JPS6133610B2

JPS6133610B2 -

Info

Publication number: JPS6133610B2
Application number: JP53102937A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Haraguchi
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1978-08-25
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1986-08-02
Also published as: JPS5531416A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は正確に調節された比率の混合液を簡易
に調製する方法に関するものである。特に透析、
限外過等に用いられる透析溶液を調製するのに
好適な方法を提供するものである。

各種の化学工業、さらには各種試薬の調製、あ
るいは近年重要度を増している人工腎臓などの代
謝機能調節に用いられる透析溶液等、溶液の濃度
を簡易かつ正確に調節する要求は、益々増大しつ
つある。従来、このような一定濃度の溶液を調製
する方法としては、比例供給ポンプ等を用いて、
濃縮液および稀釈液の量を正確に計量し、両者を
混合するという方式が一般にとられている。しか
しかかる方法は、両者とも正確に計量する必要が
あり、これを装置化しようとすると、複雑となる
ばかりでなく、混合比率が大きいときなどは不正
確となりやすい。また従来の方式では、大気その
他の気体と接した状態で混合され、その際に好ま
しくない気体の混入等が生じる。さらに人工腎臓
による透析患者は、毎週何回も病院に通つて長時
間の血液透析を受けており、社会復帰上の支障と
なつている。在宅治療を可能とするためには、透
析装置をコンパクトにし、かつ操作を簡便確実に
する必要があり、かかる要請は今や社会的にも大
きい。本発明は、かかる観点から気体の混入を防
止しつつ、正確に調節された比率の混合液を簡単
に調製する方法をも提供するものである。

すなわち本発明は、特許請求の範囲の項に示し
た各操作から成る正確に調節された比率の混合液
の調製方法に係る。

以下、本発明に係る具体例を図面を用いて説明
する。第１図において、Ａは全体として一定容量
の密閉容器であり、隔壁として伸縮可能なシリコ
ンゴムダイアフラム１ａにより二つの小室２ａ，
３ａに分離されている。容器Ａの内側はほぼ球形
にくり抜かれており、ダイアフラム１ａはくり抜
きの全部分にわたり変位可能なように張られてい
る。容器外との液の導入、排出は３方電磁弁４ａ
を介している。液体導入口１４は、稀釈液供給ラ
イン２１と濃縮液供給ライン２２で構成され、後
者には逆止弁２３，２４と注射器タイプのピスト
ンポンプ２５が設置されている。小室２ａ内に充
満した液体を排出する排出ライン７３ａは、その
後方において適宜のポンプ７４を備えている。小
室３ａはダイヤフラム１ａが移動可能な様に、適
宜の出入口７１ａを具備している。

今、小室２ａ内の液がポンプ７４で排出され、
ダイヤフラム１ａが左側に密着した状態で中央制
御装置（図示せず）の指令が発せられると、３方
電磁４ａが作動し、必要なポンプを駆動してある
いはバルブ操作により、ライン２１から稀釈液の
供給が開始される。続いてピストンポンプ２５を
作動させて、あらかじめ計量済の濃縮液を一方の
小室２ａに供給する。容器Ａの左壁に密着してい
たダイヤフラム１ａは液の流入とともに変位し、
ついに右壁に密着すると圧力計指示に応じた信号
発信器の停止信号により、供給が停止する。この
後必要に応じポンプ７４の作動により排出ライン
７３ａを通して、正確に濃度の調節された液が排
出され使用に供される。

容器Ａ内の調製液が全量使用に供されると、ダ
イヤフラム１ａは左壁に密着するが、この時圧力
計指示がマイナス側に変化するため、これを検知
して中央制御装置へ知らせれば、中央制御装置か
ら再び信号が発生られ、上述の動作をくり返す。

なおこの際排出ラインの適宜の位置に、溜り部
（図示せず）を設けて、その混合物を均一にした
り、溜り部中に撹拌器を設置してもよい。あるい
は容器Ａを振とうするなどして混合してもよい。
また調製された溶液を透析液として使用する場合
には、患者の体温を調節するために、適宜の位置
に溶液の温度をコントロールするヒーターを設け
てもよい。また必要に応じ、小室２ａに至るまで
の液供給ラインなどに気液分離器を設けて、液量
をより正確にすることも可能である。

