JP2001070442A

JP2001070442A - 膨張／収縮可能な中空糸膜集束体

Info

Publication number: JP2001070442A
Application number: JP25463899A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Konishi; 宏明小西
Original assignee: JMS Co Ltd
Current assignee: JMS Co Ltd
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2001-03-21
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JP4332886B2

Abstract

(57)【要約】【課題】気体拡散と膨張／収縮の両機能を
兼ねる中空糸膜によって、血液への気体の拡散を向上
し、血栓形成を防止できる、操作性に優れた簡素な気体
拡散システムを提供する。【解決手段】外面にて血液と接触させ、膜を通
して血液中に気体を拡散（ガス交換）せしめるシリコー
ンゴム製の中空糸膜１と、その両端部を固定する固定部
２ａ、２ｂと、両固定部を支持する支持部材４と、該中
空糸膜内腔に気体を通気する通気路３とを備え、中空糸
膜内腔に０．１Ｋｇｆ／ｃｍ²以上の気体による圧力負
荷を与えることによって中空糸膜１が膨張し、前記圧力
負荷の解除によって中空糸膜１が収縮する中空糸膜集束
体から構成される気体拡散システムを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直接人体の血管内
に留置され、内腔の圧力変化により膨張／収縮可能な中
空糸膜からなる中空糸膜集束体に関する。

【０００２】

【従来の技術】血液に気体を拡散させる方法の１つとし
て、気体を人体の口部より吸入、気管に通過させ、肺を
介して血液中に拡散させる方法がある。例えば人工呼吸
装置による呼吸補助法や全身麻酔時に用いられる麻酔ガ
スによる吸入麻酔があり、一般的に普及している。しか
しながら、これらの方法では、例えば気管形成術などの
呼吸器外科手術の場合、気管チューブを挿入した状態で
術部の手術操作を行う必要があり、十分な術野が確保で
きず手術操作が非常に煩雑であったため、人体の呼吸器
官を介すことなく血液に気体を拡散させる方法が望まれ
ていた。

【０００３】一方、人体の呼吸器官を介すことなく血液
とガス交換を行うものとして、人工肺と血液ポンプなど
を有する体外循環血液回路を用いて静脈血を酸素加する
方法があるが、複雑な装置を要し、操作も煩雑である。
また、同じく呼吸器官を介すことなく血液に気体を拡散
させる方法として、気体透過性を有する中空糸膜の集合
部材からなる装置を直接血管内に留置し、血液に気体
（酸素）を拡散させる方法がある。体外循環回路を用い
る方法と比べて、装置の小型化、簡素化が図れる反面、
血管内に装置を留置するため、血液の流動抵抗が問題と
なり、血液へのガス交換能の低下および血栓形成の欠点
を有する。

【０００４】これらの短所を解決するため、血管内留置
式気体拡散装置について以前より様々な開発、改良が試
みられている。

【０００５】特開平６−２３０４０号公報には、バルー
ンとそれに隣接する気体透過性を有する中空糸膜を通じ
て血液中に酸素を拡散させる血管内留置式酸素添加装置
が開示されている。このバルーンはヘリウムガスの送気
／脱気により膨張／収縮を繰り返し、それによりバルー
ンと隣接した酸素を拡散する中空糸膜束が血管内にて膨
張／収縮し、血液へのガス（酸素）交換能の低下を最小
にするようにされている。

【０００６】特開平８−５７０４４号公報には、気体透
過性を有する膜で形成された袋状のバルーンあるいは管
状のものをループ状にしたバルーン内に酸素を送気／脱
気することによりバルーンが膨張／収縮し、血液に新鮮
な酸素を拡散し、心臓の拍動に類似してポンプ機能の一
部を補助する血管内留置式酸素添加装置が開示されてい
る。

