JPH07222794A

JPH07222794A - 人工心臓のシール機構

Info

Publication number: JPH07222794A
Application number: JP6050040A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamazaki; 健二山崎; Toshio Mori; 敏夫森
Original assignee: Sun Medical Technology Research Corp
Current assignee: Sun Medical Technology Research Corp
Priority date: 1994-02-09
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、人工心臓を構成する人工心臓本体
の密封液室に駆動部を介して連通する密封液バッグに、
軸受内の血液の凝固を抑制し洗浄できる密封液を充填
し、軸流ポンプを駆動する駆動軸の血液に対する軸封を
長期間にわたって維持する人工心臓のシール機構を提供
するものである。【構成】人体の心臓の心室内に挿入して使用される補
助的な人工心臓（１）に備えられた人工心臓本体（３）
には、円筒状のポンプ部（４）と、ポンプ部の基端部に
接続し駆動軸（１０）を介し前記ポンプ部を駆動する駆
動部（５）とを備えており、前記駆動軸の基端部を軸承
する動圧軸受（２０）と、先端側を軸承する一方向性動
圧軸受（２２）と、前記動圧軸受と一方向性動圧軸受と
の間に密封液室（２１）とを有し、この密封液室に連通
する密封液バッグ（１２）に、複数種のアミノペプチド
が混入された密封液が充填されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体の心臓の心室内に
挿入して使用される補助的な人工心臓であって、人工心
臓本体に設けられた駆動軸の血液に対する凝固を抑制し
軸封を維持する人工心臓のシール機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、開発・研究されている人体の心臓
の心室内に挿入して使用される補助的な人工心臓は、人
工心臓本体に内蔵された軸流ポンプにより心室内の血液
を大動脈弁を貫通するノズルの先端から大動脈内に送る
形式のものがある。図２は、従来形式の人工心臓本体を
人体の心臓に取り付けた状態を示す説明図である。図に
おいて、Ａは心臓、Ｂは左心室、Ｃは心尖部、Ｄは大動
脈弁、Ｅは大動脈であり、１は左心室Ｂに埋設固定され
た人工心臓である。人工心臓１は、心臓Ａの心尖部Ｃを
貫通して埋設固定される筒状の心尖部リング２と、人工
心臓本体３とで構成され、人工心臓本体３には、先端部
が縮径されてノズル部６を形成し心尖部リング２を貫通
して心臓の心室内に挿入される円筒状のポンプ部４と、
そのポンプ部の基端部に接続し人体の心臓の外側に設け
られ駆動軸１０を介して内蔵された軸流ポンプを駆動す
る駆動部５とを備えており、ノズル部６は心臓Ａの大動
脈弁Ｄを介して大動脈Ｅに挿入される。ポンプ部の外周
には、心室内の血液を吸入する複数個の吸込口７が配設
されており、心臓の心室内の血液は、吸込口７からポン
プ部４内に吸入されノズル部６から大動脈内に吐出され
る。また、心尖部リング２と人工心臓本体３との間は、
シール部材８により液密が確保されている。人体内で心
臓の外側に設けられ可撓性の材料で形成されている密封
液バッグ１２は、密封液管１１を介して駆動部５内に連
通しており、中には、生理食塩水等の密封液が充填され
ている。

