1問1答 論文 虫歯

たばこの害は、タールとニコチンだけか——煙の13%を占める「もう一つの物質」

1問1答 論文 虫歯

喫煙・二酸化炭素・毒性学レビュー(歯科分野外の論文)

禁煙支援のとき、僕らは「タール」「ニコチン」「一酸化炭素」の話をします。ではもう一つ、煙の体積のおよそ13%を占める物質のことは、どれだけ意識しているでしょうか。二酸化炭素です。通常の大気のおよそ350倍。この2011年のレビューは、CO2そのものの毒性を100年分の研究から整理し直したうえで、「たばこ煙の長期毒性に、CO2が大きく関わっているのではないか」という仮説を提示しました。歯科の論文ではありません。それでも、患者さんに禁煙を勧める立場としては知っておいて損のない一本です。

論文
Toxicity of Carbon Dioxide: A Review
著者
Guais A, Brand G, Jacquot L ほか(Biorebus/フランシュ=コンテ大学/エコール・ポリテクニークほか)
掲載
Chemical Research in Toxicology 2011;24(12):2061-2070
種類
ナラティブレビュー(動物実験・ヒト曝露研究を横断的に整理し、仮説を提示)
主題
二酸化炭素そのものの急性・慢性毒性と、たばこ煙の長期毒性における役割の仮説

禁煙の話で、僕らが挙げない物質

「たばこは歯周病を進めます」「インプラントの失敗率が上がります」——診療室で何度も口にしてきた言葉です。その根拠として挙げるのは、たいていニコチンによる血管収縮、タール、一酸化炭素あたりでしょう。

ところが煙の組成を見ると、体積のおよそ13%を占めているのに、ほとんど話題にならない物質があります。二酸化炭素です。

先に結論: このレビューの主張は「CO2は”呼吸で出ていく無害なガス”ではない」。100年分の毒性研究を整理したうえで、たばこ煙の長期毒性にCO2そのものが関わっている可能性を仮説として提示しています。

大気の350倍という濃度

吸入気のCO2濃度と、そこで報告されている作用 濃度帯ごとに性質の異なる報告を並べたもの(比較実験ではない)

0.03〜0.06% 通常の大気 基準となる環境濃度 (環境)

1〜5% 低濃度域 解糖と呼吸が亢進(in vitro) 1〜4%で頭痛・動きの検出能の低下(ヒト) 1.5〜3%の曝露はヒトでよく耐えられたと報告

8〜12% 中濃度域 ニコチンとNNKの細胞分裂促進を増強(in vitro) 10〜20%で呼吸が抑制(in vitro) 10〜13%でウサギ新生仔に脊椎の奇形(動物)

13% たばこの煙の組成 通常の大気のおよそ350倍にあたる濃度 著者らが仮説の出発点に置いた数字(喫煙時に空気で希釈される)

10〜30% 急性毒性域 10%で5〜10分、30%で1分の意識消失(急性・ヒト) 短時間の曝露による急性影響であり、慢性影響とは別の話

吸入気のCO2濃度帯と、その濃度で報告されている作用(原著の記載を整理)。性質の異なる報告を濃度順に並べたもので、群間の比較実験ではない

潜水艦や宇宙船での生活を想定したヒトの曝露実験は1.5〜3%で行われ、この程度ならよく耐えられたと報告されています。

一方で10%では5〜10分、30%ではわずか1分で意識を失うという報告もあります。ただしこれは短時間の曝露による急性影響で、喫煙のような繰り返しの曝露とは別の話です。煙の13%も、吸うときには空気で薄まります。この図は「どの濃度で何が報告されているか」を並べたものであって、煙が意識消失域に近いという意味ではありません。

体の中で、何が起きているか

高濃度CO2を吸い続けると、体の中で何が起きるか

高濃度CO2を吸入する

動脈血のCO2分圧(PaCO2)が上がる CO2は肺胞膜を自由に通り抜ける

呼吸性アシドーシス(血液が酸性に傾く) 数分〜数時間で細胞が緩衝/3〜5日で腎臓が代償

炎症・硝子膜 II型肺胞上皮の変化 ガス交換の低下(動物)

カルシウム・リン代謝 血漿カルシウム上昇(動物) 無機リンの低下 腎石灰化と関連(動物)

中枢神経 1〜4%で頭痛 動きの検出能の低下 10〜15%で興奮症状(ヒト)

細胞の運命 1〜5%で解糖が亢進(in vitro) 10〜20%で呼吸が抑制(in vitro) 催奇形性の報告(動物)

高濃度CO2の吸入から始まる連鎖(原著の整理をもとに作図)

CO2は肺胞膜を自由に通り抜けるので、吸えばそのまま動脈血のCO2分圧が上がります。血液は酸性に傾き、呼吸性アシドーシスになります。

体はこれを2段階で埋め合わせます。数分から数時間で細胞が緩衝し、3〜5日かけて腎臓が代償する。だから持続的な曝露なら、いずれ血液のpHは正常近くに戻ります。

ここで面白いのは間欠的な曝露のほうが厄介だという点です。モルモットで15%を1日8時間・7日間という断続曝露を行うと、代償が追いつかずpHは0.26下がったまま(7.11)。持続曝露(15%・7日)では3日で7.37に落ち着いたのと対照的でした。喫煙という行為が、まさに間欠曝露であることを思うと引っかかります。

