補助人工心臓

補助人工心臓
左心室から大動脈へ血液を送り出す左心室補助装置 (LVAD)。外部に装着する制御ユニットとバッテリー パックに接続されています。
メドラインプラス	007268
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補助人工心臓（VAD ）は、心臓のポンプ機能をサポートする電気機械装置であり、心不全の機能を部分的または完全に代替するために使用されます。VADは、冠動脈疾患、心房細動、弁膜症、およびその他の病状により発生する可能性のある急性（突然発症）または慢性（長期にわたる）心不全の患者に使用できます。^{[1] [2]}

VAD はさまざまな心臓疾患の管理に使用でき、デバイスが補助する心室と、VAD が一時的か永続的かに基づいて分類できます。

心室補助

まず、VAD は、右心室(RVAD) または左心室 (LVAD) を補助するように設計されているか、あるいは両心室 (BiVAD) を補助するように設計されているかに基づいて分類できます。植え込まれる VAD の種類は、基礎にある心臓疾患の種類によって異なります(たとえば、肺動脈性高血圧症による右心室不全の患者には RVAD が必要な場合があり、心筋梗塞による左心室不全の患者には LVAD が必要な場合があります)。LVAD は、欠陥のある心臓に適用される最も一般的なデバイスです (ほとんどの場合、これで十分です。心臓の右側は、大幅に増加した血流を利用できる場合が多いです)。しかし、肺動脈抵抗が高い場合は、心臓循環の問題を解決するために (追加の) 右心室補助デバイス (RVAD) が必要になることがあります。LVAD と RVAD の両方が必要な場合は、通常、別々の LVAD と RVAD ではなく、BiVAD が使用されます。^[要出典]

間隔

VADは、使用期間（一時的か永続的か）によってさらに分類されます。一部のVADは短期使用向けで、^通常は心筋梗塞（心臓発作）からの回復期の患者や心臓手術からの回復期の患者を対象としています。また、一部のVADは長期使用向け（数か月から数年、永久的）で、通常は進行性心不全の患者を対象としています^[要出典]

VAD の一時的使用は、患者の状態に応じて規模が異なる場合があります (数日から数か月など)。特定の種類の VADS は、心筋梗塞、弁膜症などの原因による急性 (突然発症) 心不全または心原性ショックの兆候がある患者に使用される場合があります。^[4]急性心不全の兆候がある患者では、Impella 5.5、Impella RP などの小型経皮(切開ではなく皮膚から血管を通って心臓に導入)​​ VAD を、ワイヤーを使用して (患者固有のニーズに応じて) 左心室または右心室に導入できます。ワイヤーは、首、腋窩、または鼠径部の動脈または静脈から導入されます。^[5]

VAD の長期使用も、その規模が異なります (数か月から永久的まで)。長期使用を目的とした VAD は、短期 VAD (Impella など) と比較して長期間機能するように設計されているため、「耐久性のある」VAD とも呼ばれます。長期 VAD は、さまざまなシナリオで使用できます。まず、VAD は移植までの橋渡し(BTT) として使用できます。つまり、患者の生命を維持し、適度に良好な状態を保ち、病院の外で心臓移植を待つことができます。その他の「橋渡し」には、候補までの橋渡し (患者が心臓移植の禁忌であるが、VAD のサポートにより改善が見込まれる場合に使用)、決定までの橋渡し (候補ステータスが決定されるまで患者をサポートするために使用)、回復までの橋渡し (患者の本来の心臓機能が改善し、その後デバイスが除去されるまで使用) などがあります。^[6]場合によっては、VADはデスティネーションセラピー（DT）としても使用され、これはVADが無期限に埋め込まれたままになることを意味します。デスティネーションセラピーとしてのVADは、患者が移植の対象ではなく、残りの人生でVADに依存する状況で使用されます。^{[7] [8]}

その他の心臓補助装置

一部のデバイスは心臓とそのさまざまな構成要素/機能をサポートするように設計されていますが、VAD とは見なされません。以下に一般的な例をいくつか示します。

ペースメーカーと体内除細動器 (ICD) - VAD の機能は人工心臓ペースメーカーの機能とは異なり、 VAD は血液を送り出すのに対し、ペースメーカーは心筋に電気刺激を送ります。