第１図で説明した如く、ダイヤフラム１ａが容
器Ａの左壁に密着した状態から、小室２ａへの液
の流入が開始され、ダイヤフラム１ａが右壁に密
着するまで液体が流入するので、小室２ａが受入
れる総液量は一定である。従つてライン２２から
所定量の濃縮液を供給しさえすれば、特にライン
２１からの稀釈液の供給量や速度を規制しなくと
も、小室２ａ内の濃度は各バツチごとに正確に同
じになる。従つて稀釈液の供給は、定量ポンプや
比例供給ポンプ等の厳密なものを必要とせず、極
端な場合渦巻きポンプのような逆流を許すタイプ
ではポンプを止める事さえも不要となる。このた
め、装置が安価かつコンパクトとなる。しかも、
小室２ａ内は密閉系であつて外気と接しないの
で、気体の混入がなく、正確な濃度調節ができ
る。さらに、混合後できるだけ短時間のうちに使
用してしまわないと沈澱等の不都合が生じる溶液
の製造にも極めて好適である。

なお、濃縮液の供給および稀釈液の供給は、中
央指令装置の指令にタイミングを合せて開始さ
れ、隔壁が右壁に密着するまで完了しておく必要
があることはもちろんである。濃縮液の供給は、
稀釈液の供給が完了する前に行なわないと、本発
明方法の利点が発揮できない。先に濃縮液を供給
し、それが完了してから稀釈液を添加するか、濃
縮比率によつては同時に供給するかは自由であ
る。あるいは稀釈液を供給し始めててから適宜の
時点で、所定量の濃縮液を供給してもよい。供給
は一時に、または分割して行なわれるが、非連続
的に行ない停止信号より前に終了しないと、正確
な調節ができない。

また２種以上の濃縮液を供給したい場合には、
計量器２５と濃縮液供給ライン２２を複数にする
こともできる。また、濃縮物は必ずしも液体であ
る必要はなく、錠剤等の利用も可能である。

本発明で使用される全体として一定容量の密閉
容器Ａは、第１図に示したダイヤフラム１ａを隔
壁としたものに限定されない。たとえば、第２図
においてａはシリンダー／ピストン方式のもので
あり、ピストンロツド３１を往復運動させること
により、ヘツド３２を移動させる。ｂはパルスモ
ータ３３を正逆回転させ、ラツク・ピニオン機構
３４を介して、ベローズ３５を伸縮させる。いず
れの場合も、総受入れ液量は一定させる必要があ
り、ａではリミツトスイツチ３６および爪３７
で、またｂではパルスモータ３３へ付加するパル
ス数でストローク長が規制される。

本発明の方法は、代謝機能調節等の目的で透析
と限外過を同時に行なう場合に、自動的に所定
濃度に透析液を混合調製し、かつ透析効率を低下
させる事なく、限外過量を正確に測定・規制す
ることのできる、コンパクトで安価な人工腎臓装
置に応用できる。

血液浄化処理に用いる人工腎臓は、中空糸タイ
プ、キールタイプなどが知られており、透析およ
び限外過の原理により、血液中の老廃物、水分
を除去するものであるが、透析液が所定の濃度に
調製されていること、限外過量を正確に規制で
きること、および透析効率が良い事が要求され
る。透析液濃度が正確でないと、透析液〜血液間
の物質交換が正常に実施されないばかりでなく、
血液中の滲透圧が正常値より外れ、細胞内の水分
バランスが異常になることにより、頭痛・嘔吐な
どの不均衝症候群を発生し、死を招くおそれがあ
る。また、限外過液量の制御が不正確であれ
ば、体液中の水分量が変動し、患者の体調は改善
されない。更に透析効率が悪いと、老廃物の除去
が不充分なまま透析が終るか、或いは長時間の透
析を余儀なくされ、やはり患者の負担となる。

このため、本発明者らは人工腎臓への応用につ
いて種々検討し、次のようなシステムが有効であ
る事を見いだした。

即ち、被処理液と透析液を透析器内において滲
透性半透膜を介して接触させ透析と限外過を同
時に行なわせる流体の分離装置において、透析器
に透析液を供給、流出させるに際し、少なくても
１つの面が変位可能な隔壁により２室に分離され
た透析液容器を用い、該容器の隔壁で分離された
一方の小室と透析器の透析液入口とを連結し、他
方の小室と透析器の透析液出口とを連結して１つ
の密閉回路を形成させ、前記変位可能な隔壁を変
位させることにより、あるいはポンプ等の手段に
より、上記密閉回路に透析液の流れを発生させう
るようにした限外過装置である。該小室に収容
しうる透析液の量は一回の透析をまかなうのには
足らないので、透析続行中に液の補充ができるよ
うにするため、透析器入口と連結された透析液容
器小室を濃縮液と稀釈液の供給ラインに接続し、
透析器出口と連結された他方の小室を液廃棄ライ
ンに接続すると共に、かかる系統を２組以上用意
して、順次切換使用するようにする。

