JP4258908B2 - 人工肺装置 - Google Patents
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- A—HUMAN NECESSITIES
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- A61M1/3621—Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3623—Means for actively controlling temperature of blood
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体外循環において、酸素を付加して二酸化炭素を除去するための人工心肺装置、さらに詳しくは、一酸化窒素の同時吹送に適した人工心肺装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一酸化窒素の血管拡張作用を利用し、肺高血圧症に対し一酸化窒素吸入療法が適用されており、開心術の際の体外循環へ適用することにより、抹消血管の循環動態の改善効果、および血小板活性化の抑制効果が期待されている。しかしながら、一般的に開心術の際には、患者の心機能と肺機能とを代行させる人工心肺装置を使用して体外循環を行なっているため、患者の肺での換気を利用した一酸化窒素吸入療法は実施できない。そこで、人工肺装置による体外循環中に一酸化窒素吸入療法を適用する場合、血液の酸素化に使用する人工肺とは別に、一酸化窒素付加用のデバイス（人工肺）を追加して行なうか、又は、血液の酸素化に使用する人工肺に対して、酸素含有ガスと一酸化窒素とを混合吹送する方法が考えられる
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、下記の問題点がある。
（１）上記複数の人工肺を用いる場合、人工肺が高価であるため、コストが高くなる。また、体外循環回路が複雑となり、手技操作が煩雑となる。さらには、体外循環回路全体の血液充填量が増加する。
（２）酸素含有ガスと一酸化窒素とを混合吹送する場合、一酸化窒素の酸化により人工肺内部で二酸化窒素が生成されるため、一酸化窒素の吹送によって期待される効果が低減される問題がある。また、二酸化窒素が血液中のヘモグロビンと結合するとメトヘモグロビンが産生され、チアノーゼを引き起こすおそれがある。
（３）さらには、混合吹送される窒素が比較的高濃度であるため、一酸化窒素の一部が酸化されて二酸化窒素を生成してしまい、人工肺装置の気体流出口から二酸化窒素含有余剰ガス手術室内に放出されると、手術室内の人体の下部気道に侵入し、閉塞性気管支炎、細気管支炎、肺気腫等を引き起こす問題がある。また、二酸化窒素は大気中の水分と反応し易く、容易に亜硝酸または硝酸となるため、手術室内の人の健康を害する恐れがあるほか、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
そこで、本発明は、酸素および一酸化窒素が吹送される人工肺装置内において、二酸化窒素を発生させない、即ち、酸素と一酸化窒素とが混合されることのない人工肺装置を提供することを目的とする。
【０００５】
すなわち、本発明にかかる人工肺装置は、血液流入口、血液流出口、酸素付加域および一酸化窒素付加域を少なくとも備えたチャンバーを有する人工肺装置において、酸素付加域と一酸化窒素付加域とは、流入する血液に対して直列に配置されており、酸素付加域は、酸素がチャンバー内に流入する第一気体流入口と酸素付加手段としての中空糸束、および酸素をチャンバー外に放出する第一気体流出口を備え、一酸化窒素付加域は、一酸化窒素がチャンバー内に流入する第二気体流入口と一酸化窒素付加手段としての中空糸束、および一酸化窒素をチャンバー外に放出する第二気体流出口を備え、酸素付加手段としての中空糸束および一酸化窒素付加手段としての中空糸束は、その両端がそれぞれ固定部材によってチャンバー内に固定され、該固定部材と第一気体流入口および第二気体流入口との間に形成された気体空間には、酸素付加域側の気体空間と一酸化窒素付加手段側の気体空間とを気密に仕切る隔壁が設けられ、該固定部材と第一気体流出口および第二気体流出口との間に形成された気体空間には、酸素付加域側の気体空間と一酸化窒素付加手段側の気体空間とを気密に仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
