JPH0417049B2

JPH0417049B2 -

Info

Publication number: JPH0417049B2
Application number: JP59129872A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yano; Michihiro Nakamura
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 1984-06-22
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1992-03-25
Also published as: JPS618028A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、血液中のイオン濃度を測定ないし監
視する装置に関するものである。さらに詳しく言
えば、生体内監視用途において特別の有用性を示
す血管内に挿入可能な血液中のイオン濃度測定装
置に関するものである。

（従来の技術）血液中のイオン成分、とくに水素イオン、カリ
ウムイオン、ナトリウムイオン、カルシユウムイ
オン濃度を知ることは生体の呼吸および代謝材能
の良否を知るために臨床上きわめて重要である。
とくに手術中患者、ICU収容患者、あるいは
CCU収容患者で輸液を受けている患者において
は血液中の水素付濃度、カリウム、ナトリウム、
カルシユウムイオン濃度を連続的に監視すること
が強く望まれる。かかる血液中のイオン濃度の連
続的監視法、実用化されとしては、多くは採血後
イオン電極もしくは炎光法によつてなされてい
る。この他にこのような目的のために小型のカテ
ーテルタイプのガラス電極、コーテツドワイヤー
電極やFETセンサを用いたセンサが試作されて
いるが、まだ実用までに致つていない。

さて一方において、最近血液を体外回路に取り
出し、該回路中に設けられた中空糸状透析膜の外
側に血液を接触せしめ、内側にモニタ溶液を流
し、モニタ溶液中の水素イオン濃度を測定するこ
とによつて血液中のPHを測定できる装置が発表さ
れた（田村俊世、新医療、10巻、No.10、23頁
（1983））。

（発明が解決しようとする問題点）前者の血管内挿入型のセンサを使用する連続監
視装置には以下に列挙するような問題点がある。

(1) センサ自身を血管内に挿入するためにセンサ
を滅菌することが必要であり、かつセンサを使
い捨てとする必要があつた。これはきわめて不
経済と言わざるを得ない。

(2) センサをひとたび血管内に留置すると、標準
溶液でセンサの校正をおこなうことが不可能で
ある。しかし通常いかなるセンサも零点や感度
が経時変化（ドリフト）するために、長時間の
連続測定が不可能であつた。

(3) センサを直接血管内に留置する場合、生体の
侵襲度をできる限り小さくするためにセンサ自
身を細径化することが不可欠である。現在
FETセンサ、コーテツドワイヤー型センサは
細径化に成功しているが、この両者を複合化し
た場合細径化がきわめて困難である。

一方後者の方式を用いればセンサは血液と直接
接触することがないので上記の第１の問題点は解
決される。またセンサは体外に設置されるので必
要に応じて校正を行なうことも可能であるので第
２の問題点も解消する。さらに複数のイオンを同
時に測定することも可能と思われる。しかし、こ
の方法には無視し得ない重大な欠点が存在する。
それはイオン濃度測定のためにわざわざ血液を体
外の回路に取り出さねばならないことである。し
たがつて、この方法は人工心肺とか人工造析の体
外循環回路の血液イオンの監視には使用できるか
も知れないが、体外循環回路を必要としない大多
数の通常の重症患者の血液中イオンの監視に使用
するには余りにも患者への負担が大きすぎる。

以上のごとく、血液中のイオン濃度の連続監視
を目的とする公知の装置はそれぞれ問題点を有
し、広く臨床に用いられるに到つていないように
思われる。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは従来の血液イオン監視装置のかか
る問題点を解消し、実用性の高い方式について鋭
意研究の結果本発明に到つた。本発明では、イオ
ン透過能の低い材質から成る第１の管体と、一端
が閉塞されイオン透過能の高い材質から成り前記
一端から所定長さ分が外部に表われる状態で前記
第１の管体に挿通された第２の管体と、この第２
の管体に挿通され一端が前記第２の管体の前記一
端の近傍に至つた状態とされた第３の管体と、こ
の第３の管体の他端からキヤリヤ溶液を供給する
注液装置と、前記第２の管体の他端において前記
第２の管体と前記第３の管体との間から排出され
るキヤリヤ溶液が導かれる測定室と、この測定室
内に設けられキヤリヤ溶液中のイオンに感応する
センサとを具備する構成となつている。

