Case Presentation

28歳の以前健康だった女性が、心室細動による院外蘇生心停止後病院に運ばれてきました。 来院当日の夕方，自宅で意識不明のところを家族に発見された。 すぐに心肺蘇生術が開始された． 患者は救急隊員により現場で除細動され、自然循環が回復した。 ショック状態で病院に到着し，ノルエピネフリン20μg/min，バソプレシン0.04U/minで血圧88/71mmHgとなった． 目的運動はなく、救急部で治療的低体温療法が開始された。 代謝性アシドーシスとI型急性呼吸不全を併発し，潮量400cc，FiO2 1.0，呼気終末陽圧10cmH2O，呼吸数26回/分のボリュームサイクル補助/制御モードでPaO2 66mmHgとなった． 心電図は虚血や梗塞の徴候を示さなかった． しかし、冷却前にV1およびV2リードにI型ブルガダパターンが認められた。

その後、数時間にわたって、血管抑制剤の必要量は増加した。 Swan-Ganzカテーテルにより、重篤な心拍数の低下と肺動脈楔入圧の上昇が確認された。 最大限の人工呼吸器支持にもかかわらず、重篤な低酸素状態が続いた。 胸部X線は、重度の誤嚥性肺炎と一致するびまん性肺浸潤を両側から示した。 呼気終末陽圧の上昇と化学的麻痺にもかかわらずPaO2は49mmHgまで低下し、重症急性呼吸窮迫症候群のベルリン基準を満たした1。 経皮的血行動態支援の選択肢が検討され（体外膜酸素化または経皮的心室補助装置、例えばImpellaやTandemHeartなど）、患者は提示から6時間後に血行動態と呼吸器系救助の両方のために静脈-動脈ECMO（VA ECMO）に配置された。 初期の心肺バイパス装置とは大きく異なるが、ECMOは心肺バイパスから発展し、手術室の外で長時間の心肺補助を行う。 技術的な進歩と安全性の向上により、ECMOの用途は拡大し、心原性ショック患者における短期循環・呼吸補助の併用に関心が高まっている4。 このClinician Updateでは、ECMO技術の紹介、適応と禁忌の確認、支援の維持と離脱などの管理に関する議論、および潜在的な合併症の強調を行う。

ECMOの実施とモニタリングを成功させるには、この技術に関する専門知識を有する、よく訓練された集学的チームが必要であり、通常は心臓外科、心臓内科、血液透析、集中治療医学、麻酔科および呼吸ケアから専門家が参加している。 基本的なECMO回路は、血管カニューレ、ポンプ、外膜式酸素供給器、血液保温器から構成されている（図）。 回路は、2本の静脈カニューレ（静脈ECMO）、または静脈と動脈の両方のカニューレ（VA ECMO）で構成することができます。 VV ECMOでは、通常、血液は大静脈の流入側カニューレ（ポンプ／酸素供給器への流入側）を介して体外に排出され、右心房に近接した流出側カニューレを介して体内に戻されます。 VV ECMOは、患者固有の心拍出量（CO）と血行動態に依存した支援であるため、その適用は孤立性呼吸不全に限られる。 この方法は、H1N1インフルエンザAパンデミック時の呼吸不全の重症例で成功した5