【０００３】上記のような軸流ポンプを血液ポンプとし
て用いる場合には、軸流ポンプを駆動する駆動軸におけ
る血液の凝固が最大の障害となる。駆動軸を軸承する軸
受内に血液が進入すると血液成分に含まれているフィブ
リノーゲン等の凝固タンパクが摺動摩擦によって摺動面
に凝着し、軸受凝固を起こして軸の回転を止めてしまう
からである。そこで、これを防ぐために、密封液を持続
的にフラッシュさせて軸受を洗浄する手段が用いられて
いる。しかし、このような場合でも、密封液の流量が十
分大きくないと軸封を長期間にわたって完全に維持する
ことは難しい。そのため、この密封液の中に、血液の凝
固を抑制する抗凝固剤を入れ、持続的に軸受を密封液で
洗浄する手段が用いられている。抗凝固剤はトロンビン
（フィブリノーゲンよりフィブリノペプチドを離断する
酵素）を阻害することにより効果を発揮するものであ
る。現在、密封液に入れる抗凝固剤としては、アンチト
ロンビンＩＩＩを介してトロンビン活性を抑制し、フィ
ブリノーゲンからフィブリンへの反応を防いで抗凝固作
用を発揮するヘパリンが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィブ
リノーゲンは、血液中に含まれる分子量３４万の凝固タ
ンパクであり、血中のトロンビンの作用によりフィブリ
ン（線維素）に変化し、トロンビンは、フィブリノーゲ
ンのＮ−ターミナルのＡ−α鎖、Ｂ−β鎖におけるＧｌ
ｙ（グリシン）−Ａｒｇ（アルギニン）結合を特異的に
離断する。これによって、フィブリノーゲンはフィブリ
ンモノマーとフィブリノペプチドＡ、Ｂに分離する。新
たに露出したＡ−α鎖断端は、Ｄドメイン上にあるリセ
プターと相補的に結合（ポリメライゼーション）する。
さらに、Ｃ−ターミナルのγ鎖がトロンビン、凝固因子
ＸＩＩＩの作用によりクロス・リンキングを起こし安定
したフィブリン束となる。軸受内におけるフィブリノー
ゲン凝固のメカニズムについて、小型のセラミック製の
一方向性動圧軸受（φ３ｍｍ×Ｌ１０ｍｍ）を血漿中に
おいて高速回転（８０００〜１００００ｒｐｍ）させる
実験を行った。一方向性動圧軸受の回転子の摺動面には
ギャップ内の液体を外部と循環させるための深さ４μｍ
の溝が形成されているので、軸受内での高いせん断力に
さらされたフィブリノーゲン分子が外部へ押し出され
る。そこで、この血漿成分を調べることにより、軸受内
で起きたフィブリノーゲン分子の変化を調べることがで
きる。実験を開始し、一定時間毎にサンプルを採取しフ
ィブリノペプチドＡの濃度をコントロールと比較した。
その結果、軸受内で高いせん断力を受けた血漿の方がコ
ントロールに比べ４〜８倍の高いフィブリノペプチドＡ
の濃度を示した。これは、本来ならトロンビンの作用に
よって分断されるフィブリノーゲンＡ−α鎖のＮ−ター
ミナルにおけるＧｌｙ（グリシン）−Ａｒｇ（アルギニ
ン）結合が、物理的作用（せん断力、熱）によって分断
されたことを示している。さらに、血漿中に、肉眼で見
える程度のフィブリン線維が形成されるのを確認した。
この事実は、他のフィブリン分子と結合可能な正常なＥ
ドメイン、Ｄドメインを有するフィブリンモノマーが多
数形成されたことを示すものである。軸受は６０〜９０
分で凝着し停止した。軸受摺動面は、熱変性した血漿タ
ンパクにて被われていた。これらの実験結果から軸受内
の血液凝固のメカニズムは図３のように図示できる。す
なわち、軸受内の高いせん断力と熱により、フィブリノ
ーゲンのＡ−α鎖よりフィブリノペプチドＡが離断され
フィブリンモノマーが生成される。フィブリンモノマー
は電荷の作用により自動的に連結し合い、フィブリンダ
イマー、トリマーを形成する。さらに、連結（ポリメラ
イゼーション）が進行すると軸受内の液体の粘度、摩擦
抵抗が上昇し、熱発生が高まる。この粘度の上昇、摩擦
熱により、軸受内の温度が５５℃以上になると血漿タン
パクが熱変性による凝固を起こし、ついには軸受が完全
に凝着してしまう。上記のように、軸受内での血液凝固
はフィブリノペプチドの離断が熱、せん断力の物理的作
用によっておこるので、トロンビン阻害では軸受凝着を
防止できない。また、軸受内での血液凝固の理由は、熱
による血中タンパク成分の変性凝固とされており、従来
から軸受内に血液成分が入らないためのさまざまなシー
ル機構が開発されてきたが、いまだ満足できるものはな
い。本発明は上記の問題点を解消するためになされたも
ので、人工心臓を構成する人工心臓本体の密封液室に駆
動部を介して連通する密封液バッグに、軸受内の血液の
凝固を抑制し洗浄できる密封液を充填し、軸流ポンプを
駆動する駆動軸の血液に対する軸封を長期間にわたって
維持する人工心臓のシール機構を提供することを目的と
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による人工心臓の
シール機構は、ターボポンプを血液ポンプとして用いる
補助的な人工心臓において、前記人工心臓に備えられた
人工心臓本体には、円筒状のポンプ部と、このポンプ部
の基端部に接続し駆動軸を介して前記ポンプ部を駆動さ
せる駆動部とを備えており、駆動部に駆動軸の基端部を
軸承する動圧軸受と、ポンプ部に駆動軸の先端側を軸承
する一方向性動圧軸受と、動圧軸受と一方向性動圧軸受
との間に形成される密封液室とを有してなり、密封液室
に駆動部を介して連通し人体内に埋設されている密封液
バッグに、一方向性動圧軸受内の血液の凝固を抑制する
複数種のアミノペプチドが混入された密封液が充填され
てなるものである。

