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Chlorine dioxide and chlorite as treatments for diabetic foot ulcers
Patricia Calliperis1、Yohanny Andrade2、Raul Pineda Aquino3、Martin Vargas4、Susan Raj Kota5、Mitchell Liester6*。
2病院シャローム、コロニア・オブレゴン、マサテナンゴ、グアテマラ。
4Hospital Militar Cossmil, FVVH+XV5, Avenida Saavedra, La Paz, Bolivia.
6コロラド大学医学部精神医学教室、オーロラ、コロラド州、アメリカ合衆国。
2023年1月1日受領、2024年3月8日受理
要旨
糖尿病の世界的有病率は上昇しており、20-30年には10%を超えると予測されている。足潰瘍は糖尿病の合併症の1つである。糖尿病性足潰瘍に対する既存の治療法は部分的な効果しかなく、潰瘍が治癒しない場合、患肢の切断に至ることもある。糖尿病性足感染症による切断は、世界のどこかで30秒に1回の割合で発生していると推定されている。したがって、より効果的な治療法が必要とされている。可能性のある治療法のひとつに、糖尿病性足潰瘍の治療薬として有望視されている二酸化塩素がある。文献を検討したところ、二酸化塩素とその関連化合物である亜塩素酸塩が糖尿病性足潰瘍の治療に役立つと考えられるメカニズムが複数見つかった。これらには、高血糖の減少、酸化ストレスの減少、血管障害の改善、神経障害の進行遅延、炎症の減少、感染症の治療、創傷治癒の改善などが含まれる。二酸化塩素と亜塩素酸塩は、低用量であれば安全で効果的であることがわかっている。糖尿病性足潰瘍の治療法としての二酸化塩素と亜塩素酸塩の潜在的な有益性に関する追加研究が推奨される。
キーワード 糖尿病、酸化ストレス、血管障害、神経障害、感染症
はじめに
糖尿病（Diabetes mellitus：DM）は、世界中で数百万人が罹患している代謝性・炎症性疾患である。DMは高血糖を特徴とし、糖尿病合併症の原因となる代謝シグナル伝達経路を誘発する（Volpe et al.） 頻度の高い合併症のひとつに、足の感染症がある（Fard et al., 007）。
糖尿病性足潰瘍（DFU）は、糖尿病患者の感染症を悪化させる原因となる下肢の皮膚、軟部組織、骨に影響を及ぼす可能性のある足病変と定義される（Ramirez-Acuña et al., a19）。DFU発症の要因としては、高血糖、血管障害、末梢神経障害、感染、慢性炎症、創傷治癒障害などが挙げられる（Davis et al., s18;Marston 2006;Ramirez-Acuña et al., a19;Singh et al., h05）。
DFUは、DMを発症する人の増加により、ますます深刻化する世界的な公衆衛生問題である（Yingsakmongkol et al., 2011）。2019年の推定DM世界有病率は9.3%（4億6,300万人）であった。20-30年には10.2%（5億7800万人）、2045年には10.9%（7億人）に増加すると予測されている（Saeedi et al.）
DM患者における足潰瘍の有病率は4～10%で、感染症を発症する生涯リスクは25%である（Singh et al., 2005; Richard and Schuldiner, 2008）。足の合併症は、糖尿病患者の罹患率の最も一般的な原因であり、入院の最も一般的な理由である（Kruse and Edelman, 2006; Lim et al.） DFUの患者の多くは下肢の切断を余儀なくされ、QOLが非常に悪くなり、5年死亡率は結腸癌、乳癌、前立腺癌と同等かそれ以上である（Armstrong et al., 2007）。
米国感染症学会（IDSA）が推奨するDFUの治療法には、感染に対する抗生物質療法、創傷に対する適切なドレッシングと圧力のオフロード、虚血が存在する場合の血行再建術が含まれる（Lipsky et al.） Limら(2017)は血糖値を下げることも推奨している。有用ではあるが、これらの戦略は部分的な効果しかなく、治癒しないDFUは患肢の切断に至る可能性がある。四肢の切断は糖尿病患者では一般人口の10～30倍の頻度で起こり、世界のどこかで30秒に1人の割合でDM患者に対して切断が行われていると推定されている（Richard and Schuldiner, 2008; Singh et al.） 切断後の死亡率は、1年で20%、3年で41%、5年で63～73%であり（Apelqvist et al., t93;Jupiter et al., r16）、DFUに対するより効果的な治療法を見つけることの重要性を強調している。
二酸化塩素（Al-Bayaty et al., y12;Mawas et al., s22）と亜塩素酸塩（Maraprygsavan et al., n16;Yingsakmongkol、2013）が糖尿病性創傷の治療に役立つことが示唆されている）。
方法
