JP5376879B2 - 呼吸ガスをコンディショニングするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸ガスをコンディショニングするためのシステムおよび方法に関する。

そのシステムおよび方法は、集中治療において使用して、人工呼吸において挿管で呼吸確保された患者によって吸気されるガスに適切な湿度／温度を与えることを目的としている。

本発明を使用すれば、（これらに限定される訳ではないが）麻酔科および集中治療室（ＩＣＵ：Intensive Care Unit）において特に有利となりうるが、それに関しては単に例示の形で以下において説明する。

現在のところ、集中治療室での人工呼吸において挿管で呼吸確保された患者の気道は、その患者が集中治療の状態にどの程度時間を置かれる予定かに依存するが、主として二つの方法を用いて加熱、加湿されている。

熱湿度交換器（ＨＭＥ：Heat and Moisture Exchange）を採用した第一の受動的コンディショニング（ｐａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）システムは、その患者が集中治療にほぼ７２時間未満の間とどめられるであろうという場合に使用される。

公知のように、ＨＭＥは、患者の呼気したガスからの湿分と熱分を保持することによって運転され、その保持された湿分および熱分のほとんどを、その次の吸気段階で患者に対して与える。

この種の器具は、２８〜３１℃の間の範囲の温度で２８〜３３ｍｇ／Ｌの絶対湿分レベルを患者に供給し、ほぼ７２時間の処置の間、正常な呼吸生理機能が保持されることが保証されている。

通常それらの器具の運転は、２４時間は安定に維持されるが、その後になると流動抵抗の増大が原因で患者が呼吸困難（呼吸仕事量、ＷＯＢの増大）となる可能性があり、そのために、２４時間毎にその器具を交換するのが正しいとされている。

第二の呼吸ガスのコンディショニングシステムは、積極的加湿（ａｃｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に基づくものである。

現在最も市場に出回っている器具では、４０ｍｇ／Ｌ以上の絶対湿分と３５〜３９℃の間の温度とを患者に与えるような加熱加湿ガスを提供し、かつ凝結を回避するための呼気導管の温度制御を行うことによってメンテナンスの手間がほとんど不要である。

しかしながら、ＨＭＥを組み合わせて運転する、中程度に積極的な器具は、吸気ガスに数ｍｇの水蒸気を補償することによって患者への熱分および湿分供給の増加を与え、それによって、器具の（７２時間を超える）長時間運転を可能としている。

ＨＭＥシステムには以下のような利点がある：
・積極的器具よりもメンテナンスの手間がかからない。
・７２時間にわたって正しい呼吸生理機能を充分に維持する。
・使用が容易である。
ＨＭＥシステムには以下のようなことを起こす可能性がある：
・ほとんどの場合加湿が「不十分（ｐｏｏｒ）」である。
・呼吸器回路内部でのデッドスペースが増える。
・起こりうる熱交換要素の閉塞（凝結物の蓄積）のために、いずれ流動抵抗が増大する。

積極的加湿器システムには以下のような利点がある：
・受動的器具に比較してより高い湿分が供給できる。
・受動的器具に比較して運転時間が長い。
積極的加湿器システムには以下のようなことを起こす可能性がある：
・加湿器の設定が正しくないと、過加湿となる可能性がある。
・使い捨てのカートリッジまたはカン回路および滅菌水のコストが高い。
・受動的器具の場合よりもモニタリングを頻繁に必要とする。
・呼気側での凝結物の蓄積のために、ベンチレーターの湿分の影響を受けやすい流量センサーを通常以上に頻繁に交換しなければならず、そのために運転コストが増大する。
・滅菌水の消費量が大きい。

増湿（ｍｏｉｓｔｕｒｅ−ｅｎｒｉｃｈ）ＨＭＥ器具には以下のような利点がある：
・受動的器具に比較してより高い湿分が供給できる。
・積極的器具よりは滅菌水の消費量が少ない。
増湿ＨＭＥ器具には以下のようなことを起こす可能性がある：
・ＨＭＥの嵩と重量が増加するので、患者に近接させるのには望ましくない。
上述のタイプの各種のシステムは、（特許文献１）（デューパー（ＤＨＵＰＥＲ）ら）に記載がある。

