JPS618028A - 血液中のイオン濃度測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、血液中のイオン濃度を測定ないし監視する装
置に関するものである。さらに詳しく言えば、生体内監
視用途において特別の有用性を示す血管内に挿入可能な
血液中のイオン濃度測定装置に関するものである。

（従来の技術） 血液中のイオン成分、とくに水素イオン、カリウムイオ
ン、ナトリウムイオン、力ｐシュラムイオン濃度を知る
ことは生体の呼吸および代謝材能の良否を知るために臨
床上きわめて重要である。

とくに手術中患者、Ｉ（３Ｕ収収容者、あるいはＣＣＵ
収容患者で輸液を受けている患者においては血液中の水
素付濃度、カリウム、ナトリウム、力ｐシュラムイオン
濃度を連続的に監視することが強く望まれる。かかる血
液中のイオン濃度の連続的監視法、火用化されとしては
、多くは採血後イオン電極もしくは炎光法によってなさ
れている。この他にこのような目的のために小型のカテ
ーテルタイプのガラス電極、コーテッドワイヤー電極や
ＦＥＴセンサを用いたセンサが試作されているが、まだ
実用までに致っていない。

さて一方において、最近血液を体外回路に取シ出し、該
回路中に設けられた中空糸状透析膜の外側に血液を接触
せしめ、内側にモニタ溶液を流し、モニタ溶液中の水素
イオン濃度を測定することによって血液中のｐＨを測定
できる装置が発表された（田村俊世、新医療、１０巻、
黒１０．２３頁（１９８３）　）。

（発明が解決しようとする問題点） 前者の血管内挿入型のセンサを使用する連続監視装置に
は以下に列挙するような問題点がある。

（１）センサ自身を血管内に挿入するためにセンサを滅
菌することが必要であシ、かつセンサを使い捨てとする
必要があった。これはきわめて不経済と言わざるを得々
い。

（２）センサをひとたび血管内に留置すると、標準溶液
でセンサの校正をおこなうことが不可能である。しかし
通常いかなるセンサも零点や感度が経時変化（ドリフト
）するために、長時間の連続測定が不可能であった。

（３）センサを直接血管内に留置する場合、生体Ｏ侵襲
度をできる限シ小さくするためにセンサ自身を細径化す
ることが不可欠である。現在ＦＥＴセンサ、コーテッド
ワイヤー型センサは細径化に成功しているが、この両者
を複合化した場合細径化がきわめて困難である。

一方後者の方式を用いればセンサは血液と直接接触する
ことがないので上記の第１の問題点は解決される。また
センサは体外に設置されるので必要に応じて校正を行な
うことも可能であるので第２の問題点も解消する。さら
に複数のイオンを同時に測定することも可能と思われる
。口かし、この方法には無視し得ない重大な欠点が存在
する。

それはイオン濃度測定のためにわざわざ血液を体外の回
路に取り出さねばならないことである。したがって、こ
の方法は人工心肺とか人工造析の体外循環回路の血液イ
オンの監視には使用できるかも知れないが、体外循環回
路を必要としない大多数の通常の重症患者の血液中イオ
ンの監視に使用するには余りにも患者への負担が大きす
ぎる。

以上のごとく、血液中のイオン濃度の連続監視を目的と
する公知の装置はそれぞれ問題点を有し、広く臨床に用
いられるに到っていないように思われる。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明者らは従来の血液イオン監視装置のかかる問題点
を解消し、実用性の高い方式について鋭意研究の結果本
発明に到った。本発明の最大の特徴はイオン透過機能を
有し、かつ血管内に挿入可能なカテーテ／Ｉ／（以下こ
れをイオン透過カテーテｐと称す）を用いることにある
。

（作用） 血管内に挿入されるカテーテルの内側には一定の濃度の
イオンを含有するキャリヤ溶液が一定の流速で流され、
カテーテル最外部にあるイオン透過性膜を介してカテー
テル外部を流れる血液と交換をの交換を行なう。イオン
交−換後のキャリヤ溶液は体外に設置された測定室に導
かれ、キャリヤ溶液中のイオン濃度が測定され、それに
よって間接的に血液中のイオン濃度の測定がなされると
いうものである。このようなイオン透過カテーテルを用
いることにより、患者の血液を体外の回路に取シ出すこ
となく、血液中のイオンの連続監視が可能となる。

