JP2002526138A - 腸電位差の測定方法ならびに装置 - Google Patents
腸電位差の測定方法ならびに装置Info
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Abstract
Description
成する方法ならびに装置に関する。この発明は、さらにこの種の信号の適用方法
に関する。
は、入り込んでいる血管の平滑筋を拡張および収縮させる物質を放出することに
よって自身の血液の供給を制御する。しかしながら、この血管は全体的な血圧制
御のうちの一部でもあり、中央神経システム(CNS)によって制御される。こ
の制御は、動脈血圧を可能な限り一定に維持する原理によって動作し、これは例
えば腎臓が最適に機能するために重要である。人体は平均動脈血圧(MAP)を
2つの方式で変更することができ:これは、心臓出力(CO)すなわち心臓が単
位時間当りに送り出す総血液量であるシステム内の総流量を変化させるか、また
は全末梢抵抗(TPR)すなわちシステム内の総血管抵抗である。これらのパラ
メータ間においては以下の関係式が成立する: MAP=CO×TPR
れるとTPRに問題が生じて補償のためのCOを増加すべきことが明確に示され
ている。他方、COが一定でないが低いレベルにある場合、補償としてTPRを
増加させる必要がある。人体は、動脈側の圧力レセプタの手段によってMAPを
直接“測定”し、また既知の心臓周波数とともに有するCOを測定する。COお
よびMAPを知ることによって、人体はTPRを“計算”することができ、MA
Pが低下した際に適宜に補償を行うことができる。
あり、これらの問題を認識することが正しい治療を施すために極めて重要である
。集中治療を行う医師達は、COならびにTPRに影響を及ぼす薬剤を所持して
おり、これらを正しく使用するために前記の等式の中から少なくとも2つのパラ
メータに関する情報を必要としている。しかしながら、既存の技術においていく
つかのパラメータを継続的に記録することは可能であるとしても、MAPは不可
能である。従って、継続的な記録システムを実現することは、これによって医師
に早期に補償処理を開始するよう警告する“警報機能”が提供されるため、極め
て重要である。
ス”の時間対温度曲線からCOを算出する、いわゆる熱希釈の原理によって断続
的に測定することができる。しかしながら、この方法にはいくつかの欠点があり
、最も重篤なケースでの使用に限られる。さらに、測定によって得られるのは即
点的な計測値のみであり、また測定は数分以上の間繰り返すことができない。加
えて、心臓のカテーテル法は、重病の患者に対して小さいものの重要な合併症の
リスクを与えるものとなる。
。臨床的な手法において、このパラメータは皮膚温度を“表面的に暖かい”また
は“表面的に冷たい”と判定する主観的な評価で極大まかに算定されている。
要望がある。継続的な信号によって患者の状態が悪化した際に医師に警告がなさ
れて早期の処置を可能にするばかりでなく、最適な量の置換剤、心刺激剤を使用
することが可能となる。
このシステムによって制御される最も重要な血管床の1つは胃腸管であり、従っ
てこれは血圧制御において極めて重要なものである。
細菌が血液側に侵入することを助長する可能性があるからであり、これによって
重大な中毒性貧血すなわち血液中毒が引き起こされる危険性がある。この一連の
現象が適時的に検知されないと、患者の生命を救うために手遅れとなることがし
ばしばある。従って、TPRの間接的測定としてだけでなく、粘膜の損傷および
細菌の侵入の危険を低減するために、腸の交感活動を測定する方法が必要とされ
ている。
位を反映させるものである。PDの測定の原理が図1に示されている。塩化物の
能動的分泌は特殊なイオンチャネル、CFTRを介して発生するものであり、細
胞近傍の分路抵抗を介して再循環する粘膜間電流を形成する。結果として、粘膜
間電位差(PD)は、塩化物分泌速度ならびに分路抵抗の大きさの両方に依存す
る。生体外に隔離された組織内において、イオン流は組織を外部の電流源を使用
して短絡することによって測定され、この場合分路電流はゼロになる。結果とし
て、膜を短絡するために必要な電流すなわち短絡電流(SCC)は膜電流に等し
