体外式膜型酸素化装置

体外式膜型酸素化装置
その他の名前	体外生命維持装置（ECLS）
ICD-10-PCS	5A15223
ICD-9-CM	39.65
メッシュ	29295
メドラインプラス	007234
HCPCS-L2	36822
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体外式膜型人工肺（ECMO ）は体外生命維持装置の一種で、心臓や肺が生命維持に必要な酸素、ガス交換、血液供給（灌流）を十分に提供できない人に、心臓と呼吸器を長期にわたって補助します。ECMOの技術は主に、自然循環を停止させた状態で短期間のサポートを提供する心肺バイパスから派生したものです。使用される装置は膜型酸素化装置で、人工肺としても知られています。

ECMO は、一時的に体から血液を抜き取り、赤血球に人工的に酸素を供給し、二酸化炭素を除去することで機能します。一般的には、心肺バイパス術後、または重度の心不全や肺不全の患者の末期治療に使用されますが、現在では一部の施設で心停止の治療に使用され、循環と酸素供給をサポートしながら心停止の根本原因を治療することができます。ECMO は、人工呼吸器だけでは血液の酸素化レベルを維持するのに十分でない 場合に、COVID-19に関連する急性ウイルス性肺炎の患者をサポートするためにも使用されます。

ECMO の適応と実施方法を説明したガイドラインは、体外生命維持機構(ELSO) によって発行されています。ECMO 開始の基準は施設によって異なりますが、一般的には、潜在的に可逆的で従来の管理に反応しない急性重度の心不全または肺不全が含まれます。ECMO 開始を促す可能性のある臨床状況の例は次のとおりです。^[1]

• 吸入酸素分圧（FiO2）、呼気終末陽圧（PEEP） 、吸気対呼気（I:E）比などの人工呼吸器設定を最適化したにもかかわらず、動脈血酸素分圧と吸入酸素分圧（PaO2/FiO2）の比が100 mmHg未満の低酸素性呼吸不全
• 動脈血pH <7.20の高炭酸症性呼吸不全
• 難治性心原性ショック
• 甲状腺機能亢進症^[2]
• 心停止
• 心臓手術後の人工心肺からの離脱失敗
• 心臓移植または補助人工心臓の設置までの橋渡しとして
• 肺移植への架け橋として
• 敗血症性ショックは、ECMOのより議論の多い使用法であるが、ますます研究が進んでいる。
• 低体温症、つまり体温が28～24℃で心臓が不安定な状態、または体温が24℃未満の状態。^[3]

心停止や心原性ショックの患者では、ECLSは生存率と良好な転帰を改善すると考えられています。^[4]しかし、最近の臨床試験では、急性心筋梗塞後の心原性ショックの患者では、ECLSは生存率を改善せず（30日死亡率で測定）、逆に合併症（大出血、下肢虚血など）が増加しました。^[5]この知見は、以前の4つの臨床試験のデータを使用した最近のメタアナリシス^[6]によって裏付けられており、ECLS治療開始に関する現在のガイドラインを再評価する必要があることを示しています。

2020年2月初旬から、中国の医師は、 SARS-CoV-2感染症（COVID-19）に関連する急性ウイルス性肺炎を呈する患者に対し、人工呼吸器だけでは血液酸素化レベルが低すぎて患者を維持できない場合に、補助的なサポートとしてECMOを使用することが増えてきました。^[7]初期の報告では、ECMOが使用された重症例の約3％で、患者の血液酸素飽和度の回復と死亡率の減少に役立ったことが示されました。^[8] 重篤な患者の場合、死亡率は従来の治療法での約59〜71％から体外式膜型人工肺を使用した場合の約46％に減少しました。^[9] 2021年3月のロサンゼルスタイムズの表紙記事では、非常に困難なCOVID患者に対するECMOの有効性が示されました。^[10] 2021年2月、COVID-19の「非常に重篤な」症例を呈した3人のイスラエル人妊婦がECMO治療を受け、この治療オプションは継続されると思われました。^[11]

