病態生理学

病態生理学（または生理病理学）は、病理学と生理学の交差点にある研究分野であり、病気や怪我の原因となる、病気や怪我の結果として生じる、または病気や怪我に関連する不規則な生理学的プロセスに関するものです。病理学は、病気の状態で典型的に観察される状態を説明する医学分野ですが、生理学は、生物の内部で機能するプロセスまたはメカニズムを説明する生物学分野です。病理学は異常な、または望ましくない状態（病気の症状）を説明しますが、病態生理学は、病気または病的な状態により個体内で発生する機能的変化を説明しようとします。^[1]

病態生理学という用語は、古代ギリシャ語のπάθος ( pathos ) と φυσιολογία ( phisiologia )に由来しています。

1830年代のドイツでは、ヨハネス・ミュラーが医学研究から独立した生理学研究の確立を先導した。1843年、生物学と医学から生気論を排除する目的でベルリン物理学会が設立され、1845年に同会に入会したヘルマン・フォン・ヘルムホルツが1847年に「エネルギー保存則について」という論文を発表し、生理学の研究基盤を物理科学に縮小する上で大きな影響力を持った。1850年代後半には、ミュラーの元教え子であるドイツの解剖病理学者ルドルフ・ヴィルヒョウが細胞に注目し、細胞学を生理学研究の中心に据えた。一方、ユリウス・コーンハイムは医学部の科学研究室で実験病理学の先駆者となった。 ^[要出典]

1863年までに、ルイ・パスツールの酪酸発酵に関する報告に触発されたフランス人のカジミール・ダヴェインは、牛の病気である炭疽菌の重要な原因物質として微生物を特定したが、血液からその微生物が日常的に消失していたため、他の科学者はそれを単なる腐敗の副産物であると推測した。^[2] 1876年、フェルディナント・コーンがある細菌種の小さな胞子段階の報告を受けて、ドイツ人のロベルト・コッホは、純粋培養でダヴェインのバクテリドを単離し（細菌学を独立した学問分野として確立する極めて重要なステップ） 、胞子段階を特定し、ヤコブ・ヘンレの原則を適用してダヴェインの結論を確認したが、これは実験病理学にとって大きな功績であった。パスツールと同僚はその後、土壌中の胞子を介して自然環境でその微生物が果たす役割を確認する生態学的調査を行った。

また、敗血症に関しては、ダヴェインはウサギに非常に薄めた少量の腐敗した血液を注射して病気を再現させ、腐敗発酵という用語を使用したが、これがパスツールの発酵という用語のように微生物を指すのか、他の多くの用語のように化学物質を指すのかは不明であった。 ^[3] 1878年、コッホは、それまでのどの研究とも異なり、 『外傷性感染症の病因』を出版した。歴史家が指摘しているように、80ページにわたってコッホは「臨床的、解剖学的、病因的に異なる多くの病気が、腐敗した物質を動物に注射することによって実験的に作り出せることを、ほぼ決定的な方法で示すことができた」^{[3]。コッホは細菌学と}アニリン染料 による新しい染色法を用いて、それぞれの病気の特定の微生物を同定した。^[3] 細菌学説は、科学的調査によって特定できると考えられる原因の概念を明確にした。^[4]

アメリカの医師ウィリアム・ウェルチは、1876年から1878年にかけて、コーンハイムのもとを含むドイツの病理学の研修を受け、1878年にニューヨーク市のベルビュー病院にアメリカ初の科学的研究室、すなわち病理学研究室を開設した。 ^[5] ウェルチの講座には他の医学校の学生も参加し、それらの学校はそれぞれ独自の病理学研究室を開設して応えた。^[5]ジョン・ショー・ビリングスの助言により、ダニエル・コイト・ギルマン によって、初代学長として計画していた新設のジョンズ・ホプキンス大学の医学部の初代学部長に任命されると、ウェルチは1883年に再びドイツに渡り、コッホの細菌学の研修を受けた。 ^[5] ウェルチはアメリカに戻ったが、ビショウの解剖病理学、コーンハイムの実験病理学、コッホの細菌学を融合させながら、アメリカの医学を根本から見直すことに熱心になり、ボルチモアに移った。^{[6]ホプキンス医科大学は、ウェルチ、}ウィリアム・オスラー、ハワード・ケリー、ウィリアム・ハルステッド の「四騎士」によって率いられ、 1893年にアメリカ初のいわゆるドイツの科学的医学の教育に特化した医学校として開校しました。^[5]