くなる。生体内においては短絡は全く不可能である。
の交感活動の作用の典型的な例が図2a〜図2dに示されている。
えば粘膜の塩透過能力、損傷していない粘膜バリア、適正に機能している上皮の
神経原性制御、および交感活動のレベル等に依存する。PD信号は、腸の上部に
細いプラスチックチューブを挿入し潅流と皮下を流れる同様な溶体との間の電位
差を測定することによって、比較的簡単に測定することができる。しかしながら
、このPD信号に伴った問題点は、腸の自律活動すなわち蠕動によって大きく影
響を受けることである。これらの変化の大きさは比較的大きなものとなり、従っ
て腸の自律活動が存在する場合に信号の交感要素を識別することは殆ど不可能で
あり、この理由のため実際PD信号は臨床現場において使用されたことがない。
感活動ならびにTPRを反映させる、粘膜間電位差(PD)信号を形成するため
の装置ならびに方法を提供することである。本発明の目的は、さらにこの種の信
号の適用法を提供することである。
定される。測定原理は、腸内に注入される電解液と皮下に注入される同じ電解液
との間の電位差を特殊に構成された増幅器によって測定することである。この種
の測定装置は既知であり;例えば、米国マサチューセッツ州のグラスインストゥ
ルーメンツ社製のグラスポリグラフ、および米国カリフォルニア州のスタタムイ
ンストゥルーメンツ社製の圧力トランスデューサを使用することができる。電気
的“ノイズ”を最小化するために信号をフィルタリングするが、その原理は本出
願において詳細には説明しない。
部分において流入圧力を計測することによって腸内における管腔内圧力(IP)
信号が測定される。IP信号は従来より既知の圧力センサを使用して得ることが
できる。
システム内において神経末端を能動化し、これは壁内反射の能動化につながり、
続いて電気的塩化物分泌を刺激する。従って、収縮に相関してPD信号に変化が
生じる。しかしながら、2つの信号間には重要な動的差異が存在する。IP信号
は殆ど瞬間的であり、他方PD信号は一定の最大上昇速度を有しており、これは
粘膜の分泌能力に依存している。PD信号に対してより重要なことは収縮の持続
時間であり、すなわち信号の上昇がどれくらい長く継続するかである。
道を有する。
ある。PD信号の“遅さ”のため、しきい値より上の分離された各圧力波(5秒
未満の持続時間を有する)はPDの屈折までの上昇をもたらし、これはPD信号
の最大上昇率に収縮時間をかけたものである。しかしながら、この関係はPDの
応答が減衰する時間を充分有する前に別の収縮が生じた場合には適用されない。
これに代えて、高い収縮周波数において分離された波が挿入され、すなわち互い
に“上に”重ね合わされ、これによりPDの増加が拡大し、これはその振幅に関
係なく個々の収縮によって形成されるものを大幅に越える。
波の振幅よりもはるかに重要なものとなる。
によるさらなる刺激があっても、このレベルの後にはPD信号の上昇は存在しな
い。このPD信号の最大レベルには、通常最大周波数で約12個の圧力波が過ぎ
た後到達する。PD信号の最大レベルはそれぞれ変化し、粘膜の最大分泌容量に
依存し、従って最大増加速度に相関する。
殆ど無関係に信号が降下し始める。この最大レベルからの信号強度の縮減は通常
単純指数関数の形状となる。しかしながら、この逃避周期の間においても腸内の
平均圧力の上昇によってPD信号の上昇が発生する(例えば異なったレセプタ群
を刺激することによって)。平均周波数の依存性すなわち平均圧力が一定量増加
したことに対するPD信号の増加は個々に変化するものであり、個々の被験者に
応じて決定することが好適である。
使用して測定され、PD信号は測定装置内の圧力変化を元にした信号要素から減
じられる。この縮減は前述した原理に従って実施される。この縮減は測定装置に
接続された評定装置内において実施され、これは本発明独自の集積回路とするか
、または一般的なパーソナルコンピュータによって実施される。この縮減はデジ
タルで実行することが好適であり、また必要に応じて測定装置から信号をアナロ
グからディジタルに変換する。
圧力信号内の各単一波の低下とともに縮減される。各波の縮減は実質的に波形の
持続時間×最大上昇率であり、これは各患者毎に決定することが好適である。こ
