JPS6129360A - 透析機能を有した人工肺 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、中空糸膜型人工肺、より詳しくは透析機能を
有した中空糸膜型人工肺に関する。

′　［従来技術］ 従来、中空糸膜を使用した人工肺としては、シリコーン
樹脂膜等の均質膜を使用したものと、例えば特開昭５４
−１８００９８号に代表されるポリプロピレン等の疎水
性素材からなる多孔質膜を使用したものの二つのタイプ
あり代表的なものとして知られている。

均質膜を使用した人工肺は、血液等の漏洩の心配がない
ため、長時間の体外循環に有利であると考えられている
。しかし、均質膜を介してのガス交換は、ガスが膜中に
溶解拡散し膜を透過する機構によって実施されるため、
膜自身の抵抗が大きく、ガス交換性能は多孔質膜よりか
な□り低い、ガスの透過性の良好なシリコーン膜を使用
した場合　　　′でも、中空糸膜としての強度を維持す
るためには膜厚を厚くせざるを得ず、そのためやはりガ
スの交換性能は多孔質膜に劣る。一方、多孔質膜の場合
は、ガスが多孔部を体積流で透過するためガス交換性能
は均質膜よりも良好である。

このように、多孔質中空糸膜を使用した人工肺はガス交
換性能が良好であり、必要十分な酸素を血液中に供給す
ることができる。しかし、松延らの研究（人工臓器、　
１０２３９　（１９８１））によれば、中空糸膜を介し
ての気−液型の人工肺では炭酸ガスの除去が不十分であ
り、透析膜を介して透析液と接触させることにより、炭
酸水素イオンとして血漿中に溶解している炭酸ガスを効
率的に除去できることが報告され、同時に炭酸ガスの除
去に対して有効な液−液型の人工肺が提案されている。

また、青松は、小型の人工肺として、人工腎臓と人工肺
とを併用したものを提案している（人工臓器、１１７２
？　（１９８２））。

ところが、このように酸素の供給と、炭酸ガスの除去と
を効率的に実施するには、血液に対して膜を介しての気
−液型の接触と、液−液型の接触とを同時に実施すれば
よいことは知られていたが、これを実現する実用的な簡
易な構造を具備した人円肺装置は、従来知られていなか
ったのが現状である。

一方、中空糸膜を用いた人工肺は、一般に、その構造に
よって、中空糸膜の中空部に血液を流し、中空糸膜の外
部にガスを流すものと、その逆に、中空糸膜の中空部に
ガスを流し、外部に血液を流すものとの二つの方式に大
きく分類される。

前者の方式では血液を多数の中空糸膜に均等に分配供給
すれば血液のチャンネリング（偏流）はないものの、中
空糸膜の中空部を流れる血液は完全な層流であり、酸素
摂取能（単位膜面積当りの酸素移動速度）を上げるため
には中空糸膜の内径を小さくすることが必要であり、こ
のために　１５０〜３００鱗程度の内径を有する中空糸
膜が人工肺用　　　ｉとして開発されている。

しかしながら、径を細くしても血液が層流流動する限り
は酸素摂取能が飛躍的に向上するものではなく、さらに
径を細くするにつれてクロッキング（凝血による中空部
の閉塞現象）が多発し、実用上大きな問題となつ、てい
る、また、一般的に人工肺では、中空糸膜が数万木束ね
られた束として用いられており、これら多数の中空糸膜
のそれぞれに充分にガスを分散供給するには特別の配慮
が必要である。ガスの分散供給が不充分である場合には
、炭酸ガス排泄能（単位膜面積当りの炭酸ガス移動速度
）が低下する。

また、後者の方式ではガスの分配は良好であり、かつ血
液の流れに瓦れが発生することが期待できるものの、血
液のチャンネリングによる酸素化不足あるいは滞留部に
おける凝血が生じ易いという問題点があり、未だ充分な
性能を有する人工肺は知られていない。

