瞬目摩擦の基礎理論とその診断BasicPrincipleofBlink-RelatedFrictionandItsAssociationwithOcularSurfaceDisease加藤弘明*横井則彦*はじめに涙液が潤滑剤として作用し,瞬目時に眼瞼結膜と眼球表面との間に生じる摩擦を軽減するであろうことは誰でも容易に想像できることであり,瞬目時の摩擦について,摩擦を取り扱う学問であるトライボロジーの観点から行われた研究も報告されるようになってきている1~3).しかし,瞬目時の摩擦の理論が,涙液に関連する眼表面疾患であるドライアイの臨床にまで適用されるようになってきたのは,近年になってからである.ドライアイの臨床像をうまく説明する病態の新しい考え方では,ドライアイの眼表面には開瞼維持時の「涙液層の安定性低下」と瞬目時の「摩擦亢進」という二つのメカニズムが大きく関与するとされ4),この考え方はわが国において徐々に定着しつつある.本稿では,この二つのメカニズムのうち,瞬目時の「摩擦亢進」にフォーカスし,その基礎理論と診断について述べる.I瞬目時の摩擦を記述する物理摩擦あるいは摩擦力とは「接触している二つの物体をその接触面に沿って互いに移動させようとするときに,それを妨げる方向に作用する力のこと」とされ,摩擦力を記述するシンプルな式として,摩擦係数×垂直荷重………①式が一般によく知られている(図1).この式を瞬目に当てはめると,垂直荷重は眼瞼圧に相当すると考えられるが,この式は,擦れ合う二つの物体の間に潤滑剤が存在しない場合〔それゆえ乾燥摩擦(dryfriction)とよばれる〕にのみ成り立つ式であり,眼瞼結膜と眼球表面の間に涙液が存在する生理的な瞬目〔潤滑(lubrication)とよばれる〕では,この式は成り立たない.眼瞼結膜も眼球表面(角膜/眼球結膜表面)も,それらの表面には,微絨毛や膜型ムチンが存在するため,一定の粗さを有すると考えられるが,一般に,表面の粗さを上回る厚さの流体(液体および気体のこと)が2面の間に存在する場合,相対的に動く2面の間に接触は存在せず,摩擦は極端に低下する.この状態は流体潤滑(.uidlubrication)とよばれ,十分な涙液量がある場合の瞬目の状態にあてはまると考えられる(図2).そして,瞬目時に眼瞼結膜あるいは,角膜/眼球結膜の表面が涙液を介して受ける摩擦力(正確には「せん断応力」とよばれる)は,涙液の粘度×瞬目時の眼瞼速度/涙液厚………②式で表される.眼表面の涙液貯留量が減少した涙液減少型ドライアイにおいては,眼瞼結膜と角膜/眼球結膜の間の涙液の厚みが減少するため,少なくともその重症例では,瞬目時に両者の間で,直接的な接触が生じるようになる.この*HiroakiKato&*NorihikoYokoi:京都府立医科大学大学院医学研究科視覚機能再生外科学〔別刷請求先〕加藤弘明:〒602-0841京都市上京区河原町広小路上ル梶井町465京都府立医科大学大学院医学研究科視覚機能再生外科学0910-1810/17/\100/頁/JCOPY(47)353物体を動かす力図1乾燥摩擦(dryfriction)モデルこのモデルでは,摩擦力は摩擦係数×垂直荷重(眼瞼圧に相当)で表される.涙液の粘度×瞬目時の眼瞼速度眼瞼圧図3ストライベック曲線(Stribeckcurve)潤滑の状態は2面,すなわち眼瞼結膜と角膜/眼球結膜の間の涙液厚によって変化するが(青点線グラフ),2面間に作用する荷重(眼瞼圧に相当)や,2面の相対速度(瞬目時の眼瞼速度に相当),潤滑剤の粘度(涙液の粘度に相当)によっても変化する(黒実線グラフ).瞬目時の眼瞼速度図2潤滑(lubrication)モデルこのモデルでは,摩擦力(せん断応力)は涙液の粘度×瞬目時の眼瞼速度/涙液厚で表される.擦に関与する要因となる.