JPS6131164A - 複合中空糸膜型人工肺 - 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】 【産業上の利用分野］ 本発明は、多孔質中空糸膜の内壁面および外壁面のいず
れか一面以上にガス透過性に優れた高分子の薄膜が形成
された複合中空糸膜を、ガス交換膜として組み込んだ人
工肺に関する。

［従来の技術］ シリコーン膜等の均質膜や、ポリプロピレンまたはテフ
ロン等の疎水性素材からなる多孔質膜を用いて構成され
る模型人工肺は、例えば特開昭５４−１８００９８号等
により既に公知である。これらは、中空糸の膜面を介し
て気体と血液とを接触させ、その間でガス交換を行わせ
るものである。

このような模型人工肺には、中空糸膜の中空部に血液を
流し、中空糸膜の外部に気体を流すもの（内部潅流方式
）と、その逆に、中空糸膜の中空部に気体を流し、外部
に血液を流すもの（外部潅流方式）との二つの方式があ
る。

内部潅流方式では、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　１５０〜３００μｓ程度の内径を有する
中空糸膜が人工画用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、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っている。また
、一般的に人工肺では、中空糸膜が数万本束ねられた束
として用いられており、これら多数の中空糸膜のそれぞ
れに充分に気体を分散供給するには特別の配慮が必要で
ある。気体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。

一方、外部潅流方式ではガスの分配は良好であり、かつ
血液の流れに乱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
に於いて凝血が生じ易く。

また、ハウジング内の中空糸膜の充填率を増加させ過ぎ
ると血液の流動抵抗が過大となり、溶血を誘発すること
があるという問題点があった。しかし、血液の流れに対
して中空糸膜をほぼ直交するように配設すると、平行に
配設したものに比較すると血液の流れの乱れが大きくな
るため、ａｍ摂取能を向上させることができると同時に
、ｎｉｘ液の滞留部の発生についてもかなり抑制できる
ことが判明した。

また、前述したように、ｌＩ型人工誦には均質膜を用い
たものと多孔質膜用いたものとがある。均質膜を用いた
人工肺に於いては、血液等の漏洩がないために長時間の
血液の体外循環に有利である。しかし、ガスの透過が膜
中に溶解拡散する機構で行われるため、膜自身のガス透
過抵抗が大きく、ガス交換性能は多孔質膜より低い、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、
機械的強度を所定のレベルに維持するには膜厚を厚くせ
ざるを得ず、そのためやはりガスの交換性能は多孔質膜
より劣る。

一方、多孔質膜を用いた場合には、ガスが細孔部を体積
流で透過するため、ガス交換性能は均質膜よりも格段に
優れている。しかしながら、ガス交換時に中空糸膜を介
して血液からの水蒸気の蒸発量が大きいため、膜壁面に
水滴が付着する傾向が認められ、このような減少が起る
とし易人工肺としてのＣＯ２の除去能が経時的に低下す
るといった傾向が認められる。また、何らかの異常事態
が発生し、ガス側の圧力が血液側よりも高くなったとき
に、ガスが血液側に気泡となって混入する危険性のある
ことも指摘されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者等は、このような幌型人工肺装置の問題点を解
決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った
。

本発明の目的は、酸素摂取能に優れ、Ｃ０２の除去能も
長時間安定であり、かつ血液等の漏洩がないという均質
膜と多孔質膜の長所を合わせて有する成型人工肺を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ すなわち本発明の人工肺は、血液導入口、血液導出口、
ガス導入口およびガス導出口を有するノ＼ウジング内に
、該ハウジング内部をガス流路と血液の流れる接触室と
に区分する固定部材と、前記接触室内をほぼ直線状で通
過し、それぞれの開口両端を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を有してなり、か
つ該中空糸膜が前記接触室内で血液の流れ方向とほぼ直
交するよう配設されてなる人工肺装置であり、前記中空
糸膜が、多孔質中空糸膜の内壁面および外壁面のいずれ
か一面以上にガス透過性に優れた高分子の薄膜が形成さ
れた複合中空糸膜であることを特徴とする。

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

１１１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図は一部欠截平面図である。

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１と、中空糸膜２と、固定部材３とから構成さ
れ、これらの部材により／＼ウジングｌの内部は、血液
の流れる接触室４と中空糸Ｍ２の内部空間に酸素を含む
気体を供給するための気体流路５とに区分されている。

