JPH05208048A - 人工腎臓 - Google Patents

人工腎臓

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JPH05208048A
JPH05208048A JP4283413A JP28341392A JPH05208048A JP H05208048 A JPH05208048 A JP H05208048A JP 4283413 A JP4283413 A JP 4283413A JP 28341392 A JP28341392 A JP 28341392A JP H05208048 A JPH05208048 A JP H05208048A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 血液濾過、血液透析、または血液透析濾過に
付されている患者の血液中に、医薬、グルコースまたは
重炭酸塩のような物質を正確に投与することを可能にす
る人工腎臓を提供する。 【構成】 体外循環回路（５，７）に接続する第一のコ
ンパートメント（２）と廃液排出用の排出口をもつ第二
のコンパートメント（３）が半透過性膜（４）で分離さ
れてなる２つのコンパートメントを有する交換部（１）
からなる人工腎臓。手段（２２，２５）は血液を体外流
路に運ぶ回路（５，７）中に灌流する物質（Ａ）を含む
滅菌液の流速（ＱＡ）を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関数
として制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、血液中への物質の投与を可能に
し、また事故もしくは外科手術後に一時的に腎不全に罹
患している患者の処置にとくに適合した人工腎臓に関す
る。
【０００２】この場合の物質は、たとえば、医薬（とく
に抗生物糞）、グルコース、またはある種の血中電解質
（カリウム、マグネシウム、およびとくに重炭酸塩）で
ある。本発明は、以下に、その重炭酸塩の投与への応用
に関して説明されるが、この特定の例は全く例示の目的
で示されたものであり、いかなる意味においても本発明
を限定するものではないことを理解すべきである。
【０００３】血漿老廃物（尿素、クレアチニン）の精製
および水の排泄に加えて、腎臓が、とくに弱酸（リン
酸、モノナトリウム酸）の除去およびアンモニウム塩の
産生により、内部メジウムの酸塩基平衡の維持に重要な
役割を果たしていることはよく知られている。
【０００４】この調節作用がも早作動しないために、腎
機能が一時的または永久的に失われた患者では、内部メ
ジウム中の酸度の上昇（アシドーシス）、すなわち血漿
ｐＨの７方向への低下が（血漿ｐＨは正常時には７．３
５〜７．４５の極めて狭い範囲内にある）観察される。
【０００５】腎臓のこの調節作用の欠損を緩和する慣用
方法は、内部メジウムの酸塩基平衡を調節する他の機構
を作動させるもので、この機構は血液の緩衝系によつて
構成され、主なこの系は、弱酸としての炭酸がそのアル
カリ塩に会合した重炭酸塩からなるものである。すなわ
ち、腎不全に罹患した患者のアシドーシスを除去するた
めには、一般的には血液が血液濾過または血液透析によ
つて精製される期間に合わて、血液中に重炭酸塩を通過
させる。
【０００６】血液が血漿老廃物の対流運搬を伴う半透過
性膜を通しての血漿水の限外濾過によつて精製される血
液濾過による処置時に、炭酸水素ナトリウムの溶液を灌
流させて重炭酸塩を添加する。
【０００７】膜の一方の面に血液を循環させ他方に面に
透析液を循環させて半透過性膜を介した拡散によつて血
漿老廃物を移送して血液を精製する血液透析処置時に
は、重炭酸塩は、透析液が重炭酸塩を含むか否かによつ
て、２つの方法で添加される。
【０００８】透析液が重炭酸塩を含む場合には、透析液
が半透過性膜を通過して血液中に拡散することにより重
炭酸塩は血液中に添加され、透析液中の重炭酸塩濃度は
それに応じて調整される。
【０００９】透析液が重炭酸塩を含まない場合には、血
液透析処置時に、膜交換部で生じる拡散による消失（ま
たは血液濾過による対流消失）を補償し、また患者がア
シドーシス状態を呈している原因の不足分を補償するた
め、炭酸水素ナトリウムの溶液を患者に灌流させる。
【００１０】これらの処置のいずれかに付された患者の
血液中の重炭酸塩の最終濃度は、灌流液中または透析液
中の重炭酸塩の濃度、それらの各流速、ならびに膜交換
部を通過する患者の血液の流速に異存する。炭酸水素ナ
トリウム溶液の濃度が製造業者によつて固定されている
例外を除いて、これらのパラメーターは、現在では、シ
ョック状態にある患者、血液が永久的ベースで透析また
は限外濾過されている患者では定期的に行われている血
液ｐＨの測定値、または腎機能が永久的に失われている
患者では一つの処置期間後、次の処置期間の前に実施さ
れる血液ｐＨの測定値に基づいて医師により経験的に決
定されている。
【００１１】本発明の目的は、腎精製処置に付される患
者の血液中の物質の濃度、とくに重炭酸塩の濃度の正確
な調整を可能にする人工腎臓を提供することにある。
【００１２】本発明によれば、この目的は、 −患者に接続可能な体外血液循環回路に接続する第一の
コンパートメントと廃液排出用の排出口をもつ第二のコ
ンパートメントが半透過性膜で分離されてなる２つのコ
ンパートメントを有する交換部、 −物質（Ａ）を含有する灌流液を患者に灌流するための
手段、ならびに −半透過性膜を通過する物質（Ａ）の移送を考慮して患
者血液中の物質（Ａ）の濃度を所望の濃度［Ａ］ＤＥＳ
に調整する投与量調整手段、からなる人工腎臓によつて
達成される。
【００１３】本発明の特徴によれば、投与量調整手段は