実際,眼瞼圧と角膜/眼球結膜の上皮障害,あるいは眼瞼結膜の上皮障害(Lid-wiperepitheliopathyなど)との間に有意な正の相関がみられることが報告されている5,6).また,瞬目時の摩擦亢進が関与していると考えられる眼瞼下垂の上眼瞼や,眼瞼内反症の下眼瞼の背後にみられる糸状角膜炎に対して,それぞれ,眼瞼下垂手術,内反症手術を行うことで糸状角膜炎が改善したとの報告があり7),これらの手術が眼瞼と角膜との接触を減らす,すなわち眼瞼圧を減少させることで,瞬目時の摩擦亢進を軽減した可能性が考えられる.2.膜型ムチン眼瞼結膜と角膜または眼球結膜が直接接触する境界潤滑においては,各面の表面の性質(摩擦係数)が摩擦に大きな影響を与えることが予想される.ヒトの角結膜上皮の表面にはMUC1,4,16の3種類の膜型ムチンが発現しているが,最長のMUC16は,ガレクチン3とともに角膜上皮のバリア機能の維持に働いており8),眼表面上皮の水濡れ性の維持にも寄与していると考えられる.実際,表面を被覆する分子が分子式は同じでも,ブラシ状の構造をしているほうが,境界~混合潤滑での摩擦係数が大幅に低下することが報告されており9),境界潤滑において,ブラシ状の構造をもつMUC16が瞬目時の摩擦を軽減する役割を果たす可能性は十分に考えられる.また,ドライアイでは好中球エラスターゼやMMP-7,TNFによって膜型ムチンが障害されることが報告されており10),膜型ムチンの障害がドライアイにおける瞬目時の「摩擦亢進」に関与している可能性もある.近年,ドライアイの治療に用いられるジクアホソルナトリウムやレバミピド点眼液は,膜型ムチンの発現を促進するとされ11~13),境界~混合潤滑における,摩擦亢進の治療に奏効する可能性がある.III瞬目時の潤滑が流体潤滑にある場合に瞬目時の摩擦を亢進させうる要因とその対策1.涙液の粘度②式より,流体潤滑では涙液の粘度が高くなるほど,摩擦が増加することが予想される.30℃の条件で測定された水の粘度は0.797(mPa・s)であるのに対して,0.1%および0.3%ヒアルロン酸ナトリウム点眼の粘度はそれぞれ3.0~4.0(mPa・s),17.1~30.1(mPa・s)であることから,これらの点眼は,流体潤滑においては瞬目時の摩擦を増加させる可能性がある(ストライベック曲線に基づけば,境界潤滑において涙液の粘度上昇は,逆に瞬目時の摩擦を軽減する方向に作用する).日常臨床においてヒアルロン酸ナトリウム点眼液を使用した際に,眼不快感が増加する例を経験することがあるが,その理由として,点眼によって涙液の粘度が上昇することで摩擦が亢進している可能性が考えられる.点眼時の涙液の粘度変化は,涙液の水分による希釈や涙液ターンオーバーの影響を受け,個々の眼で異なると考えられるが,対象眼が流体潤滑にある場合,粘度の高い点眼は,逆に瞬目時の摩擦を亢進させてしまう危険があることに注意が必要であると考えられる.ジクアホソルナトリウム点眼液は,結膜上皮から水分14,15)を,杯細胞から分泌型ムチン16)を分泌させるが,レバミピド点眼液は,水分分泌を促進することなく杯細胞を増加させ,それに依存して分泌型ムチンを増加させる17).したがって,前者ではともすれば十分な水分の状態下で分泌型ムチンの増加をきたしうる可能性,すなわち流体潤滑の状況下で粘性が増す可能性があり,そうなると摩擦の亢進を招いてしまう危険がある.一方,後者では,分泌型ムチンも膜型ムチンと同様,境界潤滑に対して有利に働くために,過剰な摩擦の軽減効果が期待でき,後者が摩擦関連疾患に奏効する理由になっていると考えられる.2.瞬目時の眼瞼速度②式より,瞬目時の眼瞼速度が速いほど,瞬目時の摩擦が亢進することが予想される.眼瞼下垂手術が行われた対象において,術後,ドライアイ症状(異物感・眼不快感など)を訴える場合があり,この理由として,瞼裂高の増加による蒸発亢進,および涙道ポンプ機能の増強による涙液貯留量の減少の関与が考えられている.