1920年の生理学・医学ノーベル賞 — オーガスト・クロウグ
この記事で学ぶこと
私たちの筋肉の中にある毛細血管のほとんどは、通常は閉じており、運動時にのみ開く理由と、この発見がインスリンの商業化、さらにはデンマークの製薬産業にどのように関連しているのかを理解します。
閉じたパイプの発見
私たちの体の中にある毛細血管の総延長距離は約10万kmで、これは地球一周の2.5倍です。もしこれらの毛細血管がすべて同時に開いたらどうなるでしょうか？私たちの体の中にある血液は、これほど広大な空間を満たすには足りず、重度の低血圧を引き起こすでしょう。
クロウが発見したのは、私たちの体の中にある毛細血管のほとんどは安静時に閉じており、必要な組織でのみ開くということです。筋肉が安静時には、その筋肉のほとんどの毛細血管は閉じており、運動を開始すると、必要に応じて1つずつ開きます。これは、オフィスにある照明が、使用されている場所にのみ点灯するのと同じです。
この調節は非常に正確で局所的です。脳によって一元的に制御されるのではなく、各組織が自分自身の代謝状態に応じて、その近くの毛細血管を開閉します。今日では、これを局所的な代謝調節と呼んでいます。
当時の状況 — 静かなコペンハーゲン
1920年のヨーロッパは、再建の過程にありました。ヴェルサイユ条約が批准され（1920年1月）、国際連盟が設立され、連合国は廃墟の中で新しい秩序を確立しようとしていました。
このような混乱の中で、デンマークは独自の立場にありました。1864年のプロイセン・オーストリアとの戦争でシュレスヴィヒ＝ホルシュタインを失った後、デンマークは国際的な舞台では小国となりました。しかし、国内の協同運動と公教育に焦点を当て、ヨーロッパで静かな模範社会となりました。ニコライ・グルントヴィヒのフォーク・スクール運動、農業協同組合、労働者教育 — これらはデンマークの知識社会を創造したインフラでした。
クロウがコペンハーゲン大学で静かな実験を続けることができたのは、この社会的な安定性のおかげでした。彼の研究所は第一次世界大戦中も正常に機能しました。パリ、ベルリン、ロンドンの同僚たちが塹壕に送られ、実験が中断されている間、コペンハーゲンは静かにその進歩を続けていました。
これを韓国の歴史と比較すると、1920年は日本による植民地政府の統治が、軍事統治から文化統治へと変化した年でした。3・1独立運動に対応して、植民地政府は一見より寛大な政策を採用しましたが、実際の統制は継続されました。デンマークの静かな進歩と、韓国の激動する状況は対照的であり、この時代の国家間の違いを象徴しています。
医学史の観点から見ると、1920年は微小循環の研究が学問分野として確立された年でした。それまで、循環器の研究は心臓と主要な血管に焦点を当てていました。毛細血管は観察が難しく、個々の毛細血管を操作する実験は非常に困難でした。クロウのノーベル賞は、この困難な分野を学問分野として確立しました。
その人物の物語 — ガラス管の職人
クロウは1874年にデンマークのグレーナで生まれました。彼の父親は造船に関わる海軍士官であり、若いクロウは趣味でガラス吹きを学びました。このスキルは、彼の科学的キャリアにおいて重要な要素となりました。
彼はコペンハーゲン大学で動物学と生理学を学び、その後、クリスチャン・ボーアの研究室で研究を行いました。ボーアは、アインシュタインの光量子説とは別の、酸素と血液の相互作用を研究しており、クロウは彼から呼吸と循環を測定するための定量的な方法を学びました。
クロウの実験スタイルは非常に精密でした。彼は必要な実験器具を自分でガラスを吹いて作りました。彼が作った非常に小さなマイクロマノメーター、超高精度のガス分析装置、および筋肉の観察のための微小チャンバーにより、彼の実験は当時の他の実験よりも1〜2桁高精度になりました。市販品は存在しなかったからです。
これらのうち最も有名なものの1つは、クロウ・スピロメーターです。人間の呼吸を正確に測定するこの装置は、次の半世紀の間、世界中の呼吸生理学研究所で標準的なツールとなりました。彼の研究所がこの装置を商業的に生産・販売し始めたことで、コペンハーゲン大学の財政に貢献しました。
もう1つの有名な話は、彼の妻であるマリー・クロウとの共同研究です。マリーは彼と結婚した後、医学の学位を取得し、彼とともに研究を行いました。2人は呼吸と循環の分野における最初期の男女の研究チームの1つでした。クロウがノーベル賞を受賞した後も、彼女は自身の研究を続け、さまざまな臨床医学の分野に貢献しました。
主要な業績 — 必要に応じて開くパイプシステム
眠っている毛細血管と活性化
クロウの主要な観察は、非常に単純な実験から得られました。彼はカエルの筋肉を薄く切り取り、顕微鏡の下で、筋肉が刺激されているときとそうでないときの毛細血管を観察しました。彼は次のようなことを発見しました。
- 安静時の筋肉：血液はほとんどの毛細血管を流れず、ほんの数本が開いています。
- 活動している筋肉：劇的に多くの毛細血管が開きます。その数は、活動の度合いに応じて増加します。
