臨床工学技士問題表示
臨床工学技士国家試験
解説
人工心肺による体外循環(CPB)では、手術侵襲・体外循環そのもののストレス、低体温、血液の回路接触による炎症反応、希釈(プライミング)などが重なり、生体反応が大きく変化する。代表的には交感神経・副腎髄質が亢進してカテコールアミン(アドレナリン)が上昇し、RAASも賦活化して血中レニン活性が上昇する。低体温やストレスホルモン(カテコールアミン、コルチゾール)によりインスリン分泌・感受性が低下するため血糖は上昇傾向となる。電解質は希釈や低体温・アルカローシスの影響で一般に低下傾向(とくにK+は細胞内移行しやすい)が基本だが、溶血・アシドーシス・腎機能低下・心筋保護液の影響などで上昇する場面もある。さらに回路接触により白血球が活性化し、IL-6 を含むサイトカインが増加する。したがって本問では「血中アドレナリン値は上昇する」が正しい。
選択肢別解説
誤り。CPBでは低体温や手術・循環のストレスでインスリン分泌・感受性が低下し、コルチゾールやカテコールアミンの上昇も相まって血糖は上昇しやすい。プライミング液や術中投与薬の影響が加わることもあるが、低下が一般的という説明は不適切。
誤り。一般にはプライミングによる希釈と低体温・アルカローシスに伴う細胞内移行で血中K+は低下傾向。ただし溶血、アシドーシス、腎機能低下、心筋保護液の漏出などで上昇する場面もあるため例外はあるが、「上昇する」との断定は不正確。
誤り。CPBは循環動態変動や非拍動流などのストレスによりRAASが賦活化し、血中レニン活性は増加する。したがって低下とする記載は不適切。
正しい。体外循環および手術侵襲は強いストレスとなり、交感神経系が亢進してアドレナリン(エピネフリン)などのカテコールアミンは上昇する。
誤り。血液の異物接触により白血球が活性化され、補体・サイトカインが放出される。IL-6は代表的に上昇し、全身炎症反応(SIRS)に関与するため、低下とはならない。
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解説
心筋保護は、低温・高K+の心筋保護液を冠循環に注入して心停止・代謝低下を得る手技で、液の種類(血液併用か晶質液性か)や組成(細胞内液型か細胞外液型か)、注入経路(順行性か逆行性か)により特徴が異なる。細胞内液型は細胞内環境に近づけるため低Na+(概ね約10〜20 mEq/L)で、細胞外液型は高Na+(約110〜130 mEq/L)である。逆行性(冠静脈洞)注入では右室前壁などが灌流不十分となりやすく、必要に応じて順行性を併用する。温度は晶質液性がおおむね4 ℃前後、血液併用は粘稠度や酸素運搬の観点からやや高め(約10〜13 ℃)で用いられるのが一般的である。初回投与量は通常20 mL/kg程度、維持は20〜30分毎に10 mL/kg程度が目安である。注入には専用の心筋保護回路(ミキサ・ローラポンプ等)を用い、送血回路の単純な側枝からの注入は圧や流量の制御、安全性の点で不適切となる。
選択肢別解説
誤り。心筋保護液は専用の心筋保護回路(ミキサ・ローラポンプ等)で濃度・温度・流量・圧を管理して注入する。人工心肺の送血回路から単純に側枝を出すだけでは動脈ポンプ圧がそのままかかり、過圧や誤注入(動脈血の送出)となる危険があるため不適切。
正しい。細胞内液型心筋保護液は細胞内環境に近づけるため $\text{Na}^+$ を低濃度(概ね10〜20 mEq/L)に設計され、細胞外液型(約110〜130 mEq/L)より明らかに低い。低Na+により膜電位維持や細胞内浮腫抑制に寄与する。
正しい。逆行性心筋保護(冠静脈洞注入)は解剖学的に右室前壁・右冠動脈領域などで灌流が不十分になりやすい欠点がある。そのため逆行性単独では右室保護が不均一となる可能性があり、状況により順行性の併用が推奨される。
誤り。血液併用心筋保護液は粘稠度や酸素運搬能の点から、晶質液性(約4 $^\circ$C前後)よりやや高い温度(おおむね10〜13 $^\circ$C)で注入するのが一般的であり、低くはしない。
誤り。初回注入量の目安は約20 mL/kgであり、80 mL/kgは過量。維持投与は20〜30分毎に約10 mL/kgが一般的な目安である。
