JP3229599B2 - 血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓 - Google Patents
血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓Info
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- A61M1/3693—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits using separation based on different densities of components, e.g. centrifuging
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- A61M1/34—Filtering material out of the blood by passing it through a membrane, i.e. hemofiltration or diafiltration
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、血液に含まれる尿
素, 尿酸, クレアチニンなどの不要老廃物を除去して血
液を浄化する血液浄化装置とそれを用いた人工腎臓に関
する。
素, 尿酸, クレアチニンなどの不要老廃物を除去して血
液を浄化する血液浄化装置とそれを用いた人工腎臓に関
する。
【０００２】
【従来の技術】人工腎臓は、血液中の不要老廃物を尿と
して排出する腎臓の機能が低下したり失われたりした腎
機能障害患者のための人工臓器であり、患者の血液を分
離膜を使って浄化し、腎臓の機能をある程度代行させよ
うとするものである。この人工腎臓内には血液を浄化す
る血液浄化装置が収納されているが、この浄化装置は、
使用する膜の種類により、透析膜を使用する透析型血液
浄化装置と、限外濾過膜を使用する濾過型血液浄化装置
と、精密濾過膜を使用する血漿分離型血液浄化装置の三
種類に分けられる。
して排出する腎臓の機能が低下したり失われたりした腎
機能障害患者のための人工臓器であり、患者の血液を分
離膜を使って浄化し、腎臓の機能をある程度代行させよ
うとするものである。この人工腎臓内には血液を浄化す
る血液浄化装置が収納されているが、この浄化装置は、
使用する膜の種類により、透析膜を使用する透析型血液
浄化装置と、限外濾過膜を使用する濾過型血液浄化装置
と、精密濾過膜を使用する血漿分離型血液浄化装置の三
種類に分けられる。
【０００３】透析型血液浄化装置は、ダイアライザーと
称し、内部に透析膜で形成された中空糸が配され、その
中空糸の内側に血液を流し、外側に透析液を流すことに
より、血液中の尿素，尿酸，クレアチニンなどの分子量
数千までの比較的小さな分子からなる不要老廃物を中空
糸の外へ排出して、血液が浄化されるようになってい
る。
称し、内部に透析膜で形成された中空糸が配され、その
中空糸の内側に血液を流し、外側に透析液を流すことに
より、血液中の尿素，尿酸，クレアチニンなどの分子量
数千までの比較的小さな分子からなる不要老廃物を中空
糸の外へ排出して、血液が浄化されるようになってい
る。
【０００４】また、濾過型血液浄化装置は、その内部に
限外濾過膜で形成された中空糸が配されており、透析液
を使用する代わりに中空糸の内側と外側に膜間圧力差を
加え、その中空糸内側に血液を流して外側を陰圧にする
ことにより血液の陰圧濾過を行ったり、内側を陽圧にす
ることにより血液の陽圧濾過を行って、分子量数万まで
のβ2 −ミクログロブリンのような低分子量タンパクを
取り除くものである。
限外濾過膜で形成された中空糸が配されており、透析液
を使用する代わりに中空糸の内側と外側に膜間圧力差を
加え、その中空糸内側に血液を流して外側を陰圧にする
ことにより血液の陰圧濾過を行ったり、内側を陽圧にす
ることにより血液の陽圧濾過を行って、分子量数万まで
のβ2 −ミクログロブリンのような低分子量タンパクを
取り除くものである。
【０００５】さらに、血漿分離型血液浄化装置は、精密
濾過膜を備えた血漿分離器によって、血液を血球成分と
血漿成分に分離して血漿成分を抽出し、この血漿を捨て
て清浄な血漿と交換するものである。
濾過膜を備えた血漿分離器によって、血液を血球成分と
血漿成分に分離して血漿成分を抽出し、この血漿を捨て
て清浄な血漿と交換するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、透析型
血液浄化装置により血液を浄化する場合、透析液を常に
新しい液と交換するために、１回の透析で１５０〜２０
０リットルもの透析液が必要になり、装置自体も大型化
せざるを得ないという問題があった。
血液浄化装置により血液を浄化する場合、透析液を常に
新しい液と交換するために、１回の透析で１５０〜２０
０リットルもの透析液が必要になり、装置自体も大型化
せざるを得ないという問題があった。
【０００７】また、濾過型血液浄化装置により血液を浄
化する場合、浄化血液を体内に戻す静脈側に、血液から
除去した濾液を補うために補充液を供給しているが、こ
の補充液は、血中に直接混入することから、血漿に近い
組成で、しかも、無菌状態に保たれていなければなら
ず、取扱いが面倒で、血液透析に比較してもコストアッ
プにつながるという問題があった。
化する場合、浄化血液を体内に戻す静脈側に、血液から
除去した濾液を補うために補充液を供給しているが、こ
