JP2021501646A - 体外血液加熱及び冷却システム、並びに、その動作及び維持方法 - Google Patents

Abstract

心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能である体外血液加熱及び冷却システムであって、本加熱及び冷却システムは、加熱器—冷却器ユニットと、加熱器—冷却器ユニット及び酸素供給器を冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、加熱器—冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路とを備える。加熱及び冷却システムがパージングモードにあるとき、冷却剤流動回路及び強制心停止冷却剤回路は、約１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された冷却剤を含有する。加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるとき、冷却剤流動回路及び強制心停止冷却剤回路は、約１−１０ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された冷却剤を含有する。この体外血液加熱及び冷却システムをパージング及び動作させる方法も開示される。

Description

本開示の分野
本開示の分野は、体外血液加熱及び冷却システム、並びに、そのようなシステムの動作及び維持方法に関係し、特に、本開示は、心肺バイパスシステム及び処置に関する。さらに特には、本開示は、細菌を妨げる環境を作り出すことによりシステムの冷却剤回路を維持する添加物を利用することによって、冷却剤の質を管理する体外血液加熱及び冷却システムに関係する。本開示に従った心肺バイパスシステムは、人工心肺、体外式膜型人工肺（ＥＣＭＯ）装置、及び、ポンプアシスト肺保護（ＰＡＬＰ）装置を含む。

本開示の背景
心臓手術の間、体外血液回路の血流を加熱及び／又は冷却することによって患者の体温を制御するために、且つ、熱による心肺停止を適用するために、加熱器―冷却器ユニットが用いられる。加熱器―冷却器ユニットは、閉じた水回路を通して、外部の熱変換器又は加温／冷却ブランケットへ提供される温度制御された水を含有するタンクを含む。水回路が閉じられているため、回路内及び加熱器―冷却器ユニット内の水は、患者の血と接しない。

加熱器―冷却器ユニットは、手術室などの敏感で殺菌された環境において用いられる。ポンプ式心臓手術における心臓血管処置の間、（器官保護のために代謝率及び酸素消費を引き下げるために）介入中に患者を冷却するために、介入が完了したときに患者を生理的温度まで加温するために、同様にして、心肺バイパス手術中に好ましい温度を一定に保つために、加熱器―冷却器ユニットが適用される。冷却剤流動回路及び／又は強制心停止水の回路における熱交換器を介して、及び／又は、加温／冷却ブランケットを介して、温度変換が発生する。

いくつかの加熱器―冷却器ユニットは、致死的な感染症へつながり得る病原菌（細菌）、特にマイクロバクテリアが、宿り、蔓延することが示されてきた。消毒サイクルの従来の使用は、いくらかの欠点を有する。ユニットは、ラインから取り外され、それらの配管（強制心停止熱交換器及び／又は酸素供給器、及び強制心停止熱交換器及び／又は酸素供給器を通る水の経路を接続する管を含む）は、ユニット内の細菌の数を引き下げる消毒剤で充填される。消毒サイクルは、ユニットの使用を遮り、しばしば安全の予防措置を要求する有害な化学物質を使用し、使用の前のユニットの洗浄は、時間及び水の両方を消費する。加えて、従前の消毒剤はしばしば、ユニット内で使用される材料と両立しない。例えば、ある加熱器―冷却器ユニットに対しては、消毒剤として過酸化水素が用いられてきた。しかし、それは他の加熱器―冷却剤ユニットにとって適した消毒／殺菌／静菌物質ではない。冷却剤溶液を運ぶためにポリウレタンの導管を使用するものなどの、いくつかの加熱器―冷却器ユニットにおいては、冷却剤流動回路内の及び／又は強制心停止水回路内の温度制御された水を輸送するとき、熱交換器において使用される導管のポリウレタン材料を通して過酸化水素が拡散することが、その分野の研究者によって発見された。結果として、過酸化水素は、冷却剤導管のポリウレタン材料を通して交差することが可能であり、分離した血液通管で運ばれる患者の血液と接触することが可能である。そのことは、潜在的に、患者の血液内の過酸化水素の危険なレベルにつながる。

加えて、従前の消毒剤を用いた消毒サイクルが終わったすぐ後にも生き残っている細菌の回復及び増殖が一般的であり、それは遂行される規則的な（例えば毎週の）消毒サイクルを必要とする。従前の消毒サイクルでは、細菌数の増加は、消毒サイクルの終了後３日間見られ得る。