初期の研究では、急性呼吸不全の人、特に急性呼吸窮迫症候群の患者にECMOを使用すると生存率が向上することが示されていました。^{[12] [13]} ELSOが維持している、ECMOを受けた約51,000人の登録では、新生児呼吸不全で75％、小児呼吸不全で56％、成人呼吸不全で55％の生存率が報告されています。^[14]その他の観察研究および非対照臨床試験では、50～70％の生存率が報告されています。^{[15] [16]}これらの報告された生​​存率は、過去の生存率よりも優れています。^{[17] [18] [19]} ECMOは死亡率の異なるさまざまな病状に使用されますが、早期発見が悪化の進行を防ぎ、生存率を向上させる鍵となります。^[20]

英国では、ケアの改善とより良い結果の促進を目的として、静脈-静脈 ECMO の導入が指定された ECMO センターに集中しています。

ほとんどの禁忌は相対的なものであり、処置のリスクと潜在的な利点とのバランスをとっています。相対的禁忌は次のとおりです。

• 回復しても通常の生活が送れない状態
• 生活の質に影響を与える既存の病状（中枢神経系の状態、末期悪性腫瘍、抗凝固療法による全身出血のリスク）
• 年齢とサイズ
• 無益性: 病状が重すぎる人、従来の治療を受けている期間が長すぎる人、または致命的な診断を受けた人。

ECMO治療を受けた成人に共通する結果は神経損傷であり、これには脳内出血、くも膜下出血、脳の感受性部位の虚血性梗塞、低酸素性虚血性脳症、原因不明の昏睡、脳死が含まれる可能性がある。 [ ^{21] ECMOを受けている人の30～40％に出血が起こり、生命を脅かす可能性がある。これは必要な持続的な}ヘパリン注入と血小板機能不全の両方によるものである。細心の注意を払った手術技術、100,000/mm ³を超える血小板数の維持、目標活性化凝固時間の維持により、出血の可能性は低減する。^[要出典]

ヘパリン誘発性血小板減少症（HIT）は、ECMOを受けている患者の間でますます一般的になっています。HITが疑われる場合、通常、ヘパリン注入は非ヘパリン抗凝固剤に置き換えられます。^[22]

大腿動脈と大腿静脈を VA (静脈動脈) ECMO に使用すると、下行大動脈に逆流血流が発生します。左心室の拍出量が維持されないと血液の停滞が起こり、血栓症を引き起こす可能性があります。^{[引用が必要]}

VA ECMO では、心機能が ECMO から離脱できるほど回復しない患者は、心室補助装置 (VAD) または移植に移行する場合があります。カニューレ挿入時には、出血を伴う血管穿孔、動脈解離、末梢虚血、位置の誤りなど、さまざまな合併症が発生する可能性があります。^{[引用が必要]}

早産児は心肺機能が不十分なため、妊娠32週未満でECMOを実施すると、脳室内出血（IVH）のリスクが許容できないほど高くなります。 ^[23]

ECMO 中の院内感染の発生率は 10～12% です (他の重篤な患者と比較して高い)。最も頻繁に関与する病原体は、コアグラーゼ陰性ブドウ球菌、カンジダ属、腸内細菌科、および緑膿菌です。ECMO 患者は人工呼吸器関連肺炎の発生率が高く (ECMO 1000 日あたり 24.4 件)、腸内細菌科が大きな役割を果たしています。感染リスクは ECMO の稼働期間とともに増加することが示されており、これが感染症発症の最も重要なリスク要因です。感染症の原因となるその他の ECMO 特有の要因には、ECMO 患者の病気の重症度、腸管からの細菌移行の高リスク、および ECMO 関連の免疫系障害があります。もう 1 つの重要な問題は、カテーテル、ECMO カニューレ、および酸素化装置への微生物の定着です。^[24]

ECMO にはいくつかの形式があり、最も一般的な 2 つは静脈動脈 (VA) ECMO と静脈静脈 (VV) ECMO です。どちらの方式でも、静脈系から排出された血液は体外で酸素化されます。VA ECMO では、この血液は動脈系に戻され、VV ECMO では血液は静脈系に戻されます。VV ECMO では、心臓補助は提供されません。

