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2015年09月23日

イラストで理解!PCPSの仕組み

『循環器ナーシング』2015年6月号<ICU・CCUのME機器を理解する!>より抜粋。
PCPSの仕組みについて解説します。

 

Point

  • PCPSは循環補助だけでなく,呼吸補助も可能な補助循環装置の1つ!
  • PCPSの構造と原理を理解することは,看護を実践するための第一歩!

増田貴生
(国立循環器病研究センター HCU病棟 副看護師長)

〈目次〉

 

はじめに

経皮的心肺補助(percutaneous cardiopulmonary support;PCPS)は重症心不全や致死的不整脈による循環不全に対する心ポンプ機能の補助,心肺停止症例に対する蘇生手段として使用されています。

臨床の現場で「ECMO」(extracorporeal membrane oxygenation;体外式膜型人工肺)という言葉を耳にしたことがある方も多いと思います。

まずここで用語について整理しておきましょう。海外で「ECMO」は「可逆的な心不全や呼吸不全患者に対する一時的な生命維持を目的とした心肺バイパス回路の使用」と定義されています。

しかし,日本では呼吸補助を目的とした場合に「ECMO」と呼ばれているのに対し,大腿動静脈経由で循環補助を目的とした場合には「PCPS」と呼ばれています。

本コラムでは,ICU・CCU看護師としてPCPS挿入中の患者の看護を行ううえで,必要とされるPCPSの基本的な知識について解説します。

 

PCPSの構造と原理

PCPSは遠心ポンプと膜型人工肺を用いた閉鎖回路の人工心肺装置で,カニュレーションは大腿動静脈とされています(図1図2図3)。

図1PCPSの原理

PCPSの原理

 

図2PCPS回路の基本構造

PCPS回路の基本構造

 

図3駆動装置

駆動装置

 

遠心ポンプ

大腿静脈から脱血された血液は,遠心ポンプ中央部の流入ポートから流入し,設定回転数で回転する回転子につられて回転します。回転した血液には外側に向かう遠心力が発生し,ポンプ外周の流出ポートから人工肺を経て大腿動脈へ送血される仕組みになっています。

そのため遠心ポンプより手前(脱血側)の回路内には陰圧がかかり,遠心ポンプより後(送血側)の回路内には陽圧がかかります。

つまり,脱血回路内で大気開放される部分があれば大量の空気が回路内に引き込まれ,送血回路内で大気開放される部分があれば大量の出血をするということになります。

遠心ポンプにより流量を補助することが可能ですが,補助流量は前負荷,後負荷によって左右されるため,ポンプ回転数を2倍にしたからといって補助流量も2倍になるとは限りません。

回路内に逆流防止弁がついていないため,脱血不良を起こした場合やポンプが停止した場合には,送血回路(動脈側)→脱血回路(静脈側)へ血液が逆流することがあります。

 

膜型人工肺

人工肺は中空糸というガス交換膜を束ねた構造になっています。

その中空糸の内側を酸素と空気の混合ガスが通り,中空糸の外側を血液が灌流し,それぞれのガス分圧の差でガス交換が行われます。人工肺で酸素化された血液は暗赤色(静脈血)→鮮血色(動脈血)に変化します。

長期間使用した場合は,膜の疎水性が低下し血漿リークが生じ,ガス交換能が低下することがあります。また,血液から気化した水分が外部に放出される際に生じる温度較差により,水蒸気が水滴(ウェットラング〔wet lung〕)となり,ガス交換能が低下することもあります(図4)。

この防止策として人工肺吸送ガス排出背面に加温プレートを設置し,熱交換器を用いて37℃前後の水を循環させることで,人工肺ガス排出部の急激な温度差を解消することができます。

図4人工肺(ウェットラング,血漿リーク)

人工肺(ウェットラング,血漿リーク)

 

 

カニューラ

脱血カニューラは大腿静脈から挿入され,カニューラ先端は右房付近に留置されます。送血カニューラは大腿動脈から挿入され,逆行性に血液が送血されます。逆行性に送血することで,左室に対する後負荷が増大します。

自己心が駆出する血液と,人工肺により酸素化された血液がミキシングされる部分を「ミキシングゾーン(mixing zone)」(図5)と呼びます。

図5ミキシングゾーン

ミキシングゾーン

 

このミキシングゾーンは自己心の駆出やPCPSの補助流量によって変化します。

PCPSの送血に対して自己心拍出量が10%程度であれば近位弓部,25%程度で遠位弓部,50%になれば腹腔動脈付近でmixing zoneが確認されるといわれています。そのため,動脈圧ラインの留置されている部位によって動脈血酸素分圧(PaO2)に乖離が生じることがあります。

PCPS挿入中の患者は多くの場合,右橈骨動脈に動脈圧ラインが挿入されています。この右橈骨動脈圧ラインから採血したPaO2と,PCPSの送血回路から採血したPaO2の値にに乖離があれば,自己心拍出量がある程度確保され,自己肺で酸素化された血液が右橈骨動脈に灌流していると考えられます。

しかし,両者に乖離がない場合,右橈骨には動脈にPCPSにより送血された血液が灌流している,つまり自己心拍出量が低下していると推測することができます。

 

