JPS62502591A - インビボ肺臓外血液ガス交換のための装置 - 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】 インビボ肺臓性血液ガス交換のための装置および方法本発明は患者の肺を関与さ せずにインビボで血液に酸素を添加し、血液から二酸化炭素を除去するための方 法および装置に毎日数千人の患者が病院内で低酸素血症状態であり、および／ま たは彼らの循環血液からの二酸化炭素（ＣＯ２）の除去が不適切である。これら の不適当な血液ガス交換状態（不適当な血液嘔素供給および不適当なＣＯ２除去 の双方を含む）は一般に種々の程度の呼吸機能不全によって起こり、これは通常 は急性肺疾患、たとえば肺炎、無気肺、肺内液体、または肺換気閉塞を伴う。各 種の心臓および循環系の疾瞥、たとえば心臓病およびショックが血流に不都合な 影響を与え、これによっても前液ガス交換速度が低下する可能性がある。

これらの型の血液ガス交換機能不全の治療のために現在最も広く採用されている 方法は、吸気の酸素濃度を高めることにより、または肺を機械的に換気すること により、肺への酸素の流入を高めることによるものである。両方法とも、疾病を 伴い、完全な能力で機能し得ない肺に、さらに負担を与える。疾病または傷害を 伴う器官を治ゆさせるためには、一般にこれらの器官に休息期間を与え、これに より徐々に活性を高めるのが最良である。しかし不適切なガス交換の治療のため に現在性われている方法は、疾病または％害を伴う肺に休息および回復の期間を 与えるよりもむしろこれらをいっそう過酷に働かせるものである。

少なくとも限られた期間、肺のガス交換機能を引き継ぐことができる各種の装置 が開発された。多種の体外血液酸素供給器が一般に採用され、肺の外科処置に際 してきわめて頻繁に用いられている。これらの装置は、少な（とも身体の酸素要 求を低下させる手法（たとえば低体温法）と併用した場合には、患者を外科処置 期間中維持するのに十分な血液酸素供給を与えることができる。これらの血液酸 素供給器には、血液がこの装置を貫流するのに伴って唾液には素を吹込む装置が 含まれる。これには通常、血液を脱泡してこれを患者への再注入用として受容で きるものにする装置区画が伴う。

他の群の体外酸素供給器はガス透過性膜を用いるものである。

これらの装置は多（の異なる形状および構造をとるが、操作の基本概念はこれら の装置すべてにおいて同じである。すなわちガス透過性膜の一方側を血液が流れ 、この膜の他方側を酸素に富むガスが流れる。血液がこの装置を貫流するのに伴 って、酸素はガス透過性膜な横切って移動し、血液に入る。これによって、酸素 気泡を血液に実際に導入することな（、かつこれに対応する大規模な脱泡装置を 必要とせずに、血液の酸素供給が可能となる。

上記で論じた型の酸素供給器はいずれも心肺バイパス処置の設定の外部で使用す るのに特に適したものではなく、一般に短期間の外体用として設計されているに すぎない。そのためこれらの装置は、肺疾、管または循環機能不全を伴う一般の 患者の日日゛治療には使用できない。− 疾病または傷害を伴う肺を苦しめ、または炎症させることな（、簡単に、効果的 に、かつ無害で循環血液に酸素を添加し、これから二酸化炭素を除去することが 可能になり、従って必要な血液ガス交換に不都合な影響を与えることなく肺を一 時的に休息させ回復させることができるならば、院内ケアにおける著しい、かつ 恐らくきわめて広範に適用できる進歩が実現するであろう。

発明の主目的および要約 以上のことからみて、本発明の主目的は患者の肺を関与させずにルーティンにイ ンビボで静脈血に酸素を添加し、これから二数化炭素を除去するための装置およ び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、一時的に使用でき、広範な外科処置の必要なしに取りつけ および取りはずすことができる装置を用いるインビボ血液酸素供給法を提供する ことである。

本発明の他の目的は、血栓形成作用が比較的少なく、各種血液ガスの交換に有効 なインビボ酸素供給装置を提供することである。

本発明の他の目的は罹患している肺に苦痛、負担または炎症をもたらすことなく 藺単に、効果的にかつ無害に循環血液に酸素を添加し、これから二酸化炭素を除 去するのを可能にすることである。

