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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Blutgerinnung im
Kreis eines Geräts zum Ersatz der Nierenfunktion nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
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Die
derzeitige Medizin verwendet Geräte zum Ersatz der Nierenfunktion
sowohl für intermittierende Therapie, bei der die Behandlung
in mehrstündigen Sitzungen durchgeführt wird,
als auch für kontinuierliche Therapie, bei der der Patient
an das Gerät ununterbrochen angeschlossen ist. Bei beiden
Geräten ist sicherzustellen, dass das Blut in Kapillaren
des Filters bzw. in anderen Teilen des extrakorporalen Kreislaufs
nicht gerinnt. Die Blutgerinnung wird in diesen Fällen
am häufigsten durch Verabreichung von blutgerinnungshemmenden
Systemstoffen verhindert. Dies ist mit gewissen Risiken verbunden,
insbesondere bei Patienten mit komplizierten Erkrankungen. Als Alternativverfahren
wird eine regionale Antikoagulation verwendet, bei der blutgerinnungshemmende
Stoffe, meistens Natriumzitrat, beigefügt wird. Eine minimale
Systemantikoagulation (Heparinisierung, Prostaglandine), bzw. es
wird überhaupt keine Art der Antikoagulation verwendet
und der Kreis wird lediglich in regelmäßigen Zeitabständen
mit physiologischer Lösung durchgespült. Keines
dieser Verfahren ist optimal und in der Regel bedeuten sie ein gewisses
Risiko für die Patienten – metabolische, blutende
bzw. im Gegenteil Risiken durch unzureichende Antikoagulation. Darüber
hinaus kann eine ungeeignet geführte Antikoagulation, auch
wenn sie nicht direkt zur klinisch offensichtlichen Blutgerinnung
im Kreis des Gerätes führt, durch die Aktivierung
der Koagulationskaskaden in ungünstiger Weise in das zerbrechliche
und oft bereits erheblich gestörte Koagulationsgleichgewicht
des Patienten eingreifen. Eine nicht vernachlässigbare
Tatsache ist auch die unnötige Kostensteigerung für
die extrakorporale Eliminierung dort, wo ein häufiger Wechsel
von Sätzen und Filtern durchzuführen ist.
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Es
ist bekannt, dass die Senkung der Bluttemperatur zur Hemmung der
enzymatischen Reaktionen der Koagulationskaskaden und zur Minderung der
Aktivierung sowohl der primären Hämostase, als auch
des eigentlichen Koagulationsprozesses führt (wie es im Artikel
Rohrer MJ, Natale AM, Crit Care Med, 1992 Oct; 20(10): 1402–5 beschrieben
ist). Bei einer ausreichenden Temperatursenkung kann dann das Blut
vollständig gerinnungsfrei werden. Es bietet sich die bislang
ungenutzte Möglichkeit der Antikoagulationswirkung durch
einfache Manipulation mit der Bluttemperatur an. Nachdem das Blut
den Körper des Patienten verlassen hat, wird also vor dessen Einleitung
in das Gerät zum Ersatz der Nierenfunktion, die Bluttemperatur
abgesenkt. Am Austritt aus dem Gerät wird das Blut wiederum
erwärmt, bevor es in den Patientenkörper zurückgeleitet
wird.
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Dieses
Antigerinnungsverfahren wurde bereits mit Erfolg unter Versuchsbedingungen
eingesetzt. Bei Schweinen wurde eine dreistündige intermittierende
Dialyse durchgeführt, bei der das Blut im Kreis auf 20°C
abgekühlt und vor der Rückkehr in den Körper
des Tieres erneut auf 37°C erwärmt wurde. Es wurden
keine Symptome des Zerfalls der roten Blutkörperchen festgestellt,
der theoretisch durch die schnellen Temperaturveränderungen
verursacht werden konnte (Otte KE et all, Blood Purif 1997,
15: 200–207). Die Studie war jedoch vor allem
auf die Beeinflussung der Biokompatibilität des extrakorporalen
Kreislaufs ausgerichtet. Er war im Sinne der Aufrechterhaltung bzw.
Nichtaufrechterhaltung der Durchgängigkeit des extrakorporalen
Kreislaufs lediglich beobachtend, wobei sie im Körper der
Tiere und im extrakorporalen Kreis weder Veränderungen der
Blutgerinnung noch Bewertungsparameter der Aktivierung von Koagulations-
und fibrinolytischen Vorgängen bewirkte. Darüber
hinaus wurde die Effizienz dieses Verfahrens für den Einsatz
beim intermittierenden und nicht beim kontinuierlichen Verfahren getestet.
Bei diesem Verfahren könnte dank der unterschiedlichen
Blutdurchflüsse die Aktivierung der Koagulation deutlicher
sein. Auch der technische Aufbau des Gerätes war vollständig
anders. