血液ドーピング

血液ドーピングは、運動能力を高めるために血流中の赤血球数を増やすドーピングの一種である。赤血球は肺から筋肉に酸素を運ぶため、血液中の赤血球濃度が高ければ高いほど、アスリートの有酸素能力（_VO2max）と持久力が向上する。^[1]血液ドーピングは、薬物を使用して体がより多くの赤血球を自ら生成するようにしたり、他人からの輸血や同一人物への輸血を行ったり、血液代替物を使用したりすることで達成できる。

血液ドーピングの多くの方法は違法であり、特にプロスポーツでは競技者に人為的な優位性を与えると考えられています。反ドーピング機関は、通常競技者の血液サンプルを分析するなど、さまざまな方法を使用して血液ドーピングを行った個人を特定するために検査を行っています。

血液ドーピングとは、体内の筋肉への酸素輸送を強化するために、違法な製品（エリスロポエチン（EPO）、ダルベポエチンアルファ、低酸素誘導因子（HIF）安定剤など）や方法（酸素の摂取を最大化することで有酸素能力を高めるなど_）を使用することと定義されています。^[2]

身体は運動している骨格筋に十分な_酸素を供給するために好気呼吸を行っており、主な決定要因は図 1 に示されています。最大_酸素摂取量 (O ₂ max) は、心拍出量、酸素抽出量、ヘモグロビン量に依存します_。競技中のアスリートの心拍出量を操作することは難しく、心拍出量の分布は競技中最大率 (つまり 80%) になります。さらに、酸素_{抽出量は最大運動時に約 90% になります。したがって、身体能力を高めるために残された唯一の方法は、ヘモグロビン量を増やすことによって動脈内の酸素}含有量を増やすことです。言い換えれば、ヘモグロビン濃度と血液量はヘモグロビン量に寄与します。^[2]

血液ドーピングの多くの形態は、医薬品の乱用から生じています。これらの薬物治療は、人体が自然に酸素供給できない場合に酸素供給を増やすために臨床的に使用されるために開発されました。

エリスロポエチン（EPO）は、腎臓の間質線維芽細胞によって産生され、骨髄での赤血球生成を促す糖タンパク質ホルモンです。血球芽細胞（赤血球幹細胞）の活動が活発になると、血液の酸素運搬能力が向上します。EPOは、がん患者の化学療法や放射線療法の影響を打ち消すために最初に開発されました。^[3] EPOは、創傷治癒の促進も促します。^[4]生理学的副作用、特にヘマトクリットの上昇により、EPOはプロおよびアマチュアのサイクリストによる乱用の可能性がある薬物となっています。

低酸素誘導因子安定剤（HIF安定剤）は、慢性腎臓病の治療に使用される医薬品です。ほとんどの転写因子と同様に、HIF転写因子はタンパク質の発現を担っています。HIF安定剤は、貧血誘発性低酸素症、代謝ストレス、血管新生（新しい血管の生成）により、EPOの活性を活性化します。^[5]サイクリストが塩化コバルト/デスフェリオキサミンと組み合わせて使用​​するHIF安定剤は、エリスロポエチンホルモンの自然な生成を刺激し、調節を解除します。^[6]生理的に低いPaO ₂（約40 mmHg）では、EPOが腎臓から放出され、ヘモグロビンの輸送が増加します。^[7]これらの薬剤を組み合わせると、細胞レベルでの転写が増加するため、一貫してEPOが放出されます。HIF安定剤である塩化コバルト/デスフェリオキサミンが体から排泄および/または分解されると、効果はなくなります。

ミオイノシトールトリスピロリン酸（ITPP）は、化合物番号OXY111Aとしても知られ、ヘモグロビンのアロステリック効果因子であり、酸素-ヘモグロビン解離曲線を右方向にシフトさせ、心血管系を通過するたびに赤血球から周囲の組織に放出される酸素の量を増加させます。^{[8] ITPPは、人間[9]}と競走馬^[10]の両方でアンチドーピング研究の対象となっています。

