JPH0324983B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は微細循環血管にほぼ近い状態において
患者の血液の流れに対する抵抗を測定するため
の、血液粘度の測定装置に関するものである。血
液の流れに対する抵抗はその流れが多孔性の床の
中に存在する場合に発生するものとして、見掛け
上の粘度として測定される。血液の見掛け上の粘
度は、ゼロの流量近くにおける無限大の値から
5dyn／cm²のオーダの壁せん断応力に関しての３
〜５センチポアズのオーダーの漸近値へと減少す
る。

多数の患者に対して血液のせん断速度に依存す
る血液粘度を決定するためのふるい分け試験を行
ない、血液粘度に影響を与える血液の中の因子を
更に分析すべきか否かを決定することが重要であ
る。血液粘度は速度に依存して決まつてくるもの
であつて、速度が遅くなると粘度がより大きくな
るという非ニユートン流体挙動を示す。血液粘度
のかような非ニユートン流体挙動は血液中のヘマ
トクリツト特性（赤血球体積パーセント）と、主
としてフイブリノーゲン線維素原であるところの
巨大分子濃度とによつて決定される。ここに前記
フイブリノーゲンは身体の微細脈管中において血
液の流れの容易さを決定するものであり、これは
患者によつて広範囲に変化する。通常の変動的及
び能動的な血液分布コントロール中において血液
の流れが減少した時には、赤血球とフイブリノー
ゲンとが作用して赤血球リボン（棒状のかたま
り）が形成され、これは微細血管中における血液
の流れの望ましくない停止を誘起せしめる可能性
がある。この赤血球リボンをうちやぶるのにはあ
るレベル以上のせん断応力を血液が有することが
必要とされる。血液中のフイブリノーゲンが高い
場合には赤血球リボンをうちやぶり、微細血管中
における血液の流れの停止がないようにするのに
必要とされる血液のせん断応力はそれに比例して
高くなり、通常の身体における血液の幹流からは
十分なエネルギが得られなくなつてしまう。この
ような血液の凝集現象は局所的組織酸欠、大脳、
心筋又は他の器官の梗塞又は深部血栓をひきおこ
すか或いはこれらを促進する可能性がある。血液
の凝集現象はまた外科手術によつてもたらされる
血管の血行停止によつても発生し得る。赤血球が
凝集傾向を有するということはそれらの表面間に
吸引力が存在していることを示すものであり、こ
の凝集傾向はまた赤血球が互いにゆつくりと行き
違い運動をさせられた時の滑り摩擦の増加として
も検出することが出来る。このような行き違い運
動の状態は、微細循環血管、即ち細小動脈、毛細
血管、細静脈における、特に細小動脈回路の細分
導管及び細静脈の集合導管における流れの中に容
易に生じ得る状態である。これらの血管の典型的
な内径は200μm〜8μmであり、動−静脈血圧低下
のほとんどは50μmより小さな直径を備えた細小
動脈及び毛細血管中において発生する。従つて、
患者の見掛け上の血液粘度を、その微細循環血管
内の血液の流れに相当する条件下で決定する装置
であつて、しかも正確で再現性に富み、操作が単
純であるような装置を用いて、患者を適正に診断
し、処置することで血栓による生理的危険を防止
出来るようにすることは極めて望ましいことであ
る。

（従来の技術） 血液の粘度を測定するための多くの従来の装置
は実際に表面に生ずる血液凝集のゲル点を測定す
ることをねらつている。例えば米国特許第
3587295号明細書においては、血液の凝集特性を
測定するのに、血液に機械的エネルギを与えて、
血液に伝達されるエネルギ強度を測定した後エネ
ルギを血液の凝集特性と関連付けるという方法が
開示されている。米国特許第3053078号明細書も
また間接的な測定方法を用いており、この測定方
法においては回転可能装置が血液中に挿入され、
一定速度で回転されるが、この回転に対する抵抗
が測定され、血液の凝集特性と関連付けが行なわ
れる。米国特許第3911728号明細書は血液サンプ
ル及び封入ガスを小さな横断面を備えたチユーブ
内に配置し、血液を前記横断面を通して往復移動
させることにより血液粘度を測定する方法を開示
している。ガスの圧縮によるガス圧力変化が測定
され、血液の粘度との関連付けが行なわれる。血
液の物理的特性を測定するための他の間接的な測
定装置は米国特許第3918908号明細書、第3967934
号明細書、第4187462号明細書及び第4202204号明
細書に示されている。これらの米国特許明細書に
おいて開示された血液粘度の測定装置はすべて間
接的な測定を行なうものである。

