人工呼吸

特Jpn J Respir Care 2015；32：20-27

集

ECMO を用いた呼吸不全の治療戦略

体外循環と人工肺豊﨑正人 1）・石川隆志 1）・西田

修 2）

キーワード：VV ECMO，遠心ポンプ，人工肺，管理，トラブルに対して導入された場合は呼吸 ECMO、循環不全にはじめに対して導入された場合は循環 ECMO（cardiac ECMO）、

体外循環の歴史は 1953 年、Gibbon 医師により手術

心肺蘇生時に導入された場合は体外循環式心肺蘇生法室における人工心肺を用いた開心術から始まった 。

（extracorporeal cardio pulmonary resuscitation：

当時は気泡型人工肺が使用されていたため数時間のうECPR）と呼ばれている。

1）

ちに溶血し、ガス交換能の維持は困難であった。1970

また ECMO はその脱血、送血のパターンにより、年代に入ると膜型人工肺が実用化され、1972 年に Hill

静脈から脱血して静脈送血する Veno-venous bypass

医師により成人重症呼吸不全患者に対して手術室の外（静脈 ‒ 静脈：V-V）ECMO、静脈から脱血して動脈での長期体外循環法を行った症例について最初の報告に送血する Veno-arterial bypass（静脈 ‒ 動脈：V-A）がされた。その後、1976 年には Bartlett 医師によるECMO の 2 種類に分類される。国内では ECMO は新生児の呼吸不全に対しての体外式膜型人工肺（ex-VV ECMO のことを指す場合が多く、また ECPR にtracorporeal membrane oxygenation：ECMO）治療用いられる経皮的心肺補助（percutaneous cardiopul-の成功例が報告された。2009 年にはインフルエンザ

monary support：PCPS） は 国 際 的 に は VA ECMOH1N1 の世界的なパンデミックと重なって、罹患したと同じ方法であるが、国内では PCPS の名称が一般的

成人に対してより多くの ECMO 治療が行われ、有望なである。

結果として報告された。また CESAR トライアルにて呼吸 ECMO（respiratory ECMO）の有用性が示され、成人の ECMO 治療への関心が高まることとなった 2）。

Ⅱ．ECMO における送血・脱血カニューレの挿入部位

これらの ECMO 治療の成績向上はデバイスの進歩

カニューレ挿入部位は、VA ECMO の場合には脱によりもたらされたものであり、長期の管理に及ぶ

血は大腿静脈経由で下大静脈または右房付近、送血はECMO ではこれらのデバイスの選択が非常に重要に大腿動脈に挿入される。VV ECMO の場合には、脱なってくる。ここでは ECMO の分類、デバイス、ECMO

血は大腿静脈経由で下大静脈または右房付近、送血はのトラブルについて述べる。

右内頸静脈経由で上大静脈に挿入する方法と、送脱血

Ⅰ．ECMO の分類
ECMO はその導入目的により分類され、呼吸不全
1）藤田保健衛生大学病院 ME 管理室
2）藤田保健衛生大学 医学部 麻酔・侵襲制御医学講座

20

May 30, 2015

が逆の脱血は右内頸静脈、送血は大腿静脈に挿入する方法がある。前者の方法は比較的リサキュレーションが少ないというメリットがあるが、血管内容量が不十分で下大静脈が虚脱した状態では脱血不良を来たしやすいというデメリットもある。また後者の場合、脱血人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.32 No.1

カニューレの先端が右房になるため、脱血が安定するてカニューレの長さが最も短く、内腔が最も大きいもというメリットがあるが、リサキュレーションが比較のを右房に留置することで効率の良い体外循環を行う的多いというデメリットがある 。

ことができる。長期管理 ECMO に必要なカニューレの3）

条件として、内径の太さ、高い流量特性、低い圧力損

Ⅲ．ECMO におけるデバイス失、乱流が少ないこと、フレキシビリティ、キンクし1．カニューレにくいこと、生体適合性、操作性などが挙げられる。特体外循環回路の流量は脱血カニューレのサイズによに脱血管の選択は安定した血流量を維持するためにとり制限される。血液の抵抗はカニューレの長さに比例ても重要で、各メーカーから、サイドホールの位置や数し、カニューレの半径の 4 乗に反比例する。結果としに工夫がされたカニューレが出されている（図 1・表 1）。