従って、バイオフィルム、胞子を生み出すバクテリア、酵母菌及び真菌、及び、他の細菌などの細菌群に対して、細菌を妨げる環境を作り出す方法における、加熱器―冷却器ユニットを動作及び維持するための向上されたシステム及び方法に対するニーズが、本技術において存在する。温度制御された冷却剤への任意の添加物が、熱交換器の冷却剤導管を通して拡散して患者の血液と接触することがあまり起きないように、これらの加熱器―冷却器ユニットを動作及び維持するための、向上されたシステム及び方法に対するさらなるニーズが存在する。ユニットにとって要求される修理サイクル数の引き下げ、顧客にとっての安全性及びユーザフレンドリーを向上させるこれらの加熱器―冷却器ユニットを動作及び維持するための、向上されたシステム及び方法に対するニーズもまた存在する。

本開示の要約
体外血液加熱及び冷却システムを構成する非限定的なシステムが、本明細書で開示される。そのような非限定的で例示的な実施形態に従った、心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムは、（ａ）加熱器―冷却器ユニットと、（ｂ）加熱器―冷却器ユニット及び酸素供給器を冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、（ｃ）加熱器―冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路とを含むものと説明される。酸素供給器は、冷却剤流動回路の一部を形成する第１の複数の冷却剤導管を備え、加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるときに、第１の体外血液回路を通過する血液は、第１の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触する。強制心停止熱交換器は、強制心停止冷却剤回路の一部である第２の複数の冷却剤導管を備え、加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるときに、第２の体外血液回路を通過する血液が、第２の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触する。本システムの非限定的な実施形態に従った加熱及び冷却システムがパージングモードにあるとき、冷却剤流動回路及び強制心停止冷却剤回路は、約１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された冷却剤を含有する。加熱及び冷却システムがパージングモードにあるとき、冷却剤流動回路及び強制心停止冷却剤回路は、約１−１０ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された冷却剤を含有する。加熱及び冷却システムが冷却剤モード又はパージングモードにあるとき、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の内部から外部まで、少なくとも１００：１のそれぞれの冷却剤導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。種々の他の非限定的で例示的な本システムの実施形態もまた、本明細書で開示される。

心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムをパージングする方法を構成する方法が、本明細書で開示される。加熱及び冷却システムは、加熱器―冷却器ユニットと、加熱器―冷却器ユニット及び酸素供給器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、加熱器―冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路とを備える。酸素供給器は、加熱及び冷却システムへ接続されているときに冷却剤流動回路の一部を形成する、第１の複数の冷却剤導管を備え、加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるときに、第１の体外血液回路を通過する血液が、第１の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触する。強制心停止熱交換器は、強制心停止冷却剤回路の一部である第２の複数の冷却剤導管を備え、加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるときに、第２の体外血液回路を通過する血液が、第２の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触する。そのような方法のそのような非限定的で例示的な実施形態は、温度制御された冷却剤を、冷却剤流動回路又は強制心停止冷却剤回路のうちの少なくとも一方へ加えるステップと、冷却剤流動回路及び／又は強制心停止冷却剤回路内の細菌の成長を少なくとも抑制する方法で、冷却剤流動回路及び／又は強制心停止冷却剤回路内の温度制御された冷却剤を連続的に流すステップとを備える。温度制御された冷却剤は、約１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する。第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の内部から外部まで、少なくとも１００：１のそれぞれの冷却剤導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。種々の他の非限定的で例示的なこの方法の実施形態もまた、本明細書で開示される。

体外血液加熱及び冷却システムを動作させる方法を構成する方法が、本明細書で開示される。加熱及び冷却システムは、心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能であり、加熱及び冷却システムは、加熱器―冷却器ユニットと、加熱器―冷却器ユニット及び酸素供給器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、加熱器―冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路とを備える。酸素供給器は、加熱及び冷却システムが酸素供給器へ接続されているときに冷却剤流動回路の一部を形成する、第１の複数の冷却剤導管を備え、加熱及び冷却システムが冷却剤モードで動作しているときに、第１の体外血液回路を通過する血液が、第１の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触する。強制心停止熱交換器は、強制心停止冷却剤回路の一部である第２の複数の冷却剤導管を備え、加熱及び冷却システムが冷却剤モードで動作しているときに、第２の体外血液回路を通過する血液が、第２の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触する。

そのような方法の非限定的で例示的な実施形態は、温度制御された冷却剤を、冷却剤流動回路及び強制心停止冷却剤回路へ加えるステップであって、温度制御された冷却剤は、約１−１０ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度及び１０−１３のｐＨを有するステップと、冷却剤流動回路及び強制心停止回路内の細菌の成長を少なくとも抑制するために、冷却剤流動回路及び強制心停止回路を通して、温度制御された冷却剤を連続的に流すステップとを備える。第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の内部から外部まで、少なくとも１００：１のそれぞれの冷却剤導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。種々の他の非限定的なこの方法の実施形態もまた、本明細書で開示される。

図１は、心肺バイパスシステムの概略的な例示である。これは、本開示の非限定的且つ例示的な本発明の実施形態に従った、体外血液加熱及び冷却システムの概略的な例示を含む。

