管理されたCO₂送気による開心術中の脱気プロセスの最適化

CarbonAid®およびCarbonMini®は、手術野に安定した保護的なCO₂環境を形成するよう設計されたディフューザー型CO₂システムです。心臓手術中の空気塞栓の低減と効率的な脱気をサポートします。

本ページは、心臓外科医、臨床工学技士、臨床パートナー、および販売代理店が臨床的な説明や議論を行う際の参考となるよう、体系的かつエビデンスに基づいた概要を提供するものです。

由来と信頼性

本技術はスウェーデンで開発され、Newsweek 2026年ランキングで欧州第1位、世界第4位に選ばれたカロリンスカ大学病院の臨床医・研究者、および世界有数の医学系大学であるカロリンスカ研究所との緊密な連携に基づいています。

Cardiaのディフューザー型CO₂送気技術は、国際的な特許ポートフォリオによって文書化されており、開心術における管理されたCO₂フィールド形成を支える独自の開発成果と専門的な設計ノウハウを反映しています。

薬事・規制情報

CEマーク取得済み医療機器（MDDからMDRへの移行措置下）であり、ISO 13485認証品質マネジメントシステム（medqdoc.comがサポートするeQMS）の下で製造されています。FDA 510(k)クリアランス取得済みです。

心臓外科手術におけるCardia社製CO₂ディフューザーの使用を支持する主要エビデンス

臨床研究および実験研究で報告されています

約4倍空気微小塞栓の低減¹ >99% CO₂ディフューザー型CO₂送気により達成可能² 最大1000倍空中浮遊粒子の低減³ 安定したCO₂フィールド手術条件下で確認⁴

結果は、公表された査読済み研究に基づいています。個々の臨床結果は異なる場合があります。詳細については、科学的エビデンスのセクションをご覧ください。

臨床的背景

CO₂が重要な理由

CO₂を使用しない場合、開心術中には空気泡が頻繁に発生します。

経食道心エコー（TEE）で検出された残存空気／微小塞栓

中部食道長軸像 — 左心房 / 左心室 / 上行大動脈

Transesophageal echocardiography (TEE), midesophageal long-axis view without CO₂ insufflation. — CO₂なし

経食道心エコー（TEE）により、心内に残存する空気は以下の部位で確認されることがあります：

・左心房
・左心室
・上行大動脈

これらの気泡が効果的に除去されない場合、動脈循環へ移行し、微小塞栓となる可能性があります。

脱気（CO₂送気なし）

・手技後15～20分を要する場合があります
・残存空気を残す場合があります

Transesophageal echocardiography (TEE), midesophageal long-axis view with CO₂ delivered via CarbonAid®. — CarbonAid®によるCO₂送気

結論

CO₂送気は微小塞栓を有意に減少させ、脱気を促進します。¹

Svenarud P, Persson M, van der Linden J. Circulation 2004;109:1127–32.

生理学

CO₂が有効な理由

約25倍

空気に比べて血液への溶解度が高い

約50%

空気より重い

迅速

肺から速やかに排出される

→ これらの特性により、残存するガス泡の溶解が促進され、手術腔内の空気をより効果的に置換することができます。

送気原理

CO₂送気方法が重要な理由

CO₂送気は数十年にわたり使用されてきましたが、臨床研究および実験研究により、その有効性はCO₂を手術腔内へどのように送気するかに大きく依存することが示されています。乱流を伴う送気方法では、CO₂と周囲空気が大きく混合し、手術腔内のCO₂飽和が制限され、保護効果が低下する可能性があります。

手術腔上で周囲空気と大きく混合する、乱流性のCO₂ガス流を示す模式図。 — 乱流性のガス流は、周囲空気との著しい混合や、手術腔内の不安定なCO₂飽和につながる可能性があります。報告されている残存空気濃度は、著しく高いままとなる場合があります。

CO₂が手術腔内に流入して周囲空気を置換し、手術腔内のほぼ完全なCO₂飽和を達成する様子を示す図。 — 低流速で安定したCO₂フィールドが形成され、手術腔内のほぼ完全なCO₂飽和が得られます。制御された条件下では、残存空気濃度を1%未満にすることが可能です。

従来の方法

開放チューブおよびガーゼで覆われたチューブ

→ 乱流
→ 周囲空気との混合
→ 不安定な手術腔内CO₂飽和

典型的な手術腔内雰囲気

4–25% CO₂

Persson M et al. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2003;17:329–335.

