VV-ECMO管理編 ― カニューレはなぜ「太く・短く」なのか、リサーキュレーションとどう向き合うか

― “経験則の正体”を、数式とシミュレータで解き明かす ―

はじめに

前回の「ECMOの超基本 ― VAとVV」では、VV-ECMOは肺を助ける治療でありながら、循環と酸素需給のバランス管理が本質である、という話をしました。

そしてもう一つ、VV-ECMOの管理を難しくしている正体があります。それが「カニューレ選択」と「リサーキュレーション（再循環）」です。

• なぜ24Frが選ばれ、19Frでは何が起きるのか
• 脱血圧−50と−80の違いは何を意味するのか
• 送血・脱血の位置によって、なぜ効果が変わってしまうのか

今回は、この2つのテーマを、感覚ではなく数式とシミュレータで確認していきます。

ポイント

• カニューレの太さ・長さで、ECMOの最大流量は導入時点でほぼ決まる
• 血管占有率が高すぎると、うっ血・血栓など静脈側にも合併症リスクが生じる
• リサーキュレーションはカニューレ先端の位置関係で大きく変わる

「太く・短く」の原則 ― Hagen-Poiseuilleの法則

カニューレを通る血液の流れを支配しているのは、物理の世界では非常にシンプルな法則です。

V = π(Pin − Pout) r⁴ / 8ηl

この式のポイントは2つです。

• r⁴（半径）：わずかな直径の違いが、流量には「4乗」で効いてくる。カニューレを1段階太くするだけで、流れやすさは劇的に変わる
• l（長さ）：流量は長さに反比例する。同じ太さでも、短い方が流れやすい

図: r⁴の効果により、わずかな直径の違いが流量を大きく左右する。安定した流量の絶対条件は「太く・短く」

つまり、「なぜ24Frが選ばれ、19Frでは流量が足りないのか」という疑問の答えは、この式の中にあります。半径のわずかな差が4乗で効いてくるため、Fr数がひとつ違うだけで、達成できる最大流量が大きく変わってしまうのです。

そして重要なのは、この最大流量は、カニューレを選んだ「導入時点」でほぼ確定してしまうという点です。導入後にいくらポンプの回転数（RPM）を上げても、カニューレという「ボトルネック」を超える流量は原理的に出せません。「ECMOは導入が8割」と言われる理由がここにあります。

BSAから逆算するカニューレ選択の考え方

目標とすべき流量は、以前の記事でも触れた通り次の式で概算できます。

目標流量 = BSA × 2.0〜2.4 L/min

VA-ECMOのカニューレ選択では、このBSAから逆算して脱血・送血それぞれのFr数を決める考え方を紹介しました。VV-ECMOでも脱血側の考え方は基本的に同じです。目標流量を達成できる太さ・長さの脱血カニューレを、内頸静脈から上大静脈（SVC）にかけて留置します。

一方で、送血側の太さはVAとVVで単純比較できません。VAでは大腿動脈へ送血しますが、大腿動脈はもともと血管径が8〜10mm程度と限られたうえ、太くしすぎると下肢虚血のリスクが上がるため、送血カニューレはむしろ控えめなFr数に収まりやすい傾向があります。対してVVの送血で使われる大腿静脈は、隣接する大腿動脈より血管径が大きくコンプライアンスも高いため、送血カニューレはVAの動脈送血より太いFr数を選びやすいのが実際のところです。

VV-ECMOでサイズの差が生まれやすいのは、VAとの比較よりも「脱血側と送血側の間」です。脱血側は過度な陰圧（P1）を避けるため、多段孔（マルチステージ）構造も含めてやや太め・長めに設計されることが多く、送血側はそれよりやや細めに収まる傾向があります。ただしこれは血管径そのものの制約というより、脱血側の陰圧マネジメントを優先した設計上の理由によるものです。