の補充液は、血中に直接混入することから、血漿に近い
組成で、しかも、無菌状態に保たれていなければなら
ず、取扱いが面倒で、血液透析に比較してもコストアッ
プにつながるという問題があった。
【０００８】さらに、血漿分離型血液浄化装置により血
液を浄化する場合は、大量の血漿製剤（２〜３リット
ル）を必要とする。しかも、血漿製剤は日本では常に不
足しており、かつ、大変高価なうえに、合併症として肝
炎やアレルギーなどの副作用の原因になるという問題も
あった。
液を浄化する場合は、大量の血漿製剤（２〜３リット
ル）を必要とする。しかも、血漿製剤は日本では常に不
足しており、かつ、大変高価なうえに、合併症として肝
炎やアレルギーなどの副作用の原因になるという問題も
あった。
【０００９】さらにまた、いずれの血液浄化装置を用い
た場合も、全身の血液を浄化するために要する時間が１
回約５〜６時間と長く、しかも、血液浄化操作を週３回
程度すなわち２日に１回の割合で行わなければならない
ため、その時間的拘束は患者の生活にとってかなりの負
担であり、患者の社会活動を大きく制約している。
た場合も、全身の血液を浄化するために要する時間が１
回約５〜６時間と長く、しかも、血液浄化操作を週３回
程度すなわち２日に１回の割合で行わなければならない
ため、その時間的拘束は患者の生活にとってかなりの負
担であり、患者の社会活動を大きく制約している。
【００１０】また、透析型及び濾過型血液浄化装置では
大量の透析液及び補充液を使用し、血漿分離型血液浄化
装置では高価な血漿製剤を使用するなど、いずれの血液
浄化装置を用いた場合も何らかの薬液を供給する必要が
あるので、その供給条件をコントロールするためのモニ
タや流量制御を行うコントローラが必要となり、装置が
複雑で高価になるという問題もあった。
大量の透析液及び補充液を使用し、血漿分離型血液浄化
装置では高価な血漿製剤を使用するなど、いずれの血液
浄化装置を用いた場合も何らかの薬液を供給する必要が
あるので、その供給条件をコントロールするためのモニ
タや流量制御を行うコントローラが必要となり、装置が
複雑で高価になるという問題もあった。
【００１１】一方、生体腎では、２４時間以内に、血液
約１８０リットルを約１００万個の糸球体で限外濾過
し、そのうちの１〜２％の水分を不要老廃物と共に体外
に排出し、残りの９８〜９９％を血清電解質と共に再吸
収している。これは糸球体での濾過量としては１２５ｃ
ｃ／min であり、体外排出量は２ｃｃ／minである。こ
のような生体腎と同じ機能を再現することができれば、
一切の薬液を必要とせず、血液浄化を行うことができ
る。
約１８０リットルを約１００万個の糸球体で限外濾過
し、そのうちの１〜２％の水分を不要老廃物と共に体外
に排出し、残りの９８〜９９％を血清電解質と共に再吸
収している。これは糸球体での濾過量としては１２５ｃ
ｃ／min であり、体外排出量は２ｃｃ／minである。こ
のような生体腎と同じ機能を再現することができれば、
一切の薬液を必要とせず、血液浄化を行うことができ
る。
【００１２】そこで本発明は、生体腎と同様に一切の薬
液を必要とせず、また、小型で構造が簡単で、家庭でも
就寝中に血液浄化を行うことができるようにすることを
技術的課題としている。
液を必要とせず、また、小型で構造が簡単で、家庭でも
就寝中に血液浄化を行うことができるようにすることを
技術的課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、体内から取り入れた血液を浄化して体内
に還流させる人工腎臓に使用される血液浄化装置であっ
て、一端側に血液取入口が形成されると共に、他端側に
血球成分取出口が形成されたケーシングに、血液に遠心
力を作用させて血球成分と血漿成分とを分離する回転円
筒体を備えた遠心分離器と、その中心寄りに集められた
血漿成分から水分、血清電解質及び不要老廃物を取り込
む円筒状限外濾過膜で形成された老廃物分離チャンバ
と、前記円筒状限外濾過膜により水分、血清電解質及び
不要老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて前記
分離チャンバ内に取り込んだ前記水分及び血清電解質を
再吸収させる中空糸透析膜で形成された水分再吸収モジ
ュールが、略同心的に配されたことを特徴とする。な
お、本明細書中、「血球成分」というときは厳密な意味
で血球成分のみを指すのではなく、血液中から主として
血球成分を取り出したものを意味し、同様に、「血漿成
分」というときは厳密な意味で血漿成分のみを指すので
はなく、血液中から主として血漿成分を取り出したもの
を意味する。
に、本発明は、体内から取り入れた血液を浄化して体内
に還流させる人工腎臓に使用される血液浄化装置であっ
て、一端側に血液取入口が形成されると共に、他端側に
血球成分取出口が形成されたケーシングに、血液に遠心
力を作用させて血球成分と血漿成分とを分離する回転円
筒体を備えた遠心分離器と、その中心寄りに集められた
血漿成分から水分、血清電解質及び不要老廃物を取り込
む円筒状限外濾過膜で形成された老廃物分離チャンバ
と、前記円筒状限外濾過膜により水分、血清電解質及び
不要老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて前記
分離チャンバ内に取り込んだ前記水分及び血清電解質を
再吸収させる中空糸透析膜で形成された水分再吸収モジ
ュールが、略同心的に配されたことを特徴とする。な
お、本明細書中、「血球成分」というときは厳密な意味
で血球成分のみを指すのではなく、血液中から主として
血球成分を取り出したものを意味し、同様に、「血漿成
