JP2003505190A - 低体温状態を誘導するための方法 - Google Patents
低体温状態を誘導するための方法Info
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Abstract
(57)【要約】
装置を冷却する相転移粒子スラリーのためのシステムならびに外部冷却および内部冷却を介して患者の低体温状態を誘発するための方法が、提供される。皮下、脈管内、腹腔内、胃腸、および肺の冷却方法は、人の組織と適合性である、生理食塩水アイススラリーまたは他の相転移スラリーを使用して実施される。そして従来の外部冷却方法を、キャップおよびトルソーブラケットを冷却する際に相転移スラリー材料を利用することによって改良する。
Description
【0001】
本発明は、低体温状態を誘導するための方法と題した1999年8月2日にK
aszaらによって出願された米国仮出願第60/146,753号(本明細書
中で参考として援用される)の優先権を主張する。
aszaらによって出願された米国仮出願第60/146,753号(本明細書
中で参考として援用される)の優先権を主張する。
【0002】
(連邦政府によって助成された調査または開発)
アメリカ合衆国政府は、アメリカ合衆国エネルギー省とシカゴ大学との間の契
約番号W−31−109−ENG−38に従う本発明の権利を有する。
約番号W−31−109−ENG−38に従う本発明の権利を有する。
【0003】
(発明の背景)
本発明は、保護的低体温状態を内部冷却および外部冷却を介して誘導するため
に高い冷却能、流動性、および安定性を有する、アイススラリーのような技術的
に検討された相転移粒子性スラリーの製造および使用に関する。
に高い冷却能、流動性、および安定性を有する、アイススラリーのような技術的
に検討された相転移粒子性スラリーの製造および使用に関する。
【0004】
低体温状態は、不適切な血液の流れおよび酸素の欠乏によって引き起こされる
組織への損傷を延期し得ることは、周知である。低体温状態の潜在的な保護特性
の1つの重要な例は、心停止の分野である。突然の心停止は、米国における主な
死因の一つであり、毎日約1000人が発症し、それらのほとんどが病院の外で
引き起こされる。救急隊員による基本的な生命維持装置および進んだ心臓生命維
持装置の広範の使用にもかかわらず、心停止患者の生存率は、通常、2〜4%よ
り低い。なぜならば、大部分において、脳および心臓の細胞が数分内で死に始め
、続いて全体の虚血、または不適切な血流が始まるからである。
組織への損傷を延期し得ることは、周知である。低体温状態の潜在的な保護特性
の1つの重要な例は、心停止の分野である。突然の心停止は、米国における主な
死因の一つであり、毎日約1000人が発症し、それらのほとんどが病院の外で
引き起こされる。救急隊員による基本的な生命維持装置および進んだ心臓生命維
持装置の広範の使用にもかかわらず、心停止患者の生存率は、通常、2〜4%よ
り低い。なぜならば、大部分において、脳および心臓の細胞が数分内で死に始め
、続いて全体の虚血、または不適切な血流が始まるからである。
【0005】
重篤な虚血を生き抜くためのこれらの細胞の能力は、過渡的な低体温状態によ
り顕著に増大され得る。しかし、通院前の設定において、血流のない患者の迅速
および顕著な冷却(10分以内での34℃以下の温度への冷却)は、これまで達
成されてこなかった。
り顕著に増大され得る。しかし、通院前の設定において、血流のない患者の迅速
および顕著な冷却(10分以内での34℃以下の温度への冷却)は、これまで達
成されてこなかった。
【0006】
外部冷却方法は、所望の冷却速度を達成するに効果的であることが見出されて
こなかった。本出願人によるいくつかの研究は、表面の冷却のみの現在の技術で
は、低体温状態の迅速な誘導に効果的でないという事実を明らかとした。正常な
血行の患者において、外部冷却ブラケットおよび/または気化対流方法を用いて
達成可能な中心冷却(core cooling)速度は、0.1℃/分を超え
ず、0.05℃/分のオーダーの速度がより一般的である。これにより、1時間
当たり6℃未満の冷却速度が得られ、心停止の間の保護的使用にとって十分な速
さではない。ヒトをアイススラッシュ水浴(0℃)内に完全に液浸して、効果的
な表面熱伝達係数をほぼ最大で達成したとしても、心停止の間の血流の不足は、
所望の保護的中心冷却速度を達成するのを妨げる。
こなかった。本出願人によるいくつかの研究は、表面の冷却のみの現在の技術で
は、低体温状態の迅速な誘導に効果的でないという事実を明らかとした。正常な
血行の患者において、外部冷却ブラケットおよび/または気化対流方法を用いて
達成可能な中心冷却(core cooling)速度は、0.1℃/分を超え
ず、0.05℃/分のオーダーの速度がより一般的である。これにより、1時間
当たり6℃未満の冷却速度が得られ、心停止の間の保護的使用にとって十分な速
さではない。ヒトをアイススラッシュ水浴(0℃)内に完全に液浸して、効果的
な表面熱伝達係数をほぼ最大で達成したとしても、心停止の間の血流の不足は、
所望の保護的中心冷却速度を達成するのを妨げる。
【0007】
従って、標的領域(心臓、脳、および他の領域)を内部冷却する、病院の外で
使用され得る迅速かつ安全な方法の必要性が存在する。内部相転移スラリー冷却
を使用する保護的低体温状態の迅速な誘導は、種々の状態を患った患者の生存率
に有意な影響を有し得、これらの状態には、心停止、心筋梗塞、および発作に起
因する虚血、出血、外傷、ならびに窒息が挙げられるが、これらに限定されない
。
使用され得る迅速かつ安全な方法の必要性が存在する。内部相転移スラリー冷却
を使用する保護的低体温状態の迅速な誘導は、種々の状態を患った患者の生存率
に有意な影響を有し得、これらの状態には、心停止、心筋梗塞、および発作に起
因する虚血、出血、外傷、ならびに窒息が挙げられるが、これらに限定されない
。
【0008】
現場条件下で虚血患者に低体温状態を誘導することに対する有意な理論的な利
点が存在し、その利点には、心臓および脳のような虚血感受性器官より迅速に冷
却して、正常温の虚血組織の突然の再灌流によって引き起こされる組織障害を減
少させる能力が挙げられる。
点が存在し、その利点には、心臓および脳のような虚血感受性器官より迅速に冷
却して、正常温の虚血組織の突然の再灌流によって引き起こされる組織障害を減
少させる能力が挙げられる。
【0009】
熱伝達の物理学により、血行がほとんどまたは全くないヒトの迅速な冷却に対
して圧倒的な挑戦を生み出す。脳および心臓は、冷却工程の標的であるので、こ
のことは、特に問題である。外部冷却方法は、これらの酸素感受性器官の温度を
下げるが、0.05℃/分(3℃/時間のみ)未満の速度で非常にゆっくりと下
げられ得る。困難さは、パルスまたは適切な灌流がないことであり、より深部の
組織から表面組織への熱の伝達が非常に小さい。外部冷却技術(すなわち、冷却
ブラケット、またはさらに十分な氷−水の液浸)は、血流が全くないかまたは血
流が少ない状態の間に、直接的に組織熱伝導性を介して中心器官を冷却するのみ
である。不運なことに、これらの技術を用いる冷却速度は、非常に遅すぎるので
、心臓および脳を含む生命の維持に重要な器官に対する虚血再灌流障害に起因す
る、致死結果を避けることができない。
して圧倒的な挑戦を生み出す。脳および心臓は、冷却工程の標的であるので、こ
のことは、特に問題である。外部冷却方法は、これらの酸素感受性器官の温度を
下げるが、0.05℃/分(3℃/時間のみ)未満の速度で非常にゆっくりと下
げられ得る。困難さは、パルスまたは適切な灌流がないことであり、より深部の
組織から表面組織への熱の伝達が非常に小さい。外部冷却技術(すなわち、冷却
ブラケット、またはさらに十分な氷−水の液浸)は、血流が全くないかまたは血
流が少ない状態の間に、直接的に組織熱伝導性を介して中心器官を冷却するのみ
である。不運なことに、これらの技術を用いる冷却速度は、非常に遅すぎるので
、心臓および脳を含む生命の維持に重要な器官に対する虚血再灌流障害に起因す
る、致死結果を避けることができない。
【0010】
(発明の簡単な要旨)
本発明は、迅速かつ安全に患者を冷却するために設計された、相転移粒子性ス
ラリー冷却システム、装置、および方法の適用を提供する。皮下、脈管内、腹腔
内、胃腸、および肺の冷却方法は、ヒト組織と適合性である、生理食塩水アイス
スラリーまたは他の相転移スラリーを使用して実施される。ヒト組織と適合性で
ある、ペルフルオロカーボンスラリーまたは他のスラリーの型は、肺動脈の冷却
のために使用される。そして従来の外部冷却方法を、キャップおよびトルソーブ
ラケットを冷却する際に相転移スラリー材料を利用することによって改良する。
ラリー冷却システム、装置、および方法の適用を提供する。皮下、脈管内、腹腔
内、胃腸、および肺の冷却方法は、ヒト組織と適合性である、生理食塩水アイス
スラリーまたは他の相転移スラリーを使用して実施される。ヒト組織と適合性で
ある、ペルフルオロカーボンスラリーまたは他のスラリーの型は、肺動脈の冷却
のために使用される。そして従来の外部冷却方法を、キャップおよびトルソーブ
ラケットを冷却する際に相転移スラリー材料を利用することによって改良する。
【0011】
心停止により、血流がなくなる状態または血流が減った状態(低い血流は、例
えば、胸部の圧縮で達成される)を示すと、細胞が数分以内に死に始めるので、
心停止の間に、適度から著しい低体温への迅速な誘導は、高い保護機能で役立ち
得る。このような患者の有効な内部冷却の能力を有する高い流動性の相転移スラ
リー物質を使用することで、心停止の犠牲者を数分内で冷却することが可能とな
る。入院前の設定において心停止の間の低体温状態の迅速な誘導は、現在の心臓
バイパス技術を使用して病院において血流が再構築され得るまで、脳および心臓
の細胞を保護することによる患者の結果を有意に改良し得る。
えば、胸部の圧縮で達成される)を示すと、細胞が数分以内に死に始めるので、
心停止の間に、適度から著しい低体温への迅速な誘導は、高い保護機能で役立ち
得る。このような患者の有効な内部冷却の能力を有する高い流動性の相転移スラ
リー物質を使用することで、心停止の犠牲者を数分内で冷却することが可能とな
る。入院前の設定において心停止の間の低体温状態の迅速な誘導は、現在の心臓
バイパス技術を使用して病院において血流が再構築され得るまで、脳および心臓
の細胞を保護することによる患者の結果を有意に改良し得る。
【0012】
(発明の詳細な説明)
本発明は、特に医用用途のために設計された相転移粒子性スラリーの使用、お
よび患者における低体温状態を迅速に引き起こすために使用される冷却機器に関
する。
よび患者における低体温状態を迅速に引き起こすために使用される冷却機器に関
する。
【0013】
相転移粒子性スラリーは、移送流体に懸濁された微粒子の相転移媒体を含む。
好ましくは、この相転移粒子性スラリーは、高い融解熱を有する。このような相
転移材料の一例は、氷であるが、融解熱を有する他の材料もまた使用され得る。
移送流体の例としては、水、生理食塩水、およびペルフルオロカーボン溶液が挙
げられるが、これらに限定されない。用語「スラリー」および「相転移スラリー
」とはまた、「相転移粒子性スラリー」をいい、この例には、生理食塩水アイス
スラリーおよび記載されたようなペルフルオロカーボンスラリーが挙げられるが
、これらに限定されない。
好ましくは、この相転移粒子性スラリーは、高い融解熱を有する。このような相
転移材料の一例は、氷であるが、融解熱を有する他の材料もまた使用され得る。
移送流体の例としては、水、生理食塩水、およびペルフルオロカーボン溶液が挙
げられるが、これらに限定されない。用語「スラリー」および「相転移スラリー
」とはまた、「相転移粒子性スラリー」をいい、この例には、生理食塩水アイス
スラリーおよび記載されたようなペルフルオロカーボンスラリーが挙げられるが
、これらに限定されない。
【0014】
低体温状態は、37℃より有意に下の体温として定義される。様々なレベルの
低体温状態が定義されている。軽い低体温状態は、約34℃の体温として定義さ
れ、中程度の低体温状態は、約23〜32℃の体温として定義され、そして重篤
な低体温状態は、12〜20℃の体温として定義される(Stedman’s
Medical Dictionary、第26版、1995を参照のこと)。
本明細書中で使用される場合、用語「有意な冷却」とは、約34℃以下の温度ま
で冷却することを意味する。
低体温状態が定義されている。軽い低体温状態は、約34℃の体温として定義さ
れ、中程度の低体温状態は、約23〜32℃の体温として定義され、そして重篤
な低体温状態は、12〜20℃の体温として定義される(Stedman’s
Medical Dictionary、第26版、1995を参照のこと)。
本明細書中で使用される場合、用語「有意な冷却」とは、約34℃以下の温度ま
で冷却することを意味する。
【0015】
一実施形態において、スラリーは、皮下注射によって送達される。注射の位置
は、冷却のために所望される標的に依存する。皮下注射の1つの例において、脳
および心臓の冷却は、生理食塩水スラリーまたは他の適切な相転移スラリーを頸
部の軟部組織に頸動脈注射することによって達成される。頸動脈周囲の軟部組織
は、CPRの間、頸部の両側の3〜4インチの露出した頸動脈および頸静脈を、
脳および心臓への血液運搬のための熱交換器として機能させる。この冷却方法は
、例えば、発作患者において、必要に応じて、脳を選択的に冷却するために単独
で使用され得る。あるいは、この方法は、以下に記載される他の冷却方法と組み
合わせて使用され得る。
は、冷却のために所望される標的に依存する。皮下注射の1つの例において、脳
および心臓の冷却は、生理食塩水スラリーまたは他の適切な相転移スラリーを頸
部の軟部組織に頸動脈注射することによって達成される。頸動脈周囲の軟部組織
は、CPRの間、頸部の両側の3〜4インチの露出した頸動脈および頸静脈を、
脳および心臓への血液運搬のための熱交換器として機能させる。この冷却方法は
、例えば、発作患者において、必要に応じて、脳を選択的に冷却するために単独
で使用され得る。あるいは、この方法は、以下に記載される他の冷却方法と組み
合わせて使用され得る。
【0016】