のステップのみによってもPD信号に対する圧力変化の影響が大幅に低下する。
。
この値は直接決定するか、またはこれと関連する最大上昇率から導出することが
できる。縮減値がこの最大縮減値に接近すると、圧力波による縮減に対する追加
的な寄与が削減されることが好適であり、これは特に単純指数関数状に行われ、
従って縮減は決して最大縮減値を越えることはない。
好適には単純指数関数状に再度低下する。これはいわゆる逃避現象であり、この
効果は圧力波によって引き起こされる他の全ての現象に対して少なくともいくら
かの時間優るものとなる。
れ、従って逃避現象にもかかわらず縮減の拡大が生じる。従って上昇した平均圧
力は縮減の拡大をもたらし、これによって縮減は平均圧力の変化×所与の利得定
数となる。従って、平均圧力の低下によって同じ大きさの縮減の低下がもたらさ
れる。
来より当業者において既知の方式によってフィルタリングされる。
自律活動によって影響を受けていないものであり粘膜バリアも損傷せず、この信
号から交感活動のレベルを推定することが可能であり、これはさらにTPRを量
的に反映させるものである。
示されている。明確に図示されているように、この信号には顕著な変化が含まれ
ており、これは生体外の状況に比べて対照的である。さらに、同じ被験者からの
同時圧力も示されている。自律活動の増加はPD信号における大きな上昇に相関
している。
る例が示されている。この図において元のPD信号は点線によって示されており
、フィルタリングされた信号は実線で示されている。
を介して分流する平行な抵抗が減少すると、PD値は交感神経活動に関係なく低
減する可能性がある。このことは誤った解釈につながりその結果不適正な処置を
行ってしまう危険性がある。従って、測定装置内に粘膜並列抵抗を測定する独立
した測定システムを備えることが好適である。このことは粘膜を横断して“人工
の”電気化学的な電位差を形成し、この電位を保持するために粘膜の能力を継続
的に測定することによって達成される。“人工の”PDは、圧力PDポートから
一定の距離(例えば約5cm)離間した同じカテーテルの別のポートにナトリウ
ムおよび塩化物がマンニトールすなわち不活性糖によって置換された電解溶液を
含む溶液を潅流させることによって形成される。管腔内のマンニトールは細胞間
チャネル内の負に帯電したポアを通じて水と電解溶液を“ドラッグ”するととも
に、管腔に正の電位、いわゆる流動電位を発生させる。
て組織の短絡を行うことによって測定された(図1参照)イオン流と同等なもの
となる。しかしながら、この場合人工のイオン流は、潅流液の成分を変更するこ
とによって代わりに生成される。従って、この電流によって生成される“人工の
”PDと自発的なPDとの間の相違は、分路抵抗の大きさおよびイオン選択性を
間接的に測定したものとなる。分路抵抗が低下するかまたは膜が損傷した場合、
“自発的”および人工の信号は等しいものとなる。このことは、膜受動的電気特
性が悪化した場合、膜はこの電位を形成および保持することができなくなり、正
電位の大きさが縮小する。結果として、流動電位現象が自律的活動によって誘発
される通常のPDの上に“重ね合わされ”、従って前述した方式によって縮減さ
れる。
感活動の増加か、イオン選択粘膜によるものか、あるいは膜の受動的イオン選択
特性の悪化によるものかを判別することが可能になる。従って、本発明に係る方
法および装置は、損傷していない粘膜バリアにより、腸内交感神経活動、ならび
に間接的にTPRを反映させる所要の継続的信号を提供することができる。粘膜
バリアの損傷を示さずに縮減されたPD値が低下した場合、医師は交感活動を縮
小するために例えば循環血代用液を増加すること等によって適正な測定を行うこ
とができる。このことは、次の段階の悪化が粘膜バリアを損傷させるため極めて
重要であり、これは実際に過度の交感活動によって発生し得る。“人工電位”機
能を含むことによって、膜悪化を早期に認識させるための警報機能を備えること
ができ、膜バリアの損傷は細菌の侵入につながり、これはいわゆる“不可逆ショ
ック”と呼ばれ集中治療室においてしばしば死亡原因となる極めて高い危険を伴
ったものであるため即座に強力な処置が必要となる。