図２は、本開示の非限定的な実施形態に従った、酸素供給器の概略的な例示である。

図３は、図２の境界３０について得られた概略的な詳細図であり、冷却剤導管、スイープガス導管の構造及び配置、並びに、図２の酸素供給器を通る１又は複数の通路を通る代表的な血流の向きが例示される。

図４は、２つの領域を備える酸素供給器の概略的な例示であり、冷却剤導管、スイープガス導管の構造及び配置、並びに、酸素供給器の２つの領域内を通る１又は複数の経路を通る代表的な血流の向きが例示される。

例示的で、非限定的な発明の実施形態の詳細な説明
例示的であり、非限定的である本開示の種々の実施形態が、図面を参照しながら以下のように説明される。図面において、同様の部分は、同様の数字の参照で指定される。

図１は、加熱器―冷却器ユニット２、冷却剤流動回路３、及び、強制心停止冷却剤回路４を含む、体外血液加熱及び冷却システム１を示す。加熱及び冷却システム１は、心肺バイパスシステムの酸素供給器５及び強制心停止熱交換器６へ接続可能である。冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４は、加熱器―冷却器ユニット２を酸素供給器５及び強制心停止熱交換器６へそれぞれ接続するパイプ及び／又は管１０を含む。加熱器―冷却器ユニット２は、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４をそれぞれ介して、酸素供給器５及び強制心停止熱交換器６へ提供される、温度制御された冷却剤を含有する１又は複数のタンク（示されてはいない）を含む。本開示のある実施形態において、加熱及び冷却システム１において使用される冷却剤は、水ベースであり、主として滅菌した水、滅菌した塩水、又は他の滅菌した電解質溶液などである「冷却剤」という語が、血液加熱及び冷却システム１内を流れる熱伝導流体を説明するために用いられるが、この流体は、血液から熱エネルギーを取り除くことによって血液を冷却するか、又は、血液へ熱エネルギーを加えることによって血液を加熱するかのいずれかのためにも用いられ得る。

図２は、酸素供給器５の詳細を示す。酸素供給器５は、血液取入口１２及び血液流出口１４を有する。酸素が供給されていない血液は、血液取入口１２において、血流供給から酸素供給器内へ流れる。酸素が供給された血液は、血液流出口１４を通って、酸素供給器から流れ出て、心肺バイパスシステムの血流回路内へ戻っていく。酸素供給器５は、ガス取入口１６及び（示されてはいない）ガス流出口を有する。酸素又は酸素の混合ガスなどのスイープガスは、ガス取入口においてスイープガス供給から酸素供給器へ入り、スイープガスは、ガス流出口を通って、酸素供給器から出て、心肺バイパスシステムのスイープガス排気回路内へ流れる。酸素供給器５は、冷却剤取入口２２及び冷却剤流出口２４を有する。冷却剤は、冷却剤取入口２２を通って、加熱及び冷却システム１の管１０から酸素供給器へ入り、冷却剤は、冷却剤流出口２４を通って、酸素供給器から出て加熱及び冷却システム１の別の管１０内へ流れ戻る。図２の境界３０について得られた図３の詳細図に示されるように、ガス取入口１６からのスイープガスは、酸素供給器の壁内に配置された複数のより小さいスイープガス導管２６内へ流れ、最終的にスイープガス流出口を通して排気される。冷却剤取入口２２からの冷却剤は、酸素供給器の壁内に配置された複数のより小さい冷却剤導管２８内へ流れ、最終的に冷却剤流出口２４を通って酸素供給器から出る。スイープガス導管２６及び冷却剤導管２８は、酸素供給器内で互いにおよそ直角となるように配置され、これらの導管２６、２８の間の空間は、血液が、導管２６、２８の外面と接触するように流れるための通路のネットワークを提供する。この方法では、スイープガス導管２６からの酸素は、通路のネットワークを通って流れる血液内へ拡散され得、導管２８を通って流れる冷却剤は、血液が通路のネットワークを通って流れるときに、血液に熱エネルギーを加える又は血液から熱エネルギーを取り除くことで血液の温度を制御するために用いられ得る。図３に示すように、血液の流れは、スイープガスの流れ及び冷却剤の流れの向きに対して実質的に直角である。つまり、想像上のデカルト座標系においては、スイープガスはｘ軸に沿った導管２６を通って流れ、且つ、冷却剤はｙ軸に沿った導管２８を通って流れ、且つ、血液はｚ軸に沿った通路のネットワークを通って流れる。

