博士（工学）中村孝夫 学位論文題名
Mechanical Effects of Pumping of Left Ventricular Assist Drvice on the Left Ventricular and Myocardial Function
（補助人工心臓の左心室及び心筋の 機能に及ぼす心力学的効果）
学位 論文 内容の 要旨
心疾 患によ る死亡 率は ，わが 国はも とより 世界 的にも 極めて 高い。 従来からの薬物療法では救 命し 得ない 重症心 不全患 者に 対して ，心臓 の機能 を補助 した り代行 する目的で，種々の循環補助 シス テムが 開発さ れてい る。 その中 で最も 高い能 カを有 する システ ムのーっが補助人工心臓シス テム であっ て，既 にその 臨床 使用も 数百例 を越え ている 。
補助 人工心 臓は主 に左 心室を 血液が バイパ スす るよう に取り 付けら れ，血液体循環を良好に保 ち， 冠血流 を維持 し，左 心室 を除負 荷して 休ませ ，その 回復 を促す 目的で使用されているが，最 近諸 外国で は心臓 移植に 際し て，移 植心が 提供さ れるま での 橋渡し として使用される例も増えて きて おり， 今後益 々臨床 での 利用が 増える ものと 予想さ れて いる。 従ってその効果に関する詳細 な基 礎的定 量的検 討は， この システ ムをよ り効果 的，効 率的 に利用 していく上で必要不可欠であ るが ，これ までに 行われ てき た研究のほとんどは血行動態的な立場からの解析にとどまっており，
心力 学など を始め とする 詳細 な検討 は極め て不足 してい る。
本論 文はこ れまで ほと んど検 討され てこな かっ た心力 学的立 場から ，補助人工心臓の左心室に 及ぼ す効果 を，左 心室全 体の みなら ず局所 心筋の 機能に っい て研究 した結果にっいてまとめたも ので あり，9章 から構 成され ている 。特 にこれ までよ く行わ れてき たよ うな健 常心に 対する 実験 のみ ならず ，臨床 で問題 とな る局所 的心筋 梗塞が 発生し た場 合の， 不全心健常部位並びに虚血部 位 心 筋の 機 能 に 補 助人 工心臓 が及 ぼす効 果にっ いて， 動物 実験に よって 詳細に 検討し てい る。
第1章 は 本 論 文 の 序 論 で あ っ て ， 本 研 究 の 目 的 と 本 論 文 の 構 成 に っ い て 述 べ て い る 。 第2章で は循環 補助の 概念に っい て説明 し，本 研究で 取り 扱う補 助人工 心臓シ ステム の位 置づ けを 行うと ともに ，本研 究で 使用し たシス テムを 紹介し てい る。使 用した補助人工心臓システム
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は，著 者を 含むグ ループ で開発 し， 現在わ が国で 臨床使 用され てい る，最 も一般的な心房脱血―
大動脈 送血 方式の 空気圧 駆動ダ イア フラ厶 型であ る。
第3章では ，左 心室機 能を評 価する ため に提案 されて きた心 力学的 なパ ラメ一 夕を紹 介，概 説 し，本 研究 で取り 上げる パラメ ータ である 左心室 全体及 び局所 心筋 のなす 外的機械的仕事量につ いて説 明し ている 。これ らは心 室挙 動の異 方性を 考慮し て定量 的に 心室機 能を論じることのでき る 数少 な い 指 標 の内 の2っ であ って， 第4章で述 べる超 音波変 位計を 本研 究で新 しく開 発した こ と に よ っ て 初 め て ， 同 時 測 定 に よ る 比 較 検 討 が で き る よ う に な っ た も の で あ る 。 第4章では ，心 室径， 心筋長 及び心 室壁 厚測定 用超音 波変位 計及び その センサ の開発 ，評価 に っいて 述べ ている 。この 変位計 では 超音波 パルス の生体 軟組織 およ び血液 内伝播時間がほぼ一定 で ある との 原理を 利用し ている 。すな わち1対の 超小 型超音 波セン サを心 筋内 に埋め 込んだ り心 室内に 取り 付けて ，セン サ間の 超音 波パル スの伝 播時間 からそ の間 の距離 を測定する方式を採用 してい る。 心臓の 動きは 一般的 に等 方性で はない ので， 複数の 方向 の長さ を同時測定しなければ ならな いば かりで なく， 本研究 のよ うに， 左心室 全体及 び局所 心筋 の挙動 を比較するためには，
