JPH07136251A - ガス交換、特に血液への酸素添加のための装置 - Google Patents

ガス交換、特に血液への酸素添加のための装置

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JPH07136251A
JPH07136251A JP6137683A JP13768394A JPH07136251A JP H07136251 A JPH07136251 A JP H07136251A JP 6137683 A JP6137683 A JP 6137683A JP 13768394 A JP13768394 A JP 13768394A JP H07136251 A JPH07136251 A JP H07136251A
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gas
blood
gas exchange
membrane
oxygen
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JP6137683A
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Hans-Dietrich Polaschegg
− ディートリヒ・ポラシェッグ ハンス
Hans-Helmut Lewinsky
− ヘルムート・レビンスキー ハンス
Bernd Steinbach
ベルント・シュタインバッハ
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Fresenius SE and Co KGaA
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高い交換出力と、長時間の使用に耐える血液の
ガス交換装置を得る。 【構成】ガス交換装置は血液ポンプが連結された体外の
血液循環路と、ＣＯ2 交換ユニットと、酸素添加装置と
をもち、各場合に於て、ガス交換装置を親水性の水に濡
れた膜によって、血液チャンバ及び正の膜内外圧力差を
受けているガス抜きチャンバとに分割する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半透性膜によって血液チ
ャンバとガス交換チャンバとに分割され、それによって
体外の血液路が血液チャンバを通り、ガス路がガス交換
チャンバを通るガス交換器によるガス交換、特に血液へ
の酸素添加、のための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】微小孔のある膜による液体相とガス相と
の間のガス交換では、通常、疎水性膜が使用される。こ
れは、例えば心臓切開手術をしている間で、その間血液
が、例えば体外の循環路内で酸素を供給される体外膜酸
素添加（ＥＣＭＯ）の場合である。
【０００３】ＥＣＭＯ装置は例えばＡＳＡＩＯ，Ｖｏ
ｌ． ＸＸＸＩＶ（１９８８），ｐｐ．９７８−９８５
に記載されている。同じように、疎水性の酸素添加装置
は、酸素添加のために、例えば中空のファイバの形状で
の疎水性の膜材料の使用を提案するドイツ特許公報出願
第DE-A-31 29 064号明細書に記載されている。そこで、
体外の循環路に於て、血液は疎水性膜の片側上を通さ
れ、一方で酸素は膜の他方の側上を向流して供給され、
その結果ＣＯ2 ／Ｏ2 の交換は膜の孔を経由して行われ
ることができる。
【０００４】通常、２種類の疎水性膜、即ちそれ自体疎
水性の材料、例えばポリプロピレンからできている膜
と、その表面が疎水性材料、例えばシリコン、によって
疎水性にされた膜とが使用される。
【０００５】ＰＰのような疏水性材料から作られる疎水
性膜は数１００乃至１０００ｎｍのかなり大きい孔を有
し、６ｍ2 の活性表面になる１０００以上の中空ファイ
バの形になり得る。ここで、血液は中空のファイバの内
側か、中空のファイバの外側上でもか、の何れかを流
れ、一方で交換されるガスは反対側を向流で流れる。こ
れらの膜は普通人工心肺で使用される。
【０００６】他方の疎水性膜は多孔性基質上のシリコン
の薄い層からできいて、下記で説明されるように、長期
に亘るＥＣＭＯ治療に使用される。
【０００７】ガスで満たされた孔に於けるガスの拡散に
関して、孔内での拡散は液体界面を通るよりもかなり速
いので、疎水性膜はシリコン処理された膜と較べてより
効果的であるのは事実である。
【０００８】しかし、他方で多孔性の疎水性材料からで
きている膜は、長時間の治療、即ち６時間以上の期間に