加熱及び冷却システム１が冷却剤モードで動作しているとき、血液は、第１の体外血液回路７及び第２の体外血液回路８を通って流れており、水ベースの流体などの温度制御された冷却剤は、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４を通って流れている。酸素供給器５は、冷却剤流動回路３の一部を形成する第１の複数の冷却剤導管２８を含有し、強制心停止熱交換器６は、強制心停止冷却剤回路４の一部である（示されていない）第２の複数の冷却剤導管を備える。強制心停止熱交換器６の第２の複数の冷却剤導管は、組成、結合構造及び機能において、酸素供給器５の冷却剤導管２８と同様であり得、従って、簡潔さのためにさらに説明又は例示される必要はない。強制心停止熱交換器６の第２の複数の冷却剤導管は、強制心停止熱交換器６にはスイープガス導管がないことを除いて、酸素供給器５の第１の複数の冷却剤導管２８と、血流に関して同一の構成で配置され得る。代替品において、熱交換器６の２セットの導管が、ｚ軸に沿って両方に垂直に向けられた血流と、互いに直角に配置された（すなわち、一方はｘ軸に沿うように配置され、もう一方はｙ軸に沿うように配置された）２セットの導管２８であることを除いて、熱交換器６は、血流に対して導管２６及び導管２８と同様な構成を有するように、互いに直角に配置された２セットの冷却剤導管２８を提供され得る。

図４は、第２の区域／領域３６から、第１の区域／領域３４を区切るために含まれる、描写された隔壁３２を有する、図３の概略と同様の酸素供給器の概略的な描写を例示する。第１の区域３４は、スイープガス導管２６に対して概して垂直に配置された冷却剤導管２８を有し、第２の区域３６は、追加のスイープガス導管２６に対して概して垂直に配置されたスイープガス導管３６を有する。そのような配置において、血流は、スイープガス導管２６及び冷却剤導管２８の両方に対して垂直に向けられるため、血液は、導管の周辺を酸素供給器の一方の側面から反対側の側面へ流れ、第２の区域３６の前に第１の区域３４を通過する。血流が第１の区域３４の前に第２の区域３６をまず通過するように逆向きにされた他の実施形態がここで企図されるが、簡潔さのために例示されない。

冷却剤モードの間、第１の体外血液回路７を通過する血液は、酸素供給器５内の第１の複数の冷却剤導管の外面に接触し、第１の複数の冷却剤導管のそれぞれの冷却剤導管の壁を通して熱伝達が発生する。同様に、温度制御動作モードの間、第２の体外血液回路８を通過する血液が、強制心停止熱交換器６内の第２の複数の冷却剤導管の外面に接触し、第２の複数の導管のそれぞれの冷却剤導管の壁を通して熱伝達が発生する。従って、温度制御された冷却剤は冷却剤導管の内側を流れ、血液は冷却剤導管の周りを循環する。これによって、血液を冷却するために、温度制御された冷却剤によって、血液から冷却剤導管の壁を通して熱が放散され、又は、血液を加熱するために、温度制御された血液によって、冷却剤導管の壁を通して血液内へ熱が加えられる。この方法では、第１の体外血液回路７及び第２の体外血液回路８を流れる血液の温度は、加熱及び冷却システム１によって制御される。

加熱及び冷却システム１がパージングモードで動作しているとき、約１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム（Ｎａ_３ＰＯ_４）濃度を有する温度制御された冷却剤が、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４のうちの少なくとも一方の中に含有される。好ましくは、リン酸三ナトリウム（ＴＳＰ）濃度は、約５−２５ミリモル／リットルであり、冷却剤を含有するリン酸三ナトリウムは、水ベースであり得る。リン酸三ナトリウムを有する温度制御された冷却剤は、細菌を妨げる環境を作り出し、その環境は、細菌の活動を妨げ、且つ、細菌群が繁殖する能力を妨害する。つまり、リン酸三ナトリウム濃度は、冷却剤が、細菌の成長及び生存を引き下げ、又は、冷却剤流動回路３、強制心停止冷却剤回路４、及び／又は加熱器―冷却器ユニット２の中のいずれかのバクテリア又は他の細菌の繁殖を少なくとも抑制することに十分である。好ましくは、加熱及び冷却システム１がパージングモードにあるとき、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４内の温度制御された冷却剤は、約３０度より高い、より好ましくは約３８度より高い温度で維持される。冷却剤モード又はパージングモードの間の、水又は水ベースの溶液などの温度制御された冷却剤の温度の非限定的な例は、０−４０度の範囲の温度を含む。本開示における「細菌」という語は、病気を生み出す（病原体）か典型的には病気を生み出さないかに関わらず、バクテリア、真菌、マイクロバクテリア、及び他の微生物を含む。

