WO2000072898A1 - Appareil de purification du sang et rein artificiel utilisant celui-ci - Google Patents

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Kazuhiko Kihara
Akio Yamada
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Kazuhiko Kihara
Akio Yamada
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Definitions

  • the present invention relates to a blood purification apparatus for removing unnecessary waste such as urea, uric acid, and creatinine contained in blood, and a blood purification apparatus and an artificial kidney using the same.
  • the artificial kidney contains a blood purification device for purifying blood.
  • This purification device is based on a dialysis type blood purification device using a dialysis membrane and an ultrafiltration, depending on the type of membrane used. It can be divided into three types: filtration-type blood purification devices that use membranes, and plasma separation-type blood purification devices that use microfiltration membranes.
  • a dialysis-type blood purification device is called a dialyzer, in which a hollow fiber formed of a dialysis membrane is disposed, blood flows inside the hollow fiber, and dialysate flows outside the hollow fiber to remove urea in the blood.
  • Unnecessary wastes composed of relatively small molecules with molecular weights of up to several thousands, such as uric acid and creatinine, are discharged out of hollow fibers to purify blood.
  • a hollow fiber formed of an ultrafiltration membrane is disposed inside the blood purification apparatus, and instead of using a dialysate, a pressure difference between the membranes is applied to the inside and outside of the hollow fiber, and the difference is applied. Negative pressure filtration of blood is performed by flowing blood inside the hollow fiber and negative pressure is applied to the outside, and positive pressure filtration of blood is performed by applying positive pressure to the inside. It removes low molecular weight proteins such as 2-microglobulin.
  • a plasma separation type purification device separates blood into blood cell components and plasma components by a plasma separator equipped with a microfiltration membrane, extracts the plasma components, and discards the plasma to replace it with clean plasma. It is.
  • a replenisher is supplied to the vein side to return the purified blood to the body to supplement the filtrate removed from the blood. Since it is directly mixed into blood, it must have a composition close to that of plasma and be kept in an aseptic condition, which is cumbersome to handle and leads to a cost increase compared to hemodialysis.
  • the time required to purify the blood of the whole body is as long as about 5 to 6 hours once, and the blood purification operation is performed about three times a week, that is, two days. Since it must be done once, the time constraint is a significant burden on the patient's life and severely limits the patient's social activities. Also, dialysis-type and filtration-type blood purifiers use large amounts of dialysate and replenisher, and plasma-separated blood purification units use expensive plasma products. Since it is necessary to supply some kind of chemical liquid, a monitor for controlling the supply conditions and a controller for controlling the flow rate are required, and there has been a problem that the apparatus is complicated and expensive.
  • the present invention provides a technique that does not require any chemical solution like a living kidney, is small in size, has a simple structure, and enables blood purification at home even at bedtime. Is a subject. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a blood purification device used for an artificial kidney for purifying blood taken from the body and returning the blood to the body, wherein a blood inlet is formed at one end and a blood cell component is collected at the other end.
  • a centrifugal separator equipped with a rotating cylinder that separates blood cell components and plasma components by applying centrifugal force to blood in a casing with an outlet formed, and blood and serum electrolytes collected from plasma components collected near the center
  • a waste separation chamber formed of a cylindrical ultrafiltration membrane for taking in unwanted waste, and a concentrated plasma component from which water, serum electrolytes and unnecessary waste have been removed by the cylindrical ultrafiltration membrane.
  • a water reabsorption module formed of a hollow fiber dialysis membrane for reabsorbing the water and serum electrolyte taken in the separation chamber is substantially concentrically arranged.
  • blood cell component does not refer to only the blood cell component in a strict sense, but refers to a blood cell component that is mainly extracted from the blood.
  • the term strictly means not only plasma components but also plasma components extracted from the blood.
  • the blood that has flowed into the casing from the blood inlet flows from one end to the other end, and is centrifuged by passing through a rotating cylinder that serves as a centrifuge.
  • the blood cell component is collected near the outer periphery, the plasma component is collected near the center, and when reaching the other end side, the blood cell component is led out from the blood cell component outlet formed in the casing.