効果

PCPSには以下のような効果があります。

  • 左室の流量補助:補助流量は2.0〜3.0L/分(心拍出量の50〜70%)
  • 肺機能の補助:人工肺で酸素化された血液を全身に送血

 

必要物品

以下に,当院ICUにおける準備物品を示します。

  • PCPS挿入セット(表1
  • 動脈カニューラ(15〜17Fr.)
  • 静脈カニューラ(21〜23Fr.)
  • ヘパリン加生理食塩水(生理食塩水500mL+ヘパリン1500単位)
  • ヘパリン原液(静脈投与用)

表1PCPS挿入セット

PCPS挿入セット

 

適応・除外患者

適応

  • 心筋梗塞や重症心不全に伴う心原性ショック
  • IABPのみでは循環補助として不足の場合
  • 開心術後の人工心肺離脱困難症例
  • 劇症型心筋炎,心筋症,難治性致死的不整脈などの心原性疾患
  • 肺血栓塞栓症による低酸素血症,循環不全症例
  • 心停止症例
  • 偶発性低体温症,中毒による重篤なショック,心停止症例

 

除外患者(PCPSを用いても効果がない,あるいは合併症の発生が高率に予測されるもの)

  • 回復の見込みのない心臓で,移植やVADの候補者でない症例
  • 適切な組織灌流のない,長期化したCPR
  • 出血性ショックなど,抗凝固療法ができない症例
  • 重度の大動脈弁閉鎖不全の症例
  • 閉塞性動脈硬化症の症例
  • 末期患者
  • 外傷性心障害

 

合併症

動脈血栓形成やカテーテルによる動脈閉塞に基づく下肢の阻血

動脈閉塞による下肢の阻血がないか,両下肢の皮膚の色調,温度,腫脹,筋肉の緊張を経時的に観察していく必要があります。

また,下肢の阻血が確認された場合は,側枝送血管を挿入し,下肢への血流を確保することもあります。

 

血栓塞栓症

血液と異物(PCPS回路)の接触により凝固能は亢進し,血栓を形成しやすい状態になります。とくに脱血カニューラの接続部分や人工肺に血栓を形成することが多いので,十分な観察が必要になります。

 

出血

PCPS駆動中は,血栓形成を防ぐために抗凝固療法を行う必要があります。

そのため活性化凝固時間(ACT),活性化部分トロンボプラスチン時間(APTT)などの推移を観察していく必要があります。出血の合併頻度は,外科部位の出血,カニューラ部位の出血が多く,次いで肺出血,消化管出血,頭蓋内出血が多いといわれています。

 

感染

生体に異物(PCPS回路)が挿入されることで血液損傷の原因になります。血球破壊が生じると液性免疫能の低下が起こり,感染に対する抵抗力は低下します。

 

動脈壁の損傷,解離,穿孔

送脱血カニューラを挿入する際,骨盤内の深部で動静脈を穿刺し,後腹膜腔に出血する可能性があります。また,送血カニューラの挿入部位に動脈解離を起こすことがあります。その状態でPCPSを駆動させると,送血時の高圧により動脈解離が急激に進行します。この場合,PCPSの脱血は十分にできず血圧の低下などの徴候がみられます。

 

おわりに

PCPSが装着されている重症な患者にとって,PCPSは生命を維持するために非常に重要な装置であり,看護師の観察により異常を早期発見する必要があります。

そのためには,PCPSの構造や原理を理解し,どのようなトラブルが起こりうるのかを予測することが重要です。また,予期せぬトラブルが起こる可能性もあるため,ICU・CCU看護師は医師や臨床工学技士,その他コメディカルスタッフと常に連携し,チームで患者にかかわっていくことが大切です。

 

 


[引用・参考文献]

  • (1)武居哲洋:我が国のECMOの状況.INTENSIVIST,5(2):259,2013.
  • (2)ELSO Guidelines for ECMO Centers. http://www.elso.med.umich.edu/Guidelines.html(2015年2月閲覧)
  • (3)武居哲洋:我が国のECMOの状況.INTENSIVIST,5(2):260,2013.
  • (4)後藤 武ほか:PCPS施行中のmixing zoneに関する数値シミュレーション.体外循環技術,39(1):47-50,2012.
  • (5)小林順二郎ほか(監修):新版 国循ICU看護マニュアル.メディカ出版,p31,2014.
  • (6)澤 芳樹:研修医,コメディカルのためのプラクティカル補助循環ガイド.メディカ出版,pp122-125,2009.
  • (7)Extracorporeal Life Support Organization: ECLS registry report. international summary, 2011.
  • (8)氏家良人ほか(監修):呼吸ECMOマニュアル.克誠堂出版,2014.

[Profile]
増田貴生(ますだ たかお)
国立循環器病研究センター HCU病棟 副看護師長
2006年 鳥取大学医学部保健学科看護学専攻卒業。同年 国立循環器病研究センターへ入職,NCU病棟配属となる。2009年 ICU病棟へ配置異動。2012年 病院指定専門看護師(CVEN)資格取得。2015年4月より現職。

*略歴は掲載時のものです。


本記事は株式会社医学出版の提供により掲載しています。/著作権所有 (C) 2015 医学出版
[出典]循環器ナーシング 2015年6月号

循環器ナーシング2015年6月号

P.30~「イラストで理解!PCPSの仕組み」

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