ECMOは「脱血→遠心ポンプ→膜型人工肺→送血」という一本道だ。だがこの一本道を管理するには、遠心ポンプが前負荷依存・後負荷感受性であることと、回路圧を3点で読むことの2つが要る。ここが分かっていないと、流量が落ちたときに回転数を上げて事態を悪化させる。本章（ECMO入門③）は回路の構成要素、圧の正常値、膜交換の目安、そして脱血不良の対処までを実務の目線で並べる。
この記事の芯
回路＝血液ポンプ＋膜型人工肺＋チューブ（＋熱交換器・モニタ・アラーム）。
遠心ポンプは回転数＝流量ではない。前負荷が減れば同じ回転数でも流量は落ち、無理に回すと脱血側が過度な陰圧になってchattering（脱血管の振動）と溶血を起こす。だから流量が落ちたら、まず回転数を下げる。
見るべき数字は脱血圧（−30 mmHg前後が正常、−100に近づくと危険）・膜前後の圧較差・膜後PaO₂・血漿遊離Hb（<10、>50で精査）。
この記事でわかること
- 回路の基本＝ポンプ＋膜型肺＋チューブ。加えて熱交換器・モニタ・気泡検知器
- 遠心ポンプは前負荷依存・後負荷感受性。回転数を上げても前負荷がなければ流量は出ない
- 脱血圧の目安は−30 mmHg前後。−100 mmHgに近づくほど溶血リスクが上がる
- 「−300 mmHg」はポンプの設計上限（脱血ラインを閉塞した状態の規格）で、管理目標ではない
- 脱血不良は「回転数を下げてから原因を治す」。10秒ごとに約100 rpmずつ落とす
- 膜交換は圧較差の上昇トレンド＋膜後PaO₂の低下で考える。圧較差に普遍的なカットオフはない
- 溶血の指標＝血漿遊離Hb。通常<10 mg/dL、>50 mg/dLで原因検索（ELSO）
- sweep gasは100%酸素かcarbogen、流量は血流量と同程度（1:1）から。以後PaCO₂で調整する
- 回路血栓は送血側の5 mm超が要注意。熱交換器は40℃を超えない
1一本道を俯瞰する（脱血→ポンプ→膜型肺→送血）
血液は静脈から脱血され（酸素の少ない血）、遠心ポンプで押し出され、膜型人工肺で酸素化とCO₂除去を受け、酸素化された血として体に戻る。全体はこの一本道の“ループ”だ。
図1：ECMO回路の流れと圧測定点 P1〜P3（VV・大腿脱血→頸静脈送血の例）
図：色は血液の酸素化を表す（脱血側＝静脈血で青、送血側＝酸素化された血で赤）。圧はP1＝脱血圧（ポンプ前）、P2＝膜前（ポンプ後）、P3＝膜後（送血側）の3点で測り、膜の圧較差＝P2−P3で膜の抵抗（血栓化）を見る。酸素飽和度（SvO₂）センサは脱血側に置く。配置は日本人工臓器学会などの回路図に準拠。
各構成要素の役割と勘どころを一覧にする。
図2：ECMO回路の構成要素
| 構成要素 | 役割 | 勘どころ |
|---|---|---|
| 血液ポンプ（遠心） | 血液を送る | 前負荷依存・後負荷感受性。回転数＝流量ではない。停電時はバッテリ（1時間以上）＋手回し、VAでは逆流防止 |
| 膜型人工肺 | 酸素化とCO₂除去 | 能力＝rated flow。水蒸気貯留でCO₂除去↓→sweepで飛ばす。膜前後の圧較差で劣化を拾う |
| sweep gas | CO₂除去の調整 | ELSOは100%酸素またはcarbogen。流量は血流量と同程度（1:1）から、以後PaCO₂で調整（酸素化には効かない） |
| 熱交換器 | 体温管理 | 水槽は40℃未満・通常37℃（ELSO）。別項として、原因不明の溶血では水と血液の接触を疑えとも記載 |
| モニタ／アラーム | 安全監視 | 流量・回路圧（脱血/膜前/膜後）・SvO₂・血漿遊離Hb・気泡検知器 |
2遠心ポンプ ― 回転数は流量ではない
現在の成人ECMOはほぼ遠心ポンプだ。ここで押さえるべき性質が2つある。
- 前負荷依存：入ってくる血がなければ、回転数を上げても流量は出ない。循環血液量不足・カニューレ位置不良・胸腔内圧上昇・タンポナーデで流量は落ちる。
- 後負荷感受性：出口側の抵抗が上がると流量が落ちる。膜の血栓化、送血カニューレの屈曲、体血管抵抗の上昇で同じ回転数でも流量が減る。
ローラーポンプとの違い
