアラブルデバイスによって心房細動の検出感度が高まることで，心房細動患者の症状や予後が改善することが期待される．

不整脈領域におけるAIの発展と社会実装

扉 289巻1号 , 2024年4月 , pp.57-57

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12誘導心電図の未来 -――深層学習がもたらす新たな価値中村　知史 289巻1号 , 2024年4月 , pp.58-63

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　心電図の分析は開発から100年の歴史を経て，すでに詳細な検討がなされている．ここに新しい解析手法として人工知能（AI），なかでも深層学習を行う試みが近年注目を浴びている．深層学習により診断精度が高くなるのはもとより，心臓電気生理学の新発見につながる可能性もある．心電図の解析方法としては行列データとしての処理と画像としての処理があるが，どちらも一長一短がある．実用性のあるAIモデルは正確性，堅牢性，解釈可能性を備える必要があり，開発あるいは使用する際にはこのことを念頭に置いておかなければならない．また，費用対効果，倫理，実装，安全性，プライバシーに関する議論は十分とはいえず，AIの急激な発展に法整備が追いついていない側面もある．日本においては，他国に先がけてAI医療機器の認可に柔軟性を持たせる仕組みがある．

ホルター心電図の自動診断におけるAIの開発と社会実装田村　雄一 289巻1号 , 2024年4月 , pp.64-69

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　長時間心電図の解析分野においても人工知能（AI）の活用がはじまっている．画像認識技術の向上により心電図の画像データを大量に学習し，ニューラルネットワークを用いて処理することで作成されたAIによる心電図自動診断の研究報告が多くされている．また，これまでブラックボックスとされていたAIの判定過程を人間の目で可視化できるような研究も行われている．最新の研究では，通常，人間の目では心電図から認識できない所見や徴候をAIを使って検出し，左室機能不全や一過性心房細動の発症予測などを行う技術の実用化が進んでいる．疾患の徴候を検出するAIを利用して，病気の発症前に高リスク群の患者を効率よくスクリーニングできるようになることが期待される．

ウェアラブルセンサと心拍変動解析による心房細動スクリーニングAIシステム藤原　幸一 , 川治　徹真 289巻1号 , 2024年4月 , pp.70-75

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　心房細動（AF）は心不全につながる進行性の循環器疾患であり，早期発見が重要であるため，日常生活で使用できるAFスクリーニングシステムが望まれる．筆者らは，心拍変動（HRV）解析と機械学習（ML）を用いて，30拍のRRI（RR間隔）データのみからAFスクリーニングできるAIモデルを開発した．開発したモデルは，30拍のRRIデータから複数のHRV指標を抽出し，抽出されたHRV指標からMLモデルによってAF疑いの有無を判定する．さらに筆者らは，RRIデータを容易に計測できるウェアラブルセンサと，センサおよびクラウドと通信するスマートフォンアプリ，クラウド内部で実行されるAIモデルから構成されるAFスクリーニングAIシステムを開発している．開発中のシステムは，ウェアラブルセンサにて測定された患者の30拍のRRIデータを，アプリを介してクラウドにアップロードし，クラウド上のAIモデルで解析して，RRIデータを①正常，②期外収縮あり，③AF疑いの3種類に識別する．これまでに筆者らは，92人の患者から収集した184件のRRIデータを使用し，開発したAIシステムを前向きに検証した．その結果，精度，感度，偽陰性率は88.4％，95.6％，4.3％であった．現在，本AIシステムの実用化を目指して，さらなる精度の改善とアプリ開発を継続している．

心房細動の早期発見を目指したAI心電図の社会実装増村　麻由美 289巻1号 , 2024年4月 , pp.76-80

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　心房細動は心原性脳梗塞の原因となり，健康寿命を損なう大きな要因のひとつとして社会的な重要性を持つ疾患である．しかし，洞調律時の心電図では異常がみられないことから，心房細動の早期発見が困難であることが課題であった．近年，人工知能（AI）により洞調律の心電図における心房細動の予測精度が向上し，AI心電図（AI-ECG）による心房細動スクリーニングの有効性が注目されている．筆者らは，東京医科歯科大学，静岡市，清水医師会の共同研究としてSPAFS（Stroke Prevention by early detection of AF in Shimizu）を立ち上げ，静岡市清水区の健康診断（以下，健診）にAI解析を実装し，心房細動の早期発見を目指したわが国初のAI-ECG実証実験を展開している．AI-ECGの社会実装にあたり，AIの技術開発のみならず，結果の共有システム構築や医療連携，地域全体でのヘルスコミュニケーションなど，多岐にわたる体制を整備し，有効性の検証を行っている．また，AI-ECGの社会実装が成功することで，健診における心電図の意義が変化する可能性が予想され，AI-ECGは今後の健康施策変革への大きな一手になることが期待される．