□ 高い流量特性《フレキシビリティ》《サイドホールの違い（脱血管）》□ 低い圧力損失□ 低乱流□ フレキシビリティ□ キンク抵抗性□ 生体適合性□ 挿入時の操作性《流量特性（Bio-Medicus）》

Bio-Medicus（Medtronic）

図1
表1
CAPIOX®
（TERUMO）

サイズ（Fr）

NSH ヘパリン化
カニューレ
（東洋紡）

CAPIOX（TERUMO）

ECMO に用いられるカニューレ

ECMO に用いられるカニューレの比較
Bio-Medicus®
（Medtronic）

NSH ヘパリン化カニューレ（東洋紡）

フェモラルカニューレ（Edwards）

送血脱血

送血

脱血

送血脱血送血（FEM Ⅱ）

脱血（FEMⅡ/VFEM）

13.5～16.5

18～21

15～2115～2914～20

18～248～208～28

有効長（cm）

15501850

1552

11.5（～14Fr）
6.5（～14Fr）
oror
55（18～22Fr）
15（16Fr～）or
65（22Fr～）

コネクタ（inch）

3/8
or
ロック式

3/8
or
ロック式

3/8

3/8（～23Fr）or
1/2（23Fr～）

3/8

3/8

1/4（～14Fr）or
3/8（16Fr～）

コーティング

高分子ポリマー（X）

ヘパリン共有結合（Cameda）

ヘパリンイオン結合3/8

ヘパリンイオン結合

May 30, 201521

Toyosaki M, et al

2．遠心ポンプ

液は、毎分数千回転にも及ぶ速度で回転する回転子に1）遠心ポンプの原理つられて回転する。回転した血液には外側に向かう遠遠心ポンプは図 2 に示すように、血液がポンプヘ心力が発生する。ポンプヘッドの外周には接線方向にッドの中央部の流入ポートから流入する。流入した血流出ポートがあり、ここから血液を吐出する 4）。
2）遠心ポンプの種類

遠心ポンプは血液に遠心力を与える回転体の構造に血液の吐出より、羽根型といわれるオープンインペラー型、直線流路型といわれるクローズドインペラー型、コーン型の 3 種類に分けられる（図 3）。一般的にはインペラー型は羽を回転させて渦流を作る形式のため、より少ない回転数での拍出が可能である。一方、コーン型は血液の流入羽がないので溶血は少ないが、高回転での駆動が必要となる。ECMO に用いられる遠心ポンプの種類と特徴を表 2 に示す。

図2

遠心ポンプの原理

open impeller型（羽根型）

closed impeller型（直線流路型）

図3
表2
Medtroniccone型（コーン型）

遠心ポンプの種類

ECMO に用いられる遠心ポンプ
JMS

SORIN

MERA

TERUMOMAQUET
Rota Flow
RF-32

BIO-PUMP

GYRO-PUMP

MixfloREVOLUTION

HCF-MP23HCAPIOXCX-P45

外径（mm）

100865877.5669085

充填量（mL）

80402057254625

最大血流量（L/min）

1010787710構造

コーン型

開放開放（1 点）

密閉開放（1 点）

ヘパリン
イオン結合

高分子
ポリマー
（X）

高分子ポリマー（ソフトライン）

羽根型

回転軸

密閉開放コーティング

ヘパリン
共有結合（Cameda）

無22

May 30, 2015

開放

直線流路型

ヘパリン
リン脂質
イオン結合
ポリマー
（COAFREE Ⅱ） （Ph.I.S.I.O）

人工呼吸

3．人工肺

Jpn J Respir Care Vol.32 No.1

行われる。膜の強度を保つためにはあまり薄くできないため、他の膜に比べるとガス透過性が劣る。

1）人工肺の構造②多孔質膜

人工肺の主流は、ガス透過可能な外径 200～300μm程度の中空糸膜を数千～数万本を束ねた中空糸束からポリプロピレンが用いられ、膜厚は 20～30μm 程度、成る膜型人工肺で、中空糸の外側を血液が灌流し、中孔径 0.03～0.07μm の多数の微小孔をもち、血液接触面空糸の内側をガスが流れる構造の外部灌流方式が採用において微小な血液とガス界面を形成することで酸素されている（図 4）。

