JP2009273750A - 血液透析システム - Google Patents

Abstract

【課題】 より細かい透析条件の設定を行うことを可能にするために、透析治療中に透析液と血液との間で交換された尿素の量を監視することができる血液透析システムを提供すること。
【解決手段】 本発明に係る血液透析システムは、動脈側血液回路、静脈側血液回路、血液ポンプ、ダイアライザ、前記ダイアライザに透析液を供給する透析液供給回路、前記ダイアライザから透析液を排出する透析液排出回路、及び透析液の供給量及び排出量を制御する透析液制御装置を備えた血液透析システムにおいて、前記透析液排出回路に、透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応により生成されるアンモニア及び二酸化炭素が溶解する時に変化する透析廃液中のｐＨを検出する測定手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ダイアライザを用いて、透析液と血液との間の物質交換や、血液中の過剰水分の除去を行う血液透析治療に用いられる血液透析システムの改良に関する。

腎臓疾患が進行し、腎臓の働きが低下すると、体内の老廃物や余分な水分の排泄ができなくなる。
このような症状を改善するために、患者の血液を体外に引き出し、引き出した血液をダイアライザに誘導し、ダイアライザで血液中から老廃物及び余剰水分を除去した後、再び患者の体内に戻すという血液透析治療が行われている。
血液透析治療に用いられるダイアライザは、内部に複数の中空糸が設けられており、かつ、前記中空糸の外側に透析液が流れるように構成されている。前記中空糸は、その壁面に微小な孔が形成され血液浄化膜として機能する。このような構成により、前記中空糸内に血液を通すと、血液の老廃物等が血液透過膜を透過して透析液に排出され、血液が浄化される。また、ポンプを用いてダイアライザから排出される透析液の量を、ダイアライザに供給される透析液の量より多くすることにより、血液中の余剰水分が透析液に引き出される。

血液透析治療を開始する際のダイアライザの種類、針の本数、血流量、透析時間、透析回数及び除水量等の透析条件は、通常、血液検査による検査値により老廃物の溜まり具合を判断すると共に、体重の増加量や体格等を勘案して決められる。
そして、実際に血液透析治療が始まると、１ヶ月に１〜２回の血液検査を行い、血液検査の検査値を比較することにより、透析条件の管理を行う。具体的には、透析前後の血液検査の結果に大きな変化がなければ、透析条件はそのまま維持される。

特開平４−１６６１６６ 特開平１０−３１４２９９ 特開平１１−７６３９５ 特開２００６−１０２５２７ 特開２００６−３４６３３３

しかしながら、体内の老廃物や余剰水分の残留量は、常に一定ではなく、透析治療中の患者の日常生活によって変化する。従って、透析治療中の患者の日常生活（食生活や疲労度）の状態によっては、予め決められた透析条件より血流量、透析時間、又は除水量が少なくてよい日もあれば、多くすることが求められる日もある。しかし、従来のように、１ヶ月に１〜２回の血液検査によって透析条件の管理を行っていると、このような日々の細かい日常生活による体調の変化に応じた透析条件を設定することはできない。
血流量、透析時間、及び透析回数は多ければ多い程、血液の浄化効率は高くなり、大きなダイアライザを使って血流量を増やしても血液の浄化効率は高くなるが、患者の身体にかかる負担も大きくなるため、透析条件はできれば患者の日常生活による体調の変化に応じて設定することが望ましい。
本発明は、より細かい透析条件の設定を行うことを可能にするために、透析治療中に透析液と血液との間で交換された尿素の量を監視することができる血液透析システムを提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明に係る血液透析システムは、動脈側穿刺針が設けられた動脈側血液回路、静脈側穿刺針が設けられた静脈側血液回路、前記動脈側血液回路中に設けられた血液ポンプ、動脈側血液回路と静脈側血液回路との間に設けられたダイアライザ、前記ダイアライザに透析液を供給する透析液供給回路、前記ダイアライザから透析液を排出する透析液排出回路、及び透析液の供給量及び排出量を制御する透析液制御装置を備えた血液透析システムにおいて、前記透析液排出回路に、透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応により生成されるアンモニア及び二酸化炭素が溶解する時に変化する透析廃液中のｐＨを検出する測定手段を設けたことを特徴とする。
好ましくは、前記測定手段は、透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応に基づくｐＨを測定する一方、尿素のウレアーゼ反応が生じる前の透析廃液中のｐＨを測定し、前記尿素のウレアーゼ反応が生じる前の透析廃液中のｐＨの測定結果に基づいて、前記尿素のウレアーゼ反応が生じた後の透析廃液中のｐＨの測定値を補正するよう構成され得る。
この場合、前記測定手段は、前記透析液排出回路中に露出し、かつ、ウレアーゼ固定化膜が積層された第一ｐＨ電極と、少なくとも分岐回路中の第一ｐＨ電極より上流に配置された第二ｐＨ電極とを備え得る。

