特集
補助循環の最近の進歩

重症呼吸不全に対する ECMO
日本医科大学付属病院外科系集中治療科

市場晋吾

ICHIBA, Shingo

概要

ECMO は，通常の人工呼吸管理ではガス交換の保てない重症呼吸不全に対して，レスキュー目的で導入されている．適応基準と除外基準，デバイス選択，患者管理方法，ECMO プログラムは，Extracorporeal Life Support Organization（ELSO）のガイドラインに示されている．デバイスの進歩とチームでの取り組みは，ECMO 治療の成功において最も重要な因子である．常に緊急時に対応できるように，チームで定期的なトレーニングを行うべきである．さらに地域あるいは国全体として，重症呼吸不全治療の救命率を上げるためには，ECMO センターを中心とした地域の呼吸不全治療ネットワーク構築による集約化が必要である．

ARDS 人工呼吸器関連肺損傷（VILI） ECMO 急性呼吸不全

1
諸言

ECMO は，重症呼吸・循環不全に対して長期間，通常は数日から週の単位で持続的な呼吸・循環補助を，膜型人工肺を組み込んだ体外循環装置で行う方法である．ECMO の目的は，傷害肺を休ませ，その間に基礎疾患を治療し，急性肺傷害から回復させるための時間稼ぎをし，かつ，人工呼吸器関連肺損傷（VILI）を最小限にすることである．

ACT：activated clotting time
APTT：activated partial thromboplastin time
ARDS：acute respiratory distress syndrome
ECMO：extracorporeal membrane oxygenation
FFP：fresh frozen plasma
IVR：interventional radiology
PCV：pressure controlled ventilation
PEEP：positive endexpiratory pressure
PIP：peak inspiratory pressure
PMP：poly‑methyl‑pentene
VILI：ventilator‑induced lung injuries

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達成できない場合．

2
成人重症呼吸不全に対する ECMO の適応

導入の適応は，死亡の危険性が非常に高く，病態的に可逆性と考えられる急性期の状態で，3．重度の air leak syndrome．
＊ MLIS：Murray Lung Injury Score 3）

2 ‑ 2 除外基準

予測致死率 80％以上と考えられる患者である．

ECMO の絶対的除外基準はなく，個々の患ECMO が適切に行える施設は限られているの者において，リスクとベネフィットの観点からで，重症呼吸不全患者の ECMO 施行可能な施客観的に評価する．しかし，ECMO を行って設への搬送は，患者が従来の至適治療に反応せも予後の改善が乏しいと想定される病態は，相ず，さらに重症化して致死的な状態に移行する対的な除外基準となる．と判断される場合に考慮すべきである．
きわめて不安定な患者については，ECMOを導入して安定させてから搬送すること（モバイル ECMO 搬送）を考慮する．モバイル ECMO搬送ができない場合には，患者の病状経過のできるだけ早期のうちに搬送しておくべきである．
以 下 に， Extracorporeal Life Support Or-ganization（ELSO）のガイドラインの適応基準を示す（文献 1 より改変）．Brodie らが示した適応基準もこれに準じたものである 2）．

1．人 工 呼 吸 器 が 高 い 設 定（FIO2＞90 ％，Pplat＞30 cmH2O）で 7 日間以上行われている場合．

2．薬剤による重度の免疫不全状態（好中球数＜400 /mL）．

3．最近発症した，あるいは増悪傾向にある頭蓋内出血．

2 ‑ 3 特殊な患者に関する基準
1．除外基準となるような年齢制限はない

2 ‑ 1 適応基準

が，高齢になればなるほど，合併症のリスクは増える．

1．低酸素性呼吸不全では，原因にかかわ2．体重 125 kg 以上は，カニュレーショらず，予測死亡率 50 ％以上で ECMO

ン時の技術的な問題や，患者の体格に導入を考慮し，80％以上ではその時点応じた十分なポンプ血流量を得られなで適応と考える．

いなどのリスクがある．

a．FIO2＞90 ％ に て， PaO2 /FIO2＜150とに導入の適応を判断する（たとえば，測死亡率は 50％．

糖尿病，腎移植，網膜症，pulmonary

b．FIO2 ＞90％にて，PaO2 / FIO2 ＜80あるいは MLIS 3〜4 であれば， 予
測死亡率は 80％．

2．気 管 支 喘 息 重 積 や permissive hypercapnia に よ る 高 二 酸 化 炭 素 血 症 で，
PaCO2＞80 mmHg あるいは肺保護に基づく安全な吸気圧（Pplat≦30 cmH2O）を

