DE1960505A1

DE1960505A1 - Vorrichtung zur Reinigung von Blut

Info

Publication number: DE1960505A1
Application number: DE19691960505
Authority: DE
Inventors: Marmonier Monique Adele; Meunier Geb Devallerie
Original assignee: SERTNA SOC D ETUDES ET DE RECH
Current assignee: SERTNA SOC D ETUDES ET DE RECH
Priority date: 1968-12-03
Filing date: 1969-12-02
Publication date: 1970-06-18
Also published as: GB1300068A; US3664506A; JPS492920B1; CH517493A; FR1601333A; NL6918155A; BE742502A

Description

SLRTIiA, 15, ilue Toepffer, Genf, Schweiz Socie'te' d'Etudes et de Recherches de Techniques Nouvelles

Ali que¹ e s SSL

Vorrichtung zur Reinigung von Blut

Die lirfindung betrifft eine besonders kompakte Vorrichtung zur Reinigung von Blut, insbesondere der liiere»

Bei den klassischen Vorrichtungen zur Reinigung des Blutes, insbesondere der Niere, den sog. künstlichen Nieren, wird der Blutstroa einer Dialyse durch Zellophanfolien unterworfen, die auf sich dreuenden Trommeln oder auf ebenen Unterlagen befestigt sind. Um eine ausreichende Austauschgeschwindigkeit zu erzielen, muß man in diesen bekannten Vorrichtungen über eine große Oberfläche verfügen, die menrere Quadratmeter betragen kann, wodurch die Kosten und die Dimensionen dieser Vorrichtungen beträchtlich erhöht werden, so da*3 sie nicht mehr transportabel sind und nur in Krankenhäusern verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine kompakte, transportable Vorricntung zur Reinigung von Blut, insbesondere der Niere, zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, mit der gleichen Wirksamkeit wie bei den bisher verwendeten großen Apparaturen störende Stoffe aus dem Blut, insbesondere der Niere zu entfernen.

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lis wurde nun gefunden, daß es möglich ist, die Dimensionen soldier Vorrichtungen beträchtlich herabzusetzen, indem man von der Fähigkeit bestimmter Polymerisate Gebrauch macht, Perlen mit einem variablen Durchmesser zwischen etwa 5 und etwa 100 h'ikron zu bilden, deren Wand,, die vorzugsweise aus Nylon, iCollodium oder Silikonen besteht, verhältnismäßig dünn ist, so daß sich an ihr physikalisch-chemische AUstauschvorgänge mit dem äußeren Milieu abspielen können, wenn diese Perlen in ihrem Inneren geeignete physikalische, chemische t oder biologische Reagenzien enthalten. Der Vorteil dieser Perlen mit sehr kleinem Durchmesser besteht darin, daß sie infolge ihrer Kugelform eine gute mechanische Festigkeit und für ein vorgegebenes Volumen eine beträchtliche Austauscheroberfläche aufweisen. So besitzen beispielsweise Perlen mit einem mittleren Durchmesser von 20 Mikron eine Austauscher-

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oberfläche von 25 dm pro ml, was bedeutet, daß 10 ml dieser Perlen eine Austauscheroberfläche von 2,5 m aufxveisen, die der Oberfläche eines Dialysators einer klassischen künstlichen Niere entspricht.

T.M.S. Chang hat in "Canadian Journal of Physiology and Pharmacology", 44, 115 (1965) bereits darauf hingewiesen, daß es möglich ist, nach bekannten Verfahren solche Perlen herzustellen, die einen Durchmesser zwischen 0,005 und 5 mm aufweisen und in ihrem inneren Hohlraum verschiedene biologische, physikalisch-chemische oder chemische Reagenzien enthalten.

Für den Fall, daß solche Perlen zur Reinigung der Niere von Harnstoff und Stickstoff enthaltenden Rückständen, z. B. Harnsäure,oder Kreatinin verwendet werden, wurde vorgeschlagen, solche Reagenzien zu verwenden, die entweder den Harnstoff absorbieren oder auf enzymatischem <Tege zerstören können. Diese bekannten Adsorptionsmittel besitzen jedoch nur eine sehr geringe Kapazität gegenüber Harnstoff, während die Verwendung von Urease, die den Harnstoff nach einem enzymati-

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sehen Verfahren zerstören kann, zur Bildung von beträchtlichen Mengen Ammoniak führt» Es wurde auch bereits vorgeschlagen, beispielsweise von T.M.S. Ciiang in "Trans. Araer. Soc. Artificial internal. Organ." 12-13, (1966) und S.N, Levine in "J. Biomed. Material Research I", 375 (1967), das auf diese Weise gebildete Ammoniak an einem in Innern der Perlen vorhandenen Kationenaustauscherharz zu adsorbieren. Unglücklicherweise hat die Adsorption von Ammoniak an dem Harz zur Folge, daß beträchtliche !!engen von besonders unerwünschtem Natrium oder Kalium freigesetzt werden.