加が行われる。

2）膜構造の分類③複合膜

ガス交換膜は、均質膜、多孔質膜、複合膜、非対称多孔質膜に薄くコーティングをしたり、孔を均質材膜の 4 種類に分けられる（図 5）5）。

料で埋めることでプラズマリークしにくくしている。

①均質膜

メラ NHP エクセラン NSH-R（泉工医科工業）に使用

シリコンラバー製の膜で、膜厚は 100μm 程度で血されている。

液と酸素は直接接触せず、膜の拡散によりガス交換がガス交換部

血液出口ポート

ガス入口ポート
Water

熱交換水出口ポート

熱交換部

血液入口ポート
熱交換水入口ポート
Blood INWater
資料提供：ニプロ

図4

均質膜
血液側膜

人工肺の構造

多孔質膜
ガス側

血液側膜

複合膜

ガス側

図5

血液側膜

非対称膜
ガス側

血液側膜

ガス側膜構造の分類

May 30, 201523

Toyosaki M, et al④非対称膜

リプロピレンに充填した複合膜の膜型人工肺メラ NHP

ポリメチルペンテン製の非対称膜で、多孔質膜のエクセランプライム（泉工医科工業）を組み合わせて欠点を補うため、血液相側の表面の孔が塞がれた構

6, 7）使用する構成が主流となっている（図 6）。

造に成形されている。BIOCUBE® 人工肺（ニプロ）、Ⅳ．ECMO 中の管理

CAPIOX®LX 人工肺（テルモ）に使用されている。
1．血流量
ECMO に用いられる人工肺の種類と特徴を表 3 に示す。

血流量は患者の酸素消費量と二酸化炭素生産量に対応できるように設定する。それに見合う血流量は VV

現在では長期耐久性に優れた遠心ポンプや人工肺がECMO の場合 60～80mL/kg/min 程度 8）である。また普及し、ROTAFLOW（マッケ・ジャパン）やレボ

適切な血流量を得るためには、血管アクセス部位やカリューションポンプ ®（ソーリン・グループ）などのニューレのサイズ、脱血チューブの抵抗を考慮し回路遠心ポンプに、抗血栓性に優れた PMP 膜のニプロ膜を構成しなければならない。ポンプの回転数を上昇さ型人工肺 BIOCUBE （ニプロ）やシリコーン薄膜をポせても血流量が増加しない場合の原因として、循環血®

表3ECMO に用いられる人工肺

メラ NHP エクセラン
プライム /NSH-R（MERA）CAPIOX® LX（TERUMO）

BIOCUBE®6000（NIPRO）

膜構造

複合膜

非対称膜

膜素材

ポリプロピレン＆シリコン

ポリメチルペンテン膜面積（m2）

2.3

2.5

1.3

充填量（mL）

225

250250

最大血流量（L/min）775（体外循環時：7）

コーティング

無 / ヘパリン共有結合（NSH）

高分子ポリマー（X）

ヘパリン共有結合（T-NCVC）

SOLAS

Endumo®

メラ NHP エクセラン
プライム

BIOCUBE®

資料提供：平和物産

図624

May 30, 2015

ECMO・PCPS に用いられる回路

資料提供：泉工医科工業

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.32 No.1

液量減少、回路屈曲、カニューレ位置異常などが考え併症の発生を抑えることができる。その他、連続血液られる。対策としては十分な容量負荷、回路の確認、ガス測定、脱血回路の静脈血酸素飽和度、送気圧などカニューレの位置調節を行う。

をモニタすることにより、異常をすぐ発見できるように監視する必要がある。

－O ）2．脱血側静脈血酸素飽和度（Sv2
生体の酸素需給バランスを知るためには、混合静脈

4．人工呼吸管理

血酸素飽和度による評価が有効である。VA ECMO

呼吸器の設定は「Lung rest setting」とし FIO2：0.4の場合、脱血される血液は混合静脈血であり、酸素飽以下、PEEP：5～15cmH2O、呼吸回数 10 回 / 分以下和度をインラインモニターで連続的に評価して、値がに設定する。VV ECMO の場合、通常、動脈血酸素70％以上であれば、とりあえず生体全体では適正な酸飽和度は 80％台であり、人工呼吸器設定を強化して素需給バランスが保たれていると考えられる。一方、自己肺を傷害してはならない。