かかる構成により、酸素および一酸化窒素は、それぞれ各気体流入口から流入し、チャンバーの各域を経て、血液中に溶解されなかった余剰酸素、余剰一酸化窒素が各気体流出口から放出されるので、人工肺装置のいずれの箇所においても、一酸化窒素と酸素が混合されることがない。したがって、二酸化窒素が生成されることもなく、一酸化窒素の同時吹送により期待される、抹消血管の循環動態の改善効果、および血小板活性化の抑制効果が低減される問題もない。また、二酸化窒素を、大気中へ放出させることもないので、手術室内の人の健康を害する恐れもなく、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼすこともない。
【０００９】
前記ガス交換膜は、中空糸膜を筒状に束ねたもの、簾状に編んだ中空糸膜編物を複数積み重ねて多重層としたもの、あるいは中空糸編物をロール状に巻いたもの等のいずれの形態でチャンバー内に内蔵されるものであっても良い。しかしながら、これらに限定されるものではなく、既存の膜型人工肺のガス交換膜として用いられるもののいずれであっても良い。
【００１２】
また、本発明にかかる人工肺装置は、酸素付加域と一酸化窒素付加域とが、流入する血液に対して直列に配置される。この時、両域間に、血液流通可能な血液流通路が形成される。また、チャンバー内に気体空間が形成されており、両域の気体空間は、相互に気密に仕切られている。気体中ではガスの拡散が著しく早く、酸素と一酸化窒素が容易に混合されるからである。一方血液が充填される液体空間では、血液に溶解した酸素と一酸化窒素とが容易に混合されることがないため、両域は厳格に分けられる必要はない。しかしながら、前記記載は、チャンバー内の液体空間を各域に仕切る手段を設けることを妨げるものではなく、域間の血液流通路を有した隔壁を酸素付加域と一酸化窒素付加域間に設けても良い。血液流通路は、充分な流量が確保される１つの開口であってもいいし、隔壁に複数の開口を散点状に設け、該開口の総和により充分な血液流量が確保されるものであっても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる人工肺装置について、図１〜図２を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態にかかる人工肺装置の断面図であり、中空糸膜型人工肺装置の例である。図１において、２１は血液流入口、２２は血液流出口、５はチャンバーを示す、チャンバー５は、酸素付加手段としての中空糸束６１を内蔵する酸素付加域３と、一酸化窒素付加手段としての中空糸束６２を内蔵する一酸化窒素付加域４が形成されており、各域にはそれぞれ気体流入口３１、４１および気体流出口３２，４２が設けられている。
【００１５】
前記中空糸束６１，６２の両端部は、概ね長方体形状のチャンバー５の長手方向両端部に、固定部材７によって固定されている。固定部材７と、気体流入口３１，４１および気体流出口３２，４２との間に気体空間３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが形成されており、前記気体空間には、３ａと４ａ、３ｂと４ｂとをそれぞれ気密に仕切る隔壁８１，８２が設けられている。気体中では、ガスの拡散が著しく速く、酸素と一酸化窒素が容易に混合されるからである。
【００１６】
一方、使用時に血液が流入するチャンバー内の液体空間では、中空糸束６１、６２を相互に離してチャンバー内に固定することによって、酸素付加域と一酸化窒素付加域とに分けている。血液に一旦溶解した酸素と一酸化窒素は容易に混合することはないため、各域を厳格に分ける必要がないからである。しかしながら、前記記載は、チャンバー内の液体空間に各域に仕切る手段を設けることを妨げるものではなく、域間の血液流通路を有した隔壁を酸素付加域と一酸化窒素付加域間に設けても良い。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施形態にかかる人工肺装置の断面図である。本実施の形態においては、チャンバー内の液体空間を、複数の血液流通口１０を散点状に設けた隔壁８によって、酸素付加域３と一酸化窒素付加域４とに分けており、充分な血液流量が、血液流通口１０の総和によって確保されるようになっている。しかしながら、前記隔壁はこれらに限定されるものではなく、例えば、充分な流量が確保される１つの血液流通口を設けたものであってもよい。