VA ECMOでは、血液は大静脈の静脈流入カニューレから抽出され、流出カニューレを介して動脈系に戻されるため、心臓と肺をバイパスすることができる。 VA ECMOは生来のCOに依存しないため、心原性ショックの患者に使用される。 VA ECMOのカニューレは、中枢性と末梢性のいずれでも可能である。 中心静脈カニューレは右心房に、動脈カニューレは上行大動脈に留置される。 末梢カニューレは、大腿静脈または内頸静脈、大腿動脈または腋窩動脈を経由する。 大腿動脈カニュレーションを選択した場合、冠動脈および脳大血管への送達を保証するために、下行大動脈を逆行し上行大動脈に体外式酸素化血液を灌流するために動脈カニュレーションからの流量が必要である。 左室COがごくわずかであれば、必要な体外流量はわずかである。 しかし、本来の心機能が回復し、本来の心駆出量が増加すると、前向きの大動脈流は大腿カニューレからの逆行流と競合し、前向きの脱酸素血流（呼吸不全の患者）と逆向きの酸素化血流の混合領域が発生することになる。 この混合域を上行大動脈に確実にとどめるために必要な流量は、本来のCOが増加するにつれて増加する。 右上肢のパルス酸素飽和度または右橈骨動脈の動脈血ガス濃度をモニターすることにより、ECMOが十分な脳酸素化（必ずしも心臓酸素化ではない）を行っているかどうかを重症患者チームに報告することができる。 また、脳内酸素濃度のモニタリングも心強い。 大腿動脈カニューレ（サイズ16～21Fr）の必要性から、下肢遠位部虚血の可能性がある。 このリスクは、表在性大腿動脈に小型（6Fr）の前向性灌流カニューレを予防的に挿入し、一次動脈カニューレから遠位の脚を灌流することで軽減できる可能性がある

回路の体外コンポーネントには酸素供給器とフローポンプがある。 心肺バイパス用の酸素供給器としては、気泡式、膜式、中空糸式などが市販されているが、長期の支持に承認されているのはポリメチルペンテン中空糸式のもののみである。 CO2は勾配を媒介とするメカニズムにより容易に抽出される。 酸素の添加は、溶解度と拡散性の違いにより遅く、スイープガス中の酸素濃度に比例する。 酸素供給装置（スイープ）を通る全ガス流量は、CO2クリアランスのために調整され、空気/酸素ブレンダーは、1.0から始まる望ましいFiO2を達成するために使用されます。 L/minで測定され、掃気は一般に回路を通る血流に一致するように開始され、その後動脈血ガスに基づいて滴定される。 回路を通る血流は、拘束渦巻き遠心ポンプ（最も一般的）または単純なローラーポンプのいずれかである外部ポンプによって駆動される。 これらのポンプは最大8～10L/minの流量を発生させることができるが、一般に静脈前負荷とカニューレサイズによって制限される。

適応

VA ECMOは難治性心原性ショックを有する患者に潜在的役割を担っている。 難治性心原性ショックとは、高用量の強心剤および血管内圧の投与にもかかわらず、心拍出量の低下と不足に起因する臓器機能不全と定義される。 ショックの原因としては、心筋梗塞、劇症型心筋炎、慢性心不全の急性増悪、難治性不整脈による急性循環不全、心筋切開後の心不全、薬物中毒による急性心不全などが考えられるが、特に薬物中毒による心不全が多い。 上記の患者は、難治性心原性ショックと重症呼吸不全の両方を経験しており、VA ECMOの理想的な候補者であるが、VA ECMOの使用を検討するために呼吸不全が存在する必要はない。 呼吸不全が同時に存在する場合、純粋な機械的循環補助装置ではなくVA ECMOを選択せざるを得ない呼吸器系の適応として、低酸素性呼吸不全（PaO2：FiO2比<100）、動脈pH <7.20 の高呼吸性呼吸不全、コンプライアンス <0.5mL/cmH2O/kg 、有意または症候性肺高血圧、肺シャント率 >30% などが頻繁に認められる。 臨床的原因としては、急性呼吸窮迫症候群、重症細菌性またはウイルス性肺炎または肺臓炎、喘息状態、代償性末期肺線維症、溺死寸前、急性煙吸入などが考えられる。 VA ECMOは、最初の蘇生努力に抵抗性の心停止を経験した患者、いわゆるeCPRに対しても検討することができる。 体外式生命維持装置（ELSO）や欧州体外式生命維持装置（ECLS）ワーキンググループなど、いくつかのワーキンググループが、重症患者におけるECMOの使用に関する勧告を進めている6,7。 Veno-ECMOの潜在的な適応動脈血管外膜酸素化法*