この観察がなぜ驚くべきことなのでしょうか？それまで、毛細血管は常に開いており、受動的なパイプであるという共通の理解がありました。クロウはこれを覆しました。毛細血管は、必要に応じて開閉する能動的に調節されたシステムなのです。
このコンセプトは、クラウドコンピューティングの「オンデマンド・オートスケーリング」の概念と自然に結びつきます。クラウドシステムでは、サーバーの最大容量を常に稼働させるわけではありません。トラフィックが増加すると、新しいインスタンスを起動し、トラフィックが減少すると、それらを停止します。毛細血管の調節は、まさに同じ原理で機能します。
- ベースライン：最小限の数のインスタンスのみが開いています（エネルギーの節約）。
- 負荷の検出：組織内の代謝物質（CO2、乳酸、ADPなど）の蓄積を検知します。
- スケールアウト：近くの毛細血管の括約筋が弛緩し、新しい毛細血管が活性化されます。
- スケールイン：代謝が正常化すると、それらは再び閉じます。
ただし、このアナロジーには限界があります。クラウドのオートスケーリングは、中央コントローラーによって決定されますが、毛細血管の調節は完全に分散化された自律的なシステムです。各毛細血管の括約筋は、近くの組織からの局所的な信号に反応し、独立して決定します。中央制御タワーのない、純粋なP2P連携です。
クロウ・シリンダーモデル
クロウは、この発見を数学的にモデル化しました。このモデルは、クロウ・シリンダーモデルと呼ばれ、各毛細血管を組織の円筒状の体積の中心に置き、その円筒内での酸素の拡散を計算します。
このモデルは、今日でも使用されている微小循環理論の基礎です。組織が酸素不足であるか、腫瘍が低酸素状態にあるか、どの筋肉により多くの毛細血管が必要か — このモデルは、これらのすべての質問に答えるための枠組みを提供します。
クロウの原則：適切な動物を選択する
クロウの2番目の遺産は、方法論的なものです。彼は、**「すべての問題に対して、それを研究するのに最も適した動物が存在する」と言いました。これが、今日では「クロウの原則」**として知られている格言です。
クロウ自身はこの原則を極端に実践しました。呼吸研究のために、彼はカエル、魚、昆虫、牛、人間などを使用しました。彼は、各問題に最も適した動物を選択しました。彼の研究所は、事実上、小さな動物園でした。
この原則は、後にノーベル賞を受賞するいくつかの発見の基礎となりました。イカの巨大軸索（ホジキンとハクスリー、1963年）、ショウジョウバエの遺伝学（モーガン、1933年）、線虫の発生（ブレナー、ホーヴィッツ、サルストン、2002年） — これらはすべて、クロウの原則の具体的な例です。
インスリンとノボ・ノルディスク
クロウのキャリアには、興味深い商業的な側面があります。1922年、バンティングとマクラウドがインスリンを発見した（1923年のノーベル賞）とき、クロウと彼の妻マリーはカナダに渡り、その技術を学びました。これは、マリー自身が糖尿病を患っていたためです。
彼らはデンマークに戻り、1923年にノルドスク・インスリン研究所を設立しました。この研究所は後にノボ・ノルディスクとなり、今日では世界最大のインスリン会社です。クロウのノーベル賞は、純粋な科学研究によるものでしたが、彼の遺産の1つは、20世紀後半のデンマークの製薬産業の形成でした。
なぜ重要なのか
クロウのノーベル賞は、**「小さな組織自身が自身の資源を調節する」**という理解を確立したことです。それまで、循環に関する理解は心臓を中心としたものでした。心臓が血液を送り出し、血液が分布し、組織は受動的な受信者でした。クロウの後の循環は、各組織が自身のニーズに応じて資源を積極的に要求し、受け取るシステムとして理解されるようになりました。
より広い意味では、生理学における分散自律システムの概念を確立したことです。脳がすべてを制御するわけではありません。各部分が局所的な意思決定を行い、これらの局所的な意思決定の合計が全体的な最適につながります。これは、今日の神経系、免疫系、代謝系の統合に関する理解の基礎となっています。
私たちにとっての教訓があります。それは、**「自分自身のツールを作ることができる人は、他の人が見ることができないものを見る」**ということです。もしクロウがガラス吹きを知らなかったら、彼の実験は不可能だったでしょう。今日、私たちは市販のツールに頼っていますが、真の革新は、自分自身のツールを作る人から生まれることが多いのです。彼の遺産は、この原則を私たちに思い出させてくれます。
今、あなたがこの文を読んでいるとき、あなたの体の中で、必要な組織の毛細血管は開いており、必要のない組織の毛細血管は閉じており、この調節が継続されています。クロウは、この様子を世界に初めて見せました。
オンデマンド毛細血管調節のまとめ：ベースライン状態では、ほとんどの毛細血管は括約筋によって閉じられています。組織内の代謝物質（CO2、乳酸など）が局所的な信号として働き、近くの括約筋を弛緩させ、毛細血管を開いて酸素を供給します。代謝が正常化すると、それらは再び閉じます。
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