  • a waste separation chamber formed by a cylindrical ultrafiltration membrane is formed, and if a pressure difference of about 10 OmmHg is applied to the inside and outside of the chamber, while the plasma component flows to the other end along the cylindrical ultrafiltration membrane, undesired waste such as urea, uric acid, creatinine, etc., water and serum electrolytes in the plasma component enter the waste separation chamber. While being taken up and purified, the plasma components enriched in serum proteins reach the other end of the casing.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an artificial kidney according to the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the artificial kidney 1 of the present example includes a blood purification device 2 for inflowing blood to remove blood cell components and purified plasma components, and a mixer 3 for mixing these blood cell components and purified plasma components and returning them to the body. It is interposed in the extracorporeal circulation system 4 that returns blood taken in from the body to the body.
  • the blood purification device 2 applies a centrifugal force to blood on a casing 5 having a blood inlet 5 in at one end and a blood cell outlet 5 out at the other end to apply a blood cell component.
  • a centrifugal separator 7 equipped with a rotating cylinder 6 for separating blood and plasma components, and a cylindrical ultrafiltration membrane 8 for taking in water, serum electrolytes and waste products from the plasma components collected near the center thereof.
  • the waste water separation chamber 9 and the cylindrical ultrafiltration membrane 8 allow the water and serum electrolyte and the concentrated plasma component from which unnecessary waste matter has been removed to flow, and the water and serum electrolyte taken into the separation chamber 9 are separated.
  • a water reabsorption module 11 formed of a hollow fiber dialysis membrane 1 ° to be reabsorbed is provided concentrically.
  • a drive device 12 for rotating the rotating cylindrical body 6 of the centrifugal separator 7 while magnetically levitating the inner cylindrical surface of the casing 5 is provided.
  • the driving device 12 includes a fixed magnet 12 a that is opposed to a levitation magnet 6 a disposed on each of the left and right ends of the outer peripheral surface of the rotating cylinder 6 so as to generate a repulsive force.
  • 6 is provided with a rotating magnet 12 b which is disposed to face the driving magnet 6 b arranged at the center of the outer peripheral surface of the rotor 6 so as to generate an attractive force, and a rotor 13 holding the rotating magnet 12 b is provided. It is designed to be driven to rotate at a predetermined speed.
  • the rotating cylinder 6 has blades 14... Formed at predetermined intervals on its inner peripheral surface to generate a rotating flow in blood flowing between the rotating cylinder 6 and the cylindrical ultrafiltration membrane 8.
  • the centrifugal force can be applied.
  • the blood cell components of the blood are collected toward the outer periphery, and the plasma components are collected toward the center.
  • the cylindrical ultrafiltration membrane 8 forming the waste separation chamber 9 may be, for example, a polyacrylonitrile-based membrane sterilized with gamma rays or a cellulose acetate-based membrane sterilized with ethylene oxide gas.
  • a cylindrical one is used, which is attached to bases 15 in and 15 out provided at both ends of the moisture reabsorption module 11.
  • the moisture re-absorption module 11 has an inlet 1 lin open toward the other end of the casing 5 and an outlet 1 l out leading out of the casing 5.
  • hollow fiber dialysis membranes 10 are bundled, and the inlet 11 1 in and the outlet 11 1 out are connected so that the openings at both ends thereof communicate with the inlet 11 in and the outlet 11 out.
  • the resin or metal base 15 in, 15 out are attached to the resin or metal base 15 in, 15 out.
  • the hollow fiber dialysis membrane 10 for example, cuprophan (trade name of Enker Glanzstaff (Germany)) in which a regenerated cellulose-based dialysis membrane is formed into a hollow fiber having an inner diameter of about 300 ⁇ m is used. .
  • the hollow fiber dialysis membrane 10 has a cylindrical limit attached to the base 15 ⁇ , 15 out. Since it is disposed inside the outer filtration membrane 8, it is provided through the waste separation chamber 9, and the outside of the hollow fiber dialysis membrane 10 contains unnecessary waste taken into the waste separation chamber 9. Filled with moisture.
  • the individual hollow fiber dialysis membranes 10 are fixed to the bases 15 in and 15 out only at both ends, and the middle part thereof is not adhered and the hollow fiber dialysis membranes 10 are not bonded. It is formed so that moisture flows along the surface.
  • a cap-shaped concentrated plasma introduction guide 16 to be introduced into the inflow port 1 lin is provided.
  • the outlet 5 out of the blood cell component formed in the casing 5 and the outlet 1 1 out of the water reabsorption module 11 are connected to the mixer 3, and these are mixed and passed through the extracorporeal circulation system 4. To be returned to the body.