灌流液の流速（ＱＡ）を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関数
として制御する手段からなる。
【００１４】本発明の他の特徴によれば、灌流液の流速
（ＱＡ）と廃液の流速（ＱＯＵＴ）は式
【数５】 または式
【数６】 （式中、［Ａ］ＳＯＬは滅菌液中の物質（Ａ）の濃度で
あり、Ｃｌは物質（Ａ）についての人工腎臓のクリアラ
ンスである）の関係にする。
【００１５】本発明の他の特徴によれば、物質（Ａ）は
重炭酸塩であり、人工腎臓は体外血液循環回路および交
換部の第二のコンパートメントの導入部に接続する、重
炭酸塩を含まない置換液／透析液の貯蔵部、ならびに貯
蔵部を孤立させるかもしくは置換液／透析液を体外血液
循環回路に流出させるが、またはそれに代えて置換液／
透析液を第二のコンパートメントに流入させるための閉
鎖手段を包含する。
【００１６】本発明のさらに他の特徴によれば、物質
（Ａ）は重炭酸塩であり、人工腎臓は、体外血液循環回
路に注入される液体の流量と交換部の第二のコンパート
メントから流出する廃液（限外濾過液および／また透析
廃液）の流量の差を測定する手段を包含する。液体流量
の差の測定手段は、置換液／透析液の貯蔵部を構成する
容器および廃液収集用容器の重量を測定する重量計、な
らびに物質（Ａ）を含有する溶液の貯蔵部を構成する容
器の重重を測定する重量計からなる。
【００１７】本発明の目的はまた、半透過性膜で分離さ
れた２つのコンパートメントから構成され、一つのコン
パートメントは廃液排出用の排出口を有する交換部から
なる人工腎臓に接続する患者血液に物質（Ａ）を投与す
る方法において、 −物質（Ａ）を含有する液体の患者への灌流、および −灌流液の流速（ＱＡ）を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関
数としての制御の両工程からなる方法によつて達成され
る。
【００１８】本発明の他の特徴および利点は、以下の記
載から明らかであろう。参照される図面中、図１は、本
発明の第一の実施態様の単純化したダイアグラムであ
り、図２は、本発明の第二の実施態様の単純化したダイ
アグラムである。
【００１９】図１に示す人工腎臓は、半透過性膜４で分
離された２個のコンパートメント２および３を有する交
換部１からなる。コンパートメント２は体外血液循環回
路に接続され、循環ポンプ６が配置された上流部導管
５、および気泡捕捉部８が装着された下流部導管７から
なる。導管５および７は、体外血液循環回路を体外で患
者９の脈管系に接続するためのそれぞれの針部またはカ
テーテル接続部が設けられた自由端を有する。
【００２０】重炭酸塩を含まない滅菌置換液／透析液を
含有する容器１０は、循環ポンプ１２が配置された共通
の長さの導管１１を介して、２つの導管１３および１４
に接続し、これらの導管はそれぞれ気泡捕捉部８および
交換部１の第二のコンパートメント３に接続する。たと
えば電磁的に操作されるクランプの閉鎖手段１５および
１６が導管１３および１４にそれぞれ設けられ、これに
より容器１０は孤立させること、または交換部１もしく
は体外血液循環回路に選択的に接続されることができ
る。
【００２１】廃液（限外濾過液および／また透析廃液）
用の第二の容器１７は、廃液の抽出ポンプ１９が配置さ
れた導管１８によつて、交換部１の第二のコンパートメ
ント３の排出口に接続される。ポンプ１９は、交換部１
のコンパートメント３内の変動可能な圧力低下を生成さ
せる役割を果たし、すなわち膜通過圧、その結果として
限外濾過の流速を変動させることができる。
【００２２】炭酸水素ナトリウムの滅菌溶液を含有する
第三の容器２０は、循環ポンプ２２が配置された導管２
１によつて気泡捕捉部８に接続する。
【００２３】本発明によれば、図１に示す人工腎臓は、
患者９に灌流される液体廃液の間の差を測定する手段、
たとえば灌流された液体量を越える血漿水の抽出によつ
て生じる所望の重量低下を測定する手段、ならびに患者
の血漿中の炭酸水素ナトリウムの測定値を確立する手段
を包含する。これらの手段は、置換液／透析液の容器１
０および廃液の容器１７の重量を測定する重量計２３、
炭酸水素ナトリウムの容器２０の重量を測定する第二の
重量計２４、ならびに重量計２３および重量計２４によ
つて送られてくるデータ、所望の重量減少流速について
の基準値（ＱＷＬ）、容器２０に含有される溶液中の重
炭酸塩濃度の値［ＨＣＯ３］ＳＯＬ、および血液中の所
望の重炭酸塩濃度についての基準値［ＨＣＯ３］ＤＥＳ
を、入力シグナルとして受けるのに適した制御ユニット
２５からなる。制御ユニット２５は、所望の重量減少流
速ＱＷＬおよび置換液／透析液を循環させるポンプ１２
に賦課される流速ＱＩＮを考慮して廃液抽出ポンプ１９
を、また廃液抽出ポンプ１９の流速ＱＯＵＴを考慮して
重炭酸塩溶液を灌流させるためのポンプ２２を制御する
ように設計される。
【００２４】本発明においては、灌流ポンプ２２の流速
ＱＨＣＯ３は、患者に施される処置の種類（置換液を灌
流させまたは灌流させないでの血液濾過、血液透析、ま
たは血液透析濾過）とは無関係に、抽出ポンプ１９の流
速ＱＯＵＴの関数として、式
【数７】 によつて制御できる。
【００２５】上述の人工腎臓は次のように操作される。
すなわち、置換液が灌流されない血液濾過様式において
は、クランプ１５および１６は閉鎖され、置換液／透析
液を循環させるポンプ１２は停止し、血液濾過液の抽出
と重炭酸塩溶液の灌流のためのポンプ１９および２２を
作動させる。制御ユニット２５は、重量計２３によつて
測定される抽出ポンプ１９の流速ＱＯＵＴを、その流速
が所望の重量減少流速ＱＷＬと重量計２４によつて測定
される重炭酸塩溶液の灌流の流速ＱＨＣＯ３の和に常に
等しくなるように、絶えず調整する。制御ユニット２５