かかる具体例を第３図により説明する。Ａ，Ｂ
は一定容量の透析液容器であり、その構造等は第
１図の場合に準じる。Ａ，Ｂは電磁弁４，５の作
動に応じて、交互に同一作動を繰返す。

いま図において、容器Ｂが透析器７に連結され
ている状況を示している。小室２ｂ内に準備され
た新鮮な透析液は、ポンプ６により、電磁弁４
ｂ、透析器７、流量計８、気液分離器９、電磁弁
５ｂを経て、容器Ｂの他方の小室３ｂへ移送さ
れ、密閉回路を形成する。従つて２ｂから７へ送
液された量と等量の液が７から３ｂへ廃棄され、
この量はとりもなおさず、ダイヤフラム１ｂの移
動による変位容積である。この２ｂ〜７〜３ｂの
密閉回路から定量ポンプ１０で液の一部を系外へ
排出すれば、これと全く同じ液量が透析器内の半
透膜を通して、血液側１１より透析液側に移行す
る。即ちポンプ１０の排出速度を設定すれば、一
義的に限外過量（除水量）が決定される。

この間、透析液容器Ａの側は、電磁弁４ａ，５
ａで前記透析液容器Ｂの側と切り離されており、
本発明の原理により、３ａ内の廃透析液を系外に
排出し、新鮮で正確に比率の調節された透析液を
２ａ内に調製して次の切換えを待機する。その要
領はすでに第１図について説明した。

次にＡ，Ｂ両系統の切換えのタイミングを説明
する。小室２ｂ内の液がすべて７へ移送される
と、図において、ダイヤフラム１ｂは２ｂの左壁
に密着する。この状態では液の流れがなくなるの
で、流量計８内のフロート１５は低下し、光電ス
イツチ１６を作動させる。この信号により電磁弁
４，５を実線のラインから破線のラインに切換え
れば、既に新鮮な透析液が充満された容器Ａの小
室２ａが透析器７へ連結され、一方容器Ｂは、本
発明の原理により新鮮な透析液の受入れ、および
使用ずみの透析液の廃棄を開始する。廃棄には、
もちろん適宜浄化処理して再使用することを含
む。なお、上記で明らかな如く、小室２ｂ内の透
析液を消費してしまうまでに、即ち切換え信号が
発せられるまでに、２ａは新鮮な透析液を受入
れ、必要に応じて補助混合も含めて準備を完了し
ている必要がある。

次に気液分離器９について説明する。透析器内
の透析液側は通常陰圧下で操作される。そのため
に顕在化した透析液中の溶存気体や、接続部での
洩れによる気体混入があれば、その分だけポンプ
１０の排出量より実際の限外過量が少なくな
る。分離器９はかかる気体を除去するもので、フ
ロート１７と電磁弁１８を具備しており、気体蓄
積をフロート１７のレベル低下で検知し、電磁弁
１７を開放することにより、分離器内の気体を大
気へ放出する。

上記の構成の装置により、正確な除水量制御が
可能になり、また新旧の透析液の混合による透析
効率の低下もない効果的な透析治療が可能になつ
た。しかして、本発明はこれをスムースに作動さ
せるために必須のものである。

一般に透析液などの濃度調製には、複数個の定
量ポンプの動作を機械的・電子的に連動させた定
比率混合ポンプ方式や、混合透析液の濃度を測定
し、フイードバツクして、濃厚液の供給量を制御
する電子式のものが知られている。しかし前者は
高価で小形化が困難であるばかりでなく、正確性
が充分でない。また後者は測定電極へのゴミ付着
による故障など信頼性に欠けるし、常に完全混合
を期待しなければならず現実的でない。

この点、本発明においては密閉容器の容量が一
定であり、それ以上は入らないことを利用するた
めに、簡易な操作が可能となつた。すなわち稀釈
液の供給は単に充満時の配慮をするだけでよく、
送液量に変動があつても差支えない。家庭にあつ
ては、稀釈液源としては市水が用いられることが
多く、水圧変動や一時的な停止もありうるし、ま
た３ａからの排出液の容器がいつぱいになつた
り、こぼれたりして停止を余儀なくされることも
あるので、この点は大きな利点である。もちろん
混合操作の途中では完全に混合していることは要
求されず、次回使用時までに生理的に支障がない
程度に混合されればよい。