静脈動脈（VA）ECMOでは、静脈カニューレは通常、抽出のために右または左の総大腿静脈に留置され、動脈カニューレは通常、注入のために右または左の大腿動脈に留置されます。^[26]大腿静脈カニューレの先端は下大静脈と右心房の接合部近くに維持され、大腿動脈カニューレの先端は腸骨動脈に維持されます。^[26]成人では、挿入が簡単なため大腿動脈へのアクセスが好まれます。^[26]心肺バイパスがすでに確立されている場合、または緊急再胸骨切開が行われた場合（右心房（または三尖弁修復の場合はSVC/IVC）と上行大動脈にカニューレを使用）には、中心VA ECMOを使用できます。

VA ECMO は通常、本来の心臓機能が最小限の場合に、大動脈カニューレによって運ばれる逆流に逆らってポンプ動作を行うことで生じる心臓の一回拍出量の増加を軽減するために使用されます。

静脈-静脈（VV）ECMOでは、通常、排液のために右総大腿静脈にカニューレが挿入され、注入のために右内頸静脈にカニューレが挿入されます。^[27]あるいは、デュアルルーメンカテーテルを右内頸静脈に挿入し、上大静脈と下大静脈から血液を排出して右心房に戻します。

ECMO は、その開始、維持、中止の訓練と経験を有する臨床医のみが行うべきである。ECMO の挿入は、通常、心臓胸部外科医が手術室で実施する。ECMO の管理は、看護師、呼吸療法士、または灌流専門医が行うのが一般的である。ECMO を開始すると決定したら、酸素化装置からの凝固による血栓形成を防ぐため、患者は静脈内ヘパリンで抗凝固される。開始前に、ヘパリンを静脈内ボーラス投与し、活性化凝固時間(ACT) が 300 秒から 350 秒の間であることを確認する。ACT がこの範囲内であれば、ECMO を開始でき、その後、維持量としてヘパリン点滴が開始される。^{[20] : 143}

カニューレは、血管にアクセスするための比較的簡単で一般的な方法であるセルジンガー法、または外科的切開によって経皮的に配置することができます。血管内に配置できる最大のカニューレは、血流を最大化し、せん断応力を最小化するために使用されます。しかし、四肢虚血はECMOの悪名高い合併症の1つですが、適切な遠位四肢灌流法を使用することで回避できます。 ^[28]さらに、肺移植中にECMOを術中に使用して患者を安定させ、優れた結果を得ることができます。^{[29] [30]}

心臓手術後の合併症に必要なECMOは、心臓または大血管の適切な心室に直接配置することができます。末梢（大腿部または頸静脈）カニューレ挿入により、肺移植を待つ患者は意識を保ち、歩行でき、移植後の転帰が改善されます。^{[31] [32]}

カニューレを挿入して ECMO 回路に接続した後、血行動態パラメータと身体検査を使用して、ECMO 回路を通る適切な血流量を決定します。ECMO 回路を介して末端臓器の灌流を維持するという目標は、うっ滞とそれに続く血栓形成を防ぐために、心臓を通る十分な生理的血流とバランスが取れています。

初期の呼吸および血行動態の目標が達成されると、血流はその速度で維持されます。ECMO 回路の静脈枝の血液の酸素ヘモグロビン飽和度を直接測定する持続静脈酸素飽和度測定により、頻繁な評価と調整が容易になります。

VV ECMO は一般的に呼吸不全に使用され、VA ECMO は心不全に使用されます。各タイプの ECMO には管理に影響を与える独自の考慮事項があります。

VV ECMO では、酸素供給を最適化するために通常高い流量が求められます。一方、VA ECMO で使用する流量は、適切な灌流圧と静脈酸素化ヘモグロビン飽和度 (ドレナージ血液で測定) を提供できるほど高く、左室出力を維持するのに十分な前負荷を提供できるほど低くなければなりません。

ECMO を開始するとほとんどの人が体液過剰状態になるため、患者が ECMO で安定すると積極的な利尿が正当化されます。患者の尿量が不十分な場合は、ECMO 回路に限外濾過を簡単に追加できます。ECMO の「チャタリング」、つまり ECMO 波形の不安定性は蘇生不足を意味し、積極的な利尿または限外濾過の中止を推奨します。ECMO の使用と全身性炎症反応に関連する急性腎障害のリスクが高まります。^[33]