はまた、重炭酸塩溶液を灌流させるためのポンプ２２の
流速ＱＨＣＯ３を、患者血液中の所望の重炭酸塩濃度
［ＨＣＯ３］ＤＥＳ、容器２０に含有される溶液の重炭
酸塩濃度［ＨＣＯ３］ＳＯＬおよび交換部１内で生じる
伝達性消失すなわちＱＯＵＴ×［ＨＣＯ３］
ＢＬＤ（［ＨＣＯ３］ＢＬＤは患者皿液中の重炭酸塩濃
度である）の関数として絶えず調整する。この場合、血
液濾過に使用される高透過性膜の透過度は血液電解質に
ついては１に等しい。膜を通過する物質の重量流速Ｊｓ
を血漿水の容量流速Ｊｖの関数として与える一般式
【数８】 （式中、Ｃｓは血液中の物質の濃度であり、Ｔｒはその
物質についての膜の透過度である）を想起すべきであ
る。
【００２６】重炭酸塩溶液を灌流させるためのポンプ２
２は上記の式（１）に従いサーボ制御され、したがつて
患者９の血液を徐々に、その重炭酸塩濃度が［ＨＣ
Ｏ３］ＤＥＳに等しい平衡状態に移行される。
【００２７】置換液の灌流を伴う血液濾過様式において
は、クランプ１５は開かれ、３つのすべてのポンプ１
２、１９および２２が作動される。ポンプ１２の流速は
処置期間の初期にオペレーターにより一定の値に固定さ
れる。この第二の処置様式における人工腎臓の操作で
は、抽出ポンプ１９を制御するために、制御ユニット２
５は、ポンプ１９に賦課される流速ＱＯＵＴが置換液の
流速と重量計２３によつて測定される廃液の流速の差が
所望の重量減少流速ＱＷＬと重量計２４によつて測定さ
れる重炭酸塩溶液の灌流液の流速ＱＨＣＯ３の和に等し
くなるように選択されることを考慮して容器１０の内容
物を排出する点でのみ、上述の場合と異なる。重炭酸塩
溶液の灌流ポンプ２２は上述の場合と同様に式（１）に
よつて特定されるサーボ制御によつて調整される。
【００２８】血液透析様式においては、クランプ１５は
閉鎖され、クランプ１６は開放され、３つのすべてのポ
ンプ１２、１９および２２が作動される。制御ユニット
２５は、抽出ポンプ１９の流速ＱＯＵＴを、透析液の流
速と重量計２３によつて測定される廃液の流速の差が重
量計２４によつて測定される重炭酸塩溶液の灌流液の流
速ＱＨＣＯ３に絶えず等しく、重量減少流速基準値は０
になるように調整する。
【００２９】制御ユニット２５はまた、重炭酸塩溶液の
灌流液の流速ＱＨＣＯ３を、患者血液の所望の重炭酸塩
濃度［ＨＣＯ３］ＤＥＳ、容器２０に含有される溶液中
の重炭酸塩濃度［ＨＣＯ３］ＳＯＬ、交換部１における
拡散消失すなわちＣｌ×［ＨＣＯ３］ＢＬＤ（［ＨＣＯ
３］ＢＬＤは患者血液中の重炭酸塩濃度であり、Ｃｌは
重炭酸塩についての人工腎臓のクリアランスである）の
関数として調整する。「クリアランス」の語は、単位時
間に消失する物質の量と交換部の入口における血液中の
その物質の濃度の比として一般的に定義される。血液中
の重炭酸塩濃度が平衡時の与えられた値に到達したこと
を保証するためには、重炭酸塩溶液用のポンプ２２の灌
流流速ＱＨＣＯ３を、式
【数９】 に従うように制御することが必要である。これは、人工
腎臓のクリアランスが予め測定されていて、クリアラン
スは使用された交換部の種類（膜の性質および面積）、
一般的には交換部を通過する血液および透析液の流速に
依存するとの仮定に基づくものである。
【００３０】しかしながら、ある値の血液流速および透
析液流速においては、与えられた物質および与えられた
交換部についての人工腎臓のクリアランスは実質的に一
定である。これは、第一に交換部における膜の面積が血
液流速に対して十分大きい場合、第二に血液流速が透析
液流速に比べて比較的大きい場合（その速度の約３倍以
上）に、とくに当てはまる。この様な場合には、交換部
から排出する血液および透析液は問題の物質について同
じ濃度を有し、クリアランスＣｌは廃液の排出口流速Ｑ
ＯＵＴに等しい。換言すれば、これらの特定の操作条件
では、重炭酸塩溶液の灌流ポンプ２２の制御は式（１）
によつて規定される。これらの条件は、弱つた生体が耐
えられるように精製を緩徐に行わなければならないショ
ック状態の患者の連続透析処置に適用できる。
【００３１】したがつて、本発明の人工腎臓は、患者が
どのようなタイプの処置に付される場合でも、単に単一
のサーボ制御式を使用して１つのポンプを制御する簡単
な方法でその酸塩基平衡に作用させることが可能なの
で、一時的に腎機能を喪失した患者の処置にとくに有利
である。
【００３２】この人工腎臓は、血液透析濾過の様式でも
操作することができる。この場合は、この腎臓内での限
外濾過が重量減少速度の与えられた基準値に従つて生じ
るようにポンプ１９を制御するほかは、クランプの位置
およびポンプの操作は血液透析様式の場合と同一であ
る。
【００３３】図２に示した人工腎臓は、体外血液循環回
路に交換部１の下流に配置された第二のポンプ２６を包
含し、それにより交換部１内の膜通過圧の変動が可能と
なり、したがつて限外濾過血漿水の流速（すなわち、血
液濾過のＱＯＵＴ）が変動可能である点で、上述の人工
腎臓と異なる。さらに、置換液／透析液および廃液の容
器１０および１７が、この場合は独立した重重計２７、
２８によつて秤量され、交換部１のコンパートメント３
を廃液容器１７に接続する導管１８にはポンプが配置さ
れていない。
【００３４】さらに、導管１１、１３および１４に接続
された三方バルブ２９が、置換液／透析液容器１０を気
泡捕捉部８もしくは交換部１のコンパートメント３に接
続するか、または容器１０を孤立させる役割を果たす。
【００３５】本発明の人工腎臓のこの第二の実施態様の
操作には、上述の態様の場合と重要な差異はない。置換
液が灌流されない血液濾過様式においては、ポンプ１２
は停止し、ポンプ２６の流速は制御ユニット２５によ
り、重量計２８によつて測定される濾過液の流速Ｑ
ＯＵＴが、基準重量減少流速ＱＷＬと重量計２４によつ