一方、本発明においては混合比率の目標値を適
宜変更でき、さらには濃縮物供給を２系統以上設
けてその相互比率を調節することにより組成をも
変更可能である。現状では、患者の症状は多種多
様であるにもかかわらず、透析液は市販濃縮液を
指定倍率で稀釈し、一率に使用されている。患者
ごとに透析液の処方を変更するのは煩雑なばかり
でなく、他の患者の分と混合したりする危険があ
るため実用的でないからである。このため医師
は、事実上患者の症状に応じた処方をすることが
できず、最大公約数的な処方をもつて治療してい
るのが現状である。

さらに、本発明にあつては、一回の透析の中途
においてすら、混合比率や組成の変更が容易にで
きるという、従来法では考えられなかつた利点を
も有する。一般に、正常腎の人の血液滲透圧が約
285mOsm/に対して、慢性腎不全患者のそれは
約335mOsm/であり、血液中に蓄積した老廃物
の濃度分に応じて滲透圧が高い。これに対して透
析液の滲透圧Ｘは、透析終了時の血液滲透圧を正
常腎レベルにするため、約285mOsm/の一定値
に調整されている。そのため次の不都合が指摘さ
れている。

即ち、腎不全患者の血液滲透圧Ｙを非常に高く
している尿素等の低分子老廃物は、透析開始とと
もに比較的早く除去される。それに伴つて第４図
ａのごとく血液の滲透圧は急速に低下するが、そ
れに比べ細胞内の老廃物の血液への移行が遅いた
め、依然として細胞内の滲透圧Ｚは高い。従つ
て、本来は細胞より血液へ移行すべき水分が、逆
に血液中より細胞へ逆流する場合が生ずる。これ
が透析による不均衡症候群の原因の一つであると
されている。

これの対策としては、透析液の滲透圧X′を、
第４図ｂに示す如く、透析開始時点では血液の滲
透圧Y′に近い、高いレベルに設定し、透析の進
行とともに、所定の最終値（約285mOsm/）ま
で徐々に低下させればよいものの、操作があまり
にも煩雑で実現できていなかつた。

上記対策の実現のため有効な本発明の一実施態
様を第５図により説明する。第５図は第１図、第
２図中の透析液供給ライン１４の詳細を記したも
のであり、各符号の意味も共通である。ピストン
ポンプ２５のロツド４１にはラツクピニオン機構
４２が設けられており、パルスモータ４３の回転
運動を４１の直線運動に変換する。モータ４３は
パルス設定器４４より印加されたパルス数に比例
した量だけ正転・逆転する。

次にモータ４３と設定器４４の作動を説明す
る。透析液容器の切換え信号が発せられると、パ
ルス設定器４４が所定のパルス数をモータ４３に
印加し、モータは正転する。これに伴いピストン
ポンプ２５内の計量済みの濃縮液が２４，２２を
通して１４へ注入される。所定のパルス数に達す
れば、即ち一回分の注入が完了すれば、４４は同
一のパルス数だけモータへ逆転信号を発する。逆
転すると２３から濃厚液が２５内へ充填される。
所定の逆転パルス数に達した時点、即ち所定の濃
厚液が計量された時点でモータ４３は停止し、必
要あれば二回分以降の注入を行なう。完了後、計
量した状態で次の透析液容器切換信号が発せられ
るまで待機する。パルスモータへ印加されるパル
ス数は、プログラマー４５で電子的あるいは機械
的に規定され、透析の進行に伴い、第６図に示す
ように徐々に減少させる。これに伴つて一回分の
ストロークも減少し、２５より１４へ注入される
濃厚液量はプログラムに追従して低下していく。
なお、ストロークの調整に代え、注入回数で規制
することとしてもよい。

また、２１から供給される稀釈液は、清浄水に
限定されものではなく、ベース成分を含んだ透析
液でもよい。たとえば、既に滲透圧が285mOsm/
に調整された一般に使用される条件の透析液を
稀釈液として使用し、濃縮液ライン２２から濃度
50％のブドウ糖を添加する場合、透析液容器Ａの
容積が500mlであれば、透析開始時は7.24ml／
回、終了時には０となるように、第４図ｂの
X′の変化に対応するように、ブドウ糖液の添加
量を低下させていけばよい。

更に透析治療上の問題として、透析液中にバツ
フアー成分として添加されるアセテート（酢酸
塩）の体内蓄積や代謝による不均衡症候の発生が
あるとされている。これを防ぐためには、アセテ
ートをバイカーボネイト（HCO₃ ^-）に転換する事
が望ましいが、周知の如く、重炭酸イオンは炭酸
イオンになりやすく、かつ透析液中にあるCa⁺⁺
イオンはCO₃ ^-と結合し沈澱物を生成しやすい。
従つて単に酢酸塩を重炭酸塩に代えるだけでは、
沈澱物による配管詰まりやバルブ作動不良を招
く。さらに、Ca⁺⁺代謝にも問題が出るであろ
う。

