JPS61128977A - 膜型人工肺装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は血液体外循環において、血液中の二酸化炭素を
除去し、血液中に酸素を添加する模型人工肺装置に関す
るものでＴｏＪ７、特に血液への酸素加能と、血液から
の炭酸ガス放散能に優れ、しかもガス交換能の経時変化
が少なく、かつ血液損傷、溶血、血粉形成も少ない、Ｅ
ＣＭＯ（＆ｔｒａ−Ｃｏｒｐａｒｅａｌ　Ｍｅｍｂｒａ
ｎｅ　Ｏｘｙｇｅｎｅｔｉｏｎ　）用に適した模型人工
肺装置に関するものでるる。

（従来の技術とその問題点） 血液の体外循環によシ血液中の炭酸ガスを放散し酸素添
加する人工肺装置として従来よシ気？ｌ！Ｉｍ。

液体型、裏型の３種類の装置が用いられている。

中でも模型人工肺装置は血液中に酸素の微小気泡を直接
吹き込む気泡型人工肺装置にくらべると血液に対する損
傷が少なく、また高濃度に酸素を溶解させたフルオロカ
ーボンを血液と接触させる液体型人工肺装置のようにフ
ルオロカーボンと血液の分離が不完全な場合にフルオロ
カーボンが血液循環系に混入する危険がないため最近次
第に広く用いられるようになってきている。かかる模型
人工肺装置は他の型の人工肺装置とくらべ血液損傷等の
危険が少ないため比較的長時間連続して用いられる急性
ま九は慢性の呼吸不全患者の肺の機能を補助する、いわ
ゆるｇｃＭＯ用の人工肺装置として注目されている。

しかしな゛がら従来のガス透過性の分離膜をはさんで血
液と酸素を間接的に接触させ、血液側とガス備のガス分
圧差を利用して血液への酸素添加訃よび血液からの脱炭
酸ガスを行なう原型人工肺装置のうち、分離膜としてポ
リジメテルシロキサン等のガス透過性の高い高分子素材
を均質緻密な構造とした膜を用ｉたものは血中からの脱
炭酸ガス性能が不満足であシ、膜の破裂強度も低いとい
う欠点がめった。

一方テフロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、置換ポ
リアセチレン、ポリスルホンなどの疎水性の多孔膜を分
離膜として用いたものは、長時間使用すると血漿蛋白質
などの吸着によって膜が徐々に親水化され、やがて連通
孔全体が濡れ、血漿のリークがおこるという欠点がめっ
た。

（問題点で解決するための手段） 本発明は原型人工肺装置の上記欠点を解消し、血液への
酸素加能と血液からの炭酸ガス放散能に優れ、しかもガ
ス交換能の経時変化の少ない、特にＩＣＭＯ用に適した
原型人工肺装置を提供するため、液体型人工肺装置に用
いるフルオロカーボンを分離膜を介して血液と接触させ
たところ、意外にもガス交換能の低下は少なく、かつそ
の低下分も酸素溶解性液体物質の流量増加、該物質の酸
素飽和度の増加などの因子によシ十分補償し得る事を見
い出し本発明に到達したものである。すなわち本発明は
分離膜で２つの室に区割された膜モジュールの一方の室
に血液体外循環回路を接続し、他方の室と循環ポンプ及
び循環液体への酸素付加手段を設けた酸素運搬液体の循
環回路を接続して分ＩＩＩＩＩ！Ｘを介して血液と酸素
運搬液体との間で物質交換を行わせることを特徴とする
原型人工肺装置である。

（作用） 本発明は分離膜で２つの室に区割された膜モジュールの
一方の室に血液を、他方の室に酸素運搬液体（例えば人
工血液など）を供給して分離膜を介して物質交換を行わ
せると血中でのガス拡散が律速とな〕ガス交換能が大巾
に低下するだろうという予想に反し、後述する実施例に
示すごとくガス交換能の低下が少なく、かつフルオロカ
ーボンが血漿蛋白質の乳化作用や、高い流速のためにエ
マルジョン化されず血液と完全罠分離されずに体内に流
入することがないため人工肺装置に用いた場合には極め
て安全であるという効果が得られるが、かかる結果は従
来の知見からは全く予想しがたいことである。

かかる効果を生ずる理由は明らかでないが、■　酸素運
搬液体と血液が膜で分離されているため、双方の混合を
心配することなく流速を十分にとυ、膜面での境膜抵抗
を小さくできるため ■　酸素運搬液体と血液を向流で流せるためであると推
察される。