て測定される重炭酸塩溶液の灌流の流速ＱＨＣＯ３の和
に等しくなるように調節される。
【００３６】置換液の灌流を伴う血液濾過様式において
は、ポンプ１２は、最初オペレーターによつて調整され
た速度で作動させ、ポンプ２６の速度は、制御ユニット
２５によつて、濾過液の流速ＱＯＵＴが基準重量減少速
度ＱＷＬ、重炭酸塩溶液の灌流液の流速ＱＨＣＯ３およ
び重量計２７によつて測定される置換液の灌流流速Ｑ
ＩＮの和に等しくなるように制御される。
【００３７】血液透析様式においては、交換部１からそ
れぞれ上流および下流の血液回路上のポンプ６および２
６が同じ速度で作動され、透析液を循環させるポンプ１
２は最初にオペレーターによつてセットされた速度で作
動される。
【００３８】血液透析濾過の様式では、制御ユニット２
５は、置換液の灌流を伴う血液濾過様式の場合と同様に
ポンプ２６の流速を制御する。
【００３９】それが操作されない血液濾過様式の場合を
除いて、置換液／透析液を循環させるポンプ１２の流速
は、制御ユニット２５のメモリーに最初にストアされた
所望の流速を重量計２７によつて測定される流速と比較
する制御ユニット２５によつて制御される。重炭酸塩溶
液を灌流するポンプ２２の流速ＱＨＣＯ３は、上述のよ
うに、重量計２４によつて測定される廃液の流速Ｑ
ＯＵＴの関数として、場合に応じて式（１）または式
（２）に従つて制御される。
【００４０】本発明は、以上述べた実施態様によつて限
定されるものではなく、各種の改変が包含される。
【００４１】とくに、上述の人工腎臓の実施態様と異な
り、置換液／透析液をポンプ１２で循環させる様式で
は、ポンプ１９（２６）に限外濾過流速を最初にオペレ
ーターによつて固定された速度として制御する流速を与
え、ポンプ１２の流速は灌流および限外濾過される新鮮
液および廃液の差、および所望の重量減少速度の関数と
して制御することができる。
【００４２】さらに、限外濾過流速を制御するポンプ１
９（２６）の制御および重炭酸塩溶液を灌流するポンプ
２２の制御に必要な液体の流速値は、重量計以外の手
段、たとえば、流量計または容量測定手段で測定するこ
ともできた。
【００４３】さらに、置換液／透析液の流速および重炭
酸塩溶液の流速を制御するためのポンプ１２および２２
は、液体が重力によつて流れる電磁操作クランプによつ
て置換することもできた。
【００４４】灌流液の貯蔵部１０は、上述のように体外
血液循環回路５、７にではなく、直接、患者の脈管系に
接続することもできた。
【００４５】最後に、上述のように、本発明の人工腎臓
に装着される投与手段は、血液濾過、血液透析、または
血液透析濾過による処置期間にある患者の血液中に、す
べての物質を投与するために使用できる。医薬Ａの場
合、たとえば、容器２０には医薬の滅菌溶液を含有さ
せ、容器１０には血液の主要な電解質たとえば重炭酸塩
を添加した透析液を含有させる。腎臓の操作は、図１お
よび２の実施態様に関して上に記述した操作と同じで、
とくに、灌流するポンプ２２は、場合に応じて式（１）
または式（２）を適用して廃液の流速の関数として制御
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一態様のダイアグラム。
【図２】 本発明の別の態様のダイアグラム。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１１月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 人工腎臓
【特許請求の範囲】
【数１】 （式中、〔Ａ〕ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
ある）の関係にする「請求項２」記載の人工腎臓
【数２】 （式中、〔Ａ〕ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
あり、Ｃｌは物質（Ａ）についての人工腎臓のクリアラ
ンスである）の関係にする「請求項２」に記載の人工腎
臓
【数３】 （式中、〔Ａ〕ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
ある）の関係にする「請求項１６」記載の方法
【数４】 （式中、〔Ａ〕ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
あり、Ｃｌは物質（Ａ）についての人工腎臓のクリアラ
ンスである）の関係にする「請求項１６」記載の方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、血液中への物質の投与を可能に
し、また事故もしくは外科手術後に一時的に腎不全に罹
患している患者の処置にとくに適合した人工腎臓に関す
る。
【０００２】この場合の物質は、たとえば、医薬（とく
に抗生物質）、グルコース、またはある種の血中電解質
（カリウム、マグネシウム、およびとくに重炭酸塩）で
ある。本発明は、以下に、その重炭酸塩の投与への応用
に関して説明されるが、この特定の例は全く例示の目的
で示されたものであり、いかなる意味においても本発明
を限定するものではないことを理解すべきである。
【０００３】血漿老廃物（尿素、クレアチニン）の精製
および水の排泄に加えて、腎臓が、とくに弱酸（リン
酸、モノナトリウム酸）の除去およびアンモニウム塩の
産生により、内部メジウムの塩素基平衡の維持に重要な
役割を果たしていることはよく知られている。
【０００４】この調節作用がも早作動しないために、腎
機能が一時的または永久的に失われた患者では、内部メ
ジウム中の酸度の上昇（アシド−シス）、すなわち血漿
ｐＨの７方向への低下が（血漿ｐＨは正常時には７．３
５〜７．４５の極めて狭い範囲内にある）観察される。
