FFR は、圧の比でなぜ流量の比を表せるのか

冠動脈造影で径狭窄50%の病変が見つかったとき、その病変が心筋の虚血を起こしているかどうかは、造影の画像だけでは決まりません。カテーテル検査室での冠動脈生理評価の総説¹が引くメタ解析では、定量的冠動脈造影の狭窄度で FFR の虚血判定を当てると、感度78%・特異度51%にとどまりました。

造影の狭窄度が虚血を示さない理由

同じ総説は、造影の狭窄度が虚血と一致しない理由をいくつか挙げています。造影は3次元の内腔を2次元の影絵として写すため、偏心した病変は撮影の向きによって狭窄度が変わります。びまん性の病変では、比べる基準となる正常部が決められません。さらに、長い中等度狭窄は、短い高度狭窄と同等以上に流れを妨げることがあります。

狭窄部で失われる圧は、内腔の細さだけでなく、狭窄の長さと流量にも依存します。総説の図は、狭窄前後の圧力低下を、粘性による摩擦と、流れの5-2剥離による損失の和として表しています。摩擦の項は流量に比例し、剥離の項は流量の2乗に比例します。剥離で失われた圧は狭窄の先で戻らない5-1非可逆圧力損失であり、冠動脈ではこの損失が心筋への灌流圧を下げます。

最大充血で圧の比が流量の比に置き換わる理由

FFR（fractional flow reserve、冠血流予備量比）は、狭窄がある血管の最大血流を、同じ血管に狭窄がなかった場合の理論上の最大血流で割った比として定義されます。

流量は、圧の差を抵抗で割った値です。微小循環の抵抗が最小で、しかも狭窄の有無によらず一定であれば、流量の比は微小循環の入口にかかる圧の比に等しくなります。狭窄がない場合の入口の圧は大動脈圧に等しいので、FFR は狭窄の遠位圧 Pd を大動脈圧 Pa で割った値になります。

この「抵抗が最小かつ一定」の状態を作るために、アデノシンなどの血管拡張薬で微小循環を最大まで広げます。この状態を最大充血と呼びます。FFR の臨床的有用性を示した原典²は、FFR が全身の血圧や心拍数、安静時の血流を変える条件に影響されにくく、正常値が誰でも1になることを、指標としての利点に挙げています。

図の点線は安静時の Pd/Pa です。安静時には微小循環の抵抗が大きく流量が少ないため、径狭窄60%でも Pd/Pa は0.98にとどまります。最大充血にすると流量が増え、流量の2乗で効く剥離の損失が急に大きくなり、同じ狭窄で FFR は約0.80まで下がります。CT から FFR を計算する方式の原理の総説³が示した理想化例でも、径狭窄60%の模型で安静時0.97、充血時0.79でした。

FFR 0.75 と 0.80 の閾値

原典の研究²は、造影で中等度の狭窄がある45例で、FFR 0.75 未満の21例が全員、少なくとも1つの負荷試験で可逆性の虚血を示し、血行再建の後に陰性化したと報告しています。FFR 0.75 以上の24例は血行再建をせずに14か月間事象がありませんでした。感度は88%、特異度は100%、正診率は93%で、造影の狭窄度は二つの群で差がありませんでした。

その後の検証研究を集めた総説¹は、0.75 未満を虚血、0.80 超を非虚血とし、あいだの0.75〜0.80を臨床判断の要る移行帯としています。大規模な無作為化試験の多くは、虚血の取りこぼしを減らすために移行帯の上限の0.80を採用しました。

最大充血の前提が崩れる病態

図の「微小循環の拡張の倍率」を下げると、同じ狭窄でも FFR が高く出ることが分かります。微小循環が十分に広がらないと充血時の流量が増えず、狭窄部の圧力低下も小さくなるためです。

原典²は、小血管病変、びまん性の冠動脈病変、左室肥大では、薬による充血で血流の増加が制限され、狭窄の重症度を過小評価すると書いています。総説¹は、急性心筋梗塞の責任血管では微小循環の抵抗が一様でも一定でもないため、急性期には FFR の前提が成り立たないとしています。

計算で FFR を求める場合も、同じ前提が境界条件として入ります。CT-FFR の原理の総説³は、微小循環障害のある患者では充血による拡張を過大に見込み、計算値が実測の FFR より低く出ると書いています。実測では過小評価、計算では過大評価と向きは逆ですが、どちらも「微小循環が健常どおりに広がる」という仮定が外れたときに起こる誤差です。