本書は、糖尿病性足潰瘍の治療法としての二酸化塩素と亜塩素酸塩の使用を検討するナラティブレビューである。糖尿病性足潰瘍の病態生理学または治療を検討する研究、および糖尿病性足潰瘍または他のタイプの創傷の治療としての二酸化塩素または亜塩素酸塩の使用を検討する文献検索を行った。Pubmed、Cochrane、Google Scholarの各データベースを以下の用語を用いて検索した： 「二酸化塩素」、「亜塩素酸塩」、「WF10」、「NP001」、「糖尿病性足潰瘍」、「糖尿病性足感染症」、「創傷治癒」、「安全性」、「病態生理学」これらの用語は個別に、また組み合わせて検索した。加えて、論文の参考文献のセクションで、今回のトピックに関連する情報を含む原稿を確認した。動物およびヒトを対象とした試験管内試験および生体内試験の研究を対象とした。これらの情報源から得られた情報のうち、前述の目的に関連するものをナラティブレビューに含めた。
DFUSの病態 DM患者では、多くの因子がDFUの発症を誘発または助長している（図1）。高血糖を背景に、酸化ストレスは血管障害、神経障害、免疫機能障害を引き起こす(Marston, 2006; Markuson et al., 2009)。末梢神経障害や外傷による創傷の結果として皮膚潰瘍が生じると、微生物は創傷内でコロニーを形成して増殖し、組織に損傷を与え、炎症を伴う宿主反応を引き起こす。この臨床的感染はその後、周辺組織に広がる可能性がある(Lipsky et al., 2012)。
高血糖、酸化ストレス、血管障害
高血糖に長期間さらされることは、DFUの発症における主要な原因因子である（Aronson and Rayfield, 2002）。高血糖は血管組織に多くの変化を引き起こし、それらが組み合わさってアテローム性動脈硬化症を促進する。アテローム性動脈硬化症は、DM患者の血管障害を引き起こす主要な病態生理学的メカニズムの一つである(Aronson, 2008)。
血管組織では酸化ストレスが動脈硬化を促進する。酸化ストレスは、活性酸素種（ROS）の過剰産生、あるいは抗酸化防御機構の低下のいずれかに起因する（Wei et al., i09）。
糖尿病では、高血糖が酸化ストレスを増大させる代謝シグナル伝達経路を誘発する（King and Loeken, 2004; Pang et al.） これらの経路の1つは、グルコースがエノール化することで酸素分子を還元し、スーパーオキシドアニオン（O2-）、ヒドロキシラジカル（-OH）、過酸化水素（H2O2）を生成する自己酸化である（Wolff and Dean, 1987; Nishikawa et al.） 第二の経路は、糖化最終生成物（AGEs）の生成である。AGEsは、還元糖とタンパク質、脂質、核酸との非酵素的反応の産物である化合物群である（Prasad et al.） AGEsは高度糖化最終生成物受容体（RAGEs）に結合し、活性酸素の過剰生産を引き起こす（Goldin et al, 2006）。第3の経路は、高血糖が誘発するミトコンドリア電子伝達鎖を介した細胞内活性酸素の産生増加に関与する（Nishikawa et al., 2000）。第4の経路は、活性化された単球によるスーパーオキシドの生成の増加である。血管壁への単球の滲出後、NADPHオキシダーゼ（NOX）の活性化を介してスーパーオキシドのバーストが起こる。このスーパーオキシドの増加は、低比重リポ蛋白（LDL）の酸化に関与し、泡沫細胞の形成、アテローム性動脈硬化症の発症につながる（Cathcart, 2004）。高血糖はまた、血管内皮組織におけるグルタチオン消去活性を低下させ、NADPH含量を減少させることにより、酸化ストレスを増大させる可能性がある（Kashiwagi et al., i96）。
酸化ストレスの増加は、DFUの発症に関与するいくつかのシグナル伝達経路の活性化を引き起こす。これらには、ポリオール経路の活性化（Pang, 2020）、AGEsやRAGEの産生増加、プロテインキナーゼC（PKC）系の活性化（Aronson and Rayfield, 2002）、ヘキソサミン経路の過剰活性化（Aronson, 2008）、炎症性サイトカインの放出（Rask-Madsen and King, 2013; Thiruvoipati et al. これらの経路を通じて、酸化ストレスは一酸化窒素レベルを低下させ、細胞タンパク質を損傷し、血管内皮への白血球の接着を促進し、炎症を増大させる（Sheetz and King, 2002）。これらの変化は動脈硬化の進展を促進し、末梢動脈疾患（PAD）、虚血、そして最終的にはDFUの発症につながる。
炎症と免疫系もまた、アテローム性動脈硬化症の発症に重要な役割を果たしており、自然免疫系と適応免疫系の両方が関与している。アテローム形成は、活性酸素を産生し、炎症性サイトカインを放出する単球/マクロファージが動脈壁内に慢性的に蓄積することで特徴づけられる。単球はその場で酸化LDLを摂取するマクロファージに分化し、それによってプラークを形成する泡沫細胞となり、アテローム性動脈硬化症を引き起こす（Li et al., i17）。
マクロファージがLDL粒子のタンパク質成分をTリンパ球に提示し、炎症性サイトカインの産生を誘発する。また、B2細胞はIgG抗体を産生し、CD4 T細胞の活性化に関与し、エフェクターT細胞の増殖を刺激することによってアテローム性動脈硬化症を促進する（Li et al., i17）。
神経障害
DMの最も一般的な微小血管合併症は神経障害である。DM患者の約50%が症状発現後25年以内に症候性末梢神経障害を発症し、神経障害はDFUの50%を占める（Vincent et al., t04;Volmer-Thole and Lobmann、2016）。DFUの大部分は、痛みの感覚を障害する感覚神経障害の存在下、比較的軽微な外傷によって生じる。その結果、外傷に数週間気づかないこともある（McNeely et al., y95;Volmer-Thole and Lobmann、2016）。