【０００５】腎臓のこの調節作用の欠損を緩和する慣用
方法は、内部メジウムの酸塩基平衡を調節する他の機構
を作動させるもので、この機構は血液の緩衝系によって
構成され、主なこの系は、弱酸としての炭酸がそのアル
カリ塩に会合した重炭酸塩からなるものである。すなわ
ち、腎不全に罹患した患者のアシド−シスを除去するた
めには、一般的には血液が血液濾過または血液透析によ
って精製される期間に合わせて、血液中に重炭酸塩を通
過させる。
【０００６】血液が血漿老廃物の対流運搬を伴う半透過
性膜を通しての血漿水の限外濾過によって精製される血
液濾過による処置時に、炭酸水素ナトリウムの溶液を灌
流させて重炭酸塩を添加する。
【０００７】膜の一方の面に血液を循環させ他方に面に
透析液を循環させて半透過性膜を介して拡散によって血
漿老廃物を移送して血液を精製する血液透析処置時に
は、重炭酸塩は、透析液が重炭酸塩を含むか否かによっ
て、２つの方法で添加される。
【０００８】透析液が重炭酸塩を含む場合には、透析液
が半透過性膜を通過して血液中に拡散することにより重
炭酸塩は血液中に添加され、透析液中の重炭酸塩濃度は
それに応じて調整される。
【０００９】透析液が重炭酸塩を含まない場合には、血
液透析処置時に、膜交換部で生じる拡散による消失（ま
たは血液濾過による対流消失）を補償し、また患者がア
シドーシス状態を呈している原因の不足分を補償するた
め、炭酸水素ナトリウムの溶液を患者に灌流させる。
【００１０】これらの処置のいずれかに付された患者の
血液中の重炭酸塩の最終濃度は、灌流液中または透析液
中の重炭酸塩の濃度、それらの各流速、ならびに膜交換
部を通過する患者の血液の流速に依存する。炭酸水素ナ
トリウム溶液の濃度が製造業者によって固定されている
例外を除いて、これらのパラメーターは、現在では、シ
ョック状態にある患者、血液が永久的ベースで透析また
は限外濾過されている患者では定期的に行われている血
液ｐＨの測定値、または腎機能が永久的に失われている
患者では一つの処置期間後、次の処置期間の前に実施さ
れる血液ｐＨの測定値に基づいて医師により経験的に決
定されている。
【００１１】本発明の目的は、腎精製処置に付される患
者の血液中の物質の濃度、とくに重炭酸塩の濃度の正確
な調整を可能にする人工腎臓を提供することにある。
【００１２】本発明によれば、この目的は、 −患者に接続可能な体外血液循環回路に接続する第一の
コンパートメントと廃液排出用の排出口をもつ第二のコ
ンパートメントが半透過性膜で分離されてなる２つのコ
ンパートメントを有する交換部、 −物質（Ａ）を含有する灌流液を患者に灌流するための
手段、ならびに −半透過性膜を通過する物質（Ａ）の移送を考慮して患
者血液中の物質（Ａ）の濃度を所望の濃度〔Ａ〕ＤＥＳ
に調整する投与量調整手段、からなる人工腎臓によって
達成される。
【００１３】本発明の特徴によれば、投与量調整手段は
灌流液の流速（ＱＡ）を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関数
として制御する手段からなる。
【００１４】本発明の他の特徴によれば、灌流液の流速
（ＱＡ）と廃液の流速（ＱＯＵＴ）は式
【数５】 または式
【数６】 （式中、〔Ａ〕ＳＯＬは滅菌液中の物質（Ａ）の濃度で
あり、Ｃｌは物質（Ａ）についての人工腎臓のクリアラ
ンスである）の関係にする。
【００１５】本発明の他の特徴によれば、物質（Ａ）は
重炭酸塩であり、人工腎臓は体外血液循環回路および交
換部の第二のコンパートメントの導入部に接続する、重
炭酸塩を含まない置換液／透析液の貯蔵部、ならびに貯
蔵部を孤立させるかもしくは置換液／透析液を体外血液
循環回路に流出させるか、またはそれに代えて置換液／
透析液を第二のコンパートメントに流入させるための閉
鎖手段を包含する。
【００１６】本発明のさらに他の特徴によれば、物質
（Ａ）は重炭酸塩であり、人工腎臓は、体外血液循環回
路に注入される液体の流量と交換部の第二のコンパート
メントから流出する廃液（限外濾過液および／また透析
廃液）の流量の差を測定する手段を包含する。液体流量
の差の測定手段は、置換液／透析液の貯蔵部を構成する
容器および廃液収集用容器の重量を測定する重量計、な
らびに物質（Ａ）を含有する溶液の貯蔵部を構成する容
器の重量を測定する重量計からなる。
【００１７】本発明の目的はまた、半透過性膜で分離さ
れた２つのコンパートメントから構成され、一つのコン
パートメントは廃液排出用の排出口を有する交換部から
なる人工腎臓に接続する患者血液に物質（Ａ）を投与す
る方法において、 −物質（Ａ）を含有する液体の患者への灌流、および −灌流液の流速（ＱＡ）を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関
数としての制御の両工程からなる方法によって達成され
る。
【００１８】本発明の他の特徴および利点は、以下の記
載から明らかであろう。参照される図面中、図１は、本
発明の第一の実施態様の単純化したダイアグラムであ
り、図２は、本発明の第二の実施態様の単純化したダイ
アグラムである。
【００１９】図１に示す人工腎臓は、半透過性膜４で分
離された２個のコンパートメント２および３を有する交
換部１からなる。コンパートメント２は体外血液循環回
路に接続され、循環ポンプ６が配置された上流部導管
５、および気泡捕捉部８が装着された下流部導管７から
なる。導管５および７は、体外血液循環回路を体外で患
者９の脈管系に接続するためのそれぞれの針部またはカ
テーテル接続部が設けられた自由端を有する。
【００２０】重炭酸塩を含まない滅菌置換液／透析液を
含有する容器１０は、循環ポンプ１２が配置された共通
の長さの導管１１を介して、２つの導管１３および１４
に接続し、これらの導管はそれぞれ気泡捕捉部８および