分」というときは厳密な意味で血漿成分のみを指すので
はなく、血液中から主として血漿成分を取り出したもの
を意味する。
【００１４】本発明によれば、血液取入口からケーシン
グ内に流入した血液は、その一端側から他端側に向かっ
て流れ、遠心分離器となる回転円筒体内を通過すること
により遠心分離されて、血球成分が外周寄りに集めら
れ、血漿成分が中心寄りに集められ、血球成分は、他端
側に達するとケーシングに形成された血球成分取出口か
ら外部に導出される。
グ内に流入した血液は、その一端側から他端側に向かっ
て流れ、遠心分離器となる回転円筒体内を通過すること
により遠心分離されて、血球成分が外周寄りに集めら
れ、血漿成分が中心寄りに集められ、血球成分は、他端
側に達するとケーシングに形成された血球成分取出口か
ら外部に導出される。
【００１５】また、回転円筒体の中心には、円筒状限外
濾過膜で形成された老廃物分離チャンバが形成されてお
り、当該チャンバの内外に１００ｍｍＨｇ程度の差圧を
かければ、血漿成分が円筒状限外濾過膜に沿って他端側
へ流れる間に、その血漿成分中の尿素，尿酸，クレアチ
ニン等の不要老廃物、水分及び血清電解質が老廃物分離
チャンバ内に取り込まれて浄化されると共に、血清タン
パク質が濃縮された血漿成分がケーシングの他端側に達
する。
濾過膜で形成された老廃物分離チャンバが形成されてお
り、当該チャンバの内外に１００ｍｍＨｇ程度の差圧を
かければ、血漿成分が円筒状限外濾過膜に沿って他端側
へ流れる間に、その血漿成分中の尿素，尿酸，クレアチ
ニン等の不要老廃物、水分及び血清電解質が老廃物分離
チャンバ内に取り込まれて浄化されると共に、血清タン
パク質が濃縮された血漿成分がケーシングの他端側に達
する。
【００１６】この濃縮血漿成分を、老廃物分離チャンバ
を貫通して配された水分再吸収モジュールの中空糸透析
膜内に導入すると、中空糸透析膜内外の血清タンパク質
（アルブミン）の濃度差により、老廃物分離チャンバ内
に取り込まれた水分、血清電解質及び不要老廃物のうち
水分及び血清電解質が中空糸透析膜内に浸透して再吸収
され、不要老廃物は老廃物分離チャンバ内に残留する。
そして、水分再吸収モジュールを通過して通常の濃度に
薄められた血漿成分と、先に取り出された血球成分を混
合すれば、浄化血液が得られる。
を貫通して配された水分再吸収モジュールの中空糸透析
膜内に導入すると、中空糸透析膜内外の血清タンパク質
（アルブミン）の濃度差により、老廃物分離チャンバ内
に取り込まれた水分、血清電解質及び不要老廃物のうち
水分及び血清電解質が中空糸透析膜内に浸透して再吸収
され、不要老廃物は老廃物分離チャンバ内に残留する。
そして、水分再吸収モジュールを通過して通常の濃度に
薄められた血漿成分と、先に取り出された血球成分を混
合すれば、浄化血液が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る人工
腎臓を示す説明図である。
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る人工
腎臓を示す説明図である。
【００１８】本例の人工腎臓１は、血液を流入させて血
球成分と浄化した血漿成分とを取り出す血液浄化装置２
と、これら血球成分及び浄化した血漿成分を混合して体
内に戻すミキサー３とを備えており、体内から取り入れ
た血液を体内に還流させる体外循環系４に介装されてい
る。
球成分と浄化した血漿成分とを取り出す血液浄化装置２
と、これら血球成分及び浄化した血漿成分を混合して体
内に戻すミキサー３とを備えており、体内から取り入れ
た血液を体内に還流させる体外循環系４に介装されてい
る。
【００１９】血液浄化装置２は、一端側に血液取入口５
inが形成されると共に、他端側に血球成分取出口５out
が形成されたケーシング５に、血液に遠心力を作用させ
て血球成分と血漿成分とを分離する回転円筒体６を備え
た遠心分離器７と、その中心寄りに集められた血漿成分
から水分，血清電解質及び不要老廃物を取り込む円筒状
限外濾過膜８で形成された老廃物分離チャンバ９と、前
記円筒状限外濾過膜８により水分，血清電解質及び不要
老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて前記分離
チャンバ９内に取り込んだ前記水分及び血清電解質を再
吸収させる中空糸透析膜１０で形成された水分再吸収モ
ジュール１１が、同心的に配されて成る。
inが形成されると共に、他端側に血球成分取出口５out
が形成されたケーシング５に、血液に遠心力を作用させ
て血球成分と血漿成分とを分離する回転円筒体６を備え
た遠心分離器７と、その中心寄りに集められた血漿成分
から水分，血清電解質及び不要老廃物を取り込む円筒状
限外濾過膜８で形成された老廃物分離チャンバ９と、前
記円筒状限外濾過膜８により水分，血清電解質及び不要
老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて前記分離
チャンバ９内に取り込んだ前記水分及び血清電解質を再
吸収させる中空糸透析膜１０で形成された水分再吸収モ
ジュール１１が、同心的に配されて成る。
【００２０】ケーシング５の外周面には、遠心分離器７
の回転円筒体６をケーシング５の内周面に対して磁気浮
上させた状態で回転駆動させる駆動装置１２が配設され
ている。
の回転円筒体６をケーシング５の内周面に対して磁気浮
上させた状態で回転駆動させる駆動装置１２が配設され
ている。
【００２１】この駆動装置１２は、回転円筒体６の外周
面左右両端側に配された浮上用磁石６ａとの間で反発力