上述の文献における一つの実施形態では、該文献の図４〜６を参照した記述で、患者から離れた位置で、複数の温度制御された導管で結合されたＨＭＥを用いている。

もう一つの実施形態では、該文献の図１〜３に見られるように、その器具の中に薬物を注入するための器具を採用している。あるいは、アトマイザーを使用してもよい。

特許文献１に記載のシステムは機能はするが、患者によって吸気されるガスの湿分レベルの正確な制御に関しては、信頼がおけないことが判明した。

国際公開第２００６／１２７２５７号パンフレット

したがって、本発明の目的は、患者に適切な湿分の供給を確保することである。公知のように、この分野においては、ガスの基本的なパラメーターは、湿分（すなわち、ガスの単位体積あたりの水蒸気量）および温度である。

本発明による呼吸ガスコンディショニングシステムの主たる特徴は、（ベンチレーターの近くに位置させ、かつシステム中にほとんどデッドスペースが存在しないようにしたことを特徴とする）受動的ＨＭＥの運転と、（可能であれば加熱された）１個または複数の水リザーバーと２本の温度制御された導管を含む積極的加熱増湿器具の運転とを組み合わせた点にある。

例として添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を非限定的に説明する。

添付の図面に見られるように、本発明によるシステム１００には、
３本の温度制御された導管１０、２０、３０（１本は吸気枝管ＩＢのため、２本は呼気枝管ＥＢのための導管である）と、
補充口を有し、小量の水を含むことを特徴とし、そして、呼気枝管ＥＢの途中に位置している、場合により電気抵抗器（図示せず）によって加熱された水を含む水リザーバーＲＳと、
吸気流れＦ１と呼気流れＦ２を厳密に分離していることを特徴とし、ベンチレーター６０の近くに位置し、吸気と呼気の流れを分離させながらも、その二つの間での熱分および湿分の交換を適切に維持し、その回路の中のデッドスペースを増大させることがない、熱湿度交換器（ＨＭＥ）５０と、
患者ＰＺの近くに位置し、患者ＰＺを吸気枝管ＩＢおよび呼気枝管ＥＢに接続し、吸気枝管ＩＢ上に温度センサー８０のためのソケットを有するＹ字形コネクター７０と、
温度センサー９０のためのソケットを有し、ＨＭＥ５０と呼気枝管ＥＢを接続させるための直管状コネクターＲＤと、
３本の温度制御された導管１０、２０、３０のためのサーモスタット（図示せず）が含まれる。本明細書において「サーモスタット」という用語では、温度制御された導管１０、２０、３０および温度センサー８０、９０に電気的に接続されて、患者ＰＺへのまたは患者ＰＺからのガス流れの温度を制御する電子的中央調節ユニット（図示せず）を意味することが意図されている。

システム１００は以下のようにして運転される。

患者ＰＺからガスはおよそ３２℃で呼気され、それが温度制御された呼気枝管ＥＢの中を流れる間に、より高い温度に加熱され、そのためにリザーバーＲＳ内部の水の表面上を流れることで湿分がさらに増加される。

次いでそのガスがさらに加熱され、それが（ベンチレーター６０の近くの）ＨＭＥ５０に到達する時間までの間に、加熱および加湿されるが、その熱分および湿分の勾配が、ＨＭＥ５０そのものに対する熱分および湿分の放出を助ける。

高性能のＨＭＥ５０が使用されたと仮定すると、交換器によって充分な熱分および湿分が保持されて、ベンチレーター６０には比較的乾燥したガスが供給され、呼気配管上での凝結ウェル（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｗｅｌｌ）が不要となる。

したがって、このことにより、ベンチレーター６０の一部を構成する湿分の影響を受けやすい流量センサー（図示せず）に関するすべての問題が解消される。

次の吸気段階において、ベンチレーター６０からＨＭＥ５０の中を流れる乾燥ガスに熱分および湿分が供給され、温度制御された吸気枝管ＩＢを介して患者ＰＺに供給されるが、その枝管はガスの温度を維持して、ガス中の湿分が凝結することを防止している。

言い換えると、患者ＰＺへのガス供給の中の熱分および湿分の量は、吸気枝管ＩＢおよび呼気枝管ＥＢを流れるガスの温度を調整することによって調節されている。

回路に組み込まれた温度センサー８０、９０により、患者ＰＺへのガス供給の温度を測定することによって、温度制御された導管１０、２０、３０の温度を、患者ＰＺの必要に合わせて、サーモスタット（図示せず）により調節することが可能である。

