外科的心筋保護法
橋 本 良 一 由梨医科大学第2外科 抄 録：開心術における心筋保護法はここ20年間に急速に進歩し，ほぼ確立した感がある。著者は 心局所冷却法，Crystalloid Cardioplegia法，酸素化Crystalloid Cardloplegia法， Blood Cardio− plegia法， Terminal Warm Blood Cardioplegia法を経験してきたが，心筋保護の良否の指標の一 つである大動脈遮断解除後の除細動の難易度は明らかに向上した。現在，山梨医科大学で用いてい るBlood CardioplegiaはCrystalloid液と人工心肺血液とを1対2の割合に混合しており，その組 成はおおよそGlucose 60 mmol／L， Na 135 mmol／L， K 20 mmol／L， Ca2＋0．3∼0．6mmo1／L， Ht 16％，pH 7．8（150C）浸透圧390 mOsm／kgである。このBlood Cardioplegiaを用いてTerminal Warm Blood Cardioplegiaを併用することにより，平均130分間の大動脈遮断時間で自然除細動率 は87％である。 はじめに 開心術のほとんどは完全体外循環のもとで大 動脈を遮断し無血静止視野を得て行われる。こ の大動脈遮断の間心筋は虚血状態となる為，心 筋保護が必要となり外科的心筋保護法と言われ る。ここ20年間に著者が経験してきた外科的心 筋保護法の進歩を振り返りその要点を述べると 共に，現在，当院で行っている方法を紹介する。 1．進歩の概略 著者の前任地である新潟大学の心筋保護法の 進歩の概略を図ユに示す。新潟大学では1962年 12月から開心術が開始されたが，初期は問診的 に大動脈遮断を解除することにより虚血障害を 防いでいた。。しかし大動脈弁手術で大動脈根 部切開を行う場合はこの方法は出来ないため， 1965年11月から大動脈弁手術で選択的持続冠灌 流法が行われた。すなわち冠状動脈ロに挿入し たカニューレから体外循環血の一部を灌流する 方法である。結果的には成績は不良であったが， 灌流圧，量，温度，液組成などに問題があった と思われる。1974年10月からは心局所冷却法 （topical cooling）を導入し選択的持続冠灌流 法は中止された。これは1959年にShurnwayが 報告した冷却したリンゲル液を心嚢内に灌流す る方法であるが，その後冷却効果を確実にする ためにice shshを用いるようになり現在に 至っている。この導入により成績が向上したが， 1978年4，月よりCrystalloid Cardioplegia法を 開始するとともにReperfusion Inluryの防止を 心がけるようになり急速に進歩した1）。さらに 1983年10月より著者が山梨医科大学に転任後は 主として，Blood Cardioplegia法を使用したが， 重症症例および新生児・乳児症例の成績が著明 に向上した。以下にこれらの方法について述べ る。 2．Crysta1嚢oid Cardiopleg隻a法 由梨県中巨摩郡玉穂町下河東1110 受付：1993年8月18隣 受理：1993年9月20日 Cardioplegiaの歴史は1955年Melroseより始 まるが彼の組成はKの濃度が245mmol／しと高’62年
12月
に﹂1⊥ 濃U可■ ， ， ワイー⊥40
84
7
，選択的冠灌流
・．● D●電弾ﾑ脚。． 。 ． ．問蹴的遮断肇
局所冷却
：：：1…：………iiiilプレジア 二二二二二二二二比擬二曲二二3調 Fig． L Change of myocardial protection methods in the early period of Niigata Unlvers量ty． すぎたため成績が悪く用いられなかった。1959年にYoungがK74 mmo1／L， Mg 110
mmol／しの液を発表してから徐々に使用され， 1975年にBraimbridgeがSt， Thomas液を報告 した頃より広く用いられるようになった。大動 脈遮断とともにこれらのCardioplegia液を冠 状動脈に注入するCardioplegia法は，1）im− meadia宅e arrestによるエネルギーの保存，2） 均等な心筋冷却による代謝抑制，3）代謝産物 のflush outによる組織acidosisの防止などの 効果がある。 新潟大学では1978年4，月よりGlucose− Insulin−Potassium，いわゆるGIKをベースと したCardioplegiaを開始し，その後K濃度， 浸透圧，Ca濃度， Na濃度などを調整してい る（表1）。そして1981年1L月からCrystaUoid Cardioplegia液に酸素を混入して使用した。図 2はこの間の成績の比較を大動脈遮断解除後の 除細動の難易度で比較したものであるが，自然 除細動される症例が増加しているのがわかる。 山梨医科大学ではMgを加え浸透圧を下げる Table 2． Component of crystalloid cardioplegic solution in Yamanashi medical University （Mar．1984一） Card玉oplegia液組成の変遷（山梨医科大学） Giucose Potassiurn ch三〇ride Sod圭um chlorlde Sodium bicarbonate Calcium gluconate Magnesium sulfate InSUlin Heparin Lidocalne 133 mmol／♂ 19 mmol／♂ 64 mmol〃8mmol〃
