臨床工学技士問題表示
臨床工学技士国家試験
解説
体外循環回路の各構成要素と代表的な材料の組合せを問う問題。熱交換器は耐腐食性と十分な伝熱性をもつステンレス管が広く用いられる。膜型人工肺は主に多孔質中空糸膜(例: ポリプロピレン系)が主流で、ガス交換効率と圧損・耐久のバランスがよい。遠心ポンプはシャフトシールを用いず、外部モータ側マグネットとポンプ内ロータのマグネットを磁気結合(マグネットカップリング)させて駆動するのが一般的である。血液回路(チューブ)は柔軟性と加工性の観点からポリ塩化ビニル(PVC)が標準的に用いられる。これらはいずれも妥当な組合せ。一方、バブルトラップは送血系・静脈系の空気除去を目的とする捕気チャンバやメッシュを主体とした構造で、シリコーン中空糸膜は用いない。シリコーン系の均質膜(あるいは非多孔質系の中空糸)は人工肺のガス交換膜としての用途であり、バブルトラップとの組合せは不適切であるため、5が誤り。
選択肢別解説
熱交換器は水槽側との間で熱を伝える要素で、耐腐食性・洗浄性の良いステンレス管が広く用いられる。アルミ等の採用例もあるが、ステンレス管は代表的材料であり組合せは妥当。
膜型人工肺では多孔質中空糸膜(代表例: ポリプロピレン、ポリオレフィン系)が主流で、ガス透過と血漿漏れ抑制のバランスが取れている。よってこの組合せは正しい。
遠心ポンプは外部モータ側のマグネットとポンプ内ロータ側のマグネットを磁気結合させてトルクを伝達する方式(磁気駆動)を用いるのが一般的で、シールレスで血液へのせん断を抑えやすい。よって組合せは正しい。
体外循環の血液回路チューブは柔軟性・加工性に優れたポリ塩化ビニル(PVC)が標準的。可塑剤の種類などは製品により異なるが、材料としての組合せは妥当。
バブルトラップは回路内の気泡を捕捉・除去するためのチャンバやメッシュ主体の構造で、外筒にポリカーボネート、内部フィルタにポリエステル等が用いられるのが一般的。シリコーン中空糸膜は人工肺の均質膜系素材としての用途であり、バブルトラップには用いないためこの組合せは不適切(誤り)。
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解説
人工肺のガス交換不良(酸素化不良・脱炭酸不良)の初期点検では、まずガス供給系(酸素源・ブレンダ・配管)の断続や設定不良、スウィープガス流量不足を確認し、次に人工肺本体の異常(破損、血漿漏出、目詰まり)を評価するのが基本である。これらはガス側拡散や膜面機能に直接影響し、ガス交換効率低下の主要因となる。一方、貯血槽の液面レベルは回路の血液側管理(脱血の安定、送血ポンプの空気混入防止)に関わる項目で、ガス交換機能そのもののトラブルシュートの直接項目とはいえないため、本設問における点検項目としては不適切である(誤り)。
選択肢別解説
適切。酸素供給ラインの抜け・閉塞・誤接続はスウィープガスが人工肺へ届かず、酸素化低下やCO2排出低下を招く。ガス交換不良時は最初に接続状況と供給源の圧・開閉状態を点検する。
適切。供給酸素流量(スウィープガス流量)が不足するとCO2除去が低下し、場合によっては酸素化も制限される。ガス交換トラブル時の基本点検項目であり、流量計の指示値と実流量を確認する。
適切。人工肺の破損(筐体クラック、接続部の破綻、膜不良)は血液・ガスのリークやガス交換性能低下の原因となる。外観、結露・泡の異常、圧力差の変化などで評価し、疑わしければ交換を検討する。
適切。ガス側への血漿漏出(プラズマリーク)は膜面が濡れて拡散抵抗が増大し、酸素化・脱炭酸の双方が低下する重要な異常である。ガス出口側の湿潤・泡立ちや圧力上昇で示唆されるため、点検必須である。
不適切(設問の誤り)。貯血槽の液面レベルは脱血の安定化や送血ポンプの空打ち・空気混入防止のために監視すべき血液側管理項目であり、人工肺のガス交換機能の直接的トラブルシュート項目ではない。極端な低液面が回路血流を低下させて二次的に酸素化不良を招く可能性はあるが、ガス交換不良時にまず点検すべきはガス供給系と人工肺自体であるため、本問の文脈では誤りに該当する。
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解説