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解説
$成人の人工心肺(CPB)中の代表的な管理目標は、酸素運搬と臓器灌流を十分に確保しつつ、過度な血液希釈や低灌流を避けることにある。具体的には、ヘマトクリットはおおむね20~30%(少なくとも20%以上、ヘモグロビン7~8 g/dL以上)を維持、送血流量は体表面積あたり約2.2~2.6 L/min/m^2(常温時の心係数相当)、平均動脈圧は60~80 mmHg、混合静脈血酸素飽和度は60%以上(しばしば70%以上を目標)などが目安として用いられる。これらは提示値(Ht 25%、Flow 2.4 L/min/m^2、MAP 70 mmHg、SvO2 75%)であれば概ね適切と判断できる。一方、中心静脈圧は体外循環中に静脈還流を良好に保つため0~5 mmHg程度の低値に管理されるのが一般的であり、20 mmHgは高すぎて還流不良やうっ血を示唆し不適切である。$
選択肢別解説
ヘマトクリット25%は、体外循環時の推奨範囲(概ね20~30%)内であり、酸素運搬能と粘稠度のバランスが取れた設定として適切。20%未満まで希釈されると酸素運搬が不足しうるため、25%は安全域にある。
混合静脈血酸素飽和度(SvO2)75%は、全身酸素需給バランスが確保されていることを示す。CPB中は一般に60%以上(しばしば70%以上)を目標とするため、75%は適切。40%付近まで低下すると嫌気代謝の危険が高まる。
$送血流量2.4 L/min/m^2は、成人CPBの標準的な心係数(約2.2~2.6 L/min/m^2)に合致し、常温管理で臓器灌流を保つのに適切。低体温時は代謝低下に合わせて流量を調整するが、提示値は一般的条件で妥当。$
平均動脈圧70 mmHgは、CPB中の目標範囲(約60~80 mmHg)の中間に相当し、多くの症例で臓器灌流を維持するのに適切。動脈硬化が強い場合など個別に高めを選ぶことはあるが、70 mmHg自体は妥当。
中心静脈圧20 mmHgは不適切。CPB中は静脈還流を良好に保つためCVPは0~5 mmHg程度の低値が望ましい。20 mmHgは過大で、静脈還流障害、カニュラ位置異常、容量過多やうっ血を示唆し、肝うっ血や臓器灌流不均衡のリスクとなる。したがって操作条件として適切でない。
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解説
血液透析回路では、患者の動脈穿刺部から血液ポンプ入口までは吸引により陰圧、ポンプ出口から静脈側穿刺部までは陽圧となる。陰圧領域で開放部(接続不良やクランプ閉鎖忘れなど)が生じると外気が吸引され、回路内に空気が侵入する。よって、動脈側穿刺針と回路の接続不良や、動脈側に接続される補液ラインの閉鎖忘れは典型的な原因となる。一方、静脈側は陽圧であるため接続不良があると血液漏出が主で空気侵入は起こりにくい。透析膜破損は血液が透析液側へ漏れるトラブルであり、空気侵入の直接原因ではない。
選択肢別解説
不正解。抗凝固薬注入ラインは一般に動脈側(陰圧部)へ接続されるため理論上は空気侵入の経路となり得るが、実際には逆止弁や閉鎖型コネクタなどの安全機構が介在し、単なる「ラインの外れ」が直ちに大気開放とはならない設計が多い。典型的原因としては扱われない。
不正解。透析膜破損は血液が透析液側へ漏出する(血液漏れ)の原因であり、回路内への空気侵入の直接原因ではない。通常、透析液は脱気されており空気が血液側へ流入する想定ではない。
正解。動脈側は血液ポンプにより陰圧となるため、動脈側穿刺針と回路の接続不良があると外気が吸引されて空気が回路内に侵入する。空気誤入の典型的原因である。
正解。補液ラインは通常、動脈側(陰圧部)に接続される。クランプの閉鎖忘れや三方活栓の開放状態では陰圧により外気が吸引され、空気侵入の原因となる。
不正解。静脈側は血液ポンプ以降で陽圧となるため、接続不良があると血液の漏出・噴出が起こりやすく、空気侵入は起こりにくい。
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解説