【０００７】しかしながら、特開平６−２３０４０号公
報記載の装置は酸素を添加する中空糸膜とそれを膨張／
収縮させるバルーンの２種類の部材を要し、さらに血液
とガス交換する目的の気体の酸素とバルーンを膨張／収
縮させるヘリウムガスとの２種類の気体が必要であり、
面倒である。また、特開平８−５７０４４号公報記載の
装置はその一方端が気体透過性を有するバルーンであ
り、このバルーン内に酸素あるいは酸素化気体を送気／
排出することで、柔軟性に富む部材より構成されたバル
ーンが膨張／収縮可能となる。しかし、上記装置はバル
ーンの形状が袋状あるいはループ状となっており、支持
部材を装備しないため、実際の血管内への挿入操作は困
難である。

【０００８】一方、血液に気体を拡散させる場合、中空
糸膜内に過度の気体圧力が加わわると、中空糸膜内の気
体が中空糸膜外に気泡となって拡散されるバブリング現
象が発生し、気体拡散効率が低下するばかりでなく、致
命的な問題となる可能性がある。前述の特開平６−２３
０４０号公報記載の装置はこれについて気体の駆動装置
により負圧を加え、中空糸膜内の陽圧防止を図っている
が、気体の駆動装置を別途必要としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記事情を鑑
みて発案された本発明の目的は、気体拡散と膨張／収縮
の両機能を兼ねる中空糸膜によって、血液への気体の拡
散を向上し、血栓形成を防止できる、操作性に優れた簡
素な気体拡散システムを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するため、本発明の中空糸膜集束体は、外面にて血液と
接触させ、膜を通して血液中に気体を拡散（ガス交換）
せしめるシリコーンゴム製の中空糸膜と該中空糸膜内腔
に気体を通気する通気路とを備えた中空糸膜集束体で、
中空糸膜内腔に０．１Ｋｇｆ／ｃｍ²以上の気体による
圧力負荷を与えることによって中空糸膜が膨張し、前記
圧力負荷の解除によって中空糸膜が収縮することで血液
中への気体の拡散効率を向上させ、血液滞留を減少し、
血栓形成を抑制できる。

【００１１】また、本発明は前記中空糸膜集束体への気
体の送気／排気が制御可能な手段を有することを特徴と
する気体拡散システムである。

【００１２】また、本発明の好ましい態様としては、前
記中空糸膜集束体の中空糸膜の両端部が２つの固定部に
よって固着され、これら２つの固定部を連接、支持する
支持部材を有するものがあり、それによって中空糸膜集
束体全体に剛性が得られ、実際の血管への挿入操作が容
易となり、操作性が向上する。

【００１３】また、本発明の好ましい態様としては、前
記中空糸膜の外径が０．５ｍｍから１．５ｍｍであり、
内外径比が１：１．２〜１：１．４の範囲にあることを
特徴とし、中空糸膜内腔が０．１Ｋｇｆ／ｃｍ²以上の
内圧変化で、その圧力変化を−１．２Ｋｇｆ／ｃｍ²か
ら１．２Ｋｇｆ／ｃｍ²以内に設定することである。そ
れにより、中空糸膜が永久ひずみを生じることなく、可
逆的に膨張及び収縮することが可能となる。

