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ローラーポンプおよび人工肺が血小板におよぼす影響

古垣, 達也 筑波大学 DOI:10.15068/0002002109

2021.12.02

概要

1.⼈⼯⼼肺装置の歴史と構成
⼈⼯⼼肺装置を⽤いた⼼臓外科⼿術の歴史は⽐較的浅く、1953 年５⽉にアメリカ⼈医師の John Gibbon Jr.が、⾃ら開発した⼈⼯⼼肺装置を⽤いて 18 歳⼥性の⼼房中隔⽋損閉鎖術に成功したのが始まりである [1]。本邦では、1956 年に Fallot 四徴症に対する⼈
⼯⼼肺装置を⽤いた⼿術が⼤阪⼤学において初めて⾏われた [2]。その後、⼈⼯⼼肺装置には種々の改良が加えられ、⼼臓外科⼿術すなわち開⼼術の成績向上に⼤いに貢献しながら現在に⾄っている [3]。

開⼼術の補助⼿段として使⽤される⼈⼯⼼肺装置には、⼼臓に代わる⾎液ポンプとしての全⾝への送⾎の役割や、静脈リザーバーを⽤いた循環⾎液量の調節、⼈⼯肺による⾎液ガス交換、⼼腔内および術野からの⾎液の回収、⾎液のろ過・濃縮、電解質補正、⼼筋保護液の冠動脈への灌流など多くの繊細な機能が求められる。

これらの機能を果たすため、⼈⼯⼼肺装置には送⾎⽤ポンプ、⼼腔内吸引・術野吸引⽤ポンプ、⼼筋保護液注⼊⽤ポンプなど複数のポンプが搭載されている。また安全に体外循環を⾏うために多くの計器や安全装置が装備されている。⼈⼯⼼肺回路内の圧⼒を⼈⼯肺の前後で測定するための圧⼒計、送⾎・脱⾎・⼼筋保護液の温度を測定するための温度 計、体外循環時間、⼤動脈遮断時間や⼼筋保護液注⼊間隔を計測するためのタイマーは、計測機器として⽋かせない。静脈リザーバーの液⾯を監視するレベルセンサーは、貯留⾎液が監視レベル以下になるとアラーム⾳を発し、空気を動脈系に誤送しないように送⾎ポンプを⾃動停⽌させる機能と連動して安全に寄与している。また⾎液の酸素飽和度やヘマトクリットを連続的にモニターし、ガス交換のレベルや⾎液希釈の程度を監視する装置の搭載も今や⼀般的である。

実際の⼿術では、静脈リザーバー、⾎液ポンプ、⼈⼯肺などを塩化ビニル製チューブで連結させたディスポーザブルの⼈⼯⼼肺回路を使⽤する。上⼤静脈と下⼤静脈に挿⼊された脱⾎管を介して⾎液を静脈リザーバーに導き、⾎液ポンプで⾎液を駆出し、⼈⼯肺で⾎液の温度調節とガス交換を⾏ったのちに上⾏⼤動脈に挿⼊された送⾎管から全⾝灌流を⾏う（図 1）。

１）⾎液ポンプ
⾎液ポンプは⼼室の代わりとして⾎液を駆出する役割を担っている。⼼臓⼿術の際に使⽤される⼀般的な⾎液ポンプには、ローラーポンプと遠⼼ポンプの２種類がある。

ローラーポンプは、２つの回転するローラーが塩化ビニル製チューブ内の⾎液を押し出すように働いて⾎液を駆出する。ローラーがチューブを完全に塞ぐことによって回路内に陽圧と陰圧とを同時に発⽣させ、この陰圧を利⽤して吸引⽤ポンプとしても⽤いられる。⻑所としては、構造が単純で安価であること、拍出量はチューブ径、ローラーに接するチューブの⻑さとローラーの回転数に規定され後負荷（体⾎管抵抗）や⾎圧の影響を受けにくいことである。ただし、正確な圧閉度調整が必要であり、これが強すぎると⾚⾎球破砕による溶⾎を起こし、弱すぎると空回りとなって設定どおりの駆出が得られない。

遠⼼ポンプもローラーポンプと同様に開⼼術で広く⽤いられ、近年では集中治療室での補助循環（いわゆる ECMO: extracorporeal membrane oxygenation）に頻⽤されている。ポンプ中⼼部にある円錐形のプロペラが⾼速回転することで⾎液に遠⼼⼒が与えら
れ、これによりポンプ⼊⼝部と出⼝部の間に圧⼒勾配が⽣じて⾎液が駆出される。ハウジングとプロペラの接触がないため耐久性に優れ、圧閉度調整を必要としないため溶⾎を⽣じることが少ない。ただし、プロペラの回転数が⼀定であっても駆出量は後負荷に依存するため、流量計を⽤いてポンプが実際に拍出している⾎流量を常時監視する必要がある。

２）⼈⼯肺
黎明期の回転ディスク型、スクリーン型、気泡型などの⼈⼯肺では、⾎液と空気とを直接接触させることで⾎液中のガス交換を⾏っていたが、溶⾎や空気塞栓などの致命的な問題が多く発⽣した。近年の体外循環においては、⾎液と空気とが中空⽷を隔ててガス交換を⾏う⽅式の膜型⼈⼯肺が主流である。膜型⼈⼯肺はガス交換部と熱交換部から構成さ れ、⾎液中の炭酸ガスを除去して酸素を付加するガス交換機能と、⾎液温度調節機能とを併せ持つ。ガス交換部にはポリプロピレン製の多孔質中空⽷膜が主に⽤いられ、多孔質中空⽷の内側に酸素を含んだ医療ガスが、外側に⾎液が流れ、拡散の原理によって酸素と⼆酸化炭素がこの間を移動する。熱交換部ではステンレス製の熱交換器の内側に温度設定された液体が流れ、外側に⾎液が流れることで⾎液温度を調節する。

３）静脈リザーバー
静脈リザーバーは患者から脱⾎した静脈⾎を⼀時的に貯⾎するためのものである。何層にも重ねられたフィルターが備えられており、ここを⾎液が通過することにより気泡、⾎栓や異物が捕捉される。

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