  • 150 cc of blood per minute is taken out of the body and taken into the blood purification device 2 of the artificial kidney 1 via the extracorporeal circulation system 4, and the blood cell component of 110 cc per minute and 4 Separation into 0 cc of plasma components, and taking 20-36 cc of water, serum electrolytes and waste products per minute from the plasma components into the waste separation chamber 9 ⁇ to reduce the albumin concentration in the blood to 5-1 Concentrate 0 times and obtain the obtained concentrated plasma component of 20-4 cc per minute into the water reabsorption module 11 to reabsorb approximately the same amount of water as the removed water together with the serum electrolyte. Will be described.
  • the hematocrit of the blood of a chronic dialysis patient is maintained at 25 to 30%, but when applied to the centrifugal separator 7, 110 cc / min collected near the outer periphery of the rotating cylinder 6
  • the blood cell component is concentrated to a hematocrit value of about 40% and supplied to the mixer 3 from the blood cell component outlet 5 out.
  • the value is 0.2 m 2.
  • the moisture reabsorption module 11 absorbs moisture using the difference in albumin concentration. In this case, it is considered that an albumin concentration of about 5 times is sufficient.
  • the serum protein albumin is concentrated about 5 to 10 times and introduced into the hollow fiber dialysis membrane 10 of the water reabsorption module 11 by the concentrated plasma introduction guide 16. Is done.
  • this hollow fiber dialysis membrane 10 When absorbing water at a normal blood albumin concentration (4 g / d 1), this hollow fiber dialysis membrane 10 has a water absorption capacity equivalent to a transmembrane pressure difference of about 25 mmHg as a colloid osmotic pressure. However, if the albumin concentration is concentrated to about 5 times (20 g / dl) the normal, the transmembrane pressure difference of about 125 mmHg (about 0.20 mmHg at 10 times) It is considered to have equivalent water absorption capacity.
  • the hollow fiber dialysis membrane 10 Since the hollow fiber dialysis membrane 10 has a small sieving coefficient for small molecular substances such as urea, uric acid, and creatinine, when a concentrated plasma component flows through the hollow fiber dialysis membrane 10, From the water, unnecessary waste and serum electrolyte taken into the waste separation chamber 9, only the water and serum electrolyte permeate through the hollow fiber dialysis membrane 10 and are reabsorbed, whereby the albumin concentration of the concentrated plasma component is reduced. To a concentration of. Further, since waste products such as urea, uric acid, and creatinine remain in the waste product separation chamber 9, the waste product separation chamber 9 formed integrally with the water reabsorption module 11 is preferably disposable.
  • the purified plasma component was sent to the mixer 3 from the outlet 1 l out of the water reabsorption module 11 at a rate of 40 cc per minute to the mixer 3 and sent from the blood cell component outlet 5 out.
  • 150 cc of blood per minute is purified and returned to the body via the extracorporeal circulation system 4.
  • the artificial kidney 1 of this example removes only unnecessary waste substances such as urea, uric acid, and creatinine contained in blood, and reabsorbs most of water and serum electrolytes, similarly to a living kidney.
  • any chemicals such as dialysate, replenisher, and plasma products.
  • a monitor there is no need for a monitor to determine these supply conditions or a controller to control the flow rate. Is also easier.
  • the artificial kidney according to the present invention does not require any chemical solution like a living kidney, and is small in size and simple in structure. Because of this, it is free from the time constraint of blood purification by dialysis etc. and is extremely useful as a portable and simple artificial kidney.