本発明に係る血液透析システムは、動脈側穿刺針が設けられた動脈側血液回路、静脈側穿刺針が設けられた静脈側血液回路、前記動脈側血液回路中に設けられた血液ポンプ、動脈側血液回路と静脈側血液回路との間に設けられたダイアライザ、前記ダイアライザに透析液を供給する透析液供給回路、前記ダイアライザから透析液を排出する透析液排出回路、及び透析液の供給量及び排出量を制御する透析液制御装置を備えた血液透析システムにおいて、前記透析液排出回路に、透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応により生成されるアンモニア及び二酸化炭素が溶解する時に変化する透析廃液中のｐＨを検出する測定手段を設けているので、透析治療中に、透析液と血液との間で交換された尿素の量を監視することが可能になる。これにより、透析治療の都度、その透析治療の結果を評価することが可能になるため、患者の日常生活による体調の変化に応じて最適な透析条件を設定することが可能になる。
尿素を測定する方式には、種々提案されている。酵素反応による特異性を利用することで尿素に対する選択性が高くなるために、検出原理は種々の方法があるが、反応原理はウレアーゼ反応を利用するものがほとんどである。ウレアーゼの存在下では尿素は二酸化炭素とアンモニアに分解される。そのために、その二酸化炭素及び／又はアンモニアを測定する方法、もしくは二酸化炭素やアンモニアが水に溶解し、重炭酸イオンやアンモニウムイオンになった状態を測定する方式、重炭酸イオンやアンモニウムイオンになった状態のときに共役して発する水素イオン濃度の変化を測定する方法、さらには酵素反応の際に起こる熱エネルギー状態を測定する方法等種々の方法が考えられる。検出原理についても発色色素に共役させて分光分析で測定する方法や電気伝導度の変化を測定する方法、二酸化炭素電極やアンモニアもしくはアンモニウムイオン電極にて測定する方法が考えられる。
透析液は水素イオンに対する緩衝能を持たない水溶液である。そのために、大気に対して開放系の状態にあると二酸化炭素の放出や溶解により水素イオン濃度に変化を生じることになる。また、水に溶解する時の重炭酸イオンやアンモニウムイオンの量は水素イオン濃度によって異なる。これらのことから透析液廃液中の尿素濃度の測定に、重炭酸イオンやアンモニウムイオンの測定は適切ではない。二酸化炭素は二酸化炭素電極で測定することができるが、応答するのに30秒以上を要するために、リアルタイムモニタリングを目的する場合の測定には実用的ではない。
これらのことから、発明者等は、透析液廃液の尿素濃度をリアルタイムで測定する場合には、水素イオン濃度の変化をモニタリングしながら、ウレアーゼ反応した尿素量に比例するウレアーゼ反応後の透析液廃液の水素イオン濃度の変化を測定する方式が適切であることを見出した。
また、透析液廃液中の尿素濃度をリアルタイムで測定するには、廃液流路中に微小なセンシングデバイスとして形成でき、レスポンスが速く、そして、変動を追跡できる測定方式でなければならず、そのためには電極法が最も優れている。
以上のことから、
特に、本発明は、透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応により生成されるアンモニア及び二酸化炭素が溶解する時に変化する透析廃液中のｐＨを検出することにより、尿素の濃度を測定するので、透析液廃液の尿素濃度をリアルタイムで安定に測定できるという効果を奏する。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る血液透析システムの実施の形態を説明していく。
図１は、本発明に係る血液透析システムの一実施例の構成を示す模式図である。図面に示すように、この血液透析システムは、動脈側穿刺針１が設けられた動脈側血液回路２、静脈側穿刺針３が設けられた静脈側血液回路４、及びダイアライザ５で血液回路を構成し、この血液回路で患者の血液を体外循環させつつ浄化することにより透析治療を行うものである。
動脈側血液回路２には血液ポンプ６が設けられており、この血液ポンプ６で血液回路に送る血流量を調整する。
ダイアライザ５の内部には、複数の中空糸５ａが収容されており（図１では、説明のために１本の中空糸のみを拡大して示している）、中空糸５ａは、その壁面に微小な孔が形成され血液浄化膜として機能する。ダイアライザ５における中空糸５ａの内側の通路５ｂには動脈側血液回路２及び静脈側血液回路４が接続され、中空糸５ａの外側の通路５ｃには、透析液供給回路７及び透析液排出回路８が接続されている。
透析液供給回路７は透析液制御装置９を介して透析液供給手段（図示せず）に接続されている。透析液排出回路８は透析液制御装置９を介して不図示の廃液タンクに接続されている。
透析液制御装置９の内部には、透析液供給回路７及び透析液排出回路８に跨る定量型の除水制御部９ａが設けられており、この除水制御部９ａの吐出量を制御することでダイアライザ５に供給される透析液の流量が制御される。
また、透析液制御装置９の内部には除水ポンプ９ｂが設けられている。この除水ポンプ９ｂは、除水制御部９ａを迂回するように透析液排出回路８に形成されたバイパスライン８ａに設けられている。除水ポンプ９ｂは、ダイアライザ５に流れる患者の血液から余剰水分を除去するためのポンプであり、この除水ポンプ９ｂを駆動させると、除水制御部９ａが定量型であるため、透析液供給回路７からダイアライザ５に導入される透析液の量よりも、ダイアライザ５から透析液排出回路８に排出される透析廃液の量が多くなり、その差分だけ血液中から水分が透析液内に除去される。
上記した構成により、動脈側穿刺針１を患者のブラッドアクセスに穿刺し、静脈側穿刺針３を患者の静脈に穿刺し、各ポンプを駆動させると、動脈側血液回路２によってダイアライザ５における中空糸５ａの内側通路５ｂに血液が導かれ、血液が中空糸５ａの内側通路５ｂを通過する間に、血液の老廃物及び余剰水分が血液透過膜を透過して透析液に排出され、血液が浄化される。ダイアライザ５における中空糸５ａの内側通路５ｂを通過した血液は、静脈側血液回路４に入り、ドリップチャンバ１０で除泡された後、患者の静脈に戻る。
一方、透析液供給回路７を介してダイアライザ５における中空糸５ａの外側通路５ｃに導かれた透析液は、血液からの老廃物及び余剰水分を受け取った後、透析液排出回路８を介して廃液される。