  • 細胞代謝:1〜5%では解糖と呼吸がむしろ亢進し、10〜20%では呼吸が抑制される(いずれもin vitro)
  • カルシウムとリン:慢性の高炭酸ガス状態では血漿カルシウムが上昇し、無機リンが低下する。原著はこれを腎石灰化と関連づけています(動物)
  • 中枢神経1〜4%で頭痛、立体視力や動きを検出する能力の低下
  • 生殖・発生:ラットで2.5〜10%を数時間で精巣の可逆的な変性、ウサギで10〜13%の曝露により新生仔に脊椎の奇形がみられた

ニコチンの作用を、CO2が後押ししていた

このレビューでいちばん引っかかったのは、Schullerらの実験の紹介でした。

胎仔ハムスターの肺から得た正常な神経内分泌細胞と、ヒトの神経内分泌肺がん由来の2つの細胞株に、ニコチンとNNK(たばこ特異的ニトロソアミン)を作用させる。すると細胞分裂が促されます。ここまでは知られた話です。

ところがCO2濃度を8〜12%に上げると、その分裂促進作用が濃度依存的に強まったというのです。著者らは、CO2とニコチンが起動する2つのシグナル経路が合流している可能性を指摘しています。

読み方: CO2が単独で発がん物質だ、という話ではありません。他の発がん物質の作用を後押しする「促進因子(promoting agent)」かもしれない——著者らの言い方はそこまでです。

吸入CO2が上がるのは、喫煙だけではない

原著は、吸入気のCO2分圧が上がる状況を列挙しています。ドライアイスの反復作業、食品や花の保存、マスクの着用、宇宙船・航空機・潜水艦、高地、燃焼ガスへの曝露。そして病的な状態としては睡眠時無呼吸と、COPD・喘息・気腫・慢性気管支炎です。

マスクと睡眠時無呼吸——歯科の日常のすぐ隣にある2つが、並んで出てきます。もっとも原著はこれらを「pCO2が上がりうる状況」として挙げているだけで、そこから健康影響を検証したわけではありません。過大に読まないほうがいい部分です。

明日の臨床へ

  • 禁煙支援の引き出しを1つ増やす——「煙の13%はCO2で、これは大気の350倍です」は、患者さんの手が止まる数字です
  • 害の理由を1つに絞らない。ニコチン・タール・CO・そしてCO2。成分が互いに作用を強め合っている可能性まで含めて、たばこの害は語られはじめています
  • 睡眠時無呼吸の患者さんを診る機会があるなら、繰り返す高炭酸ガス状態が体に何をしているかという視点は持っておいてよいはずです
  • ただし口腔のアウトカムは、この論文では一切扱われていません。歯周組織への影響を語る根拠にはなりません
ここだけ、冷静に補助線これはナラティブレビューであり、系統的な検索でもメタ解析でもありません。中心となる主張——たばこ煙の長期毒性におけるCO2の役割——は、著者ら自身が「仮説(hypothesis)」と明記しています。引用されている研究の多くは動物実験かin vitroで、ヒトでの長期アウトカムを直接示したものではありません。う蝕・歯周病との関連は検証されていないことも、はっきり書いておきます。それでも「呼吸で出ていくだけの無害なガス」という前提を一度疑ってみる価値は十分にあります。害が1つの物質で説明できることのほうが、むしろ稀なのかもしれません。

今日のひとこと

CO2の毒性は、100年近く前から確立されている。ただ「呼吸で出ていくもの」として、私たちの意識から外れていただけです。原著が並べた数字は具体的でした——1〜5%で細胞の解糖と呼吸が亢進し、10〜20%では逆に呼吸が抑制される10%の曝露では5〜10分、30%なら1分で意識を失う慢性の高炭酸ガス状態では血漿カルシウムが上がり、無機リンが下がり、原著はこれを腎石灰化と関連づけています。ラットの精巣は2.5〜10%の数時間で可逆的な変性を示し、ウサギでは10〜13%の曝露で新生仔に脊椎の奇形がみられました。そしてたばこの煙のCO2濃度は13%——大気のおよそ350倍です。著者らは、これまで説明されてきたタール・ニコチン・一酸化炭素とは別に、CO2そのものが喫煙者の慢性炎症に関わっている可能性を提起しました。あくまで仮説であり、口腔のアウトカムは一切検証されていません。それでも、禁煙を勧める側が持っておく引き出しは、多いほうがいい。

出典:Guais A, Brand G, Jacquot L, Karrer M, Dukan S, Grevillot G, Molina TJ, Bonte J, Regnier M, Schwartz L. Toxicity of carbon dioxide: a review. Chem Res Toxicol 2011;24(12):2061-2070. PMID: 21732636
本記事は論文の要点を医療従事者向けにまとめた解説です。臨床判断は原著と最新のエビデンスをご確認ください。
本記事は論文の要点を医療従事者向けにまとめた解説です。臨床判断は原著と最新のエビデンスをご確認ください。