Description

明 細 書 血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓 技術分野
本発明は、 血液に含まれる尿素、 尿酸、 クレアチニンなどの不要老廃物を除去 '血液を浄化する血液浄化装置とそれを使用した人工腎臓に関する。 背景技術
人工腎臓は、 血液中の不要老廃物を尿として排出する腎臓の機能が低下したり 失われたり した腎機能障害患者のための人工臓器であり、 患者の血液を分離膜を 使って浄化し、 腎臓の機能をある程度代行させようとするものである。
この人工腎臓内には血液を浄化する血液浄化装置が収納されてレ、るが、 この浄 化装置は、 使用する膜の種類により、 透析膜を使用する透析型血液浄化装置と、 限外濾過膜を使用する濾過型血液浄化装置と、 精密濾過膜を使用する血漿分離型 血液浄化装置の三種類に分けられる。
透析型血液浄化装置は、 ダイァライザ一と称し、 内部に透析膜で形成された中 空糸が配され、 その中空糸の内側に血液を流し、 外側に透析液を流すことにより 、 血液中の尿素、 尿酸、 クレアチニンなどの分子量数千までの比較的小さな分子 からなる不要老廃物を中空糸の外へ排出して、 血液が浄化されるようになってい る。
また、 濾過型血液浄化装置は、 その内部に限外濾過膜で形成された中空糸が配 されており、 透析液を使用する代わりに中空糸の内側と外側に膜間圧力差を加え 、 その中空糸内側に血液を流して外側を陰圧にすることにより血液の陰圧濾過を 行ったり、 内側を陽圧にすることにより血液の陽圧濾過を行って、 分子量数万ま での /3 2 -ミクログロブリンのような低分子量タンパクを取り除くものである。 さらに、 血漿分離型浄化装置は、 精密濾過膜を備えた血漿分離器にによって、 血液を血球成分と血漿成分に分離して血漿成分を抽出し、 この血漿を捨てて清浄 な血漿と交換するものである。 しかしながら、 透析型血液浄化装置により血液を浄化する場合、 透析液を常に 新しい液と交換するために、 1回の透析で 1 5 0〜 2 0 0リ ツ トルもの透析液が 必要になり、 装置自体も大型化せざるを得ないという問題 あった。
また、 濾過型血液浄化装置により血液を浄化する場合、 浄化血液を体内に戻す 静脈側に、 血液から除去した濾液を補うために補充液を供給しているが、 この補 充液は、 血中に直接混入することから、 血漿に近い組成で、 しかも、 無菌状態に 保たれていなければならず、 取扱いが面倒で、 血液透析に比較してもコス トアツ ブにつながるという問題があった。
さらに、 血漿分離型血液浄化装置により血液を浄化する場合は、 大量の血漿製 斉 IJ ( 2〜 3 リ ッ トル） を必要とする。 しかも、 血漿製剤は日本では常に不足して おり、 かつ、 大変高価なうえに、 合併症として肝炎やアレルギーなどの副作用の 原因になるという問題もあった。
さらにまた、 いずれの血液浄化装置を用いた場合も、 全身の血液を浄化するた めに要する時間が 1回約 5〜6時間と長く、 しかも、 血液浄化操作を週 3回程度 すなわち 2日に 1回の割合で行わなければならないため、 その時間的拘束は患者 の生活にとってかなりの負担であり、 患者の社会活動を大きく制約している。 また、 透析型及び濾過型血液浄化装置では大量の透析液及び補充液を使用し、 血漿分離型血液浄化装置では高価な血漿製剤を使用するなど、 レ、ずれの血液浄化 装置を用いた場合も何らかの薬液を供給する必要があるので、 その供給条件をコ ントロールするためのモニタや流量制御を行うコントローラが必要となり、 装置 が複雑で高価になるという問題もあった。
一方、 生体腎では、 2 4時間以内に、 血液約 1 8 0 リ ツ トルを約 1 0 0万個の 糸球体で限外濾過し、 そのうちの 1〜 2 %の水分を不要老廃物と共に体外に排出 し、 残りの 9 8〜9 9 %を血清電解質と共に再吸収している。 これは糸球体での 濾過量としては 1 2 5 c c Zmin であり、 体外排出量は 2 c c /min である。 このような生体腎と同じ機能を再現することができれば、 一切の薬液を必要と せず、 血液浄化を行うことができる。
そこで本発明は、 生体腎と同様に一切の薬液を必要とせず、 また、 小型で構造 が簡単で、 家庭でも就寝中に血液浄化を行うことができるようにすることを技術 的課題としている。 発明の開示