心原性ショック

急性心筋梗塞

致死性心筋炎

慢性重症HFの急性増悪

急性循環器系

急性心筋梗塞

急性循環器系

急性心不全

急性心不全

術後心不全

薬物毒性による急性HF

併発する呼吸不全†

重篤な, 難治性低酸素症（PaO2:FiO2比<100）

低酸素性呼吸不全（動脈血pH <7.20）

重症ARDS‡

重要なことは、ECMOは長期的な治療法ではなく、予想される早期回復、心臓または肺移植への橋渡し、あるいは長期の補助人工心臓への橋渡しとして検討されるべきものであるということです。 ECMOの植え込み前に患者の予後と期待を考慮することは重要である。 心肺補助装置または移植の候補でない回復不能な心機能不全の患者は、ECMOに選択すべきではない

禁忌

予想される臨床予後および併存疾患によって導かれる慎重な患者選択に加えて、ECMO患者の選択時にはいくつかの重要な臨床要因を考慮する必要がある。 多臓器不全がある場合のECMOの有益性は劇的に減少し、ECMOは、カニュレーション時にすでに>10～14日間機械的人工呼吸を行っている患者の予後不良と関連している8、9

ECMO患者は、留置した人工管および体外循環の設定で血栓症を防ぐために治療量の抗凝固が必要とされる。 したがって，ECMOは通常，活動性出血，最近の非心臓胸部手術，出血性頭蓋内イベントなどの抗凝固療法の禁忌がある患者には禁忌である。 VA ECMOは、重度の大動脈弁閉鎖不全症または大動脈解離のある患者にも禁忌である。 表2にVA ECMOの一般的な禁忌を示す

Titration and Maintenance of ECMO

VA ECMOサポートが開始されたら、動脈オキシヘモグロビン飽和度が>90%、静脈オキシヘモグロビン飽和度が>70%～80%、適切な組織灌流（内臓機能および血液乳酸値のモニタリングを含む）などの臨床目標値を設定し、漸次投与している。 回路機能の確立と監視には、訓練を受けたECMO専門医による綿密な監視が不可欠である。 静脈オキシヘモグロビン飽和度が目標値より低い場合は、血流量を増やし、血管内容積を拡大し、輸血によってヘモグロビン濃度を高め、発熱/発熱を治療して酸素摂取量を減少させることが可能である。 未分画ヘパリン輸液は、活性化凝固時間（ACT）が180～210秒、または血漿部分トロンボプラスチン時間（PTT）が正常値の1.5倍以上になるまで維持される。 気圧外傷と体積外傷を最小限に抑えるために、低タイドボリューム、肺保護、換気戦略を使用すべきである。 これには、肺胞の動員を維持するための呼気終末陽圧の使用、潮容積を6cc/kg理想体重以下、気道プラトー圧を30cmH2O以下に制限、FiO2を最小にすることなどが含まれる。 ECMOによって可能になった肺休息戦略では、ECMOからの離脱が考えられるようになるまで、一般に、人工呼吸器の設定をさらに減らして、1～2cc/kgの潮量および約20cmH2Oのプラトー圧に設定することになる。 人工呼吸器支持の減少に伴い、静脈還流量と心拍出量が増加することが多い。 呼気終末陽圧の変化が血行動態に及ぼす影響は、注意深くモニターする必要がある。 VA ECMOのユニークな特徴のひとつは、心筋傷害につながる合併症である左心房および心室の膨張がないことを保証する必要があることである。 心エコー図検査で心充満をモニターし、時にはベントカニューラの追加や別のサポート方法（インペラを含む経皮的VADなど）で心室を減圧することがあります。 人工呼吸器への依存が予想される場合は、患者の快適性を向上させ、人工呼吸器の死角を減らすために気管切開を行うことができる。 ECMOを使用している患者は、ECMO使用後は必ずしも鎮静剤を必要としないが、VA ECMOの回路は広範であり、VA ECMOでの歩行は一般に不可能である。 限外ろ過または他の腎代替療法をECMO回路に直列に追加することができ、追加の経皮カニューレの設置に伴う感染のリスクは減少するが、血栓症、空気塞栓または回路の他の破壊のリスクは増加する。

