原著論文
大 動 脈 内バ ル ー ンパ ン ピング(IABP)が
心 筋 内冠 血 流 速 度
波 形 と冠 細 動 脈 血 管 径 に与 え る直 接 的効 果
豊 田 英 嗣*
Direct effects of intraaortic balloon pumping on intramyocardial coronary
flow velocity waveform and coronary arteriolar diameter
Eiji Toyota*
*Department of Medical Engineering and Syste
ms
Cardiology, Kawasaki Medical School
577 Matsushima, Kurashiki 701-01
〔Received 25 July 1997〕
We aimed to evaluate the direct effects of intraaortic balloon pumping (IABP) on the
phasic coronary flow velocity waveform into myocardium and coronary arteriolar diameter
change under absence and presence of severe coronary artery stenosis . In anesthetized
open chest dogs, flow velocity of septal artery was measured using 20-MHz Doppler flow
velocimeter and diameters of epicardial coronary arterioles were observed using intravital
videomicroscope during 2:1 model of IABP . The flow and diameters were compared
between the coupled beats of IABP-on and IABP-off . Following control experiments
without stenosis, a severe stenosis in the left main coronary artery was introduced by a
snare occluder so as to reduce the post-stenotic pressure to about 50 mmHg . Without
stenosis, IABP significantly enhanced the systolic retrograde flow , however, which was
overcome by much more increased diastolic inflow . Moreover, IABP did enhance early
diatolic inflow which is assumed to be beneficial for subendocardial perfusion . The
diameters of coronary arterioles increased substantially during diastole by IABP . Under the
presence of severe coronary stenosis, IABP failed to affect any flow variables or coronary
arteriolar diameter. Thus, these results suggested that IABP has beneficial effects on both
the systolic unloading and the diastolic coronary flow augmentation in the heart without
stenosis, while the major effect of IABP on the heart with severe stenosis is derived from
reduction of oxygen demand by the systolic unloading .
Key words: intraaortic balloon pumping, coronary flow velocity waveform ,
coronary arteriole, coronary stenosis .
1.は じめ に 大 動 脈 内バ ル ー ンパ ン ピ ン グ(IABP)は 胸 部 メ 動 脈 内に バ ル ー ンを 留置 させ て,心 拡 張 期 に膨 を ませ,心 収縮 期 に 凋 ま せ る こ とに よる一 種 の メ ズ ニ カル補 助 循 環 装 置1)で あ り,急 性 冠 動 脈 疾 患 に よる心 不 全 患 者 の治 療 に広 く使 用 され て い る。 そ の心 機 能 改 善 の メ カ ニ ズ ム の 一 つ は ,収 縮 期 メ ル ー ン収 縮 に よ る左 室 の後 負 荷 軽減 に伴 う心 筋 酵 素 消 費 量 の 低 下 作 用2,3)であ る。他 の 一 つ は拡 張麺 バ ル ー ン拡 張 に よ り冠 動 脈 圧 を上 昇 させ るた め, 主 と して拡 張期 に流 れ る冠 動 脈 血 の血 流 量 を 増 力「 させ る とい う もの で あ る。 