本発明は、 体内から取り入れた血液を浄化して体内に還流させる人工腎臓に使 用される血液浄化装置であって、 一端側に血液取入口が形成されると共に、 他端 側に血球成分取出口が形成されたケーシングに、 血液に遠心力を作用させて血球 成分と血漿成分とを分離する回転円筒体を備えた遠心分離器と、 その中心寄りに 集められた血漿成分から水分、 血清電解質及び不要老廃物を取り込む円筒状限外 濾過膜で形成された老廃物分離チャンバと、 前記円筒状限外濾過膜により水分、 血清電解質及び不要老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて前記分離チヤ ンバ内に取り込んだ前記水分及び血清電解質を再吸収させる中空糸透析膜で形成 された水分再吸収モジュールが、 略同心的に配されたことを特徴とする。
なお、 本明細書中'、 「血球成分」 というときは厳密な意味で血球成分のみを指 すのではなく、 血液中から主として血球成分を取り出したものを意味し、 同様に 、 「血漿成分」 というときは厳密な意味で血漿成分のみを指すのではなく、 血液 中から主として血漿成分を取り出したものを意味する。
本発明によれば、 血液取入口からケーシング内に流入した血液は、 その一端側 から他端側に向かって流れ、 遠心分離器となる回転円筒体内を通過することによ り遠心分離されて、 血球成分が外周寄りに集められ、 血漿成分が中心寄りに集め られ、 血球成分は、 他端側に達するとケーシングに形成された血球成分取出口か ら外部に導出される。
また、 回転円筒体の中心には、 円筒状限外濾過膜で形成された老廃物分離チヤ ンバが形成されており、 当該チャンバの内外に 1 0 O mm H g程度の差圧をかけ れば、 血漿成分が円筒状限外濾過膜に沿って他端側へ流れる間に、 その血漿成分 中の尿素、 尿酸、 ク レアチニン等の不要老廃物、 水分及び血清電解質が老廃物分 離チャンバ内に取り込まれて浄化されると共に、 血清タンパク質が濃縮された血 漿成分がケーシングの他端側に達する。
この濃縮血漿成分を、 老廃物分離チャンバを貫通して配された水分再吸収モジ ユールの中空糸透析膜内に導入すると、 中空糸透析膜内外の血清タンパク質 （ァ ルブミン） の濃度差により、 老廃物分離チャンバ内に取り込まれた水分、 血清電 解質及び不要老廃物のうち水分及び血清電解質が中空糸透析膜内に浸透して再吸 収され、 不要老廃物は老廃物分離チャンバ内に残留する。
そして、 水分再吸収モジュールを通過して通常の濃度に薄められた血漿成分と 、 先に取り出された血球成分を混合すれば、 浄化血液が得られる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る人工腎臓を示す説明図である。 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を図面に基づいて具体的に説明する。
本例の人工腎臓 1は、 血液を流入させて血球成分と浄化した血漿成分とを取り 出す血液浄化装置 2と、 これら血球成分及び浄化した血漿成分を混合して体内に 戻すミキサー 3とを備えており、 体内から取り入れた血液を体内に還流させる体 外循環系 4に介装されている。
血液浄化装置 2は、 一端側に血液取入口 5 in が形成されると共に、 他端側に血 球成分取出口 5 out が形成されたケーシング 5に、 血液に遠心力を作用させて血 球成分と血漿成分とを分離する回転円筒体 6を備えた遠心分離器 7と、 その中心 寄りに集められた血漿成分から水分、 血清電解質及び不要老廃物を取り込む円筒 状限外濾過膜 8で形成された老廃物分離チャンバ 9と、 前記円筒状限外濾過膜 8 により水分、 血清電解質及び不要老廃物が除去された濃縮血漿成分を流通させて 前記分離チャンバ 9内に取り込んだ前記水分及び血清電解質を再吸収させる中空 糸透析膜 1 ◦で形成された水分再吸収モジュール 1 1が、 同心的に配設されて成 る。
ケーシング 5の外周面には、 遠心分離器 7の回転円筒体 6をケーシング 5の内 周面に対して磁気浮上させた状態で回転駆動させる駆動装置 1 2が配設されてい る。
この駆動装置 1 2は、 回転円筒体 6の外周面左右両端側に配された浮上用磁石 6 a との間で反発力を生ずるように対向配設した固定磁石 1 2 a と、 回転円筒体 6の外周面中央部に配された駆動用磁石 6 bとの間で吸引力を生ずるように対向 配設した回転磁石 1 2 bを備え、 当該回転磁石 1 2 bを保持したロータ 1 3が所 定の回転数で回転駆動されるように成されている。