最初の生物医学研究所であるパスツール研究所とベルリン感染症研究所は、それぞれ 1888 年と 1891 年に設立され、初代所長はパスツールとコッホでした。アメリカ初の生物医学研究所であるロックフェラー医学研究所は、1901 年に設立され、「アメリカ医学の学長」の異名を持つウェルチが科学所長を務め、ホプキンス大学の元教え子であるサイモン・フレクスナーを病理学および細菌学研究所の所長に任命しました。第一次世界大戦と第二次世界大戦を経て、ロックフェラー研究所は生物医学研究の世界的リーダーとなりました。^[要出典]

1918年のパンデミックは原因の熱狂的な調査を引き起こしたが、ほとんどの死因は肺葉肺炎によるもので、すでに肺炎球菌の侵入によるものとされていた。ロンドンでは1928年に保健省の病理学者フレッド・グリフィスが、肺炎球菌が毒性から非毒性へ、抗原型間で変化したことを報告した。これは種の変化に近いもので、肺炎の特定の原因に疑問を投げかけた。 ^{[7] [8]}ロックフェラー研究所のオズワルド・エイブリーの研究室は、アメリカを代表する肺炎球菌の専門家であったが、この報告に非常に困惑し、再現を試みることを拒否した。^[9]

エイブリーが夏休みで留守にしていたとき、イギリス系カナダ人のマーティン・ドーソンは、イギリスから来たものはすべて正しいに違いないと確信し、グリフィスの結果を繰り返し、試験管内でも形質転換を達成し、精密な調査の道を切り開いた。^[9]帰国後、エイブリーはグリフィスの写真を机の上に置いて、研究員たちがその痕跡を追った。1944年、エイブリー、コリン・マクラウド、マクリン・マッカーティは形質転換因子がDNAであると報告したが、何かがそれに作用しているに違いないという推測の中で、広く疑問視されていた。^[10] グリフィスの報告当時は、細菌が遺伝子を持っていることさえ認識されていなかった。^[11]

最初の遺伝学であるメンデル遺伝学は1900年に始まりましたが、メンデル形質の継承は1903年までに染色体に限定され、染色体遺伝学となりました。生化学は同じ10年間に登場しました。^[12] 1940年代には、ほとんどの科学者が細胞を「化学物質の袋」、つまり無秩序に運動する緩い分子だけを含む膜と見なし、染色体だけが特別な細胞構造であると考えていましたが、細菌には染色体がありません。^[12] 染色体DNAは単純すぎると推定されたため、遺伝子は染色体タンパク質に探されました。しかし、1953年に、アメリカの生物学者ジェームズ・ワトソン、イギリスの物理学者フランシス・クリック、イギリスの化学者ロザリンド・フランクリンは、DNAの分子構造が二重らせんであると推測し、それが暗号を綴っていると推測しました。1960年代初頭、クリックはDNAの遺伝暗号の解読に貢献し、分子遺伝学を確立しました。

1930年代後半、ロックフェラー財団は、カリフォルニア工科大学とヴァンダービルト大学の物理学者マックス・デルブリュックが主導する、生物と生命の根本的な説明を求める分子生物学 研究プログラムの先頭に立って資金を提供した。^{[13]しかし、細胞内の}細胞小器官 の実態は、従来の光学顕微鏡でははっきりと可視化できないため、議論の的となっていた。^[12] 1940年頃、主にロックフェラー研究所での癌研究を通じて、細胞生物学が、細胞学と生化学の間の大きなギャップを埋める新しい学問として登場した。これは、超遠心分離機と電子顕微鏡という新しい技術を適用して、細胞の構造、機能、メカニズムを特定し、解体するものである。^[12]細胞生物学と分子生物学という 2つの新しい科学が絡み合った。^[12]

ジョシュア・レーダーバーグは、グリフィスとエイブリーのことを念頭に、数十年前に報告されていたが議論を呼んだ細菌の接合を確認し、1958年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。^[14]ニューヨーク州ロングアイランドのコールド・スプリング・ハーバー研究所 では、デルブリュックとサルバドール・ルリアがワトソンをホストするファージグループを率いて、細菌のウイルス感染による変化、つまり形質導入のプロセスを追跡することで、細胞生理学の詳細を発見した。レーダーバーグはスタンフォード大学医学部の遺伝学科の開設を主導し、生物学者と医学部の間のコミュニケーションを促進した。^[14]