0．6 mmol〃 5mmol／Z 10unit・ 250 unlts O．8 mmol〃 3！5mOsm／kg・H20， pH 8．0（4。C） などさらに微調整した液（表2）を著者が開発 した酸素化装置を用いて注入している。 3．Blood Cardi叩leg蓋a法 Blood Cardioplegia法は1977年にFollette， Buckbergらが発表し，翌年Buckbergが日本 で講演してから流行し良好な成績が次々と発表 された。著者は1984年イヌによる実験で高濃度 Table 1． Component Of crystalloid cardlopleglc solutio聡in Nliga宅a University（Apr．1978−Sep． 1983） Caτdioplegla液組成の変遷（新潟大学） 1978．4．∼ 1978．11．∼ 1979．10∼ 1981。5．∼ 1981．11．∼ Glucose Potassium ch． Sodium chlo， Sodium bicar． Calciurn g｝uc． Insulin Heparin Procai盒epH
（）smotic pr． （mM／L） （mM／L） （mM／L） （mM／L） （mM／L） （units） （units） （mM／L） （mOsm／．） 530 38 3 20 7．7 640 270 19 8 10 1 7．8 340 270 19 8 0．6 ！0 1 7．8 340 260 18 64 8 0．6 10 250 1 7．8 430 酸素化除細動の難易度の比較
（大動脈遮断時間60分以上の大動脈弁手術のみ） ％症例数 60％ 50％ 40％ 30％ 20％ 10％ 0％ CS 局所冷却のみ Crystalloid Cardioplegia群 酸素化CC 1974年10月∼ 1978年4月∼ 1978年11月∼1979年10月∼ 1981年11月∼ 640mOs「n 34・O mOsm Ca O．6 mM 追加 K38 mM K 19mM 自然除細動CS1回
CS2回以上
：カウンターショック Fig．2． Dif￡culty of de6brillat｛on after aortic clamp for more than 60 millutes durlng aortic valve re− placement in Niigata University（Oct．1974−Oct．1982）． グルコース付加Blood Cardioplegia法の有用 性と高Na液の危険性を報告した2）。図3は著 者の実験によるBlood Cardioplegiaと酸素化 Crystalloid Cardioplegia液との比較を示した ものである。適正な組成のBlood Cardioplegia が優れているが，グルコースを加えない場合や Naが高濃度すぎると酸素化Crystalloid Car− dioplegia液より悪いことがわかる。 Blood Cardioplegiaが優れている最大の理由は酸素供 給度にあると思われるが，表3にDigerness ら3）の報告と著者のデータを一緒に示した。利 用酸素容量は（含有酸素容量）×（酸素利用率） で求めた。Digernessらのデータでは灌流温 10。CではCrystalloid，20。CではBloodが酸素 供給度が多いという結果であるが，（）内に 示す著者のデータでは10。C，20。Cともに Bloodの方が多かった。いずれにせよ灌流温・ 心筋温が10。C以上の場合にはBlood Cardi6− plegiaの方が安全といえよう。 山梨医科大学のBlood Cardioplegiaの組成 を表4に示す。表に示すCrystalloid液と人工 心肺血液をそれぞれ！対2の割合に混合したも のである。この注入にも著者が開発したシステ ムを用いているが，現在市販されているBuck− berg−Shileyシステムより安価である。次にこ の組成のポイントを述べる。 a）電解質（K，Na， Ca） K濃度はRousouらの報告4）によると5∼35 mmo1／Lの範囲の実験では15 mmol／Lが最も ATPが維持されている。10∼20 mmol／Lの範 囲であれば適切であろう。Na濃度は種々の液 により様々であり他の電解質などの影響も大き い為に一概には言えないがHearseら5）のK が16mmol／L， Mgが16 mmol／LのCrystalloid Cardioplegiaの実験：によればNaが90 mmol／L以下または120mmol／L以上ではCPKの流出
が増加すること，著者のBlood Cardioplegia の実験2）では180mEq／L以上では有意に障害が あったことなどから，100∼140mmol／Lが適1 切な範囲と考えている。Ca2＋濃度は3mmo1／LBlood Cardioplegiaと
酸素化Crystalloid Cardioplegiaとの比較
％ 血液軸流イヌ乳頭筋モデル実験000000000
87654321
GlucoseNa
酸素容量心筋機能回復率
不整脈発生率
8100d Cardloρ1eg1∂