従来知られている殆どの人工肺は、円筒状のハウジング
内に単に多数のガス交換用中空糸膜の束をこの円筒ハウ
ジングの軸に平行に充填したものであり、このような構
造では、前記の二種の方式のいずれでも中空糸膜単位面
積当りのガス交換能は低いものとなる。前者の方式に於
ける改良された態様として、壁面に多数の空孔を有する
中空の円筒−に中空糸膜を巻き付けて、これをハウジン
グに収納し、血液を円筒軸の中空部より空孔を通して流
出させ、一方、ガスは中空糸膜の中空部に流す人工肺が
米国特許第３７８４４６８号に提案されている。しかし
、このような人工肺では血液の充填量が過大となり、さ
らにその製造には煩雑な手数を要するなどの問題があり
、未だ実用化に至っていない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、酸素の供給と、炭酸ガスの除去とを効
率的に実施することのできる人工肺装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、血液に対して、膜を介しての気−
液型の接触と、液−液型の接触とを１つの装置内で効率
良く行うことのできる人工肺装置を提供することにある
。

本発明の他の目的は、優れた酸素摂取能と炭酸ガス排泄
能とを有し、かつ血液の滞留やチャンネリングを生じる
ことが殆どなく、更に製造に当っては煩雑な手間を必要
としない簡易な構造の実用的な人工肺装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ すなわち、本発明の人工肺は、透析液導入口。

透析液導出口、血液導入口、血液導出口、ガス導入口及
びガス導出口を有す色性箱状の形状を有するハウジング
内に、該ハウジング内部をガス流路または透析液流路と
血液の流れる接触室とに区分する固定部材と、前記ガス
流路と透析液流路とを区分する仕切り部材と、前記接触
室内をほぼ直線状で通過し、それぞれの開口両端を前記
ガス流路に向け前記固定部材により固定された多数の中
空糸膜及びそれぞれの開口両端を前記透析液流路に向け
前記固定部材により固定された多数の中空糸膜とを有し
、これら中空糸膜は前記接触室内で前記血液の流れ方向
に対して４５°〜９０″の角度で配設され、かつ前記接
触室が前記中空糸膜に対して垂直な方向に幅をせばめら
れた血液流路部と、該血液流路部を介してわけられた前
記中空糸膜を内蔵する複数の小室とに区分けされて構成
されてなるものである。

［発明を実施するための最適な態様］ 以下、本発明の人工肺【置につき図面を参照しつつより
詳細に説明する。

第１図は、本発明の人工肺の一態様例を示す縦断面図で
あり、第２図は第１図に於けるｘ−Ｙ線に沿った横断面
図でやる。

本発明の人工肺は、基本的には人工肺本体を形成するハ
ウジングｌと、中空糸膜２−１．２−２　と、固定部材
３、仕切り部材４とから構成される。

これらの部材によりハウジング１の内部は、血液の流れ
る接触室５と、接触室５に内蔵されたガス交換用中空糸
膜２−１の内部空間に酸素を含むガスを供給するための
ガス流路６と、透析用中空糸膜２−２の内部空間に透析
液を供給するための透析液流路７に区分されている。　
　　　　　　　　　　　　　　ｉ更に、ハウジング１の
内壁に設けられた凸部８によって、接触室５の内部は、
血液の流れる方向を横切る方向に設置されかつ中空糸膜
２−１　、２−２の設置方向に対して垂直な方向（以下
、接触室の厚み方向と略称する）に幅をせばめるよう構
成されバ血液流鮎部９と、この血液流路部９を介してわ
けられその内部に中空糸膜２−１　、２−２を内蔵する
複数の小室１Ｏ−１〜１０−７とに区分けされている。