しか し,IABPの 冠 」血 流 量 増 加 作 用 に つ い て は,増 加 さ せ る と い う も の45)だ け で な く,不 変6)あ るい は 減 少 させ る とい うも の7)も あ り,必 ず しも一致 を み て い な い。 そ の 理 由に は,冠 動脈 狭 窄 の程 度 な どの実 験 条 件 の 違 い も挙 げ られ る が,IABPに よ る心 筋 酸 素 消 費 量 低 下 が冠 血 流 量 を低 下 させ るた め,IABPの 冠 血 流 量 へ の直 接 的 な作 用 を 独 立 して 評 価 す る こ と は 困難 で あ った た め で あ る。 IABPの 冠 灌 流 効 果 の 評 価 パ ラ メ ー タ と し て は,ネ ッ トの 冠 血 流量 だ け で な く,最 も易 虚 血 部 位 で あ る心 内膜 側 心 筋 灌 流 を評 価 す る こ とが 重 要 と考 え られ る8㌔ す な わ ち,IABPが 拡 張 期 心 筋 内 血 液 流 入 を促 進 す れ ば,拡 張 期 流 入 血 液 依 存 性 が 極 め て高 い心 内膜 側 心 筋9)の 灌 流 に 対 して 有利10) に作 用 す る もの と推 論 し うる。 また ,拡 張期 に心 内膜 側 心 筋 に 流 入 した血 液 の一 部 は心 収 縮 に伴 う 心 筋 内 血 管 外 圧 の 上 昇 に よ っ て 心 外 膜 側 に 逆 流 し,心 筋 内外 の無 駄 な血 液 の往 復 とな る(心 筋 内 slosh現 象)11,12)。これ は心 内膜 下 心 筋 虚 血 を 引 き 起 こす 一 要 因 と考 え ら れ て い る が13),IABPが slosh現 象 に及 ぼ す 影 響 も これ まで 明 ら か に され て い な い 。 そ こで 本 研 究 で は,こ れ ま で の研 究 の 問題 点 で あ った 心筋 酸 素 消費 量 の変 化 を可 及 的 少 な く した 条 件 下(IABPを2:1モ ー ドに作 動 させ た 時 の 隣 り 合 う心 拍 間)で,IABPが 心 筋 内 冠 流 入 血 流 パ タ ー ン(拡 張 期 順 流 お よび 収縮 期逆 流)に 及 ぼす 影 響 を 解 析 した 。 併 せ て,IABPの 冠 血 管 へ の 直 接 効 果 を 解 明 す るた め に,冠 血 流 抵 抗 血 管 で あ る 冠細 動脈 径 変 動 を 生体 顕 微 鏡 を用 い て観 察 した 。 また,臨 床 的 に 問 題 と な る 冠 動 脈 狭 窄 下 で の IABPの 効 果 を コ ン トロ ー ル と 比 較 し な が ら評 価 し た 。 2.方 法 麻 酔 開 胸 犬(7頭,体 重22∼30kg)を 用 い,人 工 呼 吸 管 理 下 に 右 頸 動 脈 よ り大 動 脈 圧(AoP)お よ び 左 心 室 圧(LVP)計 測 用 の カ テ 先 マ ノ メ ー タ(P-C470,ミ ラ ー 社)を 挿 入 し,心 電 図(ECG)を モ ニ タ した 。 正 中 お よ び 左 開 胸 を 施 し心 外 膜 を 切 開 し て 心 臓 を 露 出 後,房 室 ブ ロ ッ ク作 製 後 に 右 室 ペ ー シ ン グ に て 心 拍 数(100回/分)を 維 持 した 。左 前 下 行 枝(LAD)を 一 部 剥 離 し冠 血 流(CBF)計 測 用 の 電 磁 流 量 計(EMF1200,日 本 光 電)を 装 着 し た (Fig.1)。 ま た,第 一 中 隔 枝 の 血 流 速 度 計 測 の た め に 血 管 周 囲 組 織 を 半 周 囲 に わ た っ て 取 り除 い た 。 ま た,左 冠 動 脈 主 幹 部 を 剥 離 し狭 窄 作 製 用 の オ ク ル ー ダ を 取 り付 け,狭 窄 末 梢 に あ た る 対 角 枝 に 挿 入 し た カ ニ ュ ー レ に 圧 トラ ン ス ジ ュ ー サ(DHC, 日本 光 電)を 接 続 し冠 動 脈 末 梢 圧(Dip)を 計 測 し た 。 高 度 狭 窄 は オ ク ル ー ダ を 用 い てDipが 約50 mmHgと 十 分 低 下 す る よ うに 作 製 し た 。 な お 本 実 験 で は 狭 窄 時 の 数 十mmHg以 上 の 圧 降 下 を 計 測 評 価 す る た め,大 動 脈 圧 用 の カ テ 先 マ ノ メ ー タ と 冠 動 脈 末 梢 圧 計 測 用 の カ ニ ュ ー レ 型 圧 ト ラ ン ス
Fig. 1 Schematic drawing of animal preparation
and measurements. Intraaortic balloon pumping
was introduced in the thoracic aorta and
needle-probe of the microscope was placed on
the epicardial surface. Severe stenosis was
introduced in the left main coronary artery with
a snare occluder. Abbreviations; AoP=aortic
pressure, DiP=distal coronary arterial
pres-sure, LAD=left anterior descending artery ,
LVP=left ventricular pressure, max LV
dP/dt=maximal increasing rate of LVP .