リサキュレーションのある VV ECMO では、脱血ラインで混合静脈血の酸素飽和度を測定できない。リサ5．抗凝固療法

キュレーションの比率が増大すればするほど脱血の酸ECMO 中は回路内の血栓形成を防ぐために抗凝固療

素飽和度は上昇するが、生体への酸素供給は低下する。

法は必須である。ACT の目標値は 180～220 秒、APTTVV ECMO では、リサキュレーションの影響を受けの目標値は基準値の 1.5 から 2.5 倍に延長させる。へない他の静脈から採血して混合静脈血に代用し、酸素パリンは ATⅢを活性化することで抗凝固作用を発揮移動量を推測するしかない。

するため、ATⅢ濃度を正常範囲（＞70％）に維持する必要がある。

3．モニタリング
ECMO を実施するうえで生体情報モニタおよび装6．腎管理（体液管理）

置、回路などのモニタが重要である。生体情報モニタ

急性腎傷害を併発している場合には、利尿薬や持続では心電図、観血的血圧、非観血的血圧、CVP、呼的腎代替療法（continuous renal replacement therapy：吸数などのバイタルをモニタする。また ExtracorporealCRRT）を使用しながら体液管理を行う。ECMO 施

Life Support Organization（ELSO）のガイドライン

行時には、原疾患に伴う高サイトカイン血症のみならに準拠し、血液流量、脱血圧、人工肺前圧、人工肺後ず、回路そのものがサイトカイン産生を刺激する可能圧の回路の圧力をモニタすることで、流量に変化があ性を考慮したメディエータ吸着特性の高い膜を用いたった場合に原因を予測することができる（表 4）。適CRRT も行われている 9）。

正な回路内圧を保つことで血漿リークや溶血などの合
表4
流量

送血圧

流量変化と回路内圧

人工肺
脱血圧 送気圧入口圧➡

⬇

⬇ ⬆ ⬆ ⬆ ➡
⬇
⬆ ⬆
⬇ ⬇ ⬇ ⬇ ➡
⬆ ⬇ ⬇
➡
➡ ➡ ➡ ➡ ⬆
➡ ➡ ➡ ➡ ⬇

原因
送血不良（屈曲、カニューレサイズ・位置・血栓、血圧上昇）
人工肺の凝血脱血不良（屈曲、カニューレサイズ・位置・血栓、循環血液量減少）➡

送血側からのリーク（回路亀裂・外れ、カテーテル抜去）
血漿リーク、wetlung、ガスライン屈曲
送気停止、ガスライン外れ・屈曲

May 30, 201525

Toyosaki M, et al

Ⅴ．ECMO に関するトラブル
1．ポンプ停止
補助循環中のトラブルの中でも「突然のポンプの停止」は生命予後に直結するため短時間での対応が必要である。予備回路や装置、手回しハンドルはすぐ使用できるように準備しておく必要がある。ポンプ停止の主な原因として、ドライブモーターの故障、駆動装置の故障、AC 電源の喪失、バッテリーの劣化、遠心ポンプの凝血などがある。
2．空気誤送図7

遠心ポンプヘッドの血栓補助循環回路は閉鎖回路であるため脱血回路に強い陰圧が発生している。脱血回路に設けている側枝回路軸部分では摩擦熱が発生し、血液が熱変性を起こし凝の三方活栓を、採血や CRRT、急速補液などに利用す血することがある（図 7）。

る際に操作を誤ると、空気が瞬時に引き込まれ、空気誤送血を招く。また、大量の空気が遠心ポンプに引き

5．脱血不良・溶血込まれた場合、遠心ポンプは空回りとなり、ポンプ失脱血不良は、ボリューム不足による脱血カニューレ調、血流停止となる。そのため、ガス塞栓症と循環停の先当たり、回路の折れ曲がり、脱血カニューレの位止が同時に発生し、瞬時に患者の生命が危ぶまれる事置などが原因であることが多く、ほとんどの場合、輸態に陥ってしまうため、補助循環では閉鎖回路を維持血や輸液によって改善する。脱血不良が発生した場合、することが安全に施行するための鉄則となる 10）。