輸血は伝統的に、血液提供者と輸血受血者が同一である自己輸血と、血液が提供者以外の人に輸血される同種/同種輸血に分類できます。輸血は、競技の数週間前に1～4単位の血液（1単位 = 450 mLの血液）を採取することから始まります。血液は遠心分離され、血漿成分はすぐに再輸血され、赤血球（RBC）を中心とする赤血球成分は4℃で冷蔵保存されるか、-80℃で凍結保存されます。^[11]冷蔵保存された血液は赤血球数が着実に減少するため、保存された赤血球の最大40%が生存できない可能性があります。^[12]逆に、凍結処理は細胞の老化を制限し、赤血球の10％から15％の損失で最大10年間血液を保存することができます。^[13]保存された赤血球は、通常、高耐久イベントの1〜7日前に再輸血されます。 自己血輸血ごとにかなりの量の鉄が除去されるため、自己血輸血を受ける患者には通常、最後の献血から3日以上の十分な回復時間と適切な鉄サプリメントが必要です。 自己血献血の約50％はドナーによって使用されず、廃棄されます。これは、現在の基準では安全上の理由からこれらのユニットを別の患者に輸血することが許可されていないためです。^[要出典]

生化学とバイオテクノロジーの発展により、この問題に対する新しいアプローチが可能になり、人工酸素_運搬体、通称「血液代替物」が生まれました。現在利用可能な血液代替物は、主に重合ヘモグロビン溶液、またはヘモグロビンベースの酸素運搬体（HBOC）とパーフルオロカーボン（PFC）です。^{[14] [15]}

ヘモグロビンベースの酸素運搬体は、分子内または分子間で改変されたヒトまたは動物のヘモグロビンであり、酸素の運搬と血管内循環の延長にのみ最適化されています。赤血球内の2,3-ジホスホグリセリン酸の存在により、ヘモグロビンの酸素に対する通常の親和性が維持されます。HBOCには赤血球が含まれず、この相互作用が失われるため、未改変のヒトHBOC溶液は酸素親和性が非常に高く、機能が損なわれます。この問題を克服するために開発された化学的方法により、末梢組織の生理学的pO _{2で効果的に酸素を放出する運搬体が生まれました。} ^[16]

すべての HBOC に共通する特徴は、媒体に溶解しても解離しにくいことです。これは、非生理的条件下で自然に解離するヘモグロビンとは対照的です。HBOC は、従来の赤血球注入で同等のヘモグロビンがもたらすメリットよりも、アスリートにとって大きなメリットをもたらす可能性があります。最近の開発により、HBOC は単なる赤血球代替物ではなく、組織の酸素化という点で非常に効果的な O ₂ドナーであることがわかっています。その他の効果には、血清鉄、フェリチン、Epo の増加、^[17]酸素拡散が最大 20% 増加し、運動能力が向上し、^[18] CO ₂生成が増加し、無酸素運動での乳酸生成が低下するなどがあります。^[19] HBOC は、臨床試験でヒトにとって非常に危険であることが示されています。HBOC は死亡リスクと心筋梗塞リスクの両方を高めるため、臨床試験は終了しました。米国や欧州では市販されておらず、承認された使用方法もありません。^[20]