これらおよび他の本発明の目的および利点は、以下の記述および請求の範囲を添 付の図面と関連づけることによって、よりいっそう明らかになるであろう。

以上の目的に従って、本発明は血液のインビボ肺臓外酸素供給のための新規な装 置および方法を目標とする。本発明の装置および方法はルーティン用に考案され 、重大な外科処置を必要とせずに使用できる。特に本発明は血液ガス交換機能不 全を伴う患者の治療に現在採用されているルーティン用肺換気の代わりに採用で きる。

現時点で好ましい一形態においては、本発明の装置は各末端がヘッダーに接続し た多数の小径のガス透過性チューブからなり、ヘッダーは一端が酸素に富むガス の供給源に接続し、他端がガスを装置から流出させうる排気チー−ブその他の手 段に接続している。この装置は患者の大静脈に挿入される。患者の頚動脈を切開 し、放射線不透過カテーテルを挿入し、螢光透視鏡を用いて上大静脈および上大 静脈に導入し、総大腿静脈または総腸骨靜脈の切開部から外へ出す。次いで本発 明の装置を大腿静脈または腸骨静脈から出ている案内カテーテルに連結し、案内 カテーテルを頚動脈から引張ることにより、大動脈内へ引き込む。

適切に配置されると、酸素に富むガスをガス透過性チューブに比較的低速で流入 させる。静脈血が細いガス透過性チューブの周りを流れ、酸素がチューブから血 中へ透過して血液酸素供給が行われ、かつ二酸化炭素が血液からチューブ内へ透 過し、ここから体外へ排出される。チューブは、酸素その他のガスはそれらの壁 を容易に通過させるが血液などの液体は通過させず、かつ血栓形成作用が比較的 少ない材料で構成される。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の装置の好ましい一形態の透視図である。

第２図は第１図の装置の線２−２に沿った断面図である。

第３図は本発明の装置の他の好ましい形態の透視図である。

第４図は第３図の装置の線４−４に沿った断面図である。

第５図は、大静脈の一部を破り取った状態の、患者の大静脈次いで図面について 述べる。各図において同様な部品は全体として同様な番号で表示した。第１図は 本発明の装置の好ましい一形態を表わし、これを一般に１０と表示する。この装 置は多数の細い、壁の薄いガス透過性チューブ１２からなる。これらの細いチュ ーブ１２は各末端がヘッダーに接続している＠この装置の底部のヘッダーは１４ に示され、装置の頂部のヘッダーは１６に示される。

ガス透過性チューブ１２は、酸素および二酸化炭素の分子はチーーブ壁を越えて 移行しうるが、同時にこれらの壁は血液その他の液体およびより大型の気泡に対 して不透過性であるように設計および構成されている。のちにより詳細に述べる ように、チューブ１２はまた血栓形成作用が比較的少ない材料から構成されてい る。現時点で好ましい一材料は、エチルセルロースなどの材料から構成された多 孔質管状フレーム構造にはめ込まれた厚さ約２．５〜４ミクロンのポリアルキル スルホン（ＰＡＳ）膜である。チューブ１２用として好ましい他の構造は、同様 な多孔質管状フレーム構造に取りつけた厚さ約２５ミクロンのシリコーンゴム層 からなる。膜によるガス交換がより大きいことが望まれる場合、他の代替法はポ リプロピレン、ポリテトラフルオルエチレンまたはポリエチレンなどの材料を用 いて微孔質膜のチューブ１２を構成することである。ただし、これらの材料は上 記の材料よりも若干生体親和性が低く、望ましくない微細気泡を形成する可能性 もあると考えられる。材料の選択に影響を与える可能性のある他の因子には、ピ ンホールが無いこと、脆性、商業的入手しやすさおよび原価が含まれる。

