CS228432B1 - Zařízení pro výměnu látek mezi dvěma kapalinami - Google Patents

Description

(54)Zařízení pro výměnu látek mezi dvěma kapalinami

Vynález se týká zařízení pro látkovou výměnu mezi dvěma tekutinami pomocí polópropustných membrán.

Zařízení je určeno zejména k použiti jako jednorázový hemodialyzátor, kde uvedené tekutiny tvoří krev a dialyzační kapalina.

Jednorázově použitelné hemodialyzátory, resp. hemofiltry,«jsou nezbytnými technickými prostředky pro léčení chronického selhání ledvin pomocí komplexu zařízení nazývaného '.'umělá ledvina”. Léčebného účinku se dosahuje očištěním krve protékající dialyzátorem, přičemž nežádoucí látky, uremické toxiny a odpadní sloučeniny vznikající metabolizmem, prostupují z krve přes membránu do dinlyzátového prostoru, a to bu3 difuzním dějem membránového transportu, t.j. vlastním fyzikálním procesem dialýzy, nebo konvekčním dějem membránového transportu, t.j. procesem ultrafiltrace, anebo kombinaci obou těchto fyzikálních procesů.

Hemodialyzátorům pro jedno použití je v klinické praxi všeobecně ve světě dávána přednost před dialyzačními zařízeními konstruovanými pro opakované použití, protože tyto jednorázové pomůcky snižuji na minimum nebezpečí přenosu infekcí, zvláště virové hepatitidy.

Hlavní směry konstrukčně technologického řešení jednorázových hemodialyzátorů se v posledních letech ustálily na 3 základních typech: tzv. cívkových diályzátorech, které jsou vyráběny společným navinutím tenkostěnné hadicové membrány a pásu plastické sííoviny na nosnou cívku.

Vyznačují se nevyhovujícím vysokým plnicím a zbytkovým objemem krve, což u převážné většiny pacientů vyvolává problémy s anemií.

Dále pak tzv. kapilárních dialyzátorech, v nichž membránu tvoří svazek dutých vláken upevněných ve vhodně řeěeném plastickém pouzdře. Závažným technickým problémem tohoto typu dialyzátorů jsou přerušená vlákna způsobující únik krve do dialyzačního roztoku.

A konečně tzv. deskových dialyzátorech vytvářených z plochých listových nebo tenkostěnných hadicových membrán a opěrných desek. Konstrukční řešení vnějšího obalového pouzdra vychází, s ohledem rís požadovanou těsnost celého zařízení, velmi robusní, rozměrné a těžké.

Účinnost odstraňování uremických metabolitů, zejména močoviny, kreatininu, kyseliny močové, derivátů guanidinu, jakož i škodlivých nízko- a středně molekulárních produktů metabolizmu, hromadících se iontů SO^, PO^, Na , K , Mg , Ca atd., a také hromadící se vody, z krve pacienta závisí u všech typů dialyzátorů podstatnou měrou na hydrodynamice toku krve při styku s povrchem membrány. Hovněž směr a podmínky toku dialyzačního roztoku podél protilehlého povrchu ploché membrány ovlivňují účinnost přestupu metabolitů membránou.

Opěrné desky u hemodialyzátorů s plochou membránou jsou tím konstrukčním prvkem, který zabezpečuje zachování stálých rozměrů krevní cesty a určuje rovněž charakter proudění krve a vodného dialyzačního roztoku po protilehlých stranách membrány. Použitím textilních materiálů pro zhotovování opěrných elementů membrány, namísto dříve používaných mechanicky obráběných nebo lisovaných dílců, došlo v nedávném období k podstatnému zmenšení rozměrů výrobků.

Technologický proces výroby a montáže těchto dialyzátorů s plochými listovými membránami nebo s tenkostěnnými hadicovými membránami se natolik změnil, že takto konstruovaná zařízení·jsou v souladu s běžnými technickými principy označována jako lamelárni hemodialyzátory. Zmenšení rozměrů dialyzačního modulu, výhodné ukazatele plnicího a zbytkového objemu krve, nízká hmotnost ap., jsou však u těchto řešení vyvažovány vyššími technologickými nároky ve výrobě. Textilní sítové opěrné elementy v lamelách hemodialyzátoru mezi plochami dvou sousedících membrán vytvářejí systém paralelně probíhajících kanálků, kterými protéká krev.

Průřez krevních kanálků není pravidelný, běžně se v krajích průřezu zužuje na tloušťku pod 10 um. V takovém uspořádání dochází ke zpomalení, až stagnaci krevního průtoku v podélně probíhajících zúžených profilech jednotlivých kanálků, což snižuje celkový látkový přestup a taktéž mohou tato místa být příčinou vzniku a zadržování mikroorganismů, zvyšují tlak potřebný pro dosažení požadovaného průtoku krve.