別の一実施形態において、スラリーは静脈内注射によって送達される。注射の
ための血管は、部分的には、所望の冷却標的に基づいて選択される。静脈内注射
による送達の一例において、心臓は、生理食塩水層転移スラリーまたは他の適切
な相転移スラリーを使用する直接大動脈「フラッシュ」注入によって冷却される
。他の血管へスラリーを注射することによる冷却もまた可能である。
ための血管は、部分的には、所望の冷却標的に基づいて選択される。静脈内注射
による送達の一例において、心臓は、生理食塩水層転移スラリーまたは他の適切
な相転移スラリーを使用する直接大動脈「フラッシュ」注入によって冷却される
。他の血管へスラリーを注射することによる冷却もまた可能である。
【0017】
別の実施形態において、冷却は、スラリーを腹腔内送達することによって達成
される。例えば、送達は、腹腔の経皮穿刺によって達成され得る。
される。例えば、送達は、腹腔の経皮穿刺によって達成され得る。
【0018】
別の実施形態において、冷却は、スラリーを胃腸(GI)管を通して送達する
ことによって達成される。例としては、直腸送達または経鼻胃(NG)管を通す
送達が挙げられる。
ことによって達成される。例としては、直腸送達または経鼻胃(NG)管を通す
送達が挙げられる。
【0019】
さらに別の実施形態において、酸素添加したペルフルオロカーボン生理食塩水
アイススラリーまたは他の適切なスラリーが、肺に送達されて、肺の冷却および
心臓の冷却を達成する。スラリーの肺への送達は、熱交換のための大きな表面積
、および片面で心臓とほとんど直接接触するという利点を与える。肺の冷却はま
た、CPRの間、肺から心臓への冷却した血流を引き起こすことによって間接的
に心臓を冷却する。
アイススラリーまたは他の適切なスラリーが、肺に送達されて、肺の冷却および
心臓の冷却を達成する。スラリーの肺への送達は、熱交換のための大きな表面積
、および片面で心臓とほとんど直接接触するという利点を与える。肺の冷却はま
た、CPRの間、肺から心臓への冷却した血流を引き起こすことによって間接的
に心臓を冷却する。
【0020】
実施形態の各々において記載される処置方法は、患者の状態、冷却のための標
的組織、および所望される冷却の程度に依存して、単独でかまたは任意の組み合
わせで使用され得る。
的組織、および所望される冷却の程度に依存して、単独でかまたは任意の組み合
わせで使用され得る。
【0021】
本発明は、心停止、発作、または血流が制限されている他の状態の間、蘇生低
体温状態を起こすための処置プロトコルを提供する。本発明に従う一例において
、救急条件においては、心停止の現場にいる医師は、通常の高度な心臓生命維持
治療を試みる。しかし、これらの従来的な方法が失敗した場合、医師はさらなる
一連の手順を開始する。第1に、挿管およびCPRがすでに開始されている場合
、医師は頸動脈領域の軟部組織の両側に、生理食塩水アイススラリーを注射して
、脳の冷却を開始する。次に、医師は、患者を人工呼吸しながら、酸素添加した
ペルフルオロカーボンアイススラリーを肺に投与して、心臓次いで脳にさらなる
冷却を提供する。動脈フラッシュ生理食塩水アイススラリーは、医師が患者を搬
送し始めると、さらなる冷却を与える。最後に、患者が病因に着くと同時に、心
臓および他の表面の外部冷却が始まる。
体温状態を起こすための処置プロトコルを提供する。本発明に従う一例において
、救急条件においては、心停止の現場にいる医師は、通常の高度な心臓生命維持
治療を試みる。しかし、これらの従来的な方法が失敗した場合、医師はさらなる
一連の手順を開始する。第1に、挿管およびCPRがすでに開始されている場合
、医師は頸動脈領域の軟部組織の両側に、生理食塩水アイススラリーを注射して
、脳の冷却を開始する。次に、医師は、患者を人工呼吸しながら、酸素添加した
ペルフルオロカーボンアイススラリーを肺に投与して、心臓次いで脳にさらなる
冷却を提供する。動脈フラッシュ生理食塩水アイススラリーは、医師が患者を搬
送し始めると、さらなる冷却を与える。最後に、患者が病因に着くと同時に、心
臓および他の表面の外部冷却が始まる。
【0022】
これらの組み合わせ方法を用いて、患者は、救急科に到着すると、5〜10分
後に保護温度まで冷却される。一旦、病院に入ると、蘇生チームがさらなる薬物
を投与して、患者に心臓バイパスが確立される間、重体な細胞機能を維持する。
後に保護温度まで冷却される。一旦、病院に入ると、蘇生チームがさらなる薬物
を投与して、患者に心臓バイパスが確立される間、重体な細胞機能を維持する。
【0023】
(外部冷却)
本発明の1つの局面は、改良された表面冷却ブランケットを提供する。心停止
患者について、従来の冷却ブランケットおよびヘッドキャップはそれ自体、心臓
および脳に必要な保護的冷却は少しも提供し得なかった。しかし、外部表面冷却
の使用は、内部冷却層転移アイススラリーと共に使用されると、さらに有利であ
る。従来のブランケットデバイスは、熱境界状態および氷浴への浸漬に付随する
冷却を達成しない。冷却剤媒体の温度がより冷たくなるほど冷却速度は改善する
が、組織を冷凍する危険性は増加する。
患者について、従来の冷却ブランケットおよびヘッドキャップはそれ自体、心臓
および脳に必要な保護的冷却は少しも提供し得なかった。しかし、外部表面冷却
の使用は、内部冷却層転移アイススラリーと共に使用されると、さらに有利であ
る。従来のブランケットデバイスは、熱境界状態および氷浴への浸漬に付随する
冷却を達成しない。冷却剤媒体の温度がより冷たくなるほど冷却速度は改善する
が、組織を冷凍する危険性は増加する。
【0024】
本発明に従う冷却ブランケットは、0℃付近の転移温度を有する相転移材料の
完成によって改善され、そして皮膚との改良されたブランケットの接触を有して
、熱接触抵抗を軽減する。相転移媒体を使用する現在利用可能な従来の冷却ブラ
ンケットがあるが、これらのデバイスは、それらが冷蔵状態にある場合、固く、
そして頭部、頸部またはトルソの形状にそれほど快適にフィットすることも、そ
れらの形状に適合することもない。これは、組織との接触の欠如(空気の間隙)
を生じ、それ故、非常に減少した熱移動のゾーンが生じる。さらに、これらのブ
ランケットはまた、皮膚接触を減少し、そして冷却効果を減少する布の外層でし
ばしば覆われる。
完成によって改善され、そして皮膚との改良されたブランケットの接触を有して
、熱接触抵抗を軽減する。相転移媒体を使用する現在利用可能な従来の冷却ブラ
ンケットがあるが、これらのデバイスは、それらが冷蔵状態にある場合、固く、
そして頭部、頸部またはトルソの形状にそれほど快適にフィットすることも、そ
れらの形状に適合することもない。これは、組織との接触の欠如(空気の間隙)
を生じ、それ故、非常に減少した熱移動のゾーンが生じる。さらに、これらのブ
ランケットはまた、皮膚接触を減少し、そして冷却効果を減少する布の外層でし
ばしば覆われる。
【0025】
本発明によると、好ましくは、冷却状態においてそれほど剛性を示さず、0℃
付近の転移温度を有する相転移材料が、ブランケットおよび他の外部冷却デバイ
スのために使用される。好ましくは、相転移物質を含むためのカバーは、非常に
滑らかで、薄く、可撓性であり、そして目的の領域を冷却するためのスリップオ
ンデバイスに作製され得る。このような被覆材料の一例は、金属コーティングを
有するプラスチックマイラーである。この材料は、非常に強く、非常に薄い層に
製造され、形状にフィットする複雑な形態に容易に作製され、そしてこれは非常
に滑らかであり、表面接触抵抗を軽減する。この接触抵抗は、冷却デバイスを適
用する前に、冷却するべき領域をコーティングまたは湿潤することによってさら
に減少される。
付近の転移温度を有する相転移材料が、ブランケットおよび他の外部冷却デバイ
スのために使用される。好ましくは、相転移物質を含むためのカバーは、非常に
滑らかで、薄く、可撓性であり、そして目的の領域を冷却するためのスリップオ
ンデバイスに作製され得る。このような被覆材料の一例は、金属コーティングを
有するプラスチックマイラーである。この材料は、非常に強く、非常に薄い層に
製造され、形状にフィットする複雑な形態に容易に作製され、そしてこれは非常
に滑らかであり、表面接触抵抗を軽減する。この接触抵抗は、冷却デバイスを適
用する前に、冷却するべき領域をコーティングまたは湿潤することによってさら
に減少される。
【0026】
(内部冷却)
本発明は、内部冷却のための相転移粒子性スラリーを使用して、患者の低体温
状態を迅速に引き起こす方法に関する。脳および心臓内の細胞は、身体の組織の
中で、減少した血流および酸素欠乏に対して最も敏感であり、従って、低体温状
態で最初に保護する原則の部位である。蘇生低体温状態の保護は、心停止、なら
びに発作、心筋梗塞、出血、外傷および窒息を含む他の虚血状態において重要で
ある。
状態を迅速に引き起こす方法に関する。脳および心臓内の細胞は、身体の組織の
中で、減少した血流および酸素欠乏に対して最も敏感であり、従って、低体温状
態で最初に保護する原則の部位である。蘇生低体温状態の保護は、心停止、なら
びに発作、心筋梗塞、出血、外傷および窒息を含む他の虚血状態において重要で
ある。
【0027】
(脳冷却)
脳を冷却するために、上記のように、頭部を外部から冷却することに加えて、
0℃付近の温度の相転移材料を含む冷却ジャケットまたはパッドを用いて、頸部
の各側の頸動脈は、その長さにわたって、脳に直接移送される血液を冷却するた
めの熱交換器使用される。同様に、頸動脈に隣接した頸静脈(これは、血液を心
臓に戻す)もまた冷却され得る。頸動脈の冷却についての以下の議論のほとんど
はまた、頸静脈の血流および心臓の冷却に適用される。心停止患者において、血
流は胸部圧迫によって引き起こされる。頸動脈流の冷却は、生理食塩水アイスス
ラリーを、動脈の外壁とスラリーとの間の密接な接触のため、頸部の両側へ注射
することによって非常に増強される。このスラリーは、頸動脈または頸静脈には
直接注射されず、これらの血管を取り囲む軟部組織に注射される。
0℃付近の温度の相転移材料を含む冷却ジャケットまたはパッドを用いて、頸部
の各側の頸動脈は、その長さにわたって、脳に直接移送される血液を冷却するた
めの熱交換器使用される。同様に、頸動脈に隣接した頸静脈(これは、血液を心
臓に戻す)もまた冷却され得る。頸動脈の冷却についての以下の議論のほとんど
はまた、頸静脈の血流および心臓の冷却に適用される。心停止患者において、血
流は胸部圧迫によって引き起こされる。頸動脈流の冷却は、生理食塩水アイスス
ラリーを、動脈の外壁とスラリーとの間の密接な接触のため、頸部の両側へ注射
することによって非常に増強される。このスラリーは、頸動脈または頸静脈には
直接注射されず、これらの血管を取り囲む軟部組織に注射される。
【0028】
頸部注射による脳の冷却のためにスラリーを送達する1つの方法は、以下のと
おりである:操作者は、初めに、頸部の頸動脈および頸静脈の領域を同定する。
皮膚は針で穿刺され、そしてカテーテルが頸部の軟部組織の頸動脈周囲領域に挿
入される。カテーテルの外部は、スラリーを含むシリンジに取り付けられている
。次いで、特定の容量のスラリーが、頸動脈および頸静脈付近の頸部の軟部組織
に注射される。送達の別の方法は、方向付けされ機械的に測量された供給量のス
ラリーを使用することである。
おりである:操作者は、初めに、頸部の頸動脈および頸静脈の領域を同定する。
皮膚は針で穿刺され、そしてカテーテルが頸部の軟部組織の頸動脈周囲領域に挿
入される。カテーテルの外部は、スラリーを含むシリンジに取り付けられている
。次いで、特定の容量のスラリーが、頸動脈および頸静脈付近の頸部の軟部組織
に注射される。送達の別の方法は、方向付けされ機械的に測量された供給量のス
ラリーを使用することである。
【0029】
(心臓冷却)
0℃付近の温度の相転移材料を含む冷却ジャケットまたはパッドを外側から適
用して心臓を冷却することに加えて、本発明は、心臓を直接標的化する内部冷却
の種々の方法を包含する。一実施形態において、心臓は、脳の冷却について上で
議論された様式と同じ様式で冷却される。頸動脈から脳への血流を冷却するため
に、頸部の両側にアイススラリーを注射することはまた、心臓に直接戻る頸静脈
を流れる血液を冷却する。
用して心臓を冷却することに加えて、本発明は、心臓を直接標的化する内部冷却
の種々の方法を包含する。一実施形態において、心臓は、脳の冷却について上で
議論された様式と同じ様式で冷却される。頸動脈から脳への血流を冷却するため
に、頸部の両側にアイススラリーを注射することはまた、心臓に直接戻る頸静脈
を流れる血液を冷却する。
【0030】
第2の実施形態において、心臓は、酸素添加したペルフルオロカーボンスラリ
ーを肺に充填することによって冷却される。肺の冷却は、肺と心臓の片側とが密
接に接近することから生じる熱伝導を利用することにより、心臓の冷却を生じる
。
ーを肺に充填することによって冷却される。肺の冷却は、肺と心臓の片側とが密
接に接近することから生じる熱伝導を利用することにより、心臓の冷却を生じる
。
【0031】
別の実施形態において、肺は、酸素添加されたペルフルオロカーボンスラリー
で充填され、そして胸部圧迫により、冷却血液は肺から心臓へと移動し、心臓冷
却の速度が上昇する。
で充填され、そして胸部圧迫により、冷却血液は肺から心臓へと移動し、心臓冷
却の速度が上昇する。
【0032】
スラリーを肺に送達する1つの方法において、気管内チューブが気管に挿入さ
れる。気管内チューブの外部は、スラリーを送達するように特別に改変された換
気型バッグに接続されている。特定の容量のスラリーは、気管内チューブを通し
て肺に送達される。
れる。気管内チューブの外部は、スラリーを送達するように特別に改変された換
気型バッグに接続されている。特定の容量のスラリーは、気管内チューブを通し
て肺に送達される。
【0033】
換気バッグおよび送達チューブは、スラリーが流路を塞ぐのを最小化し、そし
て必要量のスラリーの制御された送達が促進されるように改変される。このバッ
グはまた、冷却装置およびスラリーを形成するために必要な他の機器とのインタ
ーフェースのために改変される。スラリーを肺に送達する1つの代替の方法は、
直接的な肺への機械的なチューブ供給によるものである。
て必要量のスラリーの制御された送達が促進されるように改変される。このバッ