ローラーポンプは前負荷にも後負荷にも影響されず、回転数がそのまま流量になる。破綻の出方が逆で、脱血側が空になれば強い陰圧でキャビテーション・溶血、送血側が閉塞すれば高圧で回路破裂に向かう。ただしECLS用のローラーポンプはELSOが入口圧のサーボ制御（−300 mmHgを超えない）を要求しており、無制限に吸い続けるわけではない。遠心ポンプは流量が落ちることで危険を教えてくれる代わりに、「流量計を見ないと実際の流量が分からない」。
遠心ポンプがもう一つ持つ弱点が逆流だ。止まった――あるいは回転数が低すぎる――遠心ポンプはただの管に近く、VAでは患者の左室が勝って動脈から静脈へ逆流しうる。よく引用される「収縮期圧100 mmHgで約1500 rpm未満」という数字は、小児ECLS回路の模擬実験（Clark 2011）由来で、ポンプ機種によって閾値が明確に違う。成人回路にそのまま当てはまる数字ではなく、「低回転＋高い後負荷では逆流しうる」という性質として覚えておけばよい。だからELSOは停電時に逆流を警報するか防止する機構を求めており、バッテリは1時間以上、手回し機構も備えるべきだとしている。
「−300 mmHg」は管理目標ではない ― よくある誤読
ELSOには「脱血ラインを閉塞した状態で吸引圧が−300 mmHgを超えないこと」という記載がある。しかしこれはポンプの設計規格で、「ポンプはそれ以上の陰圧を作れない構造でなければならない」という意味だ。ELSO自身も、これはポンプの設計またはサーボ制御された圧センサーで担保するものだと書いている。
臨床の目標値ではない。実際の脱血圧は−30 mmHg前後が正常とされ、−100 mmHg付近から溶血が増えていくと言われる（Deranged Physiology。ただし原文自体が「経験的にそう見える」という限定つきで、一次論文でこの閾値が定量的に確立しているわけではない）。EMCrit/IBCCは「−100 mmHgより浅く保つ」を目標に挙げている。「−300までは大丈夫」と読むと、−250 mmHgで回し続けることになり、それは破滅的な溶血域だ。
3脱血不良とchatteringの実際
脱血が追いつかないと、カニューレ周囲の血管が陰圧で虚脱し、また開き、を繰り返す。これがchattering（chugging、kickingとも呼ぶ）で、回路がガタガタと震える。放置すれば溶血、さらにはポンプ内での気泡発生（キャビテーション）と空気塞栓に至る。
順番を間違えない ― まず回転数を下げる
脱血不良への対処は「まず流量が安定するところまで回転数を下げる」。目安として10秒ごとに約100 rpmずつ落とし、chatteringが消える点を探す（この「10秒ごとに100 rpm」はEMCrit/IBCCが挙げる実務的な目安。Zakhary 2020は「流量が安定するまで回転数を下げる」までを述べ、数値基準は置いていない）。そのうえで原因（循環血液量・カニューレ位置・胸腔内圧）を治す。
逆に「流量が出ないから回転数を上げる」は、陰圧を深くして溶血とキャビテーションを招く。最もやってはいけない反射だ。
図3：回路圧を3点で読む
| 測定点 | おおよその値 | 意味 |
|---|---|---|
| P1 脱血圧（ポンプ前） | 正常は −30 mmHg前後 | −100 mmHgに近づくほど溶血リスクが増すとされる。chatteringの正体 |
| P2 膜前圧（ポンプ後） | おおむね 150〜200 mmHg（300未満） | 回路で最も高い圧。膜後との差＝膜の抵抗。上がれば膜血栓を疑う |
| P3 膜後圧（送血側） | P3＝P2−圧較差。実測でおおむね 150〜200 mmHg | 定義上つねにP2より圧較差の分だけ低い。カニューレ抵抗・後負荷を反映 |
表：脱血圧の正常値（−30前後）と−100 mmHg付近からの溶血増加はDeranged Physiologyの記載で、原文自体が「empirically … seems to be」と限定している。EMCrit/IBCCは「Target a value >−100 mm」と目標を置く。膜前後圧の150〜200という値も施設プロトコル・教科書レベルの目安で、ELSOガイドラインが定めた基準値ではない。機種・カニューレ・体格で変わる。