を生ずるように対向配設した固定磁石１２ａと、回転円
筒体６の外周面中央部に配された駆動用磁石６ｂとの間
で吸引力を生ずるように対向配設した回転磁石１２ｂを
備え、当該回転磁石１２ｂを保持したロータ１３が所定
の回転数で回転駆動されるように成されている。
面左右両端側に配された浮上用磁石６ａとの間で反発力
を生ずるように対向配設した固定磁石１２ａと、回転円
筒体６の外周面中央部に配された駆動用磁石６ｂとの間
で吸引力を生ずるように対向配設した回転磁石１２ｂを
備え、当該回転磁石１２ｂを保持したロータ１３が所定
の回転数で回転駆動されるように成されている。
【００２２】また、回転円筒体６は、その内周面に羽根
板１４…が所定間隔で形成されて、当該回転円筒体６と
前記円筒状限外濾過膜８の間を流れる血液に回転流を生
じさせて遠心力を作用させることができるように成され
ている。これにより、血液の血球成分が外周寄りに集め
られ、血漿成分が中心寄りに集められる。
板１４…が所定間隔で形成されて、当該回転円筒体６と
前記円筒状限外濾過膜８の間を流れる血液に回転流を生
じさせて遠心力を作用させることができるように成され
ている。これにより、血液の血球成分が外周寄りに集め
られ、血漿成分が中心寄りに集められる。
【００２３】老廃物分離チャンバ９を形成する円筒状限
外濾過膜８は、例えば、γ線で滅菌処理したポリアクリ
ルニトリル系の膜や、エチレンオキサイドガスで滅菌処
理したセルロースアセテート系の膜を、円筒状に形成し
たものが用いられ、前記水分再吸収モジュール１１の両
端に配設される口金１５in，１５out に取り付けられて
いる。
外濾過膜８は、例えば、γ線で滅菌処理したポリアクリ
ルニトリル系の膜や、エチレンオキサイドガスで滅菌処
理したセルロースアセテート系の膜を、円筒状に形成し
たものが用いられ、前記水分再吸収モジュール１１の両
端に配設される口金１５in，１５out に取り付けられて
いる。
【００２４】そして、円筒状限外濾過膜８の内外に１０
０ｍｍＨｇ程度の膜間圧力差を加えてチャンバ９外を陽
圧にすれば、当該チャンバ９の外側に沿って流れる血漿
成分のうち、尿素，尿酸，クレアチニン等の不要老廃物
や水など分子量数万までの低分子量物質が円筒状限外濾
過膜８を透過して、チャンバ９内に取り込まれる。これ
により、当該チャンバ９の外側に沿って流れる血漿成分
が浄化されると共に血清タンパク質が濃縮される。
０ｍｍＨｇ程度の膜間圧力差を加えてチャンバ９外を陽
圧にすれば、当該チャンバ９の外側に沿って流れる血漿
成分のうち、尿素，尿酸，クレアチニン等の不要老廃物
や水など分子量数万までの低分子量物質が円筒状限外濾
過膜８を透過して、チャンバ９内に取り込まれる。これ
により、当該チャンバ９の外側に沿って流れる血漿成分
が浄化されると共に血清タンパク質が濃縮される。
【００２５】水分再吸収モジュール１１は、その流入口
１１inがケーシング５の他端側に向けて開口形成される
と共に、その流出口１１out がケーシング５外に導出さ
れている。そして、中空糸透析膜１０を１万本程度束
ね、その両端開口部が、流入口１１in及び流出口１１ou
t と連通するように、当該流入口１１in及び流出口１１
outを形成する樹脂製又は金属製の口金１５in，１５out
に取り付けられている。この中空糸透析膜１０として
は、例えば、再生セルロース系の透析膜を内径３００μ
ｍ程度の中空糸状に形成したクプロファン（エンカーグ
ランツスタフ社（ドイツ）の商品名）等が用いられる。
１１inがケーシング５の他端側に向けて開口形成される
と共に、その流出口１１out がケーシング５外に導出さ
れている。そして、中空糸透析膜１０を１万本程度束
ね、その両端開口部が、流入口１１in及び流出口１１ou
t と連通するように、当該流入口１１in及び流出口１１
outを形成する樹脂製又は金属製の口金１５in，１５out
に取り付けられている。この中空糸透析膜１０として
は、例えば、再生セルロース系の透析膜を内径３００μ
ｍ程度の中空糸状に形成したクプロファン（エンカーグ
ランツスタフ社（ドイツ）の商品名）等が用いられる。
【００２６】なお、中空糸透析膜１０は、口金１５in，
１５out に取り付けられた円筒状限外濾過膜８の内側に
配されるので、前記老廃物分離チャンバ９を貫通して設
けられることとなり、中空糸透析膜１０の外側は老廃物
分離チャンバ９に取り込んだ不要老廃物を含む水分で満
たされる。この場合に、個々の中空糸透析膜１０は、口
金１５in，１５out に固定される両端部分のみが接着さ
れ、その中間部分は接着されずに各中空糸透析膜１０の
表面に沿って水分が流れるように形成されている。
１５out に取り付けられた円筒状限外濾過膜８の内側に
配されるので、前記老廃物分離チャンバ９を貫通して設
けられることとなり、中空糸透析膜１０の外側は老廃物
分離チャンバ９に取り込んだ不要老廃物を含む水分で満
たされる。この場合に、個々の中空糸透析膜１０は、口
金１５in，１５out に固定される両端部分のみが接着さ
れ、その中間部分は接着されずに各中空糸透析膜１０の
表面に沿って水分が流れるように形成されている。
【００２７】また、ケーシング５の他端側には、回転円
筒体６の中心寄りに集められた濃縮血漿成分の流れと対
向する位置に、その流れを中心に導いて反転させ、前記
水分再吸収モジュール１１の流入口１１inに導入させる
キャップ状の濃縮血漿導入ガイド１６が配されている。
これにより、濃縮血漿成分が中空糸透析膜１０内を流れ
る間に、老廃物分離チャンバ９内に取り込まれた水分及
び血清電解質が再吸収されることとなる。