酸化ストレスは糖尿病性神経障害の病態生理に大きな役割を果たしている（Feldman, 2003）。酸化ストレスは、軸索の形態異常、神経細胞膜伝染性の変化、様々な細胞タンパク質の変化を引き起こす（Negi et al., 2011）。酸化ストレスは、神経細胞や支持グリア細胞におけるアポトーシスの発生にも関連している（Vincent et al., t04）。酸化ストレスを軽減する血糖値の低下は、神経障害のリスクを低下させる（Rask-Madsen and King, 2013）。
免疫機能の低下と炎症の増加
高血糖と酸化ストレスは、免疫機能を低下させ、炎症を亢進させることによってもDFUの一因となる。血清グルコース濃度が150mg/dlを超えると、免疫系の機能が低下する（Syafril, 2018）。高血糖が免疫機能を障害するメカニズムには、走化性、遊走、付着、貪食、細胞内殺傷などの多形核（PMN）顆粒球機能の障害、単球およびマクロファージ機能の障害、CD4/CD8比の低下に伴うCD4 Tリンパ球数の減少などがある。高血糖はまた、炎症性サイトカインの増加を引き起こす(McMahon and Bistrian, 1995)。
感染症
DM患者では、血糖値の上昇は感染リスクの上昇と関連している。このリスク上昇の要因としては、組織の低酸素化と宿主防御機能の低下が挙げられる（Pozilli and Leslie, 1994）。後者は、マクロファージからのインターロイキン-1（IL-1）放出の障害や、動員力の低下、走化性の障害、貪食活性の低下などのPMN機能の低下から生じる（Butler et al., r05）。感染があると、創傷治癒に要する時間が長くなる（Marston, 2006）。
創傷治癒と活性酸素創傷治癒は一般的に4つの段階で起こると考えられている： 凝固、炎症、増殖、成熟である。活性酸素はこれらの各段階において重要な役割を果たす。DFUに関しては、活性酸素が治癒に影響を及ぼすメカニズムがよく研究されている。
活性酸素はあらゆるタイプの血管細胞によって産生されるが、血管系における2つの主要な発生源は、ミトコンドリア電子伝達鎖とニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）オキシダーゼ（NOX）である。NOXはNADPHから酸素に電子を移動させることによりスーパーオキシドを生成する。ミトコンドリアは電子伝達鎖（ETC）を介してスーパーオキシドを生成し、スーパーオキシドはその後、酵素スーパーオキシドジスムターゼ（SOD2）によって過酸化水素（H2O2）に変換される（図2）。
スーパーオキシドの過剰産生を減少させるか、あるいは抗酸化活性を増加させることによって酸化ストレスを軽減することが、糖尿病合併症を軽減する戦略として示唆されている。しかし、従来の抗酸化剤はこの点ではあまり効果がなかった。これは、これらの薬剤が化学量論的な方法で活性酸素を消去するため、あるいは外因性の抗酸化物質が血管系に到達する前に不活性化されるためである可能性が示唆されている。内因性の抗酸化系を誘導したり、SODやカタラーゼの模倣物質を用いることは、外因性の抗酸化物質を投与するよりも効果的である可能性が示唆されている（Brownlee, 2001; Wassmann et al.）
DMでは、血清グルコース濃度が上昇すると、ミトコンドリアでのスーパーオキシド産生が増加する(Brownlee, 2001)。スーパーオキシドの増加は創傷治癒を阻害するが、スーパーオキシドの減少は創傷治癒を促進する(Luo et al., 2004)。スーパーオキシドレベルを減少させるための一つの戦略として、スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）の活性を高めることにより、スーパーオキシドから過酸化水素への変換を促進することが提案されている（Brownlee, 2001）。過酸化水素は複数のメカニズムを通じて創傷治癒に影響を及ぼす。 これには、血管新生の変化、好中球の浸潤、線維芽細胞の遊走、筋線維芽細胞の活性化などが含まれる（Fujiwara et al., a13）。創傷治癒に対する過酸化水素の作用の一部は、濃度に依存している。 例えば、低濃度（0.1～10 µM）は血管新生を促進するが、高濃度（>125 µM）は血管新生を阻害し、血管内皮細胞傷害を引き起こす（Huang and Zheng, 2006; Yasuda et al.） 過酸化水素濃度に影響を与え、それによって血管新生に影響を与える因子を表Table に示した。
過酸化水素による血管新生の刺激には、血管内皮増殖因子（VEGF）やトランスフォーミング増殖因子-β-1（TGF-β-1）などの血管新生促進因子が必要である（Kim and Byzofa, 2014）。VEGFは血管新生を誘導し、組織の微小循環と酸素放出を回復させ、創傷環境の代謝異常を改善する（Detmar et al., r77）。TGF-β-1は多数の運動性とアポトーシスに影響する。このサイトカインはまた、血管新生を制御し、傷ついた組織の修復を促進し、創傷治癒を促進する(Chin, 2004)。
