Infusion therapy

Japanese: 輸液 - ゆえき（英語表記）infusion therapy

A general term for a treatment method in which large amounts of artificial solutions are continuously infused parenterally (parenteral route, mainly intravenously). This artificial solution is also called infusion fluid, but to avoid confusion, the latter will be referred to as infusion fluid here. Infusion fluid is used to supply fluids, electrolytes (salts), calories, and nutrients intravenously to living bodies that are unable to ingest them orally (enterally) due to some pathological condition, such as disease, injury, or surgery, and has a very long history.

[Hirai Yoshinori]

History of infusion

The possibility of intravenous drug administration is said to have originated from W. Harvey's discovery of blood circulation in 1616. Nearly 40 years later, in 1656, the Englishman Christopher Wren (1632-1723) conducted an experiment in which he used a quill needle to inject opium-dissolved beer into the veins of a dog. After this, many people tried to apply this technique to the human body, but the results were disastrous at the time, when there was no knowledge of sterilization or pyrogen removal. However, in 1831, A. Latta, who realized that most deaths from the cholera epidemic in Europe were due to dehydration caused by severe diarrhea, achieved remarkable results by infusing saline into the veins of cholera patients. About 150 years after the first attempt at intravenous injection, the clinical utility of infusion became clear. However, at that time, there was still insufficient knowledge about bacterial infections and the concept of disinfection had not been established, so intravenous injection still involved many risks. After that, bacteriology was established by Pasteur in 1861, and disinfection methods were developed by Lister in 1867. Intravenous injections, or infusions, gradually began to attract attention as an important treatment in modern medicine, and many studies were added and developed. Furthermore, with the onset of World War II, the importance of fluid and electrolyte infusions (saline infusions) was fully recognized. In Japan, too, it seems that a lot of research was done in military medicine at the time. Therefore, the true development and spread of infusions as a treatment method occurred after the end of the war, and today it has become an indispensable treatment method in practical medical care.

As is clear from this development process, generally speaking, when people simply say "infusion," they often mean the parenteral supply of fluids and electrolytes (salts). Therefore, it is generally included in the category of infusion, but when the purpose is to supply nutrition, it is called "nutritional infusion," and when plasma or a plasma substitute is administered to maintain plasma osmotic pressure, it is called "plasma infusion" or "plasma substitute infusion."

[Hirai Yoshinori]

Fluid and electrolyte infusion

Fluid and electrolyte infusions are broadly divided into three categories: maintenance infusions, repair infusions, and deficiency infusions. Maintenance infusions are intended to supply only the amount of fluid and electrolytes that the body needs to ingest each day, while repair infusions are intended to replenish abnormal fluid losses (gastric juices, wound exudates, and ascites fluids that are aspirated and removed using a nasogastric tube, but do not include urine, normal stool, or insensible water loss) that occur after infusion therapy has begun. Deficiency infusions are intended to replenish abnormal fluid and electrolyte losses that occurred before infusions began (abnormal loss is called dehydration).

All three types of infusions are intended to replenish the body with fluid and electrolytes, but because they have different purposes, the calculation method for the amount of infusion is also different. In other words, the daily maintenance infusion volume is a fixed amount of fluid and electrolytes based on the age, weight, height, and body surface area of the subject, as basic indicators, and factors such as body temperature. In contrast, the repair infusion volume is the actual amount of fluid and electrolytes that are abnormally lost, and the deficiency infusion volume is the actual amount of fluid and electrolytes that are calculated from the subject's weight, serum electrolyte concentration, serum osmolality, blood gas measurements, urine volume, urine specific gravity, and urine osmolality just before the start of infusion therapy, and half of that amount is infused within 24 hours immediately after the start of infusion. Therefore, when infusing a subject who is dehydrated due to vomiting, etc., the principle is to determine the daily infusion volume by combining these three concepts of infusions, and administer that amount intravenously over 24 hours using a small amount of continuous drip infusion.

The infusion fluids used for fluid and electrolyte infusion include 5% glucose solution, physiological saline solution, Ringer's solution, Hartmann's solution, as well as infusion fluids for maintenance infusion and infusion fluids for dehydration, and many other types are available commercially as pre-made products.