筒体６の中心寄りに集められた濃縮血漿成分の流れと対
向する位置に、その流れを中心に導いて反転させ、前記
水分再吸収モジュール１１の流入口１１inに導入させる
キャップ状の濃縮血漿導入ガイド１６が配されている。
これにより、濃縮血漿成分が中空糸透析膜１０内を流れ
る間に、老廃物分離チャンバ９内に取り込まれた水分及
び血清電解質が再吸収されることとなる。
【００２８】そして、ケーシング５に形成された血球成
分取出口５out と、水分再吸収モジュール１１の流出口
１１out が、前記ミキサー３に接続され、これらが混合
されて体外循環系４を介して体内に戻されるように成さ
れている。
分取出口５out と、水分再吸収モジュール１１の流出口
１１out が、前記ミキサー３に接続され、これらが混合
されて体外循環系４を介して体内に戻されるように成さ
れている。
【００２９】以上が本発明の一例構成であって、次にそ
の作用を説明する。体内から毎分１５０ｃｃの血液を取
り出して、体外循環系４を介して人工腎臓１の血液浄化
装置２に取り入れ、遠心分離器７で毎分１１０ｃｃの血
球成分と毎分４０ｃｃの血漿成分に分離し、その血漿成
分から毎分２０〜３６ｃｃの水分，血清電解質及び不要
老廃物を老廃物分離チャンバ９内に取り込むことによっ
て血中のアルブミン濃度を５〜１０倍に濃縮し、得られ
た毎分２０〜４ｃｃの濃縮血漿成分を水分再吸収モジュ
ール１１に導入して、除去した水分と略同量の水分を血
清電解質と共に再吸収させる場合について説明する。
の作用を説明する。体内から毎分１５０ｃｃの血液を取
り出して、体外循環系４を介して人工腎臓１の血液浄化
装置２に取り入れ、遠心分離器７で毎分１１０ｃｃの血
球成分と毎分４０ｃｃの血漿成分に分離し、その血漿成
分から毎分２０〜３６ｃｃの水分，血清電解質及び不要
老廃物を老廃物分離チャンバ９内に取り込むことによっ
て血中のアルブミン濃度を５〜１０倍に濃縮し、得られ
た毎分２０〜４ｃｃの濃縮血漿成分を水分再吸収モジュ
ール１１に導入して、除去した水分と略同量の水分を血
清電解質と共に再吸収させる場合について説明する。
【００３０】通常、慢性透析患者の血液のヘマトクリッ
ト値は２５〜３０％に維持されているが、遠心分離器７
にかけられると、回転円筒体６の外周寄りに集められた
毎分１１０ｃｃの血球成分はヘマトクリット値が４０％
程度にまで濃縮されて、血球成分取出口５out からミキ
サー３に供給される。
ト値は２５〜３０％に維持されているが、遠心分離器７
にかけられると、回転円筒体６の外周寄りに集められた
毎分１１０ｃｃの血球成分はヘマトクリット値が４０％
程度にまで濃縮されて、血球成分取出口５out からミキ
サー３に供給される。
【００３１】また、回転円筒体６の中心寄りには毎分４
０ｃｃの血漿成分が集められて、老廃物分離チャンバ９
の円筒状限外濾過膜８に沿って流れる。このとき、その
血漿成分中の尿素，尿酸，クレアチニン等の不要老廃
物，水分及び血清電解質が毎分２０〜３６ｃｃ程度の水
分と共に老廃物分離チャンバ９内に取り込まれて浄化さ
れると共に、血清タンパク質が濃縮された毎分２０〜４
ｃｃの血漿成分がケーシング５の他端側に達することと
なる。
０ｃｃの血漿成分が集められて、老廃物分離チャンバ９
の円筒状限外濾過膜８に沿って流れる。このとき、その
血漿成分中の尿素，尿酸，クレアチニン等の不要老廃
物，水分及び血清電解質が毎分２０〜３６ｃｃ程度の水
分と共に老廃物分離チャンバ９内に取り込まれて浄化さ
れると共に、血清タンパク質が濃縮された毎分２０〜４
ｃｃの血漿成分がケーシング５の他端側に達することと
なる。
【００３２】現在市販されている限外濾過膜の除水能力
は１００ｃｃ／mmHg・hr・ｍ2 程度であり、老廃物分離
チャンバ９の内外に１００mmHgの膜間圧力差を加えて、
アルブミンを１０倍に濃縮する（３６ｃｃの水分を除水
する）場合、円筒状限外濾過膜８の有効膜面積Ｓ1 は、 ３６＝１００×１００×Ｓ1 ／６０ より、Ｓ1 ≒０．２ｍ2 となり、例えば、直径１０ｃ
ｍ、長さ３０ｃｍ程度の円筒状限外濾過膜８を使用すれ
ば足りる。
は１００ｃｃ／mmHg・hr・ｍ2 程度であり、老廃物分離
チャンバ９の内外に１００mmHgの膜間圧力差を加えて、
アルブミンを１０倍に濃縮する（３６ｃｃの水分を除水
する）場合、円筒状限外濾過膜８の有効膜面積Ｓ1 は、 ３６＝１００×１００×Ｓ1 ／６０ より、Ｓ1 ≒０．２ｍ2 となり、例えば、直径１０ｃ
ｍ、長さ３０ｃｍ程度の円筒状限外濾過膜８を使用すれ
ば足りる。
【００３３】なお、後述するように水分再吸収モジュー
ル１１ではアルブミンの濃度差を利用して水分を吸収さ
せることとしており、この場合に、アルブミンの濃縮率
は５倍程度で十分と考えられる。しかし、アルブミンを
濃縮する際に、円筒状限外濾過膜８の表面にプロテイン
ケーキを作り、除水効果を低下させるので、０．２ｍ2
程度の面積を採用する方が好ましい。
ル１１ではアルブミンの濃度差を利用して水分を吸収さ
せることとしており、この場合に、アルブミンの濃縮率
は５倍程度で十分と考えられる。しかし、アルブミンを
濃縮する際に、円筒状限外濾過膜８の表面にプロテイン
ケーキを作り、除水効果を低下させるので、０．２ｍ2
程度の面積を採用する方が好ましい。
【００３４】これにより、血漿成分は、その血清タンパ
ク質であるアルブミンが５〜１０倍程度に濃縮されて、
濃縮血漿導入ガイド１６により、水分再吸収モジュール
１１の中空糸透析膜１０内に導入される。
ク質であるアルブミンが５〜１０倍程度に濃縮されて、
濃縮血漿導入ガイド１６により、水分再吸収モジュール