【００１４】一方、本発明の更に好ましい態様としては
前記中空糸膜が収縮する際に中空糸膜を固定する両端部
のうち一端が他端に対して長軸を中心に３０〜６０°回
転し、前記中空糸膜が膨張する際には逆方向に回転し、
正位置に復元する往復回転運動を交互に行うことによ
り、中空糸膜が真直ぐに或いは捩って配列されることが
交互に行われることで、中空糸膜の膨張／収縮によって
生じる以上の血液の乱流が生じ、更なる気体の拡散効率
が上昇し、血栓形成が抑制されることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明にかかる中空糸膜集束体
は、気体を拡散し、膨張／収縮する中空糸膜と、その両
端部を固定する固定部と、両固定部を支持する支持部材
と、中空糸膜内部に気体を通気させる通気路から構成さ
れる。以下に、添付図面を参照して、本発明である中空
糸膜集束体の詳細について説明する。図１並びに図２は
本発明の一実施例にかかる中空糸膜集束体の側面図であ
る。図１は中空糸膜が収縮した状態、図２は中空糸膜が
膨張した状態を各々示す。図１が示すように、中空糸膜
１は、その両端部を固定部２ａ及び固定部２ｂにより固
定されており、固定部２ｂには中空糸膜内腔と連通可能
な通気路３が連接されている。また、図３は図１記載の
中空糸膜集束体のＸ−Ｘ’方向での側断面図である。固
定部２ａ及び固定部２ｂは支持部材４により連接されて
いる。固定部２ａ及び固定部２ｂにより固定された中空
糸膜１の両端部は、固定部２ａでは閉塞されており、固
定部２ｂでは通気路３の内腔へと開口している。図示し
ない気体の送気／排気手段により通気路３内腔に気体を
送気すると、気体は中空糸膜１の内腔へと送気され、図
２に示したように中空糸膜１は膨張し、中空糸膜１内外
に気体の圧力勾配が生じ、中空糸膜１を透過して中空糸
膜１周辺の血液中に拡散する。一方、図示しない気体の
送気／排気手段により通気路３内腔を減圧にすることに
より、中空糸膜１内腔の気体は排出され、中空糸膜１が
収縮し、各中空糸膜間に間隙が生じ、その間隙に新たな
血液が充填される。

【００１６】本集束体の作用について説明すると、本集
束体の少なくとも中空糸膜１と固定部２ａ、２ｂとを含
む部分を血管内に挿入した状態で維持し、通気路３を体
外へと導出させ、気体の送気／排気手段に連絡する。こ
の送気／排気手段より血液に拡散させる目的の気体を図
３中のＡ方向より送気する。その結果、目的とする気体
が通気路３に連接する中空糸膜１内腔に送気され、中空
糸膜１を膨張させる。そして、周辺の血液との接触面積
が増大したところで、中空糸膜１内の気体が血液中に拡
散する。さらに、中空糸膜１が膨張することで、目的と
する気体が拡散された血管内の所定量の血液が排除され
る。次に、送気／排気手段により気体を図３中のＢ方向
に排出し、通気路３及び中空糸膜１の内腔を減圧し、膨
張した中空糸膜１を収縮させる。この収縮によって各中
空糸膜間に間隙が生じ、その間隙に新たな血液が充填さ
れる。これら一連の中空糸膜１の血管内での膨張／収縮
運動により血液の乱流が生じ、その結果、血液への気体
拡散効率が上昇し、血液滞留部が最小となることで血栓
の発生が抑制される。

【００１７】図４は本発明の他の実施例に係わる中空糸
膜集束体の側断面図である。図４に示すように、中空の
支持部材４０は前記通気路３内に配管され、固定部２ｂ
を貫通し、固定部２ａに開口している。また、中空糸膜
１は固定部２ａ、２ｂで固定されると同時にその両端部
で各々開口している。固定部２ａには内腔部を有する先
端部材５が連接されており、固定部２ａと先端部材５に
より支持部材４０と中空糸膜１との気体の連通空間６を
構成している。支持部材４０は図示しない送気手段と連
絡されており、その手段より血液に拡散させる目的の気
体をＡ方向より送気する。気体は連通空間６、次に中空
糸膜１に送気されることで、中空糸膜１が膨張する。続
いて通気路３に接続された排気手段により気体をＢ方向
より排出し、中空糸膜１を収縮させる。尚、この送気手
段及び排気手段は、送気口及び排気口とを有し、送気／
排気とを交互に行うことが可能な手段であっても良い。