複 数の 部 位 で 同 時測 定 す る 必 要 があ る 。 し か しこ れま でに開 発さ れてき たシス テムで は最高4 チャネ ル迄 しか同 時測定 できな いた めに， チャネ ル数が 不足で あっ た。そ こで本研究では既存の 超 音波 変位 計の特 性を吟 味して この問 題を 解決し ，新た に8チャネ ル用の シス テムの 開発に 成功 した。
こ の シ ス テ ムを 利 用 し た動 物実験 を4段階に 分け て行っ た。ま ず第5章で は，補 助人工 心臓 駆 動モー ドの 影響の 解析と 手術手 技， 解析法 の確立 のため に健常 心モ デルを 用いて行った急性実験 にっい て述 べてい る。こ の実験 では ，補助人工心臓駆動法として一般的に臨床で採用されている，
生体心 臓の 拡張期 に同期 させて 補助 人工心臓を拍出させる，いわゆる心電図同期カウン夕．′ミル ス 駆動 法 を 含 む ，6種 類 の 駆 動法 に っ い て 検 討し た 。その 結果， （1)体 循環を 良好に 保っに は 心 拍同 期 カ ウ ン タ・ パ ル ス 方式の1心 拍1回駆動 が優れ ており ，固定 拍動 数駆動 法は適 さない 場 合 があ るこ と，（2） 左心室 の負荷 を下げ ，心筋 を休 ませる 目的に は同じ く心 拍同期 カウン タ・
パ ルス 方 式 の2心拍1回 駆 動 や固 定 拍 動 数 駆動 が 優 れてい るこ と，（3） 左心室 全体に 対する 補 助率（ 補助 人工心 臓駆動 を一時 的に 止めた ときと 補助人 工心臓 駆動 時の左 心室仕事量の比）と，
局 所 心 筋 に 対 す る 補 助 率 と は ほ ぼ 同 じ で あ る こ と 等 が 明 ら か に な っ た 。 次 に 第6章 では ，急性 期の局 所心筋 虚血 下の心 機能に 及ぼす 補助人 工心 臓の影 響を解 析する た め に， 虚血 心モデ ルを作 成して 急性実 験を 行った 結果に っいて 述べ ている 。第5章の 動物実 験の 結 果を ふ ま え て ，カ ウ ン タ ． パ ルス 方 式 の1心拍1回 拍 動 法と2心 拍1回 拍 動法を 用いて ，冠 動
脈左前下行枝を結紮して作成した虚血心への心補助効果にっいて検討した結果，どちらの駆動方 式で補助人工心臓が，（1）局所虚血部位心筋に負荷を与えることがないこと，（2）健常心の場 合と同様に健常部位心筋の仕事量を減少させること等が明らかになった。また（3）不全心に対 し て は 駆 動 モ ー ド の 影 響 が 健 常 心 の 場 合 よ り も 少 な い こ と が 示 さ れ た 。 これらの急性実験の結果をふまえて，第7章では，超音波変位計の長期使用の可能性を確かめ るとともに，長期除負荷の心機能並びに心筋性状に及ばす効果を調べるために，健常心モデルを 用いた慢性実験にっいて述べている。この実験は第8章で述べる実験の予備実験でもある。補助 人工心臓 を心電図同期2心拍1回駆動カ ウン夕・パルス法で1力月間駆動した結果，(1)超音 波変位計が長期測定に利用できること，（2）外膜側や中心部の心筋よりも内膜側の心筋に萎縮 が起きる可能性が高いこと，（3)心筋萎縮の程度は補助人工心臓駆動下の生体心臓の仕事量と 関係があること等が示された。
最後に第8章で，補助人工心臓による不全心・心機能の回復過程を解析するために，梗塞心モ デルを用いて行った慢性実験にっいて述べている。ここでは，冠動脈左前下行枝の血流領域に虚 血部位を作成した心臓を，補助人工心臓で回復させた後，補助人工心臓から離脱させ，その後の 経過を観察した。その結果，(1)本来梗塞になるはずであった心筋の一部が，補助人工心臓の 効果により生存できうること，(2)しかしながらその部位の心筋がなしうる仕事量は十分でな く，心臓全体としての機能の回復は健常部位心筋の機能補償効果によりもたらさせること等が明 ら か と な り ，(3)補 助 人 工 心 臓 で 救 い 得 る 心 筋 梗 塞 の 大 き さ の 指 標 が 示 さ れ た 。 第9章では本研究の成果を整理，要約している。