加熱及び冷却システム１が冷却剤モードで動作している時、約１−１０ミリモル／リットル、好ましくは、約５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された冷却剤は、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４内に含有される。もう一度、リン酸三ナトリウムを有する温度制御された冷却剤は、細菌を妨げる環境を作り出し、冷却剤モードでの加熱及び冷却システム１の動作中、その環境は、細菌の活動を妨げ、且つ、加熱及び冷却システム１内で細菌群が繁殖する能力を妨害する。この加熱及び冷却システム１の冷却剤モードの動作は、パージングモードの間用いられるような実質的に高いリン酸三ナトリウム濃度を有する冷却剤を使用するシステムのために、要求されるパージングモードの数を引き下げることに役立つはずである。つまり、本開示のいくつかの実施形態においては、パージングモードの間に使用される冷却剤のリン酸三ナトリウム濃度は、冷却剤モードの間に使用される冷却剤のリン酸三ナトリウム濃度よりも実質的に高い。非限定的で典型的な実施形態においては、加熱及び冷却システム１が継続的に冷却剤モードで動作するときは、冷却剤内のリン酸三ナトリウムの濃度は、約５ミリモル／リットルであり、断続的に遂行されるパージングモードの間は、冷却剤内のリン酸三ナトリウムの濃度は約２５ミリモル／リットルである。

本開示のいくつかの実施形態において、加熱及び冷却システム１が冷却剤モードにあるとき、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４は、１０−１３のｐＨ、より好ましくは１１−１２のｐＨを有する温度制御された冷却剤を含有する。これらの範囲のアルカリ性のｐＨは、冷却剤組成の一部としてリン酸三ナトリウムが提供された温度制御された冷却剤内の、細菌を妨げる環境を作り出すことを助ける。つまり、特定の細菌にとって好ましくないｐＨ環境を、細菌にとって好ましくないリン酸三ナトリウム濃度と組み合わせることによって、好ましくないｐＨとリン酸三ナトリウム濃度との組み合わせは、細菌を妨げる環境によって妨げられる細菌種の範囲に関して、及び／又は、細菌を妨げる環境によって妨げられる細菌種の程度に関しても、より効果的な細菌を妨げる環境を提供するために共に作用する。本開示のいくつかの実施形態において、細菌を妨げる環境は、静菌性及び／又は静真菌性である。いくつかの実施形態において、細菌を妨げる環境は、殺菌性及び／又は殺真菌性である。しかし、本開示において、細菌を妨げる環境は、静菌性、静真菌性、殺菌性、又は殺真菌性のいずれかであることを必要としないが、細菌及び／又は真菌であるかに関わらず、細菌の活動を実質的に妨げなければならない。

システム冷却回路、配管及び管を維持する添加物として、リン酸三ナトリウムは、加熱及び冷却システム１において用いられる材料と両立するという利点を提供する。加熱及び冷却システム１が冷却剤モード又はパージングモードにあるとき、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４の、温度制御された冷却剤内のリン酸三ナトリウムは、酸素供給器５及び強制心停止熱交換器６内にそれぞれ含有される第１及び第２の複数の冷却剤導管を通って実質的には拡散しない。第１及び第２の複数の冷却剤導管は、リン酸三ナトリウムの拡散に対する実質的なバリアとして作用する。つまり、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、（リン酸三ナトリウムを含有する温度制御された冷却剤を含有する）それぞれの導管の内部から、（冷却剤モードの間、血液に接触する）それぞれの導管の外部まで、少なくとも１００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。好ましくは、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの導管の内部からそれぞれの導管の外部まで、少なくとも１０００：１、より好ましくは少なくとも１００００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。

好ましくは、第１の複数の冷却剤導管及び第２の複数の冷却剤導管は、管状の配置に構成された熱可塑性ポリウレタン膜で作製される。そのような熱可塑性ポリウレタン膜の材料の例は、 ＢＡＳＦ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ＧｍｂＨ
のＥＬＡＳＴＯＬＬＡＮ（ＴＭ）を含む。そのような熱可塑性ポリウレタンは、リン酸三ナトリウムの拡散に対しての実質的なバリアを提供する。つまり、熱可塑性ポリウレタンは、上述のように、それぞれの導管の内部からの外部まで、少なくとも１００：１、好ましくは少なくとも１０００：１、より好ましくは１００００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。しかし、そのような熱可塑性ポリウレタンは、効果的で実質的な拡散バリアを配置せずに、過酸化水素の拡散がそこを通ることを可能とし得る。

また、リン酸三ナトリウムは、非浸食性の試薬であるという利点を提供する。加熱及び冷却システム１において用いられるとき、冷却剤組成内に含まれるリン酸三ナトリウムは、加熱及び冷却システム１の材料の浸食を抑制する。本開示の実施形態が冷却剤導管のためにポリウレタン材料を利用し得る一方で、スイープガス導管のためにポリプロピレン材料が用いられ得る。望ましくは、スイープガス導管は、微孔性中空ファイバの管状導管として構成される。

