JP4024817B2 - 皮膚透過ガス収集装置 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の身体の健康状態を測定する皮膚透過ガス収集装置に関するものである。

従来、人の健康状態を知るための臨床項目としては、血液と人の代謝物（尿、便）が主に用いられてきたが、近年、唾液や呼気ガスも対象になりつつあり、また汗も将来臨床項目として含まれるだろう。これらの呼気ガス、唾液、汗中の成分は、血液の成分に依存しており、その両者の間には量的な相関が認められる。将来これら非侵襲の代謝物が在宅医療や健康管理の方面に利用されるようになるものと思われる。

ところで、かかる皮膚透過ガスによる臨床測定や人の健康状態を調べる測定器は、これまで全く存在していない。これは、皮膚透過ガスの存在自体が想定されていなかったことによる。
なし

上記したように、本発明者らは皮膚透過ガスが、抹消血管の血中成分に依存することを見出した。また、新種の病態を知る上で、皮膚透過ガスが非常に重要であることを見出した。

本発明は、上記状況に鑑みて、非侵襲・非観血による臨床的な情報を得て、在宅医療や健康管理に寄与することができる皮膚透過ガス収集装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕皮膚透過ガス収集装置において、スパイラル形状の溝を有する円筒部材と、この円筒部材の上面に設けられる蓋体と、この蓋体に連結されるガス導入部と、前記蓋体に連結されるガス導出部と、前記円筒部材の溝の空気を密封し、所定の温度に設定する前記円筒部材の封止部材とを備え、前記所定の温度に設定された空気の成分を計測した後に、前記円筒部材の封止部材を外して、前記封止部材を外した円筒部材を被験者の皮膚の表面に密封状態でセットし、皮膚透過ガスを収集することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（Ａ）非侵襲・非観血による臨床的な情報を得て、在宅医療や健康管理に寄与することができる。

（Ｂ）皮膚表面から発散される皮膚透過ガスを簡便に収集し、ガスの種類や量を分析することができる。

（Ｃ）収集ガスを容易に密閉することができ、測定装置への運搬が容易である。

（Ｄ）皮膚に確実に装着することができる。

（Ｅ）円筒部材の内部や環境からのコンタミネーションをあらかじめ測定することができ、より正確に皮膚透過ガスの測定が可能である。

（Ｆ）スパイラル状の流路を設けることにより、皮膚の単位面積あたりの回収ガスの流量を増し、効果的に皮膚透過ガスの回収が可能である。

（Ｇ）装置を小型化することができる。

本発明の皮膚透過ガス収集装置は、スパイラル形状の溝を有する円筒部材と、この円筒部材の上面に設けられる蓋体と、この蓋体に連結されるガス導入部と、前記蓋体に連結されるガス導出部と、前記円筒部材の溝の空気を密封し、所定の温度に設定する前記円筒部材の封止部材とを備え、前記所定の温度に設定された空気の成分を計測した後に、前記円筒部材の封止部材を外して、前記封止部材を外した円筒部材を被験者の皮膚の表面に密封状態でセットし、皮膚透過ガスを収集する。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１参考例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図であり、図１（ａ）はその外観斜視図、図１（ｂ）はその皮膚透過ガスを皮膚透過ガス収集装置の下部槽へ充満させている状態を示す図、図１（ｃ）はその皮膚透過ガスを下部槽から上部槽へ流通させている状態を示す図、図１（ｄ）はその上部槽へ充満された皮膚透過ガスを封じた状態を示す図である。

これらの図において、１は皮膚透過ガス収集装置の容器、１Ａはその容器１内の下部槽、１Ｂはその容器１内の上部槽、２はその容器１内の下部に配置され、中央部に開口２Ａを有する仕切板、３はその仕切板２の開口２Ａを開閉可能な操作部材、４はその操作部材３の上端に設けられる摘まみ、５はその操作部材３のロッド、６はそのロッド５の下端に設けられる弁部材、７は容器１とロッド５間を封止するＯリング、８は容器１に設けられる皮膚透過ガスを排気するための送風口、９は容器１に設けられる皮膚透過ガスの導出口、１０は被験者の皮膚である。

