機 能 補助効果 関す 基礎的研究 骨 格 筋駆動

骨 格筋 駆 動 ^{ダイ ナ ミ ッ ク パ ッ チ に よ る} 心機能補 助 効 果^に関す ^る基 礎 的研 究

金 沢大 学 医学 部 外 科 学 第 ^一講 座 (主任^:渡 辺洋 字 数 授)

高 橋 政 夫

心 臓 移 植】 人工 心臓^に代^{わ る}重 症心 不全^の治 療 法^{と し て}, 自己骨 格 筋^を用^いた新^しい循 環 補 助 法^の可能性^を検 討 す^るこ と を目 的と し て基礎 的夷験を行^った^. 広背 筋^の近 位 部^のみ を剥 離し, その直 線 的牽 引 力^によ り伸 縮 する蛇 腹 型駆 動装 置と, こ れ に連 動^して拡 張収 縮 す^{る ダ イナ ミッ クパ ッ チを}考 案 作 成^{し た. A} 群^{で ほ}, 人工 心肺 下に右心室 自 由壁^を切 除し, ダ イナ ミ ッ

ク パ ッ チ にて置 換し た^. 人工 心肺 離 脱 後^に , 自 己心拍^に2 ^: 1 同 期で , 刺 激 電 圧 ^{5 V} , 刺 激 持 続 時 間^{1m s e c}, 刺 激 間 隔

20 0m s e c の6連 発 刺 激^にて広 背 筋を刺 激し, 蛇 腹 塑 駆 動 装 置^によ り ダ イ^{ナ ミ}ッ クパ _ッチを拡 張収 縮さ せ, 刺 激 前 後^の血行 動 態

的検 討を行った^. 広背筋 刺激^によ り右 房圧^は有 意^に低 下^し, 右 室 収縮 期 圧^は有 意^{に 上}昇^し, 有効な右心故 能 補 助 効 果^が認め ら れ た^. ま た. 大動 脈 収 縮 期圧^･ 平 均 圧, お よ び平 均 大 動 脈血流 量^の有意な 上昇が認め ら れ, 右心機 能^のみ な らず, 心機 能 全 体 と して の補 助 も有 効^であ^{った. B} 群^でほ一 人工 心肺 下に左心室心尖 部を乳 頭筋 直 下まで切 除し, ダ イナ ミッ クパ _ッチ に て置 換 し た^. 人工 心肺 離 脱 後^に, 自 己心^･拍に 2 ^: 1 同期で, 刺 激 電圧^{5 V} , 刺 激 持続 時 間^{1m s e c}, 刺 激 間 隔^{2 0 0m s e c の} 6連 発 刺激に て広 背 筋^を刺激し, 蛇 腹 塾 駆動 装 置^によ り ダ イ^{ナ ミ}ッ クパ _ッ チを拡 張 収縮さ せ, 刺 激 前 後^の血行 動 態 的 検 討を行った^. 広 背 筋 刺激^によ り大 動脈^の収 縮 期 圧 ^･ 平均 圧, お よ び平 均 大 動脈^血流 量^の有 意^{な 上}昇^が得ら れ た^. ま た左 房 圧^は有 意^に低 下^し, 本 装 置^によって有 効な左 心 故 能 補 助効 果が得ら れ た^. 本研 究ほ骨 格 筋 駆 動 型ダ イナ ミ ックパ _ッチ によ る 心機 能 補 助 法^の初め ての報 告^であ^る. 有 効^{な 血}行 動 態^の改 善^が得^られた点, ま た, 血液^との接 触^{は ダ イナ ミッ クパ ッチ}内 面^に裏 打^{ち した}自己 心膜のみ で あり血栓 形 成の危 険性^が低^い点で, 臨 床 応 用^の可能 性^に富ん だ^ハイ ブ リッ ド型 装 置である と思わ れ た^.