PFC はフルオロカーボンとも呼ばれ、不活性で水に溶けない合成化合物で、主に炭素原子とフッ素原子が強い C–F 結合で結合してできています。PFC は実質的に無色透明の液体エマルジョンで、分子量、表面積、電荷、粘度が不均一です。電子密度の高いフッ素原子を多く含むため分子内相互作用が少なく表面張力が低いため、このような物質はガス、特に酸素や二酸化炭素の優れた溶媒となります。^[14]これらの分子の中には、血漿の 100 倍の酸素を溶解できるものもあります。PFC は本来疎水性であるため、静脈注射するには乳化する必要があります。PFC は酸素を結合するのではなく溶解するため、血液代替物として機能する能力は主に肺と標的組織の pO ₂勾配によって決まります。そのため、PFC の酸素輸送特性は全血、特に赤血球とは大きく異なります。^[21]通常の周囲pO2が135 mmHgの場合_、 900 mL/Lのパーフルオロカーボンの酸素含有量は50 mL/L未満ですが、通常の状態の全血よりも低い160 mL/Lの最適酸素含有量は、pO2が500 mmHgを超える場合にのみ達成できます_。実際には、通常の肺胞pO2_が135 mmHgの場合、PFCは末梢組織に十分な酸素を供給することができません。^{[21] [22]}

PFC はサイズが小さいため、赤血球が流れない循環系にも浸透することができます。細い毛細血管では、PFC は大きな動脈の酸素含有量の増加から予想されるよりもはるかに効率的に局所的な酸素供給を増加させるため、最大の効果を発揮します。^[23]さらに、ガスは PFC 内で溶解状態にあるため、pO ₂は末梢組織への効率的な酸素供給を促進します。1980 年代半ば以降、PFC の酸素容量と乳化特性の両方が改善され、第 2 世代の PFC ベースの酸素キャリアが開発されました。現在、2 つの PFC 製品が第 3 相臨床試験でテストされています。^[24]

遷移金属錯体は赤血球生成において重要な役割を果たすことが広く知られており、そのため無機補給は血液ドーピングにおける新たな技術となりつつある。特に注目すべきは、栄養補助食品として一般的に使用されているコバルト錯体のコバラミン（ビタミン B ₁₂）である。コバラミンは赤血球の生成に使用される重要な錯体であるため、血液ドーピングにおける潜在的な使用が注目されていた。しかし、実験的証拠は、赤血球/酸素欠乏がない場合、コバラミンは赤血球生成に影響を与えないことを示しています。 ^[25]これらの結果は、コバラミンの機能についてすでに知られていることの多くを裏付けているようです。^[25]コバラミンを使用してエリスロポエチン分泌とそれに続く赤血球生成を誘導するシグナル伝達経路は、O ₂に依存しています。エリスロポエチンは_酸素欠乏がある場合にのみ腎臓で分泌されるため、_酸素欠乏がない場合には、赤血球の生成は投与されるコバラミンの量とは無関係です。したがって、コバラミンは血液ドーピングにおいてほとんど価値がありません。

血液ドーピングにおいてより強力なのは、Co ²⁺（塩化コバルト（II）、CoCl ₂として投与）である。塩化コバルトは、貧血患者の治療に有効であることが知られている。^{[26] [27]}最近の実験的証拠は、血液ドーピングにおける塩化コバルトの有効性を証明した。^[26]この種の作用に関する研究は、Co ^2+が低酸素症のような反応を誘発し、最も関連性の高い反応は赤血球生成であることを示している。Co ^{2+は、低酸素症誘発転写因子HIF-1αおよびHIF-2αの}N末端（ループヘリックスループドメイン）に結合することによってこの反応を誘発し、それによってこれらのタンパク質複合体を安定化する。^{[27] [28]}通常のO ₂条件下では、HIFはプロリンとアスパラギン残基がHIF-αヒドロキシラーゼによってヒドロキシル化されるため不安定になり、これらの不安定なHIFはその後ユビキチン-プロテオソーム経路に従って分解されるため、エリスロポエチン（EPO）をコードする遺伝子に結合して転写を活性化することはできません。^{[27] [28]} Co ^{2+安定化により、分解が防止され、EPOをコードする遺伝子が活性化されます。このCo 2+} N末端安定化のメカニズムはまだ完全には解明されていません。N末端結合に加えて、ヒドロキシラーゼ活性部位でのFe ²⁺のCo ^{2+による置換が、Co 2+}の安定化作用に寄与する要因である可能性があるという仮説も立てられています。 [ ^{27]ただし、Co 2+}結合はユビキチン結合を許可するが、プロテオソーム分解を防ぐことがわかっています。 ^[28]

