JPS6336470B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスの酸素分圧および、血液ないし
はヘモグロビンサンプルの酸素飽和価間の平衡曲
線を測定するに当り、測定室中に薄層として存在
するサンプルへ、変動する酸素分圧を有するガス
を作用させ、かつ酸素分圧との関連において、血
液サンプルによる吸光度を光度測定する方法に関
する。さらに本発明は、前述の本発明による方法
を実施するのに好適な装置に関する。

この種の公知方法は、可視光領域ないしは近
IR−およびUV領域中のヘモグロビンの吸光特性
が、ヘモグロビンの酸素負荷、すなわちその酸化
状態と関連して変動するという事実を使用する。
この場合、血液−ないしはヘモグロビンサンプル
が、薄層として光透過性の層キヤリヤに配置さ
れ、かつ片面で反応性ガスに接触する。またこの
場合、反応性ガスに接触する面上のサンプルを、
光束および、使用されるガスに透過性の、例えば
テフロン（TEFLON）（登録商標名）より成る薄
膜により被覆することが公知である（シエミツト
およびホイザー（K.Schmidt und K.H.Heuser、
Z.レスピレーシヨン（Respiration）26（1969年）、
16〜34頁）。これにより、サンプル層が安定化さ
れ、かつ測定中のサンプルの乾燥が阻止される。

また同種の方法が、西ドイツ国特許明細書第
2504771号から公知である。この判行物から公知
の方法の場合、酸素含有ガスがわずかな流入速度
で還元性ガス中へ流入せしめられかつ、この還元
性ガスで渦流動せしめられる。

全ての公知方法の場合、不断に、酸素のいわゆ
る“結合曲線”、すなわち酸素分圧を増大させた
際に得られるその平衡曲線が測定される。従つて
全ての場合、サンプルが、差当り酸素不含の還元
性ガスにより完全に還元され、かつその後に酸素
分圧を増大させた際に、ヘモグロビンへ結合せる
酸素量の増大が、吸光度の大きさないしは相対吸
光度差から得られる。

しかしながら、測定室中に存在する有効酸素分
圧の水準を正確に測定することに難点なしとしな
い。第１の公知方法によれば、酸素分圧は、測定
室中に配置された酸素検出電極を使用し測定され
ることができる。しかしながらこれにより得られ
る測定精度は、自体所望される程度に大ではな
い。従つて、他に公知方法、いわゆる拡散室法に
よれば、測定室中の酸素分圧を直接に測定せず
に、酸素分圧を測定するため、酸素を拡散用障害
物、例えば拡散用毛管を経て測定室中へ拡散させ
た場合、酸素分圧が対数関数により測定室中で高
められることから出発する（ジツクおよびゲルゾ
ンデ、「分析生化学」誌（H.Sick und
Gersonde、Analytische Biochemistry）第32巻
（1969年）362〜376頁および第47巻（1972年）46
〜56頁）。この方法の場合、１測定サイクルに所
要の時間が酸素の拡散速度により決められ、かつ
任意に短縮することができない。

本発明の根底をなす課題は、平衡曲線が、公知
の方法を使用するよりも迅速にかつ高い精度で得
られることを可能にする、前記せる種類の方法を
つくり出すことである。なかんずく測定精度およ
び、従つて酸素分圧と、それと平衡である、ヘモ
グロビンに結合せる酸素との間の相関度に関する
信号が、平衡曲線の、その解析に極めて重要であ
る領域、とくに低酸素分圧の領域で増大ないしは
改善されなければならない。

本発明によればこの課題が、サンプルを、差当
り酸素含有ガスにより完全に酸素で飽和されるま
で酸化し、かつその後に還元性ガスを、サンプル
に作用するガス容積まで制御供給することによ
り、酸素分圧を連続的に一定に低減させ、かつこ
うして酸素解離曲線を測定することにより解決さ
れる。有利にサンプルを、差当り純粋な酸素によ
り飽和するまで酸化する。