１１の中空糸透析膜１０内に導入される。
【００３５】この中空糸透析膜１０は、正常な血中アル
ブミン濃度（４ｇ／ｄｌ）程度で吸水する場合には、膠
質浸透圧として２５mmHg程度の膜間圧力差と等価な吸水
能を持つが、アルブミン濃度が通常の５倍（20ｇ／ｄ
ｌ）程度にまで濃縮されているとすると１２５mmHg程度
（１０倍で２５０mmHg程度）の膜間圧力差と等価な吸水
能を持つと考えられる。
ブミン濃度（４ｇ／ｄｌ）程度で吸水する場合には、膠
質浸透圧として２５mmHg程度の膜間圧力差と等価な吸水
能を持つが、アルブミン濃度が通常の５倍（20ｇ／ｄ
ｌ）程度にまで濃縮されているとすると１２５mmHg程度
（１０倍で２５０mmHg程度）の膜間圧力差と等価な吸水
能を持つと考えられる。
【００３６】中空糸透析膜１０の限外膜能力は、２ｃｃ
／mmHg・hr・ｍ2 程度であるところから、毎分３６ｃｃ
の吸水をアルブミンの濃度差のみで行わせる場合の中空
糸透析膜１０の有効膜面積Ｓ2 は、 ３６＝２×１２５×Ｓ2 ／６０ より、Ｓ2 ≒０．１３ｍ2 あれば足りることになる。
／mmHg・hr・ｍ2 程度であるところから、毎分３６ｃｃ
の吸水をアルブミンの濃度差のみで行わせる場合の中空
糸透析膜１０の有効膜面積Ｓ2 は、 ３６＝２×１２５×Ｓ2 ／６０ より、Ｓ2 ≒０．１３ｍ2 あれば足りることになる。
【００３７】中空糸透析膜１０として、内径３００μ
ｍ，長さ３０ｃｍのものを１万本束ねて使用することを
考えると、その有効膜面積Ｓ2'は、 Ｓ2'＝π×0.03×３０×10000 ＝２．８ｍ2 であるから、十分に足りる。
ｍ，長さ３０ｃｍのものを１万本束ねて使用することを
考えると、その有効膜面積Ｓ2'は、 Ｓ2'＝π×0.03×３０×10000 ＝２．８ｍ2 であるから、十分に足りる。
【００３８】この中空糸透析膜１０は、尿素，尿酸，ク
レアチニンなどの小分子物質のふるい係数（Sieving Co
efficient)が小さいことから、この中空糸透析膜１０内
に濃縮血漿成分を流すと、老廃物分離チャンバ９に取り
込んだ水分，不要老廃物及び血清電解質から、水分及び
血清電解質のみが中空糸透析膜１０を透過して再吸収さ
れ、これにより、濃縮血漿成分のアルブミン濃度が元の
濃度まで薄められる。
レアチニンなどの小分子物質のふるい係数（Sieving Co
efficient)が小さいことから、この中空糸透析膜１０内
に濃縮血漿成分を流すと、老廃物分離チャンバ９に取り
込んだ水分，不要老廃物及び血清電解質から、水分及び
血清電解質のみが中空糸透析膜１０を透過して再吸収さ
れ、これにより、濃縮血漿成分のアルブミン濃度が元の
濃度まで薄められる。
【００３９】また、尿素，尿酸，クレアチニンなどの不
要老廃物が老廃物分離チャンバ９に残留するので、水分
再吸収モジュール１１と一体に形成された老廃物分離チ
ャンバ９は使い捨てにするのが好ましい。
要老廃物が老廃物分離チャンバ９に残留するので、水分
再吸収モジュール１１と一体に形成された老廃物分離チ
ャンバ９は使い捨てにするのが好ましい。
【００４０】これにより、浄化された血漿成分が毎分４
０ｃｃずつ水分再吸収モジュール１１の流出口１１out
からミキサー３に送給され、前記血球成分取出口５out
から送給された１１０ｃｃの血球成分と共に混合され
て、毎分１５０ｃｃの血液が浄化されて体外循環系４を
介して体内に戻される。
０ｃｃずつ水分再吸収モジュール１１の流出口１１out
からミキサー３に送給され、前記血球成分取出口５out
から送給された１１０ｃｃの血球成分と共に混合され
て、毎分１５０ｃｃの血液が浄化されて体外循環系４を
介して体内に戻される。
【００４１】このように、本例の人工腎臓１は生体腎と
同様に、血液に含まれる尿素，尿酸，クレアチニンなど
の不要老廃物のみを除去して、水分と血清電解質のほと
んどを再吸収するようにしているので、透析液，補充
液，血漿製剤などの一切の薬液を必要とせず、したがっ
て、これらの供給条件を決定するためのモニタや、流量
制御を行うコントローラが不要になり、装置が小型で構
造も簡単になる。
同様に、血液に含まれる尿素，尿酸，クレアチニンなど
の不要老廃物のみを除去して、水分と血清電解質のほと
んどを再吸収するようにしているので、透析液，補充
液，血漿製剤などの一切の薬液を必要とせず、したがっ
て、これらの供給条件を決定するためのモニタや、流量
制御を行うコントローラが不要になり、装置が小型で構
造も簡単になる。
【００４２】また、面倒な薬液の取扱いが不要であり、
装置自体の操作も簡単なので、従来専門病院に通院しな
ければ透析等による血液浄化を行うことができなかった
腎機能障害患者でも、家庭や旅行先で、しかも、就寝中
の時間を利用して血液浄化を行うことができる。
装置自体の操作も簡単なので、従来専門病院に通院しな
ければ透析等による血液浄化を行うことができなかった
腎機能障害患者でも、家庭や旅行先で、しかも、就寝中
の時間を利用して血液浄化を行うことができる。
【００４３】なお、上述した説明では、遠心分離器７の
回転円筒体６と、円筒状現在濾過膜８で形成された老廃
物分離チャンバ９と、中空糸透析膜１０で形成された水
分再吸収モジュール１１を同心的に配する場合について
説明したが、血液浄化に支障のない範囲であれば、遠心
分離器７内に老廃物分離チャンバ９が形成され、さらに
その内部に、水分再吸収モジュール１１が配されている
という程度の同心性があれば足りる。
回転円筒体６と、円筒状現在濾過膜８で形成された老廃
物分離チャンバ９と、中空糸透析膜１０で形成された水
分再吸収モジュール１１を同心的に配する場合について