（発明が解決しようとする課題） 凝結防止された血液の粘度を慣用の毛細管粘度
計、円錐及びプレート式粘度計又は円筒粘度計に
よつて決定する時には、血液の流量が通常きわめ
て高くなるので、赤血球同士の滑り摩擦及び凝集
効果が不明瞭となる。そのような条件下で決定さ
れた血液の粘度は血液をニユートン流体と見做し
て測定してしまつたものであり、また血液の粘度
が赤血球体積パーセント（ヘマトクリツト）にの
み依存して決まるものと見做して測定してしまつ
たものといえるのである。従つて、医師はしばし
ばヘマトクリツト読取り値をもつともらしい血液
粘度レベルを与える指針として尊重してきたが、
その医師は特にフイブリノーゲンの大分子血漿集
合物が微細血管を流れる血液の見掛け上の粘度を
大いに増大させ得るという事に気付いていなかつ
た。

次に前述した米国特許明細書に開示されている
間接的な測定装置は、血液が微細血管中を流れて
いる状態と同じ状態下において測定するものでは
ないので、実際に血液が微細血管中を流れている
場合における血液粘度に対して大きな誤差を生じ
てしまうのである。前述したように血液は非ニユ
ートン流体とも言うべきものであつて、速度に依
存して粘度が変わつてしまうという問題があるの
であり、間接的な測定方法においては、この点を
無視して測定されているのであるから、到底信頼
性ある測定結果を得ることが無理であつた。

更に、間接的な測定方法によれば、必然的に測
定時間が長くなつてしまつて迅速に血液粘度を測
定しなければならない場合には、その要請を満足
させることが出来ない。また、間接的な測定方法
は、患者から大量の血液を採集しなければならな
いという問題があつた。

本発明は、従来の技術のかような欠点を克服し
得る、血液粘度の直接的な測定装置を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、約10μmと約200μmとの間の寸法の
孔を持つ多孔性の床を含むチヤンバと流体連通し
ている中空のコラムを有する血液粘度の測定装置
であつて、 前記床の透過度（Bo）、前記床の長さ（Ｌ）、
及び前記床を横切つている圧力勾配（ΔP／Ｌ）
は、血液粘度が測定されている際に血液が前記床
を通過している時、（ΔP／Ｌ）√2として定義
される平均の壁せん断応力が約1dyn／cm²以下で
あるようにされており、 前記中空のコラムは該コラムの第１端部におけ
る入口と、該コラムの第２端部における出口とを
有し、 前記チヤンバは該チヤンバの第１端部にあつ
て、前記コラムの出口と流体連通しているチヤン
バ入口と、該チヤンバの第２端部にあるチヤンバ
出口とを有して、前記コラムと前記チヤンバとを
通つて血液が流れるようにされており、更に、 前記チヤンバを通る血液の流量を測定するため
の装置を有することを特徴とする。

（発明の作用） 使用に際して、血液が患者から採取され、本発
明の測定装置に注入されると、血液は前記多孔性
の床の中に浸透し、中空のコラムの少なくとも一
部分を充満せしめる。血液は次に多孔性の床の中
を通過させられ、コラム内の血液の流量が測定さ
れる。流量が少なくなればなる程血液の粘度は高
くなる。本発明の測定装置によつて生ぜしめられ
る血液の流れ条件は、多孔性の床の中の流量を測
定することと、ダルシイ（Darcy）の法則を適用
することとにより、ある血液粘度の値をもたらす
ことが出来る。