公知方法と反対に、本発明による方法の場合
は、反応性ガスの酸素含分が測定期間中に連続的
に制御低減される。この場合、酸素分圧が指数関
数により変動し、その場合これがはじめに大きく
変動するが、但し酸素濃度がわずかになると益々
緩慢に変動する。このことは、生理学的に重要な
濃度範囲内で酸素分圧酵下が緩慢に経過し、かつ
それによりこの範囲内では、反応性ガスを酸素で
富化する公知方法におけるよりも著るしく高い精
度を有する平衡曲線を得ることができる、すなわ
ち公知方法の場合には、低濃度の範囲、すなわち
平衡曲線の急勾配の初期領域中で前述の理由から
濃度変動が迅速に行なわれ、かつこれにより、得
られる曲線がこの範囲内で著るしく歪められてい
ることがある。

これに対し、酸素解離曲線が測定される本発明
による方法の場合、測定室中の分圧変動が、血液
の酸素飽和価の大きい範囲内で迅速に、かつ血液
の酸素飽和価の小さい範囲内で緩慢に行なわれ、
その結果これにより曲線のこの範囲が延長され、
かつこうして著るしく高い精度で測定されること
ができる。

この方法を実際に実施する場合、測定室にガス
旋転装置が結合され、かつこの装置とともに定容
積を形成する。測定を始める前に、この容積に純
粋な酸素を充填する。この場合、低減する酸素濃
度が、同時に混合室として使用される測定室中へ
還元性ガスを制御導入することにより得られる。

ガスを良混合した場合、測定室中の酸素分圧ｐ
の低減は以下の法則による： (1)−dp／ｐ＝dV／Vo 但し、Voは、渦流動化装置を包含する測定室
の定容積を表わし、かつＶは、測定室中へ導入さ
れた還元性ガスの容積を表わす。この方程式(1)の
積分解は以下の通りである： (2)lnp＝lnPo−Ｖ／Vo、ないしは （2a）ｐ＝Po・ｅ−Ｖ／Vo さらにこの数学的考案は、指数法則により行な
われる酸素分圧の低減により、本発明による方法
が低い酸素分圧の範囲内の著るしく高い測定精度
を可能にすることを明示する。

さらにまた可能なのが、所定のプログラムによ
る同時制御を使用し、酸素解離曲線が還元性ガス
の導入容積との関連において最適速度で得られる
ように還元性ガスの流速を適合ないしは変動させ
ることであり、そのためサンプルの酸素飽和度の
変動がわずかである範囲内に還元性ガスが迅速に
導入される。しかしながらこれには、相互作動の
電子計算機を使用する必要がある。この場合、こ
のコンピユータがまた全体の計算をも引受けか
つ、測定曲線を常用の座標へ換算する。

注入された還元性ガスの容積Ｖと反応性ガスの
全容積とが判明した場合、酸化性ガスおよび還元
性ガスに付加的に、所定の酸素分圧を有し、ヘモ
グロビンの酸素による部分的な負荷を惹起するさ
らに１種の標準ガスを使用するのが有利である。
この方法で、測定室に酸化性ガスを充填せる際の
最終値の待機を不必要にする標線が、記録装置の
両側に開いた対数目盛り上に得られる。

以下に、本発明の特徴および利点を図面実施例
につき詳説する。

測定室１はケーシング２より成り、このケーシ
ングの種々の供給管および孔が侵入する有害光に
対し密閉されている。ケーシングの上壁および下
壁中に、それぞれ導光ブツシユ３ないしは窓３′
が配置され、これらを通して測定光束が透過せし
められる。測定光束中に、血液ないしはヘモグロ
ビンサンプルが薄層４として透明な層キヤリヤ５
に配置される。

測定室１中には、片側にタービン羽根車８が配
置され、これがケーシング２の壁中に取付けられ
た駆動軸９を経、測定室の外側に配置されたモー
ター１０により駆動される。このタービン羽根車
８は、中心の吸入口１１および半径方向に整列せ
る溝を有し、その結果ガスを渦流動するため、ガ
スが遠心力により外方へ投射され、かつ吸入が中
心口１１を経て行なわれる。

