A skeletal muscle actuator for an artificial heart

(1)

Title

A skeletal muscle actuator for an artificial heart( 内容の要旨

_{(Summary) )}

Author(s)

佐々木, 栄作

Report No.(Doctoral

Degree)

博士（医学）乙第994号

Issue Date

1995-09-13

Type

博士論文

Version

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12099/15272

※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。

(2)

氏名 (本籍) 学杜の種類学位授与番号学位授与日付学位授与の要件学位論文題目審査委員佐々木栄作(愛知県) 博士(医学) 乙第 994 号平成 7 年 9

月13

日学位規則第4条第2項該当

A _{skeIetaJmusc[e} _actuator for an _{artificialheart}

(主査)教授広瀬 (副査)教授土肥修司教授

藤

原久義論文内容の _要旨埋め込み型人工心臓は,長期の臨床応用が可能な程進歩しているが,体外からエネルギー供給の不要なシステムの実現はt いまだ非常に困難である｡ところで生体内の機械的エネルギーの発生源である骨格筋は,心筋形成術や骨格筋ポーチ等,循環補助手段として研究や臨床応用が行われており,長期の低頻度電気刺激による継続的トレーニ●ングにより骨格筋に耐疲労性を付与することが可能となってきた｡もし骨格筋を人工心臓の駆動源として利用できるならば,体外からのエネルギー供給の不必要なシステムが実現される｡このためにまず解決すべき基本的課題として,ポンプ等区動に見合う筋力をどう獲得し,いかに効果的にポンプの出力に変換するかといった点があげられる｡また人工心臓より遠隔にある筋の収縮力を伝達することが出来れば,複数の筋の収縮力を同時に,あるいは交互に使用することで,筋の疲労を防ぎ,充分な筋力を得ることも容易に可能となると思われる｡申請者はt骨格筋による人工心臓駆動装置の可能性を検討するため,骨格筋の力学的特性を検討し,その結果をもとに骨格筋を動力源とする人工心臓の辱区動機構を開発し,その能力の検討を行なった｡研究方法 1)骨格筋の力学的特性の検討雑種成犬(n=3)を対象とし,全身麻酔下に広背筋の起始である肋骨付着部を切断した｡この広背筋断端部にナイロン製のシートを縫着し,これにワイヤーを接続,滑車を介して種々の重量の重りを自由にぶら下げた｡60 回/秒の電気刺激により筋を収縮させ,収縮距離を求め,筋の単位重量あたりの仕事率を求めた｡ 2)骨格筋を動力とする人工心臓のポンプ特性 ①システムの概略広背筋の収縮を直線的に伝達できるようシステムを設計した｡･ポンプ既に電気馬区動式の人工心臓として開発されているプッシャープレート型ポンプに,スイングアームとカム機構を装着し,筋の収縮力の方向を変え,プッシャープレートに作用するようにした｡またプッシャープレートの最大行程はカムの高さを変更することで容易に調整できるように設計した｡･筋収縮力の伝達システム筋の収縮力を筋よりポンプまで伝達できるよう伝達システムを作製した｡本システムはフレキシプルロッドとシース等からなり,摩擦が少なくなるよう種々の工夫を行なった｡ ②本システムの能力の検討雑種成犬(n=4)の下部胸腔に人工心臓を装着し,第9肋間からスイングアームが胸壁を貫くよう固定し, 広背筋断端と連結させた｡ポンプの流入口,流出口を模擬循環回路に接続した｡後負荷を75mmHg,前負荷を 10mmHgとして,ポンプ拍出量を超音波流量計により計測した｡また長いフレキシブルロッドを有する伝達シ 69

(3)

ステムを用いた場合の効率を検討した｡さらに複数の筋を交互作用して,より安定した長期のポンプ能力が得られるかどうか,30分ごとに刺激,非刺激を繰り返す間欠駆動を行い,拍出量の変化を検討した｡研究結果 1)骨格筋の力学的特性の検討広背筋の仕事率は,5Vから10Vの電気刺激に対し,2.5∼5mW/gであった｡またその時の収縮長は1∼6cm であった｡また5V以上の電気刺激で,筋全体の仕事として実験動物の安静時の左室の仕事を越えていると考えられた｡これらの結果より,人工心臓ポンプの一郎自出量を25mlと設定し,これを4cmの筋の収縮で駆出できるようシステムを設計した｡ 2)骨格筋を動力とする人工心臓のポンプ特性ポンプは広背筋の剥離もはとんど必要なく,容易に装着できた｡装着前後で筋の組織血流量に有意な差はなく,

広背筋への側副血行は充分温存されていると考えられた｡ポンプの駆動直後,抽出量は2L/minを越えたが,

駆動後約50分で半減し,200分後には0.78±0.12L/minとなった｡本システムの全体の伝達効率は約50%で,長いフレキシプルロッドを使用するとさらに10%程度の低下を来たした｡30分ごとの間欠的な駆動を行うと,20時間後でも0.8L/min程度の拍出量が得られた｡以上の動物実験より,広背筋を人工心臓の駆動源として使用した場合に,左室安静時に匹敵するポンプ出力が得られ,複数の筋を交互に使用すれば,より長期に使用できると考えられることが判明した｡論文審査の結果の要旨申請者佐々木栄作は,雑種成犬を用いて,広背筋を人工心臓の駆動源として用いる方法の開発およびその特性の検討に関する研究を行い,骨格筋による人工心臓の駆動装置の可能性を明らかにした｡この研究は,外科学ならびに心臓外科学の進歩に少なからず寄与するところが大きいものと認める｡ [主論文公表誌]

A _{skeletalmuscle} _actuator for an _{artificialheart}

ASAIO journa138(3):M507∼M511,1992

A skeletal muscle actuator for an artificial heart

Title