体外循環と人工心肺装置の理論・実際

🧠 全体像：体外循環extracorporeal circulation体外循環（extracorporeal circulation）extracorporeal circulation（体外循環）は、血液を体外へ導き、酸素化・二酸化炭素carbon dioxide, CO₂二酸化炭素（carbon dioxide, CO₂）carbon dioxide, CO₂（二酸化炭素）除去・温度調節などを行って体内へ戻す。ECMOは重症心肺不全を一定期間支える装置、CPBは心臓手術中に心肺機能を代行して静止した術野surgical field術野（surgical field）surgical field（術野）を作る装置である。

体外循環回路

体外循環extracorporeal circulation体外循環（extracorporeal circulation）extracorporeal circulation（体外循環）とは、患者の循環から血液を取り出し、処理した後に循環へ戻す手技である。体外で血液を運ぶ装置全体を体外循環回路extracorporeal circuit体外循環回路（extracorporeal circuit）extracorporeal circuit（体外循環回路）という。

ECMO

ECMOは小型化した人工心肺装置Heart-lung machine / CPB人工心肺装置（Heart-lung machine / CPB）Heart-lung machine / CPB（人工心肺装置）であり、体外循環システムcardiopulmonary bypass system体外循環システム（cardiopulmonary bypass system）cardiopulmonary bypass system（体外循環システム）が血液を人工ガス交換膜artificial gas-exchange membrane人工ガス交換膜（artificial gas-exchange membrane）artificial gas-exchange membrane（人工ガス交換膜）へ送り、肺のガス交換、方式によっては心臓の循環機能も代行する高度生命維持療法である。

VA-ECMOとVV-ECMO

flowchart TD
    A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='large venous cannula'>大口径静脈カニューレ</span>から<span class='jp-term jp-term-diagram' title='blood drainage (ECMO outflow from patient)'>脱血</span>"] --> B["ポンプ"]
    B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='membrane oxygenator'>膜型酸素化装置</span>"]
    C --> D["CO2除去・酸素化"]
    D --> E["VA：大動脈へ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='blood return (ECMO inflow to patient)'>送血</span><br>VV：静脈へ<span class='jp-term jp-term-diagram' title='blood return (reinfusion to the patient)'>返血</span>"]
    E --> F["循環・ガス交換を補助"]

VA-ECMOは肺のガス交換と全身循環systemic circulation全身循環（systemic circulation）systemic circulation（全身循環）を同時に補助でき、選択された難治性心原性ショックcardiogenic shock, CS心原性ショック（cardiogenic shock, CS）cardiogenic shock, CS（心原性ショック）などで用いる。ただし、早期ルーチン導入が保存的初期戦略より転帰を必ず改善するとはいえず、原因、回復可能性、合併症と橋渡し目標を評価して選択する。¹ 一方、VV-ECMOは患者自身の心拍出で酸素化血oxygenated blood酸素化血（oxygenated blood）oxygenated blood（酸素化血）を全身へ送るため、主にガス交換を補助する。

利点と欠点

⚠️ 強力な循環補助である一方、血液が異物表面に接触するため出血と血栓の両方が問題となり、末梢カニューレcannulaカニューレ（cannula）cannula（カニューレ）挿入では四肢虚血limb ischemia四肢虚血（limb ischemia）limb ischemia（四肢虚血）にも注意する。

人工心肺装置

CPBは、拍動する心臓では手術が難しいため、心臓手術中に循環・酸素化を代行して心停止下の術野surgical field術野（surgical field）surgical field（術野）を作る。

1. 術者operator (person performing the procedure)術者（operator (person performing the procedure)）operator (person performing the procedure)（術者）が右心房、大静脈、または大腿静脈femoral vein大腿静脈（femoral vein）femoral vein（大腿静脈）へ静脈カニューレcannulaカニューレ（cannula）cannula（カニューレ）を置く。
2. 重力脱血gravity drainage重力脱血（gravity drainage）gravity drainage（重力脱血）で静脈血を体外へ導く。
3. 血液をろ過し、冷却・加温を行い、膜型酸素化装置membrane oxygenator膜型酸素化装置（membrane oxygenator）membrane oxygenator（膜型酸素化装置）で酸素化する。
4. 機械ポンプにより、上行大動脈ascending aorta上行大動脈（ascending aorta）ascending aorta（上行大動脈）の動脈カニューレcannulaカニューレ（cannula）cannula（カニューレ）から酸素化血oxygenated blood酸素化血（oxygenated blood）oxygenated blood（酸素化血）を体内へ戻す。
5. 回路内凝固を防ぐためヘパリンを投与し、抗凝固効果を監視して回路・患者条件に調整する。終了後は過量投与overdose過量投与（overdose）overdose（過量投与）を避けながらプロタミンprotamineプロタミン（protamine）protamine（プロタミン）硫酸塩で作用を拮抗する。²