しかし,眼瞼下垂手術後に瞬目時の眼瞼最大速度が増加するという報告もあり18),流体潤滑にある対象においては,眼瞼下垂手術後の眼瞼速度の増加によって摩擦の亢進が(49)あたらしい眼科Vol.34,No.3,2017355生じ,その結果,ドライアイ症状が引き起こされている可能性がある.その一方で先に述べたように,眼瞼下垂手術は一般に摩擦の軽減をもたらしうるため,眼瞼速度の影響は,対象により異なると考えられる.3.涙液量②式より,涙液貯留量が少ないほど,涙液厚が薄くなるため,摩擦が亢進することが予想される.また,涙液厚の減少は潤滑の状態を境界潤滑へとシフトさせるため,急激に摩擦が亢進する危険性があることも予想できる.逆に,涙液量を増加させることは,涙液層の安定性を改善させることに加えて,境界潤滑を流体潤滑へとシフトさせるため,もっとも効果のあるドライアイの治療といえる.実際,重症涙液減少型ドライアイに対して,涙点プラグを上,下涙点に挿入した後,人工涙液を点眼すると非常に効果があることはよく知られている事実である.IV瞬目時の摩擦亢進の診断先に述べたように,ドライアイの病態には,開瞼維持時の「涙液層の安定性低下」と瞬目時の「摩擦亢進」という二つのメカニズムが大きく関係すると考えられ,前者については,他項にあるようにTFOD(眼表面の層別診断)やTFOT(眼表面の層別治療)といった体系だった診断法・治療法が確立されつつある.一方,瞬目時の「摩擦亢進」については,涙液の異常が関係するとはいえ,臨床研究があまり進んでいないこと,眼瞼に隠れたメカニズムであり評価がむずかしいこと,サブクリニカルな異常を検出する方法がないことなどの理由から,確立された診断法がないのが現状である.そのため,現時点での摩擦亢進の診断は,生体染色(フルオレセイン,リサミングリーン)を用いて,次に述べる瞬目時の「摩擦亢進」が関与する疾患や異常をみつけることに尽きる.1.Lid.wiperepitheliopathy(図4)Lid-wiperとは,瞼板下溝から粘膜皮膚移行部にかけて,瞬目時に眼球表面と摩擦を生じる眼瞼結膜上皮の部位のことであり,瞬目時の摩擦亢進によって生じたこの部位の上皮障害はlid-wiperepitheliopathyと名づけられている19).ドライアイやコンタクトレンズ装用眼と関連し20,21),上眼瞼よりも下眼瞼でみられることが多く,高齢者より若年者に多くみられ,若年者では症状がないことも多いとされる21,22).2.上輪部角結膜炎(superiorlimbickeratocon-junctivitis)(図5)上輪部角結膜炎とは,上方の球結膜の充血と上方球結膜から角膜にかけての上皮障害,上眼瞼結膜の充血と乳頭増殖などを特徴とする眼表面疾患であり,重症化すると上輪部の隆起や角膜上方に糸状物の形成を認める23,24).Lid-wiperから後方の眼瞼結膜とそれと対面する角結膜との間には,瞬目時に健常眼では摩擦を生じないKess-ingspace25)とよばれる間隙が存在するが,上方の結膜が強膜と乖離する加齢性の結膜弛緩症や,上輪部角結膜炎においては,Kessingspaceにおいても瞬目時の摩擦亢進が生じ,眼瞼結膜や上方の角結膜の炎症や上皮障害,瞬目時の異物感や痛みの原因となる.3.糸状角膜炎(.lamentarykeratitis)(図6)糸状角膜炎は,角膜表面に糸状の構造物(角膜糸状物)が付着する慢性の角膜疾患であり,瞬目時にそれに連なる知覚神経が刺激されると眼痛の原因となる.角膜糸状物は,角膜上皮細胞を軸として,その周囲を結膜上皮細胞,ムチン(MUC5AC,MUC16),炎症細胞などが取り巻く構造をしており,慢性的な角膜上皮障害と瞬目時の摩擦亢進がその病態に関与していると考えられている26).4.