Es wurde nun gefunden, daß diese I-Jaca teile dadurch vermieden werden können, dali man andere Perlen verwendet, die andere kationen- und Anionenaustauscherharze enthalten, welche im Stande sind, die unerwünschten Zwischenprodukte zu adsorbieren und in der Endstufe praktisch nur .."asser liefern.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung zur von Blut, insbesondere der Niere, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mindestens einen auswechselbaren Einsatz aus einem mit Blut konfatiblen Material aufweist, der aus einen Statorhohlraum, in dem sich ein Rotor befindet, der dazu dient, das Blut innerhalb des Einsatzes zwischen einer i'ffnuns für den Eintritt des zu reinigenden Blutes und einer cffnunjfür den Austritt des gereinigten Blutes im Kreislauf zu führen, und mindestens einer Reinigungskammer besteht, die physikalische, chemische oder biologische Reagenzien enthaltende »'ikroreinigungsperlen enthält und die Einrichtungen aufweist, die dazu dienen, die Reinijun^sperlen inner/ialn der Reinigungskammer während des Durchflusses des blutes durch den Einsatz in Bewegung zu halten.

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In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung enthält der auswechselbare Einsatz mehrere voneinander getrennte spezielle Reinigungslcammern, die Reinigungsperlen mit mehreren verschiedenen Austauscherharzen enthalten und die so angeordnet sind, daß die Adsorptionsreaktionen in einer ganz bestimmten Reihenfolge ablaufen können» In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung einen auswechselbaren Einsatz, in dem die darin vorhandenen Reinigungsperlen in ihrem Inneren Adsorptionsmittel, insbesondere verschiedene Arten von Alctiv-" kohle enthalten, die gleichzeitig Harnstoff, Harnsäure und Kreatinin adsorbieren können. Da jedoch die Kapazität dieser Adsorptionsmittel begrenzt ist, ist es zweckmäßig, die an der. Adsorpticnsrcittel adsorbierten Verbindungen von Zeit zu Zeit durch Llution r.it /.'asser oder einer physiologischen iiocjisalzlösung zu entfernen. . · *

Iiine wertere bevorzugte Aus führungs form der Vorrichtung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb des auswechselbaren Einsatzes eine Vorrichtung anbringt, mit deren Hilfe es möglich ist, die Reinigungsperlen in Bewegung zu halten, ur so ihre Austauschkapazität in dem Milieu des zu reinigenden blutes zu erhöhen· Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß man die Reinigungsperlen entweder mit liilfe eines r a'-netisch angetriebenen mechanischen Rührers in uev.'egun;? hält oder daß man in die Reinigungsperlen einen j.;arnetischen Stoff, beispielsweise ICeramikpartikel, einarbeitet und diese der Einwirkung eines in bezug auf die Feld» stärke und die Richtung variablen Magnetfeldes aussetzt, das beispielsweise durch einen elektrischen Strom erzeugt wird.

Un jede Verunreinigung von außen zu vermeiden, enthält der auswechselbare Einsatz der Vorrichtung der Erfindung eine

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durch ein magnetisches Feld angetriebene Kreislaufpumpe, wodurch vermieden wird, daß das Innenmilieu mit dem Außenmilieu in Berührung kommt· Unter den zur Herstellung der Vorrichtung der Erfindung geeigneten, mit Blut kompatiblen Materialien sind bestimmte Kunststoffe, z, B. Polycarbonate, besonders geeignet» Mit Hilfe der Vorrichtung der Erfindung ist es möglich, die zur Reinigung von Blut, insbesondere der Niere, bestimmten Apparaturen beträchtlich zu verbessern, so daß mit ihrer Hilfe, trotz der geringeren Größe mit unverminderter Leistung die störenden Stoffe aus dem Blut entfernt werden können.

Dabei können eine oder mehrere der Reinigungsvorrichtungen mit einem auswechselbaren Einsatz entweder allein oder in Verbindung mit Dialyse-Reinigungsapparaturen verwendet werden, um deren Größe zu verringern,ohne dabei deren Leistung herabzusetzen»

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Diese Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch eine Reinigungsvorrichtung der Erfindung dar, in der der auswechselbare Einsatz drei voneinander getrennte Reinigungskammern aufweist, die nacheinander von dem zu reinigenden Blut durchlaufen werden.

