人工肺医療装置 – Extracorporeal membrane oxygenation（ECMO）
COVID-19の局面は，死者を如何に少なくできるかに焦点が移ってきている．アメリカのトランプ大統領は，GMに対して国防生産法に従い，「人工呼吸器」の生産を命じたと(3/28)と報道された．
人工呼吸器の使用よりも，より重症な場合に使用される「人工肺医療装置」がある．2009年の新型インフルエンザでは，既に，人工肺医療装置であるECMOの重要性が認識されているが，今回のCOVID-19においても，ECMOについてTV報道されていた．
日本には、1,300台が保有されているとのこと。
ECMOは，例に漏れず日本製ではなく，欧米の数社が製造販売している．
以下，ECMOについて，原理，構造，製造メーカーについて調査した．
編集履歴
2020/03/29 はりきり(Mr)
2020/04/19 Xenios AGより図を拝借
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原理
- 鎖骨下中心静脈や太ももの付け根の静脈から静脈血をポンプで取り出し体外循環によって ，膜交換型のOxygenatorに送り，酸素と二酸化炭素を交換し，動脈に血液を戻す．
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構造
- 血液ポンプは遠心ポンプ
- 従来のボールベアリング型では， 回転軸部での発熱
- 溶血や血栓形成，血液変性
- 長期使用には向かなかった．
- 現在主流のポンプヘッド部の軸部を点で支える点支持軸受
- 過熱を抑制し長期可能
- 膜型人工肺
- 直径0.1 mm 程の中空糸膜によるガス交換膜
- この中空糸膜を数千本束ねた構造
- 接触面積は１～３m２
- 中空糸内部を酸素と空気の混合ガスが流れる
- 中空糸の外側を血液が環流する
- 血液相とガス相のガス分圧較差（圧力勾配）が生じることで，ガス交換が行われる
- 膜の素材及び構造
- 従来は多孔質ポリプロピレン製
- 疎水性と血液の表面張力により，血液の漏出を防ぐ
- 長期使用では徐々に膜の疎水性が損なわれ，血漿リークが問題となっていた。
- 近年では，ポリメチルペンテン素材
- 非対称構造多孔質膜
- 構造の安定化
- 長期使用可能
- 従来は多孔質ポリプロピレン製
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送血および脱血回路
- ヘパリンコーティング
- 血栓形成の抑制効果
- ECMOの臨床使用成績の向上に大きく貢献
- イオン結合法
- ヘパリンがマイナスに荷電
- 基剤表面を陽イオン化処理することでヘパリンを結合させる。
- コーティング層が厚く，徐々 にヘパリンが溶け出すことで強い抗血栓作用を発現
- 比較的低コストで処理が可能
- 結合力が弱く長期の抗血栓作用は期待できない。
- 共有結合法
- ヘパリン分子のカルボキシル基，水酸基，アミノ基 を利用して基材表面に付着させる
- 結合力が強い
- 長期に亘り抗血栓作用が維持
- 製造コス トは高い
- その他
- 圧モニタリング
- 脱血圧
- 人工肺前後圧
- 脱血側酸素飽和度
- フローメータ
- 温度センサー
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適応
- 急性重症 呼吸不全患者に対して，従来の人工呼吸管理では生命が維持できなく なった時点，または従来の人工呼吸管理を続けた場合に，自己肺に不 可逆的な障害をこうむるおそれがある時点で適応
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具体的な適応
- 重症呼吸不全 : respiratory ECMO，平均適応日数 10~14日
- 成人の場合 : PaO2/FiO2 ratio（PFR） ＜80
- 小児の場合 : oxygenation index（OI）＞40 (参考文献2-1)
- 重症心不全 : cardiac ECMO
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課題
- 多大な費用を消耗
- 多くのスタッフの労力を必要
- 日本における2009 年のH1N1 インフルエンザでは，ECMOの成績は，他の先進国と比べて劣っていた
- 専門スタッフの欠如
- 適切な機材の欠如
- 患者の集約化がなされていないこと
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酸素供給量の計算
- 酸素供給量＝ 動脈血酸素飽和度（SaO2） ×血中ヘモグロビン濃 度(Hb)（g/dl）×10×心拍出量（L/min）×1.36
- 例
- SaO2 :80%, 90%, 100%
- Hb :8g/dl, 10g/dl
ECMOプロジェクト
- 日本の ECMO 成績向上を目的として，2012 年よりが開始
- 症例登録
- 適切な ECMO 機材に関する情報提供
- 症例検討会やシミュレーションコースの開催
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ECMOサプライヤー
- Medtronic
- Maquet Holding
- Sorin Group
- Xenios AG
- ALung Technologies
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Xenios AG
以下の図は、Xenios AGサイトより。以上の説明より、以下の図は理解できると思います。
以上
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参考文献
参考文献1
特集 進化した呼吸管理 (2014) –
https://www.jrs.or.jp/quicklink/journal/nopass_pdf/ajrs/003060777j.pdf
参考文献2
Extracorporeal Life Support Organization（ELSO）
https://www.elso.org/
参考文献2-1
ELSO Guidelines
https://www.elso.org/Resources/Guidelines.aspx
参考文献3
体外式膜型人工肺（ECMO）の最近の進歩, 四国医誌 ７３巻５，６号 ２０７～２２０ DECEMBER２５，２０１７（平２９）
https://repo.lib.tokushima-u.ac.jp/files/public/11/112039/20180809152938466709/sam_73_5-6_207.pdf
Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) Systems Market 2019 to 2024 Growth Analysis by Manufacturers, Regions, Type and Application, Revenue, Market Size, Gross Margin Forecast Analysis
https://www.marketwatch.com/press-release/extracorporeal-membrane-oxygenation-ecmo-systems-market-2019-to-2024-growth-analysis-by-manufacturers-regions-type-and-application-revenue-market-size-gross-margin-forecast-analysis-2019-11-08
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