結膜弛緩症(conjunctivochalasis)(図7)結膜弛緩症とは,高齢者に両眼性にみられる球結膜の非浮腫性,皺襞状の変化をさし,開瞼維持時の「涙液層の安定性低下」と瞬目時の「摩擦亢進」の両方に関与して,眼乾燥感や異物感の原因になるとともに,それらのメカニズムを介して反射性に涙液が分泌されると,流涙症状の原因となる.とくに,瞬目時に下方の涙液メニスカスに見え隠れする結膜弛緩症や,鼻側あるいは耳側の球結膜に高度な皺襞を伴う結膜弛緩症では,瞬目時の356あたらしい眼科Vol.34,No.3,2017(50)図4Lid.wiperepitheliopathy図5上輪部角結膜炎(superiorlimbickeratoconjuncti-65歳,男性.リサミングリーン染色にて上眼瞼縁のlid-vitis)wiperの部位に帯状の染色がみられる.62歳,女性.上方結膜に充血と,リサミングリーンで染色される上皮障害所見がみられる.図6糸状角膜炎(.lamentarykeratitis)65歳,男性.フルオレセイン染色にて角膜中央から下方にかけて角膜糸状物を伴う高度の上皮障害を認める(ブルーフリーフィルターにて観察).図7結膜弛緩症(conjunctivochalasis)60歳,女性.下方の涙液メニスカスに沿って皺襞状になった眼球結膜を認める(a).また,上眼瞼を眼球に沿って擦り下ろすようにすると,上方の涙液メニスカスから同様の皺襞状になった眼球結膜が顔を出している様子が観察される(b).6.眼瞼下垂先述したように,眼瞼下垂は糸状角膜炎の原因となることがあり7),眼瞼圧上昇による瞬目時の「摩擦亢進」を引き起こす原因となる可能性がある.また,眼瞼下垂は眼瞼結膜と上方の角膜や結膜との接触時間を増加させる可能性があり,とくに高齢者においては,しばしば上方の結膜弛緩症を伴いうるため,Kessingspaceでの摩擦が亢進して,異物感の原因になっていることがある.また,眼瞼下垂手術は適切に行われれば,摩擦軽減に働くが,不適切に行われると逆に眼瞼圧の上昇を招いて,摩擦亢進を引き起こしうるため注意が必要である.おわりにドライアイには,「涙液層の安定性低下」と瞬目時の「摩擦亢進」の二つのメカニズムが大きく働くが,最新のドライアイの診断基準は,そのうちの一つである「涙液層の安定性低下」に重点が置かれている.その理由として,「涙液層の安定性低下」の評価には涙液層破壊時間(tear-.lmbreakuptime:BUT)の測定という,ある程度の定量性があり,かつ感度の高い指標があるのに対し,瞬目時の「摩擦亢進」の評価には適当なものがないことが大きく関係していると考えられる.これまで述べてきたように,ドライアイが涙液異常によって引き起こされ,それが,涙液層の安定性と摩擦亢進の両方に関与する限りにおいて,後者も同様に評価されるべきであるが,現在の評価法の限界といわざるを得ない.したがって,現時点で瞬目時の「摩擦亢進」を評価するには,上述した疾患や異常所見の有無やその程度から,定性的に評価するしかない.しかし,臨床の現場ではこうした定性的評価から潤滑の状態を予想し,瞬目時の摩擦を亢進させている要因を看破して,その対策を講じることも可能であり,その際,本項で述べた理論を役立てていただけたら幸いである.最近になって,眼表面の摩擦を定量化する試みが研究室レベルで始められており,今後,臨床の場において瞬目時の「摩擦亢進」を定量的に評価できる方法も開発されると考えられる.近い将来,瞬目時の「摩擦亢進」を評価する検査法の出現とともに効果的な治療の選択肢が整理され,「涙液層の安定性低下」に対する診断法・治療法であるTFOD・TFOTの考え方と合わさることで,世界をリードする日本のドライアイがさらに発展することを期待している.