WO2002054041A1 - Collecteur de gaz permeable a la peau et appareil de mesure de gaz permeable a la peau - Google Patents

Description

明 細 書 皮膚透過ガス収集装置及び皮膚透過ガス測定装置 技術分野

本発明は、 被験者の身体の健康状態を測定する皮膚透過ガス収集装置及び皮膚 透過ガス測定装置に関するものである。 冃，

従来、人の健康状態を知るための臨床項目としては、血液と人の代謝物 （尿、 便） が主に用いられてきたが、近年、 唾液や呼気ガスも対象になりつつあり、 ま た汗も将来臨床項目として含まれるだろう。 これらの呼気ガス、 唾液、 汗中の成 分は、血液の成分に依存しており、 その両者の間には量的な相関が認められる。 将来これら非侵襲の代謝物が在宅医療や健康管理の方面に利用されるようになる ものと思われる。

ところで、 かかる皮膚透過ガスによる臨床測定や人の健康状態を調べる測定器 は、 これまで全く存在していない。 これは、 皮膚透過ガスの存在自体が想定され ていなかったことによる。 発明の開示

上記したように、 本発明者らは皮膚透過ガスが、 抹消血管の血中成分に依存す ることを見出した。 また、 新種の病態を知る上で、 皮膚透過ガスが非常に重要で あることを見出した。

本発明は、 上記状況に鑑みて、 非侵襲'非観血による臨床的な情報を得て、 在 宅医療や健康管理に寄与することができる皮膚透過ガス測定装置を提供すること を目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、

〔 1〕皮膚透過ガス収集装置において、 開口部を有する容器であって、 この開 口部を皮膚に密着することで、 この開口部の皮膚により放出される皮膚透過ガス を貯留する貯留手段と、 前記容器に貯留された皮膚ガスの導出手段を備えたこと を特徴とする。

〔 2〕 上記 〔 1〕 記載の皮膚透過ガス収集装置において、 前記容器内の下部に 配置され、 中央部に開口を有する仕切板と、該仕切板の開口を開閉可能な操作部 材とを具備することを特徴とする皮膚透過ガス収集装置。

〔 3〕 上記 〔 1〕 記載の皮膚透過ガス収集装置において、 前記容器は、皮膚透 過ガスを貯溜するとともに開口を有する第 1の容器と、該第 1の容器を囲むとと もに、 空気除去により減圧し皮膚への密着をもたらす第 2の容器とを備え、前記 第 1の容器に貯溜する皮膚透過ガスの導出装置を具備することを特徴とする皮膚

〔4〕皮膚透過ガス収集装置において、 接続具を有する指サックと、 前記接続 具に接続可能であつて、 ストップコックを備えた接続部を 1つ以上有することを 特徴とする。

〔 5〕 皮膚透過ガス収集装置において、 スパイラル形状の溝を有する円筒部材 と、 この円筒部材の上面に設けられる蓋体と、 この蓋体に連結されるガス導入部 と、 前記蓋体に連結されるガス導出部と、 前記円筒部材の溝の空気を密封し、所 定の温度に設定する前記円筒部材の封止部材とを備え、前記所定の温度に設定さ れた空気の成分を計測した後に、前記円筒部材の封止部材を外して、前記封止部 材を外した円筒部材を被験者の皮膚の表面に密封状態でセットし、 皮膚透過ガス を収集することを特徴とする。

〔6〕 皮膚透過ガス測定装置において、 皮膚透過ガスを貯溜するとともに開口 を有する第 1の容器と、前記貯溜する皮膚透過ガスを循環させる送風ファンと、 この送風ファンによるガス循環路に設置する発色試薬を有する測定装置とを具備 することを特徴とする。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の第 1実施例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 第 図は、本発明の第 2実施例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 第 3図は、 本発明の第 3実施例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 第 4図は、本発明の装置を用いて呼気及び左手人差指より発生するァセトンを 比較した図である。