グはまた、冷却装置およびスラリーを形成するために必要な他の機器とのインタ
ーフェースのために改変される。スラリーを肺に送達する1つの代替の方法は、
直接的な肺への機械的なチューブ供給によるものである。
【0034】
心臓冷却についての第3の実施形態において、スラリーは、直接大動脈「フラ
ッシュ」または注入によって導入されて、標的ゾーンの冷却を生じる。動脈フラ
ッシュについて、このスラリーは、経皮開口大腿動脈穿刺の使用によって動脈に
送達される。カテーテルが大動脈弓の領域に入るまで、より大きな穴の長いカテ
ーテルがこの穿刺を通して頭部に向かって前進される。シリンジは、カテーテル
の外部末端に取り付けられている。このシリンジは、次いで、スラリーを充填さ
れ、そして特定の容量のスラリーは、シリンジおよびチュービングを通して大動
脈に押し通される。
ッシュ」または注入によって導入されて、標的ゾーンの冷却を生じる。動脈フラ
ッシュについて、このスラリーは、経皮開口大腿動脈穿刺の使用によって動脈に
送達される。カテーテルが大動脈弓の領域に入るまで、より大きな穴の長いカテ
ーテルがこの穿刺を通して頭部に向かって前進される。シリンジは、カテーテル
の外部末端に取り付けられている。このシリンジは、次いで、スラリーを充填さ
れ、そして特定の容量のスラリーは、シリンジおよびチュービングを通して大動
脈に押し通される。
【0035】
(相転移スラリー)
液体キャリア中の高濃度の小さな氷粒子の形態の相転移スラリーは、融解熱の
効果を欠く水または血液のような他の液体と比較して、冷却容量を劇的に増加す
る。相転移スラリーを生成するための方法および装置は、米国特許第09/58
5,770号、2000年6月2日出願、Kenneth E.Kasza、タ
イトル「Method And Apparatus For Produci
ng Phase Change Ice Particulate Perf
luorocarbon Slurries」、および米国特許第09/586
,576号、2000年6月2日出願、Kenneth E.Kasza、タイ
トル「Method And Apparatus For Producin
g Phase Change Ice Particulate Salin
e Slurries」(これら両方は、本明細書中でその全体が参考として援
用される)でより詳細に議論される。
効果を欠く水または血液のような他の液体と比較して、冷却容量を劇的に増加す
る。相転移スラリーを生成するための方法および装置は、米国特許第09/58
5,770号、2000年6月2日出願、Kenneth E.Kasza、タ
イトル「Method And Apparatus For Produci
ng Phase Change Ice Particulate Perf
luorocarbon Slurries」、および米国特許第09/586
,576号、2000年6月2日出願、Kenneth E.Kasza、タイ
トル「Method And Apparatus For Producin
g Phase Change Ice Particulate Salin
e Slurries」(これら両方は、本明細書中でその全体が参考として援
用される)でより詳細に議論される。
【0036】
相転移アイススラリーは、大きな建築複合物の冷却のために使用されている。
建築物を冷却するためのスラリーの使用は、水中に懸濁された氷粒子が、正確な
特性を有するように操作された場合、水と同じぐらい迅速に汲み上げられ得、そ
して凝集することなく、有意な期間安定であることを示した。このようなスラリ
ーの冷却容量は、融解熱効果とは反対に、顕著な熱冷却容量のみを示す当量の水
の冷却容量の5〜10倍であり得る。
建築物を冷却するためのスラリーの使用は、水中に懸濁された氷粒子が、正確な
特性を有するように操作された場合、水と同じぐらい迅速に汲み上げられ得、そ
して凝集することなく、有意な期間安定であることを示した。このようなスラリ
ーの冷却容量は、融解熱効果とは反対に、顕著な熱冷却容量のみを示す当量の水
の冷却容量の5〜10倍であり得る。
【0037】
構築物の冷却における使用について、この粒子は、好ましくは、導管の直径に
対して小さく、標的冷却ゾーンへの送達を促進するために、30%より多いレベ
ルの氷を充填せず、そして粒子のからみおよび大きなクラスターの形成を回避す
るために比較的滑らかである。化学アジュバント(例えば、凝固点降下剤)をス
ラリーにわずかに添加することは、スラリーを含む呱々の粒子のマイクロスケー
ルの特徴を変化させることによって、スラリーの流動性および貯蔵性を劇的に改
善することが示されている。
対して小さく、標的冷却ゾーンへの送達を促進するために、30%より多いレベ
ルの氷を充填せず、そして粒子のからみおよび大きなクラスターの形成を回避す
るために比較的滑らかである。化学アジュバント(例えば、凝固点降下剤)をス
ラリーにわずかに添加することは、スラリーを含む呱々の粒子のマイクロスケー
ルの特徴を変化させることによって、スラリーの流動性および貯蔵性を劇的に改
善することが示されている。
【0038】
相転移スラリー、特にアイススラリーについての背景情報については、Kas
za,K.E.およびChen,M.M.,Assessment of im
pact of advanced energy transmission
fluids on district heating and cool
ing systems(phase I),Argonne Nationa
l Laboratory,1987;Kasza,K.E.およびChen,
M.M.Improvement of the performance o
f solar energy and waste heat utiliz
ation systems by using phase−change
slurry as an enhanced heat−transfer
storage fluid,ASME.J.Solar ENG.107:2
29〜236,1985;Kasza,K.E.およびHayashi,K.I
ce slurry cooling research:Storage T
ank Ice Agglomeration and Extraction
,ASHRAE Transactions Annual Meeting,
Seattle,WA,June 1999;Liu,K,V,,Choi,U
.S.およびKasza,K.E.Pressure drop and he
at transfer characteristics of parti
culate slurry channel flows,ASME FED
、第75巻,1988;ならびにHayashi,K.およびKasza,K.
E.,A method for measuring ice slurry
particle agglomeration in storage t
anks,ASHRAE Presentation Winter Meet
ing,1999を参照のこと。上記の参考文献の各々は、その全体が本明細書
中で参考として援用される。
za,K.E.およびChen,M.M.,Assessment of im
pact of advanced energy transmission
fluids on district heating and cool
ing systems(phase I),Argonne Nationa
l Laboratory,1987;Kasza,K.E.およびChen,
M.M.Improvement of the performance o
f solar energy and waste heat utiliz
ation systems by using phase−change
slurry as an enhanced heat−transfer
storage fluid,ASME.J.Solar ENG.107:2
29〜236,1985;Kasza,K.E.およびHayashi,K.I
ce slurry cooling research:Storage T
ank Ice Agglomeration and Extraction
,ASHRAE Transactions Annual Meeting,
Seattle,WA,June 1999;Liu,K,V,,Choi,U
.S.およびKasza,K.E.Pressure drop and he
at transfer characteristics of parti
culate slurry channel flows,ASME FED
、第75巻,1988;ならびにHayashi,K.およびKasza,K.
E.,A method for measuring ice slurry
particle agglomeration in storage t
anks,ASHRAE Presentation Winter Meet
ing,1999を参照のこと。上記の参考文献の各々は、その全体が本明細書
中で参考として援用される。
【0039】
ヒトの用途について、大きな融解熱(80cal/gm)を有する氷は、相転
移スラリーの基礎のために理想的な候補物である。例えば、氷と水の50/50
の混合物は、氷を含まない当量の0℃の水の冷却容量のほぼ10倍の冷却容量を
提供する。ヒトにおける使用のために適切なスラリーの一例は、−0.3℃の温
度を有する0.9%生理食塩水(塩化ナトリウム)相転移アイススラリーである
。塩化ナトリウムは、凝固点硬化剤として働き、そしてスラリーは、ヒト組織に
適合性の温度および塩濃度を有する。
移スラリーの基礎のために理想的な候補物である。例えば、氷と水の50/50
の混合物は、氷を含まない当量の0℃の水の冷却容量のほぼ10倍の冷却容量を
提供する。ヒトにおける使用のために適切なスラリーの一例は、−0.3℃の温
度を有する0.9%生理食塩水(塩化ナトリウム)相転移アイススラリーである
。塩化ナトリウムは、凝固点硬化剤として働き、そしてスラリーは、ヒト組織に
適合性の温度および塩濃度を有する。
【0040】
他のスラリーの例としては、糖ベースの水溶液、もしくはスクロースベースの
水溶液、または生物学的不凍化合物を含有する溶液が挙げられるが、これらに限
定されない。水への様々な添加物もまた、変化した医用特性を有するスラリーを
設計するように異なる組み合わせで使用され得る。スラリーは、患者の冷却に加
えた目的のための処置の早期段階で、他の薬物または生物学的に活性な化合物を
投与するためのビヒクルとして使用され得る。このような生物学的に活性な化合
物には、例えば、酸化防止剤および抗アポトーシスタンパク質が挙げられる。
水溶液、または生物学的不凍化合物を含有する溶液が挙げられるが、これらに限
定されない。水への様々な添加物もまた、変化した医用特性を有するスラリーを
設計するように異なる組み合わせで使用され得る。スラリーは、患者の冷却に加
えた目的のための処置の早期段階で、他の薬物または生物学的に活性な化合物を
投与するためのビヒクルとして使用され得る。このような生物学的に活性な化合
物には、例えば、酸化防止剤および抗アポトーシスタンパク質が挙げられる。
【0041】
本発明の相転移粒子性スラリーは、一般に、それらの高い冷却容量、流動性、
安定性、およびヒト組織との適合性によって特徴付けられる。好ましくは、この
スラリーは、組織の損傷を生じない転移温度(凝固点および融点)を有する。
安定性、およびヒト組織との適合性によって特徴付けられる。好ましくは、この
スラリーは、組織の損傷を生じない転移温度(凝固点および融点)を有する。
【0042】
本発明に従う生理食塩水アイススラリーは、好ましくは、約0.5%〜3.0
%の範囲の濃度の塩化ナトリウムを含有する。氷結晶の充填、すなわち割合は、
好ましくは、約5%〜40%の範囲である。より好ましくは、このスラリーは、
約30%以上の濃度の氷粒子で高度に充填される。
%の範囲の濃度の塩化ナトリウムを含有する。氷結晶の充填、すなわち割合は、
好ましくは、約5%〜40%の範囲である。より好ましくは、このスラリーは、
約30%以上の濃度の氷粒子で高度に充填される。
【0043】
(実施例1)
第1の実施例は、医療グレードの塩化ナトリウム生理食塩水から作製されたア
イススラリーである。このスラリーを使用して、上記の大動脈洗浄および頚部注
射についてと同様に、頭部および心臓につながる主要な血管を冷却する。スラリ
ーの動きおよび重要な区画への冷却された血液の輸送は、胸部圧迫によって亢進
される。
イススラリーである。このスラリーを使用して、上記の大動脈洗浄および頚部注
射についてと同様に、頭部および心臓につながる主要な血管を冷却する。スラリ
ーの動きおよび重要な区画への冷却された血液の輸送は、胸部圧迫によって亢進
される。
【0044】
水溶液中の塩化ナトリウムは、凝固点降下剤として役に立ち、そしてその溶液
が凝固点まで冷却される場合、溶液中に形成される氷晶の性質を変更する。0.
9%生理食塩水を使用して、スラリーは、容器に閉じ込められた生理食塩水中に
形成されるか、またはプラスチック医療用注入バッグにおける生理食塩水中に直
接形成される。その溶液は、氷晶が形成される点まで冷却される。塩化ナトリウ
ムのこの濃度(0.9%)の凝固点は、−0.3℃である。純水とは対照的に、
ビーカーおよび医療用注入バッグにおける生理食塩水は、0.1mm未満の大き
さの非常に小さな分離氷晶を初期に形成する。これらの非常に小さな氷晶は、氷
晶ローディング(loading)が、溶液の初期核形成後に経時的に成長する
につれて、およそ0.2または0.3mmまで成長する。このスラリーは、約1
5分間、氷晶濃度をさらに増加させることが可能であり、およそ15〜20%の
氷晶濃度を生じる。その氷粒子は、塩化ナトリウムの存在に起因して、非常に滑
らかである。氷晶のこの濃度において、その混合物は、質感において非常に流動
的であり、そしてシロップ状のままである。図1は、ビーカー中に生成された生
理食塩水スラリーを示す。このスラリーは、3mm直径の管状材料を通って容易
に流れる。図2は、ビーカー中で純水から形成された、より大きな3〜25mm
のもつれた氷晶を示す。
が凝固点まで冷却される場合、溶液中に形成される氷晶の性質を変更する。0.