【００１８】図４記載の集束体は、図３記載の集束体と
異なり、血液に拡散させる気体の通気方向が一方向であ
るということを特徴としている。本集束体においては、
気体を血液に拡散させると同時に、血液中の気体を中空
糸膜内へと逆に拡散させるガス交換の場合に特に有効で
ある。例えば中空糸膜１を介して血液中に酸素を拡散
し、逆に血液中の二酸化炭素を中空糸膜内に拡散させる
場合、酸素を図４記載の集束体にて一方向に送気するこ
とで常に新鮮な酸素の供給が可能となるからである。一
方、図３記載の集束体においても、血液中への気体の拡
散を目的とする場合に十分な機能を果たしうる。例え
ば、術中の全身麻酔に使用される麻酔ガスや抗血小板作
用を目的とする一酸化窒素などの気体を血液中に拡散さ
せる目的の場合などが挙げられる。

【００１９】図５、６、７に記載したのは、図３記載の
中空糸膜集束体における支持部材４の他の実施例を示し
たものである。図５は本集束体の固定部２ａ、２ｂの中
心部に配置された１つの支持部材を示している。図６は
本集束体の固定部２ａ、２ｂの端縁部に対称に配置され
た２つの支持部材を示している。図７は本集束体の固定
部２ａ、２ｂの端縁部に等間隔に配置された３つの支持
部材を示している。

【００２０】図８は本発明の他の実施例にかかる中空糸
膜集束体の側面図である。図８は中空糸膜１が収縮した
際、その中空糸膜１を固定する固定部ａが３０から６０
°回転し、中空糸膜１が本集束体の長軸方向に対し、捩
れて配列されることを示している。

【００２１】図９は図８記載の集束体から中空糸膜を除
いた状態を示す透視図である。支持部材４１は固定部２
ｂを貫通し、固定部２ａに固定されている。固定部２ｂ
の支持部材４１と接触する部分は、気密性を有する摺動
部材７より構成されている。支持部材４１は固定部２ａ
を固定部２ｂに対して長軸を中心に回転できるように回
転トルクを伝達する駆動装置（図示せず）に接続されて
いる。固定部２ａは固定部２ｂに対し、通気路への気体
の排気時、即ち中空糸膜の収縮時には３０から６０°回
転し、送気時、即ち中空糸膜の膨張時にはその逆方向に
回転し、正位置に復元するといった往復回転運動をす
る。それによって中空糸膜を本集束体の長軸方向に対
し、真直ぐに或いは捩って配列することができ、しか
も、これらの配列を交互に行うことができることを特徴
としている。本集束体を血管内に留置し、目的とする気
体を拡散する際、本集束体を構成している中空糸膜が真
直ぐに或いは捩れて配列されることが交互に行われるこ
とによって、より一層の血液の乱流が生じ、血液への気
体拡散効率がさらに上昇し、血液滞留部が減少されるこ
とで血栓の発生が抑制される。

【００２２】図１０は本発明の他の実施例にかかる中空
糸膜集束体の側面図である。本集束体通気路３の途中に
排気路９が連接されている。前記通気路３と排気路９と
の間には通気路３から排気路９へと開口する一方向弁８
を装備している。中空糸膜１に通気路３を通じて血液中
に拡散する目的の気体を送気する際、過度に気体が送気
され、通気路３内腔がある一定の圧力になると一方向弁
８が開放し、排気路９を通じて排気される。排気路９は
外気中へと開口していても、図示しない排気手段に接続
されていても良い。本集束体の中空糸膜１に血液中への
気体の拡散を目的とした気体を過度に送気すると、中空
糸膜外へと気体が気泡となるバブリング現象が生じ、気
体拡散効率が低下するばかりでなく、致命的な問題とな
る可能性がある。図１０に示した一方向弁８は、中空糸
膜１内に過度の圧力負荷を防止するため、本集束体に装
備され、通気路３内腔がある一定の圧力になると排気路
９に開口し、気体を排気路９を通じてＣ方向へと排気す
る効果を奏する。

