ECMO、生命を守る最後の砦

現在、新型コロナウイルス感染症の世界累計感染者数は5,000万人近くに達しています。世界保健機関（WHO）は、世界がCOVID-19のパンデミック段階に入り、重症者、危篤者、死亡者数が急増していると発表した。新型コロナウイルスは感染力が強く、潜伏期間が長く、死亡率も高く、無症状感染者もいる。こうした特徴から、新型コロナウイルスは「狡猾なウイルス」となっている。その特性により、流行自体の予防と制御は非常に困難になります。この疫病との戦いでは、無数の白装束の戦士たちがすべての命を守るために突撃しました。数え切れないほどの一般人が各都市を守るために最前線に駆けつけました。同時に、数え切れないほどの科学研究者が感染症と闘うための関連研究に積極的に参加し、最前線の戦闘員と数千万人の中国国民に感染症と闘うための最も有利な武器を提供した。

最近のニュース報道、特にCOVID-19の患者を治療するケースで、ECMOという言葉を皆さんも聞いたことがあると思います。ここで、体外式膜型人工肺（ECMO）に関する基本的な情報をお伝えします。

体外式膜型人工肺（ECMO）は体外生命維持技術の一種で、主に患者の心肺機能を部分的または完全に代替し、心臓と肺を完全に休ませて、原疾患の治療のための時間を稼ぐために使用されます。心原性ショック、大量心臓出血外傷、重症肺炎、急性呼吸窮迫症候群、新生児肺疾患など、さまざまな心原性および肺疾患に適しています。

このCOVID-19の流行により、重症患者や危篤患者は重度の肺病変や呼吸不全に苦しんでいます。気管内挿管や人工呼吸器などの従来の方法では患者の酸素化要件を満たすことができない場合、さまざまな臓器への酸素供給を維持するために ECMO システムが必要となり、患者の肺は完全に休息し、肺機能の回復のための貴重な時間を得ることができます。武漢大学中南病院は、感染拡大が始まった当初から、ECMOを使用して新型コロナウイルス患者の治療に成功している。 ECMOはその後のCOVID-19重症・危篤患者の救出に重要な役割を果たし、この外来語は徐々に一般の人々の視界に入ってきた。

（ECMOを使用してCOVID-19患者の治療）

2020年3月4日、工業情報化部の職員は記者会見で、新型コロナウイルス肺炎の発生以来、確定患者や重症患者の増加に伴い、湖北省武漢市でのECMOの需要が増加し続けていると述べた。現在、中国には約 400 台の ECMO ユニットがあり、医療環境がより良い三次病院や心臓センターに配備されています。同国は海外からECMOシステムを積極的に購入しているが、依然として新型コロナウイルス流行に対する需要を満たすことができていない。国家衛生健康委員会は、COVID-19のような公衆衛生上の緊急事態を別にすれば、2017年から中国におけるECMOセンターとECMO補助症例の数を数え始めており、2020年までにECMO補助症例数は5,000件を超えると推定されている。流行の影響を受け、世界中でECMO補助を必要とする患者の数も増加している。 ECMOの生産能力が深刻に不足しているため、多くの国でタイムリーな支援が受けられず患者が亡くなるケースが多発しています。

（データソース：国家衛生計画出産委員会および心臓手術白書）

現在、中国におけるECMO製品はほぼ全て輸入品であり、独自の知的財産権を有する類似製品は存在しません。さらに、ECMO のコストが高く、ECMO リソースが不足しているため、必要とするすべての患者が ECMO を使用できるわけではありません。ブランドによって異なりますが、ECMOホストのコストは200万元から300万元の範囲ですが、ECMO消耗品はさらに高価で、セットで6万元から12万元かかります。 ECMO消耗品は人間の血液に直接接触するため使い捨て製品であり、一般的に消耗品一式は最大7～14日間使用できます。使用コストが高いため、多くの患者が使用を躊躇します。

ECMO の主な構成要素は、血液ポンプと酸素化装置（膜型肺）です。血液ポンプは人間の心臓の代わり、または部分的に代わり、生命活動に必要なエネルギーを供給します。酸素化装置（膜型肺）は人間の肺を置き換えたり、部分的に置き換えたりすることで酸素供給を確保し、さまざまな臓器が正常に機能できるようにします。現在、清華大学、北京大学、中国科学院など、国内の多くの著名な大学や研究機関が、ECMOの独自の研究開発を積極的に展開しています。

ECMO はどのようにして心臓と肺の働きを代替または部分的に代替するのでしょうか?

ECMOは、患者の静脈にカニューレを挿入し、滅菌プラスチックチューブに接続して体の静脈血を抜き取り、ECMO上の酸素化装置（膜型肺）に送って酸素化させます。酸素化装置は血液から二酸化炭素を取り除き、同時に酸素を加えて動脈血に変えます。その後、血液は ECMO の血液ポンプを通して送り出され、チューブを通して患者の動脈または静脈カニューレに送り返され、循環と呼吸を補助します。

（ECMO動作原理図）

現在の酸素化装置は膜型酸素化装置である

膜型酸素化装置には中空糸膜が充填されています。混合ガスは中空糸の中を流れ、血液（静脈血）は中空糸の間を流れます。膜には穴が開いており、血液中の水分子やさまざまな細胞成分を遮断しながら、ガス分子は通過できます。中空糸膜の両側の酸素と二酸化炭素の分圧が異なるため、ガス拡散交換現象が発生します。つまり、静脈血中の高濃度の二酸化炭素ガスが混合ガスに拡散し、それに混合された酸素が血液に拡散し、それによって酸素化器（膜型肺）での血液の酸素化プロセスが完了し、暗赤色の静脈血が酸素を豊富に含む動脈血に変換されます。

（膜型肺におけるガス交換の模式図）

血液ポンプは遠心磁気結合血液ポンプである。

遠心磁気結合型血液ポンプは、羽根車の回転により発生する遠心力によって液体を輸送するポンプです。

（ECMO原理装置）

現在、国内の新型コロナウイルス感染症の流行は基本的に制御されています。しかし、中国以外の国や地域での流行が制御不能になっていることも懸念される。 ECMOは重症肺炎患者にとって希望であり、また心疾患や肺疾患を患う多くの患者にとっても朗報です。優れた性能と比較的低価格を誇る国産ECMO機器と消耗品の研究、開発、応用が重要です。

COVID-19の世界的な流行という危機的な時期に、さまざまな国でECMO製品の需要が劇的に増加しました。しかし、ホストと消耗品のコストが高いため、多くの国で ECMO の導入が制限され、多くの患者による ECMO の使用も制限されています。世界中の科学研究者にとって、まだ道のりは長い。