4回路圧を3点で読む
回路圧は脱血圧・膜前圧・膜後圧の3点で測る。単独の絶対値より、膜前と膜後の差（圧較差）と、経時的な変化が情報になる。
膜前後の圧較差が上がっていれば膜の抵抗が上がっている＝膜血栓。脱血圧が深くなっていれば脱血不良。膜後圧が高ければ送血側の抵抗（カニューレ屈曲・後負荷）。この切り分けができると、アラームの意味が読める。
「400 mmHg」も同じ性質の数字
ELSOの「送血ラインを閉塞した状態で出口圧が400 mmHgを超えないこと」も設計規格であって管理目標ではない。実際に監視する膜後圧は150〜200 mmHg程度、300は超えないあたりが目安になる。
5膜型人工肺 ― rated flowと劣化の見つけ方
現在の膜はPMP（ポリメチルペンテン）の中空糸が主流で、非多孔性（ガスは通すが血漿は漏れない）。能力はrated flow＝飽和度75%・Hb 12 g/dLの静脈血を出口で95%まで飽和できる血流量、で表す（→②）。
水蒸気が膜にたまるとCO₂除去が落ちる。ELSOはsweepを間欠的に高流量にして飛ばすと記載しており、この操作は”sighing the lung”と呼ばれる（呼称が出てくるのはELSO新生児呼吸不全ガイドライン）。
図4：膜／回路の交換を考える目安
| 指標 | 目安 | 解釈・対応 |
|---|---|---|
| 膜前後の圧較差 P2−P3（流量あたり） | 正常はおよそ 6 mmHg/(L/min)、8を大きく超えない | 普遍的なカットオフは存在しない。絶対値ではなくベースラインからの上昇トレンドで交換を考える |
| 膜前後の圧較差 P2−P3（絶対値） | 通常 20〜30、40〜50を超えない | 60超で膜機能不全を疑い、100超なら強く示唆（EMCritの目安） |
| 膜後PaO₂ | FdO₂ 1.0で 300 mmHg超が正常（ELSO） | 200 mmHg未満ならガス交換能低下として膜交換を検討（EMCrit／Zakhary） |
| D-dimer | 上昇トレンド | 交換の数日前から上がる。絶対値の閾値は測定系依存で置かない |
| 血漿遊離Hb | 通常 <10 mg/dL | >50 mg/dLで原因検索（いずれもELSOガイドラインの記載） |
表：遊離Hbの2値と膜後PaO₂ 300超はELSOの記載。流量あたり6〜8 mmHg/(L/min)と圧較差の絶対値20〜30はDeranged Physiology、60超/100超・膜後PaO₂200未満はEMCrit/IBCC由来で、ガイドラインが定めた基準ではない。ELSOの回路ガイドラインもZakhary 2020も圧較差の数値カットオフを置いていない（「no cut-off values of ΔP define ML dysfunction and the trend should be carefully considered」）。数値を暗記するより、その患者の回路のベースラインを知っておくほうが役に立つ。
注意点として、圧較差の上昇（＝抵抗・血栓）とガス交換能の低下は必ずしも同時に来ない。圧較差は正常なのに膜後PaO₂だけ落ちることも、その逆もある。両方を並べて見る。
6空気の引き込みを防ぐ
ELSOは「血液側の圧をガス側より高く保つ」「膜型肺を患者より低い位置に置く」の2つを予防策として挙げている。
空気はどこから入るのか
健全なPMP膜（非多孔性）を、通常のガス移行で空気が血液側へバルク移行することはない。ただしELSOは、PMP膜でも「ごく小さな穴」から空気を引き込みうると明記している。ELSOが挙げる膜経由の経路は、①膜の微小な破損（PMPでも起こる）、②sweepガス側の圧が血液側を上回る（排気ポートの閉塞など）、③無流量時に血液が重力で膜型肺から抜け、膜を介して空気を引き込むの3つだ。
膜以外の経路として、ポンプ前（陰圧区間）の回路破綻や接続部からの吸い込み、脱血ライン・中心静脈ラインからの混入もある。
ELSOの予防策は「血液側の圧を常にガス側より高く保つ」「膜型肺を患者より低い位置に置く」――これは古い多孔性膜だけの話ではなく、PMP膜でも当てはまるとELSO自身が述べている。