酸素化 @Cり／5亡a〃01d Card’oρノegla 2160 51 494680 （mg／dD
114 113 187 70 （mM／L） 9．0 9．7 9．7 2．1 （voL％） Fig，3． Recovery rate of myocardlal function and appearance rate of arrhy宅hmla af亀er ischemia wlth blood card呈oplegla or oxygenated crystal茎oid card圭oplegia，（￡xperiment on blood−perfused canine pap重韮lary muscle preparatlon：REFERENC￡S 2）） Table 3． Comparison of oxygen availability be宅ween oxygenated cτystalloid cardioplegia and blood cardioPlegia Oxygenated Crystalldd Cardiop至egiaと Blood Cardioplegiaの酸素利用度 Oxy． Crys． C． Blood C． 含有酸素容量（vol％） 4．0 （2．！） 9．7 （9．0） 酸素利用率 10。C 100 37 （％） 20。C 100 52 利用酸素容量 ！0。C 4．0 （2。1） 3．6 （3．3） （vol％） 20。C 4．0 （2．！） 5．0 （4．7） Digemess認α∠：Circulatlon 64，1981 1984） （橋本良一 日蔭外会誌32， 以上では高くなるにつれて組織像の障害が高度 となるとの報告がある6）。一方0．5mmol／L以 下ではinter−calated discの離開， T−tubule， sarcoplasmic reticulumの障害を起こし7）， Ca2＋を含む液の再灌流によりミトコンドリア に多量のCa2＋が流入し障害が高度となる，い わゆるCa paradoxが起こる。またここでNa− Ca交換に伴うNa濃度との関連が重要となる。Table 4。 Component of blood cardioplegic solutio簸in Yamanashi Medica1しrniversity（Jan．1985一） Blood Cardioplegia液 Crystalloid液 5％グルコース 生理食塩水 ！モルKCI メイロン 400ηz∠ 100ηz∠ 30規∠ 70規♂ Na 125 mM／L
K 50mM／L
体外循環血液学Crystalloid液篇2対1に混合する Glucose NaK
Ca＋牽 H之 Ph（150C） 浸透圧60mM／L
135mM／L
20mM／L
O．3∼0．6 mM／L 16％ 7．8 390 mOsm／kgb）pH
pHに関してはBackberg一派は低温時にお いては理論的温度補正値以上にalkalosisとす ることが好ましいと述べている。彼らは変温動 物は体温が低下するに従い血液のpHが上昇す ることに注目し検討した結果，イヌでも表面冷 却ないし体外循環：による低体温下においてpH： を上昇させた方が心機能が良好であったと報告 し8）9），Blood Cardioplegia液のpH：も7．8 （22。C）に調整している。なおpHを調整する ためメイロン（7％重曹水）を用いるときは Naが上昇し過ぎないよう注意が必要である。 c）血液濃度（Ht）と温度 Htが高いまま低温にするとsludgingにより 灌流が障害される。菊地らの低温血液の微小孔 通過性の検討によれば，37。C全血と同様の通 過性をもたらすには，Ht30％，20％，10％で それぞれ20。C，15。C，13。Cが必要である10）。 当院の組成ではHtが16％前後，液温は15。C前 後としている。 d）その他（浸透圧，基質など）浸透圧についてBuckbergらは3ユO
mOsm／kg以下では心筋浮腫が出現し1王），400 mOsm／kg以上では心筋脱水を起こす12）と報告 している。当院の組成は390mOsm／kgである が，もう少し低い方が良いのかもしれない。基 質は著者の実験にもとづきグルコースを60 mmol／L（1，ユ00 mg／d♂）としている。基質と してアミノ酸を加えると良好との成績が報告さ れているが当院では今のところ用いていない。 4．Reperfus蒸on Inj群yの防止 Reperfusiodnluryとは虚血で障害された組 織に血流が再開することによりさらに障害が増 加・修飾される病態である。大動脈遮断による 心筋虚血障害はCardioplegia，特にBlood Car dioplegiaの導入により著明に減少したが，不 適切な再島流圧・再灌流亡，不適切な再血流液 組成または最近注目されているfree radical in− juryなどにより障害が増強されうるため，大 動脈遮断解除時にはこれらに充分注意すべきで ある。亀田らによれば50，80，150mmHgでの再