上記したように構成された血液透析システムには、その透析液排出回路８に分岐回路１１が形成されている。
そして、分岐回路１１には物質濃度測定手段１２が設けられている。
物質濃度測定手段１２は、図２に示すように、そのハウジング１２ａ内に透析廃液通路１２ｂを備えている。
前記ハウジング１２ａには、二つの検出部１３，１４及び参照電極１５が設けられている。
上流側（即ち、ダイアライザ側）にある第一検出部１３は、ｐＨ電極から成り、ダイアライザ５から排出される透析廃液のｐＨ値を検出する。
下流側にある第二検出部１４は、ｐＨ電極１４ａ上に尿素の酵素としてのウレアーゼ層１４ｂを積層して成る。透析廃液が、この第二検出部１４を通過する時に、それに含有されている血液から取り出した尿素が、ウレアーゼ層１４ｂと酵素反応を起こす。それにより、透析廃液中にアンモニア及び二酸化炭素が生じ、透析廃液のｐＨ値を変える。第二検出部１４は、酵素反応により変化したｐＨ値を検出する。
参照電極１５は、第一検出部１３及び第二検出部１４の電極の基準となる電極であり、その電極電位に対する第一検出部１３及び第二検出部１４の電極出力が測定結果処理手段１６に送信される。
物質濃度測定手段１２の第一及び第二検出部１３及び１４によって検出されたｐＨ値は、各検出部１３及び１４に接続された端子を介して測定結果処理手段１６に出力される。