【０００６】

【作用】密封液室に駆動部を介して連通している密封液
バッグに、一方向性動圧軸受内の血液の凝固を抑制する
複数種のアミノペプチドが混入された密封液を充填させ
たことにより、フィブリンモノマーのＡ−α鎖Ｎ−ター
ミナルとγ鎖Ｃ−ターミナルとの相補的結合をブロック
して、フィブリンの結合（ポリメライゼーション）を阻
止できる。フィブリノペプチドＡの離断されたＡ−α鎖
Ｎ−ターミナルは、Ｇｌｙ（グリシン）−Ｐｒｏ（プロ
リン）−Ａｒｇ（アルギニン）−Ｖａｌ（バリン）−Ｖ
ａｌ（バリン）−Ｇｌｕ（グルタミン酸）−Ａｒｇ（ア
ルギニン）…のアミノ酸配列をしているが、このうち、
γ鎖Ｃ−ターミナルと相補的に結合する部分は、最初の
３つのアミノ酸Ｇｌｙ（グリシン）−Ｐｒｏ（プロリ
ン）−Ａｒｇ（アルギニン）である。このＧｌｙ−Ｐｒ
ｏ−Ａｒｇ…からなるアミノペプチドを軸洗浄液に混入
することにより、フィブリンモノマーの連結部位である
γ鎖Ｃ−ターミナルレセプターを競合的にブロックでき
る。また、逆にγ鎖Ｃ−ターミナル〔Ｈｉｓ（ヒスチジ
ン）−Ｈｉｓ（ヒスチジン）−Ｌｅｕ（ロイシン）−Ｇ
ｌｙ（グリシン）−Ｇｌｙ（グリシン）−Ａｌａ（アラ
ニン）−Ｌｙｓ（リジン）−Ｇｌｎ（グルタミン）−Ａ
ｌａ（アラニン）−Ｇｌｙ（グリシン）−Ａｓｐ（アス
パラニン）−Ｖａｌ（バリン）（γ４００〜４１１）を
用いて、Ａ−α鎖Ｎ−ターミナルの結合部位をブロック
することも可能である。これらのアミノペプチドにより
フィブリンの結合（ポリメライゼーション）を阻止し、
軸受内での摺動摩擦熱を抑え、結果的に血漿タンパクの
熱変性による凝固を防止する。競合的に結合部位をほぼ
完全にブロックするためには、軸受内におけるフィブリ
ノーゲン分子のモル濃度の１００倍のアミノペプチドが
必要となる。このように、軸受内の血液の凝固を完全に
抑制し、軸流ポンプを駆動する駆動軸の血液に対する確
実な軸封が維持されるので、血液ポンプの寿命を大幅に
改善することができる。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例における人工心臓本体の拡大断
面図である。図において、４は円筒形のポンプ部、５は
駆動軸を介して内蔵された軸流ポンプを駆動させる駆動
部、９は先端にノズル部が形成されているケーシングで
ある。ポンプ部４は、基端部側が駆動部５に接続してお
り、中間部の外周にはケーシング９が係止されている。
ケーシング９には、外周に複数個の吸込口７が配設され
ている。駆動部５内には、モーター３０が内蔵され、駆
動軸１０がポンプ部４の中間部に延伸している。また、
駆動軸１０の基端部を軸承する動圧軸受２０が設けられ
ている。ポンプ部４内には、駆動部５より延伸する駆動
軸１０の先端側を軸承する一方向性動圧軸受２２が設け
られており、基端部側の動圧軸受２０と先端側の一方向
性動圧軸受２２との間には駆動軸１０の周囲を囲むよう
に密封液室２１が形成されている。この密封液室２１
は、駆動部５に設けられた細径の密封液通路３１を通り
可撓性の密封液管１１を介して心臓の外部に埋設され密
封液が充填された密封液バッグ１２に連通されている。
また、ノズル部側には、駆動軸１０の先端部が軸承され
るプロペラ２３が一体成形されたプロペラボス２４とこ
れに隣接してガイドベーン２５が一体成形されたガイド
ベーンボス２６とで構成される軸流ポンプが配設されて
おり、心室内の血液を吸込口７から吸引しノズル部６に
吐出させている。さらに、この軸流ポンプと一方向性動
圧軸受２２との間には、リップシール２７が設けられて
いる。駆動部５と密封液管１１で連通している密封液バ
ッグ（１２）には、複数種のアミノペプチドが混入され
た密封液が充填されている。この複数種のアミノペプチ
ドは、フィブリノーゲン分子の一部であり、フィブリノ
ーゲンのポリメライゼーションを抑制し、軸受内での摺
動摩擦熱の発生を減少させるという特徴を有している。
人体の心臓の心室側の血液は、ケーシング９に設けられ
た吸込口７から軸流ポンプによりノズル部６を通り大動
脈に吐出される。密封液バッグ１２に連通している密封
液室２１に充填された密封液は、一方向性動圧軸受２２
内に刻まれた図示してない動圧発生溝の作用により、定
常的にリップシール２７を介して軸流ポンプ側にフラッ
シュさせ、同時に密封液に混入された複数種のアミノペ
プチドの働きにより、一方向性動圧軸受２２内の血液の
凝固を強力に抑制し洗浄できることから、駆動軸の血液
に対する軸封が確実に維持されるので、軸の焼付き、回
転不能等を発生させないために血液ポンプの寿命を大幅
に改善することができる。