（作用）第１〜第３の管から成るカテーテルが血管内に
挿入され、注液装置から第３の管体に一定の濃度
のイオンを含有するキヤリヤ溶液が供給される
と、このキヤリヤ溶液は第３の管体の一端から第
２の管体の閉塞された一端の内側に向かつて放出
される。次にこのキヤリヤ溶液は第２の管体と第
３の管体の間を通つて第２の管体の他端側に至
る。このキヤリヤ溶液は、第２の管体の前記一端
から前記他端側に向かう途中において、第２の管
体が外部に表われている箇所で血液とイオンの交
換を行なう。この第２の管体と第３の管体から成
る通路において第１の管体に覆われている箇所は
この第１の管体によつて第２の管体の伸張が制限
され、通路断面は一定に保たれる。また、第１の
管体は第２の管体を保護しているので、このカテ
ーテルが血管に挿抜される際、第２の管体が血管
の壁部との摩擦でまくれたり、縮れたりしてイオ
ン透過可能部の面積が変化するのを防ぐことがで
きる。第２の管体の他端から排出されたイオン交
換後のキヤリヤ溶液は体外に設置された測定室に
導かれ、キヤリヤ溶液中のイオン濃度が測定さ
れ、それによつて間接的に血液中のイオン濃度の
測定がなされるというものである。このようなイ
オン透過カテーテルを用いることにより、患者の
血液を体外の回路に取り出すことなく、血液中の
イオンの連続監視が可能となる。

（実施例）次に本発明装置の基本構成を図面にて説明す
る。第１図に示されているように本発明装置はま
ずイオン透過カテーテル１、キヤリヤ溶液の注液
装置８、測定室９、センサ１０、導管６と７、お
よび必要に応じてコツク１５と１６を主たる構成
要素とする。まずイオン透過カテーテル１は内管
２（第３の管体）とイオン透過性膜から成る外管
３（第２の管体）、イオン透過能のない管体４
（第１の管体）、および該カテーテルを留置針等に
接続するために使われるストツパー５より成る。
イオン透過能のない管体４は、イオン透過可能部
（この場合はカテーテル先端部）の膜面積を一定
とするために設けられる。注液装置８はキヤリヤ
溶液１７を一定流速でイオン透過カテーテル中に
送入する。測定室９にはセンサ１０が設置され
る。１１はコネクタ、１３はリード線、１４はコ
ネクタのピンで、これがモニタに接続される。１
５と１６はキヤリヤ溶液の流路を変更するための
コツクである。通常の測定の場合コツク１５は
開、１６は閉とされ、キヤリヤ溶液は注入装置か
らコツク１５、導管６を経てイオン透過カテーテ
ルの内管２の内側へ送入され、内管２の外側で血
液とイオンの交換を行なつた後導管７を経て測定
室９に送入され、廃液口１２より廃棄される。一
方センサの校正をする時にはコツク１５を閉、１
６を開としキヤリヤ溶液を注入装置８から直接測
定室９に送入する。

次に本発明装置の詳細について各構成要素ごと
に説明する。まずイオン透過カテーテルについて
説明する。イオン透過カテーテルの形としてはい
くつかの形が考えられるが、第１図に示した二重
管構造が最も実用的であると考えられる。イオン
透過カテーテルの外径（第１図ではイオン不透過
性膜４の部分の外径）は1.0mm以下、好ましくは
0.6mm以下であることが望ましい。これ以上太く
なると血管内へ留置する時の患者の苦痛が大きく
なりすぎる。イオン透過カテーテルの最も重要な
部分はイオン透過性膜３である。まず該膜は当然
のことながらイオン透過能の高い素材より成るも
のでなければならない。最も好ましい素材はセル
ロース膜、多孔性エチレンビニルアルコール共重
合体膜、ヒドロキシエチルメタアクリレート
（HEMA）等の親水性アクリル酸エステル、メタ
クリル酸エステル重合体等の親水性膜、多孔性の
アセチルセルロース、ポリスルホン、ポリメチル
メタクリレート等の多孔性膜である。膜の厚みと
しては10μｍから100μｍ程度が望ましい。膜厚が
この範囲以上になるとイオン透過能が低下する
し、カテーテル全体の外径が太くなるので好まし
くない。厚みが10μｍ以下になると、膜の機械的
強度が不十分となり、またピンホールが生成しや
すくなるので好ましくない。イオン透過性膜管体
部分３の長さとしては臨床的には短いほど好まし
いが、あまり短かすぎるとイオン交換に有効な膜
面積が不十分となるので実用的には１cmから５cm
程度が好ましい。イオン透過カテーテルの内管２
はキヤリヤ溶液をカテーテルの先端部まで送入す
る管体としての働きと同時に、カテーテルの形状
を保持するための芯管としての働きも有している
ので、ある程度の剛直性を有していることが必要
である。たとえばステンレス、ポリプロピレン、
テフロン、ポリカーボネート、ポリエチレン等の
管体が用いられる。内管２の肉厚は上記の剛直性
を失わない範囲で簿ければ簿いほど好ましい。こ
の肉厚が簿いほどキヤリヤ溶液の流路の体積を大
きくすることができ、それだけキヤリヤ溶液のカ
テーテル内滞留時間、したがつてイオン透過膜と
の接触時間を長くすることができ、それによつて
より平衡に近いイオン交換を行なうことが可能で
ある。実用的には内管の肉厚としては10μｍから
100μｍが好ましい。イオン不透過性管体４は可
能な限り肉簿で、かつイオン透過能の低いもので
あることが必要である。材質としてはポリエチレ
ン、ポリプロピレン、テフロン、ポリ塩化ビニ
ル、ナイロン、エチレン−ビニルアルコール共重
合体、酢酸セルロース等の高分子材料（非多孔
性）、あるいはアルミニウムの蒸着膜等の金属薄
膜が用いられる。