Der auswechselbare Einsatz 1, der die Form eines Hohlzylinders hat, besteht aus einem mit dem Blut kompatiblen Kunststoff, z. B, einem Polycarbonat, dessen innere Oberfläche vorzugsweise mit einem Antikoagulationsmittel behandelt worden ist. Im Innern des hohlen Einsatzes, auf der beiliegenden Zeichnung in vertikaler Position dargestellt, sind drei aufeinanderfolgende Reinigungskammern 2, 3 und 4 und ein oberer Hohlraum 5 angeordnet, wobei die Reinigungskammer 2 durch den Boden 1a des Einsatzes und eine innere perforierte

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Trennwand 6, die Reinigungskammer 3 durch die perforierte Trennwand 6 und eine analoge perforierte Trennwand 7, die Reinigungskammer 4 durch die Trennwand 7 und eine Trennwand 8 und der obere Hohlraum 5 durch die Trennwand 8 und den Oberteil 1b des Einsatzes 1 begrenzt sind. Die Perforationen der Trennwände 6, 7 und 8 stellen eine flüssige Verbindung zwischen den Reinigungskammern 2 und 3 und den Reinigungskammern 3 und 4 her. Der Boden des Einsatzes 1a enthält eine ^ üffnung 9 zur Einführung des zu reinigenden Blutes, die mit " einem Eintrittsrohr 9a in Verbindung steht. Auf der anderen Seite steht die Reinigungslammer 4 mit dem oberen Hohlraum 5 durch ein die Trennwand 8 durchquerendes Verbindungsrohr 10 in Verbindung. Der obere Hohlraum 5 hat schließlich noch eine Verbindung nach außen durch eine AustrittsÖffnung 11, die mit einem Austrittsrohr 11a in Verbindung steht.

Jede der Reinigungskainmern 2, 3 und 4 dient dazu, Reinigungsperlen mit der oben beschriebenen Function aufzunehmen, wobei die Füllhöhe dieser Perlen in ruhendem Zustand innerhalb der Reinigungskammern auf deir angegebenen Niveau 2a, 3a bzw. 4a steht.

Das durch die Eintrittsöffnung 9 in den Einsatz 1 eintretende und durch die AustrittsÖffnung 11 aus dem Einsatz abfließende zu reinigende Blut gelangt von einer Reinigungskammer in die andere und schließlich in den oberen Hohlraum 5. Damit keine der Reinigungsperlen die jeweilige Reinigungskammer verläßt, versieht man das obere Ende der Öffnung 9 in der Reinigungskammer 2, die Perforationen der Trennwand 6, die Perforationen der Trennwand 7 und das vordere Ende des Verbindungsrohres 10 in der Reinigungskammer 4 mit einem feinen Gewebe XHK 12, 13, 14 bzxi. 15 aus beispielsweise Nylon oder einem ähnlichen Material.

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Gemäß eiier bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der obere Hohlraum 5 der Stator einer innerhalb des Einsatzes 1 angeordneten Pumpe und er enthält zu diesem Zweck einen Rotor 20» der sich um die Achse AA des zylindrischen Einsatzes bewegt und der innerhalb des Einsatzes eine Saugwirkung hervorruft, aufgrund deren die Flüssigkeit des Einsatzes durch die öffnung 10 angesaugt und durch die öffnung · 11 hinausgedrückt wird. Der Rotor 20 ist beispielsweise ein an sich bekannter Schaufel- oder Flünelrotor»

Der Rotor funktioniert vorzugsweise folgendermaßen: Er enthält in seinem Innenteil einen permanenten Magneten 20a (geführter Magnet) \jnd außerhalb des Einsatzes 1 befindet sich auf der gögenüberliegenden Wand 1b ein Magnet 21 (Führungsmagnet), der sich um die Achse ΛΑ dreht. Die Rotation des Führungsmagneten 21 kann beispielsweise mit ISlfe eines Mikromotors erzeugt werden, jedenfalls beruht die Rotation des Rotors 20, der als Pu:npe wirkt, auf der mag-

netischen Kupplung zwischen den Magneten 21 und 20a.

Der Rotor 20 steht in Verbindung nit einer Ilitnelurerwelle 22, die sich quer durch die Reinipun:-skammern entlang der Achse des Einsatzes erstreckt. Insgesamt ist die Anordnung 20-22 auf zwei Zapfen 23 und 24 befestigt, die mit den V.änden 1a und Ib in Verbindung stehen.