完全人工心臓 - VADは心臓機能を担うように設計されており、通常は患者の心臓を除去する必要がある人工心臓とは異なります。 ^[9]

体外膜型人工肺（ECMO）は、心臓性ショックの重篤な患者に一般的に使用される機械的循環補助の一種で、首、腋窩、または鼠径部の動脈や静脈にカニューレを挿入することによって確立されます。通常、静脈カニューレが患者の静脈から酸素化されていない血液を患者のベッドサイドの酸素化装置に引き込み、その後、モーター駆動ポンプが酸素化された血液を体内（静脈または動脈系、通常は大動脈）に戻します。ECMOにはさまざまな構成（静脈動脈ECMO、静脈静脈ECMOなど）がありますが、最終目標は同じです。つまり、血液に酸素を供給して体内に戻すことです。^[10]この意味で、ECMO回路は片方または両方の心室をバイパスするため、患者の本来の心室とは接触せず、一般にVADの一種とは見なされません。

VADで使用されるポンプは、心臓の自然な脈動を模倣した脈動ポンプ^{[11]と、連続流ポンプ[12]}の2つの主なカテゴリに分けられます。脈動VADは容積式ポンプを使用します。^{[13] [14] [15]}一部の脈動ポンプ（エネルギー源として圧縮空気を使用^[16]）では、血液が占める容積がポンプサイクル中に変化します。ポンプが体内にある場合は、外気への通気管が必要です。

連続流 VAD は小型で、脈動 VAD よりも耐久性が高いことが証明されています。^[17]通常、連続流 VAD では遠心ポンプまたは軸流ポンプが使用されます。どちらのタイプも、永久磁石を含む中央ローターを備えています。ポンプハウジング内のコイルを流れる制御された電流が磁石に力を加え、ローターが回転します。遠心ポンプでは、ローターは血液を円周方向に加速するように形作られており、それによって血液がポンプの外側の縁に向かって移動します。一方、軸流ポンプでは、ローターは多かれ少なかれ円筒形で、ブレードは螺旋状になっており、血液がローターの軸方向に加速されます。^[18]

連続流ポンプの重要な問題は、ローターを吊り下げるために使用される方法です。初期のバージョンではソリッドベアリングが使用されていましたが、EUでの使用が承認されている新しいポンプでは、磁気浮上（「マグレブ」）^{[19] [20] [21]}または流体力学的サスペンションが使用されています。

最初の左室補助装置（LVAD）システムは、1962年にヒューストンのベイラー医科大学のドミンゴ・リオッタによって開発されました。最初のLVADは1963年にリオッタとE・スタンレー・クロフォードによって埋め込まれました。LVADの最初の成功した埋め込みは、1966年にリオッタとマイケル・E・デバキー博士によって完了しました。患者は37歳の女性で、体外回路は手術後10日間機械的サポートを提供できました。^[23] LVADの最初の成功した長期埋め込みは、1988年にボストン小児病院医療センターのウィリアム・F・バーンハード博士とマサチューセッツ州ウォーバーンのサーメディックス社によって、電子制御補助装置のハートメイトを開発した国立衛生研究所（NIH）の研究契約に基づいて行われました。これは、国立心肺血液研究所（NIHのプログラム）からマサチューセッツ州ボストンのサーメディクス小児病院への3年間620万ドルの契約によって資金提供された。 ^{[24]初期のVADは、左心室からポンプに血液を交互に吸い込み、大動脈に押し出す「脈動」動作を使用して心臓を模倣した。この種のデバイスには、1994年10月に米国}食品医薬品局（FDA）によって使用が承認されたHeartMate IP LVASが含まれる。これらのデバイスは、エリック・ローズ、OHフレイジャー、メフメット・オズなどの心臓外科医が患者が病院の外で生活できるという概念を広め始めた1990年代後半に受け入れられ始めた。VADを装着した外来患者に関するメディア報道は、これらの主張を強調した。^[25]

