JP5939981B2

JP5939981B2 - 薬剤吸入器及び薬剤供給方法

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Publication number: JP5939981B2
Application number: JP2012521518A
Authority: JP
Inventors: 桂史國本
Original assignee: Nagoya City University
Current assignee: Nagoya City University
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: US20130092162A1; US9700687B2; JPWO2011162316A1; WO2011162316A1

Description

本発明は粒子状の薬剤を空気流にのせて体内へ供給する薬剤吸入器の改良に関する。

呼吸器系の疾患を有する患者に対する投薬方法として、粒子状の薬剤を空気流にのせて体内へ供給する吸入器があり、例えばネブライザ−と呼ばれる吸入器では液薬を霧化してその液滴を噴霧して患者に経口吸入する。
また、インフルエンザ治療薬としてのザナビルも粉体状として経口吸入される。
これら粒子状（粉体状及び液滴（霧）状）の薬剤の投与対象部位が肺であるとき、喉頭や気管支を通過するときにそれらへ粒子状の薬剤が付着することが避けられない。その結果、薬剤の投与効率が不安定となる。
そこで従来から、薬剤を目的部位へ確実に到達させるため種々の検討がなされてきた。例えば、特許文献１に記載の発明では、生体内へ挿入するチューブの径を小さくすることにより、投与部位のより近くまでチューブを挿入できるようにして薬剤の投与の安定化を図っている。

特開２００３−０３８６４６号公報

投与部位の近くまでチューブを挿入できれば確かに薬剤の投与の安定化、更には高効率化を図れることとなるが、一方でチューブの挿入は患者にとっての負担になる。
そこで、発明者はチューブの挿入を何ら伴うことなく、即ち、患者に対する負担を少なくして、吸引された粒子状の薬剤を安定して投与対処部位へ到達させることを検討した。

この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。
粒子状の薬剤を空気流にのせて体内へ供給する薬剤吸入器であって、
コア空気流を形成する第１の空気流形成部と、
前記コア空気流の外側に、該コア空流量より早い流速のクラッド空気流を形成する第２の空気流形成部と、
前記薬剤を前記コア空気流へ供給し、該コア空気流中に分散する薬剤供給部と、
前記薬剤を分散させた前記コア空気流と前記クラッド空気流とを体内へ導入する導入部と、を備える、ことを特徴とする薬剤吸入器。

このように構成される薬剤吸入器によれば、コア空気流とクラッド空気流とからなる多層構造の空気流を用いることにより、クラッド空気流がチューブの役目をしてコア空気流に分散した薬剤が喉頭や気管支に付着することを防止し、コア空気流中の薬剤を投与対象部位まで到達させる。
これにより、粒子状の薬剤を投与対象部位へ確実かつ安定して供給可能となる。

ここに、粒子状の薬剤には粉体状の薬剤と液滴（霧）状の薬剤とが含まれる。
コア空気流の断面形状は特に限定されないが、円形若しくは楕円形が好ましく、その全外周をクラッド空気流が囲繞している。クラッド空気流の外周の断面形状も円形若しくは楕円形が好ましい。コア空気流とクラッド空気流とは相似の外周形状を有することが好ましく（後述の実施例では楕円としている）、更に、両者は軸芯を共有することが好ましい。換言すれば、コア空気流の外周のクラッド空気流の厚さを均一にすることが好ましい。これにより、空気流（コア空気流+クラッド空気流）が声帯等の抵抗物に干渉してクラッド空気流が乱れても、それからコア空気流が漏れ出し、コア空気流中の薬剤が声帯等に付着すことを抑制できる。

コア空気流の流速とクラッド空気流の流速とに差を設けることにより、両空気流は分離状態を維持する。コア空気流と体内器官との接触を確実に防止するにはクラッド空気流の流速をコア空気流の流速より大きくすることが好ましく、本発明者の検討によれば前者の空気流の速度を後者のそれの約３倍〜１００倍とすることが好ましい。更に好ましくは１０倍〜３０倍である。
コア空気流及びクラッド空気流の断面形状、断面積及び流速は薬剤の種類、投与対象部位、更には患者の容態等応じて適宜調整可能である。
更には、クラッド空気流に旋回運動を与えることにより、クラッド空気流（ひいてはその内部のコア空気流）を体内のより深くまで送り込むことができる。

