酸素消費量に基づく人工心臓の制御法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10680813
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 中村 真人 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教授 (90301803)
• 研究分担者: 妙中 義之 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 部長 (00142183) ; 巽 英介 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00216996) ; 本間 章彦 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (20287428) ; 増澤 徹 茨城大学, 工学部, 助教授 (40199691)
• キーワード: 全人工心臓 / 流量制御 / 酸素消費量 / 混合静脈血酸素飽和度 / 心拍出量 / 動物実験 / 正常動物 / 光センサ

研究概要

完全埋め込み型全人工心臓の開発は、ついに動物を生かすまでに至ったが、生体内での生理的な駆動法は、未だ確立されていない。本研究では、人工心臓の流量は生体の要求に応じて調節すべきである、との考えから、酸素消費量に基づく制御法を開発した。概要は、「人工心臓に装着した光センサーを用いて動脈血、混合静脈血酸素飽和度(SaO_2,SvO_2)をモニターし、拍出量の情報と合わせて、Fick法により酸素消費量を求める。その値に応じて目標拍出量を見積もり、駆動を制御する。」という方法である。
本研究では、まず、計測・制御に必要なパラメータの特性を検討するために、正常仔牛を用いた動物実験で、運動負荷を行ない、心拍出量とSvO_2、酸素消費量の関係を検討した。また、ステップ運動負荷を行い、心拍出量とSvO_2の反応速度を検討した。その結果、運動強度と心拍出量、SvO_2、酸素消費量には高い相関関係を認め、また、心拍出量とSvO_2はほとんど同じ時間遅れで反応することが見出され、生理的な反応速度での制御が可能であることが示された。
次に、正常動物での結果に基づいて、空気駆動型全人工心臓、電気油圧駆動型全人工心臓を対象に、SvO_2に基づく制御、酸素消費量に基づく制御法のプログラムを作製した。
さらに、空気駆動型全人工心臓を埋め込んだ動物で、運動負荷を行ない、SvO_2に基づく制御法のin-vivo評価を行なった。SvO_2に基づく制御法は、対照の定値駆動下での場合より、運動量、血行動態、酸素代謝面で明らかに優れていることが証明され、可能性と有効性が示された。酸素消費量に基づく制御法はさらに有効な酸素代謝へと調節できる可能性があり、例数を重ねての検討と、実用化へ向けての発展が期待される。

研究成果

• [文献書誌] 中村真人、大野孝、増澤徹、他: "酸素代謝からみた人工心臓流量制御法の可能性の検討"日本機械学会 第10回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 97-72. 199-200 (1998)
• [文献書誌] Nakamura M., Masuzawa T., Tatsumi E., et. al.: "The development of a control method for a total artificial heart using mixed venous oxygen saturation"Artificial Organs. 23. 235-241 (1999)
• [文献書誌] 中村真人、巽英介、増澤徹、他: "混合静脈血酸素飽和度に基づいた全人工心臓の流量制御法の開発"人工臓器. 28. 333-338 (1999)
• [文献書誌] Nakamura M., Masuzawa T., Tatsumi E., et. al.: "Control method of total artificial heart based on mixed venous oxygen saturation"ASAIO J. 45(5). 460-465 (1999)
• [文献書誌] Nakamura M., Homma A., Tatsumi E., et. al.: "Mixed venous oxygen saturation as a promising parameter for control of total artificial heart"ASAIO J. (in press). (2000)
• [文献書誌] Nakamura M., Takatani S., Ouchi K., et al.: "Oxygen-demand-based physiological control of total artificial heart"Journal of Congestive Heart Failure and Circulatory Support. (in press). (2000)
• [文献書誌] 中村真人、本間章彦、高谷節雄、他: "全人工心臓制御のための混合静脈血酸素飽和度の動的特性"医用電子と生体工学. 38,特別号(投稿中). (2000)
• [文献書誌] 本間章彦、中村真人、上所邦広、他: "超音波を利用した拍動流ポンプのダイアフラム位置計測に関する研究"医用電子と生体工学. 38,特別号(投稿中). (2000)
• [文献書誌] 高橋正昭、本間章彦、巽英介、他: "体内完全埋め込み型人工心臓の駆動圧モニタ用圧センサーに関する検討"医用電子と生体工学. 38,特別号(投稿中). (2000)