9%生理食塩水を使用して、スラリーは、容器に閉じ込められた生理食塩水中に
形成されるか、またはプラスチック医療用注入バッグにおける生理食塩水中に直
接形成される。その溶液は、氷晶が形成される点まで冷却される。塩化ナトリウ
ムのこの濃度(0.9%)の凝固点は、−0.3℃である。純水とは対照的に、
ビーカーおよび医療用注入バッグにおける生理食塩水は、0.1mm未満の大き
さの非常に小さな分離氷晶を初期に形成する。これらの非常に小さな氷晶は、氷
晶ローディング(loading)が、溶液の初期核形成後に経時的に成長する
につれて、およそ0.2または0.3mmまで成長する。このスラリーは、約1
5分間、氷晶濃度をさらに増加させることが可能であり、およそ15〜20%の
氷晶濃度を生じる。その氷粒子は、塩化ナトリウムの存在に起因して、非常に滑
らかである。氷晶のこの濃度において、その混合物は、質感において非常に流動
的であり、そしてシロップ状のままである。図1は、ビーカー中に生成された生
理食塩水スラリーを示す。このスラリーは、3mm直径の管状材料を通って容易
に流れる。図2は、ビーカー中で純水から形成された、より大きな3〜25mm
のもつれた氷晶を示す。
【0045】
図3aおよび3bは、それぞれ、純水スラリーおよび生理食塩水スラリーを示
し、これらは広範囲にわたって顕微鏡下で観察される。塩化ナトリウム溶液にお
いて、この小さな個々の結晶は、非常に滑らかである。純水スラリーにおいて、
その結晶は粗い。従って、生理食塩水スラリーは、非常に大きな樹状型結晶を有
する純水スラリーと比較して非常に流動的である。
し、これらは広範囲にわたって顕微鏡下で観察される。塩化ナトリウム溶液にお
いて、この小さな個々の結晶は、非常に滑らかである。純水スラリーにおいて、
その結晶は粗い。従って、生理食塩水スラリーは、非常に大きな樹状型結晶を有
する純水スラリーと比較して非常に流動的である。
【0046】
生理食塩水アイススラリー、および本発明の他の適切なスラリーは、いくつか
の異なるアプローチを使用して作製される。1つのアプローチは、バッチアプロ
ーチであり、ここで溶液のビーカーまたは生理食塩水を含むプラスチックIVバ
ッグが、再循環水浴深冷器中に浸される。その溶液は、スラリーが形成されるま
で冷却される。第2のアプローチは、スラリーを生成するために、有意に変更さ
れた市販の連続流氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレーター(必要な
生成の期間)を使用する。
の異なるアプローチを使用して作製される。1つのアプローチは、バッチアプロ
ーチであり、ここで溶液のビーカーまたは生理食塩水を含むプラスチックIVバ
ッグが、再循環水浴深冷器中に浸される。その溶液は、スラリーが形成されるま
で冷却される。第2のアプローチは、スラリーを生成するために、有意に変更さ
れた市販の連続流氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレーター(必要な
生成の期間)を使用する。
【0047】
好ましくは、市販の連続流動氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレー
ターは、医療の必要性に適合するようにサイズが縮小され、そして新たな制御特
徴が、医療的使用に適した氷粒子の発生および貯蔵を可能にするように実行され
る。スラリーを医療送達デバイスに送り込むための装置はまた、現存のスラリー
発生装置内に設計される。その装置はまた、スラリー汚染の可能性を排除するよ
うに設計される。
ターは、医療の必要性に適合するようにサイズが縮小され、そして新たな制御特
徴が、医療的使用に適した氷粒子の発生および貯蔵を可能にするように実行され
る。スラリーを医療送達デバイスに送り込むための装置はまた、現存のスラリー
発生装置内に設計される。その装置はまた、スラリー汚染の可能性を排除するよ
うに設計される。
【0048】
好ましくは、安定で(貯蔵可能)、流動的かつ高度にロードされた(30%以
上)氷粒子スラリーが、医療グレードの生理食塩水を用いて産生される。30%
氷粒子を有するスラリーは、粒子を伴わない生理食塩水の5倍の冷却能力を有す
る。スラリーのこれらの特徴は、以下に強く依存する;スラリーが形成される時
間的経路および熱力学的経路;水溶液中の塩化ナトリウムの濃度;使用される実
際の冷却装置;および氷晶核形成部位として作用する他の微量化学物質または不
純物の存在。好ましくは、このスラリーは、組織損傷を引き起こさない転移温度
(融点)を有する。
上)氷粒子スラリーが、医療グレードの生理食塩水を用いて産生される。30%
氷粒子を有するスラリーは、粒子を伴わない生理食塩水の5倍の冷却能力を有す
る。スラリーのこれらの特徴は、以下に強く依存する;スラリーが形成される時
間的経路および熱力学的経路;水溶液中の塩化ナトリウムの濃度;使用される実
際の冷却装置;および氷晶核形成部位として作用する他の微量化学物質または不
純物の存在。好ましくは、このスラリーは、組織損傷を引き起こさない転移温度
(融点)を有する。
【0049】
スラリー流動性はまた、ローディング、表面粗さおよび粒子サイズに依存する
ということが公知である。好ましくは、最大ローディング(最大冷却能力)なら
びに血管におけるチュービング送達およびチュービング流動のために必要な流動
性の安定な生理食塩水スラリーが生成される。
ということが公知である。好ましくは、最大ローディング(最大冷却能力)なら
びに血管におけるチュービング送達およびチュービング流動のために必要な流動
性の安定な生理食塩水スラリーが生成される。
【0050】
スラリー特徴に影響を与える種々のパラメータの影響を決定するために、0.
5%〜3.0%範囲のいくつかの塩化ナトリウム濃度に対する生理食塩水アイス
スラリーのバッチが、2つの異なるアプローチを使用して、生成される。第1の
アプローチは、溶液の容器または再循環水浴深冷器中に浸されたプラスチックI
V生理食塩水バッグを含むバッチアプローチからなる。第2のアプローチは、市
販の連続流氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレーター(必要な生成の
期間)を変更し、そしてスラリーを生成することである。これらの2つのアプロ
ーチは、異なる生成方法の評価を可能にし、そしてスラリー特徴に対する生成デ
バイスの影響の評価を可能にする。両方のデバイスについて、種々の冷却速度、
温度保持条件、および貯蔵期間が、スラリー特徴に対する影響を評価するために
形成および貯蔵の間スラリーに課せられる。
5%〜3.0%範囲のいくつかの塩化ナトリウム濃度に対する生理食塩水アイス
スラリーのバッチが、2つの異なるアプローチを使用して、生成される。第1の
アプローチは、溶液の容器または再循環水浴深冷器中に浸されたプラスチックI
V生理食塩水バッグを含むバッチアプローチからなる。第2のアプローチは、市
販の連続流氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレーター(必要な生成の
期間)を変更し、そしてスラリーを生成することである。これらの2つのアプロ
ーチは、異なる生成方法の評価を可能にし、そしてスラリー特徴に対する生成デ
バイスの影響の評価を可能にする。両方のデバイスについて、種々の冷却速度、
温度保持条件、および貯蔵期間が、スラリー特徴に対する影響を評価するために
形成および貯蔵の間スラリーに課せられる。
【0051】
約1〜6mm直径のサイズ範囲のプラスチック管状材料を通るスラリー流動性
は、両方のスラリー作製方法のための約0.3〜2mの範囲の長さを有する管状
材料、5〜40%の範囲の種々のローディング、および種々の生理食塩水濃度に
ついて評価される。流れは、プラスチックIV生理食塩水バッグを圧搾すること
によって、そして10〜1000cc/分の種々の速度における計量された流れ
をポンピングすることの両方によって誘導される。流動性は、顕微鏡およびビデ
オ記録により補助される氷粒子妨害物の視覚的検出および管状材料の長さにわた
る任意の圧力低下を測定することによって評価される。粒子サイズおよび粗さは
、スラリー挙動に強く影響を及ぼすので、これらの特徴は、スラリーの顕微鏡/
ビデオ画像を使用して、定量化される。スラリー貯蔵能力は、スラリーを種々の
期間貯蔵し、そしてその流動性を調べることにより評価される。
は、両方のスラリー作製方法のための約0.3〜2mの範囲の長さを有する管状
材料、5〜40%の範囲の種々のローディング、および種々の生理食塩水濃度に
ついて評価される。流れは、プラスチックIV生理食塩水バッグを圧搾すること
によって、そして10〜1000cc/分の種々の速度における計量された流れ
をポンピングすることの両方によって誘導される。流動性は、顕微鏡およびビデ
オ記録により補助される氷粒子妨害物の視覚的検出および管状材料の長さにわた
る任意の圧力低下を測定することによって評価される。粒子サイズおよび粗さは
、スラリー挙動に強く影響を及ぼすので、これらの特徴は、スラリーの顕微鏡/
ビデオ画像を使用して、定量化される。スラリー貯蔵能力は、スラリーを種々の
期間貯蔵し、そしてその流動性を調べることにより評価される。
【0052】
(実施例2)
別の実施形態において、心臓の冷却は、相転移スラリーで肺を満たすことによ
り達成される。肺と心臓の片側とのかなり親密な接触に起因して、肺を満たすこ
とは、心臓の冷却速度を大幅に改善する。肺に使用される相転移アイススラリー
の1つの例は、肺への氷粒子のキャリアとして使用される液体パーフルオロカー
ボンの形態である。酸素添加された場合、パーフルオロカーボン液体はまた、液
体ベンチレーターまたは酸素トランスポーターとして役に立ち得る。
り達成される。肺と心臓の片側とのかなり親密な接触に起因して、肺を満たすこ
とは、心臓の冷却速度を大幅に改善する。肺に使用される相転移アイススラリー
の1つの例は、肺への氷粒子のキャリアとして使用される液体パーフルオロカー
ボンの形態である。酸素添加された場合、パーフルオロカーボン液体はまた、液
体ベンチレーターまたは酸素トランスポーターとして役に立ち得る。
【0053】
心停止の間、肺は、有効的に空気の空所となり、そして心臓への熱伝達および
心臓からの熱伝達を顕著に減少させる絶縁層として振舞い、胸部に外部から適用
される冷却を妨害する。心臓は、肺のすぐ後ろに位置するので(2つの領域を分
離する薄い膜層のみを伴う)、心臓は、外部冷却を補充するように肺に送達され
る冷却剤を使用することにより迅速に冷却され得る。肺への冷却剤は、変更され
た呼吸装置の一部として肺の中へ延びる管を通してか、またはスラリー作製装置
からのチューブによる直接供給を介して患者に投与され得る。
心臓からの熱伝達を顕著に減少させる絶縁層として振舞い、胸部に外部から適用
される冷却を妨害する。心臓は、肺のすぐ後ろに位置するので(2つの領域を分
離する薄い膜層のみを伴う)、心臓は、外部冷却を補充するように肺に送達され
る冷却剤を使用することにより迅速に冷却され得る。肺への冷却剤は、変更され
た呼吸装置の一部として肺の中へ延びる管を通してか、またはスラリー作製装置
からのチューブによる直接供給を介して患者に投与され得る。
【0054】
それらの独特の特性の中でも、パーフルオロカーボン液体は、水と非混和性で
あり、非常に化学的かつ生物学的に不活性であり、そして酸素を溶解する並外れ
た能力を有する。氷粒子/パーフルオロカーボン液体スラリーは、スラリーを作
製するために、生理食塩水(または他の適切な液体)およびパーフルオロカーボ
ン液体のエマルジョンを冷却することによって形成される。
あり、非常に化学的かつ生物学的に不活性であり、そして酸素を溶解する並外れ
た能力を有する。氷粒子/パーフルオロカーボン液体スラリーは、スラリーを作
製するために、生理食塩水(または他の適切な液体)およびパーフルオロカーボ
ン液体のエマルジョンを冷却することによって形成される。
【0055】
このアイススラリーは、容器中の過フルオロ液体における生理食塩水(0.9
%以上の濃度)を乳化し、次いでその混合物を凝固点までバッチ冷却することに
よって作製され得る。この混合物の凝固点は0℃であり、そしてスラリーを約1
5%の氷粒子でロードした。約15%氷粒子ローディングのスラリーは、完全な
流体であり、そしてその粒子は、非常に滑らかであった。
%以上の濃度)を乳化し、次いでその混合物を凝固点までバッチ冷却することに
よって作製され得る。この混合物の凝固点は0℃であり、そしてスラリーを約1
5%の氷粒子でロードした。約15%氷粒子ローディングのスラリーは、完全な
流体であり、そしてその粒子は、非常に滑らかであった。
【0056】
成分の初期の相対比率は、その氷粒子スラリー濃度を影響する。また、スラリ
ー流動性はローディング、表面粗さ、および粒子サイズに依存するということが
公知である。好ましくは、最大ローディング(最大冷却能力)ならびに肺へのチ
ュービング送達のために必要な流動性の安定な生理食塩水/パーフルオロカーボ
ンスラリーが生成される。好ましくは、生理食塩水溶液濃度は、約0.5〜3.
0%の範囲にあり、そして氷粒子ローディングは、好ましくは約5〜40%の範
囲にある。
ー流動性はローディング、表面粗さ、および粒子サイズに依存するということが
公知である。好ましくは、最大ローディング(最大冷却能力)ならびに肺へのチ
ュービング送達のために必要な流動性の安定な生理食塩水/パーフルオロカーボ
ンスラリーが生成される。好ましくは、生理食塩水溶液濃度は、約0.5〜3.