本開示において、心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムをパージングする方法に関係する、非限定的な実施形態が提供される。この実施形態及び図１への参照において、本方法は、冷却剤流動回路３又は強制心停止冷却剤回路４のうちの少なくとも一方へ温度制御された冷却剤を加えるステップを含む。温度制御された冷却剤は、１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する。好ましくは、リン酸三ナトリウム濃度は、５−２５ミリモル／リットルである。本開示のいくつかの実施形態において、冷却剤は主として水ベースであり得る。

この方法は、それぞれの回路（単数又は複数）内の細菌の成長を少なくとも抑制する方法で、冷却剤流動回路及び／又は強制心停止冷却剤回路内の温度制御された冷却剤を、連続的に流すステップをさらに含む。上述したように、リン酸三ナトリウムを有する温度制御された冷却剤は、細菌を妨げる環境を作り出し、冷却剤流動回路３及び／又は強制心停止冷却剤回路４内の既存のバクテリア又は細菌の繁殖を少なくとも抑制する。好ましくは、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４内の温度制御された冷却剤は、約３０度より高い温度、より好ましくは約３８度より高い温度で維持される。この方法の間の温度制御された水の温度の非限定的な例は、０−４０度の範囲の温度を含む。

この方法において、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、リン酸三ナトリウムの拡散への実質的なバリアとして作用する。つまり、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、（リン酸三ナトリウムを含有する温度制御された冷却剤を含有する）それぞれの導管の内部から、（冷却剤モードの間、血液に接触する）それぞれの導管の外部まで、少なくとも１００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。好ましくは、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の内部からそれぞれの冷却剤導管の外部まで、少なくとも１０００：１、より好ましくは少なくとも１００００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。好ましくは、第１の複数の冷却剤導管及び第２の複数の冷却剤導管は、熱可塑性ポリウレタンで作製される。

本開示において、非限定的な実施形態は、心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムを動作させる方法に関係する。この実施形態及び図１への参照において、本方法は、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４へ、温度制御された冷却剤を加えるステップを有する。温度制御された冷却剤は、１−１０ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度及び１０−１３のｐＨを有する。好ましくは、温度制御された冷却剤は、約５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度及び約１１−１２のｐＨを有する。いくつかの実施形態においては、温度制御された冷却剤は、主として水ベースの組成であり得る。

この方法は、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４内の微生物の成長を少なくとも抑制するために、冷却剤流動回路３及び／又は強制心停止冷却剤回路４を通して、温度制御された冷却剤を連続的に流すステップをさらに含む。上述したように、リン酸三ナトリウムを有する温度制御された冷却剤は、細菌を妨げる環境を作り出し、冷却剤流動回路３及び／又は強制心停止冷却剤回路４内の既存の任意のバクテリア及び／又は他の細菌の繁殖を少なくとも抑制する。好ましくは、冷却剤流動回路３及び強制心停止冷却剤回路４内の温度制御された冷却剤は、約３０度より高い温度、より好ましくは約３８度より高い温度で維持される。この方法の間の温度制御された水の温度の非限定的な例は、０−４０度の範囲の温度を含む。

この方法において、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、リン酸三ナトリウムの拡散への実質的なバリアとして作用する。つまり、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、（リン酸三ナトリウムを含有する温度制御された冷却剤を含有する）それぞれの導管の内部から、（冷却剤モードの間、血液に接触する）それぞれの冷却剤導管の外部まで、少なくとも１００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。好ましくは、第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の内部から外部まで、少なくとも１０００：１、より好ましくは少なくとも１００００：１のそれぞれの導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である。例えば、そのような壁は、約７０μｍ（マイクロメートル）の平均の壁の厚さを有し得る。好ましくは、第１の複数の冷却剤導管及び第２の複数の冷却剤導管は、リン酸三ナトリウムに対する実質的な拡散バリアを提供しない、熱可塑性ポリウレタンで作製される。

実験結果
本開示において、心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムをパージングする方法に関係する、いくつかの非限定的な実施形態が、以下のように例証される。

６０の酸素供給器が、標準的な管系によって加熱器―冷却器ユニットへ接続された。酸素供給器は、冷却剤流動回路の一部を形成する熱可塑性ポリウレタンの冷却導管を含有した。酸素供給器の血液回路は、血液置換として用いられる０．９％の等浸透圧食塩水溶液で充填され、冷却剤流動回路は、リン酸三ナトリウムを含有する温度制御された水で充填された。１ｍｍｏｌ／ｌ、１つは１０ｍｍｏｌ／ｌ、及び残りは５ｍｍｏｌ／ｌのリン酸三ナトリウム濃度であった。加熱器―冷却器ユニットは初め、１時間の間、１０℃、３℃又は１℃の最低温度設定で動作させられ、それから、高速な冷却を含む手術での使用を模擬するために、５時間の間、約４０℃の最高温度設定で動作させられた。加熱器―冷却器ユニットは、それから再び、１時間の間、１０℃、３℃又は１℃の最低温度設定で動作させられ、続いて、１７時間最高温度設定で動作させられた。実験は、２４時間で終えられ、リン酸測定値が、等浸透圧食塩水溶液及びリン酸三ナトリウムを含有する温度制御された水の中において得られた。