DFUの病態生理学に関するこれまでの議論に基づけば、DFUを治療する理想的な薬剤は、血清グルコースレベルを下げ、スーパーオキシドを減少させ、過酸化水素を酸化ストレスを軽減するレベルまで増加させ、血管新生を刺激し、神経障害を軽減し、炎症を減少させ、感染を治療し、正常な免疫機能を回復させるものであろう。この点で有望な薬剤のひとつが二酸化塩素である。
二酸化塩素
二酸化塩素の歴史
二酸化塩素（ClO2）は、1802年にアイルランドの化学者Richard Chenevixが硫酸と塩素酸カリウムを混合して初めて生成した合成分子である（Sidgwick, 1950）。その10年近く後、ハンフリー・デイヴィ卿が塩素酸カリウムと塩酸を組み合わせ、ClO2と塩素の混合物を含む「ユークロリン」と呼ばれるガスを生成した（Davy, 1832）。
19世紀後半、ClO2はヨーロッパで水処理として利用された（Benarde et al., e65）。1940年代と1950年代の研究により、ClO2の広範な殺生物効力が塩素と同等かそれ以上であることが実証されると、この薬剤の使用はさらに拡大した。1970年代までには、世界中で500を超える浄水場がClO2を利用して水を浄化していた（Clarke and Berman, 1983）。
今日では、水の処理に加えて、ClO2は木材パルプ（Gall、1978）、小麦粉（深山ら、1986）、繊維製品の顔料除去剤（Jonnalagadda and Nadupalli、2014）、食品・飲料業界の殺菌剤（Drechsler et al. 1990; Gómez-López et al., 2009）、医療分野における殺菌剤（Lowe et al., 2013）、口臭治療剤（Frascella et al., 2000）、室内消臭剤（Ogata and Shibata, 2009）などである。ClO2はまた、古文書の洗浄（Gettens, 1952）、生物兵器剤の不活性化（Gordon and Rosenblatt, 2005）、ミツバチの寿命延長（Lackett et al. ClO2はまた、COVID-19を引き起こすSARS-CoV-2ウイルスの除染剤（Ogata and Miura, 2020）、COVID-19の予防・治療剤（Ogata and Miura 2021; Aparicio-Alonso et al.） その安全性と広範な効能から、ClO2は「理想的な殺生物剤」と呼ばれている（Simpson et al., n93）。
ClO2の最近の応用例のひとつに、DFUの治療薬がある。本稿では、DFUの治療薬としてClO2を使用する根拠について概説する。
二酸化塩素の化学
ClO2は、1個の塩素原子と2個の酸素原子からなる対称的な3原子分子である。室温では、ClO2は黄色がかった気体で、水に非常に溶ける（PubChem, 2018）。
ClO2は高温では速やかに分解され、特に紫外線による光分解を受ける。空気中ではこの分子は塩素ガスと酸素に分解するが、水中では比較的安定である。しかし、pH9～10を超えると、水中のClO2は不均化し、亜塩素酸イオン（ClO -）と塩素酸イオン（ClO -）を生成する（U.S. Department of Health and Human Services, 2004）。
ClO2は19個の価電子を持つ奇数の電子を持つ。1個の電子が最高位の分子軌道を占め、この不対電子は3個の原子すべてで共有される。単一電子密度のほとんどは、どちらか一方の酸素原子に位置している。このユニークな配置により、ClO2には不対電子が1つと、反応するための2つの反応中心（酸素と塩素）がもたらされる。不対電子が1個あるため、この分子はフリーラジカルとなり、その反応性を説明するのに役立つ(Flesch et al., 2006)。ClO2は反応性の高い酸化剤でもあり、酸化還元反応によって電子を受け取ることができる。
ClO2は1電子移動反応を起こし、亜塩素酸塩（ClO -）を形成するため、付加反応や置換反応ではなく、酸化反応によって反応する。ClO2は、チオール、フェノール、窒素複素環、脂肪族第3級アミンなど、比較的狭い範囲の有機反応物質と反応する。ClO2は遊離アミノ酸のシステイン、チロシン、トリプトファンと容易に反応するが、他のアミノ酸は反応速度がかなり遅い。これらの特徴により、ClO2はユニークでやや選択的な有機分子の酸化反応を起こすことができる。
ClO2は1個の電子を受け取った後、ClO-（亜塩素酸塩）に変換される。これはClO2を経口摂取した後に起こる。亜塩素酸塩は、テトラクロロデカオキシゲンコンプレックス（TCDO）、WF10、OXO- K993、Ryoxon®、Oxoferin®など、現在の多くの医薬品に含まれている。TCDOは、亜塩素酸塩（ClO -）（4.25%）、塩化物（Cl-）（1.9%）、塩素酸塩（ClO -）（1.5%）、硫酸塩（SO 2-）（0.7%）、およびナトリウム陰イオン（Na+）からなる亜塩素酸酸素反応生成物である（Ennen et al., n93）。これらの医薬品の活性原理であることが証明されている亜塩素酸イオンは、体内で無毒性の生成物（すなわち、塩化物、酸素、水）に代謝される（Schempp et al., p01）。