粒子状の薬剤はコア空気流へ供給されてそこで分散され、もっぱらコア空気流により運ばれる。分散の方法は特に限定されるものではないが、液滴状の薬剤の場合はコア空気流中にノズルを設け、そのノズルから液状の薬剤を強制的に噴霧すればよい。勿論、高周波振動子をコア空気流中に存在させ当該振動子へ薬液を供給する構成を採用することもできる。
粉体状の薬剤の場合も同様にノズルを介してコア空気流中に粉体状の薬剤を強制的に噴霧することができることはもとより、薬剤の比重によっては、コア空気流の発生する負圧により、粉体状の薬剤を吸い上げる（舞いあげる）ことにより当該薬剤をコア空気流中に分散させることができる。
コア空気流へ導入する薬剤の量の調整は任意の方法で行うことができる。ノズルを介して強制的に導入するときには例えば導入の動力源のオン／オフを制御することにより導入量を制御できる。コア空気流の負圧により薬剤を吸い上げるタイプでは、例えば薬剤導入口にシャッタを設け、このシャッタの開閉により導入量を制御可能である。また、予め定められた量の薬剤のみが薬剤導入口へ供給されるようにしてもよい。より具体的には、所定量の薬剤が封入された薬包（ブリスターパック等）を薬剤投入口に対向させる。

コア空気流及びクラッド空気流は任意の空気流発生機により形成される。
コア空気流用とクラッド空気流用とで別々の空気流発生機を設けることも可能であるが、装置簡略化の観点からは、一つの空気流発生機が生成した空気流を分流してコア空気流とクラッド空気流とすることが好ましい。
空気流発生機の空気源として圧縮空気を用いることが好ましい。肺深くまで空気、即ち薬剤を届かせようとすると瞬間的に早い空気流れが必要だからである。即ち、圧縮空気タンクと弁とを準備し、その弁の開閉を調整することにより、タンク内の圧縮空気を瞬間的に放出する。
タンクに圧縮空気を充填する方法は特に限定されないが、電動ポンプを用いる他、手動で空気を圧縮してこれをタンクへ充填してもよい。更には予め圧縮空気を充填したボンベを用いることもできる。後述の実施例では導入部の開閉に合わせて空気が圧縮されるようにしている。

この発明の実施の形態の薬剤吸入器の構成を示す模式図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ指示線断面図である。他の実施形態の薬剤吸入器の構成を示す模式図である。図１におけるＩＶ−ＩＶ指示線断面図であり、コア空気流Ａとクラッド空気流Ｂとを示す。この発明の薬剤吸入器を用いたときの薬剤の分布状態を示すシミュレーション結果である。単層の空気流を用いたときの薬剤の分布状態を示すシミュレーション結果である。実施例の薬剤吸入器の外観を示し、（Ａ）はノズル部の突出状態を示し、（Ｂ）はノズル部の収納状態を示す。筐体部の構成を示す分解図である。ポンプ部の構成を示す断面図である。空気流形成部の構成を示す断面図である。薬剤収納部９０の構成を示す分解図である。

以下、この発明を実施の形態に基づいて更に詳細に説明する。
図１はこの発明の実施形態の薬剤吸入器１の構成を示す概念図である。
薬剤吸入器１は送風部３、第１の空気流形成部１０、第２の空気流形成部２０、薬剤供給部３０及び導入部４０を備える。
送風部３は例えば圧縮空気タンク５と弁６とを備え、弁６を解放することにより、タンク５内の空気を放出する。送風部３から放出された空気は、共通流路７を通過して第１の空気流形成部１０と第２の空気流形成部２０を通る。
第１及び第２の空気流形成部１０、２０は内管１１及び外管２１から構成される。内管１１はその軸を外管２１の軸と一致して配置される。これら内管１１及び外管２１の断面形状は任意に設計可能であるが、空気流に対する抵抗を低減する見地から、図２に示すように、断面円形とすることが好ましい。

内管１１の内部空間（内部流路）が第１の空気流形成部１０となる。この内管１１には送風部３対向側にオリフィス１３が設けられており、このオリフィス１３が共通流路７からの空気流の抵抗となり、第１の空気流形成部１０における空気流の速度を減速している。
内管１１と外管２１との間の空間が第２の空気流形成部２０となる。この第２の空気形成部２０において、共通流路７からの空気流に対する抵抗は小さく、送風部３からの空気流の速度が実質的に維持される。