が大きく妨害された場合に腸神経節の機能が急速に低下する。PD信号に対する
“縮減機能”は腸神経の完全な機能に基づいたものであり、より具体的には腸管
筋と粘膜下の神経叢との間の健全な相関性に基づいている。この相関構造が破壊
されると、すなわち収縮が拡大されたPDの振れまでの上昇をもたらさなくなっ
た場合、これは腸内低酸素症を示す別の指標であり得る。この現象の臨床中の発
生は可能な方法が存在しなかったためあまり研究されていないが、圧力対PDの
関係の動的な特性の変化は腸機能障害の独立した早期指標であることが判明して
きた。従って、本発明は、圧力とPDとが予測される方式で動的に相関していな
い場合に付勢される警報機能を含むものとなる。
続的測定の情報が得られ、これは腸神経システムの状態を反映させる多数のパラ
メータに留意して行われる。これらの全ての測定値に関して、測定は継続的に実
施され、緊急時に医療関係者に自動的に警告を与える警報リミットも簡便に提供
することができる。
るノルアドレナリンの作用を示している。
MNS(腸間膜神経刺激)を示している。
号の例を示している。図中の矢印は交感神経刺激(MNS)を示している。
曲線の例を提示している。
Claims (25)
- 【請求項1】 実質的に腸内自律活動の影響を受けない粘膜間電位差(PD
)信号を好適には連続的に形成するものであり: 腸内電位差(PD)を測定し; 腸内の管腔内圧力(IP)を測定し; IP信号の時間変化に基づいてPD信号を縮減する、 ステップからなることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 縮減はIP信号内の波形の持続時間ならびに波形間の時間間
隔に基づく請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 PD信号は波形の持続時間の一定的な縮減に基づいており、
この一定的な縮減は最大のPD伸張に対して予め設定された限界値によって決定
される請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 その間に予め設定されたしきい値よりも短い時間間隔を有す
る2つまたはそれ以上の波形を実際の各波形の持続時間の合計に等しい持続時間
を有する単一波形とみなす請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 縮減は波形間において好適には単純指数関数の形式で減衰さ
せる請求項2ないし4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 それを超えてさらなるPD信号の縮減がなされることがない
最大縮減値を決定するステップをさらに含む請求項1ないし5のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項7】 縮減が最大縮減値になるか少なくともこれに近づいた際に縮
減を好適には単純指数関数に従って減衰させる請求項5記載の方法。 - 【請求項8】 縮減はさらにIP信号の平均値に基づく請求項1ないし7の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 実質的に腸内自律活動の影響を受けずに粘膜間電位差(PD
)信号を形成する装置であり、腸内電位差(PD)を測定する装置と、腸内の管
腔内圧力(IP)を測定する装置と、これらの測定装置に接続された入力を有し
ておりIP信号の時間変化に基づいてPD信号を縮減しさらに縮減されたPD信
号を提供するための出力を備える算定装置とからなることを特徴とする装置。 - 【請求項10】 縮減はIP信号内の波形の持続時間に基づく請求項8記載
の装置。 - 【請求項11】 算定装置は波形の持続時間の一定的な縮減に基づいて入力
PD信号を縮減するように適用され、この一定的な縮減は最大のPD伸張に対し
て予め設定された限界値によって決定される請求項9記載の装置。 - 【請求項12】 縮減は波形間において好適には単純指数関数の形式で減衰
させる請求項9または10記載の装置。 - 【請求項13】 算定装置がそれを超えてさらなるPD信号の縮減がなされ
ることがない最大縮減値を有するよう適用される請求項8ないし11のいずれか