ハウジングｌには、気体導入口６．気体導出ロア、血液
導入口８および血液導出口９が設けられている。また、
中空糸Ｈ２は接触室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
を気体流路５に向け開口を保ちつつ固定されいる。

接触室４内の中空糸Ｈ２は、血液の流れ方向とほぼ直行
するよう配設される１本発明にいう血液。

の流れ方向とは、血液を接触室４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
４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膜２のなす角度は、酸素摂取能の向
上および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。

また、接触室４内に配設されたそれぞれの中空糸膜２は
、第２図に示されるようにほぼ直線としてかつそれぞれ
が平行を保つよう並べて配設されるのが好ましいが、何
本かの中空糸膜が束としてかつそれら中空糸膜の束の中
心軸に対して４５度程度までの角度で巻かれるようにし
て配設されてもよい。

本発明の人工肺内に設置される中空糸Ｈ２としては、支
持体としての多孔質中空糸膜の内壁面および外壁面のい
ずれか一面以上に、ガス透過性に優れた高分子の薄膜が
形成された複合中空糸膜が使用される。この複合中空糸
膜の支持体としての多孔質中空糸としては、種々のもの
が使用でき、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の
ポリオレフィン系樹脂からなる微多孔質の中空糸濾過膜
が好適に使用できる。

本発明の支持体として用いられる多孔質中空糸膜の主た
る機能は、多孔部に於けるガスの透過と、中空糸膜の機
械的強度の保持にある。したがってガスの透過抵抗を少
なくするために、空孔率は３０％以上であることが必要
である。３０％未満の空孔率では、支持体そのもののガ
ス透過抵抗が大きいため、本発明の効果が得られず、均
質膜を使用場合と差がない、一方、空孔率が９０％を超
えると、支持体の機械的強度が低下するため、中空糸膜
が破損する危険性が大である。更に、中空糸膜の微細孔
の大きさも重要な因子であり、バブルポイント法で測定
したときにバブルポイントが２０Ｋｇ／ｃ■２を超える
ような微細孔ではガスの透過抵抗が大き過ぎ適当ではな
い、また、支持体として用いる多孔質中空糸膜は、その
内径が１００〜５００ｕ、Ｉｌ厚が１０〜１５０ｕ程度
のものが適当である。

本発明に用いられる中空糸膜２は、このような支持体と
しての多孔質中空糸膜の内壁面および外壁面のいずれか
一面または両面に、ガス透過性に優れた高分子、例えば
シリコン樹脂、ポリウレタン、ポリアルキルスルホン等
の薄膜が形成される。該薄膜の厚さとしては、平均膜厚
として０．０５〜３０μ、より好ましくは０．１〜１０
．程度が適当である。この薄膜は、血液等の漏洩、水蒸
気の過度な蒸発といった多孔質中空糸膜の有する欠点を
除去するために設けられるものである。

多孔質中空糸膜の外壁面にこのような薄膜を形成するに
は、例えば予め形成された支持体としての多孔質中空糸
膜に対してスプレーコート法、浸漬法、ロール塗付等の
方法により、ガス透過性に優れた高分子の溶液を塗布し
、乾燥させることによって製造される。あるいは、水上
展開法、プラズマ重合法等の方法でも高分子剥膜の形成
が可能である。塗布した高分子は、中空糸膜表面の多孔
部に嵌合固定されるため、ガス透過性に優れた高分子の
薄膜が多孔質中空糸膜の外壁面から剥離することはない
。

一方、多孔質中空糸膜の内壁面に薄膜を形成するには、
例えば高分子溶液を中空糸膜内部へ通液塗付し、乾燥さ
せる方法が採用できる。

本発明の人工肺装置内に於いては、酸素を含む気体は、
気体導入口６からハウジングｌ内の気体流路５へ供給さ
れ、中空糸膜２の内部を流れ、接触室４内で中空糸膜２
を介して血液とガス交換を行ない、機素が減少し、炭酸
ガスの増加した気体となって、気体流路５′へ導かれた
後気体導出ロアから排出される。なお、気体導入口６か
ら供給される酸素を含む気体は、もちろん純粋な酸素で
あってもよい。