0%の範囲にあり、そして氷粒子ローディングは、好ましくは約5〜40%の範
囲にある。
【0057】
液体を組み合わせるいくつかの異なる方法が存在する。生理食塩水は、その混
合物を凍結させる前に、非混和性のパーフルオロカーボン液体中に懸濁された非
常に小さな液滴にばらされる。凍結する前の生理食塩水溶液液滴のサイズは、凍
結後のスラリー氷粒子サイズを決定する。小さくて滑らかな氷粒子の形成は、ス
ラリー流動性を増大させる。
合物を凍結させる前に、非混和性のパーフルオロカーボン液体中に懸濁された非
常に小さな液滴にばらされる。凍結する前の生理食塩水溶液液滴のサイズは、凍
結後のスラリー氷粒子サイズを決定する。小さくて滑らかな氷粒子の形成は、ス
ラリー流動性を増大させる。
【0058】
小さな生理食塩水溶液液滴を形成するために1つのアプローチは、可変速度ミ
キサーを用いて、ビーカー中で成分を機械的に混合する工程を包含する。より激
しく、そしてより長い期間、混合すればするほど、より小さな液滴が生じる。第
2の方法は、小さな生理食塩水溶液液滴サイズを達成するために超音波ミキサー
を使用する工程からなる。超音波アプローチが好ましい。なぜなら、超音波アプ
ローチは、汚染に関わることなく、所望の混合物の閉鎖された滅菌容器の使用を
可能にするからである。混合エネルギーは、容器の壁を介して伝達される。両方
の場合において、混合された溶液の容器は、再循環浴深冷器または他の適切な冷
却デバイスにおける浸漬によって氷粒子形成温度までバッチ冷却される。そのス
ラリーはまた、要求送達(on−demand delivery)のための連
続プロセスデバイスにおいて作製され得る。
キサーを用いて、ビーカー中で成分を機械的に混合する工程を包含する。より激
しく、そしてより長い期間、混合すればするほど、より小さな液滴が生じる。第
2の方法は、小さな生理食塩水溶液液滴サイズを達成するために超音波ミキサー
を使用する工程からなる。超音波アプローチが好ましい。なぜなら、超音波アプ
ローチは、汚染に関わることなく、所望の混合物の閉鎖された滅菌容器の使用を
可能にするからである。混合エネルギーは、容器の壁を介して伝達される。両方
の場合において、混合された溶液の容器は、再循環浴深冷器または他の適切な冷
却デバイスにおける浸漬によって氷粒子形成温度までバッチ冷却される。そのス
ラリーはまた、要求送達(on−demand delivery)のための連
続プロセスデバイスにおいて作製され得る。
【0059】
好ましくは、安定で(貯蔵可能)、流動的かつ高度にロードされた(30%以
上)氷粒子スラリーが、肺冷却のために医療グレードの生理食塩水/パーフルオ
ロカーボン液体を用いて作製される。これらの所望のスラリー特徴は、生理食塩
水スラリーの場合と同様に、以下に強く依存する:スラリーが形成される時間的
経路および熱力学的経路;スラリー成分の濃度;使用される実際の冷却装置;お
よび氷晶核形成部位として作用する他の微量化学物質または不純物の存在。さら
に、好ましくは、このスラリーは、組織損傷を引き起こさない転移温度(融点)
を有する。
上)氷粒子スラリーが、肺冷却のために医療グレードの生理食塩水/パーフルオ
ロカーボン液体を用いて作製される。これらの所望のスラリー特徴は、生理食塩
水スラリーの場合と同様に、以下に強く依存する:スラリーが形成される時間的
経路および熱力学的経路;スラリー成分の濃度;使用される実際の冷却装置;お
よび氷晶核形成部位として作用する他の微量化学物質または不純物の存在。さら
に、好ましくは、このスラリーは、組織損傷を引き起こさない転移温度(融点)
を有する。
【0060】
スラリー特徴に影響を及ぼす種々のパラメータの効果を決定するために、5〜
40%の範囲における種々のローディング濃度について、0〜3.0%の範囲の
生理食塩水溶液濃度のいくつかの乳化された/高度に混合された混合物について
の生理食塩水/パーフルオロカーボンアイススラリーのバッチが、その液体を組
み合わせる異なる方法を使用して、作製される。
40%の範囲における種々のローディング濃度について、0〜3.0%の範囲の
生理食塩水溶液濃度のいくつかの乳化された/高度に混合された混合物について
の生理食塩水/パーフルオロカーボンアイススラリーのバッチが、その液体を組
み合わせる異なる方法を使用して、作製される。
【0061】
生理食塩水/パーフルオロカーボンアイススラリーの生成へのこれらの2つの
アプローチは、異なる生成方法の評価を可能にし、そしてスラリー特徴に対する
生成デバイスの影響の評価を可能にする。両方のスラリー調製方法について、種
々の冷却速度、温度保持条件、および貯蔵期間が、スラリー特徴に対する影響を
評価するために形成および貯蔵の間スラリーに課せられる。
アプローチは、異なる生成方法の評価を可能にし、そしてスラリー特徴に対する
生成デバイスの影響の評価を可能にする。両方のスラリー調製方法について、種
々の冷却速度、温度保持条件、および貯蔵期間が、スラリー特徴に対する影響を
評価するために形成および貯蔵の間スラリーに課せられる。
【0062】
4〜12mm直径のサイズ範囲のプラスチック管状材料を通るスラリー流動性
が、両方のスラリー生成方法、5〜40%の範囲の種々のローディング、および
種々の生理食塩水濃度について、0.3〜1mの範囲の長さの管状材料について
評価される。流れは、プラスチック可撓性容器(例えば、換気バッグバルブシス
テムに類似する容器)を圧搾して、そして200〜1000cc/分の種々の速
度で計量された流れをポンピングすることによっての両方で誘導される。流動性
は、顕微鏡およびビデオ記録により補助される氷粒子妨害物の視覚的検出ならび
に管状材料の長さにわたる圧力低下を測定することによって評価される。粒子サ
イズおよび粗さは、スラリー挙動に強く影響を及ぼすので、これらの特徴は、ス
ラリーの顕微鏡/ビデオ画像を使用して、定量化される。スラリー貯蔵能力は、
スラリーを種々の期間貯蔵し、そしてその流動性を調べることにより評価される
。好ましくは、大きな冷却能力、十分な流動性、および安定性を有するスラリー
が生成される。
が、両方のスラリー生成方法、5〜40%の範囲の種々のローディング、および
種々の生理食塩水濃度について、0.3〜1mの範囲の長さの管状材料について
評価される。流れは、プラスチック可撓性容器(例えば、換気バッグバルブシス
テムに類似する容器)を圧搾して、そして200〜1000cc/分の種々の速
度で計量された流れをポンピングすることによっての両方で誘導される。流動性
は、顕微鏡およびビデオ記録により補助される氷粒子妨害物の視覚的検出ならび
に管状材料の長さにわたる圧力低下を測定することによって評価される。粒子サ
イズおよび粗さは、スラリー挙動に強く影響を及ぼすので、これらの特徴は、ス
ラリーの顕微鏡/ビデオ画像を使用して、定量化される。スラリー貯蔵能力は、
スラリーを種々の期間貯蔵し、そしてその流動性を調べることにより評価される
。好ましくは、大きな冷却能力、十分な流動性、および安定性を有するスラリー
が生成される。
【0063】
(スラリーを作製するための装置)
各型のスラリーを生成するための装置は、冷却浴中のバッチ処理または有意に
変更された市販の連続流氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレーター(
必要な生成の期間)の使用のいずれかを含み、連続的要求基礎(continu
ous on−demand basis)における医療的使用に適したスラリ
ー特徴の生成を可能にし得る。
変更された市販の連続流氷粒子発生装置および粒子濃縮機/アキュムレーター(
必要な生成の期間)の使用のいずれかを含み、連続的要求基礎(continu
ous on−demand basis)における医療的使用に適したスラリ
ー特徴の生成を可能にし得る。
【0064】
アイススラリー生成および貯蔵装置ならびにそれらを使用するためのプロトコ
ルは、患者の使用に適合すべきである。好ましくは、装置設計は、その条件下に
おいて、冷却デバイスが大きな冷却能力、十分な流動性および安定性を有する最
適スラリーを提供し、そして病院外処置のために必要とされるシナリオを使用す
ることを可能にする。
ルは、患者の使用に適合すべきである。好ましくは、装置設計は、その条件下に
おいて、冷却デバイスが大きな冷却能力、十分な流動性および安定性を有する最
適スラリーを提供し、そして病院外処置のために必要とされるシナリオを使用す
ることを可能にする。
【0065】
(細胞データ)
血流の障害および減少した酸素フローに関する虚血疾患(発作、心筋梗塞、出
血性ショック、心停止を含む)に対する蘇生処置の焦点は、虚血の時間を短縮す
ること、そしてできるだけ迅速に正常な生理学的条件で再灌流することであった
。しかし、最近のデータは、再灌流の最初の数分以内に状態を変更することの方
が、虚血の時間を短縮することよりもさらに重要であり得るということを示唆す
る。
血性ショック、心停止を含む)に対する蘇生処置の焦点は、虚血の時間を短縮す
ること、そしてできるだけ迅速に正常な生理学的条件で再灌流することであった
。しかし、最近のデータは、再灌流の最初の数分以内に状態を変更することの方
が、虚血の時間を短縮することよりもさらに重要であり得るということを示唆す
る。
【0066】
再灌流期間の前の低体温の迅速な誘導についての研究は、虚血の時間を60分
から70分に延長することが、さらなる虚血時間を使用して低体温を誘導した場
合、結果を改善するということを示唆する。図4に見られるように、60分間適
温(37℃)虚血にさらされた心臓細胞が、さらに30分間25℃にて虚血にさ
れて(酸素無しで合計90分間)、そして37℃まで暖め戻される前にさらに6
0分間25℃にて再灌流される場合、それらの細胞死の割合(20%付近の細胞
死)は、細胞が37℃にて60分間虚血にさらされ、そして通常の生理学的溶液
(すなわち、37℃において)を用いてすぐに再灌流される場合(ほぼ50%の
細胞死を生じる)より有意に良い。適温条件において90分間虚血にされたコン
トロール細胞は、60%以上の細胞死を有した。従って、虚血時間の短縮は、虚
血細胞が再灌流の時に低体温であることを確実にすることと比べてあまり重要で
はないかもしれない。
から70分に延長することが、さらなる虚血時間を使用して低体温を誘導した場
合、結果を改善するということを示唆する。図4に見られるように、60分間適
温(37℃)虚血にさらされた心臓細胞が、さらに30分間25℃にて虚血にさ
れて(酸素無しで合計90分間)、そして37℃まで暖め戻される前にさらに6
0分間25℃にて再灌流される場合、それらの細胞死の割合(20%付近の細胞
死)は、細胞が37℃にて60分間虚血にさらされ、そして通常の生理学的溶液
(すなわち、37℃において)を用いてすぐに再灌流される場合(ほぼ50%の
細胞死を生じる)より有意に良い。適温条件において90分間虚血にされたコン
トロール細胞は、60%以上の細胞死を有した。従って、虚血時間の短縮は、虚
血細胞が再灌流の時に低体温であることを確実にすることと比べてあまり重要で
はないかもしれない。
【0067】
その意味は、心停止についての全身冷却、ならびに、それぞれ心筋梗塞および
発作についての心臓および脳の選択器官冷却が、患者を処置するためのより多く
の時間を医師に与えることによって、虚血性/再灌流損傷からこれらの器官を救
う機会という重要な道を開き得るということである。例えば、発作患者について
、医師が、血餅を溶解し、そして脳の虚血領域を再灌流するために安全に血栓溶
解剤を投与し得る現在の時間ウィンドーは、3時間であり、この時間はあまりに
も短すぎて、ほとんどの患者がこの治療に由来する利益を得られない。これらの
結果は、再灌流の前(すなわち、血栓溶解剤を投与する前)に冷却される場合、
頚動脈の周囲(pericarotid)を冷却する技術を用いる場合と同様に
、再灌流する機会の時間ウィンドーが3時間を超えて延長されるということを示
す。
発作についての心臓および脳の選択器官冷却が、患者を処置するためのより多く
の時間を医師に与えることによって、虚血性/再灌流損傷からこれらの器官を救
う機会という重要な道を開き得るということである。例えば、発作患者について
、医師が、血餅を溶解し、そして脳の虚血領域を再灌流するために安全に血栓溶
解剤を投与し得る現在の時間ウィンドーは、3時間であり、この時間はあまりに
も短すぎて、ほとんどの患者がこの治療に由来する利益を得られない。これらの
結果は、再灌流の前(すなわち、血栓溶解剤を投与する前)に冷却される場合、
頚動脈の周囲(pericarotid)を冷却する技術を用いる場合と同様に
、再灌流する機会の時間ウィンドーが3時間を超えて延長されるということを示
す。
【0068】
(モデル)
内部熱シンクを伴いそして伴わない、単純化された球形の模範的古典的多層熱
伝導モデルを実行して、頭部および胸部の冷却を分析した。このモデルは、Ca
rslaw,H.S.およびJaeger,J.C.,Conduction
of Heat In Solids,Oxford University
Press,1973,233−237頁(これは、本明細書中に参考として援
用される)に見出される。頭部に関して、この球形モデルは、4つの層を有する
。心臓を、単一要素球体としてモデル化する。頭部および心臓の両方を、内部熱
シンクを伴い、そして伴わなずにモデル化する。この熱シンクは、胸部圧迫によ
り誘導される冷血侵入から生じる器官冷却のシミュレーションを可能にする。単
純化されたモデルの精度を確認するために、氷泥浴(ice slush ba
th)に急に浸された膝窩と関連する冷却速度に関する冷却データを、モデル予
測と比較する。以下は、膝窩、頭部、および心臓冷却評価からの結果を要約する
。
伝導モデルを実行して、頭部および胸部の冷却を分析した。このモデルは、Ca
rslaw,H.S.およびJaeger,J.C.,Conduction
of Heat In Solids,Oxford University
Press,1973,233−237頁(これは、本明細書中に参考として援
用される)に見出される。頭部に関して、この球形モデルは、4つの層を有する
。心臓を、単一要素球体としてモデル化する。頭部および心臓の両方を、内部熱
シンクを伴い、そして伴わなずにモデル化する。この熱シンクは、胸部圧迫によ
り誘導される冷血侵入から生じる器官冷却のシミュレーションを可能にする。単
純化されたモデルの精度を確認するために、氷泥浴(ice slush ba
th)に急に浸された膝窩と関連する冷却速度に関する冷却データを、モデル予
測と比較する。以下は、膝窩、頭部、および心臓冷却評価からの結果を要約する
。
【0069】
(実験)
(熱伝導モデリング結果:実施例3〜6)
(実施例3)
(膝窩:表面冷却/血流無し)
頭部に類似するサイズおよび表面積の大きな組織塊の外面冷却のみと関連する