第 5図は、本発明の第 4実施例を示す皮膚透過ガス収集装置 (サンプリングプ ローブ） の構成図である。

第 6図は、本発明の装置を用いて、 肥満度の指標である B M Iとアセトン放出 量の関係を示す図である。

第 7図は、本発明のプローブランクを左前腕内側にて 1 0分間サンプリングし た場合のクロマトグラムを示す図である。

第 8図は、本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放 出との関係を示す図 （その 1 ) である。

第 9図は、 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの放 出との関係を示す図 （その 2 ) である。

第 1 0図は、 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの 放出との関係を示す図 （その 3 ) である。

第 1 1図は、 本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素ガスの 放出との関係を示す図 （その 4 ) である。

第 1 2図は、 本発明の第 5実施例を示す皮膚透過ガス測定装置の構成図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。

第 1図は本発明の第 1実施例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図であり、 第 1図 （a ) はその外観斜視図、 第 1図 （b ) はその皮膚透過ガスを皮膚透過ガス 収集装置の下部槽へ充満させている状態を示す図、 第 1図 （ c ) はその皮膚透過 ガスを下部槽から上部槽へ流通させている状態を示す図、 第 1図 （d ) はその上 部槽へ充満された皮膚透過ガスを封じた状態を示す図である。

これらの図において、 1は皮膚透過ガス収集装置の容器、 1 Aはその容器 1内 の下部槽、 1 Bはその容器 1内の上部槽、 2はその容器 1内の下部に配置され、 中央部に開口 2 Aを有する仕切板、 3はその仕切板 1の開口 Aを開閉可能な操 作部材、 4はその操作部材 3の上端に設けられる摘まみ、 5はその操作部材 3の 口ッド、 6はそのロッド 5の下端に設けられる弁部材、 7は容器 1とロッド 5間 を封止する◦リング、 8は容器 1に設けられる皮膚透過ガスを排気するための送 風口、 9は容器 1に設けられる皮膚透過ガスの導出口、 1 0は被験者の皮膚であ る。

以下、 この装置の動作について説明する。

まず、 第 1図 （b ) に示すように、操作部材 3を押し下げて、 仕切板 2の開口 2 Aが弁部材 6によつて閉じられた状態で、 皮膚透過ガス収集装置の容器 1を被 験者の皮膚 1 0に押し当て固定する。 その状態で被験者の皮膚 1 0からの皮膚透 過ガスを下部槽 1 Aに収集する。 なお、 ここでは、 容器 1に設けられる皮膚透過 ガスを排気するための送風口及び皮膚透過ガスの導出口 9は閉じておく。

次に、 皮膚透過ガスの収集が終わると、 第 1図 （c ) に示すように、操作部材 3を引き上げて、 仕切板 2の開口 2 Aを開く。 すると、下部槽 1 Aに収集された 皮膚透過ガスが上部槽 1 Bへ流通する。

次に、 第 1図 （d ) に示すように、操作部材 3を再び押し下げることによって、 仕切板 2の開口 1 Aを閉じ、 上部槽 1 B内に皮膚透過ガスを閉じ込め貯える。 次に、 図示しないが、皮膚透過ガスの導出口 9を開き、 送風口 8も開いて、 送 風口 8からの通気により、皮膚透過ガスを追い出してその皮膚透過ガスを測定に 供する。

第 図は本発明の第 2実施例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図である。 この図において、 1 1は皮膚透過ガスを貯溜する第 1の容器、 1 2はその容器 1 1を囲むとともに、 空気除去により減圧し皮膚への密着をもたらす第 2の容器、 1 3は第 2の容器 1 2に接続される排気のための排気装置、 1 4はコック、 1 5 は第 1の容器 1 1に接続されるガス導入装置、 1 6は第 1の容器 1 1に接続され る皮膚透過ガスの導出装置、 1 7は被験者の皮膚である。

このように、 導出装置 1 6を閉じておきガス導入装置 1 5を開口してガス （乾 燥空気） を第 1の容器 1 1に導入した後、 ガス導入装置 1 5を閉じて、被験者の 皮膚 1 7から皮膚透過ガスを採集する。 皮膚透過ガスが採集されたら導出装置 1 6を開口して皮膚透過ガスを試験用容器 （図示なし） に回収する。