学位論文審査の要旨 主査 教授 林 紘三郎 副 査 教 授 勇 田 敏 夫 副 査 教 授 山 本 克 之 副 査 教 授 石 川 博 將
本論文は，重症心不全患者の治療用に開発された補助人工心臓の左心室補助効果を，これまで ほとんど行なわれてこなかった心力学的立場から動物実験によって詳細に解析した結果をまとめ
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たものである。特に臨床で問題となる局所的心筋梗塞が発生した場合の，左心室全体，並びに不 全心 健常部位と虚血部位の心筋 機能に及ぼす補助人工心臓の 効果にっいて検討している。
本研究では，著者を含むグループで開発し，既に臨床使用されている心房脱血一大動脈送血方 式の空気圧駆動ダイアフラ厶型補助人工心臓を用いている。また，超音波パルスの伝播時間から 距離を測定する方式の8チャネル変位計，並びにこれに用いる心筋内埋め込み用の超小型センサ を開発し，心力学的解析に利用している。
動物実験では，この変位計で左心室径，心筋長及び心筋壁厚を測定し，これらと左心室内圧か ら，左心室全体のなす外的仕事量と局所心筋のなす仕事量を求め，これらを補助人工心臓の除負 荷効果の指標として用い，その心補助効果を解析している。
補助人工心臓の補助効果を調べる動物実験は，4段階に分けて行なわれている。まず補助人工 心臓駆動モードの影響の解析と手術手技，解析法の確立のために健常心モデルの急性実験を行な い，（1）体循環を良好に保っには，補助人工心臓駆動法として一般的に臨床で採用されている，
生体心臓の拡張期に同期させて補助人工心臓を拍出させる，いわゆる心電図同期カウン夕．パル ス駆動方式の毎回駆動が優れており，固定拍動数駆動法は適さない場合があること，（2）左心 室の負荷を下げ，心筋を休ませる目的には同じく心拍同期カウン夕・パルス方式の2心拍1回駆 動や，固定拍動数駆動が有利であること等を明らかにしている。
次に，急性期の局所心筋虚血下の心機能に及ぼす影響を解析するために，冠動脈左前下行枝を 結紮して作成した虚血心に対する心補助効果を検討し，（1）補助人工心臓が虚血部心筋に外乱 を与えることなく負荷を下げ，その生存の可能性を高めること，（2）局所健常部位心筋の仕事 量 を 健 常 心 の 場 合 と 同 様 に 減 少 さ せ 得 る こ と 等 を 明 ら か に し て い る 。 これらの急性実験の結果をもとに，超音波変位計の長期間使用の可能性を確かめ，長期間除負 荷の左心室全体並びに局所心筋の機能，及び心筋組織に及ぼす効果を調べるために，健常心モデ ルを用いた1力月間の慢性動物実験を行なっている。その結果，（1）超音波変位計の長期間使 用が可能であること，（2）内膜側の心筋に萎縮が起きる可能性が高いこと，（3）萎縮の程度は 補 助 人工 心臓 駆動 下で 生 体心 臓が なす 仕事量と関係があること 等を明らかにしている。
最後に補助人工心臓による心機能の回復過程を解析するために，冠動脈左前下行枝の血流領域 に梗塞を作成した心臓を補助人工心臓で回復させ，補助人工心臓を離脱する過程，及びその後の 経過を観察する実験を行なっている。その結果，（1）本来梗塞になるはずであった心筋の一部 が，補助人工心臓の効果により生存し得ること，（2）心臓全体としての機能の回復は主に健常 部位の機能補償効果によりもたらされること，（3）健常部位の心筋線維が肥大すること等を見
出している。さらに(4)補助 人工心臓で救い得る心筋梗塞 の大きさの指標を与えてい る。
これを要するに，著者は，心力学的立場から補助人工心臓の左心室補助効果を詳細に解析し，
種々の重要で有益な新知見を得ており，生体工学的並びに医学的，生理学的学問分野の進歩に貢 献するところ大なるものがある。
よ っ て 著 者 は ， 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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