【００２１】
図１〜図２に示す本発明の実施態様にかかる人工肺装置は、固定部材７によって固定された中空意図の両端部端面が開口しており、気体流入口３１から酸素が、気体流入口４１から一酸化窒素が流入する。チャンバー内に流入した酸素、一酸化窒素は、それぞれ酸素付加域、一酸化窒素付加域に内蔵された中空糸内へ流入し、中空糸外側にある血液と膜面を介してガス交換され、血液に溶解されなかった余剰酸素、余剰一酸化窒素が、それぞれ気体流出口３２、４２から大気中に放出される。すなわち、酸素および一酸化窒素は、各域内に分かれて吹送されるので、人工肺装置のいずれの箇所においても、一酸化窒素と酸素が混合されることなく、二酸化窒素を生成することもない。したがって、一酸化窒素の吹送により期待される（１）末梢血循環の改善、および（２）ガス交換膜への血小板粘着防止の効果を低減させる問題もない。また、二酸化窒素を、大気中へ放出させることもないので、手術室内の人の健康を害する恐れもなく、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼすこともない。
【００２２】
また、図１〜図２に示す本発明の実施形態にかかる人工肺装置は、いずれも、中空糸の内側へ酸素あるいは一酸化窒素を吹送し、膜面を介して中空糸の外側の血液に酸素付加、あるいは一酸化窒素付加を行うものであるが、中空糸の外側に酸素あるいは一酸化窒素を吹送し、膜面を介して中空糸の内側の血液とガス交換を行うものであってもよい。
【００２９】
また、図１〜図２に示す本発明の実施形態にかかる人工肺装置は、いずれも、血液が酸素付加域から一酸化窒素付加域の順で流入する形態であるが、一酸化窒素付加域から酸素付加域の順で流入する形態であっても良い。また、本発明の人工肺装置は、チャンバー５が、酸素付加域、一酸化窒素付加域に加えてさらに血液の温度を必要に応じて上昇または降下させうる熱交換器、脱血した血液を一時的に貯留するための貯血槽等を備えるものであっても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる人工肺装置によれば、供給される酸素および一酸化窒素は各気体流入口からチャンバー内の各域に流入し、各気体流出口から大気中に放出され、人工肺装置内のいずれに箇所においても二酸化窒素を発生することがないので、一酸化窒素吹送によって期待される効果、即ち、▲１▼一酸化窒素による抹消血の循環状態の改善および、▲２▼血小板活性の抑制効果が低減される問題もない。
【００３１】
また、二酸化窒素が大気中に放出されることもないので、手術室内の人の健康を害する恐れもなく、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる人工肺装置の一実施例の断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる人工肺装置の断面図である。
【符号の説明】
２１ 血液流入口
２２ 血液流出口
３ 酸素付加域
３ａ 気体空間
３ｂ 気体空間
３１ 気体流入口
３２ 気体流出口
４ 一酸化窒素付加域
４ａ 気体空間
４ｂ 気体空間
４１ 気体流入口
４２ 気体流出口
５ チャンバー
６１ 中空糸束
６２ 中空糸束
７ 固定部材
８ 隔壁
８１ 隔壁
８２ 隔壁
１０ 血液流通口
【発明の属する技術分野】