また、ハウジングｌには、ガス導入口１１、ガス導出口
１２、透析液導入口１３、透析液゛導出口１４、血液導
入口１５及び血液導出口１６が各々設けられている。

中空糸膜２−１は４つの小室１０−１〜１Ｏ−４内をほ
ぼ直線状で通過し、相い向かいあう二つの固定部材３に
より、それぞれの開口両端をガス流路６に向け開口を保
ちつつ固定されおり、ガス交換用の小室１０−１〜１０
−４を形成している。一方、中空糸膜２−２は３つの小
室１０−５〜１Ｏ−７内をほぼ直線状で通過し、相い向
かいあう二つの固定部材３により、それぞれの開口両端
を透析液流路７に向け開口を保ちつつ固定されおり、透
析用の３つの小室１０−５〜１０−７を形成している。

固定部材３の有する凸部８は、血液流路−５９を形成し
て、血液の−れる接触室を複数の小室に区分するもので
ある。

なお、第１図に示した例に於いては、ガス交換用として
４つの小室１０−１〜１０−４が、更に透析用として３
つの小室１０−５〜１０−７が設けられているが、それ
ぞれの用途に使用□する小室の個数は、これに限定され
るものではなく、ガス交換用として２個以上、透析用と
して２個以上あればいくつあっても良く、その個数が多
い方が好ましいが、加工性を考慮すると、小室の個数は
、ガス交換用として２〜ｌθ個程度、透析用として２〜
１０個程度であることが実用上好ましい。更に、ガス交
換用の小室の個数と透析用の小室の個数は、本発明の人
工肺の所望とするガス交換能及び透析能に応じて、透析
用の接触室とガス交換用の接触室との相対的な膜面積比
が０．５〜３．０の間の値になるようそれぞれ適宜選択
すれば良い。

第３図は、凸部８の形状に於ける他の態様例を示した部
分断面図である。凸部８の断面形状としては、第１図及
び第３図に示したものを初めとして接触室５の厚み方向
に血液流路９の幅をせばめるものであればどのような形
状のものも採用できるが、第１図に示すような曲面を有
する断面のものであることが血液の滞留を避ける点で好
ましい。このように、接触室内部に血液流路を゛設ける
のは、接触室の厚み方向についても血液流の乱れを生じ
させて血液のチャンネリングを防止するためのものであ
る。凸部８を設ける場合には、゛このような観点から第
１図及び第３図に示したように、隣接する血液流路部が
、接触室の厚み方向の上下に交互に配設されるようにす
るのが好ましい。

本発明の人工肺装置内に於いては、酸素を含むガスは、
ガス導入口１１からハウジングｌ内のガス流路６へ供給
され、ガス交換用中空糸膜２−１の内部を流れ、接触室
５の小室１０−１〜１Ｏ−４内で中空糸１＠２−１を介
して血液とガス交換を行ない、酸素が減少し、炭酸ガス
の増加したガスとなって、ガス流路Ｂ′へ導かれた後ガ
ス導出口１２から排出される。なお、ガス流路に供給さ
れる酸素を含むガスは、もちろん純粋な酸素であっても
良い。

一方、透析液は、透析液導入口１３からハウジング１内
に供給され、透析液流路７を流れて、小室１０−５〜１
Ｏ−７に内蔵された中空糸Ｑ２−２内に供給され、そこ
で中空糸膜２−２を介して、これら小室内を流れる血液
と接触し、血液中の炭酸水素イオン等の不用物を吸収し
た後、透析液流路７′を経て透析液導出ｒ３１４から排
出される。

この透析液流路へ供給される透析液としては、種々のも
のが適用可能であり、いわゆる人工腎臓用の透析液を流
せば、本発明の人工肺に、人工肺と人工腎臓の両方の機
能を果させることができる。しかしながら、本発明の目
的に照らせば、透析液は少なくとも炭酸水素イオン濃度
の低いもので、血漿水の炭酸水素イオンの除去能を有す
るものでなければならない。