• 脱血（内頸静脈）：目標流量から逆算し、太く・短く、が基本方針。過度な陰圧を避けるため送血側よりやや太めに設計されることが多い
• 送血（大腿静脈）：血管径自体はむしろ大きく、太いFr数を選びやすい。脱血側との相対的なバランスで決まることが多い
• Femoral-Femoral構成の場合：脱血・送血ともに大腿静脈を用いるため、後述するリサーキュレーションのリスクが上がる

具体的なFr数は機種・カニューレメーカー・血管エコーでの実測径によって変わるため、「このBSAならこのFr」と一律に決め打ちするのではなく、目標流量から逆算し、実際に選んだカニューレでその患者のVO2を賄えるかをシミュレータで事前に確認する運用が安全です。

血管占有率と静脈側のリスク

カニューレが太いほど流量は稼ぎやすくなりますが、血管に対してカニューレが占める割合（占有率）が大きすぎると、別のリスクが生じます。

カニューレ外径の目安：Outer Diameter (mm) = Fr / 3

• 推奨範囲（< 66%）：血管内にカニューレ周囲の血流が確保され、うっ血のリスクが低い
• 危険域（> 83%）：血管がほぼカニューレで塞がれた状態となり、うっ血・血栓のリスクが高まる

図: カニューレ外径が血管径に対して66%を超えると、うっ血・血栓のリスクが相対的に高まる

VAの動脈側では「末梢への血流が保たれるか（下肢虚血）」が主な懸念でしたが、VVの静脈側ではうっ血・深部静脈血栓症（DVT）のリスクという形で同じ物理法則が問題になります。「太ければ太いほど良い」わけではなく、目標流量を満たす範囲でできるだけ細い（＝血管への負担が少ない）カニューレを選ぶ、というバランス感覚が求められます。

P1〜P3の圧境界線とRPM

流量だけでなく、回路にかかる圧力にも安全域があります。

図: P1(脱血圧)・P2(人工肺前圧)・P3(送血圧)にはそれぞれ絶対的な境界線がある

• P1（脱血圧）：下限値の目安は−50 mmHg程度。これより大きくマイナスに振れる（例：−80など）と、脱血不良・カニューレの血管壁への吸着（chattering）を疑う
• P2（人工肺前圧）：上限値の目安は400 mmHg程度。これを超えると人工肺の消耗（血栓形成による抵抗上昇）を疑う
• P3（送血圧）：上限値の目安は350 mmHg程度。これを超えると送血不良を疑う
• RPM：上限は溶血リスクとの境界。機種ごとの上限値を必ず確認する

「脱血圧−50と−80の違い」は、まさにこのP1の下限値の話です。−50程度までは正常範囲として許容されますが、−80のように大きく陰圧に振れている場合は、脱血カニューレの位置異常・血管壁への吸着・カニューレサイズ不足など、何らかのトラブルを疑うべきサインになります。数値は必ず機種の添付文書・施設プロトコルで確認してください。

リサーキュレーション ― VV-ECMO最大の落とし穴

ここからが、VV-ECMO管理で最も特有かつ厄介なテーマです。

リサーキュレーションとは何か

VV-ECMOは「脱血も送血も静脈」という回路構成のため、人工肺で酸素化したばかりの血液の一部が、全身を巡ることなくそのまま脱血カニューレに吸い込まれてしまう現象が起こり得ます。これがリサーキュレーション（再循環）です。

再循環した血液は体内を循環していないため、いくら流量やFiO2を上げても、患者本人のSpO2にはほとんど反映されません。

• 流量は十分出ている
• FiO2も上げている
• なのにSpO2が思ったように上がらない

こうした場面では、まずリサーキュレーションを疑う必要があります。

カニューレ配置による違い

リサーキュレーションの量は、脱血カニューレと送血カニューレの先端の位置関係によって大きく変わります。

図: 大腿静脈-大腿静脈(Femoral-Femoral)は先端が近接しやすく再循環リスクが高い。内頸静脈(脱血)-大腿静脈(送血)は先端間の距離が長く、再循環リスクが相対的に低い

