“自在に心臓を停止、再拍動させることができ、大きな障害も残らないとすれば、どれほど大きな貢献になるだろうか。”

Denis G. Melrose、１９５５

第1回帝京大学心臓外科セミナー

心筋保護液

帝京大学 心臓血管外科 真鍋 晋

今日のお題

• 開発までの経緯

• 心筋保護の原理

• 優れた心筋保護に必要な６つの要件

心筋保護液の

基本

• 血液性と昌液性

• 投与方法 順行性か 逆行性か • Hot Shot

多様化する

心筋保護液

• 酸素加晶液性心筋保護液 （SHA液）

当院における

心筋保護法

これまでの変遷 1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

開発に着手 動物実験で成功 臨床使用 初めての成功

初めてのAVR,MVR

“Stone Heart”

心筋保護液を使用 人工心肺の開発 単純遮断、持続潅流

心筋保護液の基本

これまでの変遷

John H. Gibbon (1903-1973) 1930年マサチューセッツ総合病院で人工心肺装置の開発を開始。 その後IBM社の協力を得て開発を進め、 1940年後半には、犬の実験で成功。 1949年15歳尐女のASDは死亡、 1953年18歳尐女のASDで生存、 しかし、その後の2例はいずれも死亡。

１．人工心肺の開発

1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

開発に着手 動物実験で成功 臨床使用 初めての成功

初めてのAVR,MVR

“Stone Heart”

心筋保護液を使用 人工心肺の開発 単純遮断、持続潅流

心筋保護液の基本

これまでの変遷

John W. Kirklin (1917-2004) 1955年 メイヨークリニックのJohn Kirklinらは、 Gibbonらが開発した人工心肺装置を用いて、 8例の先天性心疾患（ファロー四徴、完全肺静脈還流異常など）の児童に対する心臓手術を行い、4例で成功。

1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

開発に着手 動物実験で成功 臨床使用 初めての成功

初めてのAVR,MVR

“Stone Heart”

心筋保護液を使用

２．人工心肺の成功

人工心肺の開発 単純遮断、持続潅流

心筋保護液の基本

これまでの変遷

Denton A. Cooley(1920-) 1960年代に彼らは、単純大動脈遮断で心臓手術を行い、平均遮断時間38分という驚異的なスピードで手術を終えることにより、死亡率10％以下という当時としては良好な成績を収めた。 単純大動脈遮断では1８分を超えたところで、不可逆な心筋障害が始まり、許容時間は30-40分程度でしかない。

３．単純大動脈遮断法

1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

開発に着手 動物実験で成功 臨床使用 初めての成功

初めてのAVR,MVR

“Stone Heart”

心筋保護液を使用 人工心肺の開発 単純遮断、持続潅流

心筋保護液の基本

尐数の症例においては、術中に原因不明の重度の心機能障害に陥り、手術室で死亡することがある。彼らの心臓は収縮しないというよりはむしろ、小さく拘縮していて、文字通り“収縮期に凍結してしまった”ようだ。

心筋保護液の基本

後半な心筋障害の原因は、 手術中の心臓への血流の途絶による 虚血であると考えられた。

心筋保護液の基本

これまでの変遷

Albert Starr (1926-) 1960年 オレゴン大学のAlbert Starrは世界発の僧帽弁置換術を成功。 さらに翌1961年には大動脈弁置換術を成功させる。

心内操作の際は持続的に血液を冠動脈に注入（持続冠還流法）していたため、心拍動と血液の流入で手術は煩雑なものであった。

４．持続冠潅流法

1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

開発に着手 動物実験で成功 臨床使用 初めての成功

初めてのAVR,MVR

“Stone Heart”