気泡は超音波センサー（望ましくは膜型肺の下流）または目視で監視する。検知したら直ちに送血を止めてクランプし、空気を除去してから再開する。
7sweep gasと熱交換器
ELSOの原文は「For most applications, the sweep gas will be 100% oxygen or carbogen（5%CO₂＋95%O₂） at a flow rate equal to the blood flow rate (1:1)」で、100%酸素とcarbogenは並列の既定選択肢として書かれている（carbogenを低CO₂血症の是正手段として挙げているわけではない）。日本の実臨床で回しているのはほぼ100%酸素だが、ガイドラインが100%酸素を優先しているわけではないという点は押さえておきたい。
流量は開始時に血流量と同程度（1:1）から始め、以後はPaCO₂を見て調整する。sweepを上げるとCO₂除去は増えるが、酸素化には効かない（→②）。
熱交換器は外部の水槽で温度を管理する。ELSOは水槽の温度を40℃未満、通常37℃に保つとしている。理由は書かれていないので、「40℃が溶血の閾値だから」といった説明を付け足さないほうがいい。
ELSOが別に述べているのは、循環水と血液の接触はごく稀だが、循環水に少量の血液や蛋白が見えたとき、あるいは原因不明の溶血があるときには接触を疑えということ。さらに水槽の水は無菌ではなく汚染しうるので定期的な清掃と消毒液での処理を求めている。温度設定の話とは別の項目だ。
回路の充填は細胞外液に近い等張電解質液で行い、充填済みの回路は30日を超えて使わないとELSOは記載している（新生児補遺では「crystalloid primed で30日保管できる」という書き方）。
8回路血栓と緊急時の備え
回路の血栓は、ELSOの記述では「表面の、very darkで動かない部分」として見える。重要なのは場所だ。ELSOは送血側（膜型肺より後、患者へ戻る側）の5 mmを超える血栓、あるいは増大していく血栓は、その回路区間を交換して取り除く――多数あるなら回路全体を交換する、と書いている。脱血側と違い、そのまま患者へ飛ぶからだ。
一方で接続部にできる1〜5 mmの小さな血栓は回路交換を要さず、観察でよいともELSOは述べている。すべての血栓が緊急というわけではない。
あわせてフィブリノゲンと血小板の低下、LDHの上昇といった消費・溶血のマーカーを追う。抗凝固の詳細は⑪で扱う。
9やりがちな失敗とTake home
回路トラブルは「患者側→回路側」の順で切り分けると速い。流量が出ない原因の多くは、回路ではなく患者側（volume・カニューレ位置・胸腔内圧）にある。
図5：回路トラブル早見表（症状→原因→初期対応）
| 症状 | 主な原因・所見 | 初期対応 |
|---|---|---|
| 脱血不良（chattering／流量低下） | 循環血液量不足・カニューレ位置・胸腔内圧上昇・タンポナーデ | まず回転数を下げて流量を安定させる（10秒ごとに約100 rpm）。その後に原因を是正 |
| 膜型肺の劣化 | 膜前後の圧較差↑・膜後PaO₂↓・D-dimer↑ | 膜／回路交換を検討。予備回路を確認 |
| 回路血栓 | 黒く動かない部分。送血側の5 mm超は要注意 | 抗凝固の調整・回路/膜交換（→⑨） |
| 溶血 | 遊離Hb↑・尿の赤色化・LDH↑ | 脱血陰圧の是正・カニューレ位置・膜交換 |
| 空気の引き込み | 気泡検知器・回路内の気泡 | 直ちに送血を止めてクランプ、空気除去、原因是正 |
| 1 流量が落ちたので回転数を上げる | 逆。まず回転数を下げて流量を安定させ、それから原因を治す。 |
| 2 「−300 mmHgまで大丈夫」と読む | 設計規格であって管理目標ではない。実際は−100に近づくだけで危険。 |
| 3 流量が出ないのを回路だけで解決しようとする | 多くは患者側（volume・カニューレ位置・胸腔内圧）。 |
| 4 遊離Hb・膜前後の圧較差を見ない | 溶血・膜血栓を見逃す。圧較差とガス交換能は別々に動く。 |