Weaning ECMO

左室収縮機能の回復の可能性は、動脈ライン波形の脈動性を調べ、VA ECMO患者の心エコー検査によって、厳密にモニターする必要があります。 これと並行して、血管内酸素化ヘモグロビン飽和度、肺活量測定、および胸部X線検査の改善により、血管内人工心臓装着患者の呼吸回復を示唆することができる。 心臓または呼吸器の回復の確実な証拠が得られたら、ECMOの中止の試験を行うことができる。 VA ECMOの中止試験は、動脈および静脈カニューレを一時的にクランプし、血液を流入側と流出側の間にある外部チューブブリッジを通して循環させることによって実施することができる。 クランプするためのブリッジが回路内に存在しない場合は、血圧、酸素飽和度、および動脈血ガスを綿密に監視しながら、スイープガスを減らして回路内の流量を最小量まで減少させることが可能である。 このような試験は、治療的抗凝固が達成された場合にのみ実施し、その期間を最小限にとどめるべきである。 換気パラメーターは、数時間ECMOを離れても十分な酸素化および換気を維持できるように調整され、脱血が成功する可能性を評価することができる。 呼吸不全が続くが心機能が回復し始めたら、酸素化血液と脱酸素化血液の混合が上行大動脈で十分に飽和状態に保たれるように注意しなければならない。そのような患者は、代わりに血管内皮細胞移植に変更することもできる。

Clinical Evidence

VA ECMOを重症患者の短期生命維持装置として適用することを支持する証拠は限られており、主にケースシリーズ、コホート研究、登録データによるもので、ランダム化比較試験はほとんどない。 1件のケースシリーズでは、10人の患者が、急性心筋梗塞（20%）、劇症型心筋炎（20%）、拡張型心筋症（22%）、開心術後のショック（20%）、移植後（12%）およびその他の理由（6%）でECMOによる治療を受けていた。 患者の大半は大腿動脈カニュレーションで治療された。 15人の患者がeCPRのためにECMOを設置した（うち1人だけが生存した）。 15％の患者はECMO開始前に大動脈内バルーン逆流による治療を受けていた。 ECMOを使用していた患者の半数以上が重大な合併症を経験し、大出血（全患者の32%）、大腿静脈血栓症（10%）、動脈虚血（19%）、大静脈血栓症（7%）、手術創感染（17%）、明らかな肺水腫（6%）などがあった。 脳卒中はECMOを使用している患者の8％に発生した。

Rastanら11名は，難治性心原性ショック患者に対する救命療法としてECMOを行った経験を報告した。 この重症患者集団(ほぼ4分の3はECMO植え込み前に大動脈バルーンカウンター拍動を行ってもなおショック状態にあった)のうち、ECMOは63%で離脱に成功し、25%の患者が退院まで生存している。 Thiagarajanら12名は、多施設ELSOレジストリのデータを用いて、心停止時のCPRを支援するためにECMOを使用した患者の退院までの生存率は27％であったと報告している。 逆に、院外での目撃心停止で難治性心停止が続いている患者の場合、単一施設の研究では、ECMOが非常に早期に開始された場合（中央値120分）でも、退院まで生存し、神経学的予後が良好な患者はわずか4％と極めて悪い結果であったと報告されています13。

結論

VA ECMOは難治性心原性ショック患者、特に重症心原性ショックと呼吸不全を併発した患者に対する潜在的治療法であると考えられる。 心原性ショックに対するVA ECMOは，回復，耐久性のある人工心臓移植，または移植への橋渡しであり，患者のECMO適応の判断には，臨床経過と予後を中心に据える必要がある。 重症患者に対するVA ECMOの使用には、複数の専門医からなるチームが必要である

上記の患者は、VA ECMOを8日間継続したが、十分な心肺機能の回復後に正常に脱血した。 ECMO施行6日目に同名半盲を訴え、後頭部脳梗塞と診断されたが、幸いにも神経学的に完全回復した。 二次予防の植え込み式除細動器を装着した． 心電図でBrugadaパターンを認めたため，遺伝子検査を行ったところ，心筋ナトリウムチャネル遺伝子SCN5Aに変異があることが判明した．

脚注