ディフューザー型CO₂送気

CarbonAid® / CarbonMini®

→ 層流に近い低流速の送気
→ 安定したCO₂フィールド
→ 連続的な充填

達成可能

ほぼ100%のCO₂雰囲気

Persson M et al. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2003;17:329–335.Svenarud P et al. J Thorac Cardiovasc Surg. 2003;125:1043–1049.

ディフューザー性能

ディフューザー設計が重要な理由

実験研究および臨床研究により、ディフューザーの形状とガス流動特性が、手術腔内で安定したCO₂環境を維持する能力に大きく影響することが示されています。

吸引、手の動き、液体への曝露、および手術腔内の乱れを伴う実際の手術条件下では、性能の違いが特に重要になります。

制御された実験条件下における、10 L/minでのCO₂フィールド挙動の赤外線可視化。

安定したCO₂フィールド形成

CarbonAid®は、手術腔内で安定した充填挙動を示す、穏やかで均一なCO₂フィールドを形成します。他のディフューザー設計では、より乱流性の高い流動パターンが生じ、周囲空気との混合が増加し、手術腔内の安定性が低下する可能性があります。

動き、吸引、手術腔内の乱れを伴う実際の手術条件下では、安定したCO₂環境を維持する能力が特に重要となります。

代替ディフューザー設計

局所的なガス流速の上昇による目に見える気泡の発生

CarbonAid®

液体曝露下でも気泡が発生せず、広い表面が低い局所CO₂流速を支えます

この制御された液体曝露実験は、ディフューザー形状が局所的なガス流速に与える影響を可視化したものです。気泡の発生は液没部からのガス放出を示し、気泡が見られないことはディフューザー表面における低い局所流速を裏付けます。

液体曝露下での安定した流動挙動

実験的可視化により、液体曝露条件下でディフューザー形状がガス流動挙動にどのように影響するかが示されています。CarbonAid®は、直接液体に曝露された場合でも、目に見える気泡の発生なしに、安定した低流速のCO₂送気を維持します。

これに対し、他のディフューザー設計では、同一条件下でも著しい乱流や気泡の発生を引き起こす可能性があります。手術中に安定した流動特性を維持することは、効果的な手術腔内CO₂飽和を保ち、保護的なCO₂フィールドの乱れを最小限に抑えるために重要です。

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臨床的に関連性のある条件下での査読済み比較試験

模擬胸腔内での比較試験により、CO₂送気方法間に明確な性能差が確認されました。試験された条件下では、CarbonAid®は多くの場合に100% CO₂からなる雰囲気を形成しましたが、他のデバイスは外乱の影響をより受けやすく、周囲空気との混合がより多く生じました。

本研究では、CO₂によるフィールドフラッディングが、流量、装置の形状、配置、および腔内雰囲気の乱れの影響を受けることが示されました。一般に、低い流量では不十分であり、効果的なフィールドフラッディングには7～10 SLPMという臨床的に関連性のある流量が必要でした。

著者らはさらに、100% CO₂雰囲気が空気塞栓を予防するための最も安全な方法であると述べています。この観点から、実用的な条件下でほぼ完全なCO₂飽和を維持できる能力は、非常に重要です。

CarbonAid®は、関連する流量範囲全体にわたり最も堅牢な選択肢として特定されました。一方、CarbonMini®は7および10 SLPMで許容可能な性能を示しており、より小型のディフューザーが必要な場面での使用を支持しています。

長方形の胸腔モデルにおける上昇時間および最大濃度に関する比較結果について、著者らが示した実用的解釈に基づいています。Vandenberghe et al., J Thorac Cardiovasc Surg. 2020;159(3):958–968、特に図7、表3、および考察を参照してください。