最近の研究では、連続流ポンプに焦点が当てられており、これは大まかに遠心ポンプまたは軸流 インペラ駆動ポンプのいずれかに分類できます。これらのポンプは、より単純であるため、サイズが小さく、信頼性が高いという利点があります。これらのデバイスは、第2世代VADと呼ばれています。副作用として、ユーザーに脈拍がなくなるか、^[26] 脈拍の強度が大幅に低下します。^[27]

開発の初期段階では、大動脈の周りに膨張可能なカフを使用するという非常に異なるアプローチが採用されていました。カフを膨らませると大動脈が収縮し、カフを収縮させると大動脈が拡張します。つまり、大動脈は第 2 の左心室になります。提案されている改良法は、ペースメーカーで駆動する患者の骨格筋を使用してこの装置に電力を供給するというものです。これにより、装置は完全に自己完結型になります。しかし、同様の手術 (心筋形成術) が 1990 年代に試みられましたが、結果は期待外れでした。^[要出典]

ピーター・ホートンはかつて、永久的なVAD装着者の中で最長生存者だった。彼は2000年6月に実験的なJarvik 2000 LVADを装着した。それ以来、彼は91マイルのチャリティーウォークを完走し、2冊の本を出版し、広く講演し、スイスアルプスとアメリカ西部をハイキングし、超軽量飛行機で飛行し、世界中を広く旅行した。彼は2007年に69歳で急性腎不全で亡くなった。 ^{[28] [29]} それ以来、患者のリディア・プルハーはホートンのVAD装着寿命を超え、2011年3月に75歳でHeartMate IIを装着し、現在もこの装置を使用し続けている。 2007 年 8 月、ニュージャージー州ニューアークのニューアーク ベス イスラエル医療センターで機械的循環補助 (MCS) プログラムの臨床マネージャーであり、看護師 (NP) でもあるアンソニー "トニー" マーティンによって、国際循環補助臨床家コンソーシアム (ICCAC) が設立されました。ICCAC は 501c3 組織として設立され、心臓移植までの橋渡しとして、または心臓移植の基準を満たさない人の最終治療として MCS を必要とする人のケアに関するベスト プラクティスと教育の開発に専念しています。^[30]

