JP6566935B2 - 低圧酸素化を用いた心肺バイパスのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して心肺バイパスのためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、ガス状微小塞栓を排除するために低圧酸素化（ｈｙｐｏｂａｒｉｃ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）を用いた心肺バイパスのためのシステムおよび方法に関する。

主に心臓の手術中に、心臓および肺の機能を人工的手段によって一時的に置き換える必要がある。また、より多くの慢性病の状態において、例えば、重篤な肺不全、心不全、または腎不全の間に、移植用臓器が利用可能となるまで、様々な人工的手段によって生命の維持を支えることができる。多くの臨床的状況において、人工臓器が組み込まれた体外循環血液回路が必要である。

血液が異物から形成された表面に接触することにより、必然的に血液凝固および血塊の形成が開始される。これは血液凝固阻止薬の使用によって制御される。また、血液中では気泡が形成され易く、その気泡は体外循環中に生物の血液循環内に押し出される。この現象は、キャビテーション、温度勾配、自身の血液と入来する血液との間における溶存ガスの量の差による。心臓手術の場合には、体外循環血液回路は、酸素化だけでなく二酸化炭素の廃棄にも用いられるガス交換装置、すなわち人工肺（ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）を含む。人工肺内における血液とガスとの間の緊密な接触は、不注意による循環血中への気泡の侵入の危険性をさらに高める。

現在、心臓手術中に気泡形成を回避するためには、気泡型人工肺（ｂｕｂｂｌｅ−ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒｓ）の代わりに、膜型人工肺（ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｔｙｐｅ ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒｓ）を用いて、高い温度勾配を避け、術野での吸引の使用を制御する。人工心肺（Ｈｅａｒｔ−ｌｕｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ）は、かん流技師（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎｉｓｔ）、すなわち人工心肺を操作する人に対して小さな気泡の出現を警告し、より大きな気泡が出現した場合には主要ポンプを直ちに停止する気泡センサーを含んでいる。典型的には、気泡センサーは、約０．３ｍｍの直径を有する気泡を認識することができ、３〜５ｍｍの直径を有する気泡が認識された場合には主要ポンプを停止する。

心臓手術は、しばしば、機能的能力および生活の質を低下させるとともに、医療費を増大させる術後の神経認知機能障害を合併する。この重要な公衆衛生問題の多元的な原因として、ガス状微小塞栓（ＧＭＥ）が含まれる可能性がある。動脈循環は、膜型人工肺および動脈ろ過（ａｒｔｅｒｉａｌ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）の使用にもかかわらず、心肺バイパス術（ＣＰＢ）中に何千もの１０〜４０μｍのＧＭＥを受容する。血管閉塞性ＧＭＥは組織虚血を引き起こし、脳および他の末端器官において内皮を剥離させ、血管拡張、透過性の増大、血小板および凝固カスケードの活性化、ならびに炎症の補体および細胞メディエータの漸増（ｒｅｃｒｕｉｔｍｅｎｔ）をもたらす。

既に形成された気泡を循環から分離するために、多数の技術的解決法が従来技術において存在する。現在のかん流の実施は、一般に、ＣＰＢ中において軽度に高酸素の血液ガス（ｍｉｌｄｌｙ ｈｙｐｅｒｏｘｉｃ ｂｌｏｏｄ ｇａｓｅｓ）を目標とする。この目標は、空気による希釈によって人工肺スイープガス中の酸素分圧を低下させることにより達成され、それにより血液中に窒素を溶解させるという不必要な副作用を生ずる。よって溶存ガスで飽和した血液は、ＧＭＥとして気泡の形で存在するガスをほとんど溶解させることができない。

しかしながら、気泡の発生、すなわち、例えば心臓手術中における気泡の形成を低減する必要もある。血液の気泡において、液気界面には、例えばガスなどの異物との直接接触により変性する、約４０〜１００オングストローム（すなわち４〜１０ナノメートル）のリポタンパク質の深層が存在する。同様に、ポストポンプ期において手術創からの出血を防止するために切実に必要とされる凝固および凝固を促進する因子の付随する不都合な消費（ｃｏｎｃｏｍｉｔａｎｔ ａｄｖｅｒｓｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）を開始するハーゲマン因子が活性化される。

従って、体外循環の間に窒素不在下において血液中における気泡形成を抑制することができるシステムおよび方法は望ましいであろう。

希釈せずに純酸素スイープガスの圧力を低下させ、それにより窒素不在下において軽度に高酸素の血液ガスを得る低圧酸素化の方法および装置を開示する。このアプローチは、溶存ガスの分圧の合計を大気圧より低いレベル（ｓｕｂａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｌｅｖｅｌｓ）に低下させ、それによりＧＭＥの水相中への再吸収のために強力な勾配を形成した。インビトロおよびインビボの双方のアプローチを用いて、低圧酸素化を用いたＣＰＢ回路からのＧＭＥの排除を特徴づける。前記低圧酸素化はブタにおける拡張した脳毛細血管の低減を伴った。

一実施形態において、心肺バイパス用システムは、血液を貯蔵するように構成された心肺バイパス貯留槽と、該システムに圧力を提供するように構成され、前記心肺バイパス貯留槽と流体が流れるように連通（以下「流体連通」と記載）したポンプと、酸素圧力を調節するように構成された圧力調整器を備えた酸素供給源と、スイープガス入口を介して前記酸素供給源の圧力調整器に流体が流れるように接続（以下「流体接続」と記載）された人工肺であって、前記スイープガス入口は大気圧より低い圧力（ｓｕｂａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を有するように構成され、前記人工肺は血液を酸素化するように構成されている、前記人工肺と、スイープガス出口を介して前記人工肺に流体接続され、大気圧より低い圧力を提供するように構成された真空調圧器と、前記スイープガス入口に流体接続され、前記酸素供給源から前記人工肺への圧力降下を可能にするように構成された流量制限器と、前記人工肺の血液出口と前記心肺バイパス貯留槽とに流体接続された動脈フィルタとを備える。

心肺バイパス用システムは、酸素圧力を調節するように構成された圧力調整器を備えた酸素供給源と、スイープガス入口を介して前記酸素供給源の圧力調整器に流体接続された人工肺であって、前記スイープガス入口は大気圧より低い圧力を有するように構成され、前記人工肺は血液を酸素化するように構成されている、前記人工肺と、スイープガス出口を介して前記人工肺に流体接続され、前記大気圧より低い圧力を提供するように構成された真空調圧器と、前記スイープガス入口に流体接続され、前記酸素供給源から前記人工肺への圧力降下を可能にするように構成された流量制限器とを備える。