中心吸入口１１の前に、供給すべき反応性ガス
の注入管１５が開口する。この導管１５が逆転可
能な弁１６に導かれ、そこでこの導管が逆転装置
１７を使用し、酸化性ガス源に至る導管１９に接
続されるか、または、還元性ガスを供給する配量
装置２０に導管２１を経て接続されることができ
る。それぞれ使用せざる、従つて測定室中へ導入
されないガスは、補助孔２２を経て大気中へ逃出
させることができる。他の実施例の場合、この逆
転装置がこれら２種のガスに付加的にさらに１種
の標準ガスを測定室中へ導入することができる。

還元性ガスを制御導入するための配量装置２０
がガラスシリンダ２５を包含し、このシリンダ中
でピストン２６がピストンロツド２７を経て、制
御可能なモーター駆動装置２８により往復動され
ることができる。ピストン２６がピストンロツド
２７に可動に配置されかつ、弁孔２９を有し、こ
の弁孔が、ピストンロツド２７の終端部に配置さ
れた閉鎖部材３０により閉鎖可能である。ピスト
ン２６の、弁孔２９に接続する空間３１が、穿孔
３２を経て、ピストン２６の後方にある、ガラス
シリンダ２５の空間に接続する。ピストン２６が
ピストンロツド２７により移動せる場合、弁２
９，３０が閉じられ、その結果、その場合ピスト
ン２６の前方にある容積のガスが導管２１および
１５を経て測定室１中へ圧入される。

ピストン２６の後方で、シリンダ２５に導管３
５が接続され、この導管を経て還元性ガスが供給
される。他方、シリンダ２５が導管３６を経て過
圧弁３７へ接続され、この過圧弁が、シリンダ弁
２９，３０が閉鎖された際に例えば５ｍバールの
わずかな不変過剰圧力をシリンダ２５中に配慮す
る。この過圧弁は、図面に例示せるように、封鎖
液中へ浸る管により形成されていることができ
る。ピストン２６が後退せる場合、弁２９，３０
が開きかつ還元性ガスの自由通過を許容し、その
結果ガラスシリンダ２５の前部に再び還元性ガス
が充填される。

測定光束が、ケーシング２の外部に配置された
適当な光源から、導光ブツシユ３、層キヤリヤ５
および窓３′を通り適当な受光装置４１へ向けら
れる。有利に、例えば436mmの波長を有する単色
光が使用される。測定精度のもう１つの増大は、
光束が同じ波長の２つの単色光束に分割され、そ
の１方が測定室を通して導かれるとともに、他方
が、単色光の強度を差分−ないしは比較測定法に
より監視するための標準光束として使用される複
光束装置で得られることができる。

ケーシング２が側面に孔４５を有し、この孔中
へ展延装置４６が挿入される。展延装置４６が、
貫通ガイド４７を有し、その内矩が層キヤリヤ５
の断面に相応する。このガイド４７中に、層キヤ
リヤ５が外部から挿入される。ガイド４７の上方
に、展延体４８が垂直方向に可動に取付けられて
いる。この展延体４８が、終端部材５０に固定さ
れたバネ４９により層キヤリヤ５へ圧迫される。
この特定の装置を使用し、所要の血液展延部、す
なわち所要の薄層が大体において測定室内部で製
造され、その結果、展延せるサンプルがもはや外
気と接触することがなく、その前に状態調節およ
び平衡化された測定室中に直接に存在する。

薄いサンプル層を製造するため、展延装置４６
が差当りケーシング２の外部におかれる。層キヤ
リヤ５が、矢印Ｆの方向に完全にガイド４７中へ
挿入される。その後に層キヤリヤの前端部に１滴
の被検液が施こされる。引続き層キヤリヤ５が、
この前端部がほぼ展延体下に存在するまで引戻さ
れ、かつ展延装置４６が孔４５中へ挿入される。
その後に層キヤリヤが、測定室中のストツパ５１
にまで前進せしめられる。この工程中に、サンプ
ルの展延が行なわれる。