-39-ジ ュ ー サ は,そ れ ぞ れ 通 常 の 手 順 に し た が っ て 校 正 し た 。 こ の 場 合,5%前 後 の 誤 差 が 生 じ うる の で,数mmHgの 圧 差 を 有 意 と 解 釈 す る こ と は 出 来 な い 。 小 児 用IABPカ テ ー テ ル(容 量12ml,直 径10 mm,長 径17。8cm)を 左 大 腿 動 脈 よ り挿 入 し胸 部 大 動 脈 内 に 留 置 し,IABP(CORATBPI,ア イ シ ソ 社)を 作 動(IABP-ON),非 作 動(IABP-OFF)を 一 心 拍 毎 に 交 互 に 行 う2:1モ ー ドで 作 動 さ せ た 。 【血 行 動 態 測 定 】AoP,DiP,LVP,maxLV dP/dtを 同 時 記 録 した 。 狭 窄 部 の 圧 較 差 は 収 縮 期 と 拡 張 期 の そ れ ぞ れ に つ い てAoPとDipの 時 間 積 分 値 の 差 か ら 求 め た 。 た と え ば 収 縮 期(systole)に つ い て は 以 下 の よ うに 求 め た 。 収 縮 期 は 等 容 性 収 縮 期 の 開 始 時 点 か ら 大 動 脈 弁 閉 鎖 時 点 ま で と し,等 容 性 収 縮 期 は 心 電 図 上 のR 波 の 頂 点,大 動 脈 弁 閉 鎖 は 大 動 脈 波 の 大 動 脈 切 痕 の 時 点 と し た 。 拡 張 期 は そ の 残 り の 期 間 と した 。 狭 窄 部 の 一 心 周 期 分 の 冠 血 管 抵 抗(AoP-Dip)/ flowを 狭 窄 の 程 度 の 指 標 と した14)。 【中 隔 枝 の 血 流 測 定 】 第 一 中 隔 枝 の 血 流 は 20-MHz 80-チ ャ ン ネ ル 超 音 波 血 流 速 度 計 を 用 い て 計 測 し た 。 こ の 計 測 方 法15)は 他 で 詳 し く述 べ て い る の で,こ こ で は 簡 単 に 述 べ る 。 発 信 周 波 数 20MHzのPZT素 子 ト ラ ン ス ジ ュ ー サ ー を50 KHz毎 に0.2μs間 駆 動 し,同 じ ト ラ ン ス ジ ュ ー サ ー で 血 流 か ら の 散 乱 波 を 受 信 し て ドプ ラ ー 信 号 を 得 る 。 そ の 深 さ 方 向 の サ ン プ ル 数 は80点(80-チ ャ ン ネ ル)で,最 大 測 定 深 度 は15mm,深 さ 方 向 の 距 離 分 解 能 は 約0.2mmで あ る 。 周 波 数 分 解 能,時 間 分 解 能,検 出 し う る 最 大 周 波 数 は そ れ ぞ れ298Hz,2.56ms,25KHzで あ る 。80-チ ャ ン ネ ル の マ ル チ ゲ ー トで 取 り込 ま れ た ドプ ラ ー 信 号 は ゼ ロ ク ロ ス 法 に よ り リア ル タ イ ム で 計 測 す る こ と が 可 能 で あ る 。 血 管 を 圧 迫 す る こ と な く慎 重 に ト ラ ン ス ジ ュ ー サ を 固 定 し て,ゼ ロ ク ロ ス 法 で 最 大 血 流 速 度 が 得 ら れ る よ う に 操 作 す る が,こ の と き 超 音 波 の ビ ー ム を60度 の 角 度 で 血 管 の ほ ぼ 中 心 軸 に あ た る よ う に 投 射 す る 。 血 流 速 度 の エ ンベ ロ ー プ か ら 一 心 周 期 に わ た る 血 流 速 度 面 積 を も と め, 収 縮 期 逆 流 成 分systolic retrograde flow integral (SR)と 拡 張 期 順 流 成 分diastolic antegrade flow integral(DA)に 分 解 し て 抽 出 し た 。sloshratio を(SR/DA)と 定 義 し た 。 ま たDAを さ ら に 分 解 し て 拡 張 早 期 血 流 成 分 を 全 拡 張 期 時 間 の 前1/2の 血 流 速 度 面 積 で 評 価 し た 。 以 上 の 計 測 デ ー タ は デ ー タ レ コ ー ダ(モ デ ルR-81,TEAC)に 同 時 記 録 し た 。 【冠 細 動 脈 の 観 察 】IABP作 動 中 に 心 外 膜 側 冠 細 動 脈 を 観 察 し た(3頭,24血 管,血 管 経32.7 μm∼144.0μm)。 冠 細 動 脈 の 観 察 に は ニ ー ドル プ ロ ー ブCCDビ デ オ マ イ ク ロ ス コ ー プ(DRP2,日 本 光 電)を 用 い た 。 こ の シ ス テ ム は 本 体 ユ ニ ッ ト と カ メ ラ プ ロ ー ブ よ り成 り,ニ ー ドル 型 プ ロ ー ブ はrelayレ ン ズ を 内 蔵 し,レ ン ズ 周 囲 に 被 写 体 照 射 用 の 光 フ ァ イ バ を 有 す る 。 被 写 体 は 対 物 レ ン ズ に よ り拡 大(×200)さ れ,約25万 画 素 の 単 板 CCD上 に て テ レ ビ信 号 に 変 換 さ れ る 。 こ れ を リ ア ル タ イ ム で テ レ ビ モ ニ タ(30フ レ ー ム/秒)し, さ ら に8mmビ デ オ に 録 画 す る 。 こ の 空 間 分 解 能 は 約4μmで あ る 。 ニ ー ドル に は14Fド ー ナ ツ 型 バ ル ー ン付 き ダ ブ ル ル ー メ ン シ ー ス が 装 着 し て あ る。 シ ー ス 先 端 の バ ル ー ン は 観 察 視 野 内 の 血 管 が 直 接 圧 迫 され る こ とを 防 ぐた め で あ る 。 シ ー ス 内 の マ イ ク ロ チ ュ ー ブ か らKrebs-Henseleit緩 衝 溶 液 を レ ン ズ と心 表 面 の 間 隙 に 灌 流 す る こ と に よ り測 定 部 位 の 生 理 的 条 件 を 維 持 し な が ら鮮 明 な 画 像 を 得 る よ う に 工 夫 した 。 ビ デ オ 録 画 した 画 像 を 最 終 的 に コ ン ピ ュ ー タ で 画 像 処 理 し(Video Fusion 1.61,NIH1.60),モ ニ タ 上 に 同 時 表 示 さ れ た 心 電 図 波 形 と大 動 脈 圧 波 形 か ら 正 確 な 心 周 期 を と ら え て,拡 張 期 血 管 経 は 拡 張 中 期 か ら 後 期 に か け て,ま た 収 縮 期 血 管 経 は 収 縮 早 期(収 縮 期 逆 流 成 分 が 存 在 す る 時 点)で 計 測 し た 。 こ の と き,各 血 管 ご と でIABP-ONとOFF, さ ら に 狭 窄 の 有 と無 に お い て 正 確 に 時 相 を 一 致 さ せ て 計 測 を お こ な っ た 。IABPに よ る 血 管 拡 張 効 果(パ ー セ ン ト変 化 率)は 隣 り合 うIABP-ONと IABP-OFFの ビ ー トの 拡 張 期 血 管 径 で 比 較 し, [IABP-ON-IABP-OFF]/IABP-OFF,か ら 求 め た 。 血 管 拍 動 性 は一 心 周 期 内 で[拡 張 期 血 管
径-収 縮 期 血 管 径]/径-収 縮 期 血 管 径,か ら 求 め た 。 ま ず,狭 窄 を 有 さ な い 状 態[狭 窄(-)群],続 い て 高 度 冠 動 脈 狭 窄 を 作 成 し た[狭 窄(+)群] で 計 測 を 行 い,両 者 を 比 較 ・検 討 し た 。 実 験 手 順 お よ び 動 物 の 取 り扱 い は 「動 物 の 保 護 及 び 管 理 に 関 す る 法 律 」,「川 崎 医 科 大 学 動 物 実 験 指 針 」 を 厳 守 し 施 行 し た(承 認 番 号95-010)。 【統 計 処 理 】 全 て の 結 果 は 平 均 値 ± 標 準 誤 差 で 示 し た 。IABP-ON,IABP-OFFの 各 パ ラ メ ー タ の 比 較 は ノ ン パ ラ メ ト リ ッ クWilcoxon符 号 付 順 位 検 定 に て お こ な い,狭 窄 の 有 無 に よ るIABPの 効 果 の 差 はtwo-way ANOVAで 解 析 した 。P<0.05 を 統 計 学 的 有 意 差 と した 。 3.結 果 【血 行 動 態 へ の 効 果 】(Table 1) 狭 窄(-)群 の 冠 動 脈 血 管 抵 抗(A4oP-DiP)/ flowは0.0±0.03mmHg/ml/minと 無 視 し え た 。 IABPに よ っ てmean diastolic AoPとmean
diastolic DiPは そ れ ぞ れ13%と12%上 昇 し た(共 にP<0.05)。mean systolic AoPとmean systolic
Dipは そ れ ぞ れ2%と3%下 降 し た(共 に p<0.05)。 一 方,狭 窄(+)群 の 冠 動 脈 血 管 抵 抗 は2.0±0.5mmHg/ml/minと 狭 窄(-)群 の そ れ に 比 し有 意 に 高 値 で あ り(p<0.05),こ の 狭 窄 部 抵 抗 値 は90%以 上 の 血 管 径 狭 窄 に 相 当 す る も の と み な さ れ た14)。IABPに よ り 拡 張 期 圧 はmean diastolic AoPが16%と 大 き く 上 昇 し た が(p< 0.05),mean diastolic DiPは5%の 上 昇 に と ど ま っ た(P<0.05)。 収 縮 期 圧 はmean systolic AoP,