亘るもの、に於て重大な欠点を有する。この欠点は膜の
漏れにある。その理由はそれらの疎水性の構造にも関わ
らず、孔は水性のプラズマ構成要素で一杯となり、膜の
表面の親水化即ち湿潤がもたらされるからである。疎水
性膜は、血液側からガス側へ見て正の膜内外圧力差（Ｔ
ＭＰ）で使用されるので、親水化は、一方では血液側か
らガス側へのプラズマの自由な流れをもたらし、その結
果プラズマは液体状で或いは泡状で酸素添加装置を出て
いくことができ、他方ではプラズマで膜を詰らせること
によってガスの拡散の抑制をもたらし、その結果装置の
効率は著しく下がる。そのような場合、酸素添加装置は
交換されなければならない。
【０００９】他方、シリコンの膜は効率はより低いが、
プラズマの漏出を防げるので、長期のＥＭＣＯで使用さ
れる。
【００１０】同じように、疎水性膜はＣＯ2 （ＥＣＣＯ
2 Ｒ）の血液から体外への除去に使用される。そのよう
な装置は、例えばDE-A-40 28 311号明細書に示される。
【００１１】例えばＩＥＥＥ １３（１９９１），ｐ
ｐ．１５５７−１５５９で、ＥＣＭＯのために親水性の
ものを使用することも既に提案されている。そこで提案
された構造では、酸素添加は半透性膜によって互いから
夫々分離されている複数の循環路で生じる。直接の酸素
添加は、その一方の側に沿って酸素が通り、その他方の
側には水性液体を供給される普通の疎水性の酸素添加装
置で最初に行われる。この水性液体は特定の分圧で酸素
を採取し、それを親水性膜に沿って血液循環路へ解放す
る、即ち液体の色々なガスの内容物の交換は親水性膜の
表面に沿って行われる。従ってそのような装置はガス状
酸素を水性液体内へ移送するために従来の疎水性膜を利
用するものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一方
では高い交換出力を有し、他方では長期間に亘る運転で
も使用することができる血液のガス交換のための装置を
利用可能にすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の目的
は、膜が使用中に親水化され、また水で濡らされ、ガス
路が使用中に正の膜内外圧力差を受けてガス側から血液
側へ酸素含有ガスが供給されることによって達成され
る。
【００１４】“親水性膜”という語は、水で濡らされる
ことができる全ての膜、即ち、何よりも、特定の量のポ
リビニールピロリドン（ＰＶＰ）で親水化される、再生
成されたセルロース或いはポリスルホンのような、親水
性材料を含む１つ或いは複数の構成要素からできている
膜であることを意味することが理解される。後者の材料
を持つフィルタは、例えばＰＳ４００という名前で出願
者によって市販されており、更に参考文献とされた公開
の全内容は、ドイツ特許公報第DE-A-34 26 331号明細書
で説明される。別の膜材料はポリアクリロニトル、キュ
プロフェーン（cuprophane）、ＣＡ、等である。これら
の膜は血液透析のために長年の間使用され、そこでそれ
ら自身が確かめられてきたということは注目されなけれ
ばならない。
【００１５】既に親水性である材料の膜の他に、ミリス
チル・アルコールのような、洗い落されることができる
親水化剤で或いは水／エタノールの混合物で親水化され
たならば、疎水性膜も使用されることができる。例え
ば、後者の混合物が使用されるならば、この混合物で満
たされた膜は、水の或いは水性の電解質液によって直接
に濡らされる、即ち全ての孔が水性溶液で満たされる。
酢酸ナトリウムを使用する別の親水化方法は、例えば第
DE-A-30 43 073号明細書で説明される。
【００１６】そして最後に、中空のファイバの管腔が水
性液体で満たされて、それから水が全ての孔に侵入して
しまうまで、全体に圧力を加えられることで疎水性膜を
濡らす可能性もある。
【００１７】膜の孔が水性の液体で満たされることも本
発明に不可欠である。
【００１８】好ましくは、本発明によると、既に親水性
である材料、或いは親水性添加剤によって親水性にされ
た材料からできている膜が使用される。
【００１９】例えば、ドイツ特許公報第DE-A-34 26 331
号明細書で説明されたような親水性膜は、普通、不均整
の形状を有する、即ち、それらは比較的粗い多孔性支持
構造によって支持される約１μｍの比較的薄い表皮から
できている。この２つの構造は全く同じ材料でつくら
れ、それによって薄い多孔性膜は比較的に小さい直径
（２乃至２０ｎｍの間）の孔を有する。ガス交換は孔内
に存在する液柱を介し、これらの孔を通して行われ、そ
れによってガス流内の分子は、液体に物理的に溶解され