この装置を使用し、約５〜50μｍ厚の良再現性
の層が製造されることができる。それぞれの層の
厚さは、層キヤリヤへ施こされる血液−ないしは
溶液量およびその粘度と関連する。層キヤリヤが
測定室中へ挿入された直後に、ケーシング２の壁
中にスライド可能に取付けられたホルダ５５に固
定された、例えばシリコーンゴムより成る弾性の
密閉舌状片５４が、層キヤリヤ５へ接触せしめら
れる。下側では、層キヤリヤ５へ同じく位置固定
に配置された弾性密閉部材５６が接触する。これ
ら密閉部材５４，５６は、空気の不規則な侵入を
阻止するという課題を有し、そのため、層キヤリ
ヤ５がケーシング壁を貫通する位置で密封が行な
われる。ホルダ５５の作動は、遮光キヤツプ５３
を取付けた際にバネ５７の作用に抗して行なわれ
る。

測定に際し使用される酸化性ガスおよび還元性
ガス、および、さらに標準ガスが使用される場合
は、これらを測定室中へ導入する前に慎重に温度
調節されかつ、ガスの水蒸気分圧とサンプルの水
蒸気圧とを平衡化する場合は水で富化され、その
結果この方法でサンプル層の乾燥および、それと
関連する測定値の劣化が回避される。ガスの正確
な水蒸気分圧を調節する目的で、ガスの加湿を、
純水ではなく、その水蒸気圧が溶液を上廻りサン
プルの水蒸気圧に相応するような濃度の電解質溶
液で実施するのが有利である。ガスを加湿するの
に適当な溶液およびそれに適当な方法は、当業者
により使用されている。明白に、測定を実施する
前およびその間に測定室および、装置の、反応性
ガスと接触する全ての部材が慎重に温度調節され
る必要があり、その際、人血を試験する場合には
一般に摂氏37゜の温度に調節される。

前述の装置を使用し、本発明による方法、すな
わち酸素解離曲線の測定および分析が以下の順序
で実施される： 差当り、装置を温度調節し、かつサーモスタツ
トにより所望の温度に維持する。その後に、測定
室中へ酸化性ガス、例えば、その前に同じく温度
調節されかつ水蒸気で富化された純粋な酸素を導
入する。その後に、作動準備のできた測定室中へ
サンプルを装入する、そのため１滴の被検溶液が
施こされた層キヤリヤを、展延装置を経て測定室
中へ挿入する。導入スリツトを密閉した後、引続
き酸化性ガスを測定室中へ、それも詳しくは、サ
ンプルの完全な酸素飽和度が得られかつ、測定室
が酸素の所定初期分圧Poを有するまで導入する。
この場合サンプルの酸化度が、測光法により、そ
れも詳しくは例えば436nｍの波長を有する単色
光の使用下に求められる。吸光度を同時測定せる
際に、このような所定の飽和度が得られた後、状
態調節せる還元性ガスを制御速度で測定室中へ導
入する。この場合記録装置により描かれる曲線
が、サンプルの酸素解離曲線に相応しかつ、サン
プルの酸素結合特性に関する所望の全ての情報を
含有する。この場合本発明によれば、吸光度が、
導入された還元性ガス容積との関連において測定
され、すなわち、サンプルの酸素飽和度に比例す
る価が、導入された還元性ガスの容績Ｖ〜lnpな
いしは導入された還元性ガスの相対容積Ｖ／Vo＝ lnpo−lnpに対し記録される。