次に注液装置については第１図８に示したよう
な注射器が一つの例である。この場合には当然の
ことながら注射器のピストンを自動的に一定速度
で挿入する装置を必要とする。また注射器の代り
にローラポンプを用いることも可能である。注液
速度はイオン透過カテーテルの太さや長さによつ
て変るが大体0.1〜５ml／hrと微量である。しか
も注液速度の時間的変動は測定値に誤差をもたら
すので、±10％以内におさめることが必要である。

キヤリヤ溶液の導管６と７は次の条件を満足す
ることが必要である。まず第１に水蒸気透過能が
低いこと、第２に可能な限り内容積が小さいこと
である。キヤリヤ溶液と外部雰囲気とのイオンの
交換はカテーテルのイオン透過性膜３の部分のみ
で行われ、その他の流路途中で行われてはならな
い。導管の材質が水分をよく透過するものであれ
ば、外気への水の蒸発が起りキヤリヤー溶液のイ
オン濃度が変化する。またキヤリヤ溶液の導管の
内容積は小さいほどすみやかな応答が得られる。
したがつて、導管の材質としてはポリエチレン、
ポリプロピレン、テフロン、ポリ塩化ビニル、ナ
イロン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、
酢酸セルロース等が用いられ、その内径としては
0.5mm以下が望ましい。同様の条件は測定室９に
ついても要求される。すなわちキヤリヤ溶液の流
路容積が小さくなるような形であることが必要で
ある。測定室９は必要に応じて恒温ボツクス中に
収納される。センサ１０としては測定対象イオン
の種類に応じて各種のものが用いられる。例えば
ガラス電極、液膜電極、固体膜電極等の電極、電
器効果トランジスタ（FET）のゲート電極をイ
オン感応膜によりおきかえたFETセンサー、炎
光法によるイオン分析装置、光フアイバを利用し
たPHセンサ等が挙げられる。これらの中で、連続
測定の容易な点、火汲を使用しない点から電極も
しくはFETセンサーが好ましい。

電極としては、PH、Na⁺イオンの測定にはガラ
ス電極、K⁺、Ca⁺⁺イオン測定には感応性物質を
溶媒もしくは高分子マトリクス中に溶解した液膜
電極が好ましく、これらの電極は、血液等の微量
試料の分析用に毛細管電極や平膜型の電極等、測
定室の容積を小さくした様々な型のものが作られ
ている。

FETセンサも電極と同じく、感応膜を変える
ことにより種々のイオンに対するセンサが作製さ
れており、例えば感応膜が窒化硅素（Si₃N₄）、
酸化アルミナ（Al₂O₃）王酸化タンタル
（Ta₂O₅）等であるFETPHセンサ、イオン感応性
ガラス膜を用いるNa⁺、K⁺イオンセンサ、ニユ
ートラルキヤリヤー等のイオン感応性物質を含有
する高分子膜を感応膜として使用するK⁺、Ca⁺⁺
イオンセンサ等が挙げられる。FETセンサは小
型で、複合化が容易であるという特徴を有し、本
発明に用いるセンサとしてとくに適している。