るガス分子とガス−液体界面に於て平衡状態になる。従
ってそこに見られる液体フィルムは、水中に溶かされた
酸素の拡散係数がシリコンと較べて著しく高いので、交
換出力が著しくより大きい差を持つシリコンの膜と同じ
ようにガスに対してバリヤとして働く。
【００２０】孔内で見られる液体は、ガスが膜の他方の
側で特別な超過圧力で加えられる特別の圧力に於て、孔
の直径の、及び孔の長さの関数として孔から押し出され
ることができる。圧力が特定の値を越えると直ぐに、液
体は孔から完全に押し出され、その結果ガスの気泡を液
体内で見ることができる（いわゆる、泡立ち点圧力）。
この工程は親水性膜、例えば欠陥（大きい穴或いは破壊
した毛細血管）の検知のための血液透析器内の親水性
膜、を検査するのに使用される。普通、水中でのそのよ
うな膜の泡立ち点は１０バールより高い値であり、その
結果水で湿った膜は１０バールまでは非漏洩性であり、
ガスの透過に関して心配する必要なしにガスを供給する
ことができる。
【００２１】しかし、液体内に溶解されたガスの量と相
互に関連している、液体内のガスの分圧は、加えられる
外部の圧力と、及び／或いはガス混合物内の（空気中の
酸素構成要素の如き）夫々のガスの構成要素の分圧とに
よって決まり、その結果血液に送られるガスの量は加え
られる外部の圧力を介して調節されることができる。そ
の結果酸素の濃度は、空気／酸素の混合物を、或いはこ
の混合物の圧力を選択することによって調節されること
ができる。
【００２２】既に述べられたように、膜は上手い具合に
中空のファイバの形である。しかし、他方では、平らな
膜も使用されることができる。中空のファイバは１００
乃至４００μｍ、都合良くは約２００μｍの外側直径
と、更に加えて約８０乃至３２０μｍの内側直径を有す
る。壁の厚さは１０乃至６０μｍの範囲内である。
【００２３】普通、本発明のガス交換装置、特に酸素添
加装置は、装置当り１０，０００本の中空のファイバを
具備し、その結果膜表面全体は１０ｍ2 になり得る。
【００２４】作業中に、水で湿った膜は、そこを通って
一方の媒体ガスから他方の媒体液体へのガスの交換或い
は移行が行われる液体の膜として働く。その結果血液内
にある遊離ＣＯ2 は、膜の他方の側から送られるガス、
それは通常予め規定された比率で酸素が濃厚にされた空
気から成る、と膜表面で交換される。上手い具合にガス
は、それが対応する分圧で物理的に溶解する液体界面に
対して（ガス側から血液側に見た）正のＴＭＰで押され
る。ガス状の構成要素の移動はここでは起らない。その
理由は泡立ち点が選択された絶対超過圧力を上回ってい
ないからである。従って、疎水性膜と対照的に水で濡れ
た親水性膜では、ガスの気泡が膜の孔を通って血液流の
中へ直接に放出されて空気塞栓症を生じ得る危険性は全
くない。
【００２５】後者は、膜表面が破裂して、その結果空気
が血液流に入ることができる時のみ起こり得る。従っ
て、上手い具合に、空気検知器の形をとった安全装置が
ガス交換装置の下流に具備されて、ガスの気泡の形成を
確実に検知する。
【００２６】このような空気の気泡の放出は、周囲の圧
力と較べてＴＭＰが高すぎるために酸素を含むガスによ
る血液の過飽和が発生する時にも起こり、その結果ここ
でも、上手い具合に空気センサがガス交換装置の下流に
具備されることができる。そのような過飽和は、…記さ
れたように…２つの媒体に関連して調節されるＴＭＰの
高すぎることに左右されるが、この過飽和は、…恐ら
く、周囲の圧力に関して絶対的な関係で生じる。
【００２７】別の独立した発明的な着想によると、交換
装置はポンプ、特に血液ポンプ、の上流に配置され、そ
の結果ポンプの吸入領域には部分的な真空が必ずある。
酸素添加がここで行われるならば、特別な酸素／空気の
濃縮が正のＴＭＰに対応する血液内で設定され、その血
液は部分的な真空部分内で過飽和にされることができ
る。しかし、血液がポンプの圧力側部に移行されると、
血液内のガスの溶解度は圧力の上昇によって必然的に変
えられる、即ち血液内により多くのガスが、より低い吸
入圧力でよりも、高くされた圧力で溶解する。従って、
ガスで過飽和にされた血液の溶解は、圧力上昇によって
非過飽和領域へ移され、その結果ガスの気泡の形成はそ
のような装置によって効果的に抑制される。
【００２８】他方で、血液ポンプの上流への配置の代り
に、１つの実施例は血液ポンプの下流に見ることがで
き、それによってガス交換装置は上流の流れ制限装置と
下流の別のポンプとの間に配置され、その結果これによ
って人工的な部分的な真空が生成される。
【００２９】第１の実施例によると、たった１つのガス