その場合、 第 1の容器 1 1の被験者の皮膚 1 6への密着を図るため、容器部分 を二重構造にした。 具体的には、 第 1の容器 1 1の外側に配置した第 2の容器 1 2内を排気装置 1 3を用いて減圧することにより皮膚への密着を図ることができ る。

第 3図は本発明の第 3実施例を示す皮膚透過ガス収集装置の構成図であり、 第 3図 （a ) は指サックとそれに接続される注射器を示す図、 第 3図 （b ) は指サ ックを指に装着した状態を示す図、 第 3図 （c ) はその指サックに注射器により 空気を充満した状態を示す図、 第 3図 （d ) はその空気と皮膚透過ガスを吸入し た状態を示す図である。

この図において、 1 1は指サック （テフロン製のフク口） 、 2 2は接続具 （例 えば、 コック） 、 2 3は注射器 ( 1 0 0 m l ) , 2 4はストップコック、 2 5は 指サック 2 2の根本に外側から装着されるゴムまたはクリップ、 2 6は被験者の 指、 2 7はガス導入装置、 2 8は空気が充満されて膨らんだ状態の指サックであ る。

この実施例によれば、 以下の 3つの方法により、皮膚透過ガスを回収すること ができる。

〔 1〕第 1の方法

第 3図 （a ) に示すように、 先端にコック 2 2を有する指サック 2 1と、 コッ ク 2 2に接続可能な、 ストップコック 2 4をもった注射器 2 3を用意し、 第 3図 ( b ) に示すように、 指サック 2 1を指 2 6に装着する。 次に、 第 3図 （c ) に 示すように、 ストップコック 2 4を開口して、 コック 2 2を開口して注射器 2 3 からガス （乾燥空気） を導入し、 指サック 2 1が膨らんだ状態にした後密封しス トップコック 2 4を閉じる。 そこで、 被験者の指 2 6から皮膚透過ガスを採集す る。 皮膚透過ガスを採集できたら、 その皮膚透過ガスをストップコック 2 4を開 口して、 コック 2 2を介して注射器 2 3へ回収する。

〔 2〕第 2の方法

第 3図 （a ) に示すように、 先端にコック 2 2を有する指サック 2 1と、 コッ ク 2に接続可能な、 ストップコック 2 4をもった注射器 2 3を用意し、 第 3図 ( b ) に示すように、 指サック 2 1を指 2 6に装着する。 次いで第 3図 （c ) に 示すように、 ストップコック 2 4を閉じて、 ガス導入装置 2 7を開いてガス （乾 燥空気） を導入し、 指サック 1が膨らんだ状態にした後密封し、皮膚透過ガス を採集する。 皮膚透過ガスを採集できたら、 その皮膚透過ガスを、 ストップコッ ク 2 4を開口してコック 2 2を介して注射器 2 3へ回収する。

〔 3〕 第 3の方法

第 3図 （a ) に示すように、先端にコック 2 2を有する指サック 2 1と、 コッ ク 2 2に接続可能な、 ストップコック 2 4をもった注射器 2 3を用意し、 第 3図 ( b ) に示すように、 指サック 2 1を指 2 6に装着する。 次いで第 3図 （ c ) に 示すように、 ストップコック 2 4を開口して、 ガス導入装置 1 7を開いてガス (乾燥空気） を導入しながら、皮膚透過ガスを注射器 2 3へ回収する。

また、上記に限定することなく、 コック 2 2からガスを導入して、皮膚透過ガ スを収集し、 注射器 2 3へ皮膚透過ガスを回収するようにしたり、 ガス導入装置 2 7からガスを導入して、 皮膚透過ガスを収集し、 コック 2 2から回収するなど 種々の変形が可能である。

