進歩する人工臓器と進歩から取り残される人工臓器

自動車の自動運転が現実となった昨今、人工臓器の進歩においても目を見張るものがある。日本人工臓器学会員の半分以上を占める臨床工学技士が扱う生命維持装置の多くは1950年代に実用化され今日に至る。心臓ペースメーカーは、電子レンジ大の箱であったものが500円硬貨の大きさになり体内に植え込まれ、今では体内から動作状態の情報がインターネットを介して病院に届けられている。人工呼吸器もドラム缶の様な機械の内部に患者を入れて換気を行っていた「鉄の肺」は、持ち運べるまで小型化され、今や患者の呼吸状態に合わせて自動的に最適な呼吸モードに適宜切り替わり、人工呼吸からの離脱を促すまでになっている。透析装置も同様で、充填・開始・治療と除水・回収までほぼ自動化される時代となった。
一方で、1953年に外科医Gibbonが開発した人工心肺装置を見てみると、膜型人工肺や遠心ポンプなど材料は30年ほど前に開発され進歩したが、体外循環回路そのものは貯血槽が大気に開放された開放回路のままとなっている。開放回路では、貯血量(貯血レベル)が送血流量と脱血流量のバランスで維持されるので不安定であり、人工心肺の操作は貯血槽を常に監視し、その変化に応じて送血流量あるいは脱血流量を調節するといった集中力と職人技を必要としている。このような完全な手動操作が世界的にも人工心肺のgolden standardとなって受け継がれていており、前述した進歩から取り残されている感がある。
しかし実は貯血レベルの自動の安定化は日本が先駆け的にチャレンジしており、1960年後半には貯血槽の重量で送血・脱血流量を制御することで、貯血レベルを安定化させる装置を東京女子医科大学で開発し、臨床応用1され、その装置も市販されていたとされる。しかし、筆者が三井記念病院で体外循環に従事し始めた1980年初頭にはそれらは姿を消してしまっており、筆者も集中力と職人技による人工心肺操作を叩き込まれた。ただ、同時期に血液透析・血液成分採血・補助循環(V-A Bypass)を行う現場にも派遣されたのだが、それらの血液回路は全て大気に対して閉鎖した閉鎖回路であり、その簡便な管理と安定性に魅了された。1989年に現職に異動し主に人工心肺を担うようになったが、当初は開放回路を採用した。しかし、安定性に優れた閉鎖回路が頭からは離れず、1994年に体外循環回路から貯血槽を分離した半閉鎖回路、そして1998年に分離した貯血槽と脱血回路をローラーポンプ(Volume control pump)で結んだ閉鎖回路で体外循環を始めた。この回路では、体外循環の流量は送血ポンプで、貯血レベルはVolume control pumpで調整する。1999年には貯血槽に取り付けたLevel sensorでVolume control pumpをOn/Off制御することで、貯血レベルがLevel sensorの位置に自動的に維持できるシステム(Closed circuit level control: CLC:下図)を考案2した。CLCにより貯血レベルはLevel sensorの上下で行えるため、体外循環操作は簡便となり、体外循環は安定性した。現在は当施設で全ての体外循環症例にCLCを用いその実績は6000例に達している。一方で、開放回路においても貯血レベルの自動制御を試みた。貯血槽の底まで伸びているポートを利用し、貯血レベルをこのポートの静水圧で測定し、送血ポンプの回転にfeed-backすることで、貯血レベルを安定化させることに成功した3。OLCの開発には2011年JASO MERA GRANT、OLCの臨床応用では2013年にPresidential JSAO Awardを授与され、日本人工臓器学会からの研究・開発の支援や評価は大きな励みとなった。
冒頭で挙げた人工臓器は、多くの研究者や臨床家の熱意によって開発・改良により進歩してきた。人工心肺の操作や管理が医師から臨床工学技士へ託された現在、臨床工学技士に新たな研究・開発への熱意がなければ人工心肺には未来はないと筆者は危惧している。
文献:
1:藤倉一郎ほか: 重量方式Vinyl Sheet Oxygenatorによる小児体外循環. 手術, 21( 3), 277-280, 1967.
2:Momose N,et.al: A new cardiopulmonary bypass operating system enabling surgeon’s regulation in operation field. Journal of Artificial Organs Vol.4: 278-282, 2001.
3:Naoki Momose,et.al: Development of a new control device for stabilizing blood level in reservoir during extracorporeal circulation. Perfusion; 25; 77-82; 2010.

 
 終
 
次回のエッセイは、2019年3月頃を予定しております。