JP5543049B2 - 血液浄化装置の作動方法及び血液浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、血液透析及び血液濾過の一方又は両方を行って血液の浄化処理において、体外回路内の血液に対して血液浄化器（血液透析器、血液濾過器又は血液透析濾過器）の上流側と下流側とで置換液を注入する血液浄化装置の作動方法及び血液浄化装置に関する。

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
“透析による腎機能の代行”（ドラッカー（Drukker）、パーソンズ（Parsons）及びマーヘル（Maher）；クリューバーアカデミックパブリッシャーズ（Kluwer Academic Publishers）、１９９６年第４版；エイチ．ディー．ポラーシェグ（H.-D. Polaschegg）及びエヌ．ダブリュ．レビン（N. W. Levin）著“血液透析装置及びモニタ”）−その開示を本明細書が明示的に引用する−には、最も重要な血液透析手順と装置の概要が記載されている。

血液透析においては、患者の血液が体外回路の動脈血液路を通じて透析器の血液室に送り込まれる。血液は、通常、動脈血液路上に配置された回転ぜん動性ポンプにより輸送される。血液は、ポンプを通過した後、透析器の血液室に送られ、最終的には、静脈滴下室と、該静脈滴下室に接続された静脈血液路とを介して患者に戻る。

静脈圧モニタは、周囲への血液損失を瞬時に検出する防護システムとして静脈滴下室に接続されている。必要ならば、動脈及び静脈カニューレに必要な２本の針をいわゆる単針透析における１本の針に置き換えてもよい。この透析方式では、体外回路は、繋がったＹ字管を有する単針カニューレからなっている。静脈血液路は、透析器からＹ字管に再び通じている。動脈血液路及び静脈血液路は、クランプによって交互に閉塞される。Ｙ字管に対する交互の流入と流出を管理するために、１つ以上の血液ポンプが作動している。

血液透析において、血液からの溶質除去は、透析器の膜を通した拡散により行われる。さらに、患者の過剰な水分を限外濾過するために、小さな膜間圧力差が与えられるが、この濾過は、特定の物質から血液を浄化する役割をほとんど果たしていない。

血液濾過における溶質除去は、拡散ではなく対流によって行われる。それと同時に、限外濾液は、透析における透析液に類似した組成の置換液によってほぼ完全に置換される。この方法は、生体腎との類似性と、より大きな分子のより効果的な除去とに重点を置いている。その一方で、いわゆる後希釈血液濾過法においては、血液の最大４５％しか限外濾過できないことから、低分子量の物質の除去は、血液透析に比べて低下する。今日、血液濾過は、市販の置換液が高価であることや妥当な時間で治療を実行するのに血液の流量を多くする必要があることから、わずかの患者にしか利用されていない。

慢性治療用の血液濾過装置は、血液透析装置と同じ体外搬送及び監視システムを備えている。透析液回路は、液釣合い及び加温システムに置き換えられる。いわゆる前希釈方式では、濾過器の上流の血液に置換液が注入され、濾液は、対応する膜間圧力差によって発生する。臨床上有効にするためには、大量の置換液が必要になる。市販の置換液が高価であるため、この方法は、全く普及していない。必要な置換液がより少量で済むことから、後希釈方式の方がより一般的である。この方式では、濾過器の下流側の血液に置換液が注入される。後希釈方式では、優れた浄化係数が得られる。４時間の治療の間に、通常、約２０〜２４リットルの置換液が注入される。しかしながら、この方法の効率は、それを超えた場合に血液に損傷を起こす恐れのある臨界膜間圧力差によって限界が存在する。

液釣合いのために様々なシステムが提案されている。重量釣合い方法では、限外濾液ポンプにより限外濾液を釣合い台に懸垂又は静置された袋又は容器内に回収することができる。同じ台上にある別の袋又は容器内の置換液は、別のポンプによって静脈滴下室に揚送される。正味の液体の除去は、さらに別の限外濾過ポンプによってか、濾過ポンプによって除去されるよりも少量の液を供給するよう置換ポンプを制御するプログラム部によって実現される。

血液濾過装置の体外回路と血液透析装置の体外回路を組み合わせることによって、血液透析と血液濾過との組合せである血液濾過透析を行うことが可能である。容積制御式限外濾過を用いる血液透析装置を、より費用効果的な血液濾過透析に容易に適合させることができる。これは、置換液が透析液から直結で用意される場合に特に費用効果的である。