得られた全てのリン酸測定値は、１００：１（リン酸三ナトリウムを含有する温度制御された水の濃度：等浸透圧食塩水溶液濃度）を大きく上回る濃度比を示し、ほとんどは１０００：１及び１００００：１を上回った。従って、酸素供給器内の冷却剤導管の熱可塑性ウレタンは、導管の壁にわたってリン酸三ナトリウムの拡散に対する実質的なバリアを提供することを、実験が示した。しかし、リン酸三ナトリウムの代わりに、冷却剤への添加物として過酸化水素を使用した、異なる一連の実験において、冷却剤導管の熱可塑性ポリウレタンは、導管の壁にわたって過酸化水素の拡散に対する実質的なバリアは、提供しないことが見つかった。

本開示が複数の典型的な実施形態を提供する一方で、本開示の範囲から出ない中で、当業者によって、種々の変更がなされ得、同等の物がその要素に代用され得ることが理解されるだろう。加えて、本開示の不可欠な範囲から出ない中で、本開示で教示したものに特定の状況又は材料を適応させるために多くの修正がなされ得る。従って、付随する請求項において定義されるような本発明は、本明細書で開示された特定の実施形態のいずれにも限定されず、本発明は、請求項の範囲に属する全ての実施形態を含むことが意図される。また、図面及び説明において、典型的な実施形態が開示されており、特定の語が使用されてきたが、別様に述べられない限りは、それらは包括的で且つ記述的な意味のみで用いられ、限定する目的ではない。さらに、第１、第２等の語の使用は、いずれの順序又は重要性を表示するものでなく、むしろ第１、第２等の語は、１の要素を別のものから区別するために用いられる。そのうえ、あるなどの語の使用は、量の限定を表示するものでなく、むしろ、別様に明確に指摘されない限りは、少なくとも１つの言及されたアイテムの存在を表示する。加えて、別様に指摘されない限りは、「約」という語の使用は、±１０％の範囲を指摘する。

Claims (24)