臨床的意義

心臓手術において示されている臨床的効果

臨床研究および実験研究により、効果的なCO₂送気は、開心術におけるガス性微小塞栓を有意に低減し、脱気プロセスを促進し得ることが示されています。手術全体を通じて安定したCO₂環境を維持できることが、これらの効果を得るうえで重要です。

ガス性微小塞栓の低減

無作為化臨床試験により、ディフューザー型CO₂送気を用いた開心術において、ガス性微小塞栓の数およびサイズが有意に減少することが示されています。（Svenarud et al）

脱気の促進

効果的なCO₂送気は、開心術後の心腔内残存空気の、より迅速かつ完全な除去をサポートします。（Chaudhuri et al）

手術中の安定した性能

CarbonAid®およびCarbonMini®は、吸引、動き、液体への曝露といった臨床的に関連する条件下でも、手術腔内の効果的なCO₂飽和を維持します。これに対し、より乱流性の高いガス流を生じるディフューザーシステムでは、同様の条件にさらされた場合、CO₂濃度が大きく低下する可能性があります。（Svenarud et al; Vandenberghe et al）

その他の保護効果

脱気を超えた作用

安定したCO₂フィールドの形成は、脱気をサポートするだけでなく、空中浮遊粒子の侵入を低減し、手術環境内の微生物の挙動に影響を与える可能性があります。

CO₂で満たされた模擬手術腔の上方におけるタバコ煙粒子の偏向を示す実験的可視化。

粒子の偏向効果

実験的可視化により、安定したCO₂フィールドが空中浮遊粒子を手術腔から遠ざけ得ることが示されています。ここに示すモデルでは、CarbonAid®を用いて模擬手術腔をCO₂で満たし、穏やかなCO₂フィールドを形成しました。これにより、腔の上方に導入された煙が視覚的に偏向され、保護された空間への侵入が抑えられています。

この効果は、空中浮遊粒子が微生物汚染の担体となる可能性があるため重要です。公表された実験研究では、安定したCO₂送気中に空中浮遊粒子の侵入が大幅に低減することが示されており、管理されたCO₂フィールド形成が、脱気を超えた追加的な保護メカニズムとして機能し得ることを支持しています。（Kokhanenko et al.）

CO₂の静菌作用

高濃度のCO₂には、よく報告されている静菌作用があり、生理的条件下で細菌の増殖を抑制し得ます。したがって、安定したCO₂フィールドは、手術野における細菌活動にとってより不利な環境を形成することにより、脱気に加えて追加的な保護効果をもたらす可能性があります。（Persson & Flock et al.）

システムコンセプトと臨床応用

1つの原理。2つの手術アプローチ。

CarbonAid®

開胸・胸骨正中切開

完全開胸による心臓手術向けに設計されています。

CarbonAid® in use during open heart surgery

CarbonMini®

低侵襲手術

限られた手術野に最適化されています。

CarbonMini® in use during minimally invasive cardiac surgery

特徴	CarbonAid®	CarbonMini®
主な適応	胸骨正中切開による開胸手術	低侵襲手術
推奨流量	10 L/min	3～8 L/min
設計上の重点	手術腔の広範囲なカバレッジ	より小さな手術野への適応

臨床教育リソース

Artivionは、北米向け教育リソースページにて「CarbonAid® and CarbonMini® In-Service Video」を提供しています。この実用的なリソースは臨床現場で広く利用されており、Artivionによってホストされています。

インサービス動画を開く

臨床ユーザーの視点

臨床工学技士による体験談

心臓外科手術におけるCarbonAid®の長期的な臨床使用経験について、臨床工学技士の視点から紹介します。

Artivion, Inc.の許可を得て掲載しています。

講演者

Suzi Gleason, CCP

Perfusion Supervisor
The Heart Hospital Baylor Plano
米国テキサス州プラノ

個人の臨床経験に基づく内容です。製品の使用にあたっては、常に該当する使用説明書および現地の規制要件に従う必要があります。

臨床応用と、それを裏付けるエビデンスについてさらに詳しくご覧ください。

臨床Q&A →科学的エビデンス →

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