冷却速度の指標を得る手段として、埋め込まれた骨塊を有する9.8ポンドの膝
窩(脛骨部分)に対して実験を実施した。この膝窩を、膝窩の最も厚い部分に3
.5インチほど埋め込まれた熱電対と共に0℃において厳重に包装された氷泥水
浴中の直接完全浸漬によって30分で初めの29.4℃という温度から16.7
℃まで冷却した。得られた中心冷却速度は、0.42℃/分であった。これらの
結果は、血流の非存在下において、表面冷却だけが、所望の冷却を達成するには
ほど遠いということを確実にした。
冷却速度の指標を得る手段として、埋め込まれた骨塊を有する9.8ポンドの膝
窩(脛骨部分)に対して実験を実施した。この膝窩を、膝窩の最も厚い部分に3
.5インチほど埋め込まれた熱電対と共に0℃において厳重に包装された氷泥水
浴中の直接完全浸漬によって30分で初めの29.4℃という温度から16.7
℃まで冷却した。得られた中心冷却速度は、0.42℃/分であった。これらの
結果は、血流の非存在下において、表面冷却だけが、所望の冷却を達成するには
ほど遠いということを確実にした。
【0070】
図5は、1.5〜5.0×10-7m2/sの範囲を有する熱拡散率について半
径b=3.5インチの球体に基づく測定された膝窩の中心んの温度履歴と比較し
た、膝窩に適用される球形熱伝導モデルの結果を示す。
径b=3.5インチの球体に基づく測定された膝窩の中心んの温度履歴と比較し
た、膝窩に適用される球形熱伝導モデルの結果を示す。
【0071】
(実施例4)
(頭部モデル)
外面冷却のみを使用する脳の中心の温度についてのモデルならびに外頸動脈周
辺冷却および内頚動脈周辺冷却の組み合わせ効果についてのモデルが、図6に示
される。
辺冷却および内頚動脈周辺冷却の組み合わせ効果についてのモデルが、図6に示
される。
【0072】
頭部/脳の外面冷却モデルは、以下の特徴を有する。その頭部は、急激な浸漬
の際に、0℃でのアイススラリー浴への熱伝導を伴う4層化球体としてモデル化
される。外側区域から内側区域へのこの球体の4層は、図6に示されるように、
それぞれ、頭皮、頭蓋、脳脊髄液(CSF)、および脳である。この脳の質量は
、1500g(これは1388cm3の容積および69.2mmの半径に相当す
る)と考えられている。頭皮、頭蓋、およびCSFの厚さは、それぞれ5mm、
5mm、および2mmである。脳の半径を10等分にする。支配的な古典的熱伝
導方程式を、定差形態に区切り、そして温度について数的に解いた。使用される
式は、aiTi=biTi+1+ciTi-1+diであり、iは、分割の数を示す。この
式を、Tri−Diagonal−Mattix Algorithmによって
解いた。(S.V.Patanker,Numerical Heat Tra
nsfer and Fluid Flow(Hemisphere Seri
es on Computational Methods in Mecha
nics and Thermal Science),Hemisphere
Publishing,52〜54頁、1980を参照のこと。また、Car
slaw,H.S.およびJaeger,J.C.,Conduction o
f Heat In Solids,Oxford University P
ress,1973,233〜237頁を参照のこと)。
の際に、0℃でのアイススラリー浴への熱伝導を伴う4層化球体としてモデル化
される。外側区域から内側区域へのこの球体の4層は、図6に示されるように、
それぞれ、頭皮、頭蓋、脳脊髄液(CSF)、および脳である。この脳の質量は
、1500g(これは1388cm3の容積および69.2mmの半径に相当す
る)と考えられている。頭皮、頭蓋、およびCSFの厚さは、それぞれ5mm、
5mm、および2mmである。脳の半径を10等分にする。支配的な古典的熱伝
導方程式を、定差形態に区切り、そして温度について数的に解いた。使用される
式は、aiTi=biTi+1+ciTi-1+diであり、iは、分割の数を示す。この
式を、Tri−Diagonal−Mattix Algorithmによって
解いた。(S.V.Patanker,Numerical Heat Tra
nsfer and Fluid Flow(Hemisphere Seri
es on Computational Methods in Mecha
nics and Thermal Science),Hemisphere
Publishing,52〜54頁、1980を参照のこと。また、Car
slaw,H.S.およびJaeger,J.C.,Conduction o
f Heat In Solids,Oxford University P
ress,1973,233〜237頁を参照のこと)。
【0073】
図6は、脳の中心における過渡的な温度を示す。脳の中心の、37℃から25
℃への冷却時間は、93分間である。脳の中心は、非常にゆっくりと冷却される
。しかし、脳の外側縁部は、冷却する際の10分間において、25℃の保護的な
温度を経験する。この頭部モデルは、内部の頚動脈周囲の血液の冷却を、外部冷
却と組み合わせて利用することによって、脳の冷却の速度が有意に改善されるこ
とを示す。
℃への冷却時間は、93分間である。脳の中心は、非常にゆっくりと冷却される
。しかし、脳の外側縁部は、冷却する際の10分間において、25℃の保護的な
温度を経験する。この頭部モデルは、内部の頚動脈周囲の血液の冷却を、外部冷
却と組み合わせて利用することによって、脳の冷却の速度が有意に改善されるこ
とを示す。
【0074】
頚動脈への熱移動がモデル化された。そしてその結果の脳への血流(これは、
胸部圧迫から生じる)の冷却能を使用して、脳内に分散した熱シンクの形態で必
要とされる冷却能が達成され得るか否かを評価する。頸部の各側の頚動脈が以下
の特徴を有すると仮定する:直径=1.2cm;長さ=10cm;胸部圧迫から
の血液の流速=125cc/分;およびアイススラリーに起因する表面温度=0
℃。
胸部圧迫から生じる)の冷却能を使用して、脳内に分散した熱シンクの形態で必
要とされる冷却能が達成され得るか否かを評価する。頸部の各側の頚動脈が以下
の特徴を有すると仮定する:直径=1.2cm;長さ=10cm;胸部圧迫から
の血液の流速=125cc/分;およびアイススラリーに起因する表面温度=0
℃。
【0075】
頚動脈の分析は、冷却プロセスの開始時において、血液が10cmの有効冷却
長さの動脈に37℃で入り、そして24.8℃で出ることを示す。1つの頚動脈
あたり14.8cal/sが、血液から除かれる。時間が経過するにつれて、頚
動脈熱交換器を出る血液が、より低温になる。従って、脳に入る血液もまた、冷
却の開始時においてさえも、より低温になり、所望の冷却細胞保護標的温度であ
る25℃に近い温度を有する。
長さの動脈に37℃で入り、そして24.8℃で出ることを示す。1つの頚動脈
あたり14.8cal/sが、血液から除かれる。時間が経過するにつれて、頚
動脈熱交換器を出る血液が、より低温になる。従って、脳に入る血液もまた、冷
却の開始時においてさえも、より低温になり、所望の冷却細胞保護標的温度であ
る25℃に近い温度を有する。
【0076】
表面の冷却単独の影響を予測するために使用される、頭部熱伝導移動モデルを
使用する。ここで、単位容量あたりの均一な熱シンクが、脳領域についてq’’
’で表され、そして中心温度が、時間に対して予測され、そして外部および内部
の両方の熱シンク冷却モードが、作動している。使用したq’’’の値は、0.
02cal/s−cm3であり、これは、質量1500g、容量1388cm3、
および比熱3850J/kg−℃を有する脳の、37℃から25℃への10分間
での冷却に基づく。これらの仮定に基づく平均脳冷却速度は、27.6cal/
sである。図6に示すように、脳に流入する頚動脈血を冷却することから生じる
、内部脳冷却を付加することによって、冷却における、外部冷却単独の場合より
有意な改善が与えられる。脳の中心の温度は、10分間で25℃に達し、そして
最も重要なことには、内部熱シンク効果が、頚動脈の冷却により得られ得る。
使用する。ここで、単位容量あたりの均一な熱シンクが、脳領域についてq’’
’で表され、そして中心温度が、時間に対して予測され、そして外部および内部
の両方の熱シンク冷却モードが、作動している。使用したq’’’の値は、0.
02cal/s−cm3であり、これは、質量1500g、容量1388cm3、
および比熱3850J/kg−℃を有する脳の、37℃から25℃への10分間
での冷却に基づく。これらの仮定に基づく平均脳冷却速度は、27.6cal/
sである。図6に示すように、脳に流入する頚動脈血を冷却することから生じる
、内部脳冷却を付加することによって、冷却における、外部冷却単独の場合より
有意な改善が与えられる。脳の中心の温度は、10分間で25℃に達し、そして
最も重要なことには、内部熱シンク効果が、頚動脈の冷却により得られ得る。
【0077】
(心臓モデル)
心臓に入る冷血液を、脳についてと同様に、均一に分散する熱シンクとして、
モデル化する。これらの冷却法の有効性を、シミュレートした2つの事例につい
て、以下で議論する(実施例5および実施例6)。球状の心臓熱伝導移動モデル
は、400gの質量、370cm3の容量、および44.6mmの半径の心臓を
仮定する。
モデル化する。これらの冷却法の有効性を、シミュレートした2つの事例につい
て、以下で議論する(実施例5および実施例6)。球状の心臓熱伝導移動モデル
は、400gの質量、370cm3の容量、および44.6mmの半径の心臓を
仮定する。
【0078】
(実施例5)
心臓モデル事例1:血流なし、胸部圧迫なし、肺にアイススラリーを充填、そ
して体幹を氷で覆っての、肺の冷却 この事例は、肺が時刻0において0℃でアイススラリーを充填され、そして心
臓(この心臓は、最初は37℃である)が肺から薄い組織層(2〜5mm厚)の
みで隔離されたという概要に関連して、心臓の中心の冷却速度を計算する。体幹
を、氷浴に曝す。胸部圧迫(これは、血流を誘導する)は、使用しない。肺は、
3または4リットルのアイススラリーを、1回の充填で保持し得、そしてこのス
ラリーは、約30容量%の氷粒子を含む(氷は、80cal/gすなわち144
Btu/lbの融解熱を有する)。この分析は、心臓の冷却速度を予測すること
に加えて、心臓をその最初の均一な温度37℃から標的の中心の温度25℃まで
冷却するためにどれだけの冷却が必要であるかの推定をもまた与える。この推定
はまた、肺に充填して標的冷却を達成するために、どれだけの量のアイススラリ
ーが必要とされるかに関する情報を提供する。
して体幹を氷で覆っての、肺の冷却 この事例は、肺が時刻0において0℃でアイススラリーを充填され、そして心
臓(この心臓は、最初は37℃である)が肺から薄い組織層(2〜5mm厚)の
みで隔離されたという概要に関連して、心臓の中心の冷却速度を計算する。体幹
を、氷浴に曝す。胸部圧迫(これは、血流を誘導する)は、使用しない。肺は、
3または4リットルのアイススラリーを、1回の充填で保持し得、そしてこのス
ラリーは、約30容量%の氷粒子を含む(氷は、80cal/gすなわち144
Btu/lbの融解熱を有する)。この分析は、心臓の冷却速度を予測すること
に加えて、心臓をその最初の均一な温度37℃から標的の中心の温度25℃まで
冷却するためにどれだけの冷却が必要であるかの推定をもまた与える。この推定
はまた、肺に充填して標的冷却を達成するために、どれだけの量のアイススラリ
ーが必要とされるかに関する情報を提供する。
【0079】
このモデルにおいては、心臓の表面が肺と100%接触しており、そして肺へ
のアイススラリーの注入および体幹が氷浴中にあることから生じる0℃の表面温
度に維持されることを、仮定する。心臓の中心における過渡的な温度を、図7に
示す。37℃から25℃まで冷却するために、約28.4分間かかる。これは、
標的時間である10分間より長い。この事例については、37℃から25℃への
熱の損失の量は、38.8Btuであると計算され、これは、0.27ポンドの
氷の潜熱と等価である。3〜4リットルの容量を有する肺に充填された、30%
の氷粒子を含むスラリーについては、1回の充填で2ポンドより多い氷が肺に入
り、これは、所望の冷却を達成するために十分である。
のアイススラリーの注入および体幹が氷浴中にあることから生じる0℃の表面温
度に維持されることを、仮定する。心臓の中心における過渡的な温度を、図7に
示す。37℃から25℃まで冷却するために、約28.4分間かかる。これは、
標的時間である10分間より長い。この事例については、37℃から25℃への
熱の損失の量は、38.8Btuであると計算され、これは、0.27ポンドの
氷の潜熱と等価である。3〜4リットルの容量を有する肺に充填された、30%
の氷粒子を含むスラリーについては、1回の充填で2ポンドより多い氷が肺に入
り、これは、所望の冷却を達成するために十分である。
【0080】
(実施例6)
心臓モデル事例2:肺の冷却と血流との組み合わせ
この事例においては、複数の冷却モデルの完全な組み合わせを考慮する。すな
わち、心臓が、スラリーを満たした肺と心臓との間の接触(心臓モデル事例1、
実施例5を参照のこと)に起因する伝導性熱移動、および心臓を通って流れる低
温の血液に起因する冷却によって、冷却される。この心臓は、アイススラリーを
大動脈に注入すること、頸部の血液が冷却されること、および肺内で冷却された
血液が、心臓が自然に鼓動していない状態での胸部圧迫の結果として心臓に流れ
込むことの組み合わせの結果として、冷却される。
わち、心臓が、スラリーを満たした肺と心臓との間の接触(心臓モデル事例1、
実施例5を参照のこと)に起因する伝導性熱移動、および心臓を通って流れる低
温の血液に起因する冷却によって、冷却される。この心臓は、アイススラリーを
大動脈に注入すること、頸部の血液が冷却されること、および肺内で冷却された
血液が、心臓が自然に鼓動していない状態での胸部圧迫の結果として心臓に流れ
込むことの組み合わせの結果として、冷却される。
【0081】
内部冷却をシミュレートするために、心臓球モデルにおいては、均一に分散し
た熱シンクq’’’を使用して、心臓と血流との間の伝導熱移動を表す。q’’
’=0.018cal/s−cm3(これは、−6.63cal/sのエネルギ
ー除去速度に対応する)についての心臓の中心の温度を、図7に示す。q’’’
の適切な値を、脳の計算についてと同じ方法で決定する。冷却した血流を用いて
、心臓モデル事例1、実施例5より優れた有意な改善が得られる。図7から、血
流の寄与がない条件下(すなわち、q’’’=0)での、心臓の中心における3
7℃から25℃への冷却時間は、28.4分間である(心臓モデル事例1、実施
例5からの結果)ことが注目される。しかし、心臓に適用される0.018ca
l/s−cm3の容量熱シンク値については、冷却時間が10分間に減少する。
これら2つの事例は、冷却された血流が、心停止後に心臓の中心を迅速に冷却す