2004 年に、同種血液/同種血液輸血ドーピングの検出検査が実施されました。フローサイトメトリーが最適な方法です。血液細胞の表面にあるマーカーを調べることで、この方法では、アスリートの血液循環に複数の人の血液が存在するかどうかを判断できます。この検査では、ドナー血漿から採取した血液型抗原に対する 12 種類の抗血清を使用します。抗原は、IgG または IgM でコーティングされた赤血球を標識し、フローサイトメトリーによる検出を強化するためにフィコエリトリンと結合した二次抗体で標識されます^{[2] [29]}フローサイトメトリーは、血液型抗原のわずかな差異を検出できます。この評価では、以前に少なくとも 1 単位の同種血液を投与された被験者の血液を区別することができました。^[29]この技術は、個人自身の赤血球とは抗原的に異なる小さな (<5%) 細胞集団を検出できます。^[29]

自己血ドーピング検出は、Hb質量の非生理的増加を測定するCO再呼吸法によって間接的に行われます。現在使用されているCO再呼吸法の原理では、約10〜15分間のO _{2 -COガス混合物の吸入が必要です。} ^[30]再呼吸前後の一酸化炭素ヘモグロビン濃度（HbCO）の差、COの量、およびCOに対するHbの結合容量（1.39ml g-1）を測定することで、総Hb質量を計算できます。 ^[30]この検出方法は、競技の直前にCOを吸入することは望ましくなく、パフォーマンスに影響を及ぼす可能性があるため、アスリートにとっては問題があります。

ヘモグロビンベースの酸素運搬体（すなわち、オキシグロブリン）の検出方法は、4つの別々のステップで行われます。ステップ1では、免疫除去（すなわち、Proteo Prep 20血漿免疫除去キット）によって血液サンプル中に存在するタンパク質を除去します。^{[31]このプロセスは、イオン化を変更することによって、他のタンパク質（すなわち、アルブミンおよび免疫グロブリン）が}キャピラリー電気泳動（CE）分離を妨害しないことを保証します。第2ステップでは、CE分離が特定の条件下で行われます。この場合、バックグラウンド電解質はギ酸アンモニウム（pH 9.5で75mM）で構成され、HBOCとHbの間で十分な分解能を提供します。^[31]第3ステップでは、HBOCとHBを選択的に検出するために、415 nmでUV / Vis検出を実行しました。第4ステップでは、飛行時間型または質量分析計によって、ヘムタンパク質と他のタンパク質間の選択性の精度が向上し、HBOCの取り込みが明確に決定されました。^[32] 415nmでのCE-UV/VisおよびCE-ESI-TOF/MSの検出限界は、血漿に対してそれぞれ0.20g/dLおよび0.45g/dLであった。^[31]

摂取量が 1 日あたり 400 μg を超える場合、コバルトは臨床検査で検出できます。投与後少なくとも 10 日間は、全血中濃度が 1 μg/L を超え、尿中濃度が 10 μg/L を超えるためです。赤血球生成を約 16%～21% 増加させる投与量は、経口投与で少なくとも 10 日間、1 日あたり約 68 mg Co です。コバルトの予測全血中濃度は、最後の摂取から 2 時間後に 200 μg/L を超え、コバルトの平均尿中濃度は摂取後 24 時間以内に 3000 μg/L を超えます。23 人の被験者が 10 日間、1 日あたり 900 μg の CoCl _{2 を}摂取するという研究が行われました。次に、モデル予測が研究と比較されました。結果は、血液と尿のモデル予測が男性グループと女性グループの中央値の間にあることを示しており、これはモデル予測がテスト対象集団全体を十分に代表していることを示しています。^[33]