Ｑ／Ａ＝（Bo／μ）（ΔP／Ｌ） ここにＱ＝体積流量、cm³＝sec） Ａ＝流れに垂直な床面積、cm²（従つてＱ／Ａは
床に対しての接近速度、cm／sec） Bo＝Darcyの透過能、cm² μ＝血液の粘度、ポアズ（１ポアズ＝1dyn−
sec／cm²） Ｌ＝流れの方向における床の全長、cm ΔP＝床を横切る圧力差、dyn／cm² 本発明の測定装置においては、圧力差ΔPはコ
ラムの出口の上方に平均ｈcmの高さを占める血液
のコラムによつて誘起されており、 ΔP＝ρg ここにρ＝血液の密度、ｇ／cm³（約1.0） ｇ＝重力の加速度、980cm／sec² 慣用の如く、体積流量Ｑは血液の上側メニスカ
ス部が高さhoから最終高さhfへと落下する時間
を測定することで求めるのが便利である。かく
て、 ＝（ho＋hf）／２ 前記メニスカスは内径約１mmの毛細管（横断面
積ａ cap≒0.01cm²）内を下向きに移動するので、 Ｑ＝（ho−hf）ａ cap／Δt ここにΔt＝メニスカスがhoからhfへと落下す
る時間間隔（秒）であり、ho−hfは典型
的には約１cm。

前記床の透過能は6Darcyに相当する約６×
10^-8cm²であることがわかつている。

［1Darcy＝１（cm³）（センチポアズ）（cm^-1）
（sec^-1）（atm^-1）］ 同一の圧力勾配ΔP／Ｌのもとに同一のＱ／Ａ
を備えた毛細管の等価半径（re）は次の等式で与
えられる。

re²＝8Bo Bo＝６×10^-8cm²に対して、re＝７×10^-4cm＝
7μm 等価毛細管内の等価せん断応力τeは次式で定義
される。

τe＝（ΔP／Ｌ）（re／２）dyn／cm² 従つてτe＝（ΔP／Ｌ）√2 好ましい条件（＝５、Ｌ＝３、reは７×10^-4
と仮定）下ではτe≒0.6dyn／cm²となる。

ニユートン流体が等価毛細管中を通過する時の
流れの等価壁せん断速度は次式で計算される。

γ〓e＝τe／μ 血漿に対して前述の例の場合はμ≒0.01ポアズ
であり、γ〓≒60sec^-1となる。しかしながら血液の
場合低流量においてはその非ニユートン流体特性
の故に実際のμが0.10又はそれ以上になり、γ〓eは
ほぼ6sec^-1以下となる。

例えばコラムの直径を１mm、床の直径を１cmと
する如く、中空のコラム径を多孔性の床の径の1/
１０以下とするのが特に好適である。面積の差が
100倍となることで、多孔性の床に対する接近速
度は極めて低い値となり、反対に中空のコラム中
の流れ速度は100倍となるためメニスカスの運動
はcm／分の範囲で測定可能となる。

（発明の効果） 本発明においては、微細血管を血液が流れる状
態にほぼ近い状態で血液を流して、この流速を直
接に測定することによつて血液粘度を測定してい
るので、血液粘度の間接的な測定によつては得ら
れない高い精度をもつて血液粘度を測定すること
ができる。

本発明は直接的な測定を行なつているので、従
来技術のように、例えば血液の凝集を発生させる
というような面倒な作業を行なわないで済ませ得
るから、血液粘度を極めて迅速に測定できる。

静脈から血液を採取して180秒以内で測定を行
なえば、血液の凝集が始まる前に測定を終わらせ
てしまうことが可能である。測定をこのように迅
速に行ない得るということは、血小板凝集の問
題、貯蔵していたり、又はぶどう糖欠除によつて
赤血球の剛性が変化してしまうという問題、及び
他に何らかの人工物が生成されてしまうかも知れ
ないといつた問題が出て来る余地を無くしてい
る。