【０００８】密封液に混入された複数種のアミノペプチ
ドの働きについて、以下に述べる。密閉液として、γ鎖
Ｃ−ターミナルのレセプターをブロックするＧｌｙ（グ
リシン）−Ｐｒｏ（プロリン）−Ａｒｇ（アルギニン）
…を用いた。実際には、Ｇｌｙ（グリシン）−Ｐｒｏ
（プロリン）−Ａｒｇ（アルギニン）−Ｐｒｏ（プロリ
ン）の４つのアミノ酸からなるポリペプチドを用いた。
４つ目のアミノ酸がＰｒｏであるのは、Ｇｌｙ−Ｐｒｏ
−Ａｒｇの３つのポリペプチドや、本来のＡ−α鎖のア
ミノ酸配列であるＧｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ｖａｌより
も、Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ｐｒｏの方が強くリセプ
ターと結合することがわかっているからである。フィブ
リノーゲン溶液１００ｍｌ（２００ｍｇ／ｄｌ：０．６
×１０^−５Ｍ）に対しＧｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ｐｒｏ
を２９ｍｇ混入（Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ｐｒｏ０．
６×１０^−３Ｍ）し、軸作動テストを行った。Ｇｌｙ−
Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ｐｒｏを含まないフィブリノーゲン溶
液では６０〜９０分で軸受の凝着が起こり回転が止まっ
たが、Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ａｒｇ−Ｐｒｏを混入したフィ
ブリノーゲン溶液では、フィブリンの析出が完全に抑制
される。また、軸が凝着して回転が止まるまでの時間が
３６０〜４００分と著明に延長した。また、密閉液とし
て、Ａ−α鎖Ｎ−ターミナルをブロックするγ鎖Ｃ−タ
ーミナル〔Ｈｉｓ−Ｈｉｓ−Ｌｅｕ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−
Ａｌａ−Ｌｙｓ−Ｇｌｎ−Ａｌａ−Ｇｌｙ−Ａｓｐ−Ｖ
ａｌ（γ４００〜４１１）〕を用いても同様な効果が得
られた。これらのアミノペプチドは軸洗浄液中に混入さ
せて用いるが、濃度はフィブリノーゲンが血中より軸受
内に拡散する速度に応じて設定する。軸受内のフィブリ
ノーゲンのモル濃度１００倍程度にアミノペプチドのモ
ル濃度を設定すれば、軸受内でのフィブリンのポリメラ
イゼーションを完全に抑制することができる。また、こ
れらのアミノペプチドは、もともとフィブリノーゲン分
子の一部であり、生体にとってまったく毒性はない。さ
らに、軸受内のアミノペプチドの濃度は比較的高めであ
っても、軸受部から血液中へ流出する速度が低いため
に、血液中に放出される流出量は毎時１ｃｃ以下と微量
であること、軸受部からフラッシュした密封液は毎分３
〜５ｌの多量の血液によって瞬時に希釈されてしまうこ
と等の理由により、生体の凝固系に与える影響も殆ど
ない。本発明においては、軸流ポンプについて説明した
が遠心ポンプを用いても同様な効果が得られる。