測定の終了時に、サンプルが完全に還元された
か否かを試験するため、還元性ガスを増強導入す
る。

有利に、自動的に制御および計算するため、相
互作動のマイクロコンピユータが使用されてもよ
く、またこれを使用し酸素解離曲線の自動分析が
行なわれることができる。この場合、コンピユー
タプログラムがなかんずく酸素解離曲線の分析
を、生理学的に重要な制限条件を受容した際に血
液の酸素遊離能が測定されるように実施する。さ
らに、酸素半飽和圧力、ヒル係数（Hill−
Koeffizient）等のような他の生理学的特性がこ
れら測定価から得られることができる。同じく、
赤血球の、その中に存在するヘモグロビンおよび
有効体に関する状態分析を、血液サンプルの酸素
解離曲線の計算を経て実施することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の１実施例を略示す
る断面図、第２図は第１図の装置に接続されるガ
ス供給装置の１実施例を示す断面図、および第３
図は第１図中の展延装着を詳示する斜視図であ
る。 １……測定室、２……ケーシング、３……導光
ブツシユ、４……サンプル薄層、５……層キヤリ
ヤ、８……タービン羽根車、９……駆動軸、１０
……モーター、１１……中心吸入口、１５……ガ
ス注入管、１６……弁、１７……逆転装置、２０
……配量装置、２５……ガラスシリンダ、２６…
…ピストン、２７……ピストンロツド、２８……
駆動装置、２９……弁孔、３２……穿孔、３７…
…過圧弁、４１……受光装置、４５……側壁孔、
４６……展延装置、４７……貫通ガイド、４８…
…展延体、５１……ストツパ、５３……遮光キヤ
ツプ、５４……密閉舌状片、５５……舌状片ホル
ダ、５６……弾性密閉部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定室中に薄層として存在するサンプルへ変
   動する酸素分圧を有するガスを作用させ、かつ酸
   素分圧との関連において血液サンプルによる吸光
   度を測光法により測定し、ガスの酸素分圧およ
   び、血液−ないしはヘモグロビンサンプル間の平
   衡曲線を測定するに当り、差当りサンプルを、酸
   素含有ガスにより酸素で完全に飽和されるまで酸
   化し、かつその後に還元性ガスを、サンプルに作
   用するガス容積まで制御供給することによりガス
   の酸素分圧を連続的に制御低減させ、かつこうし
   て酸素解離曲線を測定することを特徴とする血液
   ないしはヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測定
   法。 ２ 反応性ガスの酸素分圧を、反応性ガス中へ導
   入された所定の還元性ガス量から計算することを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の血液な
   いしはヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測定
   法。 ３ 還元性ガスを単位時間中に不変の速度ないし
   は不変の量で反応性ガス中へ導入することによ
   り、酸素分圧を対数的に時間と関連させて低減さ
   せることを特徴とする、特許請求の範囲第１およ
   び第２項のいずれかに記載の血液ないしはヘモグ
   ロビン溶液の酸素平衡曲線の測定法。 ４ 還元性ガスを単位時間で変動する量で反応性
   ガス中へ導入することにより、酸素分圧を、導入
   量と対数的な関連において低減させることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１および第２項のいず
   れかに記載の血液ないしはヘモグロビン溶液の酸
   素平衡曲線の測定法。 ５ 差当りサンプルを、純粋な酸素により飽和さ
   れるまで酸化することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１〜第４項のいずれかに記載の血液ないし
   はヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測定法。 ６ サンプルを、所定の酸素分圧を有する標準ガ
   スにより酸化することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１〜第５項のいずれかに記載の血液ないし
   はヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測定法。 ７ 還元性ガスを、反応性ガスを渦流動化するタ
   ービンの吸入気流中へ導入することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１〜第６項のいずれかに記