透析液成分（ナトリウム濃度）、限外濾過率、血液量及び透析液量等の治療パラメータは、効力を高めるか又は維持したりするために透析中に起こる症状を軽減させようとする試みの中で透析中に変動する。その変動は、動態モデルに従うか、より多くの場合、“臨床判断”に従う。透析中の症状、特に、低血圧症は、限外濾過に密接に関連している。透析液ポンプとは、別個に限外濾過ポンプを有する透析装置においては、限外濾過速度の変動によってプロファイリングが行われる。

血液透析を要約すると、患者の血液は、除去すべき血液中の物質が透析器の膜の両側間の濃度勾配により膜を透過して拡散し、透析液中に達することによって浄化される。血液濾過の駆動力は、実質的に、濾過膜を通して物質の対流輸送を行う膜間圧力差であり、そうすることにより、特に、高分子量の物質からも血液を浄化する。血液濾過及び血液濾過透析という組み合わされた方法においては、液釣合いの制御のための少量を除いて、置換されるべき液体が患者の血液から除去される。

前希釈方式が特に低分子量の物質に関して相対的に効率が低いことは、希釈の結果として膜両側間の濃度勾配が低いことと、血液の浄化のみならず注入される置換液の浄化も行われることによるものである。前希釈方式の場合、４時間の治療の間に注入される置換液量は、４０〜５０リットルの範囲内である。

前希釈法は、血液の凝固や血栓を起こす危険性が高い患者に対して使用することが好ましい。その危険性は、上述の欠点を受け入れられる場合に、血液治療の前に血液の希釈を行うことによって低減される。

上述したように、後希釈法は、血液濃度を高くして行わなければならないので、様々な不利益を生じる。この点に関して、前希釈法における血液濃度は、少なくとも血液透析器又は血液濾過器の入口部分では低い。ヘマトクリット濃度が低いことにより、それに応じて多量の自由水、すなわち、遊離水が発生し、そのことが膜を通した明らかな対流的物質輸送を可能にする。それに応じて、中分子量及び高分子量の物質に対する浄化作用が、後希釈方式よりも前希釈方式においてより高くなる。

前希釈方式と後希釈方式の両方の長所を結びつけるため、前希釈置換液の流量と後希釈置換液の流量との比を一定にして、同時に両方の方式を採用することも提案されている（エル．ペドリーニ（L. Pedrini）及びヴイ．デ・クリストファロ（V. De Cristofaro）、１９９９年マドリッドにおけるＥＤＴＡ／ＥＲＡ会議の要約書）。

後希釈方式のもう１つの欠点は、血液浄化の間に、血液透析器や血液濾過器の膜に境界膜が積層形成されることである。この境界膜の厚さは、治療期間の長さとともに増大し、それにより、膜の透過性が低下する。したがって、膜間圧力差が一定の場合、浄化作用が劣化する。浄化作用を一定に保ちたければ、膜の損傷を招く恐れがある膜間圧力差の増加を行う必要がある。

米国特許５，５７８，２２３号は、後希釈方式で動作し、血液濾過治療、血液透析治療及び血液濾過透析治療での使用に適合可能な人工腎臓を開示している。患者の血液中の重炭酸の目標濃度を維持するために、この装置は、重炭酸含有液を交換器に通過させた後に体外血液回路に潅流させる手段と、患者血液中の重炭酸濃度を目標レベルに調整する供与量手段とを備えている。交換器の出口に連結された抽出ポンプは、治療期間中の体重低下を目標のレベルにするように、制御部によって制御される。重炭酸溶液の流量は、抽出ポンプの流量、患者血液中の目標重炭酸濃度、及び体外回路への潅流前の重炭酸溶液濃度の関数として制御部により制御される。

本発明の目的は、後希釈方式と前希釈方式の両方の長所を結びつけることができると共に、血液透析器又は血液濾過器の浄化作用を一定に維持する、血液透析及び血液濾過の一方又は両方を用いた血液浄化装置を提供することである。

【課題を解決するための手段及び発明の効果】
総括的な方式の方法から述べると、上記の目的は、治療及び血液の少なくとも何れか一方に関する１個のパラメータを制御することと、その制御を血液透析器又は血液濾過器の上流側に供給される置換液の注入量、及び下流側に供給される置換液の注入量を変更して実行することとによって達成される。

血液浄化器、つまり、血液透析器又は血液濾過器の上流側と下流側の体外回路にそれぞれ置換液を注入することにより、一方では、後希釈方式と前希釈方式の両方の長所を結びつけることができる。すなわち、低分子量の物質だけでなく中分子量及び高分子量の物質に対しても満足の行く浄化結果が得られる。他方、本発明によれば、上流側に供給される置換液と下流側に供給される置換液の両方の注入量を変更して、治療及び血液の少なくとも何れか一方に関するパラメータを制御することができる。