722

3．致命的でない合併症は，個々の患者ごあるいは MLIS 2〜3 であれば，予＊

veno‑occlusive disease に重症肺炎を合併した場合など）．

4．肺 移 植 へ の ブ リ ッ ジ： 本 邦 に お い ては，2012 年末までに肺移植を受けた

157 名および心肺同時移植 1 名の，登録日から移植日までの平均待機期間
は，938. 1 日（約 2 年 7 カ月）であった．

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欧米では，ECMO を導入すると待機リストにおける優先順位が上がるので， 数カ月以内に肺移植が可能になる．本邦では，現時点では ECMO 導入症例の待機優先順位に関して検討段階のため，現実的ではない．
米国の統計によると，年間 150, 000 人の患者が呼吸不全に罹患し，1/3 は不可逆性の呼吸障害にて死亡した．1000
例が肺移植の待機リストに登録されており，待機中に 25 ％が死亡している．
ブリッジ目的の携帯式人工肺である

MC3 Biolung®（MC3, Inc.）は，現在開発段階であり，移植へのブリッジとして，あるいは，destination therapy と4）して使うことが想定される ．

チとしての 2 種類の基本方式がある．veno‑arterial（VA）お よ び veno‑venous（VV）で ある．表 1 および図 1 に，VA と VV のおもな違いを示す．

VA は，大腿静脈あるいは内頸静脈に挿入したカニューレにより，直接右房から脱血する．
血液はポンプの駆動力で膜型人工肺を灌流し，そこで酸素が付加されて二酸化炭素が除去される．動脈化された血液は，通常，大腿動脈などの末梢動脈に挿入されたカニューレを介して体動脈系に流れていく．

VV は，大腿静脈あるいは右内頸静脈に挿入したカニューレ経由で，大静脈から脱血する．
血液は，VA と同様にポンプの駆動力で膜型人工肺を灌流するが，この場合は，大腿静脈あるいは右内頸静脈に挿入したカニューレを介して，再び静脈系に戻る．
重症呼吸不全に対する ECMO は，VV が基3ECMO の方法本である．VV の基本方式は，内頸静脈経由右房脱血→大腿静脈送血と，大腿静脈経由下大静脈脱血→内頸静脈送血，大腿静脈経由下大静脈脱血→大腿静脈経由下大静脈送血の場合の 3 通

3 ‑ 1 概要

りに加えて，1 本のダブルルーメンカニューレ（ Avalon Elite Bi‑Caval Dual Lumen Cannu-ECMO シ ス テ ム は， 一 時 的 に 機 能 不 全 とla, 27〜31 Fr, Maquet）5）を右内頸静脈に挿入なった心・肺を代行するようにデザインされた

して送脱血を行うことも可能となり，ECMO医療機器である．心臓の手術中にきわめて短時サポート下にリハビリテーションも可能になっ間使用する人工心肺装置とは，目的も形態も異た．ただし，本カニューレはまだ日本に導入さなる．集中治療室で 10〜14 日間，肺傷害患者れていない．の肺機能を完全に代行するために，高流量でのこれに対して VA は，呼吸と循環の両方を補

耐 久 性 に 優 れ， 高 い 生 体 適 合 性 を 有 す る助する．年齢や患者の状態に応じて，さまざまECMO システムが必要である．ECMO におな血管アクセスの選択が可能で，成人では，大けるデバイスの構成は，①ポンプ，②膜型人工腿静脈と大腿動脈へのカニュレーションが望ま肺，③回路と患者自身の循環を結ぶバスキュしい．ただ，VA には VV に比べて多くの合併ラーアクセスである．