| 5 sweepと酸素化を混同する | sweepはCO₂、酸素化は血流量（→②）。 |
| 6 予備回路と手回しハンドルの場所を知らない | 停電・回路破綻は必ず「今」起こる。 |
Take home
- 回路＝ポンプ＋膜型肺＋チューブ（＋熱交換器・モニタ・気泡検知器）
- 遠心ポンプは前負荷依存・後負荷感受性。回転数＝流量ではない
- 脱血圧の目安は−30 mmHg前後。−100に近づくほど溶血。−300は設計規格
- 脱血不良はまず回転数を下げる（10秒ごとに約100 rpm）。それから原因を治す
- 膜交換は圧較差の上昇トレンド・膜後PaO₂ 200未満・D-dimer上昇で考える（絶対値の閾値はない）
- 溶血は遊離Hb（<10／>50で精査）。送血側の5 mm超の血栓は介入
- トラブルは”患者側→回路側”の順で切り分ける
参考文献
- ELSO Guidelines for Adult Respiratory Failure, v1.4. August 2017.（ポンプ規格・遊離Hb・水蒸気・sweep・充填・熱交換器・回路血栓）
- ELSO General Guidelines for all ECLS Cases, v1.4. August 2017.
- ELSO Guidelines for Adult and Pediatric Extracorporeal Membrane Oxygenation Circuits. ASAIO J. 2022;68:133-152.（回路の専門ガイドライン）
- Zakhary B, Vercaemst L, Mason P, et al. How I manage drainage insufficiency on extracorporeal membrane oxygenation. Crit Care. 2020;24:151.（脱血不良への対処。なお回転数を下げる幅の数値基準は置いていない）
- Zakhary B, Vercaemst L, Mason P, et al. How I approach membrane lung dysfunction in patients receiving ECMO. Crit Care. 2020;24:672.（圧較差にカットオフを置かずトレンドで見る、膜後PaO₂ 200未満）
- Lubnow M, et al. Technical complications during veno-venous extracorporeal membrane oxygenation and their relevance predicting a system-exchange. J Crit Care. 2014;29:473.／Lubnow M, et al. PLoS One. 2014;9(12):e112316.（膜交換の指標・D-dimer。いずれも絶対値のカットオフは示していない）
- Clark JB, et al. An investigational study of minimum rotational pump speed to avoid retrograde flow in three centrifugal blood pumps in a pediatric extracorporeal life support model. Perfusion. 2011;26:185-190.（1500 rpmの出典。小児回路の模擬実験）
- EMCrit / IBCC: ECMO（脱血圧目標−100、圧較差60/100、膜後PaO₂ 200、10秒ごと100 rpm）。Deranged Physiology: ECMO circuit sensors（P1〜P3の目安）。いずれもガイドラインではない。
- Brodie D, Slutsky AS, Combes A. Extracorporeal Life Support for Adults With Respiratory Failure and Related Indications: A Review. JAMA. 2019;322:557-568.
