体外循環用ローラポンプチューブ材料の力学的性質が血液損傷に及ぼす影響

• 研究課題/領域番号: 23K17249
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分90140:医療技術評価学関連
• 研究機関: 東北文化学園大学
• 研究代表者: 深谷 碧 東北文化学園大学, 工学部, 助教 (20826060)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2028-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 圧閉度 / ローラポンプ / 人工心肺 / 溶血 / 急性腎障害 / 血液損傷 / 合成高分子 / 力学的性質 / 高分子材料 / 体外循環

研究開始時の研究の概要

ローラポンプは遠心ポンプよりも血液損傷が高いことが問題視されている。これまでの研究成果では、ローラポンプの血液損傷の原因はチューブに使用される高分子材料の力学的性質が大きく影響しているデータを得た。そこで、材料の異なるチューブを用いて①高分子材料の力学的特性、②圧閉部の流体特性、③圧閉部の流路内形状、④溶血への影響を解析し、合成高分子材料の力学的性質による血液損傷への影響を検討する。

研究実績の概要

人工心肺装置に用いられるローラポンプは汎用性が高く、消耗品材料はチューブのみとコストパフォーマンスに優れる。しかし、ローラポンプは遠心ポンプよりも血液損傷が高いことが問題視されている。ローラポンプの血液損傷の原因としては、ローラがチューブを加圧したときのチューブ内流路の閉塞の度合、つまり圧閉度が関係しており、使用前の適切な圧閉度調整が血液損傷を最小限にするとされている。しかしながら、申請者の研究ではローラポンプの血液損傷の原因は圧閉度のみではなく、チューブに使用される高分子材料の力学的性質が大きく影響しているデータを得た。そこで、本研究では、ローラポンプのポンプチューブに使用される高分子材料の力学的性質が血流特性ならびに血液損傷にどのような影響を及ぼすかを検証している。2023年度は血液損傷の少ないチューブの力学的性質を検討するために、チューブ口径の異なる1/2インチと3/8インチのチューブと山羊血を用いてin vitro血液循環試験を実施し、同じ血液流量に設定した時の血漿遊離ヘモグロビン量を比較検討した。血漿遊離ヘモグロビンの経時変化は1/2インチチューブの方が大きい結果であった。同じ流量に設定した場合、回転数が高い3/8インチチューブの方が1/2インチチューブよりも血液損傷の度合いが大きいと考えたが、今後はチューブ内流路形状の継時変化や、チューブ圧閉部の面積などをふまえて血液損傷への影響を検証する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

チューブ口径の異なる1/2インチと3/8インチのチューブと山羊血を用いてin vitro血液循環試験を実施し、同じ血液流量に設定した時の血漿遊離ヘモグロビン量を比較検討することで、チューブに使用される高分子材料の力学的性質が血液損傷に影響している新たなデータを得ることができた。

今後の研究の推進方策

チューブ口径の異なる1/2インチと3/8インチのチューブと山羊血を用いてin vitro血液循環試験を実施し、同じ血液流量に設定した時の血漿遊離ヘモグロビン量を比較検討した。血漿遊離ヘモグロビンの経時変化は1/2インチチューブの方が大きい結果であった。同じ流量に設定した場合、回転数が高い3/8インチチューブの方が1/2インチチューブよりも血液損傷の度合いが大きいと考えたが、次年度はチューブ内流路形状の継時変化や、チューブ圧閉部の面積などをふまえて血液損傷への影響を検証する。また、ポンプチューブ内径、外径、可塑剤などの異なるチューブを追加し、さらに血液損傷への影響を検討する。