[Hirai Yoshinori]

Nutritional infusion

The concept of "nutritional infusion" has developed in conjunction with this parenteral supply of water and electrolytes. During the aforementioned cholera epidemic in the 19th century, milk infusion was also attempted, but this is also thought to have been due to the desire of doctors at the time to supply nutrition. The idea of parenteral supply of nutrients was first realized with the infusion of glucose solution at the end of the 19th century, and in the 20th century, attempts were made to infuse emulsified fats and protein hydrolysates. However, there were many problems with the degree of purification of the infusion solution, formulation technology, side effects, etc., and it did not become widespread. This nutritional infusion began to be introduced into clinical practice after World War II, but the trigger for today's explosive development was the development of soybean oil emulsion in 1957 and the development of an innovative nutritional infusion method called "total parenteral nutrition" in 1968, which involves central venous infusion of high-concentration glucose and amino acid solution.

The former is a stable emulsion of fat, which has been attracting attention as a material for nutritional infusions since the beginning of the 20th century because it has more than twice the calorific value per unit weight as glucose, so that it can be safely and fully used even when infused intravenously in large quantities, and it contributed to the development of nutritional infusions from the perspective of materials. In contrast, the latter is a method of infusing a high osmotic pressure infusion solution (hypertonic solution) made by mixing a high concentration solution (around 25%) of glucose, which has already been used as a material for nutritional infusions for quite some time, with amino acids at a ratio of 2-3%, through a thin tube (catheter) placed in the central vein (superior vena cava), which has a high blood flow, with a microinfusion pump. This infusion solution not only contains glucose as a source of energy and amino acids as a source of protein, but also a variety of electrolytes, minerals, and vitamins required by the body, making it a unique nutritional infusion method that supplies all the calories and nutrients required by the body through intravenous infusion alone. This nutritional infusion using total parenteral nutrition has a significantly higher calorie content than conventional nutritional infusions, and is therefore commonly referred to as "high-calorie infusion." With the introduction of these new infusion preparations and infusion methods, nutritional infusion has made great strides, playing a groundbreaking role in improving the outcomes of medical and surgical treatment in cases where oral nutritional intake is limited or has been cut off.

The infusion fluids used for total parenteral nutrition through high-calorie infusion include high-concentration carbohydrate solutions (mainly glucose), electrolyte mineral solutions (containing a range of minerals, from sodium and potassium to copper and zinc, which are present in extremely small amounts in the body), L-type crystalline amino acid mixtures, fat emulsions, and multiple vitamin solutions. For ease of use, high-concentration glucose solutions containing multiple electrolyte minerals are also available commercially.

In addition, when a patient's circulating blood volume has decreased due to acute bleeding or other reasons, causing hemorrhagic shock and requiring a blood transfusion, the emergency procedure involves the infusion of heated human plasma protein solution or albumin solution. In contrast, the infusion of an artificial colloid solution (dextran solution, gelatin solution, polyvinylpyrrolidone solution, arginine solution, etc.) with an osmotic pressure similar to that of plasma is called a "plasma substitute infusion."

[Hirai Yoshinori]

"Kitaoka Takeki, 'Everything You Need to Know About Infusion Therapy' (2003, Nagai Shoten)" ▽ "Sugita Manabu, 'Notes on How to Proceed with Infusion Therapy' (2003, Yodosha)" ▽ "Nakagawa Yoshito (ed.), 'Key Points of Infusion Therapy for Medical Vegetable Specialists' (2004, Iyaku Journal Co.) " ▽ "Nabeshima Toshitaka (ed.), Sugiura Shinichi (ed.), 'Infusion Therapy Learned from Case Studies -- Fundamentals and Clinical Applications' (2005, Jiho)"

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

非経口的経路（非経腸的経路。おもに静脈内）に大量の人工溶液を持続的に注入補給する治療手段の総称である。また、この人工溶液をさして輸液ともいうが、ここでは混乱を避けるため、後者については、輸注液と称することとする。なんらかの病的状態、すなわち疾病、外傷、手術などのために、経口的（経腸的）に水分、電解質（塩類）、熱量、栄養素を摂取することができなくなった生体に、それらを経静脈的に補給するのが輸液であるが、その歴史はきわめて古い。