灌流では，50mmHgの群で心機能，心筋水分 含量，心内膜心筋の超微形態が良好であったと いう13）。著者の実験では灌流圧100cmH20（74 mmHg）と50 cmH20（37 mmHg）で20分毎に 5分間の再灌流を5回繰り返した結果，心機能 の回復および不整脈の発現率が低圧の方で明ら かに良好だった2）。一方，回流圧が50cmH20 以下では毛細血管が閉じてしまうといわれてい る④。以上から著者は大動脈遮断解除直後の 再灌流圧は40∼50mmHgが最適と考えて，再 演流後10分ほどはこの圧を保つようにしている が，このための薬剤としては速効性であるATP製剤（アデポス⑨）が有用である。上田 らは心筋温15。C，60分遮断の肥大心実験にお いて200Cと35。Cの再灌流では，20。Cで内膜側 血流の回復が良好と報告している15）。また著 者の間歌的弓灌流の実験では150Cと30。Cの再 灌流では，心機能の回復，組織像で有意差を認 めなかった2）。大動脈遮断解除時の層流温は 300Cまでならば大きな障害とならないと考え ている。 再灌流罪組成としては再丁丁時のCa2＋細胞 内流入阻止が大切である。大動脈遮断解除30分 後くらいまではCa剤を投与しないようにして いる。ただ乳児の場合は最初の人工心肺充墳液 にCa剤をいれないとCa2が低くなりすぎて危 険なことがあり注意が必要である。再銀流時の Caイオン化を減少させる意味で大動脈遮断解 除前にメイロンやアルブミンを投与することも 有効と考えている。Ca拮抗剤として当院では diltiazemをCardioplegiaに入れているが低温 時の効果は明確となっていない。Free Radical Injuryの阻止としてのscavengerはSOD，鉄 キレート剤，マニトール，FOYなどが報告さ れている。著者はParkerらの論文16）に基づき 新潟大学の時からマニトールを大動脈遮断解除 時に追加投与しているがscavenger効果として のデータは調べていない。ちなみに大動脈遮断 解除時の投与量は0．5g／kgとしているが平均 10mOsm／kgの浸透圧の上昇が得られている。 さらに最近ではFree Radical Inj賢ryの阻止に 白血球除去フィルターが有効とされ期待されて いる。 さてReperfusion Injuryの防止の方法として 1986年TeohらがTerminal Warm Blood Car− dioplegia（TWBC）法17）を発表して以来広く 使用されている。これは大動脈遮断解除の前に 心臓を復温しながらBlood Cardioplegiaを行 うことで，より有効に代謝老廃物のflush out， pHの回復，高エネルギー燐酸化合物の回復を 得て，心筋代謝が改善してから遮断解除をする というものである。図4は当院における60分以 上の大動脈遮断を要した手術のうちTWBCを 行った群と行わなかった群とで大動脈遮断解除
TWBCによる除細動の効果
（大動脈遮断時間60分以上の手術のみ） ％症例数 100％ 80％ 60％ 40％ 20％ 0％TWBC（＋） TWBC（一）
15才以上のみ 年令 60．7±10．5才 54．7±14．8才 大動脈遮断時間 130．3±36．9分 矧3．9±35．8分 Fig．4． 自然除細動CS肇回
CS2回以上
CS：カウンターショックBaby
1才以下のみ 1．5±2．9カ月 104．6±42．3分 ￡ffect of terminal warm blood cardloplegia for spontaneo“s deβbrlUation after aortic clamp for more than 60 minutes in adult patients of Yamanashl Medical University（lan．1985−Apr． 1993）．後の除細動の難易度を比較したものである。自 然除細動率はTWBCを行わないBlood Car− dloplegla群が5ユ％， TWBCを行った群が87％
でTWBC群が有意に良好であった。なお1歳
以下の症例ではTWBCを施行していないが全 例で自然除細動となっている。5．その他
Cardioplegiaが確実に行われることが重要で あるが，冠状動脈の中枢部閉塞症例では順行性 に注入したのではCardioplegia液が末梢部に 充分行き渡らない可能性がある。また上行大動 脈瘤手術やJatene手術では順行性に注入する ことが困難なことがある。この様な場合には冠 状静脈洞よりCardioplegiaを注入する逆行性 心筋保護法が適応となり，専用のカニューレも 開発されている。しかしカニューレの位置を確 実にする注意が必要であることや，右室の灌流 が不充分になる可能性があることを念頭に置く べきである。症例により順行性・逆行性の併用 も行われる。 さて外科的心筋保護法最後の留意点として人 工心肺から離脱時の前負荷・後負荷のコント ロールがある。前負荷は左房圧または肺動脈模 電圧を見ながら調節し慎重に人工心肺を停止す る。またこのとき後負荷の上昇があると左室破 裂や心筋梗塞の発症率が高まるため後負荷軽減 の薬剤投与も考慮する。なお大動脈内バルーン ポンピング法はこの時点で特に有用であり積極 的に用いるべきであろう。 以上の心筋保護法の進歩により大動脈遮断の 許容時間は，局所冷却のみでは1時問，Crys− talloid Cardioplegia？去で1時間半，酸素化 CrystaUoid Cardioplegia法で2時間， Blood Cardioplegia法で2時間半， Blood Cardio−plegia法にTWBCなどを併用することで3時