交換装置が体外の循環路に具備され、その装置は膜の一
方の側には酸素添加される血液が、他方側には酸素添加
中に変更することができる、既定のＯ2 の分圧（濃度）
をもつガスの流れが供給される。ガスの流れは、向流で
既定の或いは調整された超過圧力で水に濡れた膜に供給
され、その結果ＣＯ2 及び酸素／空気の混合物は膜の一
方の側から他方へ相互に移動させられる。
【００３０】この実施例で、酸素／空気の混合物の送達
は制御或いは調節されることができる。制御の場合、血
液の流れ率と、更に加えて膜内外圧力差を含む酸素／空
気の混合物の流れ率とは前もって決定され、それによっ
て予め決定された圧力及び流れ量が維持される。調節が
行われるならば、実際のＯ2 の濃度を測定するＯ2 セン
サが、血液循環路内でガス交換装置の下流に具備され
る。測定された値は望ましい値と比較される実測値とし
て役に立ち、その比較の結果はガス混合物の構成或いは
超過圧力を変えるために使用され得る。本発明による
と、圧力の変化は圧力調整バルブ或いはガス制限要素の
所で比例的に或いは間欠的に起こり得る。比例的圧力変
化では、圧力は特定された値に基いて継続的に一定に保
たれ；間欠作動モードでは、バルブのパルス的開放及び
閉鎖があり、それによって圧力はバルブの開放時間の閉
鎖時間に対する関係によって、或いは一定の開放時間の
開放頻度によっての何れかで、一定に保たれる。
【００３１】圧力の調整はガス領域内のセンサ、更に加
えて調整バルブのための駆動システムを必要とする。
【００３２】別の実施例によると、２つのガス交換装置
が体外の血液循環路内に具備され、その一方はＣＯ2 の
交換のために使用され、下流に連結された他方のガス交
換装置は純粋な酸素添加のために使用される。都合の良
いことに、ＣＯ2 交換装置は空気を供給され、それによ
ってほぼ０のＴＭＰが使用される。空気は常に膜に供給
され、反対側のガス交換装置から出ていく。都合の良い
ことに、ＣＯ2 の分圧は交換装置の下流或いは上流で決
定される。信号が、空気の流れを制御してフィルタの下
流に特定のＣＯ2 の含有量を設定する制御ユニットへ送
られ得る。
【００３３】第２のガス交換装置が純粋に酸素添加のた
めに使用され、第１のガス交換装置よりも小さい表面領
域を持つことができる。好ましくは、酸素は行止まり運
転（dead end operation）で酸素添加装置へ供給され
る、即ちこの酸素添加装置はガスが出ない。酸素の流れ
は制御か或いは調整の何れかによって設定される。調整
される場合は、酸素の分圧及び／或いは酸素の飽和は下
流のセンサを使って決定され、信号は、それに従って酸
素の流れを調節する調節ユニットヘ送られる。獲得され
る酸素の分圧或いは過飽和は、使用者によって決定され
る値（例えば、０．２５バールの酸素の分圧即ち９９％
の過飽和）に従って設定される。
【００３４】しかし、他方で、比例的作動に於ける制御
で全システムを運転することも可能であり、それによっ
て酸素の流れは血液の流れに比例して起る。そのような
場合、２つの交換装置のＣＯ2 ／Ｏ2 の交換出力は血液
の流れに関連させられて、制御状態で運転される。
【００３５】疎水性酸素添加装置が使用される従来の酸
素添加システムと較べて、本発明のシステムは下記の長
所を有する：ポリスルホンのような、かなり生物学的に
協調的な（biocompatible ）材料の膜を有する、普通の
或いは幾分変更を加えられた透析槽を使用し得る。これ
に伴うコストの節約は、透析槽のコストが膜の酸素添加
装置に較べて１０％安いのでかなり大きい。
【００３６】２つの交換装置を使用することで、ガス混
合装置は最早必要とされず、酸素の移送は取出されるＣ
Ｏ2 とは無関係に調節されることができる。これによっ
て単一のパラメータ、即ち各場合に適切なセンサで決定
されることができる酸素或いはＣＯ2 の含有量に応ず
る、単純な自動制御が可能となる。
【００３７】酸素の消費は患者によって必要とされる酸
素に限定される。
【００３８】そして最後に、ＣＯ2 フィルタは、これが
ＣＯ2 の除去に重大なマイナスの影響を及ぼさずに、液
体を除去するためにも使用されることができる。
【００３９】本発明のガス交換装置に関して、酸素添加
装置から出ていく血液内の分圧の合計は大気圧に達する
べきである。これは、…既に説明されたように…著しく
超過されるべきではない。なぜならば、さもなければ空
気塞栓症の危険性があるからである。
【００４０】
【実施例】図１は、ガス交換装置10を略図で示す。
【００４１】ガス交換装置は、ガス交換ユニット18によ
って供給ライン14及び排出ライン16とに分けられる体外
の血液循環路12を有する。