• 2007 年 8 月、アンソニー "トニー" マーティンによって国際循環補助臨床家コンソーシアム (ICCAC) が設立されました。マーティンは、ニュージャージー州ニューアークのニューアーク ベス イスラエル医療センターの機械的循環補助 (MCS) プログラムの看護師 (NP) 兼臨床マネージャーです。
• 2009年7月、イギリスで、外科医が幼児の心臓が回復した後、その幼児の心臓の隣に移植されたドナーの心臓を摘出しました。この技術は、LVADなどの機械的補助装置が心臓の働きの一部または全部を代行し、心臓が回復する時間を与えることができることを示唆しています。^[31]
• 2009年7月、HeartMate II臨床試験の18か月間の追跡調査の結果、持続流LVADは移植を待つ患者に少なくとも18か月間効果的な血行動態サポートを提供し、機能状態と生活の質が改善されたという結論が出されました。^[32]
• ハイデルベルク大学病院は2009年7月、デバキーVADの現代版として知られる最初のハートアシスト5が同病院に埋め込まれたと報告した。ハートアシスト5は重さ92グラムで、チタンとプラスチックで作られており、左心室から大動脈に血液を送り出す役割を果たしている。^[33]
• 臨床試験第 1 相が進行中 (2009 年 8 月現在) で、冠動脈バイパス移植を受けた患者と左心室補助装置を装着した末期心不全患者を対象としている。この試験では、Anginera と呼ばれるパッチをテストする。このパッチには、他の細胞の成長を刺激するホルモン様成長因子を分泌する細胞が含まれている。パッチには心筋細胞が植え付けられ、心臓に埋め込まれる。その目的は、心筋細胞が本来の組織と通信を開始し、規則的な収縮を可能にすることである。^{[34] [35]}
• 2009年9月、ニュージーランドのニュースメディアStuffは、今後18ヶ月から2年以内に、直接接触せずにVADに電力を供給する新しいワイヤレスデバイスが臨床試験の準備が整うと報じた。成功すれば、皮膚を通した電源ケーブルによる感染の可能性が減る可能性がある。^[36]
• 国立衛生研究所( NIH ) は、当初マイケル・デバキーとジョージ・ヌーンが開発したマイクロメッドの 2 つの VAD を使用した「脈拍のない」完全人工心臓の開発に 280 万ドルの助成金を交付しました。この助成金は 2009 年 8 月に 2 年目の研究として更新されました。完全人工心臓は 2 つの HeartAssist5 VAD を使用して作成され、1 つの VAD が体全体に血液を送り、もう 1 つの VAD が肺との間で血液を循環させます。^[37]
• ハートウェア インターナショナルは、2009 年 8 月に、FDA 承認の IDE 研究である ADVANCE 臨床試験で、ハートウェア心室補助システムの移植が 50 件を超えたことを発表しました。この研究は、末期心不全の患者に対する移植までの橋渡しとしてこのシステムを評価するものです。この研究「進行性心不全の治療におけるハートウェア LVAD システムの評価」は、2009 年 5 月に開始された多施設共同研究です。^{[38] [39]}
• 2014年6月27日、ドイツのハノーバーにあるハノーバー医科大学は、心臓胸部、移植、血管外科部長のアクセル・ハベリヒ医学博士と外科医のヤン・シュミット医学博士の指導の下、ハートメイトIIIの初めての人間への移植手術を行った^[40]。
• 2015年1月21日、アメリカ心臓病学会誌に、LVADの長期使用が心臓再生を誘発する可能性があることを示唆する研究が発表されました。^[41]
• 野球殿堂入り選手ロッド・カルーはうっ血性心不全を患い、ハートメイトIIを装着した。彼は機器の装着に苦労していたため、ハートメイトIIとハートメイトIIIをサポートする最も役立つ機器を提供する活動に参加した。^[42]
• 2018年12月、カザフスタンで2件の臨床例が実施され、Jarvik 2000とLeviticus Cardio FiVAD（完全埋め込み型心室補助装置）を組み合わせた完全ワイヤレスLVADシステムが人間に埋め込まれました。ワイヤレス電力伝送技術は、外部送信コイルから人体に埋め込まれた小さな受信コイルにエネルギーを伝送できるCoplanar Energy Transfer（CET）と呼ばれる技術に基づいています。術後早期段階では、両方の患者でCET操作が期待どおりに完了し、ポンプに電力を供給し、医療および看護処置を可能にするためにバッテリーの充電を維持しました。ワイヤレスのCoplanarエネルギー伝送技術を備えたLeviticus Cardio FiVADシステムは、ドライブラインを排除することで感染リスクを軽減すると同時に、LVADのかなりの（約6時間）ホルスターなしのサポートを可能にするエネルギー伝送を成功させます。^[43]
• 2021年6月3日、メドトロニックは、HVADが他の医療機器と比較して神経学的イベントや死亡率が高いため、HVADデバイスを植え込むべきではないという緊急医療機器通知を発行しました^[44]

現在市場に出回っているVADの大部分はややかさばる。FDAが承認した最小のデバイスであるHeartMate IIは、重さ約1ポンド（0.45 kg）、サイズは3インチ（7.6 cm）である。これは、他のデバイスでは大きすぎる女性や子供にとって特に重要であることが証明されている。^[45] 2017年現在、HeartMate IIIがFDAに承認されている。これは前身のHeartMate IIよりも小さく、HeartMate IIのカップアンドボールベアリングシステムの代わりに完全な磁気浮上インペラを使用している。^[46]

HeartWare HVADはVentrAssistと同様に機能しますが、はるかに小型で、腹部ポケットに埋め込む必要がありません。このデバイスはヨーロッパでCEマークを取得し、米国ではFDAの承認を取得しています。HeartWare HVADは胸骨切開なしで限られたアクセスで埋め込むことができますが、2021年にメドトロニックはデバイスの製造を中止しました。^{[47] [44]}

少数の症例では、薬物療法と併用した左室補助装置により、心臓が十分に回復し、装置を除去（摘出）することが可能になった。^{[7] [8]}介入による除去、カスタムメイドのプラグを使用したオフポンプ摘出、再胸骨切開によるLVADの完全除去など、いくつかの外科的アプローチが報告されており、5年生存率は最大80%である。^[48]