mean systolicDiPと も にIABPに よ り有 意 な 変 化 を 示 さ な か っ た(共 にNS)。 maxdP/dtは 狭 窄(-)群,狭 窄(+)群 と も にIABPに よ り低 下 傾 向 を 示 し た が 有 意 差 は 認 め な か っ た 。 【中 隔 枝 血 流 速 度 及 び 冠 血 流 量 へ の 効 果 】Fig. 2に 中 隔 枝 の 血 流 速 度 波 形 の 典 型 例 を 示 す 。 狭 窄 が な い とIABPに よ りDAは 増 加 した が,狭 窄 が あ る とDAは 増 加 し な か っ た 。SRと 拡 張 早 期 血 流 成 分 も狭 窄 が な い と増 加 した が,狭 窄 が あ る と 増 加 し な か っ た 。 Fig.3は そ れ ぞ れ の 血 流 パ ラ メ ー タ を 狭 窄(-) 群 と狭 窄(+)群 で ま と め て 示 し た も の で あ る が,ま ず,狭 窄(-)群 で はIABPに よ りDAは 9.7±1.1cmか ら10.9±1.3cmと12%増 加 し (p<0.05,Fig.3上),SRは0.57±0.10cmか ら 0.82±0.20cmと44%増 加 し た(P<0.05)。 ま た sloshratioは0.06±0.02か ら0.08±0.03と33%増 加 し た(p<0.05)。 前 下 行 枝 の 冠 血 流 量 は17±2 ml/minか ら19±3ml/minと12%増 加 し た (p<0.05)。 こ と に 拡 張 早 期 血 流 成 分 は 有 意 に 増 加 し(P<0.05),そ の 増 加 率 は23%で あ っ た(Fig.4)。 一 方,狭 窄(+)群 で はDA,SR,sloshratioは い ず れ もIABPに よ っ て 変 化 せ ず(各 々11.3±2.8 cmか ら11.8±2.7cm,3.1±0.7cmか ら2.6±0.6 cm,0.34±0.08か ら0.24±0.04,す べ てNS,Fig. 3下),ま た,前 下 行 枝 血 流 も 改 善 しな か っ た(4±1 m1/minか ら4±1ml/min,NS)。IABPに よ る 拡 張 早 期 血 流 増 加 も み ら れ ず(増 加 率;-2.5%,NS), む し ろ 高 度 狭 窄 に よ り減 弱 し た(p<o.05,Fig.4)。
Table 1 Systemic and coronary hemodynamics during IABP. Data were expressed as mean value•}SE . *; p<0 .05 IABP-ON vs. IABP-OFF, t; Stenosis (+) with IABP-OFF vs. Stenosis (-) with IABP-OFF p<0.05. Abbreviations; AoP=aortic pressure, DiP=distal coronary arterial pressure, IABP=intraaoric balloon pumping, max LV dP/dt = maximal increasing rate of left ventricular pressure, Stenosis (-)=the absence of coronary stenosis, Stenosis (+)=the presence of coronary stenosis.
-41-【冠 細 動 脈 血 管 径 に 及 ぼ す 作 用 】Fig.5に IABP作 動 中 の 拡 張 期 冠 細 動 脈 の イ メ ー ジ の 典 型 例 を 示 す 。 狭 窄 が な い と,IABP-ONで はIABP-OFFに 比 して 血 管 径 が21%増 大 し た が,高 度 狭 窄 が あ る と こ の 血 管 拡 張 効 果 は 消 失 した 。 Fig.6は デ ー タ を ま と め た も の で あ る が,拡 張
Fig. 2 Representative tracings of the septal arterial blood velocities with and without
severe coronary stenosis. Left panel; Without stenosis, DA and early diastolic inflow increased during IABP. SR also increased. Right panel; With stenosis, DA and early diastolic inflow failed to increase during IABP. SR did not change. Abbreviations;
DA =diastolic antegrade flow integral, ECG =electrocardiogram, SR =Systolic
retrograde flow integral, Stenosis (-)=without coronary stenosis, Stenosis
(+)=with coronary stenosis.