さらに詳しくは、温度制御された導管２０を加熱することで、患者ＰＺによって呼気さ
れたガスを加熱して、水リザーバーＲＳからより多くの湿分を集めることができるが、それに対して、温度制御された導管３０中のガスを加熱することで、そのガスの温度および湿分レベルを維持し、さらにＨＭＥ５０の交換器要素（図示せず）へ熱分および湿分を効果的に移行をさせるのに充分な勾配を呼気枝管ＥＢとＨＭＥ５０との間に作り出す。それによって、その交換器要素は、ベンチレーター６０から入ってくるガスよりもはるかに高い熱分および湿分含量を有し、熱分および湿分が患者ＰＺへの吸気流れ（Ｆ１）に移行され、そのような吸気流れ（Ｆ１）の条件が、温度制御された導管１０による吸気枝管ＩＢの中で維持される。

本発明による呼吸ガスコンディショニングシステムの主たる利点は以下のとおりである。

従来からの積極的加湿器に比較してエネルギー消費量が少なく、実際のところ、エネルギーは、温度制御された導管を加熱するため、および場合により水リザーバーをわずかに加熱するためにだけに使用されている。

従来からの積極的加湿器に比較して水の消費量が少なく、実際のところ、このシステムは、患者の呼気による湿分の損失を補償するのに必要な量の湿分のみを供給する。

日常的な点検はほとんど必要なく、そのために、受動的および積極的器具のいずれと比較してもシステムメインテナンスが低減される。

従来からのシステムにおける水トラップが不要であり、ＨＭＥが高性能であるために、呼気側のガスは充分に乾燥していて、凝結物ウェルが不要となり、単に消費量を補償するための湿分含量を較正することによって、過剰な湿分が形成されることを防止し、そのために、吸気枝管の途中における凝結物ウェルの必要性がなくなる。

従来からのＨＭＥに比較してシステムを長時間運転できる。

患者の吸気ガスを充分に加熱、加湿でき、増湿システムによって添加される湿分の量が、実際のところ、ＨＭＥの湿分損失を補償するので、必要とされる湿分レベルが患者に供給される。

患者の安全性が改良され、使用されるのが低電力であり、かつ添加される湿分が小量であるために、熱傷および過剰湿分から患者が保護される。

ＨＭＥによって吸気流れおよび呼気流れが完全に分離されるので、その回路で一方向弁を使用する必要がなくなる。

患者の近くに置く回路がより軽量となり、他の加湿器の場合とは異なって、ＨＭＥを患者とは離れたベンチレーターの近くに位置させ、水が充満してくる水トラップが不要となるために、患者にかかる回路の重量がさらに低減される。

このシステムはさらに、新生児に使用するのにも理想的であるが、その理由は、導管の温度制御を単に向上させるだけで、小量のガス流れであっても、加湿および加熱することが極めてフレキシブルかつ効果的に実施できるからである。

本発明によるシステム１００を示す図である。

符号の説明

１０ 導管
２０ 導管
３０ 導管
５０ ＨＭＥ（熱湿度交換器）
６０ ベンチレーター
７０ Ｙ字形コネクター
８０ 温度センサー
９０ 温度センサー
１００ システム
ＥＢ 呼気枝管
Ｆ１ 吸気流れ
Ｆ２ 呼気流れ
ＩＢ 吸気枝管
ＰＺ 患者
ＲＤ 直管状コネクター
ＲＳ 水リザーバー

Claims (5)

1. 熱湿度交換器（ＨＭＥ）（５０）と、
   前記ＨＭＥ（５０）にそれぞれ接続される吸気枝管（ＩＢ）および呼気枝管（ＥＢ）であって、コネクター（７０）によって患者（ＰＺ）に接続される吸気枝管（ＩＢ）および呼気枝管（ＥＢ）と、
   を含む、呼吸ガスコンディショニングシステム（１００）であって、
   前記ＨＭＥ（５０）がベンチレーター（６０）の近くに位置し、そして
   水リザーバー（ＲＳ）は前記呼気枝管（ＥＢ）に接続され、且つ該水リザーバー（ＲＳ）が前記ＨＭＥ（５０）よりも上流側に位置していていることを特徴とするシステム。
2. 前記水リザーバー（ＲＳ）が、第一の温度制御された導管（２０）に対して下流側、そして第二の温度制御された導管（３０）に対して上流側に接続される、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記水リザーバー（ＲＳ）が所定の量の水を含み、前記第一の温度制御された導管（２０）から前記第二の温度制御された導管（３０）へと流れる呼気ガスがその表面を流れる、請求項２に記載のシステム（１００）。
4. 前記水リザーバー（ＲＳ）中の水が、電気抵抗器によって加熱される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
5. 前記システム全体を温度制御するための電子機器を含む、請求項１に記載のシステム（１００）。

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