説明したが、血液浄化に支障のない範囲であれば、遠心
分離器７内に老廃物分離チャンバ９が形成され、さらに
その内部に、水分再吸収モジュール１１が配されている
という程度の同心性があれば足りる。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、生
体腎と同様に一切の薬液を必要とせず、また、小型で構
造が簡単で、家庭でも旅行先でも就寝時間を利用して血
液浄化を行うことができるので、透析等によリ血液浄化
を行う時間的拘束から開放されるという大変優れた効果
がある。
体腎と同様に一切の薬液を必要とせず、また、小型で構
造が簡単で、家庭でも旅行先でも就寝時間を利用して血
液浄化を行うことができるので、透析等によリ血液浄化
を行う時間的拘束から開放されるという大変優れた効果
がある。
【図１】本発明に係る人工腎臓を示す説明図。
１・・・人工腎臓 ２・・・血液浄化
装置 ３・・・ミキサー ４・・・体外循環
系 ５・・・ケーシング ５in・・・血液取
入口 ５out ・・血球成分取出口 ６・・・回転円筒
体 ７・・・遠心分離器 ８・・・円筒状限
外濾過膜 ９・・・老廃物分離チャンバ １０・・・中空糸透
析膜 １１・・・水分再吸収モジュール １２・・・駆動装
置 １６・・・濃縮血漿導入ガイド
装置 ３・・・ミキサー ４・・・体外循環
系 ５・・・ケーシング ５in・・・血液取
入口 ５out ・・血球成分取出口 ６・・・回転円筒
体 ７・・・遠心分離器 ８・・・円筒状限
外濾過膜 ９・・・老廃物分離チャンバ １０・・・中空糸透
析膜 １１・・・水分再吸収モジュール １２・・・駆動装
置 １６・・・濃縮血漿導入ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｄ 63/02 Ｂ０１Ｄ 63/02 63/06 63/06 63/16 63/16 (56)参考文献 特開 平１−310667（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−313587（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−245195（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299132（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−394（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−502093（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−503941（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61M 1/02 - 1/36 B01D 61/14 - 61/24 B01D 63/02 - 63/06
Claims (4)
- 【請求項１】体内から取り入れた血液を浄化して体内に
還流させる人工腎臓（１）に使用される血液浄化装置で
あって、一端側に血液取入口（５in）が形成されると共
に、他端側に血球成分取出口（５out ）が形成されたケ
ーシング（５）に、血液に遠心力を作用させて血球成分
と血漿成分とを分離する回転円筒体（６）を備えた遠心
分離器（７）と、その中心寄りに集められた血漿成分か
ら水分、血清電解質及び不要老廃物を取り込む円筒状限
外濾過膜（８）で形成された老廃物分離チャンバ（９）
と、前記円筒状限外濾過膜（８）により水分、血清電解
質及び不要老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させ
て前記分離チャンバ（９）内に取り込んだ前記水分及び
血清電解質を再吸収させる中空糸透析膜（10）で形成さ
れた水分再吸収モジュール（11）が、略同心的に配され
たことを特徴とする血液浄化装置。 - 【請求項２】前記水分再吸収モジュール（11）が前記老
廃物分離チャンバ（９）を貫通して配設され、その流入
口（11in）がケーシング（５）の前記他端側に向けて開
口形成されると共に、その流出口(11out) がケーシング
（５）外に導出され、ケーシング（５）の前記他端側
に、前記遠心分離器（７）で中心寄りに集められた前記
濃縮血漿成分の流れと対向する位置に、その流れを反転
させて前記水分再吸収モジュール（11）の流入口（11i
n）に導入する濃縮血漿導入ガイド（16）が配されてな
る請求項１記載の血液浄化装置。 - 【請求項３】前記遠心分離器（７）の回転円筒体（６）
をケーシング（５）外に配設した回転磁石(12b) により
非接触で回転させる駆動装置（12）を備えた請求項１又
は２記載の血液浄化装置。 - 【請求項４】体内から取り入れた血液を浄化して体内に
還流させる人工腎臓であって、血液を流入させて血球成
分と浄化した血漿成分とを取り出す血液浄化装置（２）
とこれら血球成分及び浄化した血漿成分を混合して体内
に戻すミキサー（３）とを備え、前記血液浄化装置
（２）が、一端側に血液取入口（５in）を形成すると共
に、他端側に血球成分取出口（５out)を形成したケーシ
ング（５）に、血液に遠心力を作用させて血球成分と血
漿成分とに分離する回転円筒体（６）を備えた遠心分離
器（７）と、その中心寄りに集められた血漿成分から水
分、血清電解質及び不要老廃物を取り込む円筒状限外濾
過膜（８）で形成された老廃物分離チャンバ（９）と、
前記円筒状限外濾過膜（８）により水分、血清電解質及