以下、この装置の動作について説明する。

まず、図１（ｂ）に示すように、操作部材３を押し下げて、仕切板２の開口２Ａが弁部材６によって閉じられた状態で、皮膚透過ガス収集装置の容器１を被験者の皮膚１０に押し当て固定する。その状態で被験者の皮膚１０からの皮膚透過ガスを下部槽１Ａに収集する。なお、ここでは、容器１に設けられる皮膚透過ガスを排気するための送風口及び皮膚透過ガスの導出口９は閉じておく。

次に、皮膚透過ガスの収集が終わると、図１（ｃ）に示すように、操作部材３を引き上げて、仕切板２の開口２Ａを開く。すると、下部槽１Ａに収集された皮膚透過ガスが上部槽１Ｂへ流通する。

次に、図１（ｄ）に示すように、操作部材３を再び押し下げることによって、仕切板２の開口２Ａを閉じ、上部槽１Ｂ内に皮膚透過ガスを閉じ込め貯える。

次に、図示しないが、皮膚透過ガスの導出口９を開き、送風口８も開いて、送風口８からの通気により、皮膚透過ガスを追い出してその皮膚透過ガスを測定に供する。

図２は本発明の第２参考例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。

この図において、１１は皮膚透過ガスを貯溜する第１の容器、１２はその容器１１を囲むとともに、空気除去により減圧し皮膚への密着をもたらす第２の容器、１３は第２の容器１２に接続される排気のための排気装置、１４はコック、１５は第１の容器１１に接続されるガス導入装置、１６は第１の容器１１に接続される皮膚透過ガスの導出装置、１７は被験者の皮膚である。

このように、導出装置１６を閉じておきガス導入装置１５を開口してガス（乾燥空気）を第１の容器１１に導入した後、ガス導入装置１５を閉じて、被験者の皮膚１７から皮膚透過ガスを採集する。皮膚透過ガスが採集されたら導出装置１６を開口して皮膚透過ガスを試験用容器（図示なし）に回収する。

その場合、第１の容器１１の被験者の皮膚１６への密着を図るため、容器部分を二重構造にした。具体的には、第１の容器１１の外側に配置した第２の容器１２内を排気装置１３を用いて減圧することにより皮膚への密着を図ることができる。

図３は本発明の第３参考例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図であり、図３（ａ）は指サックとそれに接続される注射器を示す図、図３（ｂ）は指サックを指に装着した状態を示す図、図３（ｃ）はその指サックに注射器により空気を充満した状態を示す図、図３（ｄ）はその空気と皮膚透過ガスを吸入した状態を示す図である。

この図において、２１は指サック（テフロン（登録商標）製のフクロ）、２２は接続具（例えば、コック）、２３は注射器（１００ｍｌ）、２４はストップコック、２５は指サック２２の根本に外側から装着されるゴムまたはクリップ、２６は被験者の指、２７はガス導入装置、２８は空気が充満されて膨らんだ状態の指サックである。

この実施例によれば、以下の３つの方法により、皮膚透過ガスを回収することができる。

〔１〕第１の方法
図３（ａ）に示すように、先端にコック２２を有する指サック２１と、コック２２に接続可能な、ストップコック２４をもった注射器２３を用意し、図３（ｂ）に示すように、指サック２１を指２６に装着する。次に、図３（ｃ）に示すように、ストップコック２４を開口して、コック２２を開口して注射器２３からガス（乾燥空気）を導入し、指サック２１が膨らんだ状態にした後密封しストップコック２４を閉じる。そこで、被験者の指２６から皮膚透過ガスを採集する。皮膚透過ガスを採集できたら、その皮膚透過ガスをストップコック２４を開口して、コック２２を介して注射器２３へ回収する。