【００２３】尚、本発明にかかる中空糸膜集束体は中空
糸膜の束の中にスペーサーヤーンとして非中空繊維を混
合させることも可能である。中空糸膜集束体はその製造
工程において、中空糸膜束内の中空糸膜間の間隙に大小
の差が生じる。よって、中空糸膜に接触する血液の中空
糸膜束内部での分配が不均等となり、血液の流れに偏流
が生じることで、気体拡散効率が低下する。それを防止
するため、中空糸膜間にスペーサーを設けることで、中
空糸膜間の間隙の不均等を制御し、偏流を防止するのが
好ましい。その実施例としては、図１１に示したように
０．０１μｍから１μｍ径のポリエチレンテレフタレー
ト製の非中空繊維を約１０本程度束ねたスペーサーヤー
ン１０ａを、それぞれの中空糸膜１に螺旋状に巻き付
け、これを固定部ａ、ｂにより固定し、中空糸膜集束体
とすることが挙げられる。また、他の実施例としては図
１２に示したように０．０１μｍから１μｍ径のポリエ
チレンテレフタレート製の非中空繊維を約５０本程度束
ねたスペーサーヤーン１０ｂを、中空糸膜約１０本に対
し１本の割合となるように中空糸膜の束の中に混合さ
せ、固定部ａ、ｂにより固定し、中空糸膜集束体とする
ことによっても血液の偏流は一部解消される。

【００２４】本発明にかかる中空糸膜集束体は血液中に
気体を拡散させることを目的としているが、拡散を目的
とする気体はその使用用途によって種々の気体、またそ
れぞれを混合させた気体を選択することが可能である。
例えば、人工肺のように血液に酸素を拡散し、二酸化炭
素を排出するガス交換を目的とするとするならば、酸素
を選択することが可能であろうし、麻酔器としての使用
を目的とするならば、例えば笑気ガス、エーテル、クロ
ロホルムなどの麻酔ガスを選択することが可能である。
また、血管拡張、血圧低下、血小板凝集阻害を目的とす
るならば一酸化窒素を選択することが可能である。ま
た、上記の複数の目的を満たす必要がある際は、上記気
体の幾つかを混合して使用するか、或いは時間により送
気する気体を切り換えて使用することも可能である。

【００２５】本発明にかかる中空糸膜集束体は、別途気
体を送気／排気する手段（図示せず）を要するが、この
気体の送気／排気手段は送気／排気が制御可能な機能、
例えば、気体の圧力制御、送気／排気の時間的制御、送
気する気体の切り換え機能を有する手段であることが望
ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の中空糸膜集束体によれば、本集
束体を直接血管内に留置し、手術あるいは治療目的とす
る気体を血液中に拡散させることが可能となるため、呼
吸器官を介することなく気体を血液中に拡散することが
可能となり、例えば気管形成術などの呼吸器外科手術の
場合、気管チューブなどの器具が不要となり、術野の確
保が可能となる。また、血管内に留置しても血液流動抵
抗が比較的少なく、中空糸膜の膨張／収縮運動による血
液の乱流が生じるため、血液滞留部が生じにくく、血栓
の生成が少なくなる。さらに、血液の乱流により、目的
とする気体の血液拡散効率の低下を防止することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】中空糸膜が収縮した状態にある本発明の一実施
例にかかる中空糸膜集束体の模式的な側面図。