1947年にはすでに、軍の研究者たちは高高度での戦闘機パイロットの低酸素症耐性を高める方法を研究していた。そのような研究の1つでは、米国海軍研究施設で10人の男性に赤血球を輸血し、酸素容量の増加をもたらした。^[34]

1993 年、フォートブラッグの米国特殊部隊司令官は、血液ドーピング (血液ローディングとも呼ばれる) の実験を開始しました。特殊部隊の隊員は 2 単位の全血を提供し、そこから赤血球を抽出して濃縮し、低温で保存します。任務または戦闘の 24 時間前に、少量の赤血球を兵士の体内に注入します。軍の科学者は、この処置により血液の酸素運搬能力が増すため、兵士の持久力と注意力が向上すると考えています。^{[引用が必要]}

1998年、オーストラリア国防軍は特殊空挺連隊にこの技術を承認した。オーストラリア国防科学技術機構の上級栄養士クリス・フォーブス・ユアンは、スポーツと違って「恋愛と戦争ではすべてが公平だ」と語っている。「私たちが得ようとしているのは、どんな潜在的な敵に対しても優位に立つことだ」とフォーブス・ユアンは語った。^{[35]この研究では、50種類以上のパフォーマンス向上薬と技術が却下された。承認されたのは、}カフェイン、エフェドリン、エナジードリンク、モダフィニル、クレアチン、血液ローディングの6つである。 ^[36]

血液ドーピングは1960年代後半に始まったが^[37]、1986年まで非合法化されなかった。合法であった間は、中距離および長距離ランナーによって一般的に使用されていた。血液ドーピングの最初の事例は、 1980年のモスクワ夏季オリンピックで発生し、カールロ・マーニンカが5キロと10キロのトラック競技でメダルを獲得する前に2パイントの血液を輸血されたが、これは当時はルール違反ではなかった。^[38]自転車競技者のヨープ・ズーテメルクは、2位になった1976年のツール・ド・フランスで輸血を受けたことを認めたが、これはパフォーマンスを向上させるためではなく、貧血の治療が目的だったと主張した。^{[39] [40]}同じ年、自転車競技者のフランチェスコ・モーザーは、 1時間記録を破る試みに成功するために輸血を使用した。^{[39] 1985年に}国際オリンピック委員会（IOC）によって「血液ドーピング」は禁止されたが、当時は検査法は存在しなかった。^[40]

自転車選手のニクラス・アクセルソンは2000年にEPOの検査で陽性反応を示した。

自転車競技選手タイラー・ハミルトンは、2004年のオリンピックで同種血液輸血を検出するための蛍光活性化細胞選別検査に失敗した。サンプルの処理により2回目の確認検査が不可能となったため、金メダルを保持することが認められた。彼は、2004年のブエルタ・ア・エスパーニャで同種血液輸血の2回目の陽性検査結果について国際スポーツ仲裁裁判所に控訴したが、却下された。ハミルトンの弁護士は、複数の人物の赤血球が存在する理由として、ハミルトンが遺伝的キメラか「消えゆく双子」である可能性を主張した。理論的には可能ではあるものの、これらの説明は「可能性は無視できる」と判断された。^[41]

2007年7月24日のさまざまな報道によると、ツール・ド・フランスのアスタナチームの選手アレクサンダー・ヴィノクロフは、2つの異なる血液細胞集団の検査で陽性反応を示し、同種輸血の陽性反応を示した。ヴィノクロフは、2007年7月21日のツールの第13ステージタイムトライアルで優勝した後に検査を受けた。ドーピング検査は、最初の結果を確認するために2番目のサンプルを検査するまでは陽性とはみなされない。ヴィノクロフのBサンプルは現在陽性反応を示しており、彼は2年間の出場停止と1年分の給与に相当する罰金に直面している。^[42]彼は第15ステージの後にも陽性反応を示した。 ^{[43] [44]}