In jeder der Reinigungskamr.em 2, 3 und 4 ist an der Mitnehme rwel Ie 22 ein Rührflügel 25, 26 und 27 innerhalb jeder einzelnen Reinigungskammer so angebracht, daß er sich oberhalb des Niveaus der im Ruhezustand befindlichen Reinigungsperlen befindet«

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Schließlich kann der Einsatz noch Mehrfach-Eintritts« und Mehrfach-Austrittshähne enthalten, um so die Entnahme von Proben und/oder die Durchführung einer Elution zu ermöglichen.

Anhand des oben geschilderten Aufbaues ist die Funktionsweise des Reinigungseinsatzes der Erfindsaig leicht zu verstehen; Der Rotor 20 treibt die bewegliche Mitnehmerwelle 22 an, das zu reinigende Blut tritt durch die öffnung 9 in dan Einsatz ein und verläßt diesen durch die öffnung 11, nachdem as vorliei/jede der dargestellten Kammern durchflossen hat, wobei ■ die Reinigungsperlen aufgrund der Wirkung der Rührflügel gleichmäßig innerhalb jeder einzelnen Kammer verteilt itferden.

Natürlich ist die auf der Zeichnung dargestellte und oben beschriebene Art des Antriebs des Rotors 20 nur ein bevorzugtes Beispiel für eine Antriebsart ohne Kontakt durch eine Kand, daneben können aber auch andere klassische Verfahren angewendet werden. Das" gleiche gilt für die Anordnung der Pumpe innerhalb des Aufbaues des Einsatzes. Die Röinigungsperlen können beispielsweise auch dadurch gerührt v/erden, daß man ihnen eine bestimmte Anzahl von Perlen der gleichen Größe aus einem magnetischen Material beimischt, se daß diese zugesetzten Perlen durch einen außen bewegten Magneten oder allgemeiner durch irgendeine äußere Vorrichtung bewegt werden, die ein variables Magnetfeld erzeugen kann. Schließlich können je nach Art der gewählten Reinigung eine oder mehrere Reinigungskammern verwendet werden.

oder mehrere Die Vorrichtung der Erfindung kann außerdem noch eine/Heizvorrichtung/ aufweisen, mit deren Hilfe das den auswechselbaren Einsatz durchfließende Blut auf der physiologischen Temperatur genalten wird. Beispielsweise kann der Einsatz von einem Mantel umgeben sein, wobei in dem Zwischenraum zwischen de*: Hantel und dein Einsatz eine· erwärmende Flüssigkeit zirkuliert. _{0 0 g} g _{2 S} / ·, _{Λ 4 7}

In den folgenden zwei Beispielen sind zwei Reinigungsverfahren beschrieben, die unter Verwendung einer Vorrichtung der Erfindung durchgeführt wurden.

Beispiel 1

In diesem Falle wurde ein Einsatz mit drei Kammern verwendet, wobei jede der Kammern ein Volumen von etwa TOO ml aufwies»

Die erste Kammer, in die das zu reinigende Blut eintrat, enthielt 50 ml Nylon-Perlen mit einem Durchmesser von 20 Mikron, die nach dem von Τ.ΓΙ.3, Chane· in "Canadian Journal of Physiology and Pharmacology", 44, 115 (1965) beschriebenen Verfahren hergestellt wurden und Urease zur Zersetzung des Harnstoffs und ein Kationenaustauscherharz in der Na-Form zur Adsorption des dabei gebildeten Ammoniaks enthielten.

Die zweite Kammer, in xielche das teilweise gereinigte Blut floß, enthielt 50 ml Rainigungsperlen, die Aktivkohle zur Adsorption der Harnsäure und des Kreatinins soxfie ein Austauscherharz in der U-Form zur Adsorption des bei der Adsorption des Ammoniaks in der vorhergehenden Stufe gebildeten. Natriumüberschusses enthalten»

Die im Verlaufe der zweiten Stufe gebildete Chlorwasserstoffsäure xiurie schließlich an 50 ml Perlen adsorbiert, die ein Anionenaustauäherharz in der OH-Form enthielten, das in der dritten Kammer das Chloridion adsorbierte und Wasser bildete»

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde ein Einsatz der Erfindung mit einer einzigen Kammer mit einem Volumen von etvra 200 ml verwendet.

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Diese Kammer wurde mit einer aus 150 ml Silikonperlen mit einem mittleren Durchmesser von 20 Mikron, die zur Adsorption des Harnstoffs, der Harnsäure und des Kreatinins Aktivkohle enthielten, und 15 ml Polystyrol-Perlen mit einem mittleren Durchmesser von 50 Mikron, die magnetische Keramikpartikel enthielten, bestehenden Mischung gefüllt.