他方、人体から取り出された血液（静脈血）は、血液導
入口１５からハウジングｌ内に供給され、接触室を形成
する小室１０−１〜１ｏ−７内ｉ順次流れ、血液導出口
１６からハウジング外へ排出される。その際、小室１０
−１〜１０−４内に於いては、血液は中空糸膜２−１を
介して、中空糸膜内部に供給されてきた酸素を含むガス
と接触して、ガス交換を行ない、必要十分な量の酸素を
取り込んだ血液上なり、更に、小室１０−５へ送り込ま
れる。小室１Ｏ−５〜１０−７に於いては、小室１０−
４から流入してきた血液が、中空糸膜２−２を介して透
析液と接触し、血液から主に炭酸水素イオン等の不用物
が除去される。このように、未発明の人工肺に於いては
、まず十分な量の酸素が酸素を含むガスと血液が気−原
型接触することにより血液に供給される。しかも、更に
血液は透析液と液−原型の接触を行ない、炭酸水素イオ
ンが血液から除去されるので、炭酸ガスが十分に効率良
く除去され、動脈化された血液としてハウジングｌ外へ
排出される。なお、上述したように、透析液として１人
工腎臓用の透析液を使用すれば、上記のようなガス交換
が行なわれるとともに、血液内の不用物をも透析によっ
て除去することが可能であり、本発明の人工肺に人工腎
臓の機能をも兼備させることができる。

次に、本発明の人工肺に於ける接触室の寸竺について説
明する。小室１０−１〜１０−７の血液の流れ方向の長
さｂは、各小室で異なっていても良く、また同一でも良
いが、該小室の厚みの最大寸法ａより大きいことが好ま
しい。ａがｂより大きいと小室の厚み方向の血液の流れ
が支配的となり該小室の隅（小室の血液流路部との境界
近傍）に血液の滞留が生ずるおそれがある。血液流路部
の厚みｅは、小室の厚みａの半分以下であることが血液
流路部を設置した効果を発揮させる上で好ましい。

接触室の幅Ｗ、すなわち二つの固定部材間の距離は、血
液の流量及び小室の厚みａとの関連で最適値が選定され
るが、接触室内で好ましい平板状の血液流を群成させる
ためには、接触室の幅Ｗは、接触室の厚みａの５〜６０
倍程度とするのが好ましい、５倍より小さい場合は、固
定部材表面が血液流に対して及ぼす影響が大きくなり好
まし〈ないことがある。また、６０倍より大きい場合は
、血液流を中空糸膜面全体に均等に流すのが難しくなり
、チャンネ、リングを抑制するのが困難となる。

接触室内の中空糸膜２−１．２−２は、血液の流れ方向
とほぼ直行するよう配設される０本発明にいう血液の流
れ方向とは、血液を接触室内に流した際に実際に形成さ
れる血液流の流れ方向をいうのではなく、接触室内での
血液の入口から出口へ向かう方向をいう。血液の流れ方
向と中空糸のなす角度は、チャンネリング抑制の点から
少なくとも４５度であることが必要であり、はぼ直交し
ていることが最も好ましい。これは血液が中空糸を横切
って流れることにより中空糸のまわりに小さな血液流の
乱れが発生することによるものと考えられる。また、小
室内に配設された多数の中空糸は、これら中空糸の束の
中心軸にそれぞれの中空糸が平行に並べられたものでも
よいが、中空糸が中空糸の束の中心軸に対して１０〜４
５度の角度で巻かれていることが好ましい。

各小室に収納された中空糸の充填率は、１０〜５５％で
あることが好ましい、ここでいう充填率とは、接触室の
血液の流れ方向に平行な面に於ける。各小室の断面積に
対する中空糸膜の占める断面積の割合をいう。充填率が
１０％より小さい場合は血液のチャンネリングが生じ易
く、また、５５％より大きくなると血液の流動抵抗が過
大となり〜、溶血を誘発することがある。各小室におけ
る中空糸の充填率は各小室で異なっていてもよいが、等
しくするほうが加工製作上都合がよい。