一方、人体から取り出された血液（静脈血）は、血液導
入口８からハウジングｌ内の接触室４へ供給され、接触
室４内で中空糸膜２の内部を流れる醜崖を含む気体と中
空糸Ｍ２を介してガス交換を行ない、血液が静脈血から
動脈血化された後血液導出口９から人工肺の外部へ排出
される。

接触室内の中空糸の充填率は、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、該接触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。

［本発明の効果］ このような本発明の人工肺は、ガス交換性能が高いとい
う多孔質膜を用いた人工肺の長所と、ガス交換時に血液
等の漏洩がなくさらに水蒸気の蒸発量が少ないために０
０２の除去能も長時間安定であるといった均質膜を用い
た人工肺長所を合わせ持つことになり、極めて優れた人
工肺が得られた。

〔実施例〕

以下１本発明の人工肺に使用する複合中空糸膜の参考製
造例を示す。

参考製造例 内径が２ｏｏｍ　、’膜厚が２５−１空孔率が５２％、
バブルポイントがｌｏ、５Ｋｇ／ｃ＋ｓ２の多孔質ポリ
プロピレン中空糸膜を、トルエンで１０重量％に希釈し
た常温硬化型シリコーンゴム（ＫＥ４２Ｓ−ＲＴＶ　、
信越化学■製）溶液中に浸漬後引きトげ、常温で４８時
間硬化させ、中空糸膜の外壁面にシリコーンゴムの薄膜
を形成した。この中空糸膜の断面を走査型電子顕微鏡で
観察したところ、中空糸膜の外壁面に平均的な厚みが４
ｕのシリコーンゴムの＃膜が形成されていた。

以下、実施例に従い本発明をより詳細に説明する。

実施例および比較例 参考製造例で作製したシリコーンゴムの薄膜を形成した
中空糸膜を用いて、膜面積が０．２ｍ２の第１および２
図に示したタイプの人工肺を作製した。・方、比較例と
してシリコーンゴムをコーチイブしてい多孔質ポリプロ
ピレン中空糸膜を用いて上記実施例と同様な人工肺を作
製した。

これら人工肺に対して、ヘマクリットが３５％、Ｐ）１
７．３５、人口酸素飽和度６５％、炭酸ガス分圧４５ｍ
ｍＨｇ、ヘモグロビン濃度１２ｇ／ｄｌの生血を用いて
、血液流量を０．４１　／ｓｉｎで循環し、純酸素を０
．４１　／ｍｉｎ′ｔ−流し、炭酸ガス排出能の経時変
化を比較評価した。

この結果を第３図に示した。実施例で作製した人−［肺
は、第３図から明らかなように、炭酸ガス排出能の経時
変化が極めて少ないものであった。

更に純酸素側をＩ　Ｋｇ／　ｃｍ２の状態にしても実施
例の人工肺では血液中に気泡の混入は認められなかった
が、比較例の人工肺では気泡の混入が認められた。

【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“実施態様の縦断
面図であり、第２図は一部欠截平面図である。第３図は
本発明の人工肺と比較例の人に肺の炭酸ガス排出能の経
時変化の測定結果を示した図である。 １：ハウジング　　　２：中空糸膜 ３：固定部材　　　　４：接触室 ５．５′：気体流路　　　　６：気体導入「１７・気体
導出口　　　８．血液導入［１９：血液導出口 第１図 ｆＥＬ表＃ｊ履時間（ｈｒ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）血液導入口、血液導出口、ガス導入口およびガス導
   出口を有するハウジング内に、該ハウジング内部をガス
   流路と血液の流れる接触室とに区分する固定部材と、前
   記接触室内をほぼ直線状で通過し、それぞれの開口両端
   をガス流路に向け前記固定部材により固定された多数の
   中空糸膜とを有してなり、かつ該中空糸膜が前記接触室
   内で血液の流れ方向とほぼ直交するよう配設されてなる
   人工肺装置であり、前記中空糸膜が、多孔質中空糸膜の
   内壁面および外壁面のいずれか一面以上にガス透過性に
   優れた高分子の薄膜が形成された複合中空糸膜であるこ
   とを特徴とする人工肺。