K ey ^{w o r}ds skeletal m u s cle p^{o w e r e}d dy^{n a} mi c p^atch, Cir c ulato ry ^{a s s}ist de vic e_,1atis sim u s d o r si

m u s cle

1 9 6 7年^{よ り臨 床 応用の開始された 心臓移 植1 ) は, 重 症心 不全}

の外 科 治療と し て めざま しい発 展を遂 げ^てきた^. し か し最 近,

ドナ ^ー不足^や拒 絶 反 応^を抑^{え る}免 疫 抑 制 剤^の長 期 投 与^{な どの}点 か ら, すで に限界が指 摘^されて お り, 移 植を待^つ間^にも 多 く^の

患 者が 不幸な転 帰を とって いるのが現 状である^{ヱト 4).} ま た完 全

植え込^み型 人工 心臓^や補 助心臓 も^血栓, 溶^血, 感 染な ど^の点^か ら長期 的 使 用^には問題が残さ れ て^いる^. これ らに代わ る治 療 法 と し て自 己 骨 格 筋の収縮 力に着 目し た 心補 助 法の研 究^が注 目さ れてきて^いる^.

現在, 広 背 筋を 心臓に巻 き 付け 心収 縮^に同 期し た電 気 刺 激^に よ り心機 能 補 助^を行 う心筋 形 成 術 (^dyn ami c c a rd io myopla st y) は, 既^に全 世 界^{で 2 0 0}例を越え て臨床 治 験が な さ れ ている が㌔ 臨 床症 状^の改 善^に比^べて 血行 動態^の改善^に関^{し て は}未^だ意 見^の

一 致を見^{て い}な^い. ま た, 骨 格 筋を大 動 脈^に巻 き付け る大 動 脈 骨 格筋 形 成 術 (a o rto myopla st y)^{6 卜 8)}や, 骨 格 筋^で駆 動ポンプ を作 成 す^る骨 格 筋心室 (^{skeletal m u s cle v e ntricle}) ^{によ る}循 環 補

助^{9 卜 1 3 )}な どの実験 的研 究 も種^々報 告されて いる が, いずれも 有

意^{な 血}行 動 態の改 善と優れ た抗血栓 性^の双方ともを兼^ね備^{え た} 方 法と ほ言 えな^い.

そ^こで著 者^は, 骨 格 筋^の収 縮 力を有 効^に利 用^でき^る新型 骨格 筋 駆動 装置を考 案し, 得ら れ た^エ ネルギ ^ーを ダ イナ ミッ クパ ッ

チ の駆 動源^{と して}利^{用 し}, その循 環 補 助 効 果^{につ い て}検 討^を 行った^.

対 象およ び 方法

Ⅰ^. 実験 動 物および 麻 酔 法

実 験 動物^は体 重^{1 2 〜2 3.5 k}g( 平 均^{1 5.7 k}g) の雑 種の成 熟イヌ

1 5 匹 を用^いた^. 塩 酸ケ タ ミン 1 0m g/^kg(三共 製 薬, 東 京) ^の筋 肉内 投 与^によ り麻 酔 導入 を行い ∴気 管 内 挿管 下^に Ha r v a rd 型 人 工呼 吸 器 (^{Bod in e E le ctric}, シ カ ゴ, 米 国) を用^い, 毎 分^{2 0 回,} 3 0^〜4 0mi/^kg/回^の調 節 呼 吸下^に手 術を施 行し た^. 麻 酔^の維 持

は 5mg/^kg/^{hr の ベ ントパ ル ビ タ ー ル} (大日本 製 薬, 東 京) ^の静 脈 注 射を行^い, 筋弛 緩 剤は投 与し な か った^.

Ⅱ. 骨樟 筋駆 動 ダイ ナ ミック パッチ の作成 1 . 骨格 筋^の剥 離

左 広 背 筋を駆 動 源と し て用^いた^. 広 背 筋^の剥離は, 左 腋下を 約^{1 0c m} 縦 切 開^し, まず 左 広 背 筋^の支 配 動静 脈^{お よ び}胸 背神 経 を同定し た後, 広 背 筋近 位 部を約^{5c m} 自 由^にし上腕 骨 付 着 部

平 成⁷ 年⁴ 月2 5 日受 付, 平 成7 年⁷ 月6 日受 理

A b br evi atio ns‥ ^･AoF ･ a Ortic blo od flo w ; A oP, a Ortic p^{r e s s u}re; C M P, D_yna mic c a rdio my^opla st y; D P P ,

d_yn ami c p^atch _pres s u r e; E C G, ele ctroca rdiog^{ra m ;} H R, he art rate ; L A P ,1eft atri al pr es su;e;L D M ,1atissim u s

dorsi m u scle ; R A P, ri gh ^{t atrial} p^{r ess u r e ;} R V P, righ ^{t v e ntric ula r} p^{r e ssu r e}

骨 格 筋^を用^いた新し^い心補 助 法^の研究

よ り剥離^{し た.} 肋 間 動 脈^{か らの}側 副血行はすべ て温 存し た. 胸 背神 経 神 経筋 移 行 部^{と そこか ら}約^{6c m} 離 れ^た広 背 筋 遠 位 側^に 2本^{のペ ー シ ング}電 極を縫 著し, 骨 格 筋 刺 激 用^{と した}( 図1)^.