HeartMate II LVAD の使用に関する一連の研究は、移植までの橋渡し治療および最終治療に LVAD を使用することの実現可能性とリスクを確立する上で有用であることが証明されています。

• HeartMate IIのピボタル試験は2005年に開始され、HeartMate IIの2つの適応症、すなわち移植までの橋渡し（BTT）と長期の永続的なサポートであるデスティネーションセラピー（DT）の評価が含まれていました。Thoratec社は、FDAが1つのプロトコルに両方の適応症を含む臨床試験を承認したのはこれが初めてであると発表した。^{[49] [50] [51]}
• 2005年から2007年にかけて米国で113人の患者（うち100人が主要な結果を報告）を対象に実施された多施設研究では、3か月後には機能の大幅な改善が見られ、12か月後の生存率は68%であることが示されました。^[52]
• 試験に参加した最初の194人の患者の1年間の追跡データに基づいて、FDAはHeartMate IIを移植までの橋渡しとして承認しました。この試験では、幅広い患者の生存率と生活の質が改善したという臨床的証拠が得られました。^{[53] [54]}
• 研究のエンドポイントに到達したか、術後 18 か月の追跡調査を完了した 281 人の患者に関する 18 か月の追跡調査データでは、脈動流デバイスと比較して、持続流 LVADS の方が生存率が向上し、有害事象が少なく、信頼性が高いことが示されました。281 人の患者のうち、157 人が移植を受け、58 人が体内に LVAD を装着し続け、7 人が心臓が回復したため LVAD を取り外しました。残りの 56 人は死亡しました。結果では、患者のNYHA心不全クラスは、LVAD 使用前のベースラインと比較して、LVAD サポートの 6 か月後に大幅に改善したことが示されました。この試験は移植までの橋渡しの適応症に関するものでしたが、結果は、持続流 LVAD が最終治療のために機械的サポートを受ける患者にとって耐久性と信頼性の点で優れているという早期の証拠を示しています。^[55]
• FDA が HeartMate II LVAD を移植までの期間に使用することを承認した後、商業環境でのデバイスの有効性を評価するために承認後 (「レジストリ」) 研究が行われました。この研究では、他の LVAD 治療やベースライン患者と比較して、デバイスが結果を改善したことがわかりました。具体的には、HeartMate II 患者はクレアチニン値が低く、30 日生存率は 96% と大幅に高く、93% が成功した結果 (移植、心臓回復、または長期 LVAD) に達しました。^[56]

ヘアフィールド回復プロトコル研究（HARPS）は、VADサポートを必要とする進行性心不全患者が、デバイス除去（移植として知られる）を可能にするのに十分な心筋機能を回復できるかどうかを評価する臨床試験です。HARPSは、LVAD（HeartMate XVE）と従来の経口心不全薬を組み合わせ、その後に新しいβ2作動薬であるクレンブテロールを投与します。これにより、進行性心不全患者の一部が心臓移植を控える可能性が開かれます。^[57]

REMATCH（うっ血性心不全の治療のための機械的補助のランダム化評価）臨床試験は、1998年5月に開始され、2001年7月まで米国内の心臓移植センター20か所で実施されました。この試験は、心臓移植を必要としているが、その資格がない末期心不全患者に対する左心室補助装置の長期植え込みと最適な医療管理を比較するために設計されました。臨床結果の結果、この装置は、2001年と2003年に、両方の適応症でFDAの承認を受けました。^[58]

心臓移植を待つ間に左心室補助装置で治療された患者と強心薬療法を受けた患者を比較した後ろ向きコホート研究によると、LVADで治療されたグループは移植時に臨床的および代謝機能が改善し、血圧、ナトリウム、血中尿素窒素、クレアチニンが良好でした。移植後、強心薬グループの57.7%が腎不全を患ったのに対し、LVADグループでは16.6%でした。強心薬グループの31.6%が右心不全を患ったのに対し、LVADグループでは5.6%でした。無イベント生存率は強心薬グループで15.8%、LVADグループで55.6%でした。^[59]