電極、もしくはFETセンサによる測定には比
較電極が必要であり、これには通常銀−塩化銀電
極、甘泉電極が用いられるが、これらは必ずしも
測定室９の中に収納されている必要はなく、キヤ
リヤ溶液によつて電極本体と液絡されている他の
場所、たとえば廃液と１２の下流側に設置されて
いてもかまわない。キヤリヤ溶液としては、水そ
のものを用いることも可能であるが、測定対象物
質の濃度が血液の濃度に近いものを用いると、イ
オン交換後のキヤリヤ液の濃度が平均値に近ずく
ため、測定の際の誤差を小さくすることができ
る。

従つてキヤリヤ溶液中のNa⁺、Cl^-は50〜200ｍ
Ｍ、好ましくは100〜150ｍＭ、K⁺、Ca⁺⁺は0.1〜
10ｍＭ、好ましくは１〜５ｍＭであることが望ま
しい。Na⁺、u^-を血液の組成に近くすることは、
両者の浸透圧を等しくし、イオン交換膜にかかる
力を小さくすることや、キヤリヤ溶液と血液間で
の水の移動を小なくすることからも有意義であ
る。PHについては必ずしも血液のPHと等しくする
必要がなく、血液中と電解質の交換により、PHが
速やかに変化するように、弱電解質イオン、例え
ば有機酸、有機アミン、リン酸、ホウ酸等を多く
含まないことが重要である。

（発明の効果）以上に述べたセンサ、キヤリヤ液組成を適当に
組合せることにより、本装置を用いて１本のイオ
ン透過カテーテルで複数のイオンを測定すること
が可能である。この場合センサは複合化されたも
のを用いてもかまわないし、単一のセンサを直
列、もしくは並列に連結してもよい、また同様に
して本装置のセンサとO₂、CO₂センサ等のガスセ
ンサ、グルコース、尿素、ウレアーゼ等の基質セ
ンサを組合せることにより、イオン以外の化学物
質の濃度を測定することも当然可能であり、本発
明の装置を用いることにより、 (1) 非常に小さな侵襲で多くのパラメータを同時
に監視することが可能となつた。

(2) イオン透過カテーテルは容易に滅菌でき、か
つ極めて安価であるので、センサを直接血管に
入れる方式に比して血液イオンの連続監視を安
価に行なうことができる。

(3) 血液を体外に取り出さないので大規模な体外
循環回路を必要としない。そのために経済的で
あるのはもちろんのこと貴重な血液をロスする
ことがなく、血栓防止のために投与されるヘパ
リンの量も微量でよいか、場合によつては投与
する必要もない。

(4) センサは体外に設置されるので使い捨てでは
ない。また校正も可能で、さらにサイズの制約
もゆるいので複合化が容易である。

(5) 本発明におけるイオン透過カテーテルはキヤ
リヤ溶液を導く通路部分の断面を一定に保つこ
とができるので正確な測定を行なうことができ
る。

(6) 本発明におけるイオン透過カテーテルはイオ
ン透過可能部の膜面積が常に一定であるのでこ
れによつても正確な測定を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の構成を例示する断面図
である。１……イオン透過カテーテル、２……内管、３
……イオン透過性膜、４……イオン不透過性膜、
５……栓体、６，７……キヤリヤ溶液導管、８…
…キヤリヤ溶液注入装置、９……測定室、１０…
…センサ、１１……コネクタ、１２……廃液口、
１３……リード線、１４……コネクタピン、１
５，１６……コツク、１７……キヤリヤ溶液、１
８……血管。

Claims

【特許請求の範囲】１イオン透過能の低い材質から成る第１の管体
と、一端が閉塞されイオン透過能の高い材質から
成り前記一端から所定長さ分が外部に表われる状
態で前記第１の管体に挿通された第２の管体と、
この第２の管体に挿通され一端が前記第２の管体
の前記一端の近傍に至つた状態とされた第３の管
体と、この第３の管体の他端からキヤリヤ溶液を
供給する注液装置と、前記第２の管体の他端にお
いて前記第２の管体と前記第３の管体との間から
排出されるキヤリヤ溶液が導かれる測定室と、こ
の測定室内に設けられキヤリヤ溶液中のイオンに
感応するセンサとを具備する血液中のイオン濃度
測定装置。２特許請求の範囲第１項において供給されるキ
ヤリヤ溶液が、測定対象となるイオンを一定濃度
含んでいることを特徴とする血液中のイオン濃度
測定装置。