〔２〕第２の方法
図３（ａ）に示すように、先端にコック２２を有する指サック２１と、コック２２に接続可能な、ストップコック２４をもった注射器２３を用意し、図３（ｂ）に示すように、指サック２１を指２６に装着する。次いで図３（ｃ）に示すように、ストップコック２４を閉じて、ガス導入装置２７を開いてガス（乾燥空気）を導入し、指サック２１が膨らんだ状態にした後密封し、皮膚透過ガスを採集する。皮膚透過ガスを採集できたら、その皮膚透過ガスを、ストップコック２４を開口してコック２２を介して注射器２３へ回収する。

〔３〕第３の方法
図３（ａ）に示すように、先端にコック２２を有する指サック２１と、コック２２に接続可能な、ストップコック２４をもった注射器２３を用意し、図３（ｂ）に示すように、指サック２１を指２６に装着する。次いで図３（ｃ）に示すように、ストップコック２４を開口して、ガス導入装置２７を開いてガス（乾燥空気）を導入しながら、皮膚透過ガスを注射器２３へ回収する。

また、上記に限定することなく、コック２２からガスを導入して、皮膚透過ガスを収集し、注射器２３へ皮膚透過ガスを回収するようにしたり、ガス導入装置２７からガスを導入して、皮膚透過ガスを収集し、コック２２から回収するなど種々の変形が可能である。

このように構成することにより、身体皮膚表面、ここでは単に指回りの皮膚表面から発散ガスを容易に採集し、回収することができる。

以下、この採取方法による実験例について説明する。

図４は本発明の装置を用いて呼気及び左手人差指より発生するアセトンを比較した図である。

左手人差指より発生するアセトンを採取する際に、アセトンサンプリング開始時刻と同時に呼気も採取し、それぞれのアセトン濃度を比較した結果が図４に示されている。この図を見ると、呼気及び左手人差指より発するアセトンには、正の相関がある。

上記のように、左手人差指より発生するアセトンの採取及び定量において、今回は外気を用いた。これはサンプル採取時指サックに指を入れるときに周囲の空気は必ず指サックに入るということを考慮したものである。

この方法を用いるにあたって、「短い時間（３０分以内）で外気中のアセトン量は変化しない」ということを前提としている。実際には必ずしも一定値を示すわけではないので、そのアセトン量の変化が誤差範囲を越えるようであれば、この方法でアセトンの定量が疑わしくなる。そこで、この問題を改善するには、指の出し入れ時に周囲の空気が中に入り込まない指サック及びサンプル採取方法を採ることが必要である。

図５は本発明の実施例を示す皮膚透過ガス収集装置（サンプリングプローブ）の構成図である。

この図において、３１はスパイラル形状の溝３２を有する円筒部材、３３はその円筒部材３１の上面に設けられる蓋体、３４は蓋体３３に連結されるガス導入部、３５は蓋体３３に連結されるガス導出部、４０は円筒部材３１の溝３２の空気を密封し、所定の温度に設定する円筒部材の封止部材、４１はヒートシンク、４２は密封される空気の温度を設定するペルチェ素子、４３はシリコンシート、４４はテフロン（登録商標）シートであり、その溝３２内の空気を封止する。

ここで、まず、ガス導入部３４から実験室内の空気を導入して円筒部材３１内に封じ込め、ペルチェ素子４２によって導入した空気を所定の温度にした後に、その空気をガス導出部３５から導出してその空気（プローブブランク）の測定を行う。次いで、その状態で円筒部材の封止部材４０に代えて、被験者の皮膚４５に円筒部材３１の底面を接触させて、密封して皮膚透過ガスを円筒部材３１の溝３２内に収集する。その収集された皮膚透過ガスを空気とともにガス導出部３５から導出してその測定を行う。

その測定結果を以下に示す。

表１にその測定結果を示す。

この表から明らかなように、被験者ａの場合、測定器からの空気量は１．８ｎｇ、被験者の皮膚透過ガスであるアセトンを加えた量が４．４ｎｇであり、被験者の皮膚透過表面から放出されたアセトンガスは２．６ｎｇであることが分かる。皮膚のサンプリングはプローブブランクよりいずれの被験者においても高値であった。