血液透析の目的は、腎臓の「排泄・調節機能」の代行である。具体的には、(1)限外濾過による体液過剰(浮腫・高血圧の原因となる余剰水分)の除去、(2)透析液と血液の濃度勾配を利用した拡散によりカリウムやナトリウムなど電解質の異常を是正、(3)重炭酸を含む透析液からの拡散により代謝性アシドーシスを補正する、の三点が中心である。これに加えて尿素・クレアチニンなどの尿毒素の除去も主要目的に含まれる。一方、腎の産生機能(例:エリスロポエチンや活性型ビタミンDの産生)は透析では代行できず、活性酸素種の除去も透析の直接目的ではない。
選択肢別解説
正しい。血液透析では限外濾過(Ultrafiltration)により余剰水分を除去し、体液量と血圧の是正を図る。透析中の除水は膜間圧(TMP)や除水プロファイルで制御され、ドライウエイト達成を目標に行う。
$正しい。透析膜を介した拡散により、血清K\^+、Na\^+、Ca\^{2+}、Cl\^- などの電解質濃度を透析液組成に近づけて調節する。透析液の設定(例:Na、K、Ca 濃度)により高カリウム血症や低ナトリウム \cdot 高ナトリウムなどの異常を是正できる。$
誤り。活性酸素種(ROS)は反応性が高く寿命が短い分子群で、血液透析の直接の目的・標的ではない。透析は主に低分子尿毒素の除去と水分・電解質・酸塩基の調整を目的とする。むしろ透析過程自体が酸化ストレスを惹起しうることも知られており、「活性酸素の除去」を目的とする治療とは位置付けられない。
誤り。エリスロポエチンは腎の産生機能に属し、血液透析では産生を促進できない。腎性貧血の治療にはエリスロポエチン製剤など造血刺激薬の投与や鉄補充が必要で、透析はその代替にはならない。
正しい。腎不全では酸の蓄積により代謝性アシドーシスとなる。重炭酸透析液を用い、血液側へ $\mathrm{HCO_3^-}$ を拡散供給することで重炭酸濃度と血液pHを是正する(従来の酢酸透析液に比べ、重炭酸透析液が主流)。
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解説
血液透析施行中に装置が連続的に見張るべき項目は、患者安全に直結するアラーム系と血液回路の圧力監視である。具体的には、透析液側への血液の混入(漏血)は光学式の漏血検出器で、静脈側回路への気泡混入は超音波式の気泡検出器で、静脈側回路内圧は圧力センサで、それぞれ常時監視され、異常時にはポンプ停止やクランプ作動などで患者を保護する。一方、血漿浸透圧は生化学的指標で装置による連続測定の対象ではなく、透析液エンドトキシン濃度は水質管理として定期的な検査項目であり、透析中の常時監視には含まれない。したがって常時監視項目は漏血、気泡混入、静脈側回路内圧である。
選択肢別解説
不適切。血漿浸透圧は生化学的指標であり、透析装置がリアルタイムかつ連続で測定・監視する項目ではない。装置が連続監視するのは主に圧力・気泡・漏血・透析液の温度や導電率などである。
適切。ダイアライザ透析液側への血液混入(膜破損など)は光学式の漏血検出器で常時監視され、検出時はアラーム作動と装置の安全動作(透析液系バイパス、ポンプ停止など)で患者を保護する。
適切。静脈側回路には超音波式の気泡検出器が設置され、気泡混入を常時監視し、検出時は静脈クランプ閉鎖や血液ポンプ停止などの安全動作が作動する。
適切。静脈側回路内圧は圧力センサで連続的に監視され、穿刺部のトラブル、回路屈曲・閉塞、凝血などの兆候を早期に検知する。上限・下限アラーム設定により異常時に装置が介入する。
不適切。透析液エンドトキシン濃度は水質管理の一環として定期的にサンプリング検査される項目であり、透析中に装置がリアルタイムで常時監視するのが一般的ではない。
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解説