［平井慶徳］

輸液の歴史

静脈内への薬剤投与の可能性は、1616年のW・ハーベーによる血液循環の発見に源を発するといわれている。そのほぼ40年後の1656年にイギリスのクリストファー・レンChristopher Wren（1632―1723）が、イヌの静脈内に羽軸針(うじくばり)を用いてアヘンを溶解したビールを輸注するという実験を行っている。これ以降、さまざまな人がこの手法を人体に応用することを試みたが、滅菌法、発熱物質の除去についての知識のなかった当時では悲惨な結果に終わっていた。ところが1831年にヨーロッパで大流行したコレラの死因のほとんどが、激しい下痢による脱水であることに気づいたラーターA. Lattaは、コレラ患者の静脈内に食塩水を輸注することによって顕著な成果をあげた。静脈内注射の最初の試みからおよそ150年を経て、輸注の臨床効用が明らかとなったわけである。しかし、依然として当時においては、細菌感染についての十分な知識がなく、消毒の概念も確立されていなかったため、静脈内注射にはまだ多くの危険が伴っていた。その後1861年パスツールによって細菌学が確立され、1867年、リスターによって消毒法が開発されるなどを経て、静脈内注射すなわち輸液は、近代医療における重要な治療法の一つとしてしだいに注目されるようになり、多くの研究が加わって発展した。さらに第二次世界大戦を迎えると、水分電解質輸液（塩類輸液）の重要性に対する認識が完全に確立した。日本でも、当時の軍陣医学において多くの研究がなされたようである。したがって、治療法の一つとしての「輸液」の真の発展普及は同大戦終了後ということになり、今日、実地医療の場では不可欠の治療手段の一つとなっている。

　このような発展過程からも明らかなように、一般に、単に「輸液」という場合には、水分電解質（塩類）の非経口的補給を意味していることが多い。したがって、包括的には輸液ということばの範疇(はんちゅう)に入れられるが、その目的とするところが栄養補給である場合には「栄養輸液」とよばれ、血漿(けっしょう)浸透圧維持のために血漿あるいは代用血漿が投与される場合には「血漿輸液」「代用血漿輸液」などと称される。

［平井慶徳］

水分電解質輸液

水分電解質輸液は、維持輸液、修復輸液、欠乏輸液という三つの因子に大別される。維持輸液とは、生体が毎日摂取する必要量だけの水分および電解質を供給することであり、修復輸液とは、輸液療法が開始されてからの体液の異常喪失（経鼻胃管によって吸引排棄される胃液、創浸出液、腹水漏出などをいい、尿、普通便、不感蒸泄(じょうせつ)水分などは含まれない）を補うことである。また、欠乏輸液とは、輸液が開始される前に異常喪失された水分電解質を補うことをいう（異常喪失状態を脱水症という）。

　これら3種類の輸液は、いずれも生体に水分電解質を補給するわけであるが、その目的とするところが異なっているため、輸液量の算出方法も異なってくる。すなわち、維持輸液1日量は、対象となる生体の年齢、体重、身長、体表面積などを基本指標とし、これに体温などの因子を参考とした、一定量の水分電解質量ということになる。これに対して、修復輸液量は、異常喪失される水分電解質を実測し、その実測量ということになり、欠乏輸液量は、輸液療法開始直前の体重、血清電解質濃度、血清浸透圧値、血液ガス測定値、尿量、尿比重、尿浸透圧値などから、対象となる生体の水分電解質の欠乏量を算出し、その2分の1量を輸液開始直後の24時間で輸注することとなる。したがって、嘔吐(おうと)などのために脱水症状のある生体に輸液を行う場合には、水分電解質の補給については、これら3種類の概念の輸液を総合して1日の輸液量を決定し、その量を24時間要して、少量継続点滴輸注法で静脈内に投与するのが原則である。