ヴィノクロフのチームメイトであるアンドレイ・カシェチキンも、2007年8月1日に同種血液ドーピングの陽性反応を示した^{[45] 。これは}2007年のツール・ド・フランス（ドーピングスキャンダルが蔓延したレース）の終了からわずか数日後のことである。ヴィノクロフのドーピングが発覚した後、彼のチームは撤退した。

ロシアの捜査官によると、19歳のニューヨーク・レンジャーズの有望選手でロシアのアイスホッケー選手のアレクセイ・チェレパノフは、2008年10月13日にロシアでの試合中にベンチで倒れて死亡するまで、数か月間血液ドーピングを行っていた。彼は心筋炎も患っていた。^[46]

ドイツのスピードスケート選手でオリンピック金メダルを5回獲得したクラウディア・ペヒシュタインは、血液中の網状赤血球の値が異常であり、競技中は常にその値が最高であったという仮定に基づき、2009年に血液ドーピングの疑いで2年間の出場停止処分を受けた。2000年から2009年までの10年間の彼女の網状赤血球数の平均は、オリンピックや世界選手権などのトップイベント中は2.1%だった。ワールドカップレースでは網状赤血球の平均は1.9%、トレーニング期間中は2.0%だった。^[47]スポーツ仲裁裁判所は2009年11月に「...血液疾患の可能性が確実に排除されたら...」と述べて出場停止処分を確認した。^[48] 2010年9月、スイス連邦最高裁判所は、ペヒシュタインの遺伝性血液異常は以前から知られていた（「die vererbte Blutanomalie bekannt gewesen sei」）として、アスリートの上訴を棄却した。^[49]

2011年5月20日、タイラー・ハミルトンは60 Minutesのインタビューでドーピングを認め、2004年オリンピック金メダルを米国アンチ・ドーピング機構^[50]に提出した。

2012年8月23日、ランス・アームストロングは、米国アンチ・ドーピング機構の報告書で自転車競技選手としてのキャリア中にドーピングプログラムを主導していたと非難されたことを受けて、自転車競技統括団体によってツール・ド・フランスの7度のタイトルを剥奪され、永久追放処分を受けた。その後、2013年1月17日のオプラ・ウィンフリーとのインタビューで、輸血による血液ドーピングやEPOを含む禁止薬物の使用を認めた。 ^[51]

2014年6月、UFCファイターのチェール・ソネンがEPO陽性反応を示した。^[52] 1ヵ月後、別のUFCファイターであるアリ・バガウティノフもEPO陽性反応を示した。^[53]

2018年2月、バーレーンの障害競走と3000メートル障害競走の世界記録保持者であるルース・ジェベットがEPOの陽性反応を示し、3月4日に4年間の資格停止処分を受けた。^[54]

血液中の赤血球数を増やすという単純な行為は、血液粘度の上昇と心拍出量および血流速度の低下を特徴とする過粘稠度症候群と関連している可能性があり、その結果、末梢への酸素供給が減少する。^[55]例えば、EPOの過剰摂取は、血液を非常に粘稠で動脈を詰まらせる泥状に濃くする可能性がある。これにより、心臓発作、脳卒中、静脈炎、および血流に再導入される血液が多すぎる場合に見られる肺塞栓症の可能性が増加する。血液ドーピングは赤血球の量を増やすため、事実上、心臓発作や脳卒中などの悪影響が知られている血液疾患である 多血症と呼ばれる状態を引き起こす。

血液の調製中や保管中の汚染も問題です。2002年には赤血球輸血50万回につき1回の割合で汚染が見られました。 ^{[56]血液汚染は}敗血症や全身に影響を及ぼす感染症 を引き起こす可能性があります。

赤血球を増やすために使用される特定の薬剤は、肝機能を低下させ、肝不全、下垂体障害、コレステロール値の上昇を引き起こす可能性があります。^[57]

• オリンピックにおけるパフォーマンス向上薬の使用
• ブースティング（ドーピング）
• 中絶ドーピング
• 高地トレーニング