膜型人工肺は血液ポンプで加圧された血液を処理するため,回路上はポンプの出口側(圧側)に配置する。二酸化炭素の除去は掃引ガス(吹送ガス)の流量を増やすことで膜を介する分圧勾配が拡大し,除去量が増加する。一方,酸素化は主にFiO2,血液流量,ヘモグロビン濃度に依存する。灌流方式では,外部灌流型(血液が中空糸の外側を流れる)は流路断面が広く,内部灌流型より一般に血液側の圧力損失が低い。膜材としての均質膜(シリコーン等)は貫通孔を持たず,ガスは膜に溶解・拡散して透過する。多孔質膜では長時間使用で血漿漏出(プラズマリーク)が起こり得,膜濡れによりガス交換能が低下した場合は回復が困難なため人工肺交換が適切となる。
選択肢別解説
誤り。人工肺は血液ポンプで加圧された血液を処理するため,回路上はポンプの出口側(圧側)に接続する。入口側(吸引側)に置くと陰圧で気泡混入やキャビテーションの危険が増すため不適切。
誤り。掃引ガス流量を増やすとガス側のCO2分圧が低く保たれ,膜を介する分圧勾配が増大してCO2除去量は増加する(結果としてPaCO2は低下)。
誤り。外部灌流型(血液が中空糸外側を流れる)は血液流路が広く,内部灌流型(血液が中空糸内腔を流れる)に比べて一般に血液側の圧損失は低い。
正しい。均質膜(例:シリコーン膜)は多孔質ではなく貫通孔を持たない。ガスは膜材質に溶解し,濃度勾配に従って拡散透過する。
正しい。多孔質膜で血漿漏出(プラズマリーク)が生じると膜濡れによりガス交換能が低下し,機能回復は困難であるため人工肺の交換が適切である。
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解説
体外循環では、プライミングなどによる血液希釈でヘマトクリットが低下し、血液粘稠度は低下する。これに伴って血漿タンパク濃度も下がるため膠質浸透圧は低下する。希釈によりポンプ内のずり応力が相対的に下がるため、一般的には溶血は増えない。一方、低体温管理は代謝低下を目的に用いられるが、温度低下は血液の粘性を上昇させ、さらに酸素解離曲線を左方偏位させてヘモグロビンの酸素親和性を高めるため、末梢組織での酸素放出(移行)は抑制される。よって正しいのは選択肢5であり、1~4は生理学的機序に反する。
選択肢別解説
誤り。血液希釈によりヘマトクリットが下がると血液粘稠度が低下し、ローラーポンプ等でのずり応力も相対的に低下するため、一般には溶血は増加しない。溶血は回路設計やポンプ条件に強く依存するが、「希釈で溶血量が増加する」との一般化は不適切。
誤り。血液希釈では血漿タンパク(アルブミンなど)の濃度が下がるため膠質浸透圧は低下する。晶質液主体のプライミングでは特に顕著で、COP維持にはアルブミンやHESなどの膠質製剤追加が必要。
誤り。血液希釈(ヘマトクリット低下)は血液粘稠度を低下させる。粘稠度はヘマトクリットと温度に依存し、希釈のみでは増加しない。
誤り。低体温では血液の粘性が増加し、血液粘稠度は上昇する。水の粘度上昇や赤血球変形能低下の影響も加わるため、低体温で粘稠度が低下するという記述は不正確。
正しい。低体温では酸素解離曲線が左方偏位し、ヘモグロビンの酸素親和性が増大するため、末梢組織での酸素放出(移行)が低下する。加えて低温での拡散係数低下や血液粘稠度上昇・血管収縮も、組織酸素移行を阻害する方向に働く。
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解説
体外循環では、体温管理と熱交換器の構成が患者の安全に直結する。体温が低下すると代謝は抑制され、酸素消費量はおおむね1℃あたり数%(約5%前後)低下するため、「体温低下で酸素消費量が増加」は誤り。臓器の温度変化は血流分布・熱容量・灌流条件に依存し、脳や心など重要臓器は灌流が優先され温度変化の程度が他部位と異なるため「臓器差がある」は正しい。人工肺の熱交換器は多くの現行機種でステンレス(例:316L)の細管が用いられ、耐食性・熱伝導性・滅菌適合性の点で一般的である。また配置は人工肺(ガス交換器)の上流側に置くのが標準で、血液を所望温度に調整してからガス交換を行う。復温時は熱交換器の温水と血液との温度差を10℃以内に制限するのが原則で、10℃以上の大きな温度差は溶血やタンパク変性等のリスクを高めるため不適切である。
選択肢別解説
誤り。体温が低下すると代謝率が下がり酸素消費量(VO2)は減少する。指標としては1℃低下あたり約5%前後の低下が知られており、低体温法の目的も代謝抑制である。したがって「増加する」は逆。
正しい。各臓器の温度は血流量・熱容量・熱伝導・灌流の優先度に左右されるため、冷却・復温の速度や程度は臓器ごとに異なる。脳・心などは灌流が維持されやすく、末梢や大筋群は温度変化が遅れやすい。