静脈脱血が完全に止まると、リザーバへの戻りがゼロになり、送血ポンプが吸い出す分だけリザーバの貯血量が減少する。したがって、リザーバが空になるまでの時間は「貯血量 ÷ 送血流量(1秒あたり)」で求める。標準的な成人体外循環では灌流指数をおよそ $2.5\ \text{L/min/m}^2$ とし、体表面積 $1.8\ \text{m}^2$ から送血流量は $Q=1.8\times 2.5=4.5\ \text{L/min}=4500\ \text{mL/min}=75\ \text{mL/s}$。よって時間は $T=800\ \text{mL}\div 75\ \text{mL/s}\approx 10.7\ \text{s}$ で、最も近い選択肢は10秒となる。臨床的にはレベルセンサー等で低レベルを検知し送血停止・アラームが作動する設計が標準であり、短時間で空虚化しうることを常に念頭に監視する必要がある。
選択肢別解説
5秒では短すぎる。標準灌流指数 $2.5\ \text{L/min/m}^2$ を用いると $Q=75\ \text{mL/s}$、$800\div 75\approx 10.7\ \text{s}$。5秒に相当する流量は約 $160\ \text{mL/s}$(9.6 L/min)で、BSA 1.8 m²では指数約 $5.3\ \text{L/min/m}^2$ と非現実的。
正答。$Q=75\ \text{mL/s}$ とすると $800\div 75\approx 10.7\ \text{s}$で10秒が最も近い。吸引戻りなし・脱血途絶下では送血流量がそのままリザーバ減少率となる。
20秒は長すぎる。20秒で800 mLが空になるには $40\ \text{mL/s}$(2.4 L/min)の送血で、BSA 1.8 m²では指数約 $1.33\ \text{L/min/m}^2$ と低すぎる設定。
30秒は長すぎる。30秒で空になるなら $\approx 26.7\ \text{mL/s}$(1.6 L/min)となり、BSA 1.8 m²では指数約 $0.9\ \text{L/min/m}^2$ と著しく低い。
40秒は長すぎる。40秒で空になるなら $20\ \text{mL/s}$(1.2 L/min)で、BSA 1.8 m²では指数約 $0.67\ \text{L/min/m}^2$ と著しく低い。
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解説
$膜型人工肺では、ガス交換は膜を介した拡散で行われ、血液とガスの直接接触を避ける設計が基本である。多孔質膜は疎水性材料(例: ポリプロピレン、PTFE)を用いて毛細孔への水相(血漿)の侵入を抑えるが、長時間使用では細孔が濡れて血漿リークを生じ得る。均質膜(シリコン膜など)は溶解拡散モデルに従い、ガス透過性は P = D \times S(拡散係数と溶解度の積)で決まり、CO₂はO₂より溶解度が高いため、一般に CO₂ の透過性が O₂ を上回る。複合膜は多孔質基材に非多孔質の極薄層(またはタンパク被膜など)を形成してガス透過を担わせ、血液とガスの直接接触を避けつつプラズマリークを抑制する。中空糸型の外部灌流型では血液が中空糸外側を流れ、流路設計により乱流 \cdot 混合が促進され境界層が薄くなり、ガス交換効率が高まる。$
選択肢別解説
誤り。多孔質膜には疎水性の高い膜素材(例: ポリプロピレン、PTFE)が用いられる。親水性だと毛細孔が濡れて血漿が浸潤し、血漿リークやガス交換低下を招くため不適。
誤り。シリコン膜のような均質膜では溶解拡散モデルに従い、CO₂はO₂より溶解度が高く、結果として透過性はCO₂>O₂となる。したがって「O₂の方が高い」という記述は不正確。
誤り。多孔質膜は長時間使用で細孔が血漿で濡れてプラズマリークを起こし得る。これにより泡発生やガス交換性能低下のリスクが生じるため、「漏出がない」は不適切。
誤り。複合膜は多孔質基材上に非多孔質の極薄層(またはタンパク質等の薄膜)が形成され、これを介してガスが拡散する。血液とガスが直接接触する設計ではない。
正しい。中空糸型の外部灌流型では血液が中空糸外側を流れ、流路・スペーサ設計により流れが乱され境界層が薄くなる。その結果、物質移動抵抗が減ってガス交換効率が向上する。
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