このように構成することにより、 身体皮膚表面、 ここでは単に指回りの皮膚表 面から発散ガスを容易に採集し、 回収することができる。

以下、 この採取方法による実験例について説明する。

第 4図は本発明の装置を用いて呼気及び左手人差指より発生するァセトンを比 較した図である。

左手人差指より発生するァセトンを採取する際に、 ァセトンサンプリング開始 時刻と同時に呼気も採取し、 それぞれのァセトン濃度を比較した結果が第 4図に 示されている。 この図を見ると、 呼気及び左手人差指より発するアセトンには、 正の相関がある。

上記のように、 左手人差指より発生するァセトンの採取及び定量において、今 回は外気を用いた。 これはサンプル採取時指サックに指を入れるときに周囲の空 気は必ず指サックに入るということを考慮したものである。

この方法を用いるにあたって、 「短い時間 （3 0分以内） で外気中のアセトン 量は変ィ匕しない」 ということを前提としている。 実際には必ずしも一定値を示す わけではないので、 そのアセトン量の変化が誤差範囲を越えるようであれば、 こ の方法でアセトンの定量が疑わしくなる。 そこで、 この問題を改善するには、指 の出し入れ時に周囲の空気が中に入り込まない指サック及びサンプル採取方法を 採ることが必要である。

第 5図は本発明の第 4実施例を示す皮膚透過ガス収集装置 （サンプリングプロ —ブ） の構成図である。

この図において、 3 1はスパイラル形状の溝 3 2を有する円筒部材、 3 3はそ の円筒部材 3 1の上面に設けられる蓋体、 3 4は蓋体 3 3に連結されるガス導入 部、 3 5は蓋体 3 3に連結されるガス導出部、 4 0は円筒部材 3 1の溝 3 2の空 気を密封し、所定の温度に設定する円筒部材の封止部材、 4 1はヒートシンク、 ' 4 2は密封される空気の温度を設定するペルチェ素子、 4.3はシリコンシート、 4 4はテフロンシートであり、 その溝 3 2内の空気を封止する。

ここで、 まず、 ガス導入部 3 4から実験室内の空気を導入して円筒部材 3 1内 に封じ込め、 ペルチェ素子 4 2によって導入した空気を所定の温度にした後に、 その空気をガス導出部 3 5から導出してその空気 （プローブブランク） の測定を 行う。 次いで、 その状態で円筒部材の封止部材 4 0に代えて、 被験者の皮膚 4 5 に円筒部材 3 1の底面を接触させて、 密封して皮膚透過ガスを円筒部材 3 1の溝 3 2内に収集する。 その収集された皮膚透過ガスを空気とともにガス導出部 3 5 から導出してその測定を行う。

その測定結果を以下に示す。 '

表 1にその測定結果を示す。 測定器からの値 ヒトの皮膚の値 ヒトの皮膚から検出 ヒ卜

(空気のみ） (空気 +皮膚透過ガス） された実際の量 a 1. 8 4. 4 2. 6

b 3. 3 7. 6 4. .3

c** 3. 1 1 1. 7 8. 6

d** 4. 5 14. 0 9. 5

e** 3 - 9 9. 1 5 - 2

f 4. 9 ' 7. 7 2. 8

2. 0 1 2. 6 1 0. 6 この表から明らかなように、被験者 aの場合、測定器からの空気量は 1. 8η g、被験者の皮膚透過ガスであるアセトンを加えた量が 4. 4 ngであり、 被験 者の皮膚透過表面から放出されたァセトンガスは 1. 6 n gであることが分かる。 皮膚のサンプリングはプローブブランクよりいずれの被験者においても高値であ つた。

なお、 50ml， 2 5ml , 1 0 mし の室内空気中のアセトン量はそれぞれ 5. 8, 2. 8， 1. 3 n gであった。 サンプリングプローブ容積は 3. 8ml であるため、 環境中からのコンタミは 0. 5ng以下であった。 また、 実験室内 空気中のァセトン濃度は鉄筋コンクリ一ト建物の室内空気中のァセトン量とほぼ 等しかった。