心肺バイパス用システムは、心肺バイパス貯留槽と、該システムに圧力を提供するように構成され、前記心肺バイパス貯留槽と流体連通したポンプと、酸素圧力を調節するように構成された圧力調整器を備えた酸素供給源と、スイープガス入口を介して前記酸素供給源の圧力調整器に流体接続された人工肺であって、前記スイープガス入口は大気圧より低い圧力を有するように構成され、前記人工肺は血液を酸素化するように構成されている、前記人工肺と、スイープガス出口を介して前記人工肺に流体接続され、前記大気圧より低い圧力を提供するように構成された真空調圧器と、前記スイープガス入口に流体接続され、酸素供給源から人工肺への圧力降下を可能にするように構成された流量制限器と、前記血液をろ過するように構成され、前記人工肺の血液出口に流体接続された動脈フィルタと、前記動脈フィルタと前記心肺バイパス貯留槽とに流体接続された患者インターフェースとを備える。

心肺バイパス用システムは、酸素圧力を調節するように構成された圧力調整器を備えた酸素供給源と、空気供給源と、前記酸素供給源および空気供給源を受容するように構成された流量制御装置と、前記流量制御装置と流体連通した気化器（ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）と、前記気化器と流体連通しているスイープガス貯留槽と、スイープガス入口を介して前記スイープガス貯留槽の圧力調整器に流体接続された人工肺であって、前記スイープガス入口は大気圧より低い圧力を有するように構成され、前記人工肺は血液を酸素化するように構成されている、前記人工肺と、スイープガス出口を介して前記人工肺に流体接続され、前記大気圧より低い圧力を提供するように構成された真空調圧器と、前記スイープガス入口に流体接続され、前記酸素供給源から前記人工肺への圧力降下を可能にするように構成された流量制限器とを備える。

心肺バイパスのための方法であって、真空調圧器を介して人工肺内に大気圧より低い圧力を提供することと、圧力調整器および流量制限器を介して前記人工肺に前記大気圧より低い圧力の酸素を導入することと、前記大気圧より低い圧力の酸素に、酸素化されるべき血液を導入することとを含む。

心肺バイパス用システムは、心肺バイパス貯留槽と、該システムに圧力を提供するように構成され、前記心肺バイパス貯留槽と流体連通したポンプと、酸素圧力を調節するように構成された圧力調整器を備えた酸素供給源と、スイープガス入口を介して前記酸素供給源の圧力調整器に流体接続され、前記心肺バイパス貯留槽から血液を受容するように構成された人工肺であって、前記スイープガス入口は大気圧より低い圧力を有するように構成され、前記人工肺は前記血液を酸素化するように構成されている、前記人工肺と、前記人工肺の血液出口と流体連通している患者側貯留槽と、該システムに圧力を付加的に提供するように構成され、前記患者側貯留槽と流体連通した第２ポンプと、前記血液中に二酸化炭素を導入し、かつ前記血液から酸素を除去するように構成され、前記心肺バイパス貯留槽に流体接続されている患者模擬装置とを備える。

本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を具体化し、発明の説明と共に、本開示の原理について説明する役目を果たす。

低圧酸素化装置の実施形態の概略図。 インビトロのガス交換回路の実施形態の概略図。 酸素化とスイープガス圧力との関係を示す、Ｏ_２分圧（ミリメートル水銀柱、ｍｍＨｇ）対スイープガス圧力（気圧、ａｔａ）のチャートを示す図。 二酸化炭素除去とスイープガス圧力との関係を示す、ＣＯ_２分圧（ミリメートル水銀柱、ｍｍＨｇ）対スイープガス圧力（全周囲圧力、ａｔａ）のチャートを示す図。 単一人工肺ＣＰＢ回路構成の実施形態の概略図。 スイープガス圧力が変更された場合のドップラー信号と時間との関係を示すドップラー信号（任意単位）対時間（秒）のチャートを示す図。 スイープガス圧力が変更された場合の動脈フィルタの上流におけるドップラー信号と時間との関係を示すドップラー信号（任意単位）対時間（秒）のチャートを示す図。 スイープガス圧力が変更された場合の動脈フィルタの下流におけるドップラー信号と時間との関係を示すドップラー信号（任意単位）対時間（秒）のチャートを示す図。 塞栓検知および分類（ＥＤＡＣ）監視装置、並びにドップラー監視装置を備えたＣＰＢ回路の実施形態の概略図。 ＥＤＡＣのＧＭＥ計数を示す、１分間当たりのガス状微小塞栓対ガス状微小塞栓の大きさ（マイクロメートル）の一連のヒストグラムを示す図。 厚さ４μｍのヘマトキシリン・エオシンの１０倍顕微鏡写真。 拡張毛細血管と低圧酸素化との関係を示す拡張毛細血管のチャートを示す図。 毛細血管面積と低圧酸素化との関係を示す、毛細血管面積（平方マイクロメートル）のチャートを示す図。 毛細血管の直径に対する拡張毛細血管と低圧酸素化との関係を示す拡張毛細血管対毛細血管径（マイクロメートル、μｍ）のチャートを示す図。 ＣＰＢの開始前（ベースライン）、次いで低圧酸素化によるＣＰＢの２時間後および４時間後に得られた血液の顕微鏡写真標本を示す図。 ヘマトキシリン・エオシン染色し、パラフィン埋設した大脳皮質に由来する厚さ４μｍの切片の顕微鏡写真標本を示す図。 海馬領域ＣＡ１の顕微鏡写真標本を示す図。 腎皮質の顕微鏡写真標本を示す図。 例示的な実施形態による低圧酸素化の方法の概略図。

以下の開示は、心肺バイパスのための方法およびシステムを提供する特定の実施形態について詳述する。本願において用いる機構および方法の概要を提供する。
低圧酸素化は、窒素を用いることなく、所望の血液ガスを得るために、人工肺のガス対血液Ｏ_２の拡散勾配を制御する。結果として生じた溶解した血液ガスの減少は、ＧＭＥの水溶性の再吸収（ａｑｕｅｏｕｓ ｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）を支持し、ＣＰＢ回路の全体にわたって観察されるＧＭＥの除去の向上をもたらす。ＧＭＥに対して観察された効果の大きさは、不飽和水溶液中における空気微粒子の公開されている動力学と一致していると思われる。注目すべきことに、血液ガスの不飽和は脱窒素のみよりも重要である。インビトロのデータは、脱窒素された基準気圧の酸素制御条件と、脱窒素された低圧酸素化条件または不飽和状態の低圧酸素化条件との間に差異を示す。人工肺の中空糸内における大気中より低い圧力の付加的な物理効果は、より遠位部位におけるＧＭＥ除去ではなく、人工肺のＧＭＥ除去に寄与し得る。

低圧酸素化のＧＭＥに対する有益な効果は患者内へ血液が流れるときにも継続するので、付加的な利点は、開胸処置中に術野から動脈循環内に混入される空気に対して実現され得る。低圧酸素化はまた、拍動流、遠心ポンプキャビテーション、および真空支援静脈ドレナージ中のガス放出、または急速な温度変化によるガス放出によるＧＭＥの送達の増大についての懸念を改善するはずである。