心筋保護液を使用 人工心肺の開発 単純遮断、持続潅流

心筋保護液の基本

1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

人工心肺装置を用いた 心臓手術がﾋﾄで初めて成功

心筋保護液が初めて 臨床応用される

1957

高濃度カリウムを用いた 心停止下に心臓手術

Dennis G. Melrose(1921-2007) 1955 高濃度カリウム(245mEq/L)を用いた心停止液を開発 1957 Donald Efflerらにより臨床応用されるが、高度の心筋障害となり、患者は死亡する。後に心機能障害の原因は高濃度カリウムによるものと考えられた。

この後15年間は、心停止を目的とした溶液が心臓手術で用いられることはなくなる。

これまでの変遷

５．Cardioplegia法

心筋保護液の基本

“自在に心臓を停止、再拍動させることができ、大きな障害も残らないとすれば、どれほど大きな貢献になるだろうか。”

心筋保護液の基本

心臓手術の際に、 特別な液体を心臓に投与することによって、 心筋の障害を起こさないように 心臓を止めたり動かしたり できないだろうか？

1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

人工心肺装置を用いた 心臓手術がﾋﾄで初めて成功

心筋保護液が初めて 臨床応用される

心筋保護液の基本

疑問１． どのようにすれば、 心筋の障害を予防できるのか？

心筋保護液の基本

心筋障害を軽減する2つの方法

1. 心臓を冷却する。 心筋の酸素消費は 10度冷却するごとに半減する。 許容時間は70分。

2. 心臓を停止させる。 心停止させた心筋の酸素消費は 拍動下時の10%に過ぎない。 初期の心停止液の許容時間は120分。

心筋障害の原因は虚血である。 ↓

虚血による障害を回避するには、心筋の酸素消費を軽減すればよい。

1961 Hufnagelらが氷片で心臓を冷却しつつ、 冷たい生理食塩液を注入し手術を行った。

1957 D. Eflerが高濃度低カリウム液（245mEq/L)を用いて心停止下に手術を行った。

心筋保護液の基本

どちらが効率が良いか？ 低体温 VS. 心停止

心筋温度の冷却による心筋酸素需要の軽減 拍動または細動 2–3 ml/100mg/min

20℃で心停止 0.3 ml/100mg/min

10℃で心停止 0.15 ml/100mg/min

→心臓を止めることですでに90％の酸素需要が節約され、さらに20℃→１０℃まで冷却しても5%程度の酸素需要の節約にしかならない。

1/10

1/ 2

→心臓を止めておくことがより重要！

心筋保護液の基本

疑問２． どのようにすれば、 心臓を止めることができるのか？

心筋保護液の基本

心筋細胞の収縮のしくみ

心筋の収縮はナトリウムやカリウムといった、 イオンの流れによって起こっている。 特別な電解質組成の液体を注入すれば、 心臓を止めることができる！

心筋保護液の基本

速やかな心停止を得る2つの方法

1. 高濃度のカリウムを注入する。 通常血中のカリウム濃度は4mEq/L 5-10 mEq/Lで不整脈が多発 10-20mEq/Lで心停止する。

2. 低濃度のナトリウムを注入する。 心筋の内外で濃度勾配がなく イオンの流れが生じないので、 収縮できない。

細胞外液型心筋保護液 St. Thomas液 など

細胞内液型心筋保護液 Bretschneider液 など

心停止を得るには、電解質濃度を変化させればよい。

心筋保護液の基本

心筋保護時代のはじまり 1930 1940 1949 1955 1960 1972 1973

開発に着手 動物実験で成功 臨床使用 1973 Gayらが、Melroseの用いたものの 1/10のカリウム濃度の溶液を用いて 心臓手術に成功

心筋保護液を使用 人工心肺の開発 単純遮断、持続潅流

心筋保護液の基本

効果的な心筋保護に必要な ６つの基本原則

１．心停止 ２．低温 ３．エネルギー生成に必要な基質の供給 ４．適切なｐHコントロール ５．膜の安定化 ６．心筋浮腫の予防

Gerald D. Buckberg. Strategies and logic of cardioplegic delivery to prevent, avoid, and reverse ischemic and reperfusion damage. J Thorac Cardiovasc Surg 1987;93:127-139