症が潜在しており，動脈へのカニュレーションには，動脈の損傷，出血，末梢の虚血の合併症

3 ‑ 2 基本方式
ECMO を行うに当たり，解剖学的アプロー（下肢やその他の臓器の動脈虚血）が伴う．VA
では，酸素化された血液が大動脈を逆行性に流れていくが，もし流量が不十分であれば，大動VOL.27 NO.9 2016723

表 1 VA と VV の違い
veno-arterial（VA）

veno-venous（VV）

脱血：内頸静脈，大腿静脈，右房送血：総 頸 動 脈， 腋 窩 動 脈， 大 腿 動

カニュレーション

内頸静脈，大腿静脈，伏在静脈，右房脈，大動脈PaO260〜150 mmHg（採血部位による）45〜80 mmHg

SaO285〜100％（右上肢）75〜85％−

酸素化の指標SvO2 , SinO2−
PaO2, SjO2, DMOO2, Sv
O2 の経時的変化

心臓への影響前負荷↓，後負荷↑，脈波↓，冠動脈への酸素化↓，cardiac stun・冠動脈の酸素化↑・肺動脈血管抵抗↓に伴う右心負荷軽減の可能性

酸素運搬能高い

中等度

循環補助

部分的〜完全補助

冠動脈の酸素化↑による心拍出量の増加の可能性

肺循環への影響中等度〜著明に負荷を軽減

酸素化↑に伴う二次的な改善効果が期待

再灌流（recirculation）

なし

酸素運搬能に影響あり

二酸化炭素除去能

膜面積と吹送ガス流量に依存

膜面積と吹送ガス流量に依存

DMOO2：人工肺酸素付加量，SinO2：人工肺流入部酸素飽和度，SjO2：頸静脈酸素飽和度a）VV ECMOb）VA ECMO
計算
酸素付加量
酸素消費量
二酸化炭素除去量

肺機能なし
送血遠心ポンプ

CO 2 排出人工肺肺静脈
肺動脈 大動脈右房 左房右室

O 2 付加体循環生体静脈血還流量

全静脈血還流量（全静脈血還流量＝生体静脈血還流量＋体外循環脱血量）

肺静脈
肺動脈 大動脈右房 左房

CO 2 排出人工肺左室脱血ECMO 流量

人工呼吸器
F IO 2Pplat/PEEP

モニタ
流量
圧
酸素飽和度
ACT
（活性化凝固時間）

遠心ポンプ

右室左室

O 2 付加

ヘパリン

モニタ
圧
換気量
酸素消費量
二酸化炭素排出量計算
酸素運搬量
コンプライアンス体・肺血管抵抗
モニタ
血圧
肺動脈圧
心拍出量
混合静脈血酸素飽和度
動脈血酸素飽和度
ヘモグロビン

図 1 ECMO の基本方式

脈起始部に届かないので，脳などの重要臓器へ式で行うことも可能である 6）の 酸 素 化 が 不 十 分 に な り（ blue head syn-drome），また，血栓塞栓や空気塞栓が体循環系 に 発 生 す るリスクが ある．blue head syn-3 ‑ 3 デバイス

drome を回避するために，veno‑arterial‑ve-

本邦で現在効果的な ECMO システムは，長nous（VAV）という，VA と VV を合わせた方期耐久性能を有する小型の遠心ポンプと，抵抗724

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4ECMO の管理
ECMO の目的は酸素運搬量（DO2）を維持し，結果的に臓器の組織呼吸を維持することである．DO2 は以下の式で計算される．

DO［2 mL/min］＝{SaO［％］）g/L］/100}×ヘモグロビン（Hb［2×1. 36 mL/g×血流量［L/min］

1. 36 は酸素化 Hb 1 g 当たりに含まれる酸素の量で，溶存酸素量はごくわずかであるため省略する．安静時の酸素消費量（VO2）は，新生児で 5〜8 mL/kg/min， 小 児 4〜6 mL/kg/min，成人では 3〜4 mL/kg/min と推定されている．

