寒冷ショック反応

寒冷ショック反応は、冷たい水に突然浸かることによって引き起こされる一連の神経性心呼吸反応です。

薄い氷に落ちるなどして冷水に浸かった場合、おそらく最も一般的な死因は冷ショック反応です。^[1]また、非常に冷たい水に突然触れると、不随意に吸入する可能性があり、水中にいる場合は致命的な溺死につながる可能性があります。

このような状況で起こる死亡の調査は複雑で、関与する可能性のある原因や現象が複数あります。冷水は重度の血管収縮により心臓発作を引き起こす可能性があり、^[2]心臓は同じ量の血液を動脈全体に送り出すためにより多くの働きをしなければなりません。既存の心血管疾患のある人の場合、追加の作業負荷により心筋梗塞や急性心不全が発生し、最終的には心停止につながる可能性があります。このような極端な刺激に対する迷走神経反応は、非常にまれなケースでは、それ自体が心停止を引き起こす可能性があります。低体温と極度のストレスはどちらも致命的な頻脈性不整脈を誘発する可能性があります。より現代的な見解では、自律神経の葛藤、つまり交感神経（ストレスによる）と副交感神経（潜水反射による）の共活性化が、冷水浸漬による死亡の一部に関係している可能性があることが示唆されています。呼吸反射と制御不能な頻呼吸は、水を吸い込んで溺れるリスクを大幅に高める可能性があります。^[3]

身体的、精神的特性や体力のせいで、非常に冷たい水に突然さらされても生き延びる準備がか​​なりできている人もいます。^[1] 実際、冷水水泳（アイススイミングやウィンタースイミングとも呼ばれます）は、定期的に行うと健康上のメリットがいくつかあると言われているスポーツであり、アクティビティです。^[4]

突然冷水に浸かった場合の生理学的反応は、3つまたは4つの段階に分けられ、それぞれ異なるリスクと生理学的変化を伴いますが、これらはすべて冷水浸水症候群と呼ばれる症状の一部です。このプロセスは連続的ですが、1980年代に4つの段階が最初に説明されました。^{[3] [4]}

冷水浸漬症候群の第一段階である寒冷ショック反応には、実験ボランティアで 5 分未満持続し、急速な皮膚冷却を感知する温度受容器によって開始される一連の反射が含まれます。水の熱伝導率は空気の 25 倍、体積比熱容量は 3000 倍を超えるため、その後、表面が急激に冷却されます。寒冷ショック反射の主な要素には、あえぎ、頻呼吸、息止め時間の短縮、末梢血管収縮があり、末梢血管収縮の効果は、推定される生理学的原理 (中枢血液シャントによる保温) を強調しています。寒冷ショック反応の程度は皮膚の冷却速度と平行しており、その終結は、反射性圧受容器反応または温度受容器の慣れによるものと考えられます。

潜水反射は、冷水に浸かったときに起こる一連の生理的反応であり、特に顔や体が冷水にさらされたときに起こります。これは、人間を含む哺乳類が冷水に浸かるという困難に対処するのに役立つ進化的適応です。潜水反射は水生哺乳類でより顕著であり、酸素を節約し、より長い時間水中に留まる能力を高める 方法として始まったと考えられています。

潜水反射の主な要素は次のとおりです。

1. 徐脈:顔を冷水にさらすと、心拍数が大幅に減少します。これにより、心拍数が遅くなり、酸素を節約できます。徐脈の程度は個人によって異なりますが、これは一般的でよく知られている反応です。
2. 末梢血管収縮：四肢の 血管が収縮し、手足への血流が減少します。この血液のシャントにより、血液が心臓や脳などの重要な臓器に送られ、生命維持に必要な酸素が確保されます。
3. 無呼吸:潜水反射により、不随意の呼吸停止反応 (無呼吸) が引き起こされます。これにより、人はより長い時間呼吸を止めることができ、すぐに呼吸する必要なく水中に留まる能力が向上します。
4. 血液の再分配:体は血液の流れを再分配し、重要な臓器を優先し、皮膚や筋肉などの重要でない部分への血液の流れを最小限に抑えます。この再分配は、熱と酸素を節約するのに役立ちます。

潜水反射は一部の哺乳類でより顕著ですが、人間でも特に冷たい水の状況でその存在がよく記録されています。この反射は乳児や幼児でより顕著ですが、あらゆる年齢の個人で観察できます。^[3]

冷水浸漬症候群の初期のモデルは主に交感神経反応に焦点を当てていましたが、最近の研究では交感神経と副交感神経の共活性化（自律神経系反応の衝突につながる）が冷水浸漬による死亡の一部に関係している可能性が示唆されています。交感神経（寒冷ショック）と副交感神経（潜水反応）の相互活性化は一般的に適応的（互いに続く）ですが、同時活性化は不整脈に関連しているようです。冷水誘発性のリズム障害は一般的ですが、無症状の場合が多いです。ほとんどの人間では、頭を出して冷水に浸かると、さまざまな障害を伴う交感神経駆動性の頻脈が発生します。これらの冷水浸漬誘発性不整脈は、顔面水没や息止めによる副交感神経刺激によって悪化するようです。冷水に顔面を浸すことで生じる迷走神経優位の潜水徐脈でさえ、上室性不整脈や期外収縮によって頻繁に中断される。理論的には、重度の副交感神経優位による房室ブロックや洞停止は失神や突然の心臓死につながる可能性があるが、これらのリズムは呼吸に伴う肺伸張受容体の活性化によって急速に逆転する傾向がある。そのため、迷走神経優位の心停止シナリオは、フラッシュ溺水よりも閉じ込められた状態での水没時に発生する可能性が高い。^{[3] [4]}