　水分電解質輸液のために用いられる輸注液としては、5％ブドウ糖液、生理的食塩液、リンガー（リンゲル）溶液、ハルトマン液などのほか、維持輸液用輸注液、脱水症用輸注液などと多くの種類があり、既製市販されている。

［平井慶徳］

栄養輸液

この水分電解質の非経口的補給と一体になって発展してきたのが「栄養輸液」という概念である。前述の19世紀におけるコレラ流行の際には、牛乳輸液も試みられたが、これも、栄養を補給したいという当時の医師の願望があったものと思われる。この栄養素の非経口的補給という考えが実現されたのは、19世紀末のブドウ糖液の輸液が初めてであり、20世紀に入ると、乳化された脂肪、タンパク水解物などの輸注が試みられた。しかし、輸注液の精製度、製剤技術、副作用などの点で多くの問題があり、一般に普及するまでには至らなかった。この栄養輸液が実地臨床の場に取り入れられだしたのは第二次世界大戦後であるが、今日の爆発的発展の起爆剤となったのは、1957年の大豆油乳剤の開発と、1968年の高濃度ブドウ糖・アミノ酸液の中心静脈内輸注による「完全静脈栄養法」という革新的な栄養輸液法の開発であった。

　前者は、単位重量当りの熱量がブドウ糖に比べ2倍以上であるがゆえに、20世紀初めから栄養輸液の素材として着目されていた脂肪を、静脈内に相当量輸注しても、安全でかつ十分に利用されるような、安定した乳化状態にした製剤であり、栄養輸液の発展に素材面から貢献したものである。これに対し後者は、すでに栄養輸液用素材として相当古くから実用化されていたブドウ糖の高濃度溶液（25％前後）に、2～3％の割合でアミノ酸を混じた高浸透圧の輸注液（高張液）を、血流量の多い中心静脈（上大静脈）内に留置した細いチューブ（カテーテル）を経て、微量輸液ポンプで輸注する方法であった。この輸注液は、単に、熱量源としてのブドウ糖とタンパク源としてのアミノ酸を含んでいるだけではなく、生体が必要とする多種類の電解質、ミネラルおよびビタミン類を含有しており、静脈内輸液だけで、生体が必要とする熱量と栄養素のすべてを補給するという、独創性を有する栄養輸液法である。この完全静脈栄養法による栄養輸液は、従来の栄養輸液と比較して、その保有熱量が著しく高くなったことから「高カロリー輸液」と通称されている。以上のような新しい輸液製剤および輸液法の導入によって、栄養輸液は飛躍的に発展し、経口的栄養摂取が制限あるいは途絶した症例の、内科的あるいは外科的治療の成績向上に画期的な役割を果たしている。

　この高カロリー輸液による完全静脈栄養のために用いられる輸注液としては、高濃度糖質液（ブドウ糖中心）、電解質ミネラル液（ナトリウム、カリウムから、銅、亜鉛といった生体に極微量しか存在しないミネラルまで）、L型結晶アミノ酸混合液、脂肪乳剤、多種ビタミン液などがあり、使用の便を考慮して、多種電解質ミネラルを含有した高濃度ブドウ糖液なども既製市販されている。

　また、急性出血などによって循環血液量が減少し、出血性ショックに陥り、輸血を必要とする生体に、緊急的処置として加熱ヒト血漿タンパク液、アルブミン液を輸注する場合が「血漿輸液」であり、血漿の膠質(こうしつ)浸透圧と同程度の浸透圧の人工的膠質液（デキストラン液、ゼラチン液、ポリビニルピロリドン液、アルギニン液など）を輸注する場合が「代用血漿輸液」である。

［平井慶徳］

『北岡建樹著『よくわかる輸液療法のすべて』（2003・永井書店）』▽『杉田学著『輸液療法の進め方ノート』（2003・羊土社）』▽『仲川義人編『薬菜師が関わる輸液療法のポイント』（2004・医薬ジャーナル社）』▽『鍋島俊隆監修、杉浦伸一編著『症例から学ぶ輸液療法――基礎と臨床応用』（2005・じほう）』

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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