図 2 CARDIOHELP System を用いた VV ECMO
（日本医科大学付属病院外科系集中治療科）

DO2 と VO2 の関係は， 正常安静時では DO2は VO2 の 4〜5 倍であり，DO2 が VO2 の 2 倍以下になると嫌気性代謝になるといわれており，臓器維持のためには DO2/VO2 が 2 以上での低いポリメチルペンテン（PMP）膜型人工肺の組み合わせである．遠心ポンプは，ロータフ
ロー（Maquet），膜型人工肺は，バイオキュー
ブ 〔ニプロ（株）〕，メラ NHP エクセランプラ®

イム〔泉工医科工業（株）〕などがおもに使用されている．CARDIOHELP System（Maquet）
は，ポンプと人工肺が一体型のコンパクトなECMO システムであり，搬送だけでなく長期あることが重要である．

ECMO の人工肺による酸素付加量は以下のように計算される．
（{ SPOSTO2−SPREO2）/100}×1. 36 mL/g
×Hb［g/L］×ECMO 流量［L/min］

ここで，SPOSTO2：送血側血液酸素飽和度，SPREO2：脱血側血液酸素飽和度．

耐久性に優れている（図 2）．患者の生命は，人自己肺の機能がなく，ガスの交換が ECMO

工呼吸器などと同様に ECMO システムに依存のみで行われていると考えた場合，上記の式でしているので，機械的なトラブルは致命的とな求められた値が酸素供給量になるので，VO2る．回路の脱血側，人工肺前後，および酸素の 2 倍 以 上あれば 臓 器 の 維 持は 可 能になる．

チューブの内圧をモニタリングすることによ

ECMO 中，酸素のモニタリングをする際，SaO2り，システムの異常を早期発見できるようには 80〜95 ％程度を指標とする．右心系の静脈し，また，チームでシミュレーショントレーニ血すべてを脱血して酸素化することはできない

ングを定期的に行い，トラブルに対処できるよので，それ以上の酸素化を求めることは困難でうにするべきである．

ある．また，VV ECMO で酸素化された血液は右房に戻り，下大静脈と上大静脈から戻ってくる静脈血と混ざるため，リサーキュレーショ

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ン現象が避けられない．そこで SPREO2 の変化

レーションは超音波ガイド下で行うことが望まを読み取ることが重要になる．SPREO2 の目標

しいが，致死的な血管壁穿孔という合併症は常値は 70〜85％で，SPREO2 の値の低下は，自己に想定しておき，心臓血管外科のバックアップ

肺機能の低下，循環血液量の増加，VO2 の上が必要である．

昇，酸素供給量の不足などが考えられる．一

外科的介入の適応ではない出血は，ヘパリン方，SPREO2 の上昇は，自己肺機能の改善，循の投与を一時的に止めたり，血小板や FFP を環 血 液 量 の 低 下， VO2 の 低 下， リ サ ー キ ュ投与することで対処する．気管切開などの侵襲レーションの増加などが考えられる．モニタリ的な処置の際には，電気メスによる丁寧な止血ングだけで判断するのは難しく，患者の全身状操作を行う．胸腔内に出血し始めると大量血胸態，乳酸値，血液ガス分析など，得られたデーの原因になり，止血がきわめて困難になるのタを総合的に評価する．

で， 気 胸 や 大 量 胸 水 に 対 す る 胸 腔 ド レ ー ン

患者の治療については，適切な抗菌薬や抗ウチューブ挿入などの侵襲的な手技は，避けるこイルス薬の投与を含めた原疾患の治療を継続とが望ましい．どうしても必要な場合には，アし，栄養と輸液管理はできるだけドライウエイ