Fig. 3 Effect of IABP on the septal arterial blood velocity waveform and LAD
coronary blood flow. Upper panel; Without Stenosis, DA increased , while SR also
increased. Thus, the slosh ratio (SR/DA) was augmented during IABP . The net
coronary blood flow (LAD flow) was augmented during IABP . Lower panel; With
Stenosis, neither DA nor SR were augmented by IABP. LAD flow did not increase during IABP.
期 血 管 径 は,狭 窄(-)群 で はIABP-OFF88±6 μmか らIABP-ON95±6μmと8%増 加 し た (p<0.0001,Fig.6左)。 一 方,狭 窄(+)群 で は IABP-OFF72±6μmか らIABP-ON74±6μmと 3%拡 張 し た が(P<0.005),IABPの 血 管 拡 張 効 果 は 狭 窄 に よ り有 意 に 低 下 し た(p<0.0005)。 収 縮 期 血 管 経 は,狭 窄(-)群 で はIABPに よ り減 少 傾 向 を 示 し た が(OFF;85±6μm,ON; 84±7μm,NS),狭 窄(+)群 で はIABP-OFF とIABP-ONは 変 化 な か っ た(OFF;67±5μm, ON;67±6μm,NS)。 血 管 拍 動 性 は,狭 窄(-)群 で はIABP-OFF 5%か らIABP-ON 17%と 有 意 に 増 加 し た が (P<0.0005,Fig.6右),狭 窄(+)群 で はIABP-OFF 10%か らIABP-ON 14%と 有 意 な 変 化 を 示 さ な か っ た(NS)。IABPに よ る 血 管 拍 動 性 の 増 強 効 果 は 高 度 冠 動 脈 狭 窄 の 存 在 に よ っ て 有 意 に 低 下 し た(p<0.05,ANOVA)。
Fig. 4 Effect of IABP on early diastolic coronary
inflow with and without severe coronary steno-sis. Early diastolic coronary inflow was defined as diastolic antegrade flow integral during the first half of the diastole (Refer to Fig. 2). IABP
increased the early diastolic coronary inflow
(p<0.05), however, this effect was significantly
attenuated by severe coronary stenosis (p<
0.05). Percentile change of early diastolic
inflow was calculated from
[IABP-ON-IABP-OFF]/IABP-OFF.
Fig. 5 Typical images of an epicardial coronary arteriole during IABP in the case with and without coronary artery stenosis. Without stenosis (upper panel , left; IABP-ON, right; IABP-OFF), IABP dilated the coronary arteriole by 21% during diastole. However, with stenosis (lower panel, left; IABP-ON , right; IABP-OFF), the vasodilatory effect of IABP was less acknowledged.
-43-4.考 察 IABPの 冠 血 流 へ の効 果 に は,IABPに よる拡 張 期 冠 動 脈 圧 上 昇 を 主 体 とす る血 行 力学 的変 化 が直 接 作 用 して 冠 血 流 を増 加 させ る効果 が期 待 され て きた が,一 方,IABPに よる心 筋 酸 素 消 費 量 の 低 下 を 介 した 間 接 的 な 冠 血 流 減 少 効 果(metabolic vasoconstriction)2,16)が併存 す る。 実 際IABPに よ る冠 血 流量 変 化 は この 両者 の バ ラ ンス に よっ て規 定 され るの で,IABPの メ カ ニ カル な効 果 の み を 独 立 して 評価 す る こ とは これ ま で 困難 で あ った 。 