本発明は、体外循環において、酸素を付加して二酸化炭素を除去するための人工心肺装置、さらに詳しくは、一酸化窒素の同時吹送に適した人工心肺装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一酸化窒素の血管拡張作用を利用し、肺高血圧症に対し一酸化窒素吸入療法が適用されており、開心術の際の体外循環へ適用することにより、抹消血管の循環動態の改善効果、および血小板活性化の抑制効果が期待されている。しかしながら、一般的に開心術の際には、患者の心機能と肺機能とを代行させる人工心肺装置を使用して体外循環を行なっているため、患者の肺での換気を利用した一酸化窒素吸入療法は実施できない。そこで、人工肺装置による体外循環中に一酸化窒素吸入療法を適用する場合、血液の酸素化に使用する人工肺とは別に、一酸化窒素付加用のデバイス（人工肺）を追加して行なうか、又は、血液の酸素化に使用する人工肺に対して、酸素含有ガスと一酸化窒素とを混合吹送する方法が考えられる
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、下記の問題点がある。
（１）上記複数の人工肺を用いる場合、人工肺が高価であるため、コストが高くなる。また、体外循環回路が複雑となり、手技操作が煩雑となる。さらには、体外循環回路全体の血液充填量が増加する。
（２）酸素含有ガスと一酸化窒素とを混合吹送する場合、一酸化窒素の酸化により人工肺内部で二酸化窒素が生成されるため、一酸化窒素の吹送によって期待される効果が低減される問題がある。また、二酸化窒素が血液中のヘモグロビンと結合するとメトヘモグロビンが産生され、チアノーゼを引き起こすおそれがある。
（３）さらには、混合吹送される窒素が比較的高濃度であるため、一酸化窒素の一部が酸化されて二酸化窒素を生成してしまい、人工肺装置の気体流出口から二酸化窒素含有余剰ガス手術室内に放出されると、手術室内の人体の下部気道に侵入し、閉塞性気管支炎、細気管支炎、肺気腫等を引き起こす問題がある。また、二酸化窒素は大気中の水分と反応し易く、容易に亜硝酸または硝酸となるため、手術室内の人の健康を害する恐れがあるほか、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
そこで、本発明は、酸素および一酸化窒素が吹送される人工肺装置内において、二酸化窒素を発生させない、即ち、酸素と一酸化窒素とが混合されることのない人工肺装置を提供することを目的とする。
【０００５】
すなわち、本発明にかかる人工肺装置は、血液流入口、血液流出口、酸素付加域および一酸化窒素付加域を少なくとも備えたチャンバーを有する人工肺装置において、酸素付加域と一酸化窒素付加域とは、流入する血液に対して直列に配置されており、酸素付加域は、酸素がチャンバー内に流入する第一気体流入口と酸素付加手段としての中空糸束、および酸素をチャンバー外に放出する第一気体流出口を備え、一酸化窒素付加域は、一酸化窒素がチャンバー内に流入する第二気体流入口と一酸化窒素付加手段としての中空糸束、および一酸化窒素をチャンバー外に放出する第二気体流出口を備え、酸素付加手段としての中空糸束および一酸化窒素付加手段としての中空糸束は、その両端がそれぞれ固定部材によってチャンバー内に固定され、該固定部材と第一気体流入口および第二気体流入口との間に形成された気体空間には、酸素付加域側の気体空間と一酸化窒素付加手段側の気体空間とを気密に仕切る隔壁が設けられ、該固定部材と第一気体流出口および第二気体流出口との間に形成された気体空間には、酸素付加域側の気体空間と一酸化窒素付加手段側の気体空間とを気密に仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
かかる構成により、酸素および一酸化窒素は、それぞれ各気体流入口から流入し、チャンバーの各域を経て、血液中に溶解されなかった余剰酸素、余剰一酸化窒素が各気体流出口から放出されるので、人工肺装置のいずれの箇所においても、一酸化窒素と酸素が混合されることがない。したがって、二酸化窒素が生成されることもなく、一酸化窒素の同時吹送により期待される、抹消血管の循環動態の改善効果、および血小板活性化の抑制効果が低減される問題もない。また、二酸化窒素を、大気中へ放出させることもないので、手術室内の人の健康を害する恐れもなく、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼすこともない。
【０００９】
