2020 Fiscal Year Annual Research Report

Comprehensive study on clinical problems for percutaneous cardiopulmonary support system

Research Project

Project/Area Number	20H03786
Research Institution	National Cardiovascular Center Research Institute
Principal Investigator	巽英介国立研究開発法人国立循環器病研究センター, オープンイノベーションセンター, 副オープンイノベーションセンター長 (00216996)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西中知博国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (00256570) 福嶌教偉国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 病院, 部長 (30263247)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	経皮的心肺補助 / ECMO / 循環不全 / 呼吸不全 / 救急医療
Outline of Annual Research Achievements	経皮的心肺補助システムの臨床的課題に関する解析を行った。重症呼吸不全患者へのECMO治療に対して、長期連続使用可能なECMOシステムの開発が必要である。血液ポンプについて、血栓形成および溶血を抑制しつつ、目標とする血液流量を長期にわたって確保するとともに、血栓形成等の発生を検知するシステムの開発が必要である。人工肺について、血栓形成を抑制するとともに、重度呼吸不全に対応可能な高いガス交換能を有するシステムの開発が必要である。回路分岐部および接続コネクターについて、血栓形成抑制法の開発が必要である。ECMO使用による炎症反応、血液凝固系への影響を抑制するシステムの開発、および重症感染症に伴うECMO使用患者において、全身性炎症反応に対する治療方法の開発が必要である。ECMO治療に関わる医療スタッフへの教育方法の整備が必要である。小児重症循環・呼吸不全患者に対するECMOシステムの開発において、低ECMO血流量条件でも血栓形成を抑制して安定した血液循環を行うとともに、必要とするガス交換を達成させることを目的に、人工肺出口および血液ポンプ入口近傍を短絡し、回路を通過する血液の一部を再循環させ、人工肺および血液ポンプ血流量を増加させるECMOシステム内シャント回路増設法の開発を行っている。本法では、シャント血流量の制御法が課題となる。シャント回路の物理的寸法は、シャント管路抵抗を決定し、シャント回路と患者側主回路の流量分配比を決める要因の一つとなる。一方、カニューレを含むECMO回路の抵抗と患者の血行動態による患者側主回路の抵抗変動によっても流量分配比は影響を受ける。そこで、シャント血流量を制御するために、血行動態から患者血管抵抗を推定し、これとECMO回路の圧力特性を用いたダイヤグラムを作成することによって、シャント回路における血流量および圧力の変化を予測する方法を考案した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason １）経皮的心肺補助システムの臨床的課題の解析を行い、検討すべき各種問題点が示された。２）経皮的心肺補助システムの臨床的課題の解決に向けた研究開発を推進している。小児重症循環・呼吸不全患者に対するECMOシステムの開発において、低ECMO血流量条件でも血栓形成を抑制して安定した血液循環を行うとともに、必要とするガス交換を達成させることを目的に、人工肺出口および血液ポンプ入口近傍を短絡し、回路を通過する血液の一部を再循環させ、人工肺および血液ポンプ血流量を増加させるECMOシステム内シャント回路増設法の開発を行っている。本法の導入は小児重症循環・呼吸不全患者に対するECMOシステムの開発において重要な課題である血栓形成の抑制、ECMO血液循環の安定、および必要とするガス交換の確保において有効であることが期待される。
Strategy for Future Research Activity	１）経皮的心肺補助システムの臨床的課題の解析、解析から示された各種問題点についての解決方法に関する研究および開発の推進を行う。２）小児重症循環・呼吸不全患者に対するECMOシステムの開発、院外救命救急現場におけるECMO導入・治療開始・患者緊急搬送を可能とするECMOシステムの開発、および経皮的アクセスシステムの革新に関する研究開発を推進する。