なお、５０ｍｌ，２５ｍｌ，１０ｍｌ、の室内空気中のアセトン量はそれぞれ５．８，２．８，１．３ｎｇであった。サンプリングプローブ容積は３．８ｍｌであるため、環境中からのコンタミは０．５ｎｇ以下であった。また、実験室内空気中のアセトン濃度は鉄筋コンクリート建物の室内空気中のアセトン量とほぼ等しかった。

以上から、今回の実験手段でヒト皮膚表面からのアセトン放出量の測定が可能といえる。

図６は本発明の装置を用いて肥満度の指標であるＢＭＩ｛ｂｏｄｙ ｍａｓｓ ｉｎｄｅｘ，体重（ｋｇ）／〔身長（ｍ）〕² ）｝とアセトン放出量の関係を示す図である。

この図から明らかなように、肥満度（ＢＭＩ）とアセトン放出量に正の相関の傾向が見受けられた。

収集されたヒト皮膚表面からのガスは、例えばクロマトグラフにより定量する。

図７は本発明のプローブブランクを左前腕内側にて１分間サンプリングした場合のクロマトグラフの分析結果を示す図である。ここで、図７の上段は本発明の皮膚透過ガス収集装置を用い、左前腕内側にて１０分間のサンプリングを行った場合のクロマトグラフの分析結果を示す図である。図７の下段はプローブブランクのクロマトグラフの分析結果を示す図である。この図から明らかなように、皮膚透過ガス収集装置によるとヒト皮膚表面の皮膚透過ガスの放出は、環境中やプローブのブランクとして存在するよりも多いことがわかる。

図８〜図１１は本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放出との関係を示す図であり、被験者Ａの呼気・左手（牛乳を飲む前、飲んで約４時間後）、被験者Ｂの呼気・左手（牛乳を飲む前、飲んで約４時間後）に関して測定した水素のクロマトグラムを示している。

図８は呼気中の水素のクロマトグラムを示す。クロマトグラムａとｂは被験者Ａが牛乳を飲む前と後である。図８における（ａ）（ｃ）は感度５ｍＶ、また、（ｂ）（ｄ）は感度１００ｍＶである。

図９は左手より１０分間皮膚透過ガスを収集し分析した結果を示す。被験者が牛乳を飲んで約４時間後であり、図９においては感度２ｍＶである。

これらの図からも明らかなように、ヒト皮膚表面からは水素を放出しており、本発明の装置によれば、この水素の検出が可能である。特に、牛乳の摂取とその相関はそれを明確化できることがわかった。

牛乳を飲む前と牛乳を飲んで約４時間後とで水素濃度を比較すると、呼気に関しては、被験者Ａで２から７ｐｐｍ、被験者Ｂで１から９１ｐｐｍまで上昇し、左手から発する水素に関しては、被験者Ａで０．００３から０．０８ｐｐｍ、被験者Ｂで０．０７から０．４１ｐｐｍまで上昇しており、呼気だけでなく左手より発する水素においても牛乳を飲むことによってその発生が促進されることがわかった。さらに、この測定例から呼気中の水素濃度と皮膚より放出される水素濃度には大変良好な相関関係が得られている。

図１０と図１１に呼気と皮膚透過ガスとの間の相関を示した。水素ガスについて明らかな相関が見られ、皮膚透過ガスによる診断が可能であることを示している。

図１２は本発明の第４参考例を示す皮膚透過ガス測定装置の構成図である。

この図において、５０は皮膚透過ガス測定装置、５１は皮膚透過ガス収集槽、５２は循環槽、５３は送風ファン、５４は各種の発色試薬Ａ，Ｂ，Ｃ、５５は被験者の皮膚である。

この図に示すように、皮膚５５上での皮膚透過ガスの採集と同時に、送風ファン５３でその皮膚透過ガスを循環させ、各種の発色試薬５４を通すことにより、特定ガスの検出が可能である。これにより、被験者がその場で結果を知ることができる。