そ こで本 研 究 で は,後 者 の影 響 を可 及 的 少 な くす るた め に2:1モ ー ドの 隣 り合 うIABP-ONと IABP-OFFの 心 拍 間 で冠 血 流 動 態 の パ ラ メ ー タ を比 較 す る こ とに よ り,IABPの 冠 血 流 動 態 へ の 直 接 的効 果 を検 討 した 。 本 研 究 で は,IABPが 心 筋 内冠 動 脈 血 流 の 拍 動 パ タ ー ンお よび冠 細 動 脈 へ 及 ぼ す 効 果 を 正 常 冠 動 脈 お よび高 度 冠 動 脈 狭 窄 下 で比 較 ・検 討 した 。 ま ず 冠 動 脈 に狭 窄 が な い場 合 に は,IABPは 冠 血 流 動 態 に直 接 効 果 を及 ぼ した 。 す な わ ち,IABPは 拡 張 期 の大 動 脈 圧 上 昇作 用 に よ り冠 動 脈 圧 を上 昇 させ て拡 張 期 順 流成 分 を増 加 させ た。 と りわ け拡 張 早 期 血 流 成 分 の増 加作 用 は著 しか った。 これ は 易 虚 血 性 部 位 で あ る深 い心 筋 へ の灌 流 に とっ て有 利 な 条 件 とな る。一 方,IABPは 収 縮 期 逆 流 成 分 を 増 加 させ,slosh率 も増 大 し た 。 一 般 的 に, sloshの 増 加 の 原 因 は 主 と して 収 縮 期 冠 動 脈 圧 (back pressure)の 低 下,心 筋 内 冠 血 管 外 圧 の 増 加,お よび拡 張期 に心 筋 内 に プ ール した 血 液 量 の
増 加 に よ る。IABPに よるsloshの 増 加 は,IABP
に よ る収縮 期 の大 動 脈 圧 下 降 に よる冠 動 脈 圧 下 降 と,拡 張期 に心 筋 内 に プ ール され た 血 液 の増 加 に よ る もの と考 え られ た 。 しか し,IABPは 収 縮 期 逆 流 成 分 の増 加 を は るか に 凌 駕 す る拡 張 期 順 流 成 分 の増 加 を もた ら し,結 果 的 に 時 間 平 均 冠 血 流 量 を 増 加 さ せ た 。 ま た,冠 細 動 脈 に 対 し て も, IABPは 拡 張 期 の細 動 脈 拡 張 を もた ら した が,こ れ は拡 張 期 冠 血 管 抵 抗 の減 少 と血 液 プ ール の 増 大 を意 味 し,上 記 の推 論 を 支 持 す る。 一 方,高 度 冠 動 脈 狭 窄 の 存 在 下 で は 狭 窄 末 梢 部
Fig. 6 Effects of IABP on epicardial coronary arteriolar diameters with and without
severe coronary stenosis. Left panel; IABP significantly dilated coronary arterioles during diastole without stenosis (p<0.0001), while the vasodilatory effect of IABP was reduced under the presence of stenosis (p<0.0005) . Right panel; IABP enhanced
coronary arteriolar pulsation amplitude without stenosis (open circle , p<0.0005).
However, under the presence of stenosis (closed circle), pulsation amplitude was not enhanced by IABP (NS). The effect of IABP on the coronary arteriolar pulsation
amplitude was significantly attenuated by coronary stenosis (ANOVA , p<0.005).
Percentile diameter change of coronary arterioles by IABP was calculated by the
diastolic diameters of [IABP-ON-IABP-OFFPIABP-OFF, Percent pulsation
amplitude of coronary arterioles by IABP was calculated by [diastolic