【０００９】

【発明の効果】以上に詳述したごとく、本発明による人
工心臓のシール機構は、密封液室に駆動部を介して連通
している密封液バッグに充填される生理食塩水等の密封
液に、複数種のアミノペプチドを混入させたことによ
り、万一、軸受内に血液が浸透してきた場合にも、密封
液によって血液の凝固が強力に抑制され洗浄できること
から、駆動軸の血液に対する軸封が確実に維持されるの
で、軸の焼付き、回転不能等を発生させないために血液
ポンプの寿命を大幅に改善することができる。また、こ
の密封液はポンプ部内に流出する量は微量であるため、
人体には全く影響がなく、充填された密封液は、約２週
間以上の期間にわたって外部から補給する必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における人工心臓本体の拡大断
面図。

【図２】従来形式の人工心臓本体を人体の心臓に取り付
けた状態を示す説明図。

【図３】軸受内の血液凝固のメカニズムを示す説明図

【符号の説明】

Ａ・・・心臓Ｂ・・・心
室Ｃ・・・心尖部Ｄ・・・大
動脈弁Ｅ・・・大動脈１・・・人工心臓２・・・心尖部リング３・・・人工心臓本体４・・・ポンプ部５・・・駆動部６・・・ノズル部７・・・吸込口８・・・シール部材９・・・ケーシング１０・・・駆動軸１１・・・密封液管１２・・・密封液バッグ２０・・・動圧軸受２１・・・密封液室２２・・・一方向性動圧軸受２３・・・プロペラ２４・・・プロペラボス２５・・・ガイドベーン２６・・・ガイドベーンボス２７・・・リップシール３０・・・モーター３１・・・密封液通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本発明は、ターボポンプを血液ポンプと
して用いる補助的な人工心臓（１）において、前記人工
心臓（１）に備えられた人工心臓本体（３）には、円筒
状のポンプ部（４）と、前記ポンプ部（４）の基端部に
接続し駆動軸（１０）を介して前記ポンプ部を駆動させ
る駆動部（５）とを備えており、前記駆動部（５）に前
記駆動軸（１０）の基端部を軸承する動圧軸受（２０）
と、前記ポンプ部（４）に前記駆動軸（１０）の先端側
を軸承する一方向性動圧軸受（２２）と、前記動圧軸受
（２０）と前記一方向性動圧軸受（２２）との間に形成
される密封液室（２１）とを有してなり、前記密封液室
（２１）に前記駆動部（５）を介して連通し人体内に埋
設されている密封液バッグ（１２）に、前記一方向性動
圧軸受（２２）内の血液の凝固を抑制する複数種のアミ
ノペプチドが混入された密封液が充填されてなることを
特徴とする人工心臓のシール機構。