また、 回転円筒体 6は、 その内周面に羽根板 1 4…が所定間隔で形成されて、 当該回転円筒体 6と前記円筒状限外濾過膜 8の間を流れる血液に回転流を生じさ せて遠心力を作用させることができるように成されている。
これにより、 血液の血球成分が外周寄りに集められ、 血漿成分が中心寄りに集 められる。
老廃物分離チャンバ 9を形成する円筒状限外濾過膜 8は、 例えば、 γ線で滅菌 処理したボリアク リル二トリル系の膜や、 エチレンォキサイ ドガスで滅菌処理し たセルロースアセテート系の膜を、 円筒状に形成したものが用いられ、 前記水分 再吸収モジュール 1 1の両端に配設される口金 1 5 in、 1 5 out に取り付けられ ている。
そして、 円筒状限外濾過膜 8の内外に 1 0 O m m H g程度の膜間圧力差を加え てチャンバ 9外を陽圧にすれば、 当該チャンバ 9の外側に沿って流れる血漿成分 のうち、 尿素、 尿酸、 ク レアチニン等の不要老廃物や水など分子量数万までの低 分子量物質が円筒状限外濾過膜 8を透過して、 チヤンバ 9内に取り込まれる。 これにより、 当該チャンバ 9の外側に沿つて流れる血漿成分が浄化されると共 に血清タンパク質が濃縮される。
水分再吸収モジュール 1 1は、 その流入口 1 l in がケーシング 5の他端側に向 けて開口形成されると共に、 その流出口 1 l out がケーシング 5外に導出されて いる。
そして、 中空糸透析膜 1 0を 1万本程度束ね、 その両端開口部が、 流入口 1 1 in 及び流出口 1 1 out と連通するように、 当該流入口 1 1 in 及び流出口 1 1 out を形成する樹脂製又は金属製の口金 1 5 in、 1 5 out に取り付けられている。 この中空糸透析膜 1 0としては、 例えば、 再生セルロース系の透析膜を内径 3 0 0 μ m程度の中空糸状に形成したクプロファン （ェンカーグランツスタフ社 （ ドイツ） の商品名） 等が用いられる。
なお、 中空糸透析膜 1 0は、 口金 1 5 ιη、 1 5 out に取り付けられた円筒状限 外濾過膜 8の内側に配されるので、 前記老廃物分離チヤンバ 9を貫通して設けら れることとなり、 中空糸透析膜 1 0の外側は老廃物分離チヤンバ 9に取り込んだ 不要老廃物を含む水分で満たされる。
この場合に、 個々の中空糸透析膜 1 0は、 口金 1 5 in、 1 5 out に固定される 両端部分のみが接着され、 その中間部分は接着されずに各中空糸透析膜 1 0の表 面に沿って水分が流れるように形成されている。
また、 ケーシング 5の他端側には、 回転円筒体 6の中心寄りに集められた濃縮 血漿成分の流れと対向する位置に、 その流れを中心に導いて反転させ、 前記水分 再吸収モジュール 1 1の流入口 1 l in に導入させるキャップ状の濃縮血漿導入ガ イ ド 1 6が配されている。
これにより、 濃縮血漿成分が中空糸透析膜 1 0内を流れる間に、 老廃物分離チ ャンバ 9内に取り込まれた水分及び血清電解質が再吸収されることとなる。
そして、 ケ一シング 5に形成された血球成分取出口 5 out と、 水分再吸収モジ ユール 1 1の流出口 1 1 out 力 前記ミキサー 3に接続され、 これらが混合され て体外循環系 4を介して体内に戻されるように成されている。
以上が本発明の一例構成であって、 次にその作用を説明する。
体内から毎分 1 5 0 c cの血液を取り出して、 体外循環系 4を介して人工腎臓 1の血液浄化装置 2に取り入れ、 遠心分離器 7で毎分 1 1 0 c cの血球成分と毎 分 4 0 c cの血漿成分に分離し、 その血漿成分から毎分 2 0〜3 6 c cの水分、 血清電解質及び不要老廃物を老廃物分離チヤンバ 9內に取り込むことによって血 中のアルブミン濃度を 5〜 1 0倍に濃縮し、 得られた毎分 2 0〜4 c cの濃縮血 漿成分を水分再吸収モジュール 1 1に導入して、 除去した水分と略同量の水分を 血清電解質と共に再吸収させる場合について説明する。