模式図の主経路は、静脈カニューレ → 静脈リザーバー → ポンプ → 膜型酸素化装置／熱交換器 → 動脈カニューレ である。ガスブレンダーgas blenderガスブレンダー（gas blender）gas blender（ガスブレンダー）は酸素化装置oxygenator酸素化装置（oxygenator）oxygenator（酸素化装置）へ空気／酸素を供給してCO₂除去と酸素化を調整し、加温冷却装置heater-cooler加温冷却装置（heater-cooler）heater-cooler（加温冷却装置）は熱交換器heat exchanger熱交換器（heat exchanger）heat exchanger（熱交換器）を介して血液温を制御する。動脈フィルターarterial filter動脈フィルター（arterial filter）arterial filter（動脈フィルター）や心内吸引cardiotomy suction心内吸引（cardiotomy suction）cardiotomy suction（心内吸引）は一般的なCPB回路に加わり得る構成要素だが、この模式図自体には明示されていない。リザーバーは静脈還流量venous return静脈還流量（venous return）venous return（静脈還流量）の変動を受ける一方、回路全体で空気混入、血液損傷、凝固・炎症反応を管理する必要がある。

低体温法

低体温を用いる場合はCPB回路で血液を冷却し、基礎代謝率basal metabolic rate (BMR)基礎代謝率（basal metabolic rate (BMR)）basal metabolic rate (BMR)（基礎代謝率）と全身の酸素需要oxygen demand酸素需要（oxygen demand）oxygen demand（酸素需要）を減らす。原資料の28–32°Cは中等度低体温moderate hypothermia中等度低体温（moderate hypothermia）moderate hypothermia（中等度低体温）の一例であり、通常の成人心臓手術の全例をこの温度にするわけではない。ほぼ正常体温、軽度／中等度／高度低体温を手術内容、循環停止の要否、臓器保護と合併症リスクrisk of complications合併症リスク（risk of complications）risk of complications（合併症リスク）から選択し、再加温rewarming再加温（rewarming）rewarming（再加温）も慎重に行う。

💡 CPBの構成要素は「脱血blood drainage (ECMO outflow from patient)脱血（blood drainage (ECMO outflow from patient)）blood drainage (ECMO outflow from patient)（脱血） → ろ過・温度調節 → 膜型酸素化 → ポンプ送血blood return (ECMO inflow to patient)送血（blood return (ECMO inflow to patient)）blood return (ECMO inflow to patient)（送血）」。低体温は臓器の酸素消費を下げ得るが、利益と適温は術式・循環停止時間dwell time停止時間（dwell time）dwell time（停止時間）・臓器保護法に依存する。³

適応

• CABG。
• 心臓弁修復valve repair弁修復（valve repair）valve repair（弁修復）／置換術。
• 大きな中隔欠損修復術repair修復術（repair）repair（修復術）。
• 心臓移植heart transplantation心臓移植（heart transplantation）heart transplantation（心臓移植）。

まとめ

• ECMOとCPBはいずれも体外循環回路extracorporeal circuit体外循環回路（extracorporeal circuit）extracorporeal circuit（体外循環回路）で血液を処理して返血blood return (reinfusion to the patient)返血（blood return (reinfusion to the patient)）blood return (reinfusion to the patient)（返血）する。
• VA-ECMOは循環と酸素化、VV-ECMOは主に酸素化を支える。
• CPBは開心術open-heart surgery開心術（open-heart surgery）open-heart surgery（開心術）中の静止術野surgical field術野（surgical field）surgical field（術野）を作り、脱血blood drainage (ECMO outflow from patient)脱血（blood drainage (ECMO outflow from patient)）blood drainage (ECMO outflow from patient)（脱血）・酸素化・温度調節・ポンプ送血blood return (ECMO inflow to patient)送血（blood return (ECMO inflow to patient)）blood return (ECMO inflow to patient)（送血）を代行する。
• ヘパリンによる抗凝固、プロタミンprotamineプロタミン（protamine）protamine（プロタミン）による拮抗、低体温による酸素需要oxygen demand酸素需要（oxygen demand）oxygen demand（酸素需要）低下が実施上の要点である。