測定結果処理手段１６は、物質濃度測定手段１２の検出部１３及び１４からの出力信号に基づいて、透析治療中にダイアライザ５によって血液と透析液との間で交換された物質（具体的には、この実施例では、血液透過膜を介して血液から取り出された尿素）の全量を算出する。
具体的には、測定結果処理手段１６は、物質濃度測定手段１２の第一検出部（ｐＨセンサ）１３及び第二検出部（尿素センサー）１４の出力信号を得る。
ここで、第二検出部（尿素センサー）１４の出力は、ウレアーゼ層１４ｂでのウレアーゼ反応により発生した二酸化炭素およびアンモニアが水に溶けて重炭酸イオンおよびアンモニウムイオンとなるとともにそれに付随して変化するｐＨ電極１４ａによる信号である。
第一検出部（ｐＨセンサ）１３の出力は、透析液廃液のｐＨそのもののｐＨ電極による信号である。
測定結果処理手段１６は、これら両方の検出部１３及び１４からの信号を得ることになるが、測定結果処理手段１６は、実際の透析液廃液の尿素濃度をモニタリングするのに先立って、予め尿素の入っていない透析液および既知濃度の尿素の入っている透析液を測定する。つまり、測定結果処理手段１６は、第一検出部（ｐＨセンサ）１３及び第二検出部（尿素センサー）１４の出力と尿素濃度との関係をあらかじめ測定しておき、その関係に基づき、実際に透析液廃液中の尿素濃度を測定する。
第一検出部（ｐＨセンサ）１３及び第二検出部（尿素センサー）１４の出力については、透析液廃液中のｐＨの変動を補正する必要があることから、測定結果処理手段１６は、第一検出部（ｐＨセンサ）１３の出力から第二検出部（尿素センサー）１４の出力を差し引き、あらかじめ算出しておいた既知濃度の尿素濃度に基づく検量線にその差し引いた結果を代入して尿素濃度を算出する。
測定結果処理手段１６は、図１に示すように、物質濃度測定手段１２からの出力の他に、透析液排出回路８における分岐回路１１の上流に配置された廃液流量測定手段１７からの出力も入力する。
測定結果処理手段１６は、第一検出部（ｐＨセンサ）１３及び第二検出部（尿素センサー）１４の出力に基づいて算出した尿素濃度を、廃液流量測定手段１７から入力される廃液流量に基づいて尿素量に換算する。
測定結果処理手段１６は、上記した透析廃液中の尿素量の算出を、一回の透析治療の開始から終了まで連続して行い、その算出結果を積算して、透析治療中に透析液に排出された尿素の全量を算出する。
測定結果処理手段１６で算出された交換物質の量（この実施例では尿素量）は、記憶手段１８に患者識別情報と関連付けて記憶される。
また、測定結果処理手段１６は、透析廃液から算出した交換物質の全量に基づいて、患者の血液中の前記交換物質の濃度を算出又は推定するよう構成されており、必要に応じて、算出又は推定した患者の血液中の前記交換物質の濃度は、記憶手段１８に患者識別情報と関連付けて記憶される。
さらに、測定結果処理手段１６は、前記記憶手段１８に記憶された過去の処理結果（透析廃液又は血液における交換物質の全量）と、現在の処理結果（透析廃液又は血液における交換物質の全量）とを比較して出力手段１９を介して比較結果を出力することができ、かつ、必要に応じて、過去と現在の処理結果に基づいて、過去の交換物質の濃度および除去される挙動がある一定範囲を超えると、患者の一般状態及び／又は生活状態に変化があると判断でき、それを判断するように構成され得る。
上記した測定結果処理手段１６による様々な処理結果及び／又は記憶手段１８に記憶された処理結果は、必要に応じて、プリンタ又はモニター等から成る出力手段１９を介して出力される。

図３は、上記したように構成された血液透析システムを用いて実際に患者に対して３時間透析治療を行い、透析治療中に透析廃液の尿素濃度を連続測定した結果を示すグラフである。
図３から、透析治療開始後３０分前後（１８００秒前後）で、透析廃液中の尿素濃度が一時的に下がっていることが分かる。本発明によれば、このように透析治療中に生じている尿素濃度の変化を正確に把握することが可能であるが、例えば、透析廃液を採取して一定時間毎に尿素濃度を測定するだけでは、図３に示すような一時的な尿素濃度の変化を見落とす可能性が高い。