TCDOはF. W. Kühneによって、抗感染療法を追加することなく静脈性潰瘍を治療するために初めて合成された(Hinz et al., 1984a; Tissot et al., 1990)。臨床研究により、TCDOは肉芽組織の形成を刺激し、創傷治癒を促進することが判明した（Hinz et al., z84b）。さらなる研究により、TCDOはマクロファージの貪食を促進し（Woerly et al., y86）、抗炎症作用を示し（Tissot et al., t90）、細胞性免疫と体液性免疫を制御し（Gillissen et al., n86）、ヘモグロビン含有溶液中のO2放出を誘発する（Mueller-KlieserとVaupel、1987）ことが明らかになった。医薬品WF10（イムノカイン）は、静脈内投与に用いられるTCDOの水溶液である。亜塩素酸塩を63mmol/L含むこの水溶液の活性原理は亜塩素酸塩である。WF10とヘム蛋白との反応は、薬物の活性化の中心的段階であることが示唆されている（Schempp et al., p01）。Oxoferinは、糖尿病性足潰瘍などの慢性創傷の治癒を促進する外用薬として、1983年にドイツで承認された(Hinz et al., 1986; Schempp et al., 2001)。OXO-K993は、放射線照射後症候群に対する点滴療法およびがん治療中の患者の支持療法としてタイで承認された（Schempp et al., p01）。四半世紀近く前、WF10はAIDS患者の入院率と死亡率を減少させることが発見された（Raffanti et al., i98）。
このトピックに関連するもう一つの薬は亜塩素酸ナトリウム（NaClO2）で、NP001としても知られている。この分子は、ClO2生成の基質として機能すると同時に、筋萎縮性側索硬化症（ALS）などの神経変性疾患の治療薬として現在研究されている（Miller et al.）
ClO2の合成には多くの方法が用いられるが、最も一般的な方法の1つは、亜塩素酸ナトリウム（NaClO2）をリン酸（H3PO4）や塩酸（HCl）などの酸と混合することである（American Chemistry Council, 2023）。NaClO2は、食卓塩（NaCl）と漂白剤（NaClO）の両方に化学的に関連する分子である。
二酸化塩素と亜塩素酸塩の速度論
二酸化塩素と亜塩素酸塩のヒトにおける薬物動態学的研究は少ない。ほとんどの動態研究は、主にラットを用いた動物モデルで行われてきた。1970年代と1980年代に行われた一連の研究では、放射性トレーサー36ClO2を用いてラットとニワトリにおけるClO2の動態を調べた。研究者たちは、ラットに36ClO2を経口投与すると、放射能が消化管から速やかに吸収されることを発見した。その後、ClO2は塩化物（Cl-）、亜塩素酸塩（ClO-）、塩素酸塩（ClO-）に変換された。ClO2投与後12時間と24時間では、ClO -とClwの比は1：5であった。しかし、72時間後には尿中と血漿中の比率は1：4に変化した。ClO-は12-24時間の尿でのみ検出された。Clは36ClO2経口投与後1/2時間で血漿中のピークに達したが、ClO -は2h. 投与後72時間におけるClO -の分布は、全血、充填赤血球、血漿、胃、精巣、皮膚、肺、腎臓、十二指腸、屠体、脾臓、回腸、脳、骨髄および肝臓で最も高かった。排泄については、36 ClO2の経口投与後、回収量の75%が尿中に、25%が糞便中に認められた。ClO-については、投与量の87%が尿から、13%が糞便から検出された。呼気からはCl化合物は回収されなかった。排泄半減期は、ClO2で43.9+2.3時間、ClO -で35.2+3.0時間であった（Abdel- Rahman, 1979a, 1979b; Couri et al.）
安全性/毒性
二酸化塩素の安全性は投与経路と投与量に依存する。低用量で局所投与した場合、二酸化塩素は無毒である。ウマの線維芽細胞を用いた研究では、二酸化塩素溶液は一般的に使用される皮膚創傷消毒液であるクロルヘキシジンよりも毒性が低いことがわかった（Redding and Booth, 1991）。二酸化塩素50ppmをヒトの創傷潅注剤として使用した研究では、この殺生物剤は安全であり、有害事象とは無関係であることがわかった（Valente et al., 2014）。
1980年代に行われた一連の研究では、二酸化塩素と亜塩素酸塩の経口投与の安全性が検討された。低用量では安全であることが判明したが、高用量では副作用が生じた。これらの研究に基づき、米国環境保護庁（EPA）は、ClO2の無観察副作用レベル（NOAEL）を3mg/kg/日、最低観察副作用レベル（LOAEL）を5.7mg/kg/日と決定した（EPA 2000）。数年後、有害物質・疾病登録局（ATSDR）は、NOAELレベルを2.9 mg/kg/日に引き下げた（米国保健社会福祉省 2004）。
ヒトを対象とした研究では、実験的に低濃度（0.04～0.34 mg/kg/日）の二酸化塩素または亜塩素酸塩を飲用した個体（Lubbers et al., s81,1982,1984a、1984b）や、二酸化塩素で消毒した水を摂取した個体（Tuthill et al., l82）には、有害な影響は認められなかった。
亜塩素酸ナトリウムの急性静脈内投与の安全性と忍容性を検討した第I相試験では、3.2mg/kg/日までの漸増投与は一般的に安全で、忍容性も良好であった（Miller et al., r14）。筋萎縮性側索硬化症（ALS）患者136人を対象とした多施設共同無作為化二重盲検第II相試験では、亜塩素酸ナトリウム（NP001）2mg/kg/日を1日1回6カ月間静脈内投与した。この試験の結果、亜塩素酸ナトリウムは一般的に安全で忍容性が高いというクラスIのエビデンスが得られた。重大な有害事象は、注入部位の疼痛と一過性のめまいのみであった（Miller et al., 2015）。