第２図の断面図に最も良く示されるように、チューブ１２は血液が装置を通って 各チューブの壁の周り７貫流し、これにより各チーープの壁を通したガス交換が 高まるように互いに間隔を置くことが好ましい。チーーブ１２の各末端は、チュ ーブをシリコーンゴムその他の生体親和性材料製の成形基底部１５に溶封するこ と（“ｐｏｔｔｉｎｇ”）により、ヘッダー１４および１６内に堅固に固定され ている。成形基底部１５が硬化したのち、末端を切り取り、チューブ１２の両端 がガスの流れに対して閉塞されない状態にしておく。次いでヘッダー１４および １６を各基底部１５の周りに接着して気密なシールを形成し、これによって装置 が大静脈に挿入された際に酸素気泡が大静脈中へ逃散し得ないようにする。

チューブ１２の形状、長さおよび直径はそれぞれの状況の要求に従って変えるこ とができる。しかし装置の設計に際しての一般的目標は、血液−膜表面暴露を最 大限に高め、一方正常な血流の閉塞を最小限に抑えることである。現時点で好ま しい装置の形態は、長さ約５０ｃｍ、外径約１ｗｎのチューブ約３０本を含む。

成人の場合、装置全体は直径約１．５備である。この種の構造のものは約４６８ −のガス透過性面積を流動血液に露出するであろう。

用いるチューブの寸法および数量は、装置を種々の他の状況および用途に適合さ せるために、上記のものと異なっていてもよい。他の一形態（第３図参照）の場 合、装置は長さ約２５０傭、外径約０．２５ｍ＋のチ４−プ約５００本を含むで あろう。装置全体の長さを増大させずにチューブの長さの増大に適合させるため に、チューブ３２をのちに詳述するようにからみ合わせる。この構造により約９ ，７５０−のガス透過性表面積が得られる。

これは上記の好ましい形態のガス透過性表面積の２０倍以上の増大である。

個々の状況における要求に応じて、他の構造のものをいかなる数量用いてもよい 。現時点ではチューブの直径を約０．２５〜約１簡の範囲で変えることができ、 長さを約５０〜約２５０ｃＷＬの範囲で変えることができると考えられる。使用 するチューブの数量も３０本以下から５００本以上Ｋまで変えることができるで あろう。前記のように、その結果ガス伝達表面積を特定の状況における個々の要 求に応じて約４６８−からほぼ１０，０００−にまで変えることができる。下記 の表１は予想されるガス伝達速度を含めて装置の可能な形状の若干をまとめたも のである。

きわめて長いチューブを用いることが望ましいと認められた場合は、これらをか らみ合わせてなおこれらが患者の大静脈内に適合するようにする必要があろう。

第３図はこのような形状を採用した装置を示す。この装置を一般に３０と表示す る。前記の第１の形態の場合と同様に、この形態は多数のチューブ３２を含み、 これらはそれらの各末端溶封され、ヘッダーに接続している。この装置の頂部の ヘッダーを３６と表示し、装置の底部のヘッダーを３４と表示する。チューブ３ ２がらせん状構造をもつ点を除いて１．第３図に示した装置は第１図に示した装 置と類似する。たとえば両装置ともチューブ１２または３２に同一のガス透過性 材料を使用し、両装置とも同様なヘッダーを使用できると期待される。

第４図は第３図に示した装置の具体例の断面図である。血液がチューブの間およ び周りを自由に流れ５るのに十分な空間が各チューブ３２の間に与えられている 。

次いで、本発明の使用法を示す第５図について述べる。第５図には上大静脈およ び工大静脈が示されている。同様に頚静脈５０、横隔膜５２、心臓の右心室（Ｒ ｏＶ、と表示）、右心房（Ｒ，Ａ、と表示）、および猟径靭帝５３も示されてい る。同様に第５図には患者の鎖骨５４、右鎖骨下静脈５６、無毛静脈５８、腎静 脈６４、左総腸骨静脈６６、および方性腸骨静脈６８が示されている。

第５図に示されるように、装置１０は切開部１４を通って方性腸骨静脈または右 大腿静脈６８に挿入される。この装置は先きに簡単に述べたように、−放射線不 透過性力チーチルおよび螢光透視鏡（図示されていない）の使用など既知の手段 で上大静脈および工大静脈を逢うように進み、あるいは引張り込まれる。