【００４２】血液ポンプ20は供給ラインに連結される。
【００４３】ガス交換ユニット18は半透性膜22によって
血液チャンバ24とガス交換チャンバ26とに分割される。
体外の血液循環路12は血液チャンバ24を通っており；夫
々、供給ライン14は血液チャンバ24の入口に連結され、
排出ライン16はその出口に連結される。
【００４４】ガス供給ライン30とガス排出ライン32とに
分けられるガス・ライン28はガス交換チャンバを通る。
【００４５】ガス供給ライン30の端部は、空気供給ライ
ン36と酸素供給ライン38とが連結されるガス混合点34に
向って開いている。ガス送達要素40及び42は、２本の供
給ライン36及び38に夫々連結される。空気供給ライン36
は周囲の空気に連絡され、酸素供給ライン38は酸素の源
44に連結される。
【００４６】ガス安全センサ48を有するドリップ・チャ
ンバ46は、排出ライン16に連結される。
【００４７】供給ライン14は、血液チャンバ24に隣接
し、血液内に存在する圧力を測定する第１の圧力センサ
50を有する。
【００４８】同じように、ガス・ライン内に存在するガ
スの圧力を測定することができる第２の圧力センサ52
が、ガス排出ライン32に備えられる。
【００４９】そして最後に、ガス供給ライン32の断面を
変えることができるクランプ装置54が、ガス供給ライン
32の端部に備えれる。
【００５０】ガス交換装置10は、制御ユニット56によっ
て制御される。このために制御ユニット56は、血液ポン
プ20、クランプ装置54、第１のガス送達要素40、及び第
２のガス送達要素42と制御ライン58，60，62，64を介し
て結合される。
【００５１】圧力センサ50及び52は、信号ライン66及び
68を介してＴＭＰ測定ユニット70へ信号を送り、その信
号は信号ライン72を介して制御ユニット56と連結され
る。更に、制御ユニット56は信号ライン74を介してガス
安全センサ48と結合される。
【００５２】そして最後に、信号ライン78を介して制御
ユニット56と連結されるＣＯ2 センサ76はガス排出ライ
ン32に具備され得る。
【００５３】ガス交換装置は下記のように作動する。
【００５４】体外の循環路12は、患者に接続される前に
無菌の生理的塩類溶液で満たされ、その結果…冒頭で説
明されたように…親水性の膜22を濡らす。次ぎに、体外
の循環路12は患者に接続され、血液ポンプ20の作動が制
御ユニット56によって予め決められた速度で開始され
る。それから圧力センサ50によって連続的に測定されＴ
ＭＰ測定ユニット70に供給される正圧が、血液ポンプ20
の下流で且つガス交換ユニット18の上流の供給ライン14
で設定される。
【００５５】更に制御ユニット50［sic:56］は、第１の
ガス送達要素40を始動させて既定されたように空気を供
給し、ガス混合点34へこれを送る。第２のガス送達要素
42も既定されたように始動し、ガス混合点34へ既定量の
酸素を送り、そこで既定の混合成分で酸素とガスが混合
され、更にガス供給ライン30を介してガス交換チャンバ
26へ送られる。
【００５６】膜22に加えられるガスの圧力は、制御可能
なクランプ装置54によって調節され、圧力センサ52によ
って測定される。そのセンサは同じように膜内外圧力差
（ＴＭＰ）が決定されて制御ユニット56へ送られるＴＭ
Ｐ測定ユニット70へその信号を送る。
【００５７】制御ユニット56に記憶された既定のプログ
ラムにより酸素は約５０ Nml／minで供給され、一方で
同期してほぼ同量のＣＯ2 が血液から取り除かれる。
【００５８】このプロセスにおいて、ＣＯ2 の含有量は
ガス送達要素40,42 及びＣＯ2 センサ76のガス送達率か
ら決定され、調節するために調整されることもできる。
【００５９】この様にガス交換ユニット10では、ＣＯ2
とＯとの複合式ガス交換が、ガス混合物内の既定の分圧
或いは加えられるＴＭＰに従って行われる。このＴＭＰ
はガス交換装置18の流れ抵抗或いはガス送達要素40及び
42の送達率の関数として、一方では血液ポンプ20を介し
て、他方ではクランプ装置54を介して最後に調節され
る。血液チャンバの出口でＣＯ2 の濃い血液とＯ2 の濃
い血液とが得られる。
【００６０】既に上記されたように、図１に示される装
置10は血液ポンプ20の下流を超過圧力領域内で作動させ
る、即ち血液は超過圧力で血液チャンバ24の入口へ送ら
れ、普通は大気圧で血液チャンバの出口へ送られる。標
準の圧力でよりも超過圧力での方がより多くのガスが血
液内で溶解するので、血液チャンバ24の出口でガスの気
泡の形成をもたらし得る、酸素添加中に血液の過飽和を