上記構成とした人工肺装置では、従来の原型人工肺装置
に用いられているガス分離膜では通常体外循環中に膜モ
ジュールでプラズマのリークにより血中からアルブミン
などの重要な蛋白質が失なわれて、体力の消耗をきたす
ため、その対策として高価な血漿製剤やアルブミン製剤
の補液が行なわれているが、孔径が０．０４μよシ小さ
い分離膜を用いるとアルブミン等の蛋白の透過率が極め
て小さく、実質的にプラズマリークが防止されるという
利点がある。また血液への酸素添加手段として酸素運搬
液体を用いるため従来の気−液接触の脱型人工肺使用時
に血中の水分が水蒸気として裏型入工肺装置の気体側に
透過し、気体側の膜表面に水滴として付着してガス交換
抵抗が増大し、血中への酸素化能や、血中からの脱炭酸
ガス能が低下する（クエットラングという）という問題
は起シ得ず、長時間、安定した性能を維持できる。

（実施例） 次に本発明の原型人工肺装置の一実施例を図面にて説明
する。第１図は本発明装置のフロー図であシ、該装置は
分離膜１で二つの室に区割された膜モジュール２、モジ
ュール内の一方の室に連結された血液循環回路Ｃａ及び
他方の呈に連結された酸素運搬液体の循環回路ＣＯで構
成されている。３は酸素運搬液体に酸素を付加する手段
でロシ、４は循環ポンプでるる。

分離膜を収容した膜モジュール２はコイル減、平膜型、
中空糸型のいづれの型を用いてもよいが、通常中空糸型
が用いられる。中空糸型の膜モジュールは多数の中空糸
を酸素運搬液体の入口、出口を有する筐体内に収容して
、その両端を集束し、エポキシ樹脂等の接着剤で両端が
開口するように接着固定している０そして筐体の両端に
は血液の入口又は出口を有するキャップが液密に取着さ
れている。

上記膜モジュール２に収容される分離膜１はいわゆる多
孔膜型人工肺に用いられる孔径０．０７〜数μの膜に較
べ、孔径が小さく、通常０．０４μ以下、好ましくは０
．０１μ以下の膜でめ）、実質的に孔めないものでも良
い。最も好適な孔径の範囲は０．００３〜０．００９μ
である。孔径がこれ以上大きい場合は多孔膜型人工肺で
問題となるプラズマリークが発生し易い。

この範囲の孔径の膜のうち実用化されている最も好適な
ものは人工腎臓用の血液透析膜である。

血液透１［としてはセルロース、セルロースアセテート
、ポリメチルメタクリレート、エチレンビニルアルコー
ル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリルなどから
なる膜が知られておシ、その孔径は大略０．００３μ〜
０．０１μである。中でも血液適合性の面からポリメチ
ルメタクリレート、エチレンビニルアルコール、セルロ
ースアセテートなどが好ましい。

膜モジュール２の一方の寅に連結された血液循環回路Ｃ
Ｂは患者に穿刺したカテーテル（図示せず）よシ血液を
抜き出す血液ポンプ５を設けた血液送血回路Ｃｓと酸素
を付与された血液を患者の静脈内に戻す返血回路Ｃ２で
構成されておシ、上記返血回路Ｃ２にはドリップチャン
バーや加温器などが設けられている。

膜モジユール２？他方の室には酸素運搬液体の循環回路
Ｃｏが接続されている。かかる回路内を循環する酸素運
搬液体としては通常人工血液が用いられる。人工血液と
しては例えばフルオロカーボン類などの酸素溶解性が高
く、かつ常温で液体の物質、あるいは例えばフルオロカ
ーボン乳液、−マイクロカプセル化ヘモグロビン分散液
などの酸素溶解性の高い物質、又は酸素との結合、解離
を容易に行ないうる物質を水性連続媒体中に分散させた
ものが用いられる。これらの人工血液を用いる場合、前
者は特に血中への酸素添加能が優れ、例えば心臓手術時
に人工心肺の一部として用い、循環系への酸素供給を図
る際などに好適である。一方後者は特に血中からの脱炭
酸能が優れ、例えば呼吸不全患者の長期呼数補助などに
好適である。

人工血液として酸素溶解性液体物質を用いる場合、該人
工血液は膜モジュール２で体外循環血液とガス交侠を行
なう前に十分酸素を吸収（溶解、結合）している事が必
要である。そのため酸素運搬液体回路ＣＯには該液体へ
の酸素付与手段３が是非とも必要である。かかる人工血
液への酸素付与手段としては公知の手段を用いることが
できる。