心筋保護液の基本

オキサロ

酢酸

クエン酸

α ケトグルタル酸

スクシニルCoA

フマル酸

アスパラギン酸

グルタミン酸

ピルビン酸 グルコース

乳酸

酸素なし

酸素あり

３．エネルギー生成に必要な器質の供給

インスリン

クエン酸回路

→アスパラギン酸やグルタミン酸を供給することで、エネルギー効率のよりよい好気代謝となりやすい。

→インスリンの投与は心筋のグルコースの利用を促進する。

心筋保護液の基本

４．適切なＰHをコントロールする

•ヘモグロビンには非常に強力な緩衝作用がある。 •THAM、重炭酸、リン酸、ヒスチジンなどを心筋保護液に添加する

心筋保護液の基本

５．膜の安定化

•細胞やミトコンドリアの膜様構造物はフリーラジカルにより障害される。 細胞が虚血状態に陥ると、ヒポキサンチンやキサンチンオキシダーゼが増加し、その結果活性酸素であるスーパーオキシダーゼが産生される。

•フリーラジカルを取り除く物質（フリーラジカルスカベンジャー）を心筋保護液に添加する。 •フリーラジカルスカベンジャーとして最も強力なのは血液であり、そのほかにマンニトール、SOD(superoxide dismutase)、アロプリノールがある。 •カルシウム阻害薬（ヘルベッサーなど）、ステロイド、プロカイン、トリプトファンを添加することでも膜用構造物を保護できる。

心筋保護液の基本

６．心筋浮腫の予防

•灌流圧に注意する。 導入時は80-100mmHgまで安全だが、再注入時には50mmHg以下の潅流圧にしたほうが、心筋浮腫を抑制できる。

•膠質浸透圧を低下させない

血液は膠質浸透圧を保持させるたんぱく質に富んでいる。

心筋保護液の基本

心筋保護液の組成をみてみよう！

榊原記念病院 GIK ＋ 血液 ５％ブドウ糖 500ｍｌ ジュータミン 5ml マンニトール 11 ml KCl 12.5mEq インスリン 10 U リンデロン 10 mg

高カリウム溶液による心停止

エネルギー源を供給

緩衝液

膜を安定化

膜を安定化、浮腫を予防

心筋保護液の基本

心筋保護液の組成をみてみよう！

Bretschneider Roe Sutter St.Thomas Memorial K (mEq/l) 7 20 10-15 16 Na (mEq/l) 12 27 147 110 Mg (mEq/l) 4 6 2.5 16 HCO3 (mEq/l) - - 18 10 Glucose (%) - 5 0.5 - プロカイン (%) 0.2 - - 0.27 リドカイン (%) - - 0.01 - そのほか マニトール THAM 酢酸

心筋保護液の基本

今日のお題

• 開発までの経緯

• 心筋保護の原理

• 必要な６つの要件

心筋保護液の

基本

• 血液と晶液性心筋保護液

• 投与方法 順行性か 逆行性か • Hot Shot

多様化する

心筋保護法

• 酸素加晶液性心筋保護液 （SHA液）

当院における

心筋保護法

心筋保護液の変遷

Gerald D. Buckberg.

頻回投与法 （１９７６) 20分毎に心筋保護液を投与

血液心筋保護液 (1978) 血液に心筋保護液を付与

加温血液心筋保護液による再潅流 (1977) Hot Shot

両方向（順行性＋逆行性）投与法 (1989)