加えて、本発明においては、血液粘度測定のた
めに患者から過度に大量の血液を採集する必要が
なく、従つて患者の苦痛を和らげるという利点を
有している。前述した従来の間接的な測定におい
ては、かなり大量の血液を患者から採集しなけれ
ばならなかつたのである。

（実施例） 以下、図面に従つて本発明の実施例について説
明する。本発明においては、患者から採取したば
かりの血液を使用することは不可欠ではない。血
液は凝血防止サンプルチユーブ内に採取してお
き、後に本発明の測定装置内で試験することも可
能である。しかしながら、血液が患者の血管から
直接採取され直ちに本発明の測定装置内に導入さ
れた時に最も良い精度が得られると考えられる。
本発明の測定装置は予め熱めておくのが好まし
い。測定装置は37℃の身体温度に予熱されるのが
好ましい。

第１図を参照すると、本発明の血液粘度の測定
装置１０は中空のコラム１２と、チヤンバ１４と
を含んでおり、チヤンバ１４は多孔性の床１６を
有している。コラム１２の頂部には血液の取入口
１８が設けられており、チヤンバ１４の下側端部
における血液の取出口２２上には難吸水性の排気
用キヤツプ２０が装着されている。好ましくは直
前に患者から静脈穿刺によつて注射器内に採取さ
れた血液が取入口１８から導入され、コラム１２
中を流れることによつてチヤンバ１４は徐々に充
満され、一方空気は難吸水性の排気用キヤツプ２
０を通つて放出される。難吸水性の排気用キヤツ
プ２０はその中を血液が通過するのを防止するの
で、チヤンバ１４及びコラム１２が血液で充満さ
れた後には、排気用キヤツプ２０は血液が多孔性
の床１６及びコラム１２中を流れるのを容易なら
しめるために除去してやることが出来る。

第２図を参照すると、別の実施例が図示されて
おり、この実施例は血液を直接患者から採取し
て、これを本発明の測定装置内へと導入するため
の装置を含んでいる。この測定装置はコラム１
２、チヤンバ１４及び多孔性の床１６を含んでい
る。第２図に示した測定装置においては、前記多
孔性の床１６の上部表面２４がコラムの出口２６
から隔置されており、多孔性の床１６の水平方向
横断面を横切つての均一的流れを促進するように
なつている。加えて、多孔性の床１６が例えばス
クリーン２８によつてチヤンバの出口２２から隔
置され、多孔性の床１６の水平方向横断面を横切
つての均一的流れを促進するようにされている。
コラム１２の頂部に取付けられて静脈穿刺装置３
０が設けられており、静脈穿刺装置３０はホルダ
３２と針３４とを含んでいる。

静脈穿刺は針３４を患者の静脈内に導入せしめ
るようホルダ３２を把持することで通常の如く行
なわれる。針３６がシール３８を経て真空下に維
持されているチユーブ４０内に挿入されると、血
液は急速にコラム１２及びチヤンバ１４内に導入
される。チユーブ４０内の真空により血液は難吸
水性の排気用キヤツプ２０が挿設されていない限
り、コラム１２、多孔性の床１６及びチユーブ４
０内へと流れ込む。排気用キヤツプ２０が存在す
る場合には血液は排気用キヤツプ２０の位置で停
止させられる。