次いでヘッダー１４に接続した管１８が方性腸骨静脈または総太腿静脈の切開部 １４乞通って忍者内へ入るであろう。次いで管２０が右頚静脈５０の切開部７２ を通って思考から出るであろう。

装置１０が適所に配置された状態でヘッダー１４は管１８により酸素に冨むガス の供給源に接続され、ヘッダー１６は管２０により排気手段に接続されるであろ う。その結果、酸素に富むガスはヘッダー１４を通ってチューブ１２に入り、上 方へ移動してヘッダー１６に達し、そして装置外へ移動するであろう。ガスはチ ューブ１２内にある間にチューブ１２を透過して大静脈乞通過する血液に酸素を 供給することができる。さらに二歌化炭素は白液から離脱してチューブ１２内へ 流入し、これにより系から排出させることができる。前記のように、酸素および 二雛化炭素は容易にチューブ１２の壁を通過することができるが、血液はチーー グに入ることができない。その結果、血液を気泡に直接に暴露することなく酸素 供給を行うことができる。

現時点ではチューブ１２に入るガスは約０．６〜１．２ｆｔ／分の流量で流れる １００チ酸素であってもよいことが認められている。これによって装置を５〜１ ０咽Ｈｇの範囲の比較的低い圧力で作動させることができる。比候的低い圧力で 装置を作動させることによって、実質的に大静脈内で漏出または気泡を生じる危 険性なしに適切な＠液酸素供給が行われるであろう。さらに、過度の圧力乞高め ることなくガスの流量を増大させるために、チーーズ１２からヘッダー１６を通 って排出されるガスを制御下に吸引することが望ましい場合がある。

血液と装置の適切な接触を保証し、血液の層流および装置に沿った境界層の形成 を避けるために、装置ｔ″波状の、うねった、またはらせん状の形状で配置する ことが望ましい場合がある。第５図はこのような形状の装置を示す。このような パターンは種々の手段により達成できるが、考えられる一手段は硬質または半硬 質のスタイレット２２を含むものであり０これはチューブ１２に平行に走行し、 ヘッダー１４および１６に強固に接続している。スタイレット２２は血液親和性 の金属またはプラスチックから形成することができ、装置を患者に挿入する前に 希望する形状に曲げることができ、これにより装置が適所に配置されると、装置 は確実にうねった、またはらせん状の形状を維持する。

本発明の装置などの装置を使用する除には、血栓形成を最小限に抑えることが重 要である。この間質に適切に対処できなかったことが血液に人工的に酸素供給す る先行技術の試みが挫折した要因であった。この間質は非血栓形成材料を用いて 装置を構成することにより対処できる。血栓形成がなお問題となる場合は、チ＝ −ズ１２の表面をさらに血栓抵抗性材料で被覆するか、あるいは患者ケ血小板制 限投薬により処置することができる。

本発明の装置は血液に人工的に酸素供給する先行技術の試みよりも著しい改良で ある。本発明の装置は肺疾患に対してルーティンに行われている治療法と異なり 、肺を休息させ、それらの罹患状態から回復するのを可能にする。本発明の装置 をルーティンの一時的処置に用いることもでき石。従来の血液酸素供給器は主と して外科処置の期間中にのみ用いられ、体外に設置される。さらに本発明はその 外壁としてその場の大静脈を用（・る。血液は人工の管その他の装置内を貫流し ない。その結果、溶血２よび血栓形成を含む血液への損傷は最小限に抑えられる 。

従って本発明は罹患している肺を関与させることなく、効果的なかつ比較的外傷 の少ないインビボでの血液酸素供給法Ｙ提供する。

本発明の装置および方法は多種多様な形態で取入れることかでき、それらのうち ごくわずか７以上に図示および記述したにすぎない点は認められるであろう。本 発明はその精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施で きる。

上記の形態はあらゆる点で説明のためのものであり、限定的なものではな（、従 って本発明の範囲は以上の記述ではなく請求の範囲によって示される。請求の範 囲の均等物の意味および範囲に属する変更はすべて本発明の範囲に含まれる。