VADには多くの潜在的なリスクが伴います。最も一般的なリスクは出血、脳卒中、ポンプ血栓症、感染症です。^[60]

出血

VAD は一般に血液を非生物学的表面 (金属、合成ポリマーなど) に流すため、血栓症とも呼ばれる血栓の形成につながる可能性があります。これらの凝固異常のため、血栓症のリスクを減らすために抗凝固薬が使用されます。HeartMate XVE というデバイスは、フィブリン由来の生物学的表面を使用して設計されており、長期の抗凝固を必要としません (アスピリンを除く)。残念ながら、この生物学的表面は特定の種類の白血球を選択的に減少させることで患者を感染にかかりやすくする可能性もありますが、このデバイスは 2009 年から新しいデバイスに置き換えられて段階的に使用が中止されました。^{[61] [62]}

抗凝固薬の使用により、VADの植え込みまたは摘出後の術後早期合併症として出血が最も多く、レシピエントの最大60%で再手術が必要となる。^{[63] [64]}最も一般的には、出血は消化管で発生し、暗赤色または鮮赤色の便となるが、^[65]頭部外傷が発生すると、頭蓋内出血も発生する可能性がある。^[66]出血イベントでは大量の輸血が必要になる可能性があり、感染、肺不全、費用増加、右心不全、同種感作、ウイルス感染などの特定のリスクが発生し、致命的となるか移植を妨げる可能性がある。^[64]出血が発生すると、1年目のカプランマイヤー死亡率に影響する。^[63]患者集団の複雑さと出血の一因となるこれらの手順の複雑さに加えて、デバイス自体が、これらのデバイスが植え込まれたときに発生する可能性のある重度の凝固障害の一因となる可能性がある。^[67]

虚血性脳卒中とポンプ血栓症

VAD を使用している患者では、VAD 内の異物にさらされたときに血液が血栓を形成する傾向に対抗するための抗凝固が不十分な場合に、虚血性脳卒中やポンプ血栓症が発生します。脳卒中のリスクは、設置されている VAD の種類やその他のリスク要因によって異なります。^[60]心房細動と高血圧はどちらも脳卒中のリスクを高める可能性があり、高血圧は VAD 使用時の患者の脳卒中のリスクを高める可能性があります。^{[68]ただし、標準的な血圧モニタリングを使用して LVAD 患者の血圧を測定することは困難であり、現在の慣行では、}外来患者ではドップラー超音波検査、入院患者では侵襲的動脈血圧モニタリングによって測定されています。^[69]

感染症

VAD患者の感染症は、デバイスの人工表面が細菌や真菌の増殖面として機能するために発生します。^[70]ほとんどの感染症はドライブライン感染症に分類され、デバイスの電源コードが皮膚（通常は上腹部）に入る場所で発生する感染症です^。[70]

VAD関連感染症は、さまざまな微生物によって引き起こされる可能性があります。^{[71] [70]}

• グラム陽性菌（ブドウ球菌、特に黄色ブドウ球菌、腸球菌）
• グラム陰性細菌（緑膿菌、エンテロバクター属、クレブシエラ属）
• 真菌、特にカンジダ属

その他の免疫系関連の問題としては免疫抑制が挙げられる。デバイスに使用されているポリウレタン成分の中には、血液が接触すると免疫細胞のサブセットが除去されるものがある。これにより患者は真菌や一部のウイルス感染症にかかりやすくなり、適切な予防療法が必要となる。^[72]

補助人工心臓の植え込みに伴う多くのリスクと生活習慣の変更を考慮すると、^[73]将来の患者は意思決定前に十分な情報を得ることが重要です。^[74]医師の診察に加えて、患者教育を支援するために、インターネットベースのさまざまな患者向けリソースが利用可能です。^{[75] [76]}

これは部分的なリストであり、完全ではない可能性があります。
参照の追加は歓迎します

• 大動脈内バルーンポンプ
• ポンプ血栓症

• MyLVAD.com - さまざまな LVAD に関する情報を掲載した非ブランドサイト
• DECIDE-LVAD 患者意思決定支援 - LVAD の意思決定に関する情報を掲載した非ブランド サイト