（実施例） 次に本発明装置の基本構成を図面にて説明する。

第１図に示されているように本発明装置はまずイオン透
過カテーテル１、キャリヤ溶液の注液ｉｔ８、測定室９
、センサ１０、導管６と７、および必要に応じてコック
１５と１６を主たる構成要素とする。まずイオン透過カ
テーテ／Ｌ／１は内管２とイオン透過性腺から成る外管
３、イオン透過能のない管体４、および該カテーテルを
留置針等に接続するために使われるストッパー５よυ成
る。イオン透過能のない管体４は、イオン透過可能部（
この場合はカテーテル先端部）の膜面積を一定とするた
めに設けられる。注液装置８はキャリヤ溶液１７を一定
流速でイオン透過カテーテル中に送入する。測定室９に
はセンサ１０が設置される。１１はコネクタ、１３はリ
ード線、１４はコネクタのピンで、これがモニタに接続
される。１５と１６はキャリヤ溶液の流路を変更するた
めのコックである。通常の測定の場合コック１５は開、
１６は閉とされ、キャリヤ溶液は注入装置からコック１
５、導管６を経てイオン透過カテーテルの内管２の内側
へ送入され、内管２の外側で血液とイオンの交換を行な
った後導管７を経て測定室９に送入され、廃液口１２よ
り廃棄される。一方センサの校正をする時にはコック１
５を閉、１６を開としキャリヤ溶液を注入装置８から直
接測定室９に送入する。

次に本発明装置の詳細について各構成要素ごとに説明す
る。まずイオン透過カテーテルについて説明する。イオ
ン透過カテーテルの形としてはいくつかの形が考えられ
るが、第１図に示した二重管構造が最も実用的であると
考えられる。イオン透過カテーテルの外径（第１図では
イオン不透過性膜４の部分の外径）は１．Ｑｍｍ以下、
好ましくはＱ、６ｍｍ以下であることが望ましい。これ
以上太くなると血管内へ留置する時の患者の苦痛が大き
くなシすぎる。イオン透過カテーテｐの最も重要な部分
はイオン透過性膜３である。まず該膜は当然のことなが
らイオン透過能の高い素材よ構成るものでなければなら
ない。最も好ましい素材はセルロース膜、多孔性エチレ
ンビニルアルコール共重合体膜、ヒドロキシエチルメタ
アクリレート（ＨＥＭＡ）等の親水性アクリル酸エステ
ル、メタクリル酸エステル重合体等の親水性膜、多孔性
のアセチルセルロース、ポリスμホン、ポリメチルメタ
クリレート等の多孔性膜である。膜の厚みとしては１０
μｍから１００μｍ程度が望ましい。膜厚がこの範囲以
上になるとイオン透過能が低下するし、カテーテル全体
の外径が太くなるので好ましくない。厚みが１０μｍ以
下になると、膜の機械的強度が不十分となり、またピン
ホールが生成しやすくなるので好ましくない。イオン透
過性膜管体部分３の長さとしては臨床的には短いほど好
ましいが、あまシ短かすぎるとイオン交換に有効な膜面
積が不十分となるので実用的にはＩＣ７Ｆ＋から５　ａ
ｍ程度が好ましい。イオン透過カテーテルの内管２はキ
ャリヤ溶液をカテーテルの先端部まで送入する管体とし
ての働きと同時に、カテーテルの形状を保持するだめの
芯管としての働きも有しているので、ある程度の剛直性
を有していることが必要である。