び不要老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて前
記分離チャンバ（９）内に取り込んだ前記水分及び血清
電解質を再吸収させる中空糸透析膜（10）で形成された
水分再吸収モジュール（11）とを略同心的に配して形成
されたことを特徴とする人工腎臓。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15357499A JP3229599B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓 |
| PCT/JP2000/003553 WO2000072898A1 (fr) | 1999-06-01 | 2000-06-01 | Appareil de purification du sang et rein artificiel utilisant celui-ci |
| CA002339181A CA2339181A1 (en) | 1999-06-01 | 2000-06-01 | Blood-purifying apparatus and artificial kidney using the same |
| EP00931643A EP1101501A1 (en) | 1999-06-01 | 2000-06-01 | Blood-purifying apparatus and artificial kidney using the same |
| US09/744,808 US6623441B1 (en) | 1999-06-01 | 2000-06-01 | Blood-purifying apparatus and artificial kidney using the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15357499A JP3229599B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓 |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP15357499A Expired - Fee Related JP3229599B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓 |
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| GB2457468B (en) | 2008-02-13 | 2012-11-21 | Probe Scient Ltd | molecular exchange device |
| GB2457469B (en) * | 2008-02-13 | 2012-11-07 | Probe Scient Ltd | Molecular exchange device |
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| WO2017053805A1 (en) | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Labib Mohamed E | Cartridges for hollow fibre membrane-based therapies |
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|---|---|---|---|---|
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| US3994799A (en) * | 1973-04-17 | 1976-11-30 | Yao Shang J | Blood and tissue detoxification apparatus |
| FR2385406A1 (fr) * | 1977-03-28 | 1978-10-27 | Akzo Nv | Rein artificiel |
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| US5549674A (en) * | 1992-03-02 | 1996-08-27 | The Regents Of The University Of Michigan | Methods and compositions of a bioartificial kidney suitable for use in vivo or ex vivo |
| US5284470A (en) * | 1992-11-02 | 1994-02-08 | Beltz Alex D | Wearable, portable, light-weight artificial kidney |
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- 1999-06-01 JP JP15357499A patent/JP3229599B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2000-06-01 WO PCT/JP2000/003553 patent/WO2000072898A1/ja not_active Application Discontinuation
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