以上から、 今回の実験手段でヒト皮膚表面からのァセトン放出量の測定が可能 といえる。

第 6図は本発明の装置を用いて肥満度の指標である BM I {b o dy ma s s i nde x， 体重 （kg) / 〔身長 （m) 〕 ² ) } とアセトン放出量の関係 を示す図である。

この図から明らかなように、 肥満度 （BM I ) とアセトン放出量に正の相関の 傾向が見受けられた。

収集されたヒト皮膚表面からのガスは、 例えばクロマトグラフにより定量する。 第 7図は本発明のプローブブランクを左前腕内側にて 1分間サンプリングした 場合のクロマトグラフの分析結果を示す図である。 ここで、 第 7図の上段は本発 明の皮膚透過ガス収集装置を用い、 左前腕内側にて 1 0分間のサンプリングを行 つた場合のクロマトグラフの分析結果を示す図である。 第 7図の下段はプローブ ブランクのクロマトグラフの分析,結果を示す図である。 この図から明らかなよう に、皮膚透過ガス収集装置によるとヒト皮膚表面の皮膚透過ガスの放出は、 環境 中やプローブのブランクとして存在するよりも多いことがわかる。

第 8図〜第 1 1図は本発明の皮膚透過ガス収集装置を用いて牛乳の摂取と水素 ガスの放出との関係を示す図であり、被験者 Aの呼気 ·左手 （牛乳を飲む前、 飲 んで約 4時間後） 、 被験者 Bの呼気，左手 （牛乳を飲む前、 飲んで約 4時間後） に関して測定した水素のクロマトグラムを示している。 第 8図は呼気中の水素のクロマトグラムを示す。 クロマトグラム aと bは被験 者 Aが牛乳を飲む前と後である。 第 8図における （a ) ( c ) は感度 5 mV、 ま た、 （b ) ( d ) は感度 1 0 O mVである。

第 9図は左手より 1 0分間皮膚透過ガスを収集し分析した結果を示す。 被験者 が牛乳を飲んで約 4時間後であり、 第 9図においては感度 2 mVである。

これらの図からも明らかなように、 ヒト皮膚表面からは水素を放出しており、 本発明の装置によれば、 この水素の検出が可能である。 特に、 牛乳の摂取とその 相関はそれを明確化できることがわかった。

牛乳を飲む前と牛乳を飲んで約 4時間後とで水素濃度を比較すると、 呼気に関 しては、 被験者 Aで 2から 7 p p m、 被験者 Bで 1から 9 1 p p mまで上昇し、 左手から発する水素に関しては、 被験者 Aで 0 . 0 0 3から0 . 0 8 p p m、 被 験者 Bで 0 . 0 7から 0 . 4 1 p p mまで上昇しており、 呼気だけでなく左手よ り発する水素においても牛乳を飲むことによってその発生が促進されることがわ かった。 さらに、 この測定例から呼気中の水素濃度と皮膚より放出される水素濃 度には大変良好な相関関係が得られている。

第 1 0図と第 1 1図に呼気と皮膚透過ガスとの間の相関を示した。 水素ガスに ついて明らかな相関が見られ、 皮膚透過ガスによる診断が可能であることを示し ている。

第 1 図は本発明の第 5実施例を示す皮膚透過ガス測定装置の構成図である。 この図において、 5 0は皮膚透過ガス測定装置、 5 1は皮膚透過ガス収集槽、 5 2は循環槽、 5 3は送風ファン、 5 4は各種の発色試薬 A， B， C . 5 5は被 験者の皮膚である。

この図に示すように、 皮膚 5 5上での皮膚透過ガスの採集と同時に、 送風ファ ン 5 3でその皮膚透過ガスを循環させ、 各種の発色試薬 5 4を通すことにより、 特定ガスの検出が可能である。 これにより、 被験者がその場で結果を知ることが できる。

なお、皮膚上に設置したサンプリングー検知システムの情報処理を、 図示しな いが、組み込んだ演算子により行うようにしても良い。

なお、 発汗の H ₂ 〇中へのガスの吸収をさけるため、 十分なガスの置換を行う。 つまり、 サンプリング後のガスの通気による追い出しと、 サンプリング中のガス の連続的な追い出しを行いながら補集していくことが重要である。