【図２】中空糸膜が膨張した状態にある本発明の一実施
例にかかる中空糸膜集束体の模式的な側面図。

【図３】図１記載の集束体のＸ−Ｘ’線に沿った側断面
図で、気体の送気及び排気を１つの手段にて実施するこ
とを示した図。

【図４】図１記載の集束体の側断面図で、気体の送気及
び排気を複数の連接する手段にて一方向に実施すること
を示した図。

【図５】本発明の一実施例において、集束体の中心部に
配置された１つの支持部材を示す。

【図６】本発明の一実施例において、集束体端縁部に対
称に配置された２つの支持部材を示す。

【図７】本発明の一実施例において、集束体端縁部に等
間隔に配置された２つの支持部材を示す。

【図８】中空糸膜が集束体の長軸方向に対し、捩れて配
列された状態にある本発明の一実施例にかかる中空糸膜
集束体の模式的な斜視図。

【図９】図８記載の集束体において、中空糸膜を除いた
状態を示す模式的な透視図。

【図１０】一方向弁を装備した本発明の一実施例にかか
る中空糸膜集束体の模式的な斜視図。

【図１１】中空糸膜に非中空繊維を螺旋状に巻き付けた
状態を示した模式的な斜視図。

【図１２】中空糸膜束にスペーサーヤーンを混合させた
状態を示す本発明の一実施例にかかる中空糸膜集束体の
模式的な横断面図。

【符号の説明】

１．中空糸膜２ａ．固定部２ｂ．固定部３．通気路４．支持部材４ａ．支持部材（内部支持型）４ｂ．支持部材（外部支持型）４ｃ．支持部材（外部支持型）４０．支持部材（中空型）４１．支持部材（回転運動型）５．先端部材６．連通空間７．摺動部材８．一方向弁９．排気手段１０ａ．スペーサーヤーン１０ｂ．スペーサーヤーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外面にて血液と接触させ、膜を通して血液
中に気体を拡散（ガス交換）せしめるシリコーンゴム製
の中空糸膜と該中空糸膜内腔に気体を通気する通気路と
を備えた中空糸膜集束体で、中空糸膜内腔に０．１Ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以上の気体による圧力負荷を与えることによ
って中空糸膜が膨張し、前記圧力負荷の解除によって中
空糸膜が収縮することを特徴とした中空糸膜集束体。
【請求項２】前記中空糸膜外径が０．５ｍｍから１．５
ｍｍであり、内外径比が１：１．２〜１：１．４の範囲
にある前記請求項１記載の中空糸膜集束体。
【請求項３】前記中空糸膜内腔の圧力負荷が１．２Ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以内では圧力履歴による物理的な永久ひずみ
を生じることなく、中空糸膜が可逆的に膨張及び収縮す
ることを特徴とした前記請求項１または２のいずれかの
項記載の中空糸膜集束体。
【請求項４】前記中空糸膜の両端部が２つの固定部によ
って固着され、これら２つの固定部を連接、支持する支
持部材を有する前記請求項１から３のいずれかの項記載
の中空糸膜集束体。
【請求項５】前記支持部材が中空に形成され、その支持
部材内腔を通って、気体の通気が可能な前記請求項１か
ら４のいずれかの項記載の中空糸膜集束体。
【請求項６】前記中空糸膜の束内に少なくとも１つの非
中空繊維からなる繊維を混合させることを特徴とした前
記請求項１から５のいずれかの項記載の中空糸膜集束
体。
【請求項７】前記中空糸膜集束体への気体の送気／排気
が制御可能な手段を有する気体拡散システム。
【請求項８】前記中空糸膜内腔に気体を送気することに
よって−１．２Ｋｇｆ／ｃｍ²から１．２Ｋｇｆ／ｃｍ²
の圧力変化を与え、それにより前記中空糸膜を可逆的に
膨張／収縮させることを特徴とした前記請求項７記載の
気体拡散システム。
【請求項９】前記通気路により中空糸膜内への気体の送
気及び排気を交互に行うことを特徴とした前記請求項７
または８のいずれかの項記載の気体拡散システム。
【請求項１０】前記通気路内に配管された中空の前記支
持部材を通じて中空糸膜内へ気体が送気され、前記通気
路を通じて気体が排気されることを特徴とした前記請求
項７から９のいずれかの項記載の気体拡散システム。
【請求項１１】前記通気路に一方向弁を装備することを
特徴とした前記請求項７から１０のいずれかの項記載の
気体拡散システム。
【請求項１２】前記中空糸膜が収縮する際に中空糸膜を
固定する両端部のうち一端が他端に対して長軸を中心に
３０〜６０°回転し、前記中空糸膜が膨張する際には逆
方向に回転し、正位置に復元する運動を交互に行うこと
を特徴とした前記請求項７から１１のいずれかの項記載
の気体拡散システム。