小規模の二重盲検プラセボ対照試験で、末期後天性免疫不全症候群（AIDS）に対する治療として、10人に亜塩素酸塩（WF10）、9人にプラセボを比較した。10人に亜塩素酸塩を0.5mL/kgで3週間ごとに5日間静脈内投与し、3カ月間で合計4サイクル行った。重篤な有害事象は発生しなかった（Raffanti et al., i98）。
DFUS治療における二酸化塩素および亜塩素酸塩の作用機序二酸化塩素/亜塩素酸塩は、DFUの治癒を促進する複数の作用を示す。これらには、グルコースコントロールの改善（Maraprygsavan et al., n16;Yingsakmongkol et al., l21）、過酸化水素の産生を増加させる一方でスーパーオキシドイオンの産生を減少させる（Tissot et al., t90）、組織酸素張力の増加（Tissot et al., t90）、炎症の減少（Giese et al., e04;Schönbergら、 2016;Tissot et al., t90;Yingsakmongkol、2013）、抗菌作用（Alvarez and O’Brien、1982;Benarde et al., e65;Sanekata et al., a10;Zu et al., u19）、創傷治癒の改善（Al-Bayaty and Abdulla、2012;Hinz et al., z86;Kenyon et al., n86;Wilkins、2014;Yingsakmongkol et al., l11）などがある。
グルコースコントロールの改善
亜塩素酸塩は、重度のDFUを患うDM患者において、ヘモグロビンA1c値を低下させることが証明されている。糖尿病歴平均16年の12人を対象としたレトロスペクティブ研究では、DFU治療における亜塩素酸塩（WF10）の効果が検討された。これらの患者は、足指壊疽と骨髄炎を伴う重度の潰瘍を有していた。8人は膝下切断術の紹介を受けていた。この研究では、これら12人のうち11人がWF10による治療後、創傷の完全治癒または有意な改善を示した。12人中8人では、創傷の完全治癒が観察された。膝下の切断を必要とした者は一人もいなかった。さらに、12人中11人で、治療後4～16週目のヘモグロビンA1c（HbA1c）値が統計的に有意に低下した（表2）。ヘマトクリット値の低下が何人かの患者で観察されたが、これは輸血により消失した。12人中4人が輸血を受けた（Maraprygsavan et al., n16）。
DFUの補助治療として亜塩素酸塩（WF10）を用いた前向き非対照試験では、治療によりHbA1c値が2%以上低下し、空腹時血糖（FBG）値が低下し、12週間後の創傷重症度スコアの8.0から1.4への低下によりDFUの治癒が促進されたことが示された（Yingsakmongkol et al., l21）。
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5680448/
スーパーオキシドレベルを低下させ、過酸化水素を増加させる
活性酸素の産生に対する亜塩素酸塩の効果は種特異的である。例えば、亜塩素酸ナトリウム（TCDO）をラットに注射すると、スーパーオキシドの発生が有意に減少し、同時に過酸化水素レベルが上昇した（Tissot et al., t90）。これは、SOD活性（スーパーオキシドの過酸化水素への変換を増加させる）の上昇と、ミエロペルオキシダーゼ活性（過酸化水素を次亜塩素酸に変換する）の障害の結果として起こったと考えられる（Ali and Mahmood, 2017; Schempp et al., 2001）。
エジプトで行われた最近の研究では、アルビノラットの全層創傷の治癒に対する局所ClO2ゲルの効果が検討された（Mawas et al., s22）。この研究は4群から成る： 対照非糖尿病群、対照糖尿病未治療群、セサミオイル群、ClO2ゲル群である。その結果、SOD活性は糖尿病未治療群よりもClO2処理群の方が高く、創傷閉鎖は他のすべての群よりもClO2群の方が大きかった。
組織の酸素緊張を高める
低酸素症は、宿主防御機構の障害や低酸素誘導因子-1%（HIF-1%）および低酸素誘導因子1（HIF-1）標的遺伝子の発現低下により、糖尿病組織における感染リスクを高めることが報告されている（Pozzilli and Leslie, 1994; Davisら, 2018）。従って、酸素濃度を上昇させることは、感染リスクを低下させることが期待される。
高気圧酸素を用いて組織の酸素化を高める試みは、さまざまな結果を生んでいる。血中酸素濃度が著しく上昇したにもかかわらず、多くの患者は組織酸素圧の上昇を達成できず、組織酸素濃度の逆説的な低下を示す者さえいる。これらの影響は、活性酸素の産生増加と一酸化窒素の減少に起因する血管収縮の結果として起こるという仮説が立てられている。スーパーオキシドや過酸化水素が血管収縮を引き起こすのに対し、一酸化窒素は血管拡張を引き起こす（Efrati et al., 2009）。
活性酸素産生に対する亜塩素酸ナトリウムの効果は、用量依存的である。1.5μモルの亜塩素酸ナトリウム（TCDO）を注射したラットは、4時間後にスーパーオキシド生成の顕著な減少を示したが（Tissot et al., t90）、0.1～3.0mMの亜塩素酸ナトリウム溶液中でインキュベートしたヒト赤血球は、活性酸素の生成が3～21倍増加した（Ali and Mahmood、2017）。したがって、低用量の亜塩素酸ナトリウムは活性酸素の発生を抑え、血管収縮を減少させ、低酸素状態を改善することが期待される。一方、高用量では、活性酸素レベルが上昇し、血管収縮が増加して低酸素症が増加すると予想される。