起こさないために本発明に従って注意が払われるべきで
ある。従って警戒状況を防ぐために、ＴＭＰは調節され
て、そのような超過圧力状態が生じないようにしなけれ
ばならない。
【００６１】図２に示された実施例は、血液ポンプ82の
配置を除いて図１の装置10と同じであり、そのために図
１と同じ参照番号が使用されている、別のガス交換装置
10を示す。
【００６２】血液ポンプ82は、供給ライン16内でガス交
換装置18の下流且つ圧力チャンバ46の上流に配置され、
制御ライン84を介して制御ユニット56と結合される。従
って、ガス交換ユニット18は血液ポンプ82の吸引ゾーン
即ち部分的な真空ゾーンに配置され、その結果血液ポン
プ82の下流でガスが濃厚にされた血液が大気圧まで上昇
させられて、上記で説明された過飽和の問題は必然的に
無くなる。
【００６３】図３は、供給ライン104 、移送ライン106
、及び排出ライン108 とに分割される体外の血液循環
路102 を有するガス交換装置100 の第３の実施例を示
す。
【００６４】血液ポンプ110 は、供給ライン104 に連結
される。供給ライン104 の一方の端部は、患者（図示さ
れていない）に連結されることができ、また他方の端部
は、ＣＯ2 交換装置を血液チャンバ116 とガス抜きチャ
ンバ118 とに分割する親水性の半透性膜114 を有するＣ
Ｏ2 交換装置へ連結される。ガス抜き供給ライン112と
ガス抜き排出ライン124 とに分割されるガス抜き路120
は、ガス抜きチャンバ118 を通っている。
【００６５】移送ライン106 は、血液チャンバ116 の出
口から出ており、他方の端部では、同じように親水性の
半透性膜130 によって血液チャンバ132 と酸素添加チャ
ンバ134 とに分割されている酸素添加装置128 に連結さ
れる。移送ライン106 は血液チャンバ132 へ通じてい
る。供給ライン108 は、ガス安全センサ138 を装備した
ドリップ・チャンバ136 が連結されており、他方の側で
はこの血液チャンバへ出ている。
【００６６】ドリップ・チャンバ136 の下流の安全クラ
ンプ140 は供給ライン108 に装備される。
【００６７】上手い具合に排出ラインを持たず、従って
行止まり運転をする酸素添加ライン142 は、酸素添加チ
ャンバ134 へ通じている。酸素添加ライン142 は酸素源
144と結合されて、酸素送達要素146 を有する。
【００６８】それを介して空気が送られる類似の空気送
達要素148 は、ガス抜きライン120の入口に備えられ
る。これらの送達要素は、送られるガスが既に超過圧力
で供給されているならば、ポンプとして或いはガス調整
バルブ或いはガス流れバルブとしてでさえも設計され得
る。
【００６９】更に、ガス抜き圧力をガス抜き路120 内で
制御することができるガス抑制要素126 はガス抜きライ
ン124 の出口に具備される。
【００７０】膜114 を横切るＴＭＰを測定するために、
第１の圧力センサ150 が血液供給ライン104 のＣＯ2 交
換装置の上流に具備されて、供給ライン内の血液の圧力
を測定する。
【００７１】第２の圧力センサ152 は、抑制装置126 の
下流のガス抜き排出ライン124 に具備される。両方の圧
力センサ150 及び152 はそれらの信号を制御ライン154
及び156 を介して制御ユニット158 へ送り、その制御ユ
ニットはＴＭＰを測定し、測定されたＴＭＰを予め設定
された値と比較し、制御ライン160 を介してガス抑制要
素126 を再設定する。しかし、他方で、血液ポンプ110
の送達率もほぼ調節され得る。
【００７２】通常、ＣＯ2 交換装置112 内のＴＭＰは、
２つの分圧が上昇し、ＴＭＰがほぼ０になるように設定
される。適切であれば、超過圧力が血液側に在り得る
が、過剰な液体が取り除かれるべきであるならば、その
液体はそれから濾過ラインとして働くガス除去ライン12
4 を通って取り除かれる。
【００７３】更に、制御ライン164 を介して血液ポンプ
110 を、更に加えて制御ライン166を介して空気送達要
素148 を既定のＣＯ2 除去率で制御する主制御ユニット
162が具備される。
【００７４】センサ165 及び167 の如きＣＯ2 センサ
が、ＣＯ2 交換装置112 の上流か或いは下流の何れかに
供給ライン104 にか、移動ライン106 に具備されること
ができ、それは夫々信号ライン168 及び170 を介して主
制御ユニット162 と上手い具合に連結される。ＣＯ2 セ
ンサ165 、167 からの信号によって空気送達要素148 或
いは抑制要素126 を使って送達される空気の流れを公知