VA ECMO中は左室拍出量を厳密に監視する必要がある。後負荷の増加により左室機能が損なわれ、心臓内に血栓が形成される可能性があるからである。^{[34] [35]}

呼吸不全の患者の場合、X線画像所見、肺コンプライアンス、動脈血酸素飽和度の改善は、患者がECMOサポートから外れる準備ができていることを示しています。心不全の患者の場合、大動脈の拍動性の向上は左室拍出量の改善と相関しており、ECMOサポートから外れる準備ができていることを示しています。すべてのマーカーが良好な状態であれば、ECMOの血流は徐々に減少し、その間患者のパラメータを観察して、患者が変化に耐えられることを確認します。血流が毎分2リットルを下回ると、永久的な除去が試みられ、カニューレを除去できるまで、患者は継続的に監視されます。^{[20] : 149}

VV ECMO 試験は、酸素化装置を通る逆流スイープガスをすべて排除して実施されます。体外血流は一定のままですが、ガスの移動は発生しません。その後、数時間観察され、その間に、動脈血ガスと静脈血ガスの結果に基づいて、ECMO を使わずに十分な酸素供給と換気を維持するために必要な人工呼吸器の設定が決定されます。

VA ECMO 試験では、ECMO 回路が動脈と静脈の分岐部の間のブリッジを循環できるようにしながら、排液ラインと注入ラインの両方を一時的にクランプする必要があります。これにより、ECMO 回路内の停滞血液による血栓症を防止できます。さらに、動脈ラインと静脈ラインは、ヘパリン添加生理食塩水で継続的に、または回路からのヘパリン添加血液で断続的にフラッシュする必要があります。一般に、VA ECMO 試験は、血栓形成のリスクが高いため、VV ECMO 試験よりも期間が短くなります。

ECMOは1950年代にジョン・ギボンによって開発され、その後C・ウォルトン・リリーハイによって開発されました。新生児に初めて使用されたのは1965年でした。^{[36] [37]}

バニング・グレイ・ラリー^[38]は、静脈内酸素が生命を維持できることを初めて実証しました。彼の研究結果は、1951年11月に外科フォーラムで発表されました^。[39]ラリーは、2007年のプレゼンテーションで、初期の研究について次のように述べています。「私たちの研究は、初めて動物が純粋な窒素を呼吸しながら生き続ける装置を組み立てることから始まりました。これは、血流に注入された非常に小さな酸素の泡によって達成されました。これらの泡は、磁器のフィルターを通して静脈血流に押し込まれる酸素に「湿潤剤」を追加することで作られました。アメリカ外科医師会での最初のプレゼンテーションの直後、この装置は、デウォールとともに泡酸素化装置を採用した最初の実用的な人工心肺装置を作ったウォルトン・リリーハイによってレビューされました。このような装置は、さまざまなバリエーションを伴いながら、その後20年間使用されました。」

• メドトロニック^[40]
• マケ^[40]（ゲティンゲグループ）
• ゼニオスAG ^[40] (フレゼニウス・メディカル・ケア)
• ソリングループ^[40]
• テルモ^[40]
• ニプロ^[40]
• マイクロポート^[40]

呼吸不全患者におけるECMOの有効性を評価するために、4つのランダム化比較試験（RCT）が実施されました。Zapolら^[61]とMorrisら^[62]が実施した初期の試験は、1970年代と1990年代に利用可能だったECMO技術に関連する技術的な課題に悩まされていました。CESAR ^[63]とEOLIA ^[64]試験は、最新のECMOシステムを使用しており、中心的なECMO RCTと考えられています。

重症成人呼吸不全に対する従来の人工呼吸器と体外式膜型人工肺の比較試験（CESAR）は、重度だが可逆的な呼吸不全の成人を対象に、従来の機械的人工呼吸器と比較したECMOの安全性、有効性、費用対効果を評価することを目的とした英国を拠点とする多施設RCTであった。 ^[63] 6か月以内または退院前の死亡または重度の障害が主要評価項目であった。主要評価項目は、治療意図のみで分析された。経済分析には、質調整生存年（QALY）、費用発生イベントの分析、ランダム化後6か月の費用対効果、生涯費用対効果のモデル化が含まれた。この試験では、各群に90人ずつ、計180人の患者を登録する予定であった。