るために、非常に重要であることを示す。血流によるこの冷却は、内部アイスス
ラリー冷却を使用して、達成される。
た熱シンクq’’’を使用して、心臓と血流との間の伝導熱移動を表す。q’’
’=0.018cal/s−cm3(これは、−6.63cal/sのエネルギ
ー除去速度に対応する)についての心臓の中心の温度を、図7に示す。q’’’
の適切な値を、脳の計算についてと同じ方法で決定する。冷却した血流を用いて
、心臓モデル事例1、実施例5より優れた有意な改善が得られる。図7から、血
流の寄与がない条件下(すなわち、q’’’=0)での、心臓の中心における3
7℃から25℃への冷却時間は、28.4分間である(心臓モデル事例1、実施
例5からの結果)ことが注目される。しかし、心臓に適用される0.018ca
l/s−cm3の容量熱シンク値については、冷却時間が10分間に減少する。
これら2つの事例は、冷却された血流が、心停止後に心臓の中心を迅速に冷却す
るために、非常に重要であることを示す。血流によるこの冷却は、内部アイスス
ラリー冷却を使用して、達成される。
【0082】
これらの検査法は、単純化された球状構造および集中パラメータの、教科書に
ある古典的な熱伝導熱移動モデル近似に基づく(Carslaw,H.S.およ
びJaeger,J.C.,Conduction of Heat In S
olids,Oxford University Press,1973,2
33−237頁)。
ある古典的な熱伝導熱移動モデル近似に基づく(Carslaw,H.S.およ
びJaeger,J.C.,Conduction of Heat In S
olids,Oxford University Press,1973,2
33−237頁)。
【0083】
脳および心臓の領域の冷却モデル研究は、種々の冷却アプローチを開発および
評価するために使用される、数値モデルを与える。最初の標的は、37℃から2
5℃への、10分間での冷却である。
評価するために使用される、数値モデルを与える。最初の標的は、37℃から2
5℃への、10分間での冷却である。
【0084】
冷却速度の検査評価を使用して、肺および心臓についての組み合わせられた外
部および内部の冷却を評価する。時刻0において0℃のアイススラリーを満たし
た肺、および薄い組織層(2〜5mm厚)のみによってこの肺から隔離された心
臓(この心臓は、最初、37℃である)を用いる、心臓冷却速度の第一のカット
モデル(cut model)を、開発した。この分析は、心臓の冷却速度を予
測することに加えて、心臓をその最初の均一な温度37℃から中心温度25℃ま
で冷却するためにどれだけの量のアイススラリーが必要とされるかの推定もまた
与えた。
部および内部の冷却を評価する。時刻0において0℃のアイススラリーを満たし
た肺、および薄い組織層(2〜5mm厚)のみによってこの肺から隔離された心
臓(この心臓は、最初、37℃である)を用いる、心臓冷却速度の第一のカット
モデル(cut model)を、開発した。この分析は、心臓の冷却速度を予
測することに加えて、心臓をその最初の均一な温度37℃から中心温度25℃ま
で冷却するためにどれだけの量のアイススラリーが必要とされるかの推定もまた
与えた。
【0085】
これらの検査法は、単純化された球状の形状および集中パラメータの近似に基
づく。さらなる熱移動モデルを、複雑な構造、境界条件、および関与する種々の
身体要素の材料特性の変動を表す、有限要素に基づいて、開発する。市販のコー
ドPROSTAR(STAR−CDコードのプリプロセッサ)を使用して、頭部
および心臓の実際の形状をより正確に表すコンピュータメッシュを作成し、そし
て適用される境界条件および組織特性の空間的変動を表す。
づく。さらなる熱移動モデルを、複雑な構造、境界条件、および関与する種々の
身体要素の材料特性の変動を表す、有限要素に基づいて、開発する。市販のコー
ドPROSTAR(STAR−CDコードのプリプロセッサ)を使用して、頭部
および心臓の実際の形状をより正確に表すコンピュータメッシュを作成し、そし
て適用される境界条件および組織特性の空間的変動を表す。
【0086】
(実施例7)
この研究において、心停止のブタモデルにおける胸部圧迫を伴う心停止の間に
、静脈内に、そして気管内チューブを通して肺空間内へと送達される場合に、相
転移アイススラリーが心臓および脳の標的化された冷却を提供する能力を、試験
した。
、静脈内に、そして気管内チューブを通して肺空間内へと送達される場合に、相
転移アイススラリーが心臓および脳の標的化された冷却を提供する能力を、試験
した。
【0087】
(相転移アイススラリー)
これらの実験のために使用したスラリーは、生理食塩水に基づくアイススラリ
ーであり、このスラリーは、0.9%生理食塩水溶液から生じる30%の氷から
なった。氷の粒子サイズは、0.1mm未満であり(顕微鏡により測定);IV
チュービングを通る流動性は良好であり;そしてこのスラリーは、貯蔵の4時間
後に分解しなかった。生成した生理食塩水アイススラリーの温度は、−0.3℃
であり、これは、生物学的組織によって十分に許容される温度である。
ーであり、このスラリーは、0.9%生理食塩水溶液から生じる30%の氷から
なった。氷の粒子サイズは、0.1mm未満であり(顕微鏡により測定);IV
チュービングを通る流動性は良好であり;そしてこのスラリーは、貯蔵の4時間
後に分解しなかった。生成した生理食塩水アイススラリーの温度は、−0.3℃
であり、これは、生物学的組織によって十分に許容される温度である。
【0088】
(動物の計装)
ブタを心停止のモデルとして使用することは、文献に十分に記載されている(
例えば、Idris,A.H.,Wenzel,V.,Becker,L.B.
,Banner,M.J.,Orban,D.J.,Does hypoxia
or hypercarbia independently affect
resuscitation from cardiac arrest?,
Chest,108(2):522−28(1995);Idris,A.H.
,Becker,L.B.,Fuerst,R.S.,Wenzel,V.,R
ush,W.J.,Melker,R.J.,Orban,D.J.,Effe
ct of ventilation on resuscitation i
n an animal model of cardiac arrest,
Circulation,90(6):3063−69(1994);およびS
windle,M.M.,The use of animals in su
rgical research,J Invest Surg.,1(1):
3−4(1988)を参照のこと)。
例えば、Idris,A.H.,Wenzel,V.,Becker,L.B.
,Banner,M.J.,Orban,D.J.,Does hypoxia
or hypercarbia independently affect
resuscitation from cardiac arrest?,
Chest,108(2):522−28(1995);Idris,A.H.
,Becker,L.B.,Fuerst,R.S.,Wenzel,V.,R
ush,W.J.,Melker,R.J.,Orban,D.J.,Effe
ct of ventilation on resuscitation i
n an animal model of cardiac arrest,
Circulation,90(6):3063−69(1994);およびS
windle,M.M.,The use of animals in su
rgical research,J Invest Surg.,1(1):
3−4(1988)を参照のこと)。
【0089】
ケタミン(20mg/kg IM)での麻酔の誘導に続いて、体重30〜40
kgの家畜ブタに、#7気管内チューブを挿管した。動物を、背側の横臥位に配
置した。麻酔を、イソフルオラン吸入ガスおよび100%酸素で維持した。生命
徴候を頻繁にモニタリングし、そして麻酔レベルを調節して、生理的ホメオスタ
シスを維持し、そして不快の絶対的な非存在を維持した。動物を、周期性の圧力
制御された電子換気機で換気して、35〜45torrの呼吸終期CO2を維持
した。
kgの家畜ブタに、#7気管内チューブを挿管した。動物を、背側の横臥位に配
置した。麻酔を、イソフルオラン吸入ガスおよび100%酸素で維持した。生命
徴候を頻繁にモニタリングし、そして麻酔レベルを調節して、生理的ホメオスタ
シスを維持し、そして不快の絶対的な非存在を維持した。動物を、周期性の圧力
制御された電子換気機で換気して、35〜45torrの呼吸終期CO2を維持
した。
【0090】
通常の生理食塩水溶液を、10cc/kg/時間の速度で、耳介静脈内に配置
した22gの静脈内カテーテルを通して、投与した。静脈切開を、大腿三角の領
域で実施して、長期挿入型(longdwelling)カテーテルを大腿動脈
内に配置することを可能にした。針温度プローブを脳内に配置するために、2c
mの切開を、頭蓋の上にある皮膚を通して作製した。骨ドリルを、この皮膚の切
開を通して配置し、そして4mmの穴を、眼窩縁のすぐ上の頭蓋を通して配置し
た。硬膜を見えるようにし、そして前頭葉に挿入した針サーミスタプローブを、
4cmの深さまで貫入させた。この手順を、両側の温度モニタリングのために、
他方の側において繰り返した。ベースライン温度を、全ての部位から測定した。
胸部圧迫の間に、連続的な温度測定を、右脳および左脳、食道、ならびに直腸の
プローブから測定した。この実験の終結にすぐ続いて、心臓の温度を、針プロー
ブを左心室の筋肉に直接挿入することによって、測定した。
した22gの静脈内カテーテルを通して、投与した。静脈切開を、大腿三角の領
域で実施して、長期挿入型(longdwelling)カテーテルを大腿動脈
内に配置することを可能にした。針温度プローブを脳内に配置するために、2c
mの切開を、頭蓋の上にある皮膚を通して作製した。骨ドリルを、この皮膚の切
開を通して配置し、そして4mmの穴を、眼窩縁のすぐ上の頭蓋を通して配置し
た。硬膜を見えるようにし、そして前頭葉に挿入した針サーミスタプローブを、
4cmの深さまで貫入させた。この手順を、両側の温度モニタリングのために、
他方の側において繰り返した。ベースライン温度を、全ての部位から測定した。
胸部圧迫の間に、連続的な温度測定を、右脳および左脳、食道、ならびに直腸の
プローブから測定した。この実験の終結にすぐ続いて、心臓の温度を、針プロー
ブを左心室の筋肉に直接挿入することによって、測定した。
【0091】
圧迫シリンダー(Thumper,Michigan Instrument
s)を、圧迫パッドの中心を胸骨体に合わせて、胸骨の上に配置して、3〜4c
mの圧迫深さで、1分間あたり80回の圧迫を提供した。このデバイスを、心停
止の誘導の前に試験して、「横隔膜の痙攣(thumping)」の間に適切な
動脈波形の存在を確認した。
s)を、圧迫パッドの中心を胸骨体に合わせて、胸骨の上に配置して、3〜4c
mの圧迫深さで、1分間あたり80回の圧迫を提供した。このデバイスを、心停
止の誘導の前に試験して、「横隔膜の痙攣(thumping)」の間に適切な
動脈波形の存在を確認した。
【0092】
(実験プロトコル)
心停止を、5ccの飽和KClの静脈内注射によって誘導し、そしてEKG波
形および血圧が完全に存在しないことによって、確認した。死亡の際に、CPR
を開始し、そしてスラリーを投与した。アイススラリーを、スラリーが気管内チ
ューブから溢れるまで、気管内チューブの管腔に挿入した5フレンチの管に沿っ
て送達した。同時に、この動物を、3Lの換気バッグ(例えば、「Ambu」バ
ッグ)を使用して気管内チューブを通して換気し、そして換気を、5回の圧迫あ
たり1回の換気の速度で実施した。約2分間の間隔で、先に注入したアイススラ
リーを除去し、そして約100〜150ccの新鮮なスラリーと交換した。静脈
系にアイススラリーを追加する実験においては、約1500ccのアイススラリ
ーを、大腿静脈ラインを介してさらに投与した。CPRおよびスラリーの投与を
、脳の温度がベースライン(約38℃)から約30℃まで低下するまで続けた。
開胸術を実施し、そして前心室壁からの直接の観察のもとで、約0.5〜1.0
cmの深さにおいて、3つの温度を測定した。
形および血圧が完全に存在しないことによって、確認した。死亡の際に、CPR
を開始し、そしてスラリーを投与した。アイススラリーを、スラリーが気管内チ
ューブから溢れるまで、気管内チューブの管腔に挿入した5フレンチの管に沿っ
て送達した。同時に、この動物を、3Lの換気バッグ(例えば、「Ambu」バ
ッグ)を使用して気管内チューブを通して換気し、そして換気を、5回の圧迫あ
たり1回の換気の速度で実施した。約2分間の間隔で、先に注入したアイススラ
リーを除去し、そして約100〜150ccの新鮮なスラリーと交換した。静脈
系にアイススラリーを追加する実験においては、約1500ccのアイススラリ
ーを、大腿静脈ラインを介してさらに投与した。CPRおよびスラリーの投与を
、脳の温度がベースライン(約38℃)から約30℃まで低下するまで続けた。
開胸術を実施し、そして前心室壁からの直接の観察のもとで、約0.5〜1.0
cmの深さにおいて、3つの温度を測定した。
【0093】
(データ分析)
単純な記述統計学を、温度データに対して使用する。温度を、30〜40分間
にわたって1分ごとに記録し、そしてデータ点を1頭の動物あたり各部位に関し
て収集した。両側t検定を、有意性の試験として実施し、0.05未満のpを、
有意であるとみなした。
にわたって1分ごとに記録し、そしてデータ点を1頭の動物あたり各部位に関し
て収集した。両側t検定を、有意性の試験として実施し、0.05未満のpを、
有意であるとみなした。
【0094】
(結果)
(肺の冷却のみ)
結果を表1に示す。胸部圧迫および肺冷却を伴う40分間の心停止にわたって
、直腸の温度は1.1℃低下し、一方で脳の温度は6.3℃低下し、そして心臓
の温度は14℃低下した。アイススラリーをより頻繁に注入することによって、
より迅速な冷却が生じ、最大冷却速度は、10分間にわたって−2.8℃(10
分間あたり)に維持された。食道内のさらなる温度プローブは、心臓における温
度に類似であるか、またはより低い温度を示した(データは示さない)。
、直腸の温度は1.1℃低下し、一方で脳の温度は6.3℃低下し、そして心臓
の温度は14℃低下した。アイススラリーをより頻繁に注入することによって、
より迅速な冷却が生じ、最大冷却速度は、10分間にわたって−2.8℃(10
分間あたり)に維持された。食道内のさらなる温度プローブは、心臓における温
度に類似であるか、またはより低い温度を示した(データは示さない)。
【0095】
(実施例8)
(組み合わせられた肺および静脈内のスラリー投与)