本発明の人工肺内に設置される中空糸膜としては種々の
ものが使用でき、例えばセルロース系、ポリオレフィン
系、ポリスルホン系、ポリビニルアルコール系、シリコ
ーン樹脂系、ＰＭＭＡ系等の各種材料からなる均質もし
くは多孔質膜の中空糸濾過膜が使用できる。しかし耐久
性に優れ、かつガスの透過性能に優れたものとしては、
ポリオレフィン系の多孔質中空糸膜が挙げられる。その
　　　　　Ｉ中でも、膜の微小空孔が一方の面から他方
の面にかけて幾重にも積層したフィブリルとフィブリル
の両端を固定する節部によりできるフィブリル間の空間
で形成された微小空孔がそのフィブリル間の空間として
相互につながって膜の一方の面から・　他方の面まで貫
通しているような膜が特に好ましく用いられ、このよう
な中空糸膜の例としては、例えばポリエチレン中空糸Ｍ
（ポリエチレン中空糸ＥＨＦ、商品名、三菱レイヨン■
製）が挙げられる。

固定部材３は、中空糸を使用した所謂中空糸濾過モジュ
ールを製造する場合と同様の手法により、接着性のよい
ポリウレタン等を使用して中空糸膜と一体化させ、簡易
に製奉することができる。

本発明の人工肺の前又は後に血液用の熱交換器を組込ん
でもよく、本発明の人工肺を複数個並設してより大量の
血流量に適用させることもできる。

［本発明の効果］ このように本発明の人工肺装置は、製造に当って煩雑な
手間を必要としない簡易な構造の実用的な人工肺装置で
あり、１つの装置内で、中空糸膜を介しての血液と酸素
を含むガスとの気−原型の接触と、血液と透析液との液
−原型の接触を行なえるため、酸素の供給と炭酸ガスの
除去とをより効率的に実施すること□が可能となり、し
かも血液のチャンネリングや滞留部の発生は殆どなく、
優れた性能が発揮できる。また、透析液として、人工腎
臓用の透析液を流せば、本発明の人工肺に、人工肺と人
工腎臓の両方の機能を果させることも可能である。更に
、容易に加工ができるため安価でかつ体外への血液搬出
量が小さくなり、患者の、負担を軽−するという利点を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の人工肺モジュールの一実施態様例の縦
断面図であり、第２図は第１図に於けるＸ−Ｙ線に沿っ
た切断断面図、第３図は凸部８の形状に於ける他の態様
例を示した部分断面図である。 １：ハウジング　　　　２−１．２−２：中空糸膜３：
固定部材　　　　　４：仕切り部材５：接触室　　　　
　　６、Ｂ′：ガス流路７．７′：透析液流路　８：凸
部 ９：血液流路部　　　　１０−１〜ＩＱ−７：小室１１
：ガス導入口　　　　１２：ガス導出口１３：透析液導
入口　　　１４：透析液導出口１５：血液導入口　　　
　１６：血液導出ロａ：小室の最大厚み　　ｂ＝小室の
長さｅ：血液流路部の厚み　Ｗ：接触室の輻特許出願人
　　　三菱レイヨン株式会袢第　　３　　図 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）透析液導入口、透析液導出口、血液導入口、血液導
   出口、ガス導入口及びガス導出口を有する浅箱状の形状
   を有するハウジング内に、該ハウジング内部をガス流路
   または透析液流路と血液の流れる接触室とに区分する固
   定部材と、前記ガス流路と透析液流路とを区分する仕切
   り部材と、前記接触室内をほぼ直線状で通過し、それぞ
   れの開口両端を前記ガス流路に向け前記固定部材により
   固定された多数の中空糸膜と、それぞれの開口両端を前
   記透析液流路に向け前記固定部材により固定された多数
   の中空糸膜とを有し、これら中空糸膜は前記接触室内で
   前記血液の流れ方向に対して４５°〜９０°の角度で配
   設され、かつ前記接触室が前記中空糸膜に対して垂直な
   方向に幅をせばめられた血液流路部と、該血液流路部を
   介してわけられた前記中空糸膜を内蔵する複数の小室と
   に区分けされてなる人工肺。