1. 心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムであって、前記加熱及び冷却システムは、
   加熱器―冷却器ユニットと、
   前記加熱器―冷却器ユニット及び前記酸素供給器を冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、
   前記加熱器―冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路と
   を備え、前記酸素供給器は、前記冷却剤流動回路の一部を形成する第１の複数の冷却剤導管を備え、前記加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるときに、第１の体外血液回路を通過する血液が、前記第１の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触し、且つ、
   前記強制心停止熱交換器は、前記強制心停止冷却剤回路の一部である第２の複数の冷却剤導管を備え、前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モードにあるときに、第２の体外血液回路を通過する血液が、前記第２の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触し、且つ、
   前記加熱及び冷却システムがパージングモードにあるとき、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路は、約１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された冷却剤を含有し、且つ、
   前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モードにあるとき、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路は、約１−１０ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された水を含有し、且つ、
   前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モード又は前記パージングモードにあるとき、前記第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の前記内部から前記外部まで、少なくとも１００：１の前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である、加熱及び冷却システム。
2. 前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたる前記リン酸三ナトリウム濃度比が少なくとも１０００：１である、請求項１に記載の加熱及び冷却システム。
3. 前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたる前記リン酸三ナトリウム濃度比が少なくとも１００００：１である、請求項１に記載の加熱及び冷却システム。
4. 前記加熱及び冷却システムが前記パージングモードにあるとき、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路は、約５−２５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する温度制御された水を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱及び冷却システム。
5. 前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モードにあるとき、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路は、１０−１３のｐＨを有する温度制御された水を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の加熱及び冷却システム。
6. 前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モードにあるとき、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路は、１１−１２のｐＨを有する温度制御された水を含有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の加熱及び冷却システム。
7. 前記加熱及び冷却システムが前記パージングモードにあるとき、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路は、約３０℃よりも高い温度の温度制御された水を含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の加熱及び冷却システム。
8. 前記第１の複数の冷却剤導管及び前記第２の冷却剤導管は熱可塑性ポリウレタンを備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の加熱及び冷却システム。
9. 心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能な体外血液加熱及び冷却システムをパージングする方法であって、前記加熱及び冷却システムは、
   加熱器―冷却器ユニットと、
   前記加熱器―冷却器ユニット及び前記酸素供給器を、温度制御された冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、
   前記加熱器―冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路と
   を備え、前記酸素供給器は、前記酸素供給器が前記加熱及び冷却システムへ接続されているときに前記冷却剤流動回路の一部を形成する、第１の複数の冷却剤導管を備え、前記加熱及び冷却システムが冷却剤モードにあるときに、第１の体外血液回路を通過する血液が、前記第１の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触し、且つ、
   前記強制心停止熱交換器は、前記強制心停止冷却剤回路の一部である第２の複数の冷却剤導管を備え、前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モードにあるときに、第２の体外血液回路を通過する血液が、前記第２の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触し、且つ、前記方法は、
   温度制御された冷却剤を、前記冷却剤流動回路又は前記強制心停止冷却剤回路のうちの少なくとも一方へ加えるステップであって、前記温度制御された冷却剤は、約１−３５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する、ステップと、
   前記冷却剤流動回路又は前記強制心停止冷却剤回路のうちの少なくとも一方内の細菌の成長を少なくとも抑制する方法で、前記冷却剤流動回路又は前記強制心停止冷却剤回路内の前記温度制御された冷却剤を連続的に流すステップと
   を備え、前記第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の前記内部から前記外部まで、少なくとも１００：１の前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である、方法。
10. 前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたる前記リン酸三ナトリウム濃度比は、少なくとも１０００：１である、請求項９に記載の方法。
11. 前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたる前記リン酸三ナトリウム濃度比は、少なくとも１００００：１である、請求項９に記載の方法。
12. 温度制御された水が、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止水回路の両方へ加えられる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記温度制御された水は、５−２５ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度を有する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記温度制御された水は、約３０℃よりも高い温度にある、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記第１の複数の冷却剤導管及び前記第２の複数の冷却剤導管は、熱可塑性ポリウレタンを備える、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記冷却剤の前記リン酸三ナトリウムが、前記加熱及び冷却システムの浸食を抑制する、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 体外血液加熱及び冷却システムを動作させる方法であって、前記加熱及び冷却システムは、心肺バイパスシステムの酸素供給器へ接続可能であり、前記加熱及び冷却システムは、加熱器―冷却器ユニットと、前記加熱器―冷却器ユニット及び前記酸素供給器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された冷却剤流動回路と、前記加熱器―冷却器ユニット及び強制心停止熱交換器を温度制御された冷却剤が通過するように構成された強制心停止冷却剤回路とを備え、前記酸素供給器は、前記加熱及び冷却システムが前記酸素供給器へ接続されているときに前記冷却剤流動回路の一部を形成する第１の複数の冷却剤導管を備え、且つ、前記加熱及び冷却システムが冷却剤モードで動作しているときに、第１の体外血液回路を通過する血液が、前記第１の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触し、且つ、前記強制心停止熱交換器は、前記強制心停止冷却剤回路の一部である第２の複数の冷却剤導管を備え、前記加熱及び冷却システムが前記冷却剤モードで動作しているときに、第２の体外血液回路を通過する血液が、前記第２の複数の冷却剤導管の外部の表面に接触し、且つ、前記方法は、
    温度制御された冷却剤を、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路へ加えるステップであって、前記温度制御された冷却剤は、水ベースであり、約１−１０ミリモル／リットルのリン酸三ナトリウム濃度及び１０−１３のｐＨを有する、ステップと、
    前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止冷却剤回路内の細菌の成長を少なくとも抑制するために、前記冷却剤流動回路及び前記強制心停止回路を通して前記温度制御された冷却剤を連続的に流すステップと
    を備え、前記第１及び第２の複数の冷却剤導管は、それぞれの冷却剤導管の前記内部から前記外部まで、少なくとも１００：１の前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたるリン酸三ナトリウム濃度比を維持することが可能である、方法。
18. 前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたる前記リン酸三ナトリウム濃度比は、少なくとも１０００：１である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記それぞれの冷却剤導管の壁にわたる前記リン酸三ナトリウム濃度比は、少なくとも１００００：１である、請求項１７又は１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 温度制御された冷却剤は１１−１２のｐＨを有する、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記温度制御された冷却剤は、約３０℃よりも高い温度に維持される、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記第１の複数の冷却剤導管及び前記第２の複数の冷却剤導管は、熱可塑性ポリウレタンを備える、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記冷却剤の前記リン酸三ナトリウムが、前記加熱及び冷却システムの浸食を抑制する、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記第１の複数の冷却剤導管の壁及び前記第２の複数の冷却剤導管の壁は、前記熱可塑性ポリウレタンで作製され、これらの壁にわたって過酸化水素の拡散に対する実質的なバリアを提供しない、請求項２２に記載の方法。