のＴＭＰと共に調節することができる。
【００７５】主制御ユニット162 が更に、制御ライン17
2 を介して酸素送達要素146 と連結され、これを既定値
に設定する。
【００７６】その信号が信号ライン176 を介して主制御
ユニット162 と連絡している酸素センサ174 は、供給ラ
イン108 内の酸素添加装置128 の下流に上手い具合に具
備される。流れている血液の酸素含有量が酸素センサ17
4 で測定されるならば、この実測値の信号は主制御ユニ
ット162 内の望ましい値と較べられることができ、それ
から行われた比較の結果に基いてＯ2 送達要素を調節す
る。
【００７７】空気検知器138 は安全制御体139 を介して
結合され、これは空気を検知する時にクランプ140 を閉
じ、全システムを安全な状態に切替える。
【００７８】図３の装置は下記のように作動する。
【００７９】交換装置112 及び128 を具備する全体外循
環路は、患者に接続される前に生理的塩類溶液で満たさ
れて、…冒頭部で説明されたように…親水性化された膜
114及び130 を濡らす。それでこれらの膜は、気泡点圧
力まで不透過性のチャンバ118 及び134 内のガスに対す
る障害物と、交換されるガスの拡散のために利用され得
る液体の界面とを形成する。
【００８０】生理的塩類溶液を満たした後で、患者は体
外の循環路102 に連結され、血液ポンプ110 の運転が予
め決められた速度で開始される。それからガス送達要素
146及び148 を介する空気及び酸素の送達が、既定の割
合で、即ち制御されて行われる。
【００８１】このために、ＴＭＰがＣＯ2 交換装置112
の領域で圧力センサ150 及び152 によって測定され、ガ
ス抑制装置126 が設定されて、その結果ＴＭＰはほぼ０
になる。ＣＯ2 交換装置、それ自身は、それは経験に基
いて、或いはＣＯ2 センサ164 によって上流で或いはＣ
Ｏ2 センサ166 によって下流でＣＯ2 の測定及びガス送
達要素148 を介して既定の望ましい値と測定された実測
値との比較によって適切な調節に基いて、の何れかで作
動し得るガス送達要素148 の送達率によって設定される
ことができる。
【００８２】同じように、酸素添加装置118 に於ける酸
素添加は経験によってか或いは調節するかの何れかで行
われる。制御が為されるならば、Ｏ2 送達要素146 によ
って設定された酸素の超過圧力は既定されたように一定
に保たれ、その結果膜130 を介して血液の酸素添加が生
じる。しかし、他方では、血液内の酸素含有量は、Ｏ2
センサ174 を使って酸素添加装置128 の下流で測定され
ることができる。それから測定された実測値は、予め設
定された望ましい値と比較され、その結果Ｏ2送達要素1
46 は適切に調整されることができる。
【００８３】上手い具合に、酸素添加装置は、通常約
１．８ｍ2 であるＣＯ2 ガス抜き装置112 よりも小さい
膜表面を有し、酸素添加装置は約１ｍ2 の膜表面を有す
る。酸素の分圧は約０．２５バールであり、従って酸素
の飽和度は９９％に達する。
【００８４】そして最後に、追加の信号ライン180 を介
して主制御ユニット162 と連結される追加の酸素センサ
178 は酸素添加装置128 の上流に具備され得る。このＯ
2 センサは、制御或いは調整のためのＯ2 センサ174 に
加えて或いはそれ無しでも使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス交換装置の第１の実施例の略図。
【図２】ガス交換装置の第２の実施例の略図。
【図３】ＣＯ2 交換装置及び酸素添加装置を備えた、ガ
ス交換装置の第３の実施例の略図。
【符号の説明】
18…ガス交換ユニット、22,114,130…膜、24,116,132…
血液チャンバ、26…ガス交換チャンバ、28…ガス・ライ
ン、30…ガス供給ライン、32…ガス排出ライン、34…ガ
ス混合点、36…空気供給ライン、38…ガス供給ライン、
40,42 …ガス送達要素、44,144…酸素源、46,136…ドリ
ップ・チャンバ、48…ガス安全センサ、50,52,150,152
…圧力センサ、54…クランプ装置、56,158,162…制御ユ
ニット、58,60,62,64,84,154,156,160,164,166,172…制
御ライン、66,68,72,74,78,168,170,176,180…信号ライ
ン、70…ＴＭＰ測定ユニット、76…ＣＯ2 センサ、82,1
10…血液ポンプ、100 …ガス交換装置、102 …体外の血
液循環路、104 …供給ライン、106 …移動ライン、108
…排出ライン、118 …ガス抜きチャンバ、120,124…ガ