図面の浄書ぐ内容に変更なし） ＦＩＧ、２ 手続補正書（方式） 昭和６２年　７月３Ｄ日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿　（へ１、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８５１０１５１７ ２、発明の名称 インビボ肺臓性血液ガス交換のための装置および方法３、補正をする者 事件との関係　出　願　人 住所 氏　名　モーテンセン、ジェイ・ディー４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６号室 ５、補正命令の日付　昭和６２年　６月３０日　（発送日）国際調査報告 ＩＩＩＩ＃ｌＩＩ＃ｌｌ０Ｌ１−１＾”””””’ＰＣＴ／ＬＩＳ８Ｓ１０１５ １７１剛＠ｌｆｉＪＩｉ６Ｍ＠ｌ＾６＠１ｉｃａ＋Ｉａ＋＋ｓｏ、ＰＣＴ／ＵＳ ８５１０１５１７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多数のガス透過性チューブをそれらのチューブの入口末端において第１ヘッ ダーに、それらのチューブの出口末端において第２ヘッダーに接続し； これらのガス透過性チューブを患者の大静脈内に配置し；第１ヘッダーを酸素に 富むガスの供給源に連結し；第２ヘッダーをこれらのチューブにより運ばれるガ スの排気手段に連結し；そして 酸素に富むガスをこれらのガス透過性チューブに導通し、これにより大静脈を貫 流する血液から二酸化炭素が除去されてガス透過性チューブに入るのに伴って血 液が酸素供給される工程からなる、インビボ肺臓外血液ガス交換を行うための方 法。 ２．チューブを基底表子に注封し、これにヘッダーが接続される、請求の範囲第 １項に記載の方法。 ３．チューブが互いに間隔を置き、ヘッダーにより保持されたチューブの周りを 血液が流れおよび該チューブを血液が貫流しうる、請求の範囲第１項に記載の方 法。 ４．チューブが長さ５０〜２５０ｃｍ、外径０．２５〜１ｍｍである、請求の範 囲第１項に記載の方法。 ５．ヘッダーに接続したチューブの数量が３０〜５００である、請求の範囲第１ 項に記載の方法。 ６．各チューブがエチルセルロースから構成される多孔質管状フレーム構造には め込まれた厚さ２．５〜４ミクロンのポリアルキルスルホンの一員からなる、請 求の範囲第１項に記載の方法。 ７．各チューブがエチルセルロースの多孔質管状フレーム構造にはめ込まれた厚 さ２５ミクロンのシリコーンゴム膜からなる請求の範囲第１項に記載の方法。 ８．各チューブがポリプロピレン、ポリテトラフルオルエチレンおよびポリエチ レンの群から構成される微孔質膜からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。 ９．ガス透過性チューブを大静脈内に配置する工程が患者の右頸静脈に第１切開 部を、患者の右外腸骨静脈または総大腿静脈の一方に第２切開部を設け； 案内カテーテルを第１切開部からの患者の大静脈に挿入し；第２ヘッダーを案内 カテーテルに接続し、第２へッダーを第１切開部から大静脈を通って第２切開部 の地点まで引張り；そして 第１長さの管を第２ヘッダーに、第２長さの管を第１ヘッダーに接続する 工程からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。 １０．ガス透過性チューブを大静脈内に配置する工程がヘッダー間に半硬質スタ イレットを接続し；そしてスタイレットを曲げてうねったパターンを形成させ、 これにチューブを従わせる 工程からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。 １１．チューブをそれらの長さに沿って第１ヘッダーと第２ヘッダーの間で互い にからみ合わせる、請求の範囲第１項に記載の方法。 １２．酸素に富むガスをガス透過性チューブに導通する工程が酸素に富むガスを ０．６〜１．