以下、 本発明の用途に関する説明を行う。

皮膚透過ガスと病態について、皮膚透過ガスがアセトンガスの場合は、 糖尿病、 肥満、 自家中毒と関連があり、皮膚透過ガスが水素の場合は、 乳糖を分解するた めの腸内細菌の有無と量的な関係がある。 また、皮膚透過ガスがアンモニアの場 合は、 尿毒症、 肝不全、 腹部膿瘍、 ピロリ菌と関連がある。 このように、 本発明 による皮膚透過ガスの測定は様々な病態の診断に貢献することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 本発明の趣旨に基づい て種々の変形が可能であり、 これらを本発明の範囲から排除するものではない。 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、 次のような効果を奏すること ができる。

(A) 非侵襲 ·非観血による臨床的な情報を得て、 在宅医療や健康管理に寄与 することができる。

( B ) 皮膚表面から発散される皮膚透過ガスを簡便に収集し、 ガスの種類や量 を分析することができる。

( C ) 収集ガスを容易に密閉することができ、 測定装置への運搬が容易である。

( D ) 皮膚に確実に装着することができる。

( E ) 円筒部材の内部や環境からのコン夕ミネーシヨンをあらかじめ測定する ことができ、 より正確に皮膚透過ガスの測定が可能である。

( F ) スパイラル状の流路を設けることにより、皮膚の単位面積あたりの回収 ガスの流量を増し、効果的に皮膚透過ガスの回収が可能である。

( G)装置を小型化することができる。 産業上の利用可能性

以上のように、本発明の皮膚透過ガス収集装置及び皮膚透過ガス測定装置は、 皮膚透過ガスによる臨床測定や人の健康状態を調べる測定器として有用であり、 特に、 小型で、 簡便に様々な病態の診断に用いるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 開口部を有する容器であって、 該開口部を皮膚に密着することで、 該開口部 の皮膚により放出される皮膚透過ガスを貯留する貯留手段と、前記容器に貯留さ れた皮膚ガスの導出手段を備えたことを特徴とする皮膚透過ガス収集装置。

2. 請求項 1記載の皮膚透過ガス収集装置において、 前記容器内の下部に配置さ れ、 中央部に開口を有する仕切板と、 該仕切板の開口を開閉可能な操作部材とを 具備することを特徴とする皮膚透過ガス収集装置。

3. 請求項 1記載の皮膚透過ガス収集装置において、前記容器は、 皮膚透過ガス を貯溜するとともに開口を有する第 1の容器と、 該第 1の容器を囲むとともに、 空気除去により減圧し皮膚への密着をもたらす第 2の容器とを備え、 前記第 1の 容器に貯溜する皮膚透過ガスの導出装置を具備することを特徴とする皮膚透過ガ

4. (a) 接続具を有する旨サックと、

( b ) 前記接続具に接続可能であつて、 ストツプコックを備えた接続部を 1っ以 上有することを特徴とする皮膚透過ガス収集装置。

5. (a) スパイラル形状の溝を有する円筒部材と、

(b) 該円筒部材の上面に設けられる蓋体と、

(c) 該蓋体に連結されるガス導入部と、

(d)前記蓋体に連結されるガス導出部と、

(e) 前記円筒部材の溝の空気を密封し、 所定の温度に設定する前記円筒部材の 封止部材とを備え、

(f )前記所定の温度に設定された空気の成分を計測した後に、 前記円筒部材の 封止部材を外して、 前記封止部材を外した円筒部材を被験者の皮膚の表面に密封 状態でセットし、 皮膚透過ガスを収集することを特徴とする皮膚透過ガス収集装

6. (a)皮膚透過ガスを貯溜するとともに開口を有する第 1の容器と、 ( b )前記貯溜する皮膚透過ガスを循環させる送風フアンと、

( c ) 該送風ファンによるガス循環路に設置する発色試薬を有する測定装置とを 具備することを特徴とする皮膚透過ガス測定装置。