   載の血液ないしはヘモグロビン溶液の酸素平衡曲
   線の測定法。 ８ 測定室中へ導入する前の反応性ガスを、状態
   調節、すなわち温度調節しかつ水蒸気で、その水
   蒸気分圧が被検サンプルの水蒸気圧と平衡化する
   まで富化することを特徴とする、特許請求の範囲
   第１〜第７項のいずれかに記載の血液ないしはヘ
   モグロビン溶液の酸素平衡曲線の測定法。 ９ 血液展延、すなわちサンプル薄層の製造が、
   状態調節された反応性ガスの内部で行なわれるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第８項記載の血
   液ないしはヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測
   定法。 １０ 測定室中に薄層として存在するサンプルへ
   変動する酸素分圧を有するガスを作用させ、かつ
   酸素分圧との関連において血液サンプルによる吸
   光度を測光法により測定し、ガスの酸素分圧およ
   び、血液−ないしはヘモグロビンサンプル間の平
   衡曲線を測定するため、差当りサンプルを、酸素
   含有ガスにより酸素で完全に飽和されるまで酸化
   し、かつその後に還元性ガスを、サンプルに作用
   するガス容積まで制御供給することによりガスの
   酸素分圧を連続的に制御低減させ、かつこうして
   酸素解離曲線を測定する方法を実施するための、
   測定室、測定室中に配置された光透過性の血液サ
   ンプル用キヤリヤ、光度計および、測定光束のサ
   ンプル透過装置、測定室中へ開口する、ガス供給
   装置に接続可能なガス供給管、および反応性ガス
   用の渦流動化装置を有し、その場合測光出力信号
   および、酸素分圧に比例する信号が、Ｘ−Ｙ記録
   装置のような演算装置へ導かれる装置において、
   渦流動化装置が、中心吸入口を有するタービン羽
   根車８であり、かつ、ガス供給管１５が中心吸入
   口の前に開口することを特徴とする血液ないしは
   ヘモグロビン溶液の酸素平行曲線の測定装置。 １１ 測定室中に薄層として存在するサンプルへ
   変動する酸素分圧を有するガスを作用させ、かつ
   酸素分圧との関連において血液サンプルによる吸
   光度を測光法により測定し、ガスの酸素分圧およ
   び、血液−ないしはヘモグロビンサンプル間の平
   衡曲線を測定するため、差当りサンプルを、酸素
   含有ガスにより酸素で完全に飽和されるまで酸化
   し、かつその後に還元性ガスを、サンプルに作用
   するガス容積まで制御供給することによりガスの
   酸素分圧を連続的に制御低減させ、かつこうして
   酸素解離曲線を測定する方法を実施するための、
   測定室、測定室中に配置された光透過性の血液サ
   ンプル用キヤリヤ、光度計および、測定光束のサ
   ンプル透過装置、測定室中へ開口する、ガス供給
   装置に接続可能なガス供給管、および反応性ガス
   用の渦流動化装置を有し、その場合測光出力信号
   および、酸素分圧に比例する信号が、Ｘ−Ｙ記録
   装置のような演算装置へ導かれる装置において、
   測定室の側壁にスリツト状の孔４５が設けられ、
   この孔中へ、層キヤリヤ５用のガイド４７が設け
   られた展延装置４６が挿入可能であり、この展延
   装置のその前方、すなわち測定室に近接せる範囲
   内に、上方から弾性的に層キヤリヤ５へ作用する
   展延体４８が設けられていることを特徴とする血
   液ないしはヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測
   定装置。 １２ 測定室１の内部に、層キヤリヤ５の最終位
   置を決めるストツパ５１が配置されていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１１項記載の血液
   ないしはヘモグロビン溶液の酸素平衡曲線の測定
   装置。 １３ 層キヤリヤの上方の測定室壁中に可撓性の
   密閉舌状片５４が、層キヤリヤ５を挿入した後に
   外部から操作される際に層キヤリヤ５に対し緊密
   になるように配置されていることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１１および第１２項のいずれか
   に記載の血液ないしはヘモグロビン溶液の酸素平
   衡曲線の測定装置。 １４ スリツト状の孔４５を有する、ケーシング
   ２の壁が、光不透過性のキヤツプ５３により、妨
   害光の侵入に対し被覆可能であることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１１〜第１３項のいずれか
   に記載の血液ないしはヘモグロビン溶液の酸素平
   衡曲線の測定装置。