薬剤供給部３０は内管１１及び外管２１を貫通する薬剤供給管３１を備える。この薬剤供給管３１を介して、外管２１の外側から、内管１１の内部へ薬剤を供給できる。
例えば図３に示す他の例では、薬剤供給管３１の外側端部に切刃３３が設けられている。この切刃３３に対して薬包（ブリスターパッケージ等）３５を相対的に近づけて押し付けることにより、薬包３５が破壊され薬包３５の内部と内管１１の内部とが連通される。ここに、内管１１の内部には空気流があるので薬包３５内部に比べて負圧になり、もって薬包３５内の薬剤が内管１１の内部へ吸い上げられてその空気流に分散される。
図３において図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。なお、符号３７は薬包３５のディスクを保持し、切刃３３側へ押しつける薬剤供給部である。

第１の空気流形成部１０で形成される第１の空気流（コア空気流）と第２の空気流形成部２０で形成される第２の空気流（クラッド空気流）とは流速が異なるので、両者は混じりあうことなく層流を形成する。具体的には、第１の空気流は内管１１の内径空間で規定され、第２の空気流は内管１１の外径と外管２１の内径で規定される。
この例では、ヒトの喉の形状に合わせて外管２１の出口部分（導入部４０）を楕円形に絞っているので、そこから放出される空気流は、図４（Ｉ）に示すように全体が楕円形に変形される。図４（Ｉ）において符号Ａが第１の空気流形成部で形成されたコア空気流を示し、符号Ｂが第２の空気形成部で形成されたクラッド空気流を示す。
図４（ＩＩ）に示すように、人の喉頭Ｃ（気管支の開口部）の面積よりこの空気流の断面積を小さくし、かつこの空気流を喉頭Ｃに対して上部に偏在させて供給することが好ましい。これにより、第１の空気流Ａに含まれる粒子状の薬剤をより効率良く気管支内部まで供給可能となる。薬剤は自重により落下する傾向にあるので、予め喉頭Ｃの上側へ供給することにより、落下のマージンが稼げるためである。このように空気流を偏在させるために、口腔内へ挿入するノズルの空気流噴き出し口を喉頭Ｃの上側壁に向くように形成することが好ましい。

図４に示す断面形状の空気流（断面積：７．２ｃｍ^２）において、コア空気流Ａの流速を３．３Ｌ／分、クラッド空気流Ｂの流速は６０．０Ｌ／分とし、コア空気流Ａに直径３μｍ、比重：１．２ｇ／ｃｍ^３の粉体状の薬剤２．４ｍｇを完全に分散させたと仮定し、ヒトへ経口投与したときの人体内における薬剤の存在位置をシミュレートした（図５参照）。
シミュレーションは次のようにして行なった。即ち、流入境界は口腔と吸入デバイスを合体させた先端部においた。また、流入口と流出口の圧力差により空気および粒子が流れ、流出境界で消失する。消失した粒子は主気管支まで到達し、その先の葉気管支、細気管支にも流入すると仮定する。シミュレーション解析はCHAM社のPHOENICS（商標名）及びCD-adapco JAPAN社のSTAR-CCM+（商品名）を使用した。
他方、一層の空気流（即ち、内管１１が無い状態、空気流の外径はクラッド空気流に等しい、流速６０．０Ｌ／分）へ同様に薬残を分散させたと仮定したときの人体における薬剤の存在位置のシミュレーション結果を図６に示す。
図５と図６との比較により、この発明のように空気流を多層構造とすることにより、気管支に薬剤が到達するまで薬剤の拡散が抑制されていることがわかる。これにより、薬剤が口腔や喉頭でトラップされることを未然に防止できる。よって、薬剤を本来の投与対象位置（この場合は気管支）へ確実にかつ安定して供給することができる。
他方、図６に示す単層流では、薬剤が気管支に届く前に拡散してしまう。

次に実施例の薬剤吸入器５０の説明をする。
図７は実施例の薬剤吸入器５０の外観を示す斜視図であり、図８は分解斜視図である。
この薬剤吸入器５０は筐体部５１、導入部７０及び薬剤収納部９０を備える。
筐体部５１は側板５２及び５３、背板５４及び底板５５を備える。筐体部５１の側板５２、５３の上端部は半円形に形成されて、その間に導入部７０のドラム状の基部７１が回転可能に配置されている。
筐体部５１の内部にはポンプ部６０が配置されている。ドラム状の基部７１の前縁にはポンプ部６０との干渉を防止するための切欠７３が形成されている。
導入部７０は基部７１からノズル部７２を突出させた構成であり、基部７１の回転に伴って、突出状態（図７Ａ）及び収納状態（図７Ｂ参照）をとる。ノズル部７２を収納するため筐体部５１の前縁は解放されている。

