【はじめに】

PCPSのプライミング練習中に、流量を最大にして、回路を鉗子でクランプするとその瞬間、微小気泡が発生するのを見たことある人は少なくないと思います。

臨床工学領域でのキャビテーションは、超音波メス(ハーモニック)の動作原理、または補助循環(PCPSECMO)の気泡発生のメカニズムでしょうか。。

今回は、補助循環のメカニズムを中心にキャビテーションについて書きます。

 

【キャビテーションとは】

一般生活でもキャビテーションは見れます。それは新しい炭酸の飲み物を開封したとき、 「液体内に気泡が発生」します。それがキャビテーションです。

 

じゃあ、水が沸騰したときも「液体内に気泡が発生」するから、それもキャビテーション??

それも意外と間違っていないんです。

 

まず沸騰とは、液体が気体に変わる状態のことで、一般的に沸騰とは、水の温度を上げていくと100度を超えるあたりで起きます。

 

沸騰は、「温度を上げる」か「圧力を下げる」でおきます。

・「温度を上げる」⇒加熱沸騰(一般的な沸騰)

・「圧力を下げる」⇒減圧沸騰(キャビテーション)

という理解で間違いないと思います。

 

気泡が発生して消滅の時、高圧力波が起こり周囲に機械的なエネルギーを与えます。それが血中で起きた場合、溶血を引き起こし、超音波メスの場合は、軟組織を切開できます。

 

【キャビテーション数Caについて】

臨床工学領域ではキャビテーション数Caというのは出てきません。しかしキャビテーションを説明するうえで、必要だと思い簡単に説明します。


キャビテーション数算出式

分子のPは絶対圧力[Pa]Paは平衡蒸気圧[Pa]で、分母はベルヌーイの定理の動圧でこの式が成り立っています。この値Caが1を下回った時、気泡が発生します。

 

水の沸騰は大気圧によって変わってきます。水分子は空気中に飛び出したいけど、飛び出さないのは、大気圧が抑えているからです。その場合、水に温度をあたえ、飛び出す強さを高めたなら、ほかには、抑えている大気圧を低くしたのなら、どうなるか想像できると思います。

 

ここからは、私の考察になりますが、炭酸飲料を開けたときに発生するのは、絶対圧力が低くなったからと考え。加熱で沸騰するのは、平衡蒸気圧が上がることによってと考えました。

PCPSのキャビテーションの場合、最初は遠心ポンプの陰圧によって起きていると、私は、考えていました。しかしこのブログを書く上で、流量によって気泡が発生していることに気が付きました。なので分母の動圧は、PCPSの気泡発生です。

 

PCPSのキャビテーション】

チューブをクランプする時に、①チューブの断面積が小さくなり、流速が増します。その流速が増し、動圧の上昇により、静圧の低下によって③気泡が発生している機序になります。

 

   連続の式

   ベルヌーイの定理

   キャビテーション数

 

【さいごに】

興味持つ人が少ないものを深くまで考えて、調べて計算して、簡単に変換して、皆さんの興味に合うかどうかはわかりませんでしたが、調べている間は、すんっごいカロリーを消費しました。ですけど、自分の中で理解度が深まるのがわかり、とても書いていてたのしかったです。

 

【参考資料】

(1)臨床工学ライブラリーシリーズ 生体物性/医用機械工学

(2)臨床工学ライブラリーシリーズ 新版エッセンシャル解剖・生理学

(3)http://web.tuat.ac.jp/~kamelab/list2/cav.htm