２ｌ／分の速度で５〜１０ｍｍＨｇの圧力において導通する工程か らなる、請求の範囲第１項に記載の方法。 １３．酸素に富むガスをガス透過性チューブに導通する工程が、第２ヘッダーに 制御された吸引を行う工程からなる、請求の範囲第１項に記載の方法。 １４．ガス透過性材料から構成される適切な寸法のチューブ１本または２本以上 を入手し； チューブをその両端が患者の身体の外と連絡する状態で患者の循環系に挿入し； そして 酸素に富むガスをチューブに貫流させる手段を設ける工程からなる、肺を関与さ せずに患者の血液にインビボ酸素供給する方法。 １５．チューブを各末端でそれらのチューブに堅固に接続したヘッダーにより束 ね合わせる、請求の範囲第１４項に記載の方法。 １６．ガスをチューブに貫流させる手段が、一方のヘッダーをガス供給源に接続 し、他方のヘッダーを排気手段に接続することよりなる、請求の範囲第１４項に 記載の方法。 １７．チューブを患者の大腿静脈または腸骨静脈の一方における切開部から挿入 し、愚者の大静脈を通して患者の頸静脈における切開部位まで引張る、請求の範 囲第１４項に記載の方法。 １８．チューブを貫流するガスが約０．６〜１．２ｌ／分の流速で約５〜１０ｍ ｍＨｇの圧力において流れる酸素である、請求の範囲第１４項に記載の方法。 １９．チューブを患者の体内でくねった形状に配置し、これにより患者の血液と チューブの接触を最大限に高める、請求の範囲第１４項に記載の方法。 ２０．少なくとも３０本のチューブがある、請求の範囲第１４項に記載の方法。 ２１．チューブが多孔質管状のフレーム構造にはめ込まれたポリアルキルスルホ ン製である、請求の範囲第１４項に記載の方法。 ２２．多数のガス透過性チューブをチューブの入口末端において第１ヘッダーに 接続するための第１手段、およびチューブをチューブの出口末端において第２ヘ ッダーに接続するための第２手段からなり、チューブがそれらのチューブを愚者 の大静脈内に配置しうる長さおよび直径をもつもの；第１ヘッダーを、患者の大 静脈を通って酸素に富むガスの供給源に連結するための手段；ならびに 第２ヘッダーを、患者の大静脈を通って、ガス透過性チューブにより運ばれるガ スを排気するための手段に連結し、これにより二酸化炭素が大静脈を貫流する血 液から除去されてガス透過性チューブ内へ入るのに伴って血液に酸素供給するた めの手段 からなる、インビボ肺臓外血液ガス交換を行うための装置。 ２３．第１および第２手段は、チューブが互いに間隔を置いてそれらのチューブ 間を血液が流動しうる状態でチューブを注封する基底手段からなる、請求の範囲 第２２項に記載の装置。 ２４．チューブが長さ５０〜２５０ｃｍ、外径０．２５〜１ｍｍである、請求の 範囲第２２項に記載の装置。 ２５．ヘッダーに接続したチューブの数が３０〜５００である請求の範囲第２２ 項に記載の装置。 ２６．チューブが、エチルセルロースから構成された多孔質管状フレーム構造に はめ込まれた厚さ２．５〜４ミクロンのポリアルキルスルホン膜からなる、請求 の範囲第２２項に記載の装置。 ２７．チューブが、エチルセルロースの多孔質管状フレーム構造にはめ込まれた 厚さ２５ミクロンのシリコーンゴム膜からなる、請求の範囲第２２項に記載の装 置。 ２８．各チューブがポリプロピレンの微孔質膜からなる、請求の範囲第２２項に 記載の装置。 ２９．各チューブがポリウレタンの微孔質膜からなる、請求の範囲第２２項に記 載の装置。 ３０．各チューブがポリテトラフルオルエチレンの微孔質膜からなる、請求の範 囲第２２項に記載の装置。 ３１．各チューブかポリエチレンの微孔質膜からなる、請求の範囲第２２項に記 載の装置。 ３２．さらに、第１ヘッダーと第２ヘッダーの間に半硬質のスタイレットを形成 し、装置を患者の大静脈内に挿入した際にスタイレットを曲げてうねったパター ンを形成しうる状態にするための手段からなる、請求の範囲第２２項に記載の装 置。 ３３．チューブがそれらの長さに沿って第１ヘッダーと第２ヘッダーの間で相互 にからみ合っている、請求の範囲第２２項に記載の装置。