したがって、例えば、膜間圧力差が高い場合や血液のヘマトクリット値が高い場合に、制御すべき値が目標値に到達するまで、又は所定の限界値より低くなるまで血液透析器又は血液濾過器の上流側に注入される置換液の注入量を増加させることができる。同様に、膜間圧力差が低い場合やヘマトクリット値が低い場合には、血液透析器又は血液濾過器の下流側に供給される置換液の注入量を増加させて膜両側間の濃度勾配を大きくすることにより、拡散的物質移送を向上させること、すなわち、低分子量の物質の浄化作用を向上させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、上記治療及び血液の少なくとも何れか一方に関するパラメータは、膜間圧力差、血液濃度及びヘマトクリット値のうちの何れか１つのみである。

上記血液透析器又は血液濾過器の上流側に供給される置換液の注入量は、膜間圧力差、血液濃度及びヘマトクリット値のうちの何れか１つの上昇とともに上記血液透析器又は血液濾過器の下流側に供給される置換液の注入量に対して増加させることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態では、上記膜間圧力差、血液濃度及びヘマトクリット値の何れかが持続的に検出される。

上記血液透析器又は血液濾過器の膜の血液が流れる室に面する側に境界膜がほぼ定常に形成されるように上記各置換液の注入量を選択すれば、特に有利である。その結果、血液透析器又は血液濾過器の効率とふるい係数スペクトルが治療時間中一定に保たれるという利点が得られる。

本発明の別の実施形態では、上記境界膜を解消するために、治療終了後に血液の流れの中での上記各置換液の注入量の関係を変更する。この結果、血液治療の終了後に、境界膜を構成するタンパク質の大部分を患者に送り戻すことができる。

さらに、本発明は、浄化すべき血液を受け入れる体外血液回路（10）と、該体外血液回路（10）と連通する血液浄化器（20）と、上記血液浄化器（20）の上流側と下流側の上記体外血液回路（10）にそれぞれ設けられ、置換液を供給する置換液供給路（12，14）とを備え、血液透析及び血液濾過の少なくとも何れか一方を行って血液を浄化する血液浄化装置であって、膜間圧力差（ＴＭＰ）と血液濃度とヘマトクリット値（ＨＫＴ）との何れか１個のみをパラメータとし、上記血液浄化器（20）の上流側と下流側の置換液の両注入量（QSpre，QSpost）を変更して上記パラメータが制御されるように構成された制御部（100）が設けられていることを特徴とする血液浄化装置をも包含している。

つまり、本発明は、浄化すべき血液を受け入れる体外血液回路と、該体外血液回路と連通する血液透析器及び血液濾過器の一方又は両方を備えた血液浄化装置である血液透析装置又は血液濾過装置にも関しており、上記体外血液回路は、上記血液透析器又は血液濾過器の上流側と下流側に、置換液を供給する置換液供給路をそれぞれ有している。本発明では、上記置換液の各注入量を変更して治療及び血液の少なくとも何れか一方に関する１個のパラメータを制御する制御部が設けられている。

本発明の好ましい実施形態では、上記制御部に接続され、上記膜間圧力差（ＴＭＰ）と血液濃度とヘマトクリット値（ＨＫＴ）との何れか１個を記録する測定装置が設けられている。その場合、上記測定装置は、上記血液透析器又は血液濾過器の上流側及び下流側で上記体外血液回路及び透析液回路の少なくとも何れか一方に設けられた圧力センサを備えていてもよい。

本発明のさらに別の実施形態では、上記測定装置は、上記血液透析器又は血液濾過器の上流側及び下流側の上記体外血液回路に設けられたヘマトクリット値検出用のセンサを備えている。

本発明のさらに別の実施形態では、上記測定装置が、上記血液透析器又は血液濾過器の上流側及び下流側の上記体外血液回路に設けられた血液濃度検出用のセンサを備えている。これらの好ましい実施形態において、上記治療及び血液の少なくとも何れか一方に関するパラメータは、膜間圧力差、血液濃度及びヘマトクリット値のうちの何れか１つである。

好ましい実施形態では、上記各注入量（QSpre，QSpost）を制御する手段は、上記置換液供給路上のポンプである。

さらに別の実施形態では、上記各注入量（QSpre，QSpost）を制御する手段は、上記置換液供給路上の弁である。

本発明のさらに詳細な部分と利点は、添付の図面で詳細に表現された実施形態に基づいて説明される。

【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、血液ポンプ１１により矢印方向にある流量QBで血液が循環する体外血液回路（体外回路）１０の一部を示す。体外回路１０において、血液透析器又は血液濾過器２０の上流側には、血液浄化前に動脈血圧Partを検出する圧力センサ４０とヘマトクリット値HKTinを検出するセンサ５０が設けられている。