多様化する心筋保護法

多様化する心筋保護法

１．血液か？晶液か？ ２．投与方法。順行性か？逆行性か？ ３．Hot Shot

多様化する心筋保護法

１．血液か？ 晶液か？

１．心停止 ２．低温 ３．エネルギー基質の供給

酸素供給能

４． ｐHコントロール 緩衝液

５．膜の安定化 フリーラジカルスカベンジャー

６．心筋浮腫の予防 膠浸透圧

◎ 赤血球内にはカタラーゼ、スーパーオキシド ディスムターゼ、グルタチオンなどといったフリーラジカルスカベンジャーが含まれている。

◎ ヘモグロビンは血漿タンパクの6倍の緩衝能があり、これはヘモグロビンが、38ものヒスチジンを有していることによる。

◎ 血漿中には多数のたんぱく質がある。

◎ ヘモグロビンによる十分な酸素供給が可能。

理論的には血液を心筋保護液に含ませることは、極めて有用なはずだが、 初期の臨床研究では好気代謝が盛んになっていることは示されたものの、心筋障害を抑制しているとの有意な結論は得られなかった。 最新の報告では？？

血液

多様化する心筋保護法

多様化する心筋保護法

１．血液か？晶液か？ ２．投与方法。順行性か？逆行性か？ ３．Hot Shot

多様化する心筋保護法

二通りの投与経路 順行性投与と逆行性投与

順行性投与 大動脈基部から 動脈を介して 心臓へ分布 逆行性投与 冠静脈洞から 静脈を介して 心臓へ分布

多様化する心筋保護法

解剖の勉強 心臓の静脈はどのように走行しているか？

多様化する心筋保護法

心臓の静脈系 １

冠静脈洞 Coronary sinus

中心臓静脈

大心臓静脈

2本の静脈が合流し、冠静脈洞となり右房へと注ぐ。

多様化する心筋保護法

心臓の静脈系 ２

冠静脈洞 Coronary sinus

多様化する心筋保護法

順行性投与 VS. 逆行性投与

順行性投与 逆行性投与 利点 急速な投与が可能 冠動脈内の塞栓や空気 をflash outできる 心臓を脱転したままでも投 与可能 欠点 空気塞栓 投与に時間を要する 冠動脈の狭窄病変 右室潅流が悪い ARの存在 （脱転した際）

両方の投与方法を併用することにより、お互いの欠点が補完できる。

多様化する心筋保護法

逆行性潅流の欠点

右室からの静脈

入口部付近に注ぐ

カニューラの位置が深いと、右室は潅流されない。

多様化する心筋保護法

多様化する心筋保護法

１．血液か？晶液か？ ２．投与方法。順行性か？逆行性か？ ３．Hot Shot

多様化する心筋保護法

Hot Shotとは？

Terminal Warm Blood Cardioplegia 終末期加温血液心筋保護液 •心内操作の最後（大動脈遮断解除の直前）に温かい血液心筋保護液を注入すること。 •細胞内貯蔵エネルギーの枯渇している心内操作終了時に、すぐには心臓を拍動させず、まず心臓を止めたまま加温血液でエネルギー充填を行う。

多様化する心筋保護法

Hot Shot

通常の大動脈遮断解除

Hot Shotの意義

心筋保護液１

大動脈遮断解除

エネルギーレベル

心停止

心拍動

心筋保護液２

心筋保護液１

大動脈遮断解除

エネルギーレベル

心停止

心拍動

心筋保護液２

Hot Shot注入

貯蔵エネルギーが枯渇したまま、 心臓は拍動を開始する。

心臓をすぐには動かさず、停止させた状態で、貯蔵エネルギーを補填し、その後心臓を拍動させる。

多様化する心筋保護法

JOURNAL CLUB 文献 その１：血液と晶液心筋保護の比較

JOURNAL CLUB 文献 その２：白血球除去フィルターの効果

帝京大学医学部心臓血管外科学講座ホームページ

http://www.teikyo-cvs.com/index.html

※このスライドは帝京大学で行っている CVS セミナーで使用しております。CVS セミナーは

心臓外科に関するレクチャーを毎月一回開催しています。心臓血管外科、麻酔科、循環器

内科を中心に、看護師、臨床工学技師、理学療法士など毎回 30 名前後のメンバーが参加

しています。下記のホームページより他のスライドもご覧いただけます。