ポンプ部６０は上下方向に配置された３つのシリンダ部を備え、背側の２つのシリンダ部６１、６２が空気圧縮部となる。
図９に示す通り、この圧縮用シリンダ部６１、６２にはプランジャ−６５、６６が移動可能に挿入されており、このプランジャ−６５、６６はドラム７１に固定された操作ロッド７５、７６により、ドラム７１の回転に伴い上下動する。具体的には、図９に示すようにノズル部７２を突出させた状態ではプランジャ６５、６６は下死点にあり圧縮用シリンダ部６１、６２内の空気を圧縮する。他方、ノズル部７２を収納した状態では、プランジャ６５、６６は上死点にあり、圧縮用シリンダ部６１、６２内は非圧縮状態となる。
符号６８は弁であり、圧縮用シリンダ部６１、６２内の空気が導入用シリンダ部６３へ移動することを規制している。他方、導入用シリンダ部６３から圧縮用シリンダ部６１、６２方向への空気の移動は許容し、ノズル部７２を収納するときにシリンダ部６１、６２内へ空気を充填する。そして、ノズル部７２を突出状態とするとき、プランジャ部６５、６６が移動して圧縮用シリンダ部６１、６２内の空気を圧縮する。
符号６９はノックアウトピンであり、外部から操作することにより、弁６８をリリースし、圧縮用シリンダ部６１、６２内の圧縮空気を導入用シリンダ部６３内へ解放する。

符号８０は空気流形成部であり、外管８１が導入用シリンダ部６３の上側開口部へ気密に挿入される。実施例ではシリンダ部６３の上側開口部へオーリングを配設し、そのオーリング内へ外管８１を挿入して、圧縮用シリンダ６１、６２から供給された圧縮空気の全てを外管８１へ導入する。

図１０は実施例の空気流形成部８０であり、基本的構成は図１と同じである。即ち、外管８１の内部に軸芯を共有し、オリフィス８５を有する内管８３が配設される。導入用シリンダ６３からの空気流はオリフィス８５を介して内管８３内で第１の空気流（コア空気流Ａ）となる。即ち、内管８３の内部が第１の空気流形成部となる。また、内管８３と外管８１との間の空間が第２の空気流形成部となり、第２の空気流（クラッド空気流Ｂ）を形成する。
符号８７は薬剤供給管であり、内管８３の側面から突出して外管８１を貫通している。この薬剤供給管８７は内管８３を外管８１に対して固定するリテーナの役目もする。

この薬剤供給管８７の外側開口部は、ノズル部７２が突出状態のとき、ドラム部７１の基板７９の開口部７７に対向する。開口部７７の周縁部には切刃７８が立設されている（図１１参照）。
基板７９はディスク状であって、例えばインフルエンザ治療薬のザナビル用のディスク状ブリスタパック１００に対応している。切刃７８はブリスタ１０１に対向する。押圧パッド９３でブリスタ１０１を基板７９側へ押圧することにより、ブリスタ１０１の裏面が切刃７８で破壊され、内部の薬剤が解放される。
押圧パッド９３は回転軸９５から突設され、回転軸９５はドラム部７１の中心へ回転自在に挿着される。この回転軸９５は軸方向へも移動可能である。
押圧パッド９３、回転軸９５及びカバー部材９６より薬剤収納部９０が形成される。

実施例の薬剤吸入器５０は次のように使用される。
薬剤収納部９０のカバー部材９６を外し、更に回転軸９５も外してブリスタパック１００のディスクを基板７９へ当てつけるようにセットする（図１１参照）。
次に、筐体５１に対して導入部７０を回転させてノズル部７２を突出状態（図７Ａ）から収納状態（図７Ｂ）へ移動させる。これに伴い、圧縮用シリンダ６１、６２内のプランジャ６５、６６は下死点から上死点へ移動し、導入部７０、導入用シリンダ６３及び弁６８を介して大気を圧縮用シリンダ６１、６２に充填する。
次に、ノズル部７２を収納状態（図７Ｂ）から突出状態（図７Ａ）へ移動させる。このとき、圧縮用シリンダ６１、６２のプランジャ６５、６６が上死点から下死点へ移動し、圧縮用シリンダ６１、６２内の空気を圧縮する。