Das Eintritts- und Austrittsrohr wurden mit Zwei- oder Mehrwegehähnen versehen, um so die Möglichkeit zu haben, Lösungen einzuführen, mit deren Hilfe die Perlen gewaschen werden können, und von Zeit zu Zeit eine Elution des an der Aktivkohle adsorbierten Harnstoffs durchzuführen, Ein besonders aktives Lösungsmittel war das physiologische Serum. Außerdem war der Einsatz außen von einer Leiterwicklung umgeben, in der ein genügend starker elektrischer Strom floß, um die das magnetische Material enthaltenden Perlen in Bewegung zu halten, die ihrerseits durch ihre Bet/egung die die Aktivkohle enthaltenden Perlen mit sich zogen, wodurch ihre Austauschkapazität vergrößert wurde. Diese Vorrichtung wurde bei einem Hund mit einem Gewicht von 30 kg getestet, dessen Blut nach einer Harnstoff-Perfusion 4,26 g Harnstoff pro Liter enthielt.

Die Reinigung des Blutes wurde 15 Minuten lang mit einer Geschwindigkeit von 50 ml pro Minute durchgeführt, anschließend wurde innerhalb der gleichen Zeit mit sterilem Wasser mit einer Geschwindigkeit von 100 ml pro Minute eluiert.

Bei 210-minütiger Durchführung des Reinigungsverfahrens in der oben angegebenen Reihenfolge konnte der Harnstoffgehalt in dem Blut des Tieres auf 0,55 g pro Liter herabgesetzt werden,

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Claims

Patentansprüche

TyVorrichtung zur Reinigung von Blut, insbesondere der Niere, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen auswechselbaren Einsatz (1) aus einem mit Blut kompatiblen Material aufweist, der aus einem Statorhohlraum (5), in dem sich ein Rotor (20) befindet, der dazu dient, das Blut innerhalb des auswechselbaren Einsatzes zwischen einer öffnung (9) für den Eintritt des zu reinigenden Blutes und einer öffnung (11) für den Austritt des gereinigten Blutes im Kreislauf*zu führen, und mindestens einer Reinigungskarrier (2, 3, 4) besteht, die physikalische, chemische oder biologische Reagenzien enthaltende Mikroreinigungsperlen enfaält, und die Hinrichtimfen (25, 26 und/oder 27) aufweist, die dazu dienen, die Reinigung perlen innerhalb der Reinigung karger während des Durchflusses des Blutes durch der* Hins atz in «ewegunr. zu aalten.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf. der auswechselbare Einsatz eine Reinigungskammer mit Reinigungsperlen aufweist, die ein Adsorptionsmittel enthalten,

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, fla". die Reinigungsperlen Aktivkohle <ils Adsorptionsmittel enthalten*

4» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auswechselbare Einsatz drei hinter-

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einander liegende Kammern (2, 3, 4) aufweist, ν/ο ο ei die Ileinij;un-;sperlen der ersten Kammer Urease und ein ICationenaustauscherharz in der Na-Form, die Reinijiungsperlen der zv,^Teiten Kammer Aktivkohle sowie ein Austauscherharz in der II-Forip und die Reinigun^sperlen der dritten iCamuer ein Anionenaustauscherharz in der Oli-Form enthalten.

5· \^rorrichtun.j nach einem der Ansprache 1 bis 4, dadurch ge-P kennzeichnet, daß der Rotor nit einer außerhalb des auswechselbaren Einsatzes rotierenden Magneten (21) magnetisch gekuppelt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch iiekennzeichnet, daß die in jeder Reinigun'₃skanir.er vorgesehenen Rühreinrichtungen axis einem an einer rotierenden Mitnehmende lie (22) befestigten Flügel (25, 26, 27) bestehen, der sich oberhalb der Füllhöhe (2a, 3a, 4a) der Roinigunnsperlen im Ruhezustand befindet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in jeder Reinigungskammer vorgesehenen Rühreinrichtungen aus magnetischen Perlen bestehen, die mit Hilfe eines von außen wirkenden variablen magnetischen Feldes bewegt '..'orden.

8. Vorrichtung naca einem der Anspräche 1 ois 7, dadurch gekennzeichnet, daß der auswechselbare Einsatz Mehrwcgchänne oder entsprechende Einrichtungen aufweist, mit deren Hilfe es r.iöglich ist, einen Teil des Einsatzes auf einen vraschkreislauf umzuschalten oder Proben zu entnehmen.

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