むやみに遠心ポンプの回転数を上げると脱血回路内の陰圧が強くなり、血液流量が得られなくなるばかりか3．血漿リークとウェットラング溶血が発生する。また、回路内で血液が停滞すること多孔質膜である人工肺を長時間使用していると、人で凝血を招く可能性もある。遠心ポンプにカリカリ音

工肺のガス排気ポートから血漿が漏れ出す。このようや金属を引っ掻いたような音が出始めた場合は軸部分な血漿リークは、ガス交換膜のガス相を詰まらせガスの凝血が考えられ、これも溶血の原因となる。

交換能を低下させる。また、血液の水分が人工肺のガス相で結露するウェットラングは、補助循環用の長期Ⅵ．お わ り に型人工肺においても起こる。結露水によってガス相がECMO などの体外循環を用いた治療は非常に専門

塞がれるとガス交換能が落ちる場合があるため、定期性の高い治療法である。それゆえ対応できる施設も少的にガスのフラッシュが必要である。この結露水対策

な く、 症 例 数 も さ ほ ど 多 い わ け で も な い。 ま た、として、送気ガス流量を常時高く設定する方法や人工ECMO に対する安全対策についてもまだ確立されて肺のガス排出口に向けて温風を送気する方法などがあいるとはいえず、各施設それぞれ独自の基準により対る 11）。

応している状況である。
欧米ではすでに ECMO 治療成績の向上と効率化の4．回路内血栓ためセンター化されている。現在、日本でもセンター血液が体内より補助循環回路へ導かれると、異物接化に向けて、厚生労働省の指導のもと、日本呼吸療法

触などによって血液凝固が生じる。血液凝固が発生し医学会と日本集中治療医学会が主導して、2012 年にやすい場所としては、人工肺の血液停滞部、三方活栓ECMO プロジェクトを発足し活動している。これまで付側枝回路などがある。低流量補助の場合、血液の停に 4 回、この ECMO プロジェクトによる ECMO シミュ滞が多くなり凝血しやすくなる。また、遠心ポンプのレーションラボが開催されており、ECMO 治療にお26

May 30, 2015人工呼吸

けるレベルの向上が図られている。ECMO 治療は臨床工学技士にとって循環、呼吸、代謝にかかわる機器を取り扱う非常に重要な業務であり、チーム医療をもとに専門知識や技術を活かし、治療の支援に努めることが重要であると考える。
本稿の全ての著者には規定された COI はない。
参考文献
1） John H, Gibbon JH Jr.：Artificial maintenance of circulation
during experimental occlusion of pulmonary artery. Archsurg. 1937；34：1105.
2） Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R, et al：Efficacy andeconomic assessment of conventionalventilator support
versus extracorporeal membrane oxygenation for severe
adult respiratory failure（CESER）：a multicenter randomized controlled trial. Lancet. 2009；372：1351-63.

Jpn J Respir Care Vol.32 No.1

4） 百瀬直樹：デバイスの原理とその進化．INTENSIVIST．
2013；5：285-92.
5） 川村慎一：人工肺．人工臓器．2013；42：188-90.
6） 市場晋吾，清水直樹，竹田晋浩：重症呼吸不全に対する
extracorporeal membrane oxygenation（ECMO）．日本集中治療医学会雑誌．2014；21：313-21.
7） 伊 藤 英 史， 安 野

誠：ECMO に 必 要 な デ バ イ ス． 呼 吸ECMO マニュアル．氏家良人，市場晋吾，竹田晋浩編．
東京，克誠堂出版，2014，pp31-47.
8） Toomasian JM：回路．Extracorporeal Cardiopulmonary
Support in Critical Care. 4th Edition． 日 本 語 版．2015；87-108.
9） 新美太祐，山下千鶴，西田修：ECMO 患者と血液浄化．

救急・集中治療．2014；26：1466-71.
10） 安野 誠：機器トラブルとその対応．INTENSIVIST．2013；
5：293-303.
11） 安野誠：PCPS で注意すべきトラブル・合併症・観察．

呼吸器・循環器達人ナース．2014；35（4）：65-74.

3） Pranikoff T, Hines MH：ECLS の血管アクセス．Extracorporeal Cardiopulmonary Support in Critical Care. 4th Edition.
日本語版．2015；109-22.

May 30, 201527