間が安全範囲であると考えている。 文 献 D 橋本良一，松沢秀郎，松川哲之助，他．大動脈 弁疾患における局所冷却とカルジオプレジァ心 筋保護法の臨床成績の比較検討．胸部外科 1983；36：953−957． 2）橋本良一，血液灌流イヌ乳頭筋モデルを用いた 各種心筋保護法の比較評価；特に問激的遮断法 及び高濃度グルコース付加Blood Cardiop蓋egia 法の検討．日部外会誌1984；32：521−534． 3）Digerness SB， Vanlnl V， Wideman F混，認α乙 ∫η η窃γo comparison of oxygen avai蓋abi茎ity from asangulnous and sanguinous cardio− pleglc media． Circula毛lon l981；64，（Supp蔓2）： 80−83． 4）Rousou JH， Engelman RM， Dobbs WA，6‘αZ． 丁卜eOptlmal pOtaSSi競m COnCentrati・n ln Car− dioplegic solutions， Ann Thorac Surg l 981； 3黛：75＿79． 5） Hearse rり， Braimbr叢dge Mv， Jynge P． Pro− teαlon of the ischemlc myocardium；Card叢。− plegia． New York： Raven Press， 1981： 224−242、 6）天野 純．Cardloplegic solution申のcalcium の至適濃度とcalclum paradox．日晒外会誌 1979；雲17：1599−1610． 7） Mulr AR． The effects of dlvaient Catlons o熱 the ultrastructure of the perfused rat heaギt・ Anat 1967；101：239−261． 8）McConnell DH， White F， Nelso駐RL，θごαZ． Importance of alkalosis l簸main宅enance of 孟dea茎 blood pH durlng hypotherm孟a・ Surg Forurn l975；26：263−265。 9） Becker H， VinセenJohansen J， Buckberg GD， 認α乙Myocardlal damage caused by Keeping pH 7．40 d魏r｛ng sys宅emic deep hypotherrnia． J Thorac Cardiovasc Surg l981；82：810−820． 10）菊地佑二，小山富康，川上敏晃，血液流動性の 温度変化；低温血液の微小孔（5μmφ）通過性の検 討．Cardioplegia（心霊芳保護研究会誌）1981；5： 67−70． 11） Foglia RP， S￡eed DL， Fol茎αte DM，6孟α乙Iatro− gen三。 myocardial edema with potassium car− dioplegia． J Thorac cardめvasc surg 1979； 78：217−222． 12）Buckberg GD． A proposed“soiutlon”亡。 the car（薮oplegic controversy． J Thorac Cardiovasc Surg 1979；77：803−815． 13）亀田隆明，天野 純，岡村高雄，他．Cardio− plegia後血液再灌流の至適灌流圧．臼外会誌 1981；82：1314−1320． 14）田村 守，荒木隆一郎，匂坂勝弘，他．心筋組 織の酸性特性．心臓1982；14：270−280．l5)
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Intraoperative Myocardial Protection
Ryoichi Hashimoto
Second Dopartment ofSungieay, Yamanashi Medical University
The methods of rnyocardial protection during cardiac surgery have progressed great}y over the past twenty years. I have employed topical cooling, crystalloid cardioplegia, oxygenated crystalloid cardioplegia, blood car-dioplegia and terminal warm biood carcar-dioplegia. To evaluate the best method fbr myocardial protection, I com-pared the recovery from fibrillation after declamping of the aorta. The spontaneous defibrillation rate rose with the improvement of the methods, and the spontaneous defibrillation rate was 87% on average after aortic clamping for l80 minutes using terminal warm blood cardioplegia.