通常、 慢性透析患者の血液のへマトクリツト値は 2 5〜3 0 %に維持されてい るが、 遠心分離器 7にかけられると、 回転円筒体 6の外周寄りに集められた毎分 1 1 0 c cの血球成分はへマトクリツ ト値が 4 0 %程度にまで濃縮されて、 血球 成分取出口 5 out からミキサー 3に供給される。
また、 回転円筒体 6の中心寄りには毎分 4 0 c cの血漿成分が集められて、 老 廃物分離チャンバ 9の円筒状限外濾過膜 8に沿って流れる。 このとき、 その血漿成分中の尿素、 尿酸、 クレアチュン等の不要老廃物、 水分 及び血清電解質が毎分 2 0〜 3 6 c c程度の水分と共に老廃物分離チャンバ 9内 に取り込まれて浄化されると共に、 血清タンパク質が濃縮された毎分 20〜4 c cの血漿成分がケーシング 5の他端側に達することとなる。
現在市販されている限外濾過膜の除水能力は 1 0 0 c c/mmHg · h r · m2 程度であり、 老廃物分離チヤンバ 9の内外に 1 00 mmH gの膜間圧力差を加え て、 アルブミンを 1 0倍に濃縮する （3 6 c cの水分を除水する） 場合、 円筒状 限外濾過膜 8の有効膜面積 S , は、
3 6 = 1 0 0 X 1 0 0 X 3! /6 0
より、 Sェ 0. 2 m2 となり、 例えば、 半径 1 0 c m、 長さ 3 0 c m程度の円筒 状限外濾過膜 8を使用すれば足りる。
なお、 後述するように水分再吸収モジュール 1 1ではアルブミンの濃度差を利 用して水分を吸収させることとしており、 この場合に、 アルブミンの濃縮率は 5 倍程度で十分と考えられる。
しカゝし、 アルブミンを濃縮する際に、 円筒状限外濾過膜 8の表面にプロテイン ケーキを作り、 除水効果を低下させるので、 0. 2m2 程度の面積を採用する方 が好ましい。
これにより、 血漿成分は、 その血清タンパク質であるアルブミンが 5〜 1 0倍 程度に濃縮されて、 濃縮血漿導入ガイ ド 1 6により、 水分再吸収モジュール 1 1 の中空糸透析膜 1 0内に導入される。
この中空糸透析膜 1 0は、 正常な血中アルブミン濃度 （4 g/d 1 ) 程度で吸 水する場合には、 膠質浸透圧として 2 5mmH g程度の膜間圧力差と等価な吸水 能を持つが、 アルブミン濃度が通常の 5倍 （2 0 g/d l ) 程度にまで濃縮され ているとすると 1 2 5mmH g程度 （ 1 0倍で.2 5 0 mmH g程度） の膜間圧力 差と等価な吸水能を持つと考えられる。
中空糸透析膜 1 0の限外膜能力は、 2 c c /mmH g · h r - m2 程度である ところから、 毎分 3 6 c cの吸水をアルブミンの濃度差のみで行わせる場合の中 空糸透析膜 1 0の有効膜面積 S2 は、
3 6 = 2 X 1 2 5 X S„ / 6 0 より、 S 2 0 . 1 3 m2 あれば足りることになる。
中空糸透析膜 1 0として、 内径 3 0 0 m , 長さ 3 0 c mのものを 1万本束ね て使用することを考えると、 その有効膜面積 S 2 'は、
S 2' = π X 0. 03 X 3 0 X 10000 = 2 . 8 m2 であるから、 十分に足りる。
この中空糸透析膜 1 0は、 尿素、 尿酸、 クレアチニンなどの小分子物質のふる い係数 （Si eving Coeffic ient)が小さいことから、 この中空糸透析膜 1 0内に濃 縮血漿成分を流すと、 老廃物分離チャンバ 9に取り込んだ水分、 不要老廃物及び 血清電解質から、 水分及び血清電解質のみが中空糸透析膜 1 0を透過して再吸収 され、 これにより、 濃縮血漿成分のアルブミン濃度が元の濃度まで薄められる。 また、 尿素、 尿酸、 クレアチニンなどの不要老廃物が老廃物分離チャンバ 9に 残留するので、 水分再吸収モジュール 1 1と一体に形成された老廃物分離チャン バ 9は使い捨てにするのが好ましい。
これにより、 浄化された血漿成分が毎分 4 0 c cずつ水分再吸収モジュール 1 1の流出口 1 l out からミキサー 3に送給され、 前記血球成分取出口 5 out から 送給された 1 1 0 c cの血球成分と共に混合されて、 毎分 1 5 0 c cの血液が浄 化されて体外循環系 4を介して体内に戻される。
このように、 本例の人工腎臓 1は生体腎と同様に、 血液に含まれる尿素、 尿酸 、 クレアチニンなどの不要老廃物のみを除去して、 水分と血清電解質のほとんど を再吸収するようにしているので、 透析液、 補充液、 血漿製剤などの一切の薬液 を必要とせず、 したがって、 これらの供給条件を決定するためのモニタや、 流量 制御を行うコントローラが不要になり、 装置が小型で構造も簡単になる。