Podélné paralelní krevní kanálky rovněž nepřipouštějí vzájemné promíchávání krve pri dialyzačním a ultrafiltračním očišťování krve od toxinů a tak může docházet k nepravidelnému léčebnému účinku.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro látkovou výměnu mezi dvěma tekutinami pomocí polopropustných membrán, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že dialyzátorový svazek je tvořen dvojicí polopropustných membrán, mezi které jsou uloženy nejvýše dvě ploché plastové opěry, jež mají po. obou stranách svých pracovních ploch vytvořenu soustavu vzájemně překřížených drážek tvaru přímky a/nebo křivky, přičemž v místě průniků drážek obou pracovních ploch plastových opěr je vytvořena soustava otvorů a dialyzátorový svazek je uložen v pouzdru opatřený vstupem a výstupem pro krev a výstupem pro dialyzát.

Drážky mají tvar harmonické křivky s výhodou sinusoidy a/nebo křivky složené z částí kuželoseček. V soustavě drážek je vytvořena alespoň jedna rozvodná drážka nebo její část s průřezem větším, než je průměr drážek.

Drážky a rozvodná drážka jsou vůči podélné nebo příčné ose dialyzátorového elementu uspořádány pod úhlem 45 až 80°.

22843?

Dialyzátorový element je navinut na jádro a je ve svých čelech zalit těsnicí hmotou, ve které je vytvořena soustava rozváděčích kanálků rozmístěných po spirále a rovnoběžných s podélnou osou dialyzátorového elementu.

Pouzdro tvoři kruhovitý vnějěí kryt a dvojice vík. Jádro a vnějěí kruhovitý kryt jsou opatřeny alespoň jedním výřezem pro utěsnění a upevnění polopropustných membrán a plochých opěr, přičemž v místě výřezu je vytvořen nálitek a úchytné drážka, které jsou vyplněny těsnicí hmotou. Víko je na své vnitřní ploše opatřeno prvním těsnicím profilem umístěným u okraje víka a druhým těsnicím profilem umístěným ve středu víka, přičemž první i druhý těsnicí profil jsou spojeny alespoň jednou přepážkou opatřenou těsnicí drážkou.

Prostor mezi vnější stranou víka a prvním těsnicím profilem je zalit těsnicí hmotou, přičemž touto těsnicí hmotou je zalit prostor těsnicí přepážky i prostor druhého těsnicího profilu.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že se dosáhne snížení plnicího objemu krve, a tím také snížení zbytkového množství krve, které zůstává uvnitř zařízení po provedení léčebného zákroku.

Dalěí výhodou je jednak zlepšené hydrodynamika toku krve v kanálcích vytvořených mezi membránami opírajícími se o ploché opěry, čímž dochází k snížení traumatizace krve při průchodu zařízením a jednak zvýšení turbulence toku dialyzátu v drážkách plochých opěr a tím i zvýšení látkové výměny. Není zanedbatelné i zjednodušení technologie výroby.

Na výkresech je znázorněna jedna z možností realizace zařízení podle vynálezu, kde na obr. 1 je složené zařízení v částečném řezu, na obr. 2 je průřez tímto zařízením, na obr. 3 je pohled z vnitřní strany víka, na obr. 4 je znázorněn tvar ploché opěry, ne obr.

4a je tvar ploché opěry v řezu, na obr. 5 je jiná varianta ploché opěry a na obr. 5a je tvar ploché opěry v řezu.

Zařízení pro výměnu látek mezi dvěma kapalnými médii sestává z dialyzátorového elementu 1, který tvoří dvojice polorozpustných membrán 2, mezi které jsou uloženy dvě ploché opěry j jež mají po obou stranách svých pracovních ploch χ wytvořenu soustavu vzájemně překřížených drážek 2 tvaru přímky nebo křivky, a v místě průniků těchto drážek 2 obou pracovních ploch χ je vytvořena soustava otvorů 2 ^s dialyzátorový element X je navinut na jádro 1 3. ^a 3^{e ve} svých čelech 1 4 zalit těsnicí hmotou 1 5. ^{v n}-^ 3^e vytvořena soustava rozváděčích kanálků 1b rozmístěných v podstatě po spirále a rovnoběžných s podélnou osou dialyzátorového elementu X, a uložen v pouzdru χ opatřeném vstupem 8 a výstupem 2 pro krev a vstupem 10 a výstupem 11 pró dialyzát, přičemž pouzdro χ je tvořeno kruhovitým vnějším krytem 17 a dvojicí vík 18. přitom jádro 13 i kruhovitý vnější kryt 17 jsou opatřeny alespoň jedním výřezem 19 pro upevnění a utěsnění polopropustné membrány 2 a ploché opěry 2, s v místě výřezu 19 je vytvořen nálitek 20 a úchytné drážka 21. jež jsou vyplněny hmotou 12·