最も簡便な方法は上記液体を収容する密閉容器内へ酸素
ガスを吹込むことである。またガス透過性膜を介して酸
素を液体側へ透過させてもよい。人工血液の酸素飽和度
は通常その酸素分圧で知る事ができる。一般に標準的体
外循環血液（静脈血）の酸素分圧は４０　ｗＨｇ程度、
炭酸ガス分圧は４５ｗｍ　Ｈｇ程度であるから、酸素付
与手段３で付与される酸素としては人工血液側の酸素分
圧が４０　ｗｍＨｇよシ高く、炭酸ガス分圧はＯとなる
ように酸素を付与する必要がある。人工血液の酸素分圧
と炭酸ガス分圧を上記範囲にすると分圧差をドライビン
グフォースとしてガス透過性膜を介して人工血液から体
外循環血液中への酸素の移動と、逆方向の炭酸ガスの移
動が起り、ガス交換が達成される。

ガス交換の速度は分圧差や、体外循環血液および人工血
液の分時流量などによ）調節できるが、一般には分時流
量は装置、回路内圧損の関係から最大流量が規制される
事が多いので、人工血液としてはできる限）酸素や炭酸
ガスの吸収係数の大きいものを用いるのが好ましい。

本発明において酸素運搬液体として酸素溶解性液体物質
を用い、膜モジュールとして孔径０．００３μ以上、０
．０２μ以下の膜、例えば人工腎臓用透析膜を用いると
体外循環血液から過剰水分を除去する事ができる。心臓
手術の際には、視野の確保、心筋の保護、体外循環回路
へのプライミングなどの目的でリンゲル液を始めとする
様々な水性液体が多量に使用されるため血液は希釈され
ておシ、体外循環回路も含めた術中の全血量は術前の全
血量より数百〜数千ＣＣ多くなっている。それ故手術終
了時には体外循環回路中の血液を濃縮し患者に再注入す
る事がよくある。血液の濃縮は術後に遠心分離器を用い
て行なった）、人工肺とは別に血液濃縮用の膜を用いて
行なったりするが、本発明によれば手術中に血液への酸
素加と同時に除水する事ができるので余分の設備装置を
必要とせず血液の損失を最少に抑える事ができる。除水
は体側循環血液側の圧力と人工血液側の圧力差によって
制御できるので、所望の時間に任意の量を除水する事が
できる。体外循環血液から人工血液側に濾過された水分
は好適な手段によって分離すれば良い。例えば人工血液
としてフルオロカーボンを用いる場合には、フルオロカ
ーボン（比重１．８）と水（比重１．０）が全く相容性
のないことを利用して比重差で分離すればフルオロカー
ボンは繰シ返し人工血液として使用できる。

人工血液として水性連続媒体中に酸素溶解性の高い物質
、または酸素との結合、解離を容易に行ないうる物質を
分散させたものを使用する際も、人工血液から体外循環
血液への酸素の移動は両者間の酸素分圧差をドライビン
グフォースとして進行する。それ故前述の酸素溶解性液
体を人工血液として使用する際と同様に１この場合も人
工血液は予め所望の酸素飽和度にｖＩ４ｅｔ、ておく必
要がある。一方、体外循環血液からの脱炭酸に関しては
ドライビングフォースは体外循環血液中と水性連続媒体
よシなる人工血液中の炭酸イオン（ＨＣＯａ−）濃度差
になる。体外循環血液とそれよシ炭酸イオン濃度の低い
人工血液とを膜を介して接触させると透析によって体外
循環血液中よシ人工血液側への炭酸イオンの移動が起る
◇体外循環血液中の炭酸イオンは次式によシ炭酸ガスと
平衡状態にめるので、炭酸イオンの減小は体外循環血液
からの炭酸ガス放散となり結果的にガス交換が達成され
る。

Ｈ＋　ＨＣＯｓ−；立ＨｚＣＯｓ　＃Ｈ２０＋　ＣＯ２
−万酸素運搬液体として水性連続媒体中に酸素溶解性の
高い物質又は酸素との結合、解離を容易に行ないうる物
質を分散させたものを用いる場合、人工血液の水性連続
媒体が透析液の役割を果し、膜を介在して血中から炭酸
イオンを透析除去すると同時に、該媒体中に分散された
酸素＃屏性物質または酸素結合物質が血液の酸素化を行
なうため、血中からの脱炭酸と、血中への酸素化が膜モ
ジュールで同時に行なわれるため特に血中からの脱炭酸
能と除水能が優れたＥＣＭＯ用の膜型人工肺が得られる
。この特徴は呼吸不全患者の呼吸補助循環に用いる場合
にはとシわけ有効である。一般に呼吸不全患者は酸素吸
収能力は十分であっても炭酸ガス放散能が不足している
例が多く、なおかつその治療には長時間の呼吸補助の゛
ための体外循環を要する。それ故血液適合性につ−て既
に多くの知見が得られている安全性の高い血液透析膜と
炭酸イオン除去能の特に優れた人工血液とを利用する事
は極めて効果的である。