1950年代、連鎖球菌感染症の合併症であるリウマチ熱に関する研究で、この病気が宿主自身の免疫反応によって媒介されることが明らかになり、病理学者ルイス・トーマスによる研究が刺激され、自然免疫細胞であるマクロファージから放出され、宿主組織を分解する酵素の特定につながった。^[15] 1970年代後半、メモリアル・スローン・ケタリングがんセンターの所長だったトーマスは、間もなくロックフェラー大学の学長となるレーダーバーグと協力し、米国立衛生研究所の資金提供の焦点を、病気の過程で作用するメカニズムに関する基礎研究に向け直した。当時の医学者は、生物学者が病気のメカニズムにほとんど関心を持っていなかったように、このメカニズムについては全く知らなかった。^{[16]トーマスは、アメリカの}基礎研究者にとって守護聖人 となった。^[17]

パーキンソン病の病態生理学は、パーキンソン病（PD）に関連する脳内の生物学的活動の変化の結果としてのドーパミン作動性ニューロンの死である。PDにおけるニューロン死のメカニズムはいくつか提案されているが、それらすべてが十分に理解されているわけではない。パーキンソン病におけるニューロン死の5つの主要なメカニズムとして提案されているのは、レビー小体におけるタンパク質凝集、オートファジーの破壊、細胞代謝またはミトコンドリア機能の変化、神経炎症、および血管漏出につながる血液脳関門（BBB）の破壊である。^[18]

心不全の病態生理学は、損傷または過負荷による心筋の効率の低下です。したがって、心不全は、心筋梗塞（心筋が酸素不足になり死滅する）、高血圧（血液を送り出すのに必要な収縮力が増加する）、アミロイドーシス（誤って折り畳まれたタンパク質が心筋に沈着し、心筋が硬くなる）など、さまざまな状態によって引き起こされる可能性があります。時間の経過とともに、これらの作業負荷の増加により、心臓自体に変化が生じます。

多発性硬化症の病態生理学は、活性化した免疫細胞が中枢神経系に侵入し、炎症、神経変性、組織損傷を引き起こす中枢神経系の炎症性脱髄疾患である。この行動を引き起こす根本的な病態は現在不明である。神経病理学、神経免疫学、神経生物学、神経画像診断、臨床神経学の現在の研究は、MSが単一の疾患ではなく、むしろスペクトルであるという考えを支持している^[19]。

高血圧の病態生理学は、血圧の上昇を特徴とする慢性疾患である。高血圧は原因によって本態性高血圧（一次性または特発性高血圧とも呼ばれる）と二次性高血圧に分類できる。高血圧の約90～95％は本態性高血圧である。^{[20] [21] [22] [23]}

HIV/AIDSの病態生理学では、ウイルス感染後、ウイルスが体内で複製し、ほぼすべての適応免疫反応に必要なTヘルパー細胞を殺します。最初はインフルエンザのような症状が続き、その後は潜伏期で無症状の段階になります。CD4リンパ球数が血液1mlあたり200個未満に減少すると、HIV宿主はAIDSに進行します^{[24]。AIDSは}細胞性免疫の欠乏と、その結果生じる日和見感染や特定のがんに対する感受性の増加を特徴とする疾患です。

クモに噛まれることの病態生理は、クモの毒の影響によるものです。クモが皮膚に毒を注入すると、必ずクモの毒液注入が起こります。クモに噛まれても必ずしも毒が注入されるわけではありません。乾いた咬傷の場合、注入される毒の量はクモの種類や遭遇した状況によって異なります。クモに噛まれることによる機械的損傷は、人間にとって深刻な問題ではありません。

肥満の病態生理学には、その発症と維持に関わる多くの病態生理学的メカニズムが関与していると考えられる。^{[25] [26]}

この研究分野は、1994年にJMフリードマンの研究室でレプチン遺伝子が発見されるまで、ほとんど研究されていませんでした。 ^[27]これらの研究者は、レプチンが満腹因子であると仮定しました。ob/obマウスでは、レプチン遺伝子の変異により肥満表現型がもたらされ、人間の肥満に対するレプチン療法の可能性が開かれました。しかし、その後すぐに、JFカロの研究室は、肥満の人間のレプチン遺伝子の変異を検出できませんでした。逆に、レプチンの発現が増加し、人間の肥満におけるレプチン抵抗性の可能性が示唆されました。^[28]

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