交換部１の第二のコンパートメント３に接続する。たと
えば電磁的に操作されるクランプの閉鎖手段１５および
１６が導管１３および１４にそれぞれ設けられ、これに
より容器１０は孤立させること、または交換部１もしく
は体外血液循環回路に選択的に接続させることができ
る。
【００２１】廃液（限外濾過液および／また透析廃液）
用の第二の容器１７は、廃液の抽出ポンプ１９が配置さ
れた導管１８によって、交換部１の第二のコンパートメ
ント３の排出口に接続される。ポンプ１９は、交換部１
のコンパートメント３内の変動可能な圧力低下を生成さ
せる役割を果たし、すなわち膜通過圧、その結果として
限外濾過の流速を変動させることができる。
【００２２】炭酸水素ナトリウムの滅菌溶液を含有する
第三の容器２０は、循環ポンプ２２か配置された導管２
１によって気泡捕捉部８に接続する。
【００２３】本発明によれば、図１に示す人工腎臓は、
患者９に灌流される液体廃液の間の差を測定する手段、
たとえば灌流された液体量を越える血漿水の抽出によっ
て生じる所望の重量低下を測定する手段、ならびに患者
の血漿中の炭酸水素ナトリウムの測定値を確立する手段
を包含する。これらの手段は、置換液／透析液の容器１
０および廃液の容器１７の重量を測定する重量計２３、
炭酸水素ナトリウムの容器２０の重量を測定する第二の
重量計２４、ならびに重量計２３および重量計２４によ
って送られてくるデータ、所望の重量減少流速について
の基準値（ＱＷＬ）、容器２０に含有される溶液中の重
炭酸塩濃度の値〔ＨＣＯ３〕ＳＯＬ、および血液中の所
望の重炭酸塩濃度についての基準値〔ＨＣＯ３〕ＤＥＳ
を、入力シグナルとして受けるのに適した制御ユニット
２５からなる。制御ユニット２５は、所望の重量減少流
速Ｑｗｌおよび置換液／透析液を循環させるポンプ１２
に賦課される流速ＱＩＮを考慮して廃液抽出ポンプ１９
を、また廃液抽出ポンプ１９の流速ＱＯＵＴを考慮して
重炭酸塩溶液を灌流させるためのポンプ２２を制御する
ように設計される。
【００２４】本発明においては、灌流ポンプ２２の流速
ＱＨＣＯ３は、患者に施される処置の種類（置換液を灌
流させまたは灌流させないでの血液濾過、血液透析、ま
たは血液透析濾過）とは無関係に、抽出ポンプ１９の流
速ＱＯＵＴの関数として、式
【数７】 によって制御できる。
【００２５】上述の人工腎臓は次のように操作される。
すなわち、置換液が灌流されない血液濾過様式において
は、クランプ１５および１６は閉鎖され、置換液／透析
液を循環させるポンプ１２は停止し、血液濾過液の抽出
と重炭酸塩溶液の灌流のためのポンプ１９および２２を
作動させる。制御ユニット２５は、重量計２３によって
測定される抽出ポンプ１９の流速ＱＯＵＴを、その流速
が所望の重量減少流速ＱＷＬと重量計２４によって測定
される重炭酸塩溶液の灌流の流速ＱＨＣＯ３の和に常に
等しくなるように、絶えず調整する。制御ユニット２５
はまた、重炭酸塩溶液を灌流させるためのポンプ２２の
流速ＱＨＣＯ３を、患者血液中の所望の重炭酸塩濃度
〔ＨＣＯ３〕ＤＥＳ、容器２０に含有される溶液の重炭
酸塩濃度〔ＨＣＯ３〕ＳＯＬおよび交換部１内で生じる
伝達性消失すなわちＱＯＵＴ×〔ＨＣＯ３〕
ＢＬＤ（〔ＨＣＯ３〕ＢＬＤは患者血液中の重炭酸塩濃
度である）の関数として絶えず調整する。この場合、血
液濾過に使用される高透過性膜の透過度は血液電解質に
ついては１に等しい。膜を通過する物質の重量流速ＪＳ
を血漿水の容量流速ＪＶの関数として与える一般式
【数８】ＪＳ＝ＪＶ×Ｔｒ×ＣＳ （式中、ＣＳは血液中の物質の濃度であり、Ｔｒはその
物質についての膜の透過度である）を想起すべきであ
る。
【００２６】重炭酸塩溶液を灌流させるためのポンプ２
２は上記の式（１）に従いサーボ制御され、したがって
患者９の血液を徐々に、その重炭酸塩濃度が〔ＨＣ
Ｏ３〕ＤＥＳに等しい平衡状態に移行される。
【００２７】置換液の灌流を伴う血液濾過様式において
は、クランプ１５は開かれ、３つのすべてのポンプ１
２、１９および２２が作動される。ポンプ１２の流速は
処置期間の初期にオペレーターにより一定の値に固定さ
れる。この第二の処置様式における人工腎臓の操作で
は、抽出ポンプ１９を制御するために、制御ユニット２
５は、ポンプ１９に賦課される流速ＱＯＵＴが置換液の
流速と重量計２３によって測定される廃液の流速の差が
所望の重量減少流速ＱＷＬと重量計２４によって測定さ
れる重炭酸塩溶液の灌流液の流速ＱＨＣＯ３の和に等し
くなるように選択されることを考慮して容器１０の内容
物を排出する点でのみ、上述の場合と異なる。重炭酸塩
溶液の灌流ポンプ２２は上述の場合と同様に式（１）に
よって特定されるサーボ制御によって調整される。
【００２８】血液透析様式においては、クランプ１５は
閉鎖され、クランプ１６は開放され、３つのすべてのポ
ンプ１２、１９および２２が作動される。制御ユニット
２５は、抽出ポンプ１９の流速ＱＯＵＴを透析液の流速
と重量計２３によって測定される廃液の流速の差が重量
計２４によって測定される重炭酸塩溶液の灌流液の流速
ＱＨＣＯ３に絶えず等しく、重量減少流速基準値は０に
なるように調整する。
【００２９】制御ユニット２５はまた、重炭酸塩溶液の
灌流液の流速ＱＨＣＯ３を、患者血液の所望の重炭酸塩
濃度〔ＨＣＯ３〕ＤＥＳ、容器２０の含有される溶液中
の重炭酸塩濃度〔ＨＣＯ３〕ＳＯＬ、交換部１における
拡散消失すなわちＣｌ×〔ＨＣＯ３〕ＢＬＤ（〔ＨＣＯ
３〕ＢＬＤは患者血液中の重炭酸塩濃度であり、Ｃｌは
重炭酸塩についての人工腎臓のクリアランスである）の
関数として調整する。「クリアンス」の語は、単位時間
に消失する物質の量と交換部の入口における血液中のそ
の物質の濃度の比として一般的に定義される。血液中の
重炭酸塩濃度が平衡時の与えられた値に到達したことを