前記ガス交換膜は、中空糸膜を筒状に束ねたもの、簾状に編んだ中空糸膜編物を複数積み重ねて多重層としたもの、あるいは中空糸編物をロール状に巻いたもの等のいずれの形態でチャンバー内に内蔵されるものであっても良い。しかしながら、これらに限定されるものではなく、既存の膜型人工肺のガス交換膜として用いられるもののいずれであっても良い。
【００１２】
また、本発明にかかる人工肺装置は、酸素付加域と一酸化窒素付加域とが、流入する血液に対して直列に配置される。この時、両域間に、血液流通可能な血液流通路が形成される。また、チャンバー内に気体空間が形成されており、両域の気体空間は、相互に気密に仕切られている。気体中ではガスの拡散が著しく早く、酸素と一酸化窒素が容易に混合されるからである。一方血液が充填される液体空間では、血液に溶解した酸素と一酸化窒素とが容易に混合されることがないため、両域は厳格に分けられる必要はない。しかしながら、前記記載は、チャンバー内の液体空間を各域に仕切る手段を設けることを妨げるものではなく、域間の血液流通路を有した隔壁を酸素付加域と一酸化窒素付加域間に設けても良い。血液流通路は、充分な流量が確保される１つの開口であってもいいし、隔壁に複数の開口を散点状に設け、該開口の総和により充分な血液流量が確保されるものであっても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる人工肺装置について、図１〜図２を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態にかかる人工肺装置の断面図であり、中空糸膜型人工肺装置の例である。図１において、２１は血液流入口、２２は血液流出口、５はチャンバーを示す、チャンバー５は、酸素付加手段としての中空糸束６１を内蔵する酸素付加域３と、一酸化窒素付加手段としての中空糸束６２を内蔵する一酸化窒素付加域４が形成されており、各域にはそれぞれ気体流入口３１、４１および気体流出口３２，４２が設けられている。
【００１５】
前記中空糸束６１，６２の両端部は、概ね長方体形状のチャンバー５の長手方向両端部に、固定部材７によって固定されている。固定部材７と、気体流入口３１，４１および気体流出口３２，４２との間に気体空間３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが形成されており、前記気体空間には、３ａと４ａ、３ｂと４ｂとをそれぞれ気密に仕切る隔壁８１，８２が設けられている。気体中では、ガスの拡散が著しく速く、酸素と一酸化窒素が容易に混合されるからである。
【００１６】
一方、使用時に血液が流入するチャンバー内の液体空間では、中空糸束６１、６２を相互に離してチャンバー内に固定することによって、酸素付加域と一酸化窒素付加域とに分けている。血液に一旦溶解した酸素と一酸化窒素は容易に混合することはないため、各域を厳格に分ける必要がないからである。しかしながら、前記記載は、チャンバー内の液体空間に各域に仕切る手段を設けることを妨げるものではなく、域間の血液流通路を有した隔壁を酸素付加域と一酸化窒素付加域間に設けても良い。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施形態にかかる人工肺装置の断面図である。本実施の形態においては、チャンバー内の液体空間を、複数の血液流通口１０を散点状に設けた隔壁８によって、酸素付加域３と一酸化窒素付加域４とに分けており、充分な血液流量が、血液流通口１０の総和によって確保されるようになっている。しかしながら、前記隔壁はこれらに限定されるものではなく、例えば、充分な流量が確保される１つの血液流通口を設けたものであってもよい。
【００２１】
図１〜図２に示す本発明の実施態様にかかる人工肺装置は、固定部材７によって固定された中空意図の両端部端面が開口しており、気体流入口３１から酸素が、気体流入口４１から一酸化窒素が流入する。チャンバー内に流入した酸素、一酸化窒素は、それぞれ酸素付加域、一酸化窒素付加域に内蔵された中空糸内へ流入し、中空糸外側にある血液と膜面を介してガス交換され、血液に溶解されなかった余剰酸素、余剰一酸化窒素が、それぞれ気体流出口３２、４２から大気中に放出される。すなわち、酸素および一酸化窒素は、各域内に分かれて吹送されるので、人工肺装置のいずれの箇所においても、一酸化窒素と酸素が混合されることなく、二酸化窒素を生成することもない。したがって、一酸化窒素の吹送により期待される（１）末梢血循環の改善、および（２）ガス交換膜への血小板粘着防止の効果を低減させる問題もない。また、二酸化窒素を、大気中へ放出させることもないので、手術室内の人の健康を害する恐れもなく、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼすこともない。