低圧酸素化によって管理された動物における脳微小血管の損傷の低減は、ＣＰＢ後の末端器官機能の向上を示唆する。低圧酸素化は実際にＧＭＥの送達を排除したが、毛細血管の拡張はある程度だけ低減された。動物のヘマトクリットを維持するために用いられる、再利用された縦隔流出血（ｍｅｄｉａｓｔｉｎａｌ ｓｈｅｄ ｂｌｏｏｄ）はまた、脂質塞栓（ｌｉｐｉｄ ｅｍｂｏｌｉｚａｔｉｏｎ）を増大することがあり、低圧条件において見られる残留微小血管損傷の原因となることがある。

低圧酸素化は、ＣＰＢ回路のプライミングボリューム、物質組成、または使い易さを変えることはない。かん流技師は、スイープガス酸素含有量の調整ではなく、純酸素スイープガスの圧力を調整することによってＰａＯ_２を制御し、一方、ＰａＣＯ_２は依然としてスイープガス流量の変更により調整される。麻酔薬蒸気の分圧もスイープガス圧力に比例して低減されるので、十分な麻酔を保証するためには麻酔濃度の調整が必要となるであろう。人工肺ハウジングは大気中より低い圧力を印加するために密閉されなければならないので、スイープガス出口の閉塞または真空障害の場合に、著しい空気塞栓を防止するために適当な圧力リリーフシステムが存在しなければならない。過度に負圧のスイープガス圧力の適用はヘモグロビンの不飽和化を生じることがあり、その解決策は、スイープガス圧力を増大するか、真空供給源を遮断することであろう。低圧酸素化は、ＣＰＢ回路において、動脈ろ過の代わりではなく、動脈ろ過とともに使用されるべきである。他の利点の中でもとりわけ、動脈ろ過は、ＧＭＥの大きさを縮小することにより、表面積対体積比（ｓｕｒｆａｃｅ−ｔｏ−ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ）を増大させ、低圧酸素化の条件下で急速な再吸収を促進する。

ここで図面を参照すると、開示の全体にわたって同一の要素を参照するために同一の参照番号を用いている。
図１Ａ〜図１Ｄはインビトロの低圧酸素化に関する。図１Ａは低圧酸素化装置（ｈｙｐｏｂａｒｉｃ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ）を表している。密封されたハウジングを有する標準的な中空糸微孔性膜型人工肺（ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）のスイープガス入口には純酸素が供給される。これに代わって、人工肺は微小孔を含まなくてもよい。人工肺のハウジングは、通気口をエポキシパテで物理的に閉塞することを含む、市販の人工肺ハウジングの通気口を物理的に閉塞することにより密閉され得る。同様に、密封された人工肺用ハウジングを得るために、いかなる適当な方法を用いてもよい。スイープガス出口にある調節された真空供給源は、血液の酸素化のために分圧勾配を調節するために、使用者により決定される圧力であって変更可能な大気圧より低い圧力をスイープガス隔室に印加する。真空計は適用される圧力を測定し、一方、正圧リリーフ弁（ＰＰＲ）は正圧の生成を防止する。スイープガス入口にある流量計、例えばニードル弁流量計は、周囲圧から大気圧より低い圧力への圧力降下を可能にするとともに、スイープガス流量を調節し、よってＣＯ_２除去を調節する。

図１Ｂはインビトロのガス交換回路を指す。ＣＰＢ貯留槽からのヒト赤血球（ＲＢＣ）、新鮮凍結血漿（ＦＦＰ）および最小限の晶質（Ｈｃｔ、〜３０％）の混合物は、ＣＰＢ人工肺（３７°Ｃ）にポンプ輸送される（３．５リットル／分）。ＣＰＢ人工肺では変更可能な大気圧より低い圧力で純酸素スイープガスによって酸素化が行われる。次に、前記血液は、貯留槽、ポンプ、および人工肺からなる患者模擬装置内に入る。前記人工肺は、Ｏ_２を除去し、純ＣＯ_２スイープガスを非常に低圧（１リットル／分、０．１ａｔａ）で用いてＣＯ_２を付加する。血液ガスをＣＰＢ人工肺（動脈）および患者模擬装置（静脈、１条件当たりｎ＝３試料）の下流で試料採取した。模擬患者は正常な静脈血ガス値を生じた。

人工肺出口における血圧に対するスイープガス圧力の効果を評価するために、周囲圧力、０．５気圧（ａｔａ）および０．１ａｔａ（１条件当たりｎ＝１４回試験）のスイープガス圧力においてペア測定を実施した。血圧は、復調器（バリダイン コーポレーション（Ｖａｌｉｄｙｎｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、カリフォルニア州ノースリッジ）に接続された圧力変換器（アイシーユー メディカル（ＩＣＵ Ｍｅｄｉｃａｌ）、カリフォルニア州サンクレメンテ）を用いて測定した。前記復調器の電圧出力は、水柱に対して較正し、デジタル化して（ＤＩ−１４５）、ウィンダック（Ｗｉｎｄａｑ）ソフトウェア（データキュー インスツルメンツ（ＤＡＴＡＱ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）、オハイオ州アクロン）を用いて記録した。

図１Ｃおよび図１Ｄは、ＣＰＢ人工肺において大気圧より低いスイープガス圧力を適用したことにより、動脈の酸素化が、ＣＯ_２除去とは無関係に、予測された直線的な様で低減されたことを示している。

図２Ａ〜図２Ｄは、さらにインビトロの低圧酸素化に関する。具体的には、低圧酸素化はインビトロにおけるＧＭＥの除去を非常に高める。図２Ａは、動脈フィルタおよび貯留槽に戻るパージラインを備えた単一人工肺ＣＰＢ回路構成を示している。空気の導入およびドップラーＧＭＥ監視の位置が示されている。矢印は、血流の方向を示す（５リットル／分、３７°Ｃ）。ドップラー信号は、カスタムアナログ包絡線検波器を介して処理され、次いでデジタル化され、上記のように記録された。

図２Ｂは、大気圧より低い圧力のスイープガスの関係および有効性を示すチャートである。１０ｍＬの血液中において（２つの１２ｍＬシリンジと１つの三方活栓を用いて）手で撹拌した小さな（〜２０μｌ）気泡を人工肺の上流に注入した。塞栓は人工肺を横断し、動脈フィルタの近位で検出された。わずかに大気圧より低いスイープガス圧力の適用は、ＧＭＥドップラー信号を強く減衰させた。データは１条件当たり９〜１０回試験の平均である。

図２Ｃおよび図２Ｄは、さらに動脈フィルタの前後における大気圧より低い圧力のスイープガスの関係および有効性を示している。貯留槽入口の静脈ライン中への空気の連続的な混入（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）（ルアーコネクターを介して５００ｍＬ／分）は、大きく連続的な塞栓の問題を模擬した。周囲スイープガス圧力では、動脈フィルタの上流および下流において強力なドップラー信号が観察された。低圧酸素化は、双方の位置においてドップラー信号の大幅な用量依存性の低下をもたらした。データは、列記した圧力レベルのそれぞれについて２分間のステップを用いた、３回の連続した試験の平均である。