上記のように肺の冷却を伴って実験を実施したが、さらに、アイススラリーを
、大腿静脈ラインに直接注射した。約1500ccのアイススラリーを、30分
間にわたってカテーテルを介して注射した。表1に見られるように、静脈のさら
なるアイススラリーを用いた冷却速度は、肺の冷却単独の場合より速いようであ
る。直腸の温度は、30分間の実験にわたって1.3℃低下したのみであったが
、脳の温度は8.6℃低下し、そして心臓の温度は16℃低下した。最良の10
分間の冷却期間にわたって、脳の温度は5.2℃低下した。この実験に関する詳
細な温度チャートは、表1に見られる。
、大腿静脈ラインに直接注射した。約1500ccのアイススラリーを、30分
間にわたってカテーテルを介して注射した。表1に見られるように、静脈のさら
なるアイススラリーを用いた冷却速度は、肺の冷却単独の場合より速いようであ
る。直腸の温度は、30分間の実験にわたって1.3℃低下したのみであったが
、脳の温度は8.6℃低下し、そして心臓の温度は16℃低下した。最良の10
分間の冷却期間にわたって、脳の温度は5.2℃低下した。この実験に関する詳
細な温度チャートは、表1に見られる。
【0096】
胸部圧迫を伴う、心停止の間の、静脈内および肺の冷却を組み合わせた、単一
の実験からのデータを、表2および図8に示す。経時的な単一の実験からのデー
タは、冷却および心停止の最初の20分間にわたる、心臓、脳(右半球と左半球
との平均)、および直腸の温度を示す。時刻0とは、心停止の瞬間を表し、そし
て心臓の冷却は、この実験にわたって平均(従って、直線推定)されている(な
ぜならこれは、死亡後に非連続的に測定したからである)ことに、注目のこと。
の実験からのデータを、表2および図8に示す。経時的な単一の実験からのデー
タは、冷却および心停止の最初の20分間にわたる、心臓、脳(右半球と左半球
との平均)、および直腸の温度を示す。時刻0とは、心停止の瞬間を表し、そし
て心臓の冷却は、この実験にわたって平均(従って、直線推定)されている(な
ぜならこれは、死亡後に非連続的に測定したからである)ことに、注目のこと。
【0097】
【表1】
低体温状態は、心停止のブタモデルにおいて、肺の空間内および静脈内カテー
テルを介して投与された相転移アイススラリーを使用して、迅速に誘導された。
この方法は、同時の胸部圧迫の間に、これらの動物において、脳および心臓の温
度を、迅速かつ有意に低下させた。興味深いことに、直腸の温度は顕著には変化
しなかった。このことは、脳および心臓に対して特に標的化された冷却の技術の
概念と一致する。これらの結果は、いくつかの局面において、独自かつ驚くべき
ものである。第一に、冷却のための内部相転移スラリーの医学的使用を示す以前
の研究(本発明者らが気付いたもの)は、存在しない。第二に、これは、CPR
の間に脳および心臓を迅速に冷却するための熱交換のための実用的なシステムと
して、肺の表面積を同定する、最初の研究であると考えられる。冷却速度は、病
院外設備において救急医療士に利用可能ないかなる他の方法よりも、10〜20
倍大きかった。
テルを介して投与された相転移アイススラリーを使用して、迅速に誘導された。
この方法は、同時の胸部圧迫の間に、これらの動物において、脳および心臓の温
度を、迅速かつ有意に低下させた。興味深いことに、直腸の温度は顕著には変化
しなかった。このことは、脳および心臓に対して特に標的化された冷却の技術の
概念と一致する。これらの結果は、いくつかの局面において、独自かつ驚くべき
ものである。第一に、冷却のための内部相転移スラリーの医学的使用を示す以前
の研究(本発明者らが気付いたもの)は、存在しない。第二に、これは、CPR
の間に脳および心臓を迅速に冷却するための熱交換のための実用的なシステムと
して、肺の表面積を同定する、最初の研究であると考えられる。冷却速度は、病
院外設備において救急医療士に利用可能ないかなる他の方法よりも、10〜20
倍大きかった。
【0098】
明らかに、本発明の多数の改変および変化が、上記教示を考慮して、可能であ
る。これらの教示は、例示として働き、そして本発明の範囲を制限するとは理解
されない。従って、本発明は、本明細書中に特に記載したものとは他の様式で実
施され得ることが、理解されるべきである。
る。これらの教示は、例示として働き、そして本発明の範囲を制限するとは理解
されない。従って、本発明は、本明細書中に特に記載したものとは他の様式で実
施され得ることが、理解されるべきである。
【図1】
図1は、ビーカーの中で形成された、医療グレートの0.9%の塩化ナトリウ
ム溶液の小さな0.1〜0.3mmの氷晶である。
ム溶液の小さな0.1〜0.3mmの氷晶である。
【図2】
図2は、ビーカーの中で形成された、大きな3〜25mmの巻き込まれた純水
の氷晶である。
の氷晶である。
【図3】
図3aは、純水スラリーの顕微鏡表示である。
図3bは、0.9%の塩化ナトリウム水溶液スラリーの顕微鏡表示である。
【図4】
図4は、時間に対する細胞の死である。
【図5】
図5は、アイススラッシュ中に突然液浸させた膝窩(ham)についての予想
中心温度 対 測定中心温度である。
中心温度 対 測定中心温度である。
【図6】
図6は、脳の中心の温度である。最初に37℃の頭部を、0℃の氷浴中での突
然の液浸に供した。表面の冷却のみならびに表面冷却および心臓から脳への血流
を冷却することによる内部冷却の組合せ効果を示す。
然の液浸に供した。表面の冷却のみならびに表面冷却および心臓から脳への血流
を冷却することによる内部冷却の組合せ効果を示す。
【図7】
図7は、冷却した2モデルについて、質量400gの球状心臓モデルの中心に
おける一過性温度および37℃の開始温度である。
おける一過性温度および37℃の開始温度である。
【図8】
図8は、心停止の間の静脈内冷却および肺冷却の胸部圧縮との組み合わせであ
る。
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ
,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML,
MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K
E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG
,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,
RU,TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,
AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C
N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES
,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,
ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,K
R,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV
,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,
NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S
I,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA
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(72)発明者 ベッカー, ランス ビー.
アメリカ合衆国 イリノイ 60637, シ
カゴ, エス. ドーチェスター 5756
(72)発明者 ヴァンデン ホーク, テリー
アメリカ合衆国 イリノイ 60640, シ
カゴ, エヌ. マグノリア 5353
(72)発明者 カスザ, ケネス イー.
アメリカ合衆国 イリノイ 60464, パ
ロス パーク, ホルメス アベニュー
11723
Fターム(参考) 4C086 HA02 HA24 MA65 NA10 ZA36
ZC80
4C099 AA02 CA01 EA05 GA30 HA01
JA03 NA20 TA04
Claims (31)
- 【請求項1】 患者を処置する方法であって、該方法は、 該患者に対して内部に相転移粒子性スラリーを投与する工程;および 低体温の状態が該患者において誘導されるまで、該スラリーを投与し続ける工
程、 を包含する、方法。 - 【請求項2】 患者を処置する方法であって、該方法は、 該患者に対して内部に相転移粒子性アイススラリーを投与する工程;および 低体温の状態が該患者において誘導されるまで、該スラリーを投与し続ける工
程、 を包含する、方法。 - 【請求項3】 前記相転移粒子性アイススラリーは、塩化ナトリウム溶液を
さらに含む、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記塩化ナトリウム溶液が、約0.5%〜3.0%の間の濃
度の塩化ナトリウムをさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記患者に対して皮下に前記相転移粒子性スラリーを投与す
る工程をさらに包含する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項6】 前記相転移粒子性スラリーを、前記患者の頸部の軟部組織の
頚動脈周辺領域に、を投与する工程をさらに包含する、請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記患者に対して脈管内に前記相転移粒子性スラリーを投与
する工程をさらに包含する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項8】 前記相転移粒子性スラリーを、前記患者の大動脈に投与する
工程をさらに包含する、請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記患者に対して腹腔内に前記相転移粒子性スラリーを投与
する工程をさらに包含する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項10】 前記患者の胃腸管に前記相転移粒子性スラリーを投与する
工程をさらに包含する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項11】 前記相転移粒子性スラリーは、ペルフルオロカーボン液体
をさらに含む、請求項2に記載の方法。 - 【請求項12】 前記フルオロカーボン相転移粒子性アイススラリーを前記
患者の肺に投与する工程をさらに包含する、請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】 患者の低体温状態を誘導するための相転移粒子性アイスス
ラリーは、生理食塩水およびアイス粒子を含み、該生理食塩水の濃度が、約0.
5%〜3.0%の間の範囲である、相転移粒子性アイススラリー。 - 【請求項14】 前記生理食塩水が塩化ナトリウムである、請求項13に記
載の相転移粒子性スラリー。 - 【請求項15】 前記スラリー中の前記アイス粒子のパーセンテージが、約
5%と40%との間である、請求項14に記載の相転移粒子性スラリー。 - 【請求項16】 ペルフルオロカーボン溶液をさらに含む、請求項14に記
載の相転移粒子性スラリー。 - 【請求項17】 患者の低体温状態を誘導するための装置であって、該装置
は、以下: (a)相転移粒子性スラリーを含む、液体容器; (b)該患者に対して内部に該相転移粒子性スラリーを送達するために、該液
体容器に連結された手段; (c)該患者において低体温症の状態が誘導されるされるまで、該液体容器か
ら該患者に、該相転移粒子性スラリーを連続的に投与する手段、 を備える、装置。 - 【請求項18】 前記相転移粒子性スラリーが、生理食塩水およびアイス粒
子をさらに含み、該生理食塩水の濃度が、約0.5%〜3.0%の間の範囲であ
る、請求項17に記載の装置。 - 【請求項19】 前記生理食塩水が塩化ナトリウムである、請求項18に記
載の装置。 - 【請求項20】 前記相転移粒子性スラリー中の前記アイス粒子のパーセン
テージが、約5%と40%との間である、請求項18に記載の装置。 - 【請求項21】 前記相転移粒子性スラリーが、ペルフルオロカーボン溶液
をさらに含む、請求項17に記載の装置。 - 【請求項22】 前記液体容器を冷却するための手段をさらに備える、請求
項17に記載の装置。 - 【請求項23】 前記液体容器内で内容物を混合するための手段をさらに備
える、請求項17に記載の装置。 - 【請求項24】 患者において低体温状態を誘導するための装置であって、
該装置は、以下: (a)相転移粒子性スラリーを含む、液体容器; (b)該患者に対して内部に該相転移粒子性スラリーを送達するために、該液
体容器に連結された手段、 を備え、これにより、該患者において低体温症の状態が誘導されるされるまで、
該相転移粒子性スラリーが、該液体容器から該患者に送達される、 装置。 - 【請求項25】 前記液体容器を冷却するための手段をさらに備える、請求
項24に記載の装置。 - 【請求項26】 前記液体容器内で内容物を混合するための手段をさらに備
える、請求項24に記載の装置。 - 【請求項27】 相転移粒子性スラリーを患者に投与するための装置であっ
て、該装置は、以下: (a)相転移粒子性スラリーを含む、液体容器; (b)該患者に対して内部に該相転移粒子性スラリーを送達するために該液体
容器に連結された可撓性管状部材を備える、送達デバイス、 を備え、該可撓性管状部材は、第1末端および第2末端を有し、該第1末端は患
者の内部に挿入可能であり、そして該第2末端は該液体容器に連結され該液体容
器と流体連絡しており、これにより、該患者において低体温症の状態が誘導され
るされるまで、該相転移粒子性スラリーが、該液体容器から該患者に該可撓性管
状部材を介して送達される、 装置。 - 【請求項28】 前記可撓性管状部材は、前記患者の胃腸管に挿入されるよ
うに適合される、請求項27に記載の装置。 - 【請求項29】 前記可撓性管状部材は、前記患者の気管へ挿入されるよう
に適合される、請求項27に記載の装置。 - 【請求項30】 前記可撓性管状部材は、前記患者に対して脈管内に挿入さ
れるように適合される、請求項27に記載の装置。 - 【請求項31】 前記可撓性管状部材は、前記患者に対して皮下に挿入され
るように適合される、請求項27に記載の装置。
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