不整脈治療におけるイノベーション

扉 289巻1号 , 2024年4月 , pp.81-81

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パルスフィールドアブレーションは不整脈治療を変える？山根　禎一 289巻1号 , 2024年4月 , pp.82-87

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　不整脈をカテーテル手技で根治することが可能になってから30年以上が経過した．その間の治療機器の進歩は著しく，3Dマッピングシステムや種々のバルーンテクノロジー（クライオバルーン，ホットバルーン，レーザーバルーン）の登場に伴い，ほぼすべての頻脈性不整脈が高精度に治療可能となった．しかし，従来の治療に用いられてきたエネルギー源はすべて熱を介して（加熱または冷凍によって）組織を破壊する方法であり，心臓周囲臓器（食道，肺，気管支，神経，血管など）への悪影響による合併症発生の問題を内在していた．近年開発されたパルスフィールドアブレーション（PFA）は，熱を介さずに組織を破壊する点で従来法とは根本的に異なっており，その安全性の高さが期待されている．

高精細マッピングがもたらす頻脈性不整脈カテーテルアブレーションの進歩田中　泰章 289巻1号 , 2024年4月 , pp.88-95

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　3Dマッピングシステムは，頻脈性不整脈に対するカテーテルアブレーションにおける心臓の解剖学的構造と，操作するカテーテルの位置関係を画面上に表示するナビゲーション器具である．加えて，記録した心内電位を基に心臓の電気的興奮を可視化することで，不整脈の機序や回路の理解を助ける診断器具でもある．昨今，高精度の心内電位情報を高密度に取得することでより精緻な3Dマップを作成する，いわゆる高精細マッピングが注目されている．高精細マッピングでは，短時間に多数の高精度な電位情報を取得することになるため，すべての電位について術者が解析し修正することは現実的には不可能である．そのため，これらの3Dイメージ作成のプロセスを，自動化されたアルゴリズムを用いて行っている．現在，わが国で主に使用されているCARTO^®，EnSite^TM，RHYTHMIA^TMのすべての3Dマッピングシステムにおいて高精細マッピングが可能となっているが，使用するカテーテルの特徴や電位情報を可視化するためのアルゴリズムが異なる．それぞれのシステムの特色を理解することにより，精度の高いカテーテルアブレーションを行うことができる．

AIは心房細動の治療標的を示せるか富井　直輝 289巻1号 , 2024年4月 , pp.96-101

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　高齢化に伴って患者数が増加を続ける心房細動（AF）に対し，心筋組織の焼灼による治癒を目指すカテーテル・アブレーション（ABL）治療は，今日では広く普及している．しかし，発作性心房細動（PAF）に対して高い治療効果が得られる一方で，慢性化が進んだ非発作性AF（non-PAF）に対しては，いまだ効果的なABL戦略が確立していない．本稿では，これまでに提案されてきたABL標的を概説したうえで，それらの課題を分析する．さらに筆者らのAI研究を紹介し，AIを応用したABL戦略によるnon-PAF治療の実現性について議論する．

心不全モニタリングにおける植込み型心臓不整脈デバイスの有効性と展望荷見　映理子 , 藤生　克仁 289巻1号 , 2024年4月 , pp.102-107

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　近年，植込み型心臓不整脈デバイス（CIED）の管理において，遠隔モニタリングシステム（RMS）は不整脈や心不全を早期に検知し，治療を行う点でなくてはならないものとなっている．RMSはCIEDの標準的管理手段として日本循環器学会のガイドラインで推奨され，多くの施設でRMS管理を行えるようになってきている．最近では，心不全を早期に発見するためのモニタリングにも活用されるようになっている．しかし，RMS管理を円滑に進めるためのスタッフの負担軽減が最大の課題となっており，この問題を解決するためのシステム開発も進められている．本稿では，心不全治療におけるCIEDにおけるRMSの役割とその課題について概説する．

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目次 289巻1号 , 2024年4月

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次号の特集予告 289巻1号 , 2024年4月 , pp.109-109

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奥付 289巻1号 , 2024年4月 , pp.110-110

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基本情報

医学のあゆみ
289巻1号
(2024年4月発行)

電子版ISSN：印刷版ISSN：0039-2359 医歯薬出版

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