図３Ａおよび図３Ｂはインビボにおける低圧酸素化に関する。具体的には、低圧酸素化はインビボにおいてＧＭＥの送達をほとんど排除する。図３Ａは、ＥＤＡＣ監視装置およびドップラー監視装置と静脈空気混入サイト（２００ｍＬ／分）とを備えたＣＰＢ回路を示す。

図３Ｂは、対照条件（周囲圧力のＯ_２／空気スイープガス）および低圧条件（大気圧より低い圧力のＯ_２スイープガス）の双方のための４つの監視サイトにおけるＥＤＡＣのＧＭＥ計数および大きさを表すヒストグラムを示している。対照条件下では、〜４５００ＧＭＥ／分が患者に送達された。低圧条件下では、ＧＭＥ計数および体積は、人工肺の前（ｐｒｅｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）の位置では対照と同様であったが、それらがＣＰＢ回路を通り抜けるにつれ、漸進的に排除され、この大きな塞栓の投入量（ｅｍｂｏｌｉｃ ｌｏａｄ）の間にＧＭＥの送達はわずか２／分に低減した。

図４Ａ〜図４Ｄは、低圧酸素化によって管理された動物に関する。具体的には、低圧酸素化によって管理された動物は、大脳白質における微小血管損傷の低減を示す。
図４Ａは、厚さ４μｍのヘマトキシリン・エオシン染色した脳室周囲白質の切片の１０倍（１０Ｘ）の顕微鏡写真を示す。拡張した毛細血管は、内皮細胞の単一層によって取り囲まれた空隙（白）として見える。スケールバー＝１００μｍ。

図４Ｂおよび図４Ｃは、低圧酸素化を用いて管理された動物において、拡張した毛細血管が数および面積でわずかだったことを示している（対照：ｎ＝３０ １０倍視野（１０Ｘ−ｆｉｅｌｄｓ）、Ｎ＝３匹の動物。低圧：ｎ＝５１ 視野、Ｎ＝５匹の動物。＊＝ｐ＜０．００１）。

さらに、図４Ｄは、結果が測定基準のアーチファクトではないことを保証するために、条件間における拡張した毛細血管の数の差が、検討したすべての大きさにおいて存在したことを示している。

図６は、ＣＰＢシステムの他の実施形態の概略図を表している。酸素および空気の少なくとも一方は、例えば、吸気酸素（Ｆ_ｉＯ_２）の体積分率を制御するために、供給される酸素の圧力を制御するように構成された圧力調整器を装備した酸素供給源から、ガスブレンダ１を備えた入口において導入され得る。流れは流量制御装置２によって制御される。流量制御装置は、例えばニードル弁流量調整器とすることができる。気化器３、負圧警報器４、スイープガス貯留槽５、圧力計６、および圧力リリーフ７はすべて、周囲圧力またはその近傍の圧力で動作する。圧力リリーフ７は、圧力が５０ｍｍＨｇを超えた場合に、スイープガス貯留槽５の圧力を解放するように構成されていてもよい。スイープガス貯留槽５は、酸素化プロセスにおいて用いられるスイープガスを周囲圧力で貯蔵する。スイープガス貯留槽５は弾性を有してもよい。流量制限器８は、スイープガス（酸素）の人工肺９への流れを制限する。真空供給源１４によって与えられた真空により、人工肺９は低圧を経験する。真空供給源１４は真空調圧器１３によって調節され、真空計１１によって測定される。障害の場合には、手動開放弁１２が用いられてもよい。大気圧より低い圧力が得られない場合には、正圧リリーフ１０および正圧警報器が用いられてもよい。圧力リリーフ１０は、圧力が０〜１５ｍｍＨｇの所与の範囲を超える場合に、圧力を解放してもよい。流量制限器８、人工肺９、圧力リリーフ１０、真空計１１、手動開放部１２、真空調圧器１３、および真空供給源１４は、大気圧より低い圧力に保持される。

さらに、コントロールパネルは、Ｆ_ｉＯ_２、スイープ流量、真空レベル、および所望の麻酔濃度を制御するために用いられてもよい。さらに、コントロールパネルは、実測値（ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅｓ）、警報、ブレンダ制御および流量制御の少なくとも一方、および麻酔補償（ａｎｅｓｔｈｅｔｉｃ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）を出力することができる。スイープ流量は、流量制御装置２を所望の流量に開放し、次いでスイープガス貯留槽５内の定圧を維持するように流量制限器８を調整する。好ましくは、この圧力は、少なくとも一実施形態において、わずかに大気圧より高くてもよく、２０ｍｍＨｇであってもよい。コントロールパネルは圧力計６を監視することができる。コントロールパネルは、真空計１１を監視し、それに応じて真空調圧器１３を調節することによって、真空レベルを調節することができる。

さらに、システムにおける所望の麻酔濃度を、様々な動作モードおよび制御方法により制御することができる。本願ではいくつかの方法が企図されるが、所望の麻酔濃度は、いかなる適当な方法によって得られてもよい。第１に、前記調節は、各種の真空レベルについて、気化器３上の気化器ノブを割り出しすることによって行われてもよい。前記気化器ノブにおいて、かん流技師はレベルを適切に調節する。第２に、前記調節は、真空計１１の読取り値に基づいて行われてもよく、よって気化器３のバイパス比を調節する。第３に、スイープガス貯留槽５および気化器３は、気化器のアウトプットを増大するために、大気圧より低い圧力に晒されてもよく、前記大気圧より低い圧力は真空計１１の読取り値に基づいて調節されてもよい。最後に、気化器は、好ましくは４〜８％の範囲にわたるが、これに限定されない特定の所定アウトプットに設定されてもよい。その場合、アウトプットは気化器３とスイープガス貯留槽５との間で新鮮なＯ_２供給源と混合される。

８頭の若いブタを検討した。麻酔の導入は、筋肉中にアセプロマジン（１．１ｍｇ／ｋｇ）、グリコピロレート（０．０１ｍｇ／ｋｇ）およびケタミン（３３ｍｇ／ｋｇ）を用い、その後、心電図の記録およびパルス酸素測定を行いながら、３％イソフルラン吸入を行った。フェンタニル（５ｍＬの通常生理食塩溶液中に５０ｍｃｇ）を２０ゲージのマルチオリフィスカテーテルによって腰椎髄液中に投与した。気管挿管および耳静脈カニューレ挿入後に、７０％のＯ_２／３０％のＮ_２のイソフルランによる維持を行い、そして血行動態によって保証される場合には、５０ｍｃｇの脊椎へのフェンタニルの追加を行った。胸骨正中切開後、中心動脈圧カテーテルを配置し、ＡＣＴ＞３５０秒（ヘモクロン レスポンス、インターナショナル テクニジン コーポレーション（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｄｙｎｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ニュージャージー州エジソン）を達成して維持するために、ヘパリンを静脈投与した（ａｄｍｉｎｉｓｔｅｒｅｄ ＩＶ）。２０フレンチの大動脈ＣＰＢカニューレおよび２８〜３０フレンチの両大静脈（ｂｉｃａｖａｌ）ＣＰＢカニューレ（メドトロニック インコーポレーテッド（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）、ミネソタ州ミネアポリス）を配置した。