炎症を抑える
ClO2と亜塩素酸塩は、複数の免疫細胞の機能を変化させることで免疫反応を変化させる（McGrath et al., h98）。亜塩素酸塩は、試験管内試験でTリンパ球の増殖に対して用量依存的な抑制効果を示し（Giese et al., e04）、細胞傷害性T細胞を介した標的細胞の殺傷を阻害する（Wabnitz and Samstag、2016）。亜塩素酸塩はまた、M1マクロファージの炎症促進型の抑制（Schönberg et al., g16）、多形核（PMN）の遊走抑制（Tissot et al., t90）、マクロファージの貪食活性の増加（Yingsakmongkol、2013）、単球の炎症促進遺伝子のダウンレギュレーション（Giese et al., e04）などの抗炎症特性を示す。亜塩素酸塩（WF10）は、ヘムタンパク質、特にミエロペルオキシダーゼとの反応で活性化され、抗炎症作用も発揮する強力なアポトーシス誘導物質であるタウリンクロラミン（TauCl）の産生をもたらす（Giese et al., e04;Schempp et al., p01;Yingsakmongkol、2013）。また、亜塩素酸塩はナチュラルキラー（NK）細胞の細胞毒性を刺激する（Kühne et al., e11）。
亜塩素酸塩（WF10）によるAIDS治療を検討した研究では、CD38、CD28、DRなどのT細胞免疫活性化マーカーの有意なダウンレギュレーションと、DR+循環MOおよびBリンパ球の減少が見られた（McGrath et al., h98）。
亜塩素酸ナトリウム（NP001）は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）患者に安全に静脈内投与されている。第I相および第II相試験において、この薬は血中単球免疫活性化マーカーCD16とHLA-DRを減少させ、神経炎症が亢進している患者のサブセットにおいてALSの進行を遅らせることが証明された（Miller et al.） 神経変性疾患の治療におけるこの薬の作用機序として示唆されているのは、炎症性マクロファージ（M1）を非炎症性マクロファージ（M2）に転換することである（Neuvivo, 2022）。
抗菌作用
ClO2は強力な抗菌効果を発揮することが実証されている（Alvarez and O’Brien, 1982; Benarde et al., 1965; Sanekata et al., 2010; Zhu et al., 2019）。亜塩素酸塩（TCDO）は、単純ヘルペスウイルス-1（HSV-1）、単純ヘルペスウイルス-2（HSV-2）、インフルエンザA、ポリオ-1（Dargan and Subek-Sharpe、1992）、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）（Ennen et al., n93）など、多くのウイルスに対して抗ウイルス・殺ウイルス活性を示す。亜塩素酸塩(TCDO)は、好気性および嫌気性細菌に対して、用量依存的かつ種特異的な抗菌活性を有する(Ullmann and Kühne, 1985)。
Gillissenら(1986)は、亜塩素酸塩(TCDO)がカンジダ・アルビカンスまたはペプトストレプトコッカス・インターメディウスに実験的に感染させたマウスの生存率を高め、同時に体液性および細胞性の免疫応答を増強することを見いだした。これは、IgMとIgGを形成する脾臓細胞の数を増加させることによって達成された。
ヒトにおけるDFUの治療として亜塩素酸塩（WF10）の静脈内投与を検討した二重盲検無作為プラセボ対照試験では、亜塩素酸塩を投与された患者は、9週間の治療後、プラセボ群と比較して創傷の重症度が減少した。統計学的に有意な所見には、感染の減少も含まれていた（Yingsakmongkol et al., l11）。
ClO2は抗菌、抗ウイルス、抗真菌効果を発揮する。これらの抗菌効果は、ClO2の酸化剤としての作用に起因する。酸化剤とは、還元剤（つまり電子供与体）から電子を受け取ったり受け入れたりする物質である。ClO2はDNA、RNA、タンパク質を酸化し、タンパク質合成の阻害、細胞膜の破壊、細胞死を引き起こす（Peredo-Lovillo et al.）
創傷治癒を改善する
二酸化塩素と亜塩素酸塩は創傷治癒を改善し、様々なタイプの創傷において肉芽組織の形成を促進する（Hinz et al.） Wilkins(2014)は、術後創傷管理プログラムの一環としてClO2（Ciderm）を使用した3症例について述べている。その結果、ClO2は生存組織を温存しながら、効果的に感染を治療・予防することがわかった。
マレーシアで行われた研究では、ストレプトゾトシン誘発糖尿病ラットを用いて、ClO2ゲルの創傷治癒活性を調べた（Al-Bayaty and Abdulla, 2012）。著者らは、雄のSprague Dawley系成体ラットに実験的に切除創を誘発し、二酸化塩素ゲルを1日2回局所的に塗布した。第2群にはヒアルロン酸ゲルを、第3群にはイントラサイトゲルを投与した。対照群には滅菌蒸留水を投与した。10日目に創傷組織を採取し、抗酸化酵素グルタチオンペルオキシダーゼ（GPx）とスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）の活性を測定した。治癒10日後