ス抜きライン、134 …酸素チャンバ、140 …安全クラン
プ、142 …酸素添加ライン、146 …酸素送達要素、148
…空気送達要素、174,178 …酸素センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス − ヘルムート・レビンスキー ドイツ連邦共和国、60385 フランクフル ト、ガーゲルン・シュトラーセ 12 (72)発明者 ベルント・シュタインバッハ ドイツ連邦共和国、61348 バート・ホン ブルク、アム・エリザベーテンブルンネン １

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半透性膜によって血液チャンバとガス交
    換チャンバとに分割され、体外の血液路が血液チャンバ
    を通り抜け、ガス路がガス交換チャンバを通り抜ける、
    少なくとも１つのガス交換装置血液路に連結された血液
    ポンプとをもつ、体外のガス交換、特に血液の酸素添加
    の、ための装置であり、膜（ 22,114,130 ）が親水性に
    されて作動中には水で濡らされ、ガス路（30,26,32;14
    2,134）がガス側から血液側へ見て正の膜内外圧力差を
    受けて酸素含有ガスを供給されることを特徴とするガス
    交換装置。
  2. 【請求項２】 血液ポンプ（20,82 ）がガス交換装置
    （18）の上流或いは下流に配置されることを特徴とする
    請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 ＣＯ2 交換装置のような第１のガス交換
    装置（112 ）と酸素添加装置のような第２のガス交換装
    置（128 ）が、体外の血液循環路（102 ）にとぎれない
    で配置される請求項１或いは２の何れか１項記載の装
    置。
  4. 【請求項４】 供給側に制御可能な空気送達要素（148
    ）と、空気排出側に可変ガス制限要素（126 ）とをも
    つガス抜き路（120 ）が、第１のガス交換装置（112 ）
    のガス抜きチャンバ（116 ）に配置され、第１のガス交
    換装置（112 ）の膜（114 ）上の膜内外圧力差は膜内外
    圧力差制御ユニット（158 ）で調節可能であることを特
    徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 第２のガス交換装置（128 ）が、制御可
    能な酸素送達要素（146 ）が結合されている酸素添加ラ
    イン（142 ）を介して酸素源（144 ）と連結されること
    を特徴とする請求項３記載の装置。
  6. 【請求項６】 ＣＯ2 センサ（164,166 ）の実測値を望
    ましい値と比較し、比較の結果に基いて第１のガス交換
    装置（112 ）のガスの流れを調整する主制御ユニット
    （162 ）に実測値の信号が連結される、少なくとも１つ
    の前記ＣＯ2 センサ（164,166 ）が、体外の血液循環路
    （102 ）に具備されることを特徴とする請求項３乃至５
    の何れか１項記載の装置。
  7. 【請求項７】 Ｏ2 センサ（174 ）の実測値を望ましい
    値と比較し、比較の結果に基いてＯ2 送達要素（146 ）
    の調節可能なＯ2 の流れを調整する主制御ユニット（16
    2 ）に前記実測値の信号が連結される、少なくとも１つ
    の前記Ｏ2 センサ（174 ）が、体外の血液循環路（102
    ）に具備されることを特徴とする請求項３乃至６の何
    れか１項記載の装置。
  8. 【請求項８】 膜（22,114,130）が親水性材料、特にポ
    リスルホンとポリビニルピロリドンとの混合物、からで
    きていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 膜（22,114,130）が不均整で、微小孔の
    ある表皮層及び粗い多孔性の支持層を有し、それによっ
    て表皮層の平均的な孔の大きさが２乃至２０ｎｍの間で
    あり、表皮層の厚さが最大μｍであることを特徴とする
    請求項１乃至８の何れか１項記載の装置。
JP6137683A 1993-06-18 1994-06-20 ガス交換、特に血液への酸素添加のための装置 Pending JPH07136251A (ja)

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