動物を対照または単一人工肺のろ過ＣＰＢ回路（図３Ａ）を用いた低圧酸素化にアプリオリに割り当てた。Ｍ３検出器（スペクトラム メディカル（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍｅｄｉｃａｌ）、英国チェルテナム）は、流量および動脈／静脈のＯ_２飽和度（ＳａＯ_２／ＳｖＯ_２）を連続的に監視した。ＰａＯ_２は、スイープガス酸素／空気混合物（対照条件、Ｎ＝３頭の動物）を変更することにより、または１００％Ｏ_２スイープガス（低圧酸素化、Ｎ＝５頭の動物）に変更可能な大気圧より低い圧力を印加することにより、調節した（目標＝２００ｍｍＨｇ）。ＰａＣＯ_２（目標＝４５ｍｍＨｇ）は、各条件においてスイープガス流量を変更することにより調節した。低圧条件において、イソフルランの予測分圧は、気化器のダイアル設定を所望の濃度およびスイープガス圧力の少なくとも一方と等しくなるように増大することにより維持した（例えば、１％のイソフルランが周囲圧力で用いられた場合、等しい催眠効果を得るためには、前記設定は、０．６６絶対気圧（ａｔａ）では１．５％に、０．５ａｔａでは２％に増大される必要があるであろう）。ＣＰＢ流量は、ＳｖＯ_２＞６０％を維持するように調節され、フェニレフリンの間欠投与（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｐｈｅｎｙｌｅｐｈｒｉｎｅ）により、動脈圧（ＭＡＰ）＞５０ｍｍＨｇを維持した。貯留槽の容積は２５０〜５００ｍｌであった。動物の低い開始ヘマトクリットを保つために、縦隔流出血は、１／４インチのローラポンプ回路を介して貯留槽の吸引回路（ｃａｒｄｉｏｔｏｍｙ ｓｅｃｔｉｏｎ）に戻した。真空支援静脈ドレナージを用いた（−１０ｍｍＨｇ）。受動的冷却は３４°Ｃになった。

ＣＰＢの実施全体にわたって空気を（貯留槽入口の静脈ラインのルアーコネクターを介して）連続的に混入した（２００ｍＬ／分、図３Ａ）。単一サイトドップラーは、８つの実験すべてにおいてＧＭＥを半定量的に監視した。テルモのＦＤＡによって承認された塞栓検知および分類（Ｅｍｂｏｌｉ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ：ＥＤＡＣ（商標））は、人工肺の前、フィルタの直後（ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ｐｏｓｔｆｉｌｔｅｒ）、および人工肺の後（Ｎ＝３頭の動物）またはフィルタの６フィート後（Ｎ＝３）の位置における、同時に３サイトでの超音波後方散乱によるＧＭＥの定量化（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ３−ｓｉｔｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ＧＭＥ ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のための８つの実験中６つにおいて利用可能であった。ＧＭＥデータは、ＣＰＢの条件（例えば流量、貯留槽体積、スイープガス組成または圧力）の変化によって分離された１０〜１２０分の継続時間の試験において取得された。低圧酸素化の簡易試験を、対照条件で別様に管理された３頭の動物のうちの２頭において実施した。よって、低圧データは、ドップラーについてＮ＝７／８頭の動物、およびＥＤＡＣについてＮ＝５／６頭の動物に由来し、一方、すべての対照データはＮ＝３頭の動物（結果に記載した試験の数（ｎ））に由来する。ＣＰＢパラメータは、おそらくＣＰＢ回路の下流の動物よりも、微小塞栓のより大きな決定因子であり、ＧＭＥデータ試験は統計分析のための独立観測であると見なされた。

血液試料をＣＰＢの前に採取し、次にその試料をＣＰＢの２時間後および４時間後に、ＲＢＣ形態学および血漿ヘモグロビンについて分析した。末端器官は、摘出する前にＣＰＢ回路を介して中性緩衝ホルマリン（１０％、３リットル、５分間）で固定した。

パラフィンに埋設した、前頭葉、視床、後部せん体（ｃａｕｄａｌ ｌｏｂｅ）、中脳、小脳、髄質、および腎皮質からの４μｍのヘマトキシリン・エオシン切片を獣医病理学者が細胞構築完全性について微視的に評価した。次に、拡張した毛細血管（＞１０μｍ直径）の盲目定量化を側脳室および上衣下層に隣接した白質（脳室周囲白質、動物当たり 〜１０ １０倍視野（〜１０ １０Ｘ ｆｉｅｌｄｓ ｐｅｒ ａｎｉｍａｌ））において実施した。組織効果の予想される異種混合の性質および事後の微小血管解析の調査の性質により、発明者らは微小血管損傷に関して各視野を独立したデータポイントとして扱った。

データは平均±標準誤差（ＳＥＭ）として示される。連続変数を両側スチューデントのｔ検定（ｔｗｏ−ｔａｉｌｅｄ Ｓｔｕｄｅｎｔ’ｓ ｔ−ｔｅｓｔｓ）（Ｐ＜０．０５で有意）を用いて比較した。線形適合はプリズム（グラフパッド ソフトウェア（ＧｒａｐｈＰａｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ）、カリフォルニア州ラ・ホーヤ）を用いて実施した。量依存性はスピアマンの順位相関係数（Ｓｐｅａｒｍａｎ’ｓ Ｒａｎｋ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を用いて評価した。ＧＭＥデータ試験および組織標本は、統計分析のための独立した観測として扱われた。

インビトロのガス交換：血中溶存ガスの低減

低圧酸素化（図１Ａ）をＣＰＢ（図１Ｂ）において模擬患者と共に用いて、窒素不在下における酸素化および血液からのＣＯ_２除去に対する大気圧より低いスイープガス圧力の効果を評価した。予想通りに、純酸素スイープガスの圧力を低下させることにより、ＰａＯ_２が滑らかな直線状で低下した（表１、図１Ｃ、Ｒ^２＝０．９９）。対照的に、ＰａＣＯ_２は、スイープガス圧力が低下するのに伴って概して安定しており、印加した最低圧力ではＣＯ_２除去の効率はおそらく増大した（表１、図１Ｄ）。実際、ＣＯ_２除去は、実験では、スイープガス流量を調節することにより、酸素化とは独立して容易に管理された。低圧酸素化は、質量分光法を用いて、血液中溶存窒素を８５．４±０．７％低減することが確認された（ｎ＝３回試験、ｐ＜０．００１、脱窒素は過小評価された可能性あり、補足情報を参照されたい）。人工肺またはガス交換における有害作用はいかなる実験においても観察されなかった。模擬した真空障害の間に、正圧リリーフ弁は成功裡に空気塞栓を防止した（データ図示せず）。全体として、これらのデータは、低圧酸素化が、溶存ガスの分圧の合計を大気圧より低いレベルに低下させる、ＣＰＢ中のガス交換を管理するための信頼できる効率的な方法であることを示している。