第３図を参照すると、本発明の血液粘度の測定
装置１０は多孔性の床１６及びコラム１２が患者
の血液で充満された後クランプ５０及び５２を介
して取付具４８内に定置される。好ましくは、取
付具４８は測定装置１０及びその内部に納められ
た血液を一定温度に維持するために、例えば37℃
のようなある一定の温度になるようにサーモスタ
ツトによつてコントロールされている。難吸水性
の排気用キヤツプ（図示せず）はチヤンバの出口
２２から取外されているので、血液は重力により
コラム１２及び多孔性の床１６の中を落下し、空
気と血液の界面はまず発光ダイオード５４と受光
ダイオード５６との間を通過する。受光ダイオー
ド５６は関連する時間読取り装置５８を備えた
（図示せぬ）慣用のクロツク機構を起動せしめる。
空気と血液の界面がコラム１２中を下向きに通過
するにつれて、界面は発光ダイオード６０と受光
ダイオード６２との間を通過する。この通過によ
つてクロツク機構は停止させられる。かくしてオ
ペレータは頂部のダイオード５４及び５６と、底
部のダイオード６０及び６２との間における血液
の流れの経過時間を時間読取り装置５８から容易
に読取る事が出来る。コラム１２及び多孔性の床
１６中を通過した血液は容器６４内へと流入す
る。コラム１２の中の血液の流量は血液の粘度に
依存するので、オペレータは読取り時間を予め決
定してある標準時間と比較することにより特定の
患者が異常な血液循環の傾向を有しているかどう
かを容易に決定することが出来る。

多孔性の床１６に用いられる物質は溶血を促進
するものであつてはならないが、血液が浸透する
ことは許容するようなものであり、血液による平
均の壁せん断応力は約1dyn／cm²以下である。こ
れに関して、本発明の測定装置においては平均の
壁せん断応力が約1dyn／cm²以下に限定されるが、
その理由はこの値以上になると溶血（赤血球が破
壊される現象）が起つてしまうからである。多孔
性の床１６の孔の適当な平均孔寸法は約10μmか
ら約200μmの間、好ましくは約10μmから約50μm
の間にある。多孔性の床１６は50Darcyユニツト
（50×10^-8cm²）を超えないDarcy透過率、好まし
くは10Darcyユニツト以下の透過率を備えている
べきである。典型的な多孔性の床としては、好ま
しくはSilane処理されたガラス玉、ポリスチレン
玉、ポリエチレン粒子を挙げることが出来、又焼
結乃至関連プロセスによつて形成された床、例え
ば焼結された多孔性のガラスロツド及びポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール等の粒
状プラスチツクを焼結して得られる類似の部材か
らなる床も好適な床である。

一般的にいつて、適当な多孔性の床の厚味は約
１cmから約10cm、好ましくは約２cmから約４cmの
間にあり、多孔性の床の径は0.4〜２cm、好まし
くは0.75〜1.5cmである。

本発明の測定装置はそれを用いて測定を行なう
際患者から過度に大量の血液を取る必要がない。
従つて、好ましい多孔性の床の寸法は上述の通り
であり、好ましいコラムの寸法は約１cmから約５
cm、好ましくは約２cmから約３cmの高さであり、
約0.5mmから約２mm、好ましくは約１mm前後の内
径であり、多孔性の床の直径の1/10を超えない内
径である。

第１図又は第２図の測定装置は図示とは逆の順
序で、即ち難吸水性の排気用キヤツプ２０を取入
口１８上に載置し、血液を取出口２２中に導入す
ることによつて最初に血液を充満させ得ることは
明白である。

この場合には、第３図の時間読取り装置５８を
有する取付具４８はダイオード６０，６２よりわ
ずか下方に回転軸を備えたフレーム上にクランプ
５０及び５２を固定するよう変更されることにな
る。

前記フレームは適当なデイテント機構を設ける
ことにより180゜互いに異なる２つの垂直位置、即
ち負荷位置（クランプ５２がクランプ５０上方に
あり、両クランプが回転軸の上方にくる位置）
と、第３図に示すような読取り位置（クランプ５
２がクランプ５０下方にあり、両クランプが回転
軸の下方にくる位置）のいづれかの位置を占める
ことになる。

測定装置１０は逆方向に血液を充填された後、
前記クランプ５２，５０が前述の負荷位置にある
時にクランプ５２，５０内に負荷され、かくてチ
ヤンバ１４はコラム１２上方にあり、難吸水性の
排気用キヤツプ２０は下方にくる。