2 ^. 直 線牽 引型 骨 格 筋 駆 動装 置^の作 成

骨 格 筋^の収 縮 力^を最 大 限^に利用す^{る た め}, 解剖 学 的 構 築^{か ら} 広 背筋^の直線 牽 引 力を利 用して駆 動 する装 置を新たに考 案作 成 し た. 装 置は 1 つ のポ リ ビ^{ニ ー ル}製^{ベ ロ ー ズ}( 蛇 腹) と そ れ を支 持す^{る 2 つのプラス チッ ク}製^シリ^ソジ よ り な り, 筋 肉^の直線 牽

Stim uJato r

F ig^.1^. Sche m a of dis s e ctio n of the latis sim u s do r si m u s cle^.

T he pr o xim al po rtio n of the left latis sim u s do r si m u s cle W a S ha r v e sted thr o ugh a lo ngitud in al in cisio n in the left a xiua,taking c a r e to n otinj^{u r e the fe edin}g a rte ry^. L D M ,

1atis sim u s do r si m u s cle^.

4 5 5

引 力^によ り^{ベ ロ ー} ズ が自 在に伸 縮できる よ う 工夫 作 成し た( 図 2)^･ 装 置^{の 一} 端^には剥離した広 背 筋 近 位 部^{をフェ ルト で}補 強 縫 著^し, 他 端は その延 長 線上 で柱^に固定した^{. ベ ロ ー} ズ は 可塑 性^のある蛇 腹で ^一端に排 出^口を有し, 骨 格 麓^の収 縮^{に て}縮 小 し, 骨 格筋^の弛緩 時には自 己^の弾 力^{に て}伸 展 す^る( 図3)^{. ベ}

ll 一拍 再… 朋 肛 捏^lもし!l

F ig^.2. P hotogr aph a.nd s che ma ofthe lin e a r a ctu ato r^. T he a c utu ato r c o n sists of a bello w s s up po rted by tw o cylinde^‑ r s^･ T he s elf^‑r etain l ng bello w s c a

.^{n m o v e u n r e strictedly}

w

ith lin e a r t_{r a c}tio n of the latis sim u s do r si m u s cle, a nd ^th^e

C O nfigu r atio n of the bello w s c a n be r etain ed o n its o wn

du ring m u s cle r ela x atio n^. L D M ,latis sim u s do r si m u s cle.

Fi_g･3^‑ Me cha nis m of the a ctu ato r･ T he bell_{o w s e xpa n}ded a nd c o ntr a cted in c o n c e rt with m u s cle c o ntr a ctio n 昏･ (A) Du ring the

dia stolic pha s e, T h 占Iatis sim u s do r si m u s cie is r ela x ed _{a n}d the bello w s e xpa nds byits elf^･ (^B) ^{Du rin}g the sy^stolic pha s e, T he

bello w s c o ntr a cts a s the r e s ults of the latis sim u s do r si m u s cle stim ulatio n^. L D M ,latis sim u s do r si m u s cle.

F ig^.4. R ight v e ntric ula r dyn a mic patch(^{R V D P})^. (^A) ^{Oute r}

side. (^B)^{In n e r side. T he d}yn a mic patch c o n sists of a n ela stic o ute r shell with a polyvinyl chlo ride tube a nd a

fle xib lelate x ballo o n^. T he shape is o v al a nd hemi sphe ric to fi^t o v e r a n e x cis ed right v e ntric ula rfr e e w all^. It is C O V e r ed wi th a w o o v e n Da c r o n p^{r o s}the sis a nd lin ed with glutalaldehyde^‑pr etr e ated a utologo t lS Pe ric a rd iu m^.