インビトロにおけるＧＭＥ：用量依存的除去
次に、低圧酸素化がＣＰＢ回路におけるＧＭＥの除去を改善するかについて試験した。まず、人工肺の上流にＧＭＥボーラスを注入した（図２Ａ）。人工肺が周囲圧力で１００％酸素スイープガスを用いた場合には、強い下流ドップラー信号が観察された（図２Ｂ）。スイープガス圧力を０．９ａｔａにわずかに低下させると、ドップラー信号は対照から９４．８±１．０％低下し（曲線下面積、範囲９０．９〜９８．３％、ｎ＝９回試験、ｐ＜０．００１）、一方、０．８ａｔａでは、前記信号は辛うじて識別可能であった（対照から９９．６±０．０７％低下、範囲９９．３〜９９．８％、ｎ＝１０回試験、ｐ＜０．００１）。次に、空気混入は大きな進行中の塞栓の送入を模擬した。スイープガス圧力を低下させることにより、再び、動脈フィルタの前で測定したドップラー信号の大幅な用量依存的低下が生じた（図２Ｃ、スイープガス圧力が０．９ａｔａであった場合には２６±３％低下、０．８ａｔａでは６６±２％、０．７ａｔａでは８３±２％、０．６ａｔａでは９１±０．２％、０．５ａｔａでは９５±２％、０．４ａｔａでは９８±１％低下、スピアマンの順位相関係数ρ＝１．０、ｎ＝３回連続試験）。ドップラーを動脈フィルタの下流に移動した場合には、実質的な塞栓信号は、動脈ろ過（前置ろ過器ベースライン信号、図２Ｄの８１±３％）を使用したにもかかわらず、基準気圧条件下で存続した。下流信号は、スイープガス圧力の低減によって、さらに効率的に低下した（０．９ａｔａではフィルタ後のベースラインの５３±４％、０．８ａｔａでは８３±２％、０．７ａｔａでは９４±１％、０．６ａｔａでは９９±０．３％、０．５ａｔａでは９９．５±０．１％、および０．４ａｔａでは９９．７±０．１％低下、ρ＝１．０、ｎ＝３回連続試験）。全体として、これらのデータは、低圧酸素化の使用により、ＣＰＢ回路の循環血からＧＭＥを除去する能力が用量依存的に高められることを示している。

ブタＣＰＢ：大動物の安全性の維持

動物、人工肺またはＣＰＢの回路において注意される悪影響を有さず、安定し、容易に調整可能なガス交換パラメータによって、低圧酸素化を用いた４０ｋｇのブタにおけるＣＰＢを特徴づけた。動物の特性およびＣＰＢ管理データは表２に記載する。とりわけ、窒素による希釈を用いる（Ｆ_ｉ０_２＝６８．３±１．７％で制御）か、または真空（低圧条件において圧力＝０．６６±０．０３ａｔａ）を用いて、スイープガス中の酸素分圧を低下させることにより、同様のＰａＯ_２値が生じ、これは低圧酸素化が人工肺のガス交換効率を保つことを示唆している。対照動物におけるＣＯ_２分圧のわずかな増大は、真空不在下でのわずかに低いスイープガス流量によるものであった。全体として、低圧酸素化は、ＣＰＢ中に大動物を管理するための信頼できる実用的方法であった。

ブタＧＭＥ：ＣＰＢの回路における漸進的な排除
連続した空気混入の間に、単一部位の半定量的ドップラーおよび多部位の定量的ＥＤＡＣは、ＣＰＢ回路（図３Ａ）内のＧＭＥを検知した。データは、総数Ｎ＝８頭のブタにおいて、ＣＰＢパラメータの変化によって分けられたれた個々の試験（ｎ）において収集された。低圧酸素化は、大動脈カニューレ付近におけるドップラー信号を、対照（ｎ＝７、Ｎ＝３）と比較して、９９．１±０．３％（範囲９５．８〜１００％、ｎ＝１６回試験、Ｎ＝７頭のブタ）低下させた。低圧（Ｎ＝５頭のブタ）条件および対照（Ｎ＝３）条件からのＥＤＡＣデータを図３Ｂに示す。人工肺の近位側では、ＥＤＡＣのＧＭＥ計数および体積は、低圧（ｎ＝１０回試験およびｐ＞０．２９）と対照（ｎ＝７）とでは同様であった。人工肺より下流では、低圧条件のＧＭＥ数は、対照と比較して、大幅に低減され、人工肺後の位置では６８．４±１４．１％（範囲１３．１〜９１．３％、ｎ＝５、ｐ＜０．０５）、動脈フィルタ後の位置では９２．６±４．２％（範囲５７．８〜９９．８％、ｎ＝１０、ｐ＜０．０１）、患者に進入する位置では９９．９６±０．０２％（範囲９９．８７〜９９．９９％、ｎ＝５、ｐ＜０．００１）低減された。ＧＭＥ体積もまた、人工肺後の位置では８０．５±５．６％（６２．２〜９５．６％、ｎ＝５、ｐ＜０．０５）、フィルタ後の位置では９４．９±２．９％（範囲７４．３〜９９．８％、ｎ＝１０、ｐ＜０．０１）、患者に進入する位置では９９．９７±０．０１％（範囲９９．９４〜１００％、ｎ＝５、ｐ＜０．００１）減少した。対照試験は、これらの各位置において、ｎ＝３、７、および４であった。これらのデータは、低圧酸素化がインビボにおけるＣＰＢ回路からのＧＭＥの除去を強力に高めることを示している。さらに、前記データは、ＧＭＥの除去が高められた部位が、血液が患者に向かって流れるにつれ、人工肺から動脈フィルタ、そして血液自体へと漸進的に広がっていることを示している。重要なことには、患者に最も接近して取得されたデータは、上流における塞栓の送入量が大きいにもかかわらず、動脈ろ過および低圧酸素化の併用によりＣＰＢ回路からのＧＭＥの送達のほぼ完全な排除を示している。

ブタ組織解析：低減された微小血管損傷を有した正常組織学
図５Ａ〜図５Ｄは、低圧酸素化によって管理された動物からの末梢血、脳および腎臓の顕微鏡による評価を示す（スケールバー＝１００μｍ）。具体的には、これらの図は正常な細胞構造を示した。