また血液透析膜は通常３〜数十ｄ／■珈・−拳ｈｒ程度
の除水能も有しているため、血液側陽圧で実施する通常
の補助循環に本発明を用いれば単一の−ｔ−シｓ−−ル
でガス交換のみでなく、体内かラノ過剰水分の除去や老
廃物の除去も合わせて行なう事ができ極めて効率的、合
理的、経済的でるる。

〔実施例１〕 第１図に示す装置、回路を用いて行なった１ｎｖｉｔｒ
ｏ実験結果を示す。

人工肺としてエチレンビニルアルコール中空繊。

維を収容した膜面積１．２ｒｌＩの人工腎臓（■クラレ
展ＫＦＩＯＩ）を用い、中空繊維膜内部に血液を。

外部にフルオロカーボン（ＦＣ４ａ）ｔ−ｉした。

人血液（ヘマトクリツｚｓ、ｓ％）流量を１４０ａｉ／
ｍ１ｎＫｓ　酸素分圧４５０　ｍＨｇの酸素化された人
工血液流量を３２００ＭＩ／ｍｉｎに保ち定常状態にし
念。との時人工肺入ロ側での人血液の酸素分圧（Ｐｏｔ
　）　ｓｏｍＨｇは、出口側でＰ□ｚ　ａｓ　３ｍＨｇ
に増加しておシ、人工血液から循環人血液への酸素加は
良好でめった。同時に人工肺入口における人血液の炭酸
ガス分圧（Ｐｃｏｚ）　３７　ｍＨｇは出口側で２１．
２ｗｍ　Ｈｇに減少し、人血液からの脱炭酸も良好に行
なわれた。さらに人血液からの除水能を測定したところ
、人工肺の入口側圧力と出口側圧力の平均値に対し０．
０６ｗＩ／ｍｉｎ１１１１ＩＩＨｇの割で除水が可能で
、かつ人工血液側（取シ出された除水液中にはアルブミ
ン等の重要な血漿蛋白質は実質的に含まれていなかった
。

〔実施例２〕 人工血液としてフルオロカーボン乳液を用い九個は実施
例１と同様にしてｉｎ　ｖｉｔｒｏ実験を行なった。定
常状態において人血液中のＰｏ！は人工肺入口で４３　
ｍＨｇ　１出口で１】８１１ＩＩＨｇ％Ｐｃｏ２は入口
で４２　ｍＨｇ　、出口で１６　ｓｍＨｇでろ）、血液
中ヘノ良好な酸素添加能と、血液からの優れた脱炭酸能
を示した。除水性も良好で人工肺入口圧と出口圧の平均
値に対し０．０６　ｓｓｌ／ｍ１ｎ−■匈の割で除水し
得た。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、分離膜を収容した膜モ
ジュールの一方の室に体外循環回路に取り出された血液
を、他方の呈に酸素運搬液体を流す事により血液への気
泡の流入やフル、ｆＣＩカーボンの混入の心配のない、
かつまた模型人工肺の欠点でるるプラズマリークやウェ
ットラリ ングの恐れのない新規な模型人工肺を提供する事ができ
る。さらに本発明によれば単一のモジュールでガス交換
と血液からの除水を同時に行なう事が可能なだけでなく
、酸素運搬液体としいう効果を奏している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の模型人工肺装置の一実施例を示すフロ
ー図である。 】・・・分離膜　　　　　２・・・膜そジエール３・・
・酸素付加手段　　４・・・循環ポンプＣＢ・・・血液
体外循環回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分離膜で２つの室に区割された膜モジュールの一方
   の室に血液体外循環回路を接続し、他方の室に循環ポン
   プ及び循環液体への酸素付加手段を設けた酸素運搬液体
   の循環回路を接続して分離膜を介して血液と酸素運搬液
   体との間で物質交換を行わせることを特徴とする膜型人
   工肺装置。 ２、該分離膜が透析膜である特許請求の範囲第１項記載
   の膜型人工肺装置。