たとえばステンレス、ポリプロピレン、テフロン、ポリ
カーボネート、ポリエチレン等の管体が用いられる。内
管２の肉厚は上記の剛直性を失わない範囲で薄ければ薄
いほど好ましい。この肉厚が薄いほどキャリヤ溶液の流
路の体積を大きくすることができ、それだけキャリヤ溶
液のカテーテル内滞留時間、したがってイオン透過膜と
の接触時間を長くすることができ、それによってより平
衡に近いイオン交換を行なうことが可能である。実用的
には内管の肉厚としては１０μｍから１００μｍが好ま
しい。イオン不透過性管体４は可能な限シ肉簿で、かつ
イオン透過能の低いものであることが必要である。材質
としてはポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン、ポ
リ塩化ビニル、ナイロン、エチレン−ビニルアルコール
共重合体、ａｈ　酸セルロース膜の高分子材料（非多孔
性）、あるいはアルミ＝ウムの蒸着膜等の金属薄膜が用
いられる。

次に注液装置については第１図８に示したような注射器
が一つの例である。この場合には当然のことながら注射
器のピストンを自動的に一定速度で挿入する装置を必要
とする。また注射器の代シにローラポンプを用いること
も可能である。注液速度はイオン透過カテーテルの太さ
や長さによって変るが大体０．１〜５ｓ＋Ｊ／ｈｒと微
量である。しかも注液速度の時間的変動は測定値に誤差
をもたらすので、±１０％以内におさめることが必要で
ある。

キャリヤ溶液の導管６と７は次の条件を満足することが
必要である。まず第１に水蒸気透過能が低いこと、第２
に可能な限り内容積が小さいことである。キャリヤ溶液
と外部雰囲気とのイオンの交換はカテーテルのイオン透
過性膜３の部分のみで行われ、その他の流路途中で行わ
れてはならない。導管の材質が水分をよく透過するもの
であれば、外気への水の蒸発が起シキャリャー溶液のイ
オン濃度が変化する。またキャリヤ溶液の導管の内容積
は小さいほどすみやかな応答が得られる。

したがって、導管の材質としてはポリエチレン、ポリプ
ロピレン、テフロン、ポリ塩化ビニル、ナイロン、エチ
レン−ビニルアルコ−Ａ／　共重合体、酢酸セルロース
等が用いられ、その内径としては０．５ｍｍ以下が望ま
しい。同様の条件は測定室９についても要求される。す
なわちキャリヤ溶液の流路容積が小さくなるような形で
あることが必要である。測定室９は必要に応じて恒温ボ
ックス中に収納される。センサ１０としては測定対象イ
オンの種類に応じて各種のものが用いられる。例えばガ
ラス電極、液膜電極、固体膜電極等の電極、電器効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極をイオン感応膜によ
りおきかえたＦＥＴセンサー、炎光法によるイオン分析
装置、光ファイバを利用したｐＨセンサ等が挙げられる
。これらの中で、連続測定の容易な点、火汲を使用しな
い点から電極もしくはＦＥＴセンサーが好ましい。

電極としては、ｐＨ１Ｎａ＋イオンの測定にはガラス電
極、Ｋ＋、Ｏａ＋＋イオン測定には感応性物質を溶媒も
しくは高分子マトリクス中に溶解した液膜電極が好まし
く、これらの電極は、血液等の微量試料の分析用に毛細
管電極や平膜型の電極等、測定室の容積を小さくした様
々な型のものが作られている。

ＦＥＴセンサも電極と同じく、感応膜を変えることによ
り種々のイオンに対するセンサが作製されておシ、例え
ば感応膜が窒化硅素（８”３Ｎ４　）　、酸化ア）ｖミ
ナ（ＡＩ！ｚＯｓ）、三酸化１ｉ’　：／　夕／Ｌ／（
Ｔａ２０５）等であるＦＥＴ　ｐＨセンサ、イオン感応
性ガラス膜を用いるＮａ、Ｋ　イオンセンサ、ニュート
ラルキャリヤー等のイオン感応性物質を含有する高分子
膜を感応膜として使用するＫ”％Ｃａ＋“イオンセンサ
等が挙げられる。ＦＥＴセンサは小型で、複合化が容易
であるという特徴を有し、本発明に用いるセンサとして
とくに適している。