尚、本発明でいう血液浄化器は、血液透析器のみの場合、血液濾過器のみの場合、又は血液透析器と血液濾過器との双方を備えた場合をいう。したがって、本発明でいう血液浄化装置は、血液透析器を備えて血液透析のみを行う装置、血液濾過器を備えて血液濾過のみを行う装置、又は血液透析器と血液濾過器とを備えて血液透析濾過を行う装置をいう。

血液透析器又は血液濾過器２０の下流側には、血液浄化後に静脈血圧Pvenとヘマトクリット値HKToutをそれぞれ検出するセンサ４０，５０が上流側のセンサと対応して設けられている。

血液流れに対する対向流として、透析液が血液透析器又は血液濾過器２０内を矢印方向にある流量QDで流れている。透析液回路３０は、血液透析器又は血液濾過器２０の上流側と下流側に、透析液の圧力PDin，PDoutをそれぞれ検出する圧力センサ４０，４０を有している。透析液の循環は、ポンプ又はバランス手段３１，３２によって制御される。

血液透析器又は血液濾過器２０は、半透膜２１によって血液室２２と透析液室２３に区画されている。

血液透析器又は血液濾過器２０の上流側と下流側には、それぞれ液体ポンプ１３，１５を備えた置換液供給路１２，１４が設けられている。これら供給路１２，１４により、治療中において、体外回路１０内を流れる血液に置換液が注入される。各供給路１２、１４を流れる置換液の注入量をそれぞれQSpre，QSpostで表す。

本発明において、置換液の各注入量QSpre，QSpostは、制御部１００により可変になっている。制御部１００は、図示しない接続線により図中の全ての作動要素とセンサに接続されている。注入量の変更は、制御すべき制御値（パラメータ）の測定値にしたがって実行される。

図１に示す実施形態において、測定値は、動脈血圧Part及び静脈血圧Pvenと、血液透析器又は血液濾過器２０を通過する前と後の透析液圧PDin，PDoutとである。これらの値から求められる膜間圧力差TMPは、置換液の各注入量QSpre，QSpostを適切に変更することによって目標値に調整されるか、又はその値に維持される。膜間圧力差TMPの代わりに、制御値としてヘマトクリット値HKTin，HKToutを使用してもよい。また、膜間圧力差TMPは、図示の４つより少ない圧力センサによって概算してもよい。現在の透析装置では、静脈血圧Pvenと出口側透析液圧PDoutに関する圧力センサのみを使用するのが一般的である。

本発明の方法と装置を利用することにより、上記血液透析器又は血液濾過器の膜の血液が流れる室に面する側に層成する境界膜が定常に保たれ、治療中の浄化のスペクトルと浄化度を一定にすることができる。それと同時に、膜と境界膜により発生する圧力損失も一定に保持されるので、治療中の膜間圧力差も一定に保持することができる。

膜間圧力差を予め設定可能な値に限定することにより、大きな対流力によって膜を通してアルブミンが大量に失われる危険性を防止することができる。高透過流束（高フラックス）膜を使用する場合、膜間圧力差の限定は、特に重要である。

特に、血液凝固の問題が深刻な患者の場合、前希釈法と後希釈法を組み合わせることは、血液内に常に注入されるヘパリンの消費量を低減して体外回路内での血液凝固を避けることにも役立つ。血液透析器又は血液濾過器の上流側で血液を希釈すれば、後希釈法が体外血液回路内の血液凝固を招く恐れが最も高いことから、血液透析器又は血液濾過器内の血液凝固の危険性を低減するのに必要な抗凝固液を減らすことができる。

上述した治療中の挙動を一定化するという長所のほかに、前希釈法と後希釈法の組合せにより、低分子量の物質と中分子量及び高分子量の物質とに対する優れた浄化性能を得ることができる。

尚、本発明においては、上記センサ５０は、体外血液回路（10）において、血液濃度検出用のものであってもよい。

また、上記置換液供給路１２，１４が設けられた液体ポンプ１３，１５は、置換液の注入量QSpre，QSpostを制御する弁であってもよい。

また、上記制御すべき制御値（パラメータ）は、治療及び血液の少なくとも何れか一方に関する膜間圧力差、血液濃度及びヘマトクリット値のうちの何れであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
体外血液回路の一部と血液透析器及び血液濾過器を有する透析液回路の一部と置換液供給路を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 体外血液回路（体外回路）
１２、１４ 置換液供給路
１３、１５ 液体ポンプ
２０ 血液透析器又は血液濾過器（血液浄化器）
３０ 透析液回路
４０ 圧力センサ
５０ センサ
１００ 制御部
QSpre，QSpost 注入量
HKTin，HKTout ヘマトクリット値