保証するためには、重炭酸塩溶液用のポンプ２２の灌流
流速ＱＨＣＯ３を、式
【数９】 に従うように制御することが必要である。これは、人工
腎臓のクリアランスが予め測定されていて、クリアラン
スは使用された交換部の種類（膜の性質および面積）、
一般的には交換部を通過する血液および透析液の流速に
依存するとの仮定に基づくものである。
【００３０】しかしながら、ある値の血液流速および透
析液流速においては、与えられた物質および与えられた
交換部についての人工腎臓のクリアランスは実質的に一
定である。これは、第一に交換部における膜の面積が血
液流速に対して十分大きい場合、第二に血液流速が透析
液流速に比べて比較的大きい場合（その速度の約３倍以
上）に、とくに当てはまる。この様な場合には、交換部
から排出する血液および透析液は問題の物質について同
じ濃度を有し、クリアランスＣｌは廃液の排出口流速Ｑ
ＯＵＴに等しい。換言すれば、これらの特定の操作条件
では、重炭酸塩溶液の灌流ポンプ２２の制御は式（１）
によって規定される。これらの条件は、弱った生体が耐
えられるように精製を緩徐に行わなければならないショ
ック状態の患者の連続透析処置に適用できる。
【００３１】したがって、本発明の人工腎臓は、患者が
どのようなタイプの処置に付される場合でも、単に単一
のサーボ制御式を使用して１つのポンプを制御する簡単
な方法でその酸塩基平衡に作用させることが可能なの
で、一時的に腎機能を喪失した患者の処置にとくに有利
である。
【００３２】この人工腎臓は、血液透析濾過の様式でも
操作することができる。この場合は、この腎臓内での限
外濾過が重量減少速度の与えられた基準値に従って生じ
るようにポンプ１９を制御するほかは、クランプの位置
およびポンプの操作は血液透析様式の場合と同一であ
る。
【００３３】図２に示した人工腎臓は、体外血液循環回
路に交換部１の下流に配置された第二のポンプ２６を包
含し、それにより交換部１内の膜通過圧の変動が可能と
なり、したがって限外濾過血漿水の流速（すなわち、血
液濾過のＱＯＵＴ）が変動可能である点で、上述の人工
腎臓と異なる。さらに、置換液／透析液および廃液の容
器１０および１７が、この場合は独立した重量計２７、
２８によって秤量され、交換部１のコンパートメント３
を廃液容器１７に接続する導管１８にはポンプが配置さ
れていない。
【００３４】さらに、導管１１、１３および１４に接続
された三方バルブ２９が、置換液／透析液容器１０を気
泡捕捉部８もしくは交換部１のコンパートメント３に接
続するか、または容器１０を孤立させる役割を果たす。
【００３５】本発明の人工腎臓のこの第二の実施態様の
操作には、上述の態様の場合と重要な差異はない。置換
液が灌流されない血液濾過様式においては、ポンプ１２
は停止し、ポンプ２６の流速は制御ユニット２５によ
り、重量計２８によって測定される濾過液の流速Ｑ
ＯＵＴが、基準重量減少流速ＱＷＬと重量計２４によっ
て測定される重炭酸塩溶液の灌流の流速ＱＨＣＯ３の和
に等しくなるように調節される。
【００３６】置換液の灌流を伴う血液濾過様式において
は、ポンプ１２は、最初にオペレーターによって調整さ
れた速度で作動させ、ポンプ２６の速度は、制御ユニッ
ト２５によって、濾過液の流速ＱＯＵＴが基準重量減少
速度ＱＷＬ、重炭酸塩溶液の灌流液の流速ＱＨＣＯ３お
よび重量計２７によって測定される置換液の灌流流速Ｑ
ＩＮの和に等しくなるように制御される。
【００３７】血液透析様式においては、交換部１からそ
れぞれ上流および下流の血液回路上のポンプ６および２
６が同じ速度で作動され、透析液を循環させるポンプ１
２は最初にオペレーターによってセットされた速度で作
動される。
【００３８】血液透析濾過の様式では、制御ユニット２
５は、置換液の灌流を伴う血液濾過様式の場合と同様に
ポンプ２６の流速を制御する。
【００３９】それが操作されない血液濾過様式の場合を
除いて、置換液／透析液を循環させるポンプ１２の流速
は、制御ユニット２５のメモリーに最初にストアされた
所望の流速を重量計２７によって測定される流速と比較
する制御ユニット２５によって制御される。重炭酸塩溶
液を灌流するポンプ２２の流速ＱＨＣＯ３は、上述のよ
うに、重量計２４によって測定される廃液の流速Ｑ
ＯＵＴの関数として、場合に応じて式（１）または式
（２）に従って制御される。
【００４０】本発明は、以上述べた実施態様によって限
定されるものではなく、各種の改変が包含される。
【００４１】とくに、上述の人工腎臓の実施態様と異な
り、置換液／透析液をポンプ１２で循環させる様式で
は、ポンプ１９（２６）に限外濾過流速を最初にオペレ
ーターによって固定された速度として制御する流速を与
え、ポンプ１２の流速は灌流および限外濾過される新鮮
液および廃液の差、および所望の重量減少速度の関数と
して制御することができる。
【００４２】さらに、限外濾過流速を制御するポンプ１
９（２６）の制御および重炭酸塩溶液を灌流するポンプ
２２の制御に必要な液体の流速値は、重量計以外の手
段、たとえば、流量計または容量測定手段で測定するこ
ともできた。
【００４３】さらに、置換液／透析液の流速および重炭
酸塩溶液の流速を制御するためのポンプ１２および２２
は、液体が重力によって流れる電磁操作クランプによっ
て置換することもできた。
【００４４】灌流液の貯蔵部１０は、上述のように体外
血液循環回路５、７にではなく、直接、患者の脈管計に
接続することもできた。
【００４５】最後に、上述のように、本発明の人工腎臓
に装着される投与手段は、血液濾過、血液透析、または
血液透析濾過による処置期間にある患者の血液中に、す
べての物質を投与するために使用できる。医薬Ａの場
合、たとえば、容器２０には医薬の滅菌溶液を含有さ
せ、容器１０には血液の主要な電解質たとえば重炭酸塩