当業者は、窒素を含有しないスイープガスを任意の圧力で用いた人工肺はＮ_２除去のために最大の勾配を生じ、それによりたとえ血液中の残留Ｏ_２およびＣＯ_２の分圧の合計が周囲圧力未満となったとしても、前記人工肺を通って流れる血液を脱窒素すると期待するであろう。しかしながら、気泡を血液相中へ再吸収させるための提唱されている機構は、溶存ガスの分圧の合計を低減させることに極めて依存するので、Ｎ_２分圧が低圧酸素化中に実際に低減されることを実験的に確認することが最適であった。Ｎ_２分圧は標準的な血液ガス分析によって測定されないので、質量分析法を用いた。分析は、Ｏ_２気泡を流れている血流に注入し、次いでその血液とガス交換させ、次に気泡トラップで再収集して、試料採取することができる単一人工肺ＣＰＢ回路を用いた。適切には、血液中の溶存Ｎ_２は、それらの通過中にＯ_２気泡中に蓄積し、次いで質量分析によって検出されるであろう。酸素（２０〜３０ｍＬ）は血液中で撹拌され、人工肺の下流で前記回路にゆっくりと注入され、そこで血液とのガスの交換を高めるために、動脈フィルタの細孔を介して流れさせられ、次に気泡トラップにおいて収集され、１００μＬのガスロックシリンジ（スペルコ アナリティカル（Ｓｕｐｅｌｃｏ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ））を用いて、周囲圧力で試料採取された。質量分析法（アジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）５９７５Ｃ ＧＣ−ＭＳ）を用いて、１００％Ｏ_２および室内気の対照試料を分析し、次いで試験サンプルガスを２０〜１００μＬの量で導入した。ガス混合物を注入し、１ｍＬ／分で制御したヘリウムガス流によってＨＰ−５ＭＳカラムに通過させた。質量分析計イオン源、カラムおよび四極子は５０°Ｃで維持した。質量分析計は電子衝撃モードで用いられ、イオン取得のための質量範囲は１４〜２００原子質量単位（原子質量単位）であった。Ｏ_２およびＮ_２の分子イオンを、それらの質量電荷比（ｍ／ｚ）３２およびｍ／ｚ２８の各分子イオンによって監視した。ｍ／ｚ２８（Ｎ_２）およびｍ／ｚ３２（Ｏ_２）ａｍｕに対するピークイオン存在量（ｐｅａｋ ｉｏｎ ａｂｕｎｄａｎｃｅｓ）を測定し、Ｏ_２／Ｎ_２画分をＯ_２および空気キャリブレーション試料間の補間によって計算した。

血液を単一人工肺回路内において周囲圧力にて５０％Ｏ_２／５０％Ｎ_２のスイープガス混合物を用いて酸素化し、溶存Ｎ_２を含有する血液を生成した。この血液にＯ_２気泡を通過させ、次いで収集し、分析すると、それらのＯ_２気泡は４１．７＋／−２．３質量％のＮ_２を蓄積していた（ｎ＝７回試験）。同一の血液を０．５絶対気圧（ａｔａ）において１００％Ｏ_２のスイープガスで酸素化して、Ｎ_２不在下において同様の中程度の酸素化を生じた。この血液を通過したＯ_２気泡は有意に少ないＮ_２を蓄積していた（６．１＋／−０．３％、ｎ＝３回試験、ｐ＜０．００１）。注入、試料採取および測定のプロセスの間に室内気によるＯ_２サンプルの汚染の機会がいくつかあったので、脱窒素の大きさは、これらのデータによって少なく見積もられている可能性がある。前記データは、低圧酸素化中のＮ_２分圧の明らかな低下を示しており、血液中の溶存ガスの分圧の合計の低減によるＧＭＥの再吸収の提唱機構と一致している。

図５Ａは、ＣＰＢの開始前（ベースライン）、次に低圧酸素化によるＣＰＢの２時間後および４時間後に採取された試料から形成された末梢血塗布標本を示している。１０００倍の倍率において、塗布標本は、円鋸歯状の外観（ｃｒｅｎａｔｅｄ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ）を有する棘状赤血球（ｒｅｄ ｂｌｏｏｄ ｃｅｌｌ ｅｃｈｉｎｏｃｙｔｅｓ）を表しており、これはブタに典型的であるが、細胞の損傷または溶血の証拠ではない。図５Ｂは、明らかな異常を有さない大脳皮質に由来する、ヘマトキシリン・エオシン染色してパラフィン埋設した厚さ４μｍの切片を示す。図５Ｃは、明らかな異常を有さない海馬領域ＣＡ１を示す。図５Ｄは、明らかな異常を有さない腎皮質を示す。

ヒト肺によく似た中空糸微孔性膜型人工肺は、スイープガス流量が適切な場合、スイープガスと血液との間におけるＯ_２およびＣＯ_２の交換において非常に効率的である。ヒト肺は、より低い血液溶解度を有するガスまたは蒸気（例えば麻酔薬蒸気）の分圧を、より大きな血液溶解度のそれと比較してより急速に平衡させる。同様に、人工肺によるＮ_２の付加または除去は、Ｎ_２の血液中における溶解度が低いために、Ｏ_２またはＣＯ_２の交換よりも、より効率的になると思われる。当業において知られているように、スイープガスがＮ_２を含有していない場合、人工肺を退出する血液中のＮ_２の分圧はゼロに接近し、表１におけるＯ_２およびＣＯ_２ならびに表２の低圧の列におけるＯ_２およびＣＯ_２の測定された分圧の単純な合計は、実験における溶存ガスの分圧の合計の合理的見積りを提供するはずである。表２の対照の列については、スイープガス中のＮ_２の分圧も溶存ガスの分圧の合計を見積もるために追加される必要があるであろう。

身体からのＮ_２の流失は、脂肪中にゆっくり集められたＮ_２の蓄積により、多少延長されるので、実験中のブタは静脈血中のＮ_２の供給源として作用することが予想される。血液中に溶解したＮ_２の測定は困難であり、臨床的状況では実現困難であるため、当業者は、ブタからのＮ_２の排除の推定値を提供するであろう。ＣＰＢ開始前の麻酔された患者は、しばしば６０〜１００％範囲の吸気Ｏ_２に晒され、したがってＣＰＢの前に部分的に脱窒素される。公開されたヒト脱窒素の時間的経過に基づいて、当業者は、ブタは、発明者らの低圧実験において、麻酔導入からＣＰＢの開始までの１７６＋／−８分間の間に、７０％Ｏ_２／３０％Ｎ_２の人工呼吸器ガスに対して６０％平衡したと推定するであろう。予め空気呼吸に平衡させられた３７ｋｇのブタからの公開された４時間のＮ_２排除の時間的経過を修正するためにこの推定を用いると、４２．３ｋｇのブタからのＮ_２の排除は、Ｎ_２を含まないスイープガスを用いたＣＰＢの最初の７分間では４．８ｍＬ／分であり、１時間では１．９ｍＬ／分、４時間では０．５ｍＬ／分であると推定される。血液１００ｍＬ当たり１．２７ｍＬのＮ_２の体温におけるヒト血液中の公開されたＮ_２溶解度および４リットル／分の平均ＣＰＢ流量を用いると、排除された窒素は、ＰＣＢの最初の７分間では６８ｍｍＨｇ、１時間では２３ｍｍＨｇ、４時間では８ｍｍＨｇという動物からの溶存Ｎ_２の静脈分圧を占める。