Přitom víko χ8 pouzdra χ je opatřeno na své vnitřní ploše prvním těsnicím profilem 22 umístěným u okraje víka 18 a druhým těsnicím profilem 23 umístěným ve středu víka 18. přičemž první i druhý těsnicí profil 22 a 23 jsou propojeny alespoň jednou přepážkou 24. ve které je vytvořena těsnicí drážka 25. a u okraje víka 18 mezi jeho vnější stranou 26 a prvním těsnicím profilem 22 je prostor, který je zalit těsnicí hmotou 1 5. přičemž touto těsnící hmotou 15 je zalit prostor těsnicí drážky 25 přepážky 24 i prostor druhého těsnicího profilu 12·

1’ři provozu zařízení podle vynálezu se naplní a propláchne krevní komora izotonickým roztokem chloridu sodného, a aby se zajistilo její dokonalé odvzdušnění, nechá se tento roztok protékat zařízením rychlostí asi 300 ml/min.

Současně se připojí k náústku 10 přívod dialyzačního roztoku, a aby se komora dokonale odvzdušnila, sníží se v systému tlak a zařízení se otočí asi o 180°. Po naplnění dialyzátorové komory se sníží podtlak, tím se krevní komora stejnoměrně otevře, a průtok touto komorou se samovolně upraví.

Zařízení podle vynálezu lze použít k léčení insuficience ledvin hemodialýzou, hemofiltrací, k okysličování krve jako oxygenerátor, nebo též jako výměník podle zabudovaných typů polopropustných membrán.

Claims (9)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízení pro výměnu látek mezi dvěma kapalinami, sestávající z pouzdra, v němž je upevněn dialyzátorový element, tvořený jádrem, na kterém jsou spirálovitě navinuty polopropustné membrány proložené plochými opěrami na povrchu opatřenými drážkami spojenými se vstupem a výstupem alespoň jedné kapaliny, vyznačující se tím, že dialyzátorový element (1) je tvořen dvojicí polopropustných membrán (2), mezi které jsou uloženy nejvýše dvě ploché opěry (3)> jež mají po obou stranách svých pracovních ploch (4) vytvořenu soustavu vzájemně překřížených drážek (5) tvaru přímky a/nebo křivky, přičemž v místě průniků drážek (5) obou pracovních ploch (4) plochých opěr (3) je vytvořena soustava otvorů (6) a dialyzátorový element (1) je uložen v pouzdru (7) opatřeném vstupem (8) a výstupem (9) pro krev a vstupem (10) a výstupem (11) pro dialyzát.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že drážky (5) mají tvar harmonické křivky s výhodou sinusoidy a/nebo křivky složené z částí kuželoseček.
3. 3. Zařízení podle bodu 1 a 2, vyznačující se tím, že v soustavě drážek (5) je vytvořena alespoň jedna rozvodná drážka (12) nebo její část s průřezem větším, než je průměr drážek (5).
4. 4. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že drážky (5) a rozvodná drážka (12) jsou vůči podélné nebo příčné ose dialyzátorového elementu (1) uspořádány pod úhlem 45 až 80°.
5. 5. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že dialyzátorový element (1) je navinut na jádro (13) libovolného průřezu a je ve svých čelech (14) zalit těsnicí hmotou (15), ve které je vytvořena soustava rozváděčích kanálků (16) rozmístěných po spirále a rovnoběžných s podélnou osou dialyzátorového elementu (1).
6. 6. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že pouzdro (7) tvoří kruhovitý vnější kryt (17) a dvojice vík (18).
7. 7. Zařízení podle bodů 5 a 6, vyznačující se tím, že jádro (13) a vnější kruhovitý kryt (17) jsou opatřeny alespoň jedním výřezem (19) pro utěsnění a upevnění polopropustných membrán (2) a plochých opěr (3), přičemž v místě výřezu (19) je vytvořen nálitek (20) a úchytná drážka (21), které jsou vyplněny těsnicí hmotou (15).
8. 8. Zařízení podle bodu ó, vyznačující se tím, že víko (18) je na své vnitřní ploše opatřeno prvním těsnicím profilem (22) umístěným u okraje víka (18) a druhým těsnicím profilem (23) umístěným ve středu víka (18), přičemž první i druhý těsnicí profil (22 a 23) jsou spojeny alespoň jednou přepážkou (24) opatřenou těsnicí drážkou (25). ’
9. 9. Zařízení podle bodu 8, vyznačující se tím, že prostor mezi vnější stranou (26) víka (18) a prvním těsnicím profilem (22) je zalit těsnicí hmotou (15), přičemž touto těsnicí hmotou (15) je zalit prostor těsnicí drážky (25) přepážky (24) i prostor druhého těsnicího profilu (23)