スピレーションキットや心嚢ドレーンなどを注トを維持するように設定しておく．

意深く挿入することで対処する．

機械的人工呼吸器の圧，一回換気量，呼吸回肺出血は ECMO 治療中の患者によく認めら数，FIO2 などの設定は，可及的に下げていく．

れる現象であり，気管支ファイバによる観察をlung rest の設定として，たとえば PCV モー行い，止血手段は前述と同じ方法を用いる．脳ド， FIO2 ＜40 ％， PIP 20 cmH2O， PEEP 10出血は，ECMO を中止せざるを得ない最も頻

cmH2O，換気回数 5〜10 /min，吸気時間 1. 0

度の高い原因の 1 つである．後腹膜出血も頻秒に設定する．

度が高く，IVR による止血が必要となる．溶血回路内の凝血を防ぐために，持続的な抗凝固は，遠心ポンプの劣化に関連することが多い．

療法が必須である．通常，未分化ヘパリンを約20 単位/kg/hr で持続投与し，ベッドサイドで抗凝固のモニタリングを行い，ACT をおおむ
ね 160〜200 秒の狭い範囲に，APTT を正常の6
エビデンスと将来への展望

1. 5〜2 倍（60〜80 秒）程度に調整する．出血傾向のある症例では，脱血回路における SPREO2

ECMO を用いて重症呼吸不全の治療を成功

連続モニタリングは，全身の酸素需給バランスさせるためには，ハイレベルな集中治療が要求をリアルタイムで評価するのに有用である（表される．世界中で ECMO 治療の経験は着実に1）．

重ねられており，近年の報告では救命率は 50〜70％と報告されている 1）, 7）．集中治療技術の進5
ECMO の合併症

歩，機械的人工呼吸療法の進歩，ECMO デバ
イスおよび管理技術の進歩，さらに，治療に当たるスタッフの教育や絶え間ないトレーニングなどが，全体の生存率の向上に貢献したと考え

ECMO の合併症は共通しており，死亡率上られる．

昇と関連性がある．最も頻度の高い合併症は出2009 年に CESAR trial の結果が報告された．

血 で あ る． VV・VA ECMO と も に， カ ニ ュ

ECMO 適応基準を満たした 180 例の成人急性726VOL.27 NO.9 2016

呼吸窮迫症候群（ARDS）の患者を無作為に振邦の成人重症呼吸不全 14 例の検討では，生存り分け，ECMO 群 90 例の患者は，その当時率が 35. 7 ％であり，欧米先進国のセンターと英国で唯一の成人の ECMO センターであった

比較して明らかに劣っていた 11）．適切なデバイ

グレンフィールド総合病院に搬送され，従来治スが使用されていなかったことや，合併症な療群 90 例の患者は，68 カ所の地域の 3 次センど，さまざまな問題点が浮き彫りになった．こターに搬送，あるいはそのまま継続して至適人

れ を 受 け て，（一 社）日 本 呼 吸 療 法 医 学 会 に工呼吸管理治療が行われた．

ECMO プロジェクトが立ち上がり，症例検討

エンドポイントは退院 6 カ月後の生存率であ会やコースなどの活動が開始された．重症呼吸り，その生存確率は，従来治療群 47％，ECMO不全の症例登録も 2012 年に始まり，治療成績群 63％（p＝0. 03）で，有意に ECMO 群が良好の向上が認められている．今後の課題として，

8）

で あ っ た ． 重 症 ARDS の 治 療 に お い て，より高性能なデバイスの開発や導入，ECMO

ECMO 治療の専門チームがある施設に患者をセンターを中心とした地域の呼吸不全治療ネッ転院搬送することが，従来型治療法をそのままトワーク構築による集約化が，治療成績を向上継続することに比べて高い生存率を得ることさせるために必要である．

を，初めて証明した．

Noah らは 9），当時の英国の 4 カ所の ECMOセンターを含めた基幹病院にて集中治療を受けた， 80 症 例 の H1N1 イ ン フ ル エ ン ザ 関 連