電極、もしくはＦＥＴセンサによる測定には比較電極が
必要であり、これには通常銀−塩化銀電極、首糸電極が
用いられるが、これらは必ずしも測定室９の中に収納さ
れている必要はなく、キャリヤ溶液によって電極本採と
液絡されている他の場所、たとえば廃液と１２の下流側
に設置されていてもかまわない。キャリヤ溶液としては
、水そのものを用いることも可能であるが、測定対象物
質の濃度が血液の濃度に近いものを用いると、イオン交
換後のキャリヤ液の濃度が平衡値に近ずくため、測定の
際の誤差を小さくすることができる。

従ってキャリヤ溶液中のＮａ　、Ｃ１−は５０〜２００
ｍＭ。

好ｉ　Ｌ　（ハ１（１０〜１５０　ｍＭ、　、Ｋｊ、　
Ｃａ＋＋ハ０．１〜１０ｍＭ、好ましくは１〜５ｍｌで
あることが望ましい。

Ｎａ”、Ｕ−を血液の組成に近くすることは、両者の浸
透圧を等しくし、イオン交換膜にかかる力を小さくする
ことや、キャリヤ溶液と血液間での水の移動を小なくす
ることからも有意義である。ｐＨについては必ずしも血
液のｐＨと等しくする必要がなく、血液中と電解質の交
換により、ｐＨが速やかに変化するように、弱電解質イ
オン、例えば有機酸、有機アミン、リン酸、ホウ酸等を
多く含まないことが重要である。

（発明の効果ン 以上に述べたセンサ、キャリヤ液組成を適当に組合せる
ことにより、本装置を用いて１本のイオン透過カテーテ
ルで複数のイオンを測定することが可能である。この場
合センサは複合化されたものを用いてもかまわないし、
単一のセンサを直列、もしくは並列に連結してもよい。

また同様にして本装置のセンサと０２、ＣＯ２七ンセン
サガスセンサ、グルコース、尿素、ウレアーゼ等の基質
センサを組合せることにより、イオン以外の化学物質の
濃度を測定することも当然可能であり、本発明の装置を
用いることによυ、 （１）非常に小さな侵襲で多くのパラメータを同時に監
視することが可能となった。

（２）イオン透過カテーテルは容易に滅菌でき、かつ極
めて安価であるので、センサを直接血管に入れる方式に
比して血液イオンの連続監視を安価に行なうことができ
る。

（３）血液を体外に取シ出さないので大規模な体外循環
回路を必要としない。そのために経済的であるのはもち
ろんのこと貴重な血液をロスすることがなく、血栓防止
のために投与されるヘパリンの量も微量でよいか、場合
によっては投与する必要もない。

（４）センサは体外に設置されるので使い捨てではない
。また校正も可能で、さらにサイズの制約もゆるいので
複合化が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の構成を例示する断面図である。 １・・・・・−・・イオン透過カテーテル、２・・・・
・・・・・内管、３・・・・・・・・・イオン透過性膜
、４・・・・・・・・・イオン不透過性膜、５・・・・
−・・栓体、６，７・・・・・・・・・キャリヤ溶液導
管、８・・・・・・・・・・・・キャリヤ溶液注入装置
、９・・・・・・・・・測定室、１０・・・・・・・・
・・・・センサ、１１・・・・・・・・・コネクタ、１
２・・・・・・・・・廃液口、１３・・・・・−・・リ
ード線、１４・・・・・・・・・コネクタピン、１５．
１６・・・・・・・・・コック、１７・・・・・・・キ
ャリヤ溶液、１８・・・・・・・・・血管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端部が閉そくされ、内部にキャリヤ溶液用の往路
   と復路とを有し、かつ最外部の少くとも一部分がイオン
   透過性膜より成る血管内に挿入される管体の往路側に導
   管で連結された注液装置によつて、該管体内にキャリヤ
   溶液を供給し、血液とイオン透過膜を介してイオンを交
   換せしめたキャリヤ溶液を、該管体の復路側に導管で連
   結された測定室内に導き、該測定室内にキャリヤ溶液中
   のイオンに感応するセンサを設けたことを特徴とする血
   液中のイオン濃度測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項において供給されるキャリヤ
   溶液が、測定対象となるイオンを一定濃度含んでいるこ
   とを特徴とする血液中のイオン濃度測定装置。