に記載の装置。 - 【請求項14】 縮減が最大縮減値になるか少なくともこれに近づいた際に
縮減を好適には単純指数関数に従って減衰させる請求項12記載の装置。 - 【請求項15】 縮減はさらにIP信号の平均値に基づく請求項1ないし1
4のいずれかに記載の装置。 - 【請求項16】 全末梢抵抗(TPR)を測定するためのものであり: 請求項1ないし15のいずれかに記載の方法に基づいて実質的に腸の自律活動
の影響を受けずに粘膜間電位差(PD)を測定し; このPD信号からTPRを反映させた量的信号を得る、 ステップからなることを特徴とする方法。 - 【請求項17】 平均動脈圧(MAP)と心臓出力(CO)を測定する初期
ステップを含みMAPをCOによって除することによってTPRの較正値を決定
する請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 全末梢抵抗(TPR)の変化を記録するものであり、請求
項8ないし14のいずれかに記載の装置に基づいて実質的に腸の自律活動の影響
を受けずに粘膜間電位差(PD)を測定する手段と、PD信号からTPRを算定
する手段とからなることを特徴とする装置。 - 【請求項19】 腸神経システム内の異常を検知するものであり: 粘膜間電位差(PD)信号を得るとともにこれを請求項1ないし8のいずれか
に記載の方法に基づいて解析し; PD信号とIP信号との間の関係が異常でないかどうか判定し; 異常が生じている場合に腸神経システム内の異常を警告する警報を自動的に提
供する、 ステップからなる方法。 - 【請求項20】 実質的に腸自律活動の影響によって縮減される電位差(P
D)信号が1つまたは両方の負の数値を示すかまたは最高値が予め設定されたし
きい値を超過した際にPD信号とIP信号の間の関係が異常であると判断する請
求項19記載の方法。 - 【請求項21】 腸神経システム内の異常を検知するものであり、粘膜間電
位差(PD)信号を得るとともにこれを請求項1ないし8のいずれかに記載の方
法に基づいて解析する手段と、PD信号とIP信号との間の関係が異常でないか
どうか判定する手段と、異常が生じている場合に判定手段によって自動的に付勢
され腸神経システム内の異常を警告する警報を提供する手段とからなることを特
徴とする装置。 - 【請求項22】 粘膜バリアの損傷を検知するためのものであり: 請求項1ないし8のいずれかに記載の方法に基づいて実質的に腸の自律活動の
影響を受けずに粘膜間電位差(PD)を測定し; 同様に請求項1ないし8のいずれかに記載の方法に基づいて実質的に腸の自律
活動の影響を受けずに、PD信号の測定に使用されるものとは異なった特にグル
コースまたはマンニトール等の糖からなるイオン濃度を潅流させることによって
形成された動脈電位差(APD)信号を獲得し; PDとAPD信号との間の平均差値を獲得し; 前記差値が予め設定されたしきい値よりも小さい場合に粘膜バリアの損傷を判
断する、 ステップからなることを特徴とする方法。 - 【請求項23】 損傷が検出された際に自動的に警報を発するステップを追
加的に含む請求項22記載の方法。 - 【請求項24】 粘膜バリアの損傷を検知するためのものであり、請求項1
ないし8のいずれかに記載の方法に基づいて実質的に腸の自律活動の影響を受け
ずに粘膜間電位差(PD)を測定する手段と;同様に請求項1ないし8のいずれ
かに記載の方法に基づいて実質的に腸の自律活動の影響を受けずにPD信号の測
定に使用されるものとは異なった特にグルコースまたはマンニトール等の糖から
なるイオン濃度を潅流させることによって形成された動脈電位差(APD)信号
を獲得する手段と;PDとAPD信号との間の平均差値を獲得する手段と;前記
差値が予め設定されたしきい値よりも小さい場合に粘膜バリアの損傷を判断する
手段とからなることを特徴とする装置。 - 【請求項25】 PDおよびAPD信号を測定する手段は1つの共有カテー
テルを有し、これがカテーテルの遠位の端部から一定距離、特に5cm離れた場
所で分岐している2本の独立チャネルを有することを特徴とする請求項24記載
の装置。
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