の 冠 血 流 動 態 に対 す るIABPの 直 接 的 作 用 は 消 失 した 。す な わ ち,IABPは 拡 張 期 順 流 成 分,収 縮 期 逆 流成 分,時 間平 均 冠 血 流 量 いず れ に も有 意 な 影 響 を与 え な か った。Kernら17)は ヒ トの 高 度 冠 動 脈 狭 窄 例 で ドップ ラガ イ ドワイ ヤを 用 い て,IABP の冠 血 流 増 加 作 用 が 欠 如 す る こ とを 報 告 して お り,こ れ は本 研 究 に お け る高 度 狭 窄 下 の結 果 と一 致 す る。 狭 窄 部 に お け る圧 力 損 失 は血 管 壁 との摩 擦 に よる損 失 と血 流 が 血 管壁 か ら剥 離 す る こ とに よる損 失18)に よ って もた らされ るが,こ れ ら に よ る圧 力 損 失 は 血 流速 度 の 上昇 に よ って増 加 す る。 冠 血 流 は 拡 張 期優 位 で あ る た め,拡 張 期 圧 力 損 失 が よ り大 き くな ってIABPに よる末 梢 部 圧Dipの 増 大 を 来 さな か った もの と考 え られ る。 また,高 度 狭 窄 時 に はsloshも 増 加 しなか った が,こ れ に は狭 窄 に よる収 縮 期 逆 流 に 対 す る抵 抗 の 増 加,お よび拡 張 期 に心 筋 内ヘ プ ール され る血 液 量 の減 少 に よる もの で あ ろ う。 高 度 狭 窄 時 に は冠 細 動 脈 は 血 管 拍 動 性 の減 弱 を 示 した 。 これ もIABPの 冠 血 行 力 学 的 直 接 効 果 が 期 待 で きな い こ とを支 持 す る 所 見 と い え る。 す な わ ち,高 度 狭 窄 の 場 合 の IABPの 効 果 は後 負 荷軽 減 に よる心 筋 酸 素 消 費 量 減 少 が 主 で あ る と考 え られ る。 次 に,軽 ・中等 度 の冠 動 脈 狭 窄 を 有 す る場 合 で あ るが,冠 動 脈 狭 窄 の程 度 に依 存 して 拡 張 期 血 流 が減 少 し,収 縮 期 逆 流 成 分 が 増 加 す る こ とが知 ら れ て い る12,13)。この 際,摩 擦 に よる圧 力 損 失 と剥 離 に よる圧 力 損 失 を 十 分 カバ ーで き るIABPの 効 果 が あれ ば,拡 張 期 血 流 増 加 が 期待 で き,特 に拡 張 早 期 の冠 血 流 増 加 が 生 じれ ば,易 虚 血 性 の心 内 膜 側 心 筋 の 灌 流 に と って は 有利 に働 く もの と期 待 され るlo㌔IABPを 導 入 す る患 者 で は 基 礎 疾 患 と して 左 室 の 拡 張機 能 障害19)・左 室 肥 大20)・冠 動 脈 狭 窄21)な どが あ るが,こ れ らに お い ては 拡 張 早 期 の冠 血 流流 入遅 延 に伴 う心 内膜 下 虚 血 が 問 題 とな る。 した が って,こ れ ら の病 態 下 で 拡 張 早 期 血 流 が 増 進 さ れ れ ば,心 内膜 下 心 筋 灌 流 に 対 し て IABPは きわ め て 有 効 な メ カ ニ カル補 助 循 環 装 置 とな り うる。 また,心 拍 数 が増 加 す る と収 縮 期 時 間 の 占 め る 割 合 が 相 対 的 に 増 加 す る8,19)。し た が って,比 較 的速 い 心 拍数 下 でIABPを 作 動 せ ざ るを 得 な い 状 況 下 で は,IABPの 拡 張 早 期 の冠 血 流 増 加作 用 が 重要 な要 素 とな る。 結 論 と して,IABPの 冠 血 流 へ の 直 接 的 効 果 を 検 討 した と ころ,狭 窄 が な い時 に はIABPは 拡 張 期 冠 動 脈 圧 を上 昇 させ る こ とに よ り,心 筋 内冠 動 脈 の拡 張 期 順 流 成 分,特 に 拡 張 早 期 血 流 を増 加 さ せ た。 同時 に収 縮 期 逆 流 性 分 も増 加 させ た が,こ れ を凌 駕 す る拡 張 期 順 流 成 分 増 加 の た め に 時 間平 均 冠 血 流 量 は 増 加 した 。IABPの 直 接 血 管 作 用 と して,拡 張 期 に 冠 細 動 脈 を 拡 張 させ て,拍 動 性 を 増 強 させ る こ とが 明 らか に な った。 一 方,冠 動 脈 に 高 度 狭 窄 が 存 在 して い る場 合 に は,IABPの 冠 血 流 へ の 直 接 的 効 果 は減 弱 ・消失 した。 こ の こ と か ら,高 度冠 動脈 狭 窄下 でIABPが 心 機 能 を 改 善 させ うる 主 な メカ ニ ズ ム は後 負 荷 軽 減 作 用 に よ る 心 筋 酸 素 消費 量 の低 下 で あ る と考 え られ た 。 謝 辞 本 稿 を終 え る に あた って,御 指 導 を賜 りま した 川 崎 医科 大 学 医 用 工 学 教 室 の梶 谷文 彦 教 授 に厚 く 感 謝 の辞 を 捧 げ ます 。 また,実 験 の実 施,デ ー タ 解 析 に ご尽 力 頂 き ま した川 崎 医科 大 学 の後 藤 真 己 先 生,平 松 修 先 生,小 笠 原 康 夫 先 生,辻 岡克 彦 先 生,木 村 昭彦 先 生(元 川 崎 医大 助 手)に 深 謝 致 し ます 。 文 献
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