治癒10日後、創傷の大きさはClO2投与群の方が対照群より有意に小さかった。また、治療群の肉芽組織は対照群の肉芽組織よりも炎症細胞が少なく、コラーゲンが多く、毛細血管が増殖していた。さらに、GPxとSODの活性レベルは、対照群に対してClO2群で有意に上昇した。DFUの治療法として亜塩素酸塩（WF10）の静脈内投与を検討した二重盲検無作為プラセボ対照試験では、9週間の治療後、治療群ではプラセボ群と比較して創傷の重症度が減少した。統計的に有意な所見として、感染、炎症、壊死組織の減少に加え、肉芽組織の増加がみられた（Yingsakmongkol et al., l11）。
DFUSの治療としてのCLO2の使用に伴う潜在的な課題 DFUの治療としてのClO2の潜在的な安全性と有効性にもかかわらず、DFUの治療としてのClO2の使用を制限する障害も存在する。潜在的な障害のひとつは、この薬のコストである。ClO2の製造や流通にコストがかかることが問題なのではない。むしろその逆である。ClO2は安価であり、特許を取得することはできない。したがって、この治療薬を市場に出すために必要な多額の投資を回収することが難しいため、どの製薬会社もこの薬の研究を進めることはないだろう。
第二の潜在的な障害は、米国FDAの「亜塩素酸ナトリウム製品」に対する批判的で恐怖を煽るコメントである。COVID-19パンデミックの際、FDAは亜塩素酸ナトリウム製品は「危険」で、「病気になる可能性がある」と警告した。FDAのウェブサイトは、「亜塩素酸ナトリウムと二酸化塩素は消毒剤の有効成分であり、さらに工業的用途もある」と警告している。これらは人が飲み込むものではない。FDAは亜塩素酸ナトリウム製品を飲むことを漂白剤を飲むことと同一視している（U.S. Food and Drug Administration, 2019）。
亜塩素酸ナトリウムや二酸化塩素を大量に摂取すると副作用を引き起こす可能性があるのは事実だが、それは現在入手可能な他のあらゆる医薬品にも言えることだ。医師であり化学者でもあったパラケルススが500年以上前に述べたように、「あるものが毒でないことを決めるのは、ただ用量だけである」（Borzelleca, 2000, p.3）。さらに、FDAの警告は、世界中の何百万人もの人々が毎日、市水中の低用量の二酸化塩素を飲んでおり、亜塩素酸塩はすでにドイツとタイで医薬品として承認されているという事実を無視している。したがって、二酸化塩素の潜在的な治療用途に関する研究は、この薬に対する否定的な認識や使用に対する抵抗に立ち向かわなければならないだろう。
考察
この叙述的レビューの目的は、DFUの治療薬としての二酸化塩素の安全性と有効性を評価し、これらの薬剤がDFUを治療する可能性のある作用機序について述べることであった。文献を検討した結果、二酸化塩素および亜塩素酸塩は、低用量で使用される場合、DFUに対する安全かつ有効な治療法として有望であることがわかった。
われわれは、二酸化塩素と亜塩素酸塩が、以下のような複数の機序によってDFUの治癒を促進すると仮定している：
- (2) サイトカインVEGFおよびTGF-β-1のレベルを増加させるとともに、スーパーオキシドジスムターゼの増強を介してスーパーオキシドの過酸化水素への変換を増加させることにより、血管新生および組織酸素張力を増加させることによって血管症を改善する。
- (3) 神経細胞への血液供給を改善することにより、神経障害の進行を遅らせる。
- (4) PMNの遊走阻害（Schönberg et al., g16）、
- マクロファージの貪食活性の増加（Yingsakmongkol、2013）
- 単球における炎症性遺伝子のダウンレギュレーション（Giese et al., e04）
- タウリンクロラミンの産生増加（Giese et al., e04; Schempp et al., p01）により、炎症を抑える、 （2001; Yingsakmongkol, 2013）
- 炎症性マクロファージ（M1）から非炎症性マクロファージ（M2）への転換を増加させる（Neuvivo, 2022）
- (5) 抗菌作用を介した感染症の軽減（Alvarez and O’Brien, 1982; Benarde et al, 1965; Dargan & Subek- Sharpe, 1992; Ennen et al. 1986年;Sanekata et al., a10年;Yingsakmongkol et al., l11年;Zhou et al., u19）
- (6) 健常組織の再生とともに肉芽組織の形成を促進することにより、創傷治癒を改善する（Al-Bayaty and Abdulla、2012年;Hinz et al., z86年;Kenyon et al., n86年;Yingsakmongkol et al., l11）。
結論
DFUは重大な罹患率と死亡率を伴い、深刻な世界的健康問題を構成している。二酸化塩素と亜塩素酸塩は、DFUに対する安全かつ効果的な治療法として有望である。これらの医薬品の安全性、有効性、および至適投与量を検討するためには、無作為化プラセボ対照試験が必要である。また、異なる投与経路（経口投与vs局所投与vs静脈内投与vs複数の同時投与経路など）を検討する研究も必要である。本総説の結果はこのような研究を強く奨励するものであり、世界中の研究者が二酸化塩素と亜塩素酸塩の潜在的な有益性を探求し続けることを願っている。
利益相反
著者らに申告すべき利益相反はない。