円柱状の中空糸微孔性人工肺膜は、スイープガス隔室から血液相中へ圧力を伝えることは期待されないので、血液細胞が低圧の圧力を経験することは期待されない。実際、大気圧より低いスイープガス圧力は、人工肺出口において動脈ライン血圧に影響を与えなかった（対照との差は０．５ａｔａでは−０．８〜＋０．６ｍｍＨｇにわたり（ｎ＝１４回試験、ｐ＞０．９）、０．１ａｔａでは−０．６〜＋０．５ｍｍＨｇにわたった（ｎ＝１４回試験、ｐ＞０．４））。さらに、血漿ヘモグロビンまたは溶血の形態学的証拠は、ブタにおける低圧酸素化の前およびその最中に得られた血液試料では観察されなかった（図５Ａ）。

経験を積んだ獣医病理学者により、６つの脳領域および腎皮質（図５Ｂ〜図５Ｄ）に由来する固定死後組織において、細胞構築学的異常または動物間における明らかな差異は概して発見されなかった。しかしながら、いくつかの白質領域の異常な拡張毛細血管の存在が示された。小さな毛細血管および小動脈の拡張は、微小塞栓症に対する既知の反応である。脳室周囲白質における盲目事後解析は、低圧酸素化中のＧＭＥの低減が、対照と比較した場合に、拡張した毛細血管の数および面積の３５．８±５．５％および４８．７±５．７％の低下をそれぞれ伴ったことを明らかにした（図４、ｐ＜０．００１）。検討したすべての毛細血管の直径において同様の発見が観測された（図４Ｄ）。総体として、これらのデータは、ＧＭＥの排除は、低圧酸素化を用いて維持された動物において微小血管の損傷の低減を伴うことを示唆している。

本願に引用された刊行物、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、これによりあたかも各参考文献が参照により援用されるように個々にかつ具体的に示され、その全容が本願に述べられるのと同程度に、参照によって援用される。

本発明を記載する文脈において（とりわけ以下の特許請求の範囲の文脈において）、用語「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および同様の指示対象の使用は、本願において別段の指示がない限り、または文脈に明らかに矛盾しない限り、単数および複数の双方を含むものと解釈されるべきである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、別段の指示がない限り、非制限用語（すなわち、「含むが、これらに限定されるものではない」ことを意味する）として解釈されるべきである。本願における値の範囲の詳説は、別段の指示がない限り、単にその範囲内にあるそれぞれの独立した値を個々に指す簡単な方法として機能するように意図し、それぞれの独立した値は、あたかもその値が個々に本願に列挙されるかのように、本明細書に組み込まれる。本願に記載したすべての方法は、本願において別段の指示がない限り、または文脈に明らかに矛盾しない限り、任意の適当な順序で実施することができる。本願に提供される全ての例または例示的用語（例えば、「のような」）の使用は、単に、本発明をより明らかにするように意図し、他に権利請求されない限り、本発明の範囲に対して限定をもたらさない。明細書中の言葉は、任意の権利請求していない要素を、本発明の実施にとって必須のものとして示すものと解釈されるべきでない。

本発明の例示的な実施形態は、本発明を実施するために発明者らが知っている最良のモードを含んで、本願に記載されている。それらの実施形態の変形例は、前述の説明を読むことで、当業者には明らかになる。発明者らは、当業者が必要に応じてそのような変形例を用いることを予期し、また発明者らは、本発明が本願に具体的に記載した以外に実施されることを意図する。従って、この発明は、適用法によって許されるように、本願に添付された特許請求の範囲に挙げられた主題の別例および均等物をすべて含む。さらに、すべての可能な変形例中における上述の要素のいかなる組み合わせも、本願において別段の指示がない限り、または文脈に明らかに矛盾しない限り、本発明によって包含される。

Claims (9)

1. 心肺バイパスのためのシステムであって、
   酸素圧力を調節するように構成された圧力調整器を備えた酸素供給源と、
   空気供給源と、
   前記酸素供給源および空気供給源を受容するように構成された流量制御装置と、
   前記流量制御装置と流体連通した気化器と、
   前記気化器と流体連通したスイープガス貯留槽と、
   スイープガス入口を介して前記スイープガス貯留槽の圧力調整器に流体接続された人工肺であって、前記スイープガス入口は大気圧より低い圧力を有するように構成され、前記人工肺は血液を酸素化するように構成されている、前記人工肺と、
   スイープガス出口を介して前記人工肺に流体接続され、前記大気圧より低い圧力を提供するように構成された真空調圧器と、
   前記スイープガス入口に流体接続され、前記酸素供給源から前記人工肺への圧力降下を可能にするように構成された流量制限器であって、前記スイープガス貯留槽と前記人工肺との間に配置される前記流量制限器と、
   を備え、
   前記気化器、前記スイープガス貯留槽、前記流量制限器、及び前記人工肺はこの順で直列に配置される、システム。
2. 前記スイープガス貯留槽は、前記気化器を大気圧で動作可能に構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 該システムは、
   心肺バイパス貯留槽と、
   該システムに圧力を提供するように構成され、前記心肺バイパス貯留槽と流体連通したポンプと、
   前記人工肺の血液出口と前記心肺バイパス貯留槽とに流体接続された動脈フィルタと、をさらに備える、請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 前記動脈フィルタと前記心肺バイパス貯留槽とに流体接続された患者インターフェースをさらに備える、請求項３に記載のシステム。
5. 前記血液出口と流体連通した第１ドップラーサイトと、前記動脈フィルタの出口と流体連通した第２ドップラーサイトとをさらに含む、請求項３または請求項４に記載のシステム。
6. 該システムは、
   前記人工肺の血液出口と流体連通している患者側貯留槽と、
   該システムに圧力を付加的に提供するように構成され、前記患者側貯留槽と流体連通した第２ポンプと、
   前記血液中に二酸化炭素を導入し、かつ前記血液から酸素を除去するように構成され、前記心肺バイパス貯留槽に流体接続されている患者模擬装置と、をさらに備える、請求項４または請求項５に記載のシステム。
7. 前記真空調圧器に流体接続された真空計、または前記スイープガス出口に流体接続された正圧リリーフ弁をさらに備える、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記人工肺は、密封されたハウジングを備えた微孔性膜型人工肺である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記人工肺の血液入口と流体連通した第１ＥＤＡＣサイトと、動脈フィルタ出口と流体連通した第２ＥＤＡＣサイトと、患者インターフェース入口と流体連通した第３ＥＤＡＣサイトとをさらに含む、請求項４に記載のシステム。