【００２２】
また、図１〜図２に示す本発明の実施形態にかかる人工肺装置は、いずれも、中空糸の内側へ酸素あるいは一酸化窒素を吹送し、膜面を介して中空糸の外側の血液に酸素付加、あるいは一酸化窒素付加を行うものであるが、中空糸の外側に酸素あるいは一酸化窒素を吹送し、膜面を介して中空糸の内側の血液とガス交換を行うものであってもよい。
【００２９】
また、図１〜図２に示す本発明の実施形態にかかる人工肺装置は、いずれも、血液が酸素付加域から一酸化窒素付加域の順で流入する形態であるが、一酸化窒素付加域から酸素付加域の順で流入する形態であっても良い。また、本発明の人工肺装置は、チャンバー５が、酸素付加域、一酸化窒素付加域に加えてさらに血液の温度を必要に応じて上昇または降下させうる熱交換器、脱血した血液を一時的に貯留するための貯血槽等を備えるものであっても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる人工肺装置によれば、供給される酸素および一酸化窒素は各気体流入口からチャンバー内の各域に流入し、各気体流出口から大気中に放出され、人工肺装置内のいずれに箇所においても二酸化窒素を発生することがないので、一酸化窒素吹送によって期待される効果、即ち、▲１▼一酸化窒素による抹消血の循環状態の改善および、▲２▼血小板活性の抑制効果が低減される問題もない。
【００３１】
また、二酸化窒素が大気中に放出されることもないので、手術室内の人の健康を害する恐れもなく、室内の機器などに対しても悪影響を及ぼすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる人工肺装置の一実施例の断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる人工肺装置の断面図である。
【符号の説明】
２１ 血液流入口
２２ 血液流出口
３ 酸素付加域
３ａ 気体空間
３ｂ 気体空間
３１ 気体流入口
３２ 気体流出口
４ 一酸化窒素付加域
４ａ 気体空間
４ｂ 気体空間
４１ 気体流入口
４２ 気体流出口
５ チャンバー
６１ 中空糸束
６２ 中空糸束
７ 固定部材
８ 隔壁
８１ 隔壁
８２ 隔壁
１０ 血液流通口
Claims (2)
- 血液流入口、血液流出口、酸素付加域および一酸化窒素付加域を少なくとも備えたチャンバーを有する人工肺装置において、
酸素付加域と一酸化窒素付加域とは、流入する血液に対して直列に配置されており、
酸素付加域は、酸素がチャンバー内に流入する第一気体流入口と酸素付加手段としての中空糸束、および酸素をチャンバー外に放出する第一気体流出口を備え、
一酸化窒素付加域は、一酸化窒素がチャンバー内に流入する第二気体流入口と一酸化窒素付加手段としての中空糸束、および一酸化窒素をチャンバー外に放出する第二気体流出口を備え、
酸素付加手段としての中空糸束および一酸化窒素付加手段としての中空糸束は、その両端がそれぞれ固定部材によってチャンバー内に固定され、
該固定部材と第一気体流入口および第二気体流入口との間に形成された気体空間には、酸素付加域側の気体空間と一酸化窒素付加手段側の気体空間とを気密に仕切る隔壁が設けられ、
該固定部材と第一気体流出口および第二気体流出口との間に形成された気体空間には、酸素付加域側の気体空間と一酸化窒素付加手段側の気体空間とを気密に仕切る隔壁が設けられていることを特徴とする人工肺装置。 - 前記チャンバーの、中空糸が内蔵される空間に、酸素付加域と一酸化窒素付加域とを血液流通可能に仕切る隔壁をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の人工肺装置。
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