本発明はこのような問題に対しても効果的であ
る。即ち、炭酸イオンと重炭酸イオンの平衡関係
からしてPHの上昇を抑制すればよいが、その具体
例を第３図で説明する。稀釈液ライン２１から
は、Na⁺濃度110mEq/を含み、滲透圧を237mO
ｓｍ／に調整された溶液が供給される。この溶液
はPH調整剤として乳酸を３mEq/含み、そのPH
は、バイカーボネイト液添加後の透析液のPHが
7.7〜7.5になるように4.5前後に調整されている。
この稀釈液に対して、バイカーボネイト液として
重曹を７％含んだ液をポンプ２５より注入して、
Na⁺濃度135mEq/、HCO₃ ^-濃度29mEq/、滲
透圧286mOsm/の透析液とする。

このようにすれば、PH調整された液に透析液容
器に入る直前に、重曹液が注入されるので炭酸カ
ルシウムの沈澱もなく、安定した透析が可能であ
る。一方、長期的には乳酸による配管の酸腐蝕の
問題が懸念される。これを改善するには、稀釈液
に炭酸ガスを吸収させ、減圧脱気した後、濃縮液
ラインからバイカーボネイト液を計量・注入する
ことが考えられる。この原理に基づく実施例を第
７図で説明する。５１〜５４は２２〜２５に対応
する。本例においては、清浄水はライン６１より
供給されるが、炭酸ガスボンベ６２からの炭酸ガ
スが混合器６３で充分に溶解された後、ヒータ６
４で昇温され、減圧弁６５により陰圧−600mmHg
にまで減圧される。この陰圧で顕在化した清浄水
中の溶存空気および未溶解の炭酸ガスを含んだ気
液混合流体はポンプ６７で昇圧され、気液分離器
６８で気体を分離排除した後、稀釈液ライン２１
に供給される。ライン２２から計量器２５で計量
された乳酸を含まぬ濃縮液、更にライン５１から
計量器５４で計量された重曹液が注入される。ラ
イン２２およびライン５１の位置は相互に逆転し
てもよい。

このように、溶存炭酸ガスによりPHは酸性側に
移行し、炭酸塩の析出はない。ヒータ６４は、ヒ
ータ表面での炭酸塩の析出およびブドウ糖の炭化
防止のため、重曹が添加される前に設置される必
要があるが、さらに脱気効果の効率向上のため、
ポンプ６７の上流にあることが好ましい。炭酸ガ
ス量は、炭酸ガス分圧が最終的に30〜60mmHgに
なるように調整する。

本発明の上に説明したように応用例は、除水量
や透析液濃度の調整を自動化し、患者や治療側の
負担を軽くしただけではなく、症状に応じた最適
の治療法選択を実現し、従来みられた透析治療に
おける不均衡症候群の発生を防止を可能とした。
これらの操作の中心となる中央制御装置も、集積
回路等の発達した今日においては、安価かつ小型
確実なものが入手容易である。

更に、本発明の適用対象は人工腎臓における透
析に限定されるものではなく、人工腎臓などの透
析・限外過を併用した、人工的に代謝を行なわ
せる他の人工臓器への適用も可能である。もちろ
ん試薬の調製、正確な濃度の混合液を要する化学
工業などへの応用範囲も広い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第５図、は本発明に係る実施
例であり、第４図、第６図はその原理説明図、第
２図、第７図は他の実施例である。

Claims

【特許請求の範囲】

１少くとも一つの面が変位可能な隔壁により２
室に分離された、全体として一定容量の密閉容器
を用いて正確に調節された比率の混合液を調製す
る方法において、まず(a)該隔壁を変位させて第１
の室内の流体を排出すると共に、第２室に必要に
応じて流体を導入し、(b)第１室の排出口と第２室
の導入口を閉鎖し、次に(c)該隔壁を反対方向に
徐々に変位させつつ、該第１室に希釈液を供給
し、同時に該第２室から必要に応じて流体を排出
し、(d)上記(c)の操作が完了するまでの適宜の時期
に、１種または２種以上の濃縮物の所定量を、一
時にまたは分割して非連続的に、希釈液供給口を
通じ、および／または該第１室に直接に加え、(e)
該隔壁の変位が完了するまで該希釈液を該第１室
へ供給することを特徴とする正確に調節された比
率の混合液を調製する方法。