生理的調整を行うことで寒冷ショック反応を軽減することが可能であり、非常に冷たい水で泳ぐ方が自然に適する人もいます。有益な適応には次のものがあります。

1. 体脂肪の断熱層が手足と胴体を覆っていること^[1]
2. 不本意な身体的ショックや精神的パニックを起こさずに没入感を体験する能力^[1]
3. 震えに抵抗する能力^[1]
4. 代謝を高める能力（場合によっては、血液の温度を正常レベルよりわずかに上昇させる）^[要出典]
5. 体温が中枢および末梢で低下するにつれて、代謝停止（意識消失を含む）が全般的に遅延する。^[要出典]

冷水に浸かる戦術は、激しい運動や外傷後の筋肉の回復を早め、炎症や痛みを軽減するためにアスリートによってよく採用されています。^[5]

定期的な氷上水泳にはいくつかの利点があると報告されています。^[4]

• 心臓血管系：血圧を下げる
• 内分泌系：トリグリセリドの減少、インスリン感受性の増加、ノルエピネフリンの減少、コルチゾールの増加
• 精神医学：抗うつ効果
• 免疫システム：白血球の増加、単球の増加、感染症の減少

冷水での水泳は、経験の浅い、訓練を受けていない水泳者にとって、依然として重大な健康リスクをもたらします。冷水での水泳の代謝および熱発生効果を十分に得るためには、段階的かつ段階的な順応プログラムが必要であり、できれば監督者の下で実施することが推奨されます。

寒冷ショックについてはいくつかの種で説明されており、少なくとも生理学の一部は、上記の潜水反射で説明したように類似しています。

コールドショックとは、細菌が環境温度の低下により、温度が大幅に低下することです。コールドショックとなるには、温度低下が37℃から20℃に低下するなど、大幅に低下する必要があり、また、通常24時間以内に起こる必要があります。^[6]原核細胞と真核細胞はどちらもコールドショック反応を起こすことができます。^[7]細菌におけるコールドショックの影響は次のとおりです。^[8]

• 細胞膜の流動性の低下
• 酵素活性の低下
• 転写と翻訳の効率の低下
• タンパク質の折り畳み効率の低下
• リボソーム機能の低下

細菌は細胞膜、RNA/DNA、リボソームを細胞内の冷気センサーとして使用し、細胞の温度を監視する役割を担っています。^[7]これらのセンサーが冷気ショックが発生しているという信号を送ると、細菌はタンパク質合成の大部分を一時停止し、いわゆる冷気ショックタンパク質 (Csp) の生成に焦点を切り替えます。^[9]生成される冷気ショックタンパク質の量は、温度低下の深刻度によって異なります。^[10]これらの冷気ショックタンパク質の機能は、細胞が突然の温度変化に適応するのを助け、可能な限り正常な機能レベルに近い状態を維持できるようにすることです。^[7]

コールドショックタンパク質が機能すると考えられる方法の 1 つは、核酸シャペロンとして機能することです。これらのコールドショックタンパク質は、コールドショック中に mRNA の二次構造の形成をブロックし、細菌に一本鎖 RNA のみを残します。^[8]一本鎖は、転写と翻訳を促進するための RNA の最も効率的な形式です。これは、コールドショックによって引き起こされる転写と翻訳の効率の低下を打ち消すのに役立ちます。^[10]コールドショックタンパク質は、RNA のヘアピン構造の形成にも影響を及ぼし、その形成をブロックします。これらのヘアピン構造の機能は、RNA の転写を遅くするか、減少させることです。したがって、それらを除去することで、転写と翻訳の効率を高めることにも役立ちます。^[10]

温度低下による最初のショックが解消されると、コールドショックタンパク質の生成は徐々に減少します。^[8]代わりに、細胞がこの新しい低温で成長し続けると、他のタンパク質が代わりに合成されます。ただし、低温でのこれらの細菌細胞の成長率は、高温での増殖率よりも低いことがよくあります。^[6]

寒冷ショックは、大腸菌の数百の遺伝子の抑制を引き起こします。これらの遺伝子の多くは温度低下後すぐに抑制されますが、他の遺伝子は温度低下後数時間でのみ影響を受けます。^[11]抑制メカニズムはに記載されています。^[12]短期間で、寒冷ショックの間、細胞のエネルギーレベルが低下します。これにより、DNAジャイレースが転写イベントによって生成された正のスーパーコイルを除去する効率が妨げられ、その蓄積が最終的に将来の転写イベントをブロックします。

低温ショック中に抑制される遺伝子の多くは、細胞の代謝に関与しています。これらの遺伝子が反応するメカニズムを知ることで、遺伝子組み換え細菌において、低温ショックに対する反応が活性化される温度を変更するように調整できる可能性があります。この変更により、バイオリアクターのエネルギーコストを削減できる可能性があります。^[12]

• 潜水反射 – 空気呼吸脊椎動物の水没に対する生理学的反応
• 低体温症 – 人間の体幹温度が35℃（95℉）以下
• 冷水浸漬 – 液体に浸かることによって引き起こされる呼吸障害

• 凍った怪しい伝説と神話 #1 の紹介。Wilderness Medicine ニュースレター。出典: 2008 年 5 月 17 日。