以上説明した実施例では、透析液排出回路８に分岐回路１１を設け、該分岐回路１１に物質濃度測定手段１２を設けているが、物質濃度測定手段１２を設ける位置は本実施例に限定されることなく、透析液排出回路８に直接設けてもよい。
また、上記した実施例では、分岐回路１１を、透析液排出回路８における透析液制御装置９の下流側に設けているが、分岐回路１１を設ける位置は本実施例に限定されることなく、例えば、透析液排出回路８における透析液制御装置９の上流側に設けてもよい。
上記した実施例では、廃液流量測定手段１７を分岐回路１１の上流に配置しているが、廃液流量測定手段１７を設ける位置は本実施例に限定されることなく、例えば、分岐回路１１の下流側に配置してもよい。廃液流量測定手段１７を分岐回路１１の下流側に配置する場合、分岐回路１１へ流れた廃液量を加算して廃液流量を測定する。また、廃液流量測定手段１７は廃液量を直接測定してもよく、又、透析液排出回路８を流れる廃液の流速を測定して、流速に基づいて廃液量を算出するように構成してもよい。
動脈側血液回路、静脈側血液回路、血液ポンプ及びダイアライザから成る血液回路と、透析液供給回路、透析液排出回路、透析液制御装置及びダイアライザから成る透析液回路の構成は、本実施例に限定されることなく、任意の既存の血液透析回路を用いることができる。

本発明に係る血液透析システムの構成を示す模式図である。 （ａ）は物質濃度測定手段及び測定結果処理手段の構成を示す模式図であり、（ｂ）は物質濃度測定手段における検出部の概略構成を説明するための物質濃度測定手段における検出部及び参照電極に対応する部分の概略断面図である。 血液透析システムを用いて実際に患者に対して３時間透析治療を行い、透析治療中に透析廃液の尿素濃度を連続測定した結果を示すグラフ

符号の説明

１ 動脈側穿刺針
２ 動脈側血液回路
３ 静脈側穿刺針
４ 静脈側血液回路
５ ダイアライザ
５ａ 中空糸
５ｂ 内側通路（血液通路）
５ｃ 外側通路（透析液通路）
６ 血液ポンプ
７ 透析液供給回路
８ 透析液排出回路
８ａ バイパスライン
９ 透析液制御装置
９ａ 除水制御部
９ｂ 除水ポンプ
１０ ドリップチャンバ

１１ 分岐回路
１２ 物質濃度測定手段
１２ａ ハウジング
１２ｂ 透析廃液通路
１３ 第一検出部
１４ 第二検出部
１４ａ ｐＨ電極
１４ｂ ウレアーゼ層
１５ 参照電極
１６ 測定結果処理手段
１７ 廃液流量測定手段
１８ 記憶手段
１９ 出力手段

Claims (3)

1. 動脈側穿刺針が設けられた動脈側血液回路、
   静脈側穿刺針が設けられた静脈側血液回路、
   前記動脈側血液回路中に設けられた血液ポンプ、
   動脈側血液回路と静脈側血液回路との間に設けられたダイアライザ、
   前記ダイアライザに透析液を供給する透析液供給回路、
   前記ダイアライザから透析液を排出する透析液排出回路、及び
   透析液の供給量及び排出量を制御する透析液制御装置
   を備えた血液透析システムにおいて、
   前記透析液排出回路に、透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応により生成されるアンモニア及び二酸化炭素が溶解する時に変化する透析廃液中のｐＨを検出する測定手段を設けた
   ことを特徴とする血液透析システム。
2. 前記測定手段が、
   透析廃液中の尿素のウレアーゼ反応に基づくｐＨを測定する一方、尿素のウレアーゼ反応が生じる前の透析廃液中のｐＨを測定し、
   前記尿素のウレアーゼ反応が生じる前の透析廃液中のｐＨの測定結果に基づいて、
   前記尿素のウレアーゼ反応が生じた後の透析廃液中のｐＨの測定値を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の血液透析システム。
3. 前記測定手段が、
   前記透析液排出回路中に露出し、かつ、ウレアーゼ固定化膜が積層された第一ｐＨ電極と、
   少なくとも分岐回路中の第一ｐＨ電極より上流に配置された第二ｐＨ電極と
   を備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の血液透析システム。

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