なお、皮膚上に設置したサンプリング−検知システムの情報処理を、図示しないが、組み込んだ演算子により行うようにしても良い。

なお、発汗のＨ₂ Ｏ中へのガスの吸収をさけるため、十分なガスの置換を行う。つまり、サンプリング後のガスの通気による追い出しと、サンプリング中のガスの連続的な追い出しを行いながら補集していくことが重要である。

以下、本発明の用途に関する説明を行う。

皮膚透過ガスと病態について、皮膚透過ガスがアセトンガスの場合は、糖尿病、肥満、自家中毒と関連があり、皮膚透過ガスが水素の場合は、乳糖を分解するための腸内細菌の有無と量的な関係がある。また、皮膚透過ガスがアンモンニアの場合は、尿毒症、肝不全、腹部膿瘍、ピロリ菌と関連がある。このように、本発明による皮膚透過ガスの測定は様々な病態の診断に貢献することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の皮膚透過ガス収集装置は、非侵襲・非観血による臨床的な情報を得て、在宅医療や健康管理に寄与する皮膚透過ガス収集装置として利用可能である。

本発明の第１参考例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 本発明の第２参考例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 本発明の第３参考例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 本発明の装置を用いて呼気及び左手人差指より発生するアセトンを比較した図である。 本発明の実施例を示す皮膚透過ガス収集装置（サンプリングプローブ）の構成図である。 本発明の装置を用いて、肥満度の指標であるＢＭＩとアセトン放出量の関係を示す図である。 本発明のプローブブランクを左前腕内側にて１０分間サンプリングした場合のクロマトグラムを示す図である。 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放出との関係を示す図（その１）である。 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放出との関係を示す図（その２）である。 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放出との関係を示す図（その３）である。 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放出との関係を示す図（その４）である。 本発明の第４参考例を示す皮膚透過ガス測定装置の構成図である。

符号の説明

１ 皮膚透過ガス収集装置の容器
１Ａ 容器内の下部槽
１Ｂ 容器内の上部槽
２ 仕切板
２Ａ 開口
３ 操作部材
４ 摘まみ
５ ロッド
６ 弁部材
７ Ｏリング
８ 皮膚透過ガスの導出部
９，１５，４５，５５ 被験者の皮膚
１１ 皮膚透過ガスを貯溜する第１の容器
１２ 皮膚への密着をもたらす第２の容器
１３ 排気装置
１４ コック
１５ ガス導入装置
１６ 皮膚透過ガスの導出装置
１７，２６ 被験者の指
２１ 指サック
２２ 接続具（コック）
２３ 注射器
２４ ストップコック
２７ ガス導入装置
２８ 空気が充満されて膨らんだ状態の指サック
３１ 円筒部材
３２ スパイラル形状の溝
３３ 蓋体
３４ ガス導入部
３５ ガス導出部
４０ 円筒部材の封止部材
４１ ヒートシンク
４２ ペルチェ素子
４３ シリコンシート
４４ テフロン（登録商標）シート
５０ 皮膚透過ガス測定装置
５１ 皮膚透過ガス収集槽
５２ 循環槽
５３ 送風ファン
５４ 各種の発色試薬Ａ，Ｂ，Ｃ

Claims (1)

1. （ａ）スパイラル形状の溝を有する円筒部材と、
   （ｂ）該円筒部材の上面に設けられる蓋体と、
   （ｃ）該蓋体に連結されるガス導入部と、
   （ｄ）前記蓋体に連結されるガス導出部と、
   （ｅ）前記円筒部材の溝の空気を密封し、所定の温度に設定する前記円筒部材の封止部材とを備え、
   （ｆ）前記所定の温度に設定された空気の成分を計測した後に、前記円筒部材の封止部材を外して、前記封止部材を外した円筒部材を被験者の皮膚の表面に密封状態でセットし、皮膚透過ガスを収集することを特徴とする皮膚透過ガス収集装置。

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