正しい。体外循環用人工肺の熱交換器には、耐食性と熱伝導性、加工性に優れたステンレス細管が広く用いられている(多管式)。一部材料の違いはあるが、ステンレス管の採用は一般的である。
正しい。回路構成は通常、ポンプ→熱交換器→ガス交換器(人工肺)→動脈フィルタ→患者となる。血液を所望温度に調整してからガス交換を行うため、熱交換器はガス交換器の上流側に設置するのが標準である。
誤り。復温時の温水(サイド)と血液との温度差は10℃以内が安全基準とされる。10℃を超える大きな温度差は溶血や血漿タンパク変性、微小気泡発生などのリスクを高めるため避ける。
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解説
人工心肺中の空気塞栓は、回路内に空気が混入して動脈側へ送られることで発生する。代表的な機序は、(1)静脈側の還流低下や陰圧化に伴う空気吸入(リザーバ液面低下、接続部からの吸気、心腔ベントからの吸気)と、(2)回路・ポンプチューブ破損による大気の直接混入である。脱血回路の折れ曲がりは脱血不良を介してリザーバ液面低下や静脈側陰圧化を起こし空気吸引の原因となる。ベントポンプの逆回転は心腔内や挿入部周囲から空気を引き込み得る。ローラポンプチューブの破損は破損部から外気が直接混入する。一方、送血回路の閉鎖や血液フィルタの目詰まりは回路抵抗や圧上昇を招くが、単独では空気を吸い込む機序をもたないため直接的な原因とは言い難い。以上より、原因となるのは1、2、5である。
選択肢別解説
正しい(原因となる)。脱血回路の折れ曲がりは静脈還流を低下させ、リザーバ液面の低下や静脈側の陰圧化を招く。これにより接続部や開口部から空気が吸い込まれ、リザーバ内で空気混入が生じ、送血側へ移送されれば空気塞栓の原因となる。
正しい(原因となる)。ベントポンプが逆回転すると心腔内・肺静脈系から回路側へ空気を引き込む、または過大な陰圧によりベント挿入部周囲から空気を吸入することがあり、空気塞栓の直接的な原因となる。
誤り(直接原因ではない)。送血回路の閉鎖は動脈側圧の上昇や流量低下・ポンプ停止を招くが、陽圧側であり空気を吸い込む機序はない。付随する別トラブル(破断・誤開放など)がなければ空気混入の直接原因とはならない。
誤り(直接原因ではない)。血液フィルタの目詰まりは回路抵抗増大と圧上昇をもたらすが、フィルタ自体は微小気泡除去に寄与する装置であり、単独では空気を回路へ導入する機序はない。
正しい(原因となる)。ローラポンプチューブが破損すると破損部から外気が回路内へ吸入され、大量の空気混入を来して空気塞栓の原因となる。
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解説
体外循環では、回路充填や循環動態の維持、腎・脳保護のために薬剤を適切に選択する。マンニトールは浸透圧性利尿薬として浸透圧を調整し腎保護に寄与する。アドレナリンは強力なカテコールアミンで心収縮力を増強し離脱時の循環補助に用いる。乳酸加リンゲル液は細胞外液組成に近い平衡晶質液で、充填・希釈に用い体液(細胞外液)補正に資する。アルブミン製剤は膠質浸透圧を維持し循環血液量の保持に役立つ。一方、ハプトグロビン(設問の表記は誤記)製剤は溶血で生じた遊離ヘモグロビンと結合して腎障害を予防する目的で投与され、出血予防(止血)目的の薬剤ではない。したがって「ハプトグロビン製剤—出血の予防」は誤りである。
選択肢別解説
マンニトールは浸透圧性利尿薬で、回路充填液に添加して浸透圧を調整し、利尿を促進して尿量を確保することで腎保護に寄与する。脳浮腫軽減などの目的にも適合し、組合せは妥当である。
アドレナリン(エピネフリン)はβ1作用による心収縮力増強(陽性変力作用)と心拍数増加、α作用による血圧維持作用を持ち、体外循環離脱時の低心拍出や低血圧の是正に用いられる。目的の記載は適切である。
正しくはハプトグロビン製剤で、遊離ヘモグロビンと結合して腎尿細管障害を予防することが主目的である。出血の予防(止血)目的では用いないため、組合せは誤りである。出血予防には一般に抗線溶薬(例:トラネキサム酸)などを用いる。
乳酸加リンゲル液はNa、Cl、K、Ca、乳酸を含む平衡晶質液で細胞外液組成に近く、回路充填・希釈での細胞外液量の補正に用いられる。記載の目的は妥当である。
アルブミン製剤は血漿膠質浸透圧を維持・調整し、循環血液量の保持や組織浮腫の抑制に有用である。体外循環の充填液に併用されることがあり、目的の記載は適切である。
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