心肺バイパス

心肺バイパスは、心臓手術中に一時的に心臓と肺の機能を代行する技術です。静脈血は機械に送られ、そこで酸素が加えられ、二酸化炭素が除去された後、動脈系に送り返されます。これにより、外科医は心臓を停止させて開胸手術を行うことができ、その間も体の他の部分は灌流され続けます。これは、開心術を可能にした技術です。

Definition

心肺バイパスは体外循環の一種であり、心臓手術中に機械が静脈血を酸素化して動脈循環に戻し、心臓と肺の機能を機械的に代行します。

Scope

このトピックでは、体外循環の原理、バイパス回路の主要な構成要素、それが引き起こす生理学的変化、およびそれに関連する全身性炎症反応について説明します。これは、外科的補助技術に関する教育的な参照であり、灌流プロトコルや治療ガイダンスを提供するものではありません。

Core questions

• バイパス回路はどのように心臓と肺の機能を代行しますか？
• 体外循環回路の必須構成要素は何ですか？
• バイパスはどのような生理学的結果とリスクをもたらしますか？
• なぜバイパスは全身性炎症反応を引き起こすのですか？

Key concepts

• 体外循環
• 静脈ドレナージとカニュレーション
• 酸素供給装置（ガス交換）
• 動脈ポンプと還流
• 全身性抗凝固（ヘパリン化）
• 全身性炎症反応
• 血液希釈とプライミング

Mechanisms

心肺バイパスでは、右心房または大静脈に挿入されたカニューレを介して、脱酸素化された静脈血が重力または補助吸引によってリザーバーに排出されます。血液は酸素供給装置を通過し、そこで膜を介してガス交換が行われ、酸素が加えられ、二酸化炭素が除去されます。また、温度を制御する熱交換器も通過します。その後、ポンプによって酸素化された血液が、通常は上行大動脈を介して、加圧下で動脈系に戻されます。血液と回路の人工表面との接触は凝固を活性化するため、患者は通常ヘパリンを用いて完全に抗凝固されます。この血液と表面の接触は、虚血再灌流および非拍動流とともに、補体と白血球を活性化し、バイパス後の生理に寄与する全身性炎症反応を引き起こします。

Clinical relevance

心肺バイパスはほとんどの開心術で使用され、臨床医が理解すべき周術期生理を形成します。この項目では、この技術がどのように機能し、なぜ特徴的な全身効果を生み出すのかを説明します。これは参照記述であり、灌流管理や個別の治療決定の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

心肺バイパスに関する知識は、ギボンとその同僚による歴史的な工学的研究、およびそれが引き起こす全身性炎症反応のレビューを含む大規模な生理学的文献に由来します。現代の証拠の多くは、確立された原理そのものよりも、回路コーティング、流量戦略、抗炎症対策といった改良に関するものです。

History

心肺バイパスはジョン・ギボンの功績であり、彼は妻メアリーとともに数十年にわたり機械式人工心肺装置の開発に費やし、1953年にそれを用いて心房中隔欠損の閉鎖という初の成功した開心術を行いました。ミラー、ギボン、ギボンの1951年の報告書は装置の開発を記録しており、その後の数十年で膜型酸素供給装置、改良されたポンプ、より安全な回路が登場し、バイパスが日常的なものとなりました。

Debates

バイパス後の罹患率のどの程度が全身性炎症反応によって引き起こされるのか？

血液と人工回路との接触および虚血再灌流は炎症経路を活性化し、これが臓器機能不全にどの程度寄与するのか、また抗炎症戦略が転帰を改善するかどうかは、依然として活発な議論の対象となっています。

Key figures

• John H. Gibbon Jr.
• Mary Hopkinson Gibbon
• C. Walton Lillehei

Seminal works

• gibbon-1978
• miller-1951
• pastuszko-2004

Frequently asked questions

心肺バイパス中に患者自身の心臓と肺の機能は使用されますか？

いいえ。バイパス中は人工心肺装置がガス交換と循環を行い、心臓を停止させ、肺を虚脱させたままでも体が灌流され続けることを可能にします。

心肺バイパスのために患者はなぜ抗凝固される必要があるのですか？

回路の人工表面に血液が接触すると凝固してしまうため、機械を通して血液が流れ続けるように完全な抗凝固（一般的にはヘパリンを使用）が必要です。