7
まとめARDS の症例を，ECMO センターに紹介して搬送された群と，ECMO 治療を受けずに基幹

ECMO は複雑な集中治療技術であり，適切病院にて従来の方法で治療を受けた群についな機器や設備，そして ECMO 治療に習熟したて，3 種類のマッチング法による後ろ向きコ専門医療チーム，緊急時の各科のバックアップホートの詳細な解析を行った．どの方法におい体制を有する施設で行うべきである．人工心肺ても，ECMO センターに紹介・搬送した患者装置により，24 時間，2〜3 週間以上にわたっの死亡率は，ECMO 治療を受けていない患者て，安全に重症患者の呼吸循環を維持管理できの死亡率のほぼ 1/2 であり（プロペンシティスる施設の能力が必要であり，長期体外循環に伴コアマッチング：24. 0％ vs 46. 7％），H1N1 イ

う機械的あるいは患者に発生する合併症に，迅ン フ ル エ ン ザ に よ る 重 症 呼 吸 不 全 症 例 を，速かつ的確に対応できるように，常に訓練が必

ECMO センターに搬送することの有効性を裏要である 7）．
新たなデザインの臨床治験 EOLIA 12）がパリ付けた．

ELSO レジストリーによると，2016 年の時を中心に行われ，現在発表待ちの段階である点で，成人重症呼吸不全に対する ECMO 症例が，科学の進歩によりエビデンスは常に変化すは累計 9102 例登録され，5254 例（58 ％）が生る．本邦でも，呼吸不全に対する ECMO を効存退院した10）．本邦では，これまで治療成績に果的に行うためには，集約化が重要な鍵となる．

ついて議論されたことはなかったが，第 39 回膜型人工肺研究会（2010 年，仙台）では，55 例が登録され，離脱率 64％，生存退院率 38％と■著者連絡先メールアドレス

ecmoshingo@gmail.comの報告があった． また，Takeda らの報告では，2009 年新型インフルエンザにおける，本VOL.27 NO.9 2016727

■文献
1）ELSO website
https：//www.elso.org/Home.aspx（2016 年 5 月 12 日現在）．
2）Brodie D, Bacchetta M：Extracorporeal membrane oxygenation for ARDS in adults, N Engl J Med 365（20）：1905‑1914, 20123）Murray JF, Matthay MA, Luce JM, et al：An expanded definition of the adult respiratory distress syndrome, Am
Rev Respir Dis 138（3）：720‑723, 1988
4）Akay B, Reoma JL, Camboni D, et al：In‑parallel artificial lung attachment at high flows in normal and pulmonary
hypertension models, Ann Thorac Surg 90（1）：259‑265, 20105）Javidfar J, Brodie D, Wang D, et al：Use of bicaval dual‑lumen catheter for adult venovenous extracorporeal membrane oxygenation, Ann Thorac Surg 91（6）：1763‑1768；discussion 1769, 20116）Biscotti M, Lee A, Basner RC, et al：Hybrid configurations via percutaneous access for extracorporeal membrane
oxygenation：a single‑center experience, ASAIO J 60（6）：635‑642, 20147）Annich G, Lynch W, MacLaren G, et al（, eds）：ECMO：Extracorporeal Cardiopulmonary Support in Critical Care（The Red Book ）, Fourth Edition, Extracorporeal Life Support Organization, 20128）Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R, et al：Efficacy and economic assessment of conventional ventilatory support
versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure（ CESAR ）：a multicentre randomised controlled trial, Lancet 374（9698）：1351‑1363, 20099）Noah MA, Peek GJ, Finney SJ, et al：Referral to an extracorporeal membrane oxygenation center and mortality
among patients with severe 2009 influenza A（H1N1）, JAMA 306（15）：1659‑1668, 2011
10）ELSO International registry report 2016
https：//www.elso.org/Portals/0/Files/PDF/International%20Summary%20January%202016%20FIRST%20PAGE.
pdf（2016 年 7 月 29 日現在）
11）Takeda S, Kotani T, Nakagawa S, et al：Extracorporeal membrane oxygenation for 2009 influenza A（ H1N1 ）severe respiratory failure in Japan. J Anesth 26（5）：650‑657, 201212）ECMO to Rescue Lung Injury in Severe ARDS（EOLIA）（Clinical Trials. gov Identifier：NCT01470703）.

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