を添加した透析液を含有させる。腎臓の操作は、図１お
よび２の実施態様に関して上に記述した操作と同じで、
とくに、灌流するポンプ２２は、場合に応じて式（１）
または式（２）を適用して廃液の流速の関数として制御
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一態様のダイアグラム。
【図２】 本発明の別の態様のダイアグラム。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 −患者に接続可能な体外血液循環回路に
    接続する第一のコンパートメントと廃液排出用の排出口
    をもつ第二のコンパートメントが半透過性膜で分離され
    てなる２つのコンパートメントを有する交換部、 −物質（Ａ）を含有する灌流液を患者に灌流するための
    手段、ならびに −半透過性膜を通過する物質（Ａ）の移送を考慮して患
    者血液中の物質（Ａ）の濃度を所望の濃度［Ａ］ＤＥＳ
    に調整する投与量調整手段、からなる人工腎臓
  2. 【請求項２】 投与量調整手段は灌流液の流速（ＱＡ）
    を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関数として制御する手段か
    らなる「請求項１」記載の人工腎臓
  3. 【請求項３】 灌流液の流速（ＱＡ）と廃液の流速（Ｑ
    ＯＵＴ）は式 【数１】 （式中、［Ａ］ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
    ある）の関係にする「請求項２」記載の人工腎臓
  4. 【請求項４】 灌流液の流速（ＱＡ）と廃液の流速（Ｑ
    ＯＵＴ）は式 【数２】 （式中、［Ａ］ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
    あり、Ｃｌは物質（Ａ）についての人工腎臓のクリアラ
    ンスである）の関係にする「請求項２」記載の人工腎臓
  5. 【請求項５】 灌流手段は導管によつて体外血液循環回
    路に接続する液体貯蔵部からなる「請求項１」記載の人
    工腎臓
  6. 【請求項６】 灌流液の流速制御手段は灌流液の流速を
    変動させるためのデバイスおよびこのデバイスを制御す
    る制御ユニットからなる「請求項２」記載の人工腎臓
  7. 【請求項７】 灌流液の流速を変動させるためのデバイ
    スは灌流液体貯蔵部を体外血液循環回路に接続する導管
    に配置されるポンプである「請求項５および６」記載の
    人工腎臓
  8. 【請求項８】 物質（Ａ）は重炭酸塩である「請求項
    １」記載の人工腎臓
  9. 【請求項９】 さらに体外血液循環回路に接続する、重
    炭酸塩を含まない置換液の貯蔵部からなる「請求項８」
    記載の人工腎臓
  10. 【請求項１０】 さらに交換部の第二のコンパートメン
    トの導入部に接続する、重炭酸塩を含まない透析液の貯
    蔵部からなる「請求項８」記載の人工腎臓
  11. 【請求項１１】 さらに体外血液循環回路および交換部
    の第二のコンパートメントの導入部に接続する、重炭酸
    塩を含まない置換液／透析液の貯蔵部、ならびに貯蔵部
    を孤立させるかもしくは置換液／透析液を体外血液循環
    回路に流出させるか、またはそれに代えて置換液／透析
    液を交換部の第二コンパートメントに流入させるための
    閉鎖手段からなる「請求項８」記載の人工腎臓
  12. 【請求項１２】 さらに交換部を通る限外濾過液の流速
    を変動させるための手段からなる「請求項１」記載の人
    工腎臓
  13. 【請求項１３】 さらに、体外血液循環回路に注入され
    る液体の流量と交換部の第二のコンパートメントから流
    出する廃液の流量の差を測定する手段からなる「請求項
    １」記載の人工腎臓
  14. 【請求項１４】 液体流量の差を測定する手段は置換液
    ／透析液の貯蔵部を構成する容器および廃液収集用の容
    器の重量を測定する重量計ならびに物質（Ａ）を含有す
    る溶液の貯蔵部を構成する容器の重量を測定する重量計
    からなる「請求項１３」記載の人工腎臓
  15. 【請求項１５】 さらに限外濾過液の流速を変動させる
    ための手段を液体流量の差および重量減少流速
    （ＱＷＬ）について与えられたの基準値の関数として制
    御する手段からなる「請求項１２および１３」記載の人
    工腎臓
  16. 【請求項１６】 半透過性膜で分離された２つのコンパ
    ートメントから構成され一つのコンパートメントは廃液
    排出用の排出口を有する交換部からなる人工腎臓に接続
    する患者血液に物質（Ａ）を投与する方法において、 −物質（Ａ）を含有する液体の患者への灌流、および −灌流液の流速（ＱＡ）を廃液の流速（ＱＯＵＴ）の関
    数としての制御の両工程からなる方法
  17. 【請求項１７】 灌流液の流速（ＱＡ）と廃液の流速
    （ＱＯＵＴ）はは式 【数３】 （式中、［Ａ］ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
    ある）の関係にする「請求項１６」記載の方法
  18. 【請求項１８】 灌流液の流速（ＱＡ）と廃液の流速
    （ＱＯＵＴ）は式 【数４】 （式中、［Ａ］ＳＯＬは灌流液中の物質（Ａ）の濃度で
    あり、Ｃｌは物質（Ａ）についての人工腎臓のクリアラ
    ンスである）の関係にする「請求項１６」記載の方法
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