オペレータは単にフレームを読取り位置に装着
することにより読取りを開始するが、この際コラ
ム１２はチヤンバ１４の上方にある。かくて血液
は空気が排気用キヤツプ２０を経てコラム１２内
へと吸出されるに従いチヤンバ１４から受皿６４
へと排出される。

本発明において直接血液流量を測定する以外の
他の粘度測定を用い得ることは明白である。例え
ば、容器６４内の血液の体積を時間の関数として
測定し、これを予め設定した体積と粘度の相関率
に関連付けることも可能である。通常これらの測
定装置１０は例えば生理的食塩水のような標準流
体を用いて予め較正されており、例えば頂部と底
部とのダイオード間を血液が流れる経過時間が６
秒となることが判明している。もしも採集した血
液が30秒の経過時間を要することが判明したとす
れば、その血液粘度は生理的食塩水の粘度の30/6
倍即ち５倍となる。明白なことであるが、前記標
準流体は血液と同一の温度即ち前述したように殆
んどの患者の場合には37℃又はその付近の温度に
おいて測定装置中を流れるようにされる。

本発明の血液粘度の測定装置は特に患者にクリ
オグロブリン血症のような異常血液状態が疑われ
る場合には例えば20℃のような低い温度において
作動させる事が出来る。もしも前述の異常血液状
態が存在する場合には、37℃で測定した時とくら
べて20℃で測定した時には見掛け上の血液粘度は
大幅に増大する筈である。そのような場合には患
者から十分な量の血液を採取し、２つの測定装置
を充填し、一方は37℃で作動させ、他方は20℃で
作動させるのが望ましいであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気用キヤツプを備えた本発明の血液
粘度の測定装置の一実施例の側面図、第２図は真
空下に維持されたチユーブを取り付けた本発明の
別の実施例の側面図、第３図は、本発明の血液粘
度の測定装置を用いる場合に利用される取付具及
び時間読取り装置の一例の縦断面図である。 １０…血液粘度の測定装置、１２…中空のコラ
ム、１４…チヤンバ、１６…多孔性の床、１８…
取入口、２０…排気用キヤツプ、２２…出口、４
８…取付具、５８…時間読取り装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 約10μmと約200μmとの間の寸法の孔を持つ
   多孔性の床を含むチヤンバと流体連通している中
   空のコラムを有する血液粘度の測定装置であつ
   て、 前記床の透過度（Bo）、前記床の長さ（Ｌ）、
   及び前記床を横切つている圧力勾配（ΔP／Ｌ）
   は、血液粘度が測定されている際に血液が前記床
   を通過している時、（ΔP／Ｌ）√2として定義
   される平均の壁せん断応力が約1dyn／cm²以下で
   あるようにされており、 前記中空のコラムは該コラムの第１端部におけ
   る入口と、該コラムの第２端部における出口とを
   有し、 前記チヤンバは該チヤンバの第１端部にあつて
   前記コラムの出口と流体連通しているチヤンバ入
   口と、該チヤンバの第２端部にあるチヤンバ出口
   とを有して、前記コラムと前記チヤンバとを通つ
   て血液が流れるようにされており、更に、 前記チヤンバを通る血液の流量を測定するため
   の装置を有することを特徴とする血液粘度の測定
   装置。 ２ 前記チヤンバを通る血液の流量を測定するた
   めの装置は、前記コラム内の空気と血液との界面
   の移動を検出するようにされた光学装置を含む特
   許請求の範囲第１項記載の血液粘度の測定装置。 ３ 前記チヤンバを通る血液の流量を測定するた
   めの装置は、前記チヤンバを通過する血液の量を
   採集するために前記チヤンバの出口に位置された
   容器を含み、該容器は前記の血液の量を採集する
   ための時間間隔を決定する装置とともに、時間の
   関数として採集された血液の量を測定するように
   なつている特許請求の範囲第１項記載の血液粘度
   の測定装置。 ４ 前記コラムの直径は前記多孔性の床の直径の
   １／１０以下である特許請求の範囲第１項記載の血液
   粘度の測定装置。