このとき、薬剤供給管８７の外側開口部は基板７９の開口部７７に対向している。従って、回転軸９５を押し込んで押圧パッド９３でブリスタ１０１を切刃７８へ押し当て、ブリスタ１０１の裏面を破壊すると、ブリスタ１０１の内部と内管８３の内部とが薬剤供給管８７で連通される。
この状態でリリースピン６９を操作して弁６８を解放すると、圧縮用シリンダ６１、６２の圧縮空気が導入用シリンダ６３を介して外管８１及び内管８３へ導入される。内管８３の内部を流通する空気により内管８３の内部空間の圧力がブリスタ１０１の内部空間より負圧になるので、ブリスタ１０１内の薬剤が内管８３内の空気流（コア空気流）に吸い上げられて、当該空気流内へ分散される。内管８３と外管８１との間の空間によりクラッド空気流が形成される。
コア空気流の流速に比べてクラッド空気流の流速が早いので、コア空気流とクラッド空気流とは混じりあうことなく、分離状態を維持して、ノズル７２から噴出される。
このような複層流によれば、薬剤が分散しているコア空気流を外周をクラッド空気流が保護しているので、口腔や喉頭の通過時のおいてもコア空気流が口腔や喉頭の組織壁に殆ど接触することはない。よって、薬剤が当該組織壁へ付着すことを防止でき、薬剤を投与対象部位へ確実かつ安定して供給可能となる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１，５０薬剤供給機
３送風部
１０第１の空気流形成部
１１、８３内管
１３，８５オリフィス
２０第２の空気流形成部
２１、８１外管
３０、８７薬剤供給管
３５、１０１薬剤のブリストル
４０、７０導入部
Ａコア空気流
Ｂクラッド空気流

Claims

粒子状の薬剤を空気流にのせて体内へ供給する薬剤吸入器であって、
コア空気流を形成する第１の空気流形成部と、
前記コア空気流の外側に、該コア空気流より早い流速のクラッド空気流を形成する第２の空気流形成部と、
前記薬剤を前記コア空気流へ供給し、該コア空気流中に分散する薬剤供給部と、
前記薬剤を分散させた前記コア空気流と前記クラッド空気流とを体内へ導入する導入部と、を備える、薬剤吸入器において、
筐体内に送風部が更に備えられ、該送風部から放出された圧縮空気が前記第１の空気流形成部と前記第２の空気流形成部とを通って、それぞれ前記コア空気流と前記クラッド空気流となる、薬剤吸入器。
前記コア空気流と前記クラッド空気流とは軸線を共有する、請求項１に記載の薬剤吸入器。
前記第２の空気流形成部は前記送風部に連通する第２の空気流路を備え、
前記第１の空気流形成部は前記第２の空気流路の内部に設けられた第１の空気流路であって、該第１の空気流路は前記第２の空気流路と同じ方向に配置され、かつ空気流れ抵抗部を備え、
前記送風部から送風された空気において前記第１の空気流路を通過したものが前記コア空気流となり、前記第２の空気流路を通過したものが前記クラッド空気流となり、
前記第２の空気流路を貫通して前記第１の空気流路内へ前記薬剤を供給する薬剤供給管が備えられる、請求項１又は２に記載の薬剤吸入器。
前記薬剤供給管において前記第２の空気流路の外方で開口する外方開口部は薬剤溜りに連通する、請求項３に記載の薬剤吸入器。
前記外方開口部は薬包を破壊する切刃を備える、請求項４に記載の薬剤吸入器。
前記クラッド空気流の流速は前記コア空気流の流速の３〜１００倍である、請求項１〜５のいずれかに記載の薬剤吸入器。
前記クラッド空気流が旋回運動を行なう、請求項１〜６の何れかに記載の薬剤吸入器。
前記第１の空気流形成部と前記第２の空気流形成部とを内蔵する筐体を備え、
該筐体には前記送風部としてポンプ部を備え、
該筐体へ前記導入部が回転可能に取り付けられて、該筐体に対して前記導入部は収納状態と突出状態とをとり、
前記導入部を前記収納状態から前記突出状態へ回転させることにより、前記ポンプ部は空気を圧縮してこれを貯蔵し、
前記導入部が突出状態のとき、前記ポンプ部の圧縮空気により前記コア空気流と前記クラッド空気流とを形成可能とする、請求項１〜７の何れかに記載の薬剤吸入器。