この試験は、180人の患者登録という目標を達成した。ECMOによる治療を予定していた90人の患者のうち68人（75%）が実際にECMOによる治療を受けた。ECMO群に割り当てられた患者（すなわち、ECMOによる治療の検討のために紹介された患者）の生存率は、従来の人工呼吸器群に割り当てられた患者よりも有意に高かった（63%対47%、p=0.03）。6か月の追跡調査で、ECMO群に紹介された患者は、従来の人工呼吸器群と比較して0.03 QALY増加した。ECMO群に紹介された患者は、入院期間が長く、費用も高かった。^[63]

従来の人工呼吸器群に対する標準化された治療プロトコルがないことが、CESAR研究の主な限界である。^{[63] [65]}試験の著者らは、これは登録施設がプロトコルに合意できなかったために起こったと指摘している。^[63]この結果、対照群の患者はARDS患者の死亡率を改善することが知られている肺保護換気を受けることができなかった。 [ ^{63] [66 ]}

著者らは、重度で潜在的に可逆的な呼吸不全の患者をECMOセンターに紹介することで、6か月間の重度障害のない生存率を大幅に改善できると結論付けている。^[63] CESAR試験の結果は、ECMO群の75％のみが実際にECMOで治療されたため、ECMOによる治療と従来の機械的人工呼吸器単独による治療の直接的な生存率比較を提供している。^[66]

重症ARDS患者における肺損傷の救済のためのECMO（EOLIA）試験^[64]は、重症ARDS患者における標準治療（従来の機械的人工呼吸器）の継続と比較して、早期のECMO開始の効果を評価するために設計されました。60日後の死亡率が主要評価項目でした。計算されたサンプルサイズは331人の患者であり、ECMOグループの絶対死亡率の20％減少を示すことを意図していました。主な副次的評価項目は治療失敗（コントロールグループでは難治性低酸素症または死亡によるECMOへのクロスオーバー、およびECMOグループでは死亡）でした。

4回目の計画された中間解析の後、試験は無益性のため終了した。試験終了時には合計249人の患者が登録されていた。対照群の患者35人（28%）がECMOへの緊急クロスオーバーを必要とした。EOLIAの結果では、ECMO群と対照群の60日死亡率に有意差は見られなかった（それぞれ35%対46%）。^[64]しかし、この結果の解釈はクロスオーバー患者によって複雑になっている。^[68]副次エンドポイントである治療失敗は、ECMO群に有利な相対リスク0.62（p<0.001）を示した。副次エンドポイントの結果は、主要エンドポイントの結果のため慎重に解釈する必要がある。安全性に関しては、ECMO群では重度の血小板減少症と輸血を必要とする出血の発生率が有意に高かったが、虚血​​性脳卒中の発生率は低かった。^[64]

EOLIA試験の主な限界は、検出力が不十分だったことである。EOLIAが死亡率の11%減少の有意性を検出するために適切な検出力を持つためには、合計624人の患者を登録する必要があった。そのような試験は、EOLIAの登録率に基づくと9年かかり、おそらく実現不可能である。^[65]

研究著者らがこれらの結果から導き出した主な結論は、重症ARDS患者に対する早期ECMO開始は、標準治療の継続と比較して死亡率の利益をもたらさないということである。^[64]その後の主要オピニオンリーダーによる論説では、ECMOを従来のARDS治療が奏効しない患者に対する救援療法として使用した場合、死亡率を改善する可能性があるという実際的な意味合いが示唆されている。^{[68] [69]}

ウィキメディア・コモンズには、体外式膜型人工肺に関連するメディアがあります。

Scholia には体外式膜型酸素化 (Q1385195) のプロファイルがあります。

• 「ECMO とは何か?」(PDF)。アメリカ胸部学会患者教育。
• 体外教育ポータル