F i_g.5･ L^eft v e ntri^{c u}la r dyn ami c patch (L V D P)^. (A) D ia stolic pha s e^･ (B) Syst_olic pha s e^. T he dyn a.^{mic patch}

ha s a rigid pla stic o ute r shell that c o n si_st_{s o}f a fle xible

late x ba1lo o n with a polyvinyl ch lo ride tube. T he pla stic Shell w a s shaped like a he misphe r e s o that it c o uld fit O V e r a n e X Cis ed left v e ntric ula r ape x. It w a s c o v e r ed with

a w o o v e n Da c r o n pr o sthe sis a nd l ined with glutalaldehyde p^{r e}tr e ated a ut_ologo u s pe ric a rd iu m^.

F ig^･6^. Ca nin e m o4^{el ofthe dyn ami c patche s.} (A) R ight v e nt_ric ula r dyn a mic patch(^{R V D P})^. (^B)^{Left v e ntric ula r d}yn a mic p^atch (L V D P)^. T he a ctu ato r w a s s utu r ed to the p^{r o x}im al _po rtio n of thelatis sim u s do r si m u s cle^. T he othe r side w a sfix ed ^to the a n cho ring pole^･ T he a ctu ato r w a s c o n n e cted to the dyn a mi c patche s,that w e r e impla nted in the right v e nt_ric ula r fr e e w all o r

left v e ntric ula r ape x^. L D M ,1atis sim u s do r si m u s cle^.

骨 格 筋を用いた新しい心補 助 法^の研 究

ロ ^ー ズの容 量^は右^心室用 ^{6 0ml と}左心室 用^{1 6ml の2}種 類^を作

成^{し た.}

3 . ダ イナ ミッ クパ _ッチ の作 成

右心室 用^パ ッチ の形状ほ, 死 体 犬^の右心室石膏^モデ^ルか ら右 心室 自 由壁 切 除 部^の形を考慮して楕 円 形と し, 右 室 流 出 路^に当 た る部位は や や細 く, 横 隔膜 面^に当^{た る}部位^は広 く 作 成し た^. 構造^{ほ ウ ー ブンダクロ ン}人工 血管^の内 側^に約8m m の縫^い代を

4 5 7

残し て, ラ テ ックス製 楕 円 形^{バ ル ー ンを}貼り付 けたものであ る^. ダ イ^{ナ ミ}ッ クパ _ッチ には駆 動 用ポ ^ー ト(^{チ ュ ー ブ}) を装 着^し た･ 最 内 側は0^.9% ^{グル ク ル ア ル}デ^ヒ ド で処理 し た自 己^一む^膜を 裏 打ちすることによ り, 人工物が 血液と直 接 接し な^いよう^にし た. 大 きさ は 8 0m m x 3 5m m で容 量^{6.3ml の}も^{のと 7 5m m x} 3 5m m で容 量5^.5ml のも^{の の}2 種 類を作 成し た( 図4)^.

左心室 用^パ ッチ の形 状^ほl 左心室^心尖 切 除 部^の形^を考慮^し半

A ctu ato r

D y^{n a m}ic p^atch

F ig^･7^･ M e cha nis m of the skeletal m u s cle po w e r ed dyn a mic patch. (^A) ^{W he n the latis sim u s do r si m u s cle r ela x ed du rin}g dia stolic pha s e,the bello w s e xp^{a n}ded b_yi_{t 亭}elf a nd the ba1lo o n c o ntr a cted, Which helped dr a w blo od into theleft v e ntricle. (B ) Du ring the systolic pha s e, the be1lo w s w a s c o ntr a cted by the latis sim u s do r si m u s cle stim ulatio n a nd this indu c ed ba1lo o n

dilatio n, the rby c a u sing a o rtic blo od flo w to in c r e a s e^. Ao, a O rta; L A, 1eft at_riu m ; L D M ,1atis sim u s do r si m u s cle; L V, 1e王t V e nt_ricle^.

F i_g･8^･ Im pla ntatio n of the right v e ntric ula r d_{yn a m}ic patch^. T he righ ^{t v e ntric ula r fr e e w all} w a s e x ci^{s e}d u nde r C a rd iopulm o n a ry by pa s s, a nd the dyn a mic p^atch _w a s

i_{m p}la nted^.

F ig^･9^･ Impla ntatio n of the left v e ntric ula r dyn ami c patch.

T heleft v e ntric ula r ape x w a s e x cis ed u nde r c a rdiopulm o^‑ n a ry by pa s s, a nd the dyn ami c patch w a simpla nt_ed^.