文献1)EhlersN:Theprecorneal.lm.ActaOphthalmolSuppl81:111-113,19652)HollyFJ,HollyTF:Advancesinoculartribology.AdvExpMedBiol350:275-283,19943)PultH,TosattiSG,SpencerNDetal:Spontaneousblink-ingfromatribologicalviewpoint.OculSurf13:236-49,20154)横井則彦:ドライアイ治療のフロンティアTFOT(TearFilmOrientedTherapy).MedicalScienceDigest40:112-115,20145)YoshiokaE,YamaguchiM,ShiraishiAetal:In.uenceofeyelidpressureon.uoresceinstainingofocularsurfaceindryeye.AmJOphthalmol160:685-692,20156)YamamotoY,ShiraishiA,SakaneYetal:Involvementofeyelidpressureinlid-wiperepitheliopathy.CurrEyeRes24:1-9,20157)北澤耕司,横井則彦,渡辺彰英ほか:難治性糸状角膜炎に対する眼瞼手術の検討.日眼会誌115:693-698,20118)ArguesoP,Guzman-AranguezA,MantelliFetal:Asso-ciationofcellsurfacemucinswithgalectin-3contributestotheocularsurfaceepithelialbarrier.JBiolChem284:23037-23045,20099)SpencerND:Aqueouslubricationwithpoly(ethyleneglycol)brushes.TribologyOnline9:143-153,201410)BlalockTD,Spurr-MichaudSJ,TisdaleASetal:Releaseofmembrane-associatedmucinsfromocularsurfaceepi-thelia.InvestOphthalmolVisSci49:1864-1871,200811)七條優子,中村雅胤:培養ヒト角膜上皮細胞におけるジクアホソルナトリウムの膜結合型ムチン遺伝子の発現促進作用.あたらしい眼科28:425-429,201112)TakejiY,UrashimaH,AokiAetal:Rebamipideincreas-esthemucin-likeglycoproteinproductionincornealepi-thelialcells.JOculPharmacolTher28:259-263,201213)ItohS,ItohK,ShinoharaH:Regulationofhumancornealepithelialmucinsbyrebamipide.CurrEyeRes39:133-141,201414)FujiharaT,MurakamiT,FujitaHetal:ImprovementofcornealbarrierfunctionbytheP2Y2agonistinaratdryeyemodel.InvestOphthalmolVisSci42:96-100,200115)MurakamiT,FujitaH,FujiharaTetal:Novelnoninva-sivesensitivedeterminationoftearvolumechangesinnormalcats.OphthalmicRes34:371-374,200216)七條優子,阪本明日香,中村雅胤:ジクアホソルナトリウムのウサギ結膜組織からのMUC5AC分泌促進作用.あたらしい眼科28:261-265,201117)KaseS,ShinoharaT,KaseM:E.ectoftopicalrebamip-358あたらしい眼科Vol.34,No.3,2017(52)