また、 面倒な薬液の取扱いが不要であり、 装置自体の操作も簡単なので、 従来 専門病院に通院しなければ透析等による血液浄化を行うことができなかった腎機 能障害患者でも、 家庭や旅行先で、 しかも、 就寝中の時間を利用して血液浄化を 行うことができる。
なお、 上述した説明では、 遠心分離器 7の回転円筒体 6と、 円筒状現在濾過膜 8で形成された老廃物分離チャンバ 9と、 中空糸透析膜 1 0で形成された水分再 吸収モジュール 1 1を同心的に配する場合について説明したが、 血液浄化に支障 のない範囲であれば、 遠心分離器 7内に老廃物分離チャンバ 9が形成され、 さら にその内部に、 水分再吸収モジュール 1 1が配されているという程度の同心性が あれば足りる。 産業上の利用可能性
以上述べたように、 本発明に係る人工腎臓は、 生体腎と同様に一切の薬液を必 要とせず、 また、 小型で構造が簡単で、 家庭でも旅行先でも就寝時間を利用して 血液浄化を行うことができるので、 透析等によリ血液浄化を行う時間的拘束から 開放され、 携帯型、 簡易型の人工腎臓として極めて有用である。

Claims

0 請 求 の 範 囲
1. 体内から取り入れた血液を浄化して体内に還流させ 人工腎臓 （1 ) に使用 される血液浄化装置であって、
一端側に血液取入口 （5 in) が形成されると共に、 他端側に血球成分取出口 (5 out ) が形成されたケーシング （5) に、 血液に遠心力を作用させて血球成 分と血漿成分とを分離する回転円筒体 （6) を備えた遠心分離器 （7) と、 その 中心寄りに集められた血漿成分から水分、 血清電解質及び不要老廃物を取り込む 円筒状限外濾過膜 （8) で形成された老廃物分離チャンバ （ 9) と、 前記円筒状 限外濾過膜 （8) により水分、 血清電解質及び不要老廃物が除去された濃縮血漿 成分を流通させて前記分離チャンバ （9) 内に取り込んだ前記水分及び血清電解 質を再吸収させる中空糸透析膜 （10) で形成された水分再吸収モジュール （11) が、 略同心的に配されたことを特徴とする血液浄化装置。
2. 前記水分再吸収モジュール （11) が前記老廃物分離チャンバ （9) を貫通し て配設され、 その流入口 （llin) がケーシング （5) の前記他端側に向けて開口 形成されると共に、 その流出口（llout) がケーシング （5) 外に導出され、
ケーシング （5) の前記他端側に、 前記遠心分離器 （7) で中心寄りに集め られた前記濃縮血漿成分の流れと対向する位置に、 その流れを反転させて前記水 分再吸収モジュール （11) の流入口 （llin) に導入する濃縮血漿導入ガイ ド （16 ) が配されてなる請求項 1記載の血液浄化装置。
3. 前記遠心分離器 （7) の回転円筒体 （6) をケーシング （5) 外に配設した 回転磁石（12b) により非接触で回転させる駆動装置 （12) を備えた請求項 1又は 2記載の血液浄化装置。
4. 体内から取り入れた血液を浄化して体内に還流させる人工腎臓であって、 血液を流入させて血球成分と浄化した血漿成分とを取り出す血液浄化装置 （
2) とこれら血球成分及び浄化した血漿成分を混合して体内に戻すミキサー （3 ) とを備え、
前記血液浄化装置 （2) 、 一端側に血液取入口 （5 in) を形成すると共に 、 他端側に血球成分取出口 （5out)を形成したケーシング （5) に、 血液に遠心 力を作用させて血球成分と血漿成分とに分離する回転円筒体 （6) を備えた遠心 分離器 （7) と、 その中心寄りに集められた血漿成分から水分、 血清電解質及び 不要老廃物を取り込む円筒状限外濾過膜 （8) で形成された老廃物分離チャンバ (9) と、 前記円筒状限外濾過膜 （8) により水分、 血清電解質及び不要老廃物 が除去された濃縮血漿成分を流通させて前記分離チャンバ （9) 内に取り込んだ 前記水分及び血清電解質を再吸収させる中空糸透析膜 （10) で形成された水分再 吸収モジュール （11) とを略同心的に配して形成されたことを特徴とする人工腎
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