• 大腿静脈－大腿静脈（Femoral-Femoral）：送血直後の血液が、近接した脱血孔にそのまま再吸引されやすい構成。カニューレ先端の位置関係がシビアで、わずかなズレでリサーキュレーション率が大きく変動する
• 内頸静脈（脱血）－大腿静脈（送血）：脱血と送血の距離が物理的に長く取れるため、再循環のリスクは相対的に低い。多くの施設で標準的に選ばれる構成
• 二腔式単一カニューレ（デュアルルーメンカテーテル）：内頸静脈から1本のカニューレで脱血・送血を行う方式。送血ポートを三尖弁に向けて正確に位置決めする必要があり、エコーや透視でのポジショニングがずれるとリサーキュレーションが急増する

リサーキュレーション率の考え方

実際にどの程度再循環しているかは、以下の式で概算できます。

リサーキュレーション率(%) = (脱血側の酸素飽和度 − 真の静脈血酸素飽和度) / (送血側の酸素飽和度 − 真の静脈血酸素飽和度) × 100

脱血側（人工肺に入る前）の血液の酸素飽和度が、本来の混合静脈血酸素飽和度（SvO2）よりも高くなっている場合、それは「酸素化されたばかりの血液を吸い込んでいる」ことを意味し、リサーキュレーションが起きている可能性を示唆します。

対応の実際

• カニューレ先端の位置関係を見直す：先端間の距離を離す方向に再位置決めする
• カニューレ配置の変更を検討する：Femoral-Femoral構成で改善しない場合、内頸静脈脱血・大腿静脈送血への変更を医師と相談する
• 過剰な流量設定を見直す：患者の心拍出量に対してECMO流量が過大な場合、再循環の割合が増えることがある
• 脱血側・送血側の血液ガスを比較する：脱血側の酸素飽和度が高すぎないか定期的に確認し、リサーキュレーションの兆候を早期に察知する

CEとしての役割

VV-ECMOのカニューレ選択とリサーキュレーション管理は、回路の物理（Hagen-Poiseuilleの法則、血管占有率）と患者の生理（DO2/VO2、リサーキュレーション率）の両方を理解していないと、「なぜうまくいかないのか」を説明できません。CEの実務では、

• 目標流量からの逆算によるカニューレサイズの提案
• P1〜P3の圧トレンドからの回路トラブルの早期発見
• リサーキュレーションが疑われる場面での血液ガスデータの整理・評価サポート
• カニューレ位置変更や構成変更の検討における技術的な情報提供

といった役割を担うことができます。

まとめ

✅ カニューレの太さ・長さで、ECMOの最大流量は導入時点でほぼ確定する（Hagen-Poiseuilleの法則：r⁴に比例、lに反比例） ✅ 血管占有率が高すぎる（目安>83%）と、静脈側でもうっ血・血栓のリスクが生じる ✅ P1（脱血圧）・P2（人工肺前圧）・P3（送血圧）にはそれぞれ絶対的な境界線がある ✅ リサーキュレーションはカニューレ先端の位置関係に大きく左右され、Femoral-Femoral構成で特にリスクが高い ✅ 流量・FiO2が十分なのにSpO2が上がらない時は、まずリサーキュレーションを疑う

今回扱ったカニューレ選択の逆算や圧力の境界線は、実際の数値を入れて手元で確認できるECMO Supportシミュレータでも試すことができます。自施設で使っているカニューレのFr数と目標流量を入力し、「このカニューレサイズで、この患者のVO2を本当に賄えるか」を、導入前に一度計算してみてください。

次回予告

次回は、これまでのシリーズを振り返る総集編として、「Executive Summary：ECMO管理の3つの黄金律」をお届けします。カニューレ選択・DO2駆動型管理・高酸素の毒性という3つのテーマを、あらためて一つの指針としてまとめていきます。