Claims (11)

1. 体外血液回路（10）の血液に対して、血液浄化器（20）の上流側と下流側とにおいて置換液の注入量を制御部（100）が制御し、血液透析及び血液濾過の少なくとも何れか一方を行って血液を浄化する血液浄化装置の作動方法であって、
   上記制御部（100）は、上記血液浄化器（20）の上流側と下流側とで供給される上記置換液の両注入量（QSpre，QSpost）を変更して血液濃度とヘマトクリット値（ＨＫＴ）との何れか１個のみをパラメータとして制御するとともに、上記血液浄化器（20）の上流側に供給される上記置換液の注入量（QSpre）を、上記パラメータとした血液濃度及びヘマトクリット値（ＨＫＴ）の何れか１つが上昇するのに従って、上記血液浄化器（20）の下流側に供給される置換液の注入量（QSpost）に対して増加させることを特徴とする血液浄化装置の作動方法。
   
2. 請求項１において、
   血液濃度とヘマトクリット値（ＨＫＴ）との何れかは、持続的に検出されて制御される
   ことを特徴とする血液浄化装置の作動方法。
   
3. 請求項１又は２において、
   上記血液浄化器（20）の膜の血液が流れる室に面する側に境界膜がほぼ定常に形成されるように、上記両置換液の注入量（QSpre，QSpost）を選択する
   ことを特徴とする血液浄化装置の作動方法。
   
4. 請求項１において、
   治療終了後における血液の流れの中での上記両置換液の注入量（QSpre，QSpost）の
   関係を変更することにより上記境界膜を分解する
   ことを特徴とする血液浄化装置の作動方法。
   
5. 浄化すべき血液を受け入れる体外血液回路（10）と、
   該体外血液回路（10）と連通する血液浄化器（20）と、
   上記血液浄化器（20）の上流側と下流側の上記体外血液回路（10）にそれぞれ設けられ、置換液を供給する置換液供給路（12，14）とを備え、
   血液透析及び血液濾過の少なくとも何れか一方を行って血液を浄化する血液浄化装置であって、
   血液濃度とヘマトクリット値（ＨＫＴ）との何れか１個のみをパラメータとし、上記血液浄化器（20）の上流側と下流側の置換液の両注入量（QSpre，QSpost）を変更して上記パラメータが制御されるとともに、上記血液浄化器（20）の上流側に供給される上記置換液の注入量（QSpre）を、上記パラメータとした血液濃度及びヘマトクリット値（ＨＫＴ）の何れか１つが上昇するのに従って、上記血液浄化器（20）の下流側に供給される置換液の注入量（QSpost）に対して増加させるように構成された制御部（100）が設けられていることを特徴とする血液浄化装置。
   
6. 請求項５において、
   上記制御部に接続され、血液濃度とヘマトクリット値（ＨＫＴ）との何れか１個を記録する測定装置を備えている
   ことを特徴とする血液浄化装置。
   
7. 請求項６において、
   上記測定装置は、上記血液浄化器（20）の上流側及び下流側で上記体外血液回路（10）及び透析液回路（30）の少なくとも何れか一方に設けられた圧力センサ（40）を備えている
   ことを特徴とする血液浄化装置。
   
8. 請求項６又は７において、
   上記測定装置は、上記血液浄化器（20）の上流側及び下流側の上記体外血液回路（10）に設けられたヘマトクリット値（ＨＫＴ）検出用のセンサ（50）を備えている
   ことを特徴とする血液浄化装置。
   
9. 請求項６又は７において、
   上記測定装置は、上記血液浄化器（20）の上流側及び下流側の上記体外血液回路（10）に設けられた血液濃度検出用のセンサ（50）を備えている
   ことを特徴とする血液浄化装置。
   
10. 請求項５〜９の何れか１項において、
    上記両注入量（QSpre，QSpost）を制御する手段は、上記置換液供給路（12，14）の
    ポンプ（13，15）である
    ことを特徴とする血液浄化装置。
    
11. 請求項５〜１０の何れか１項において、
    上記両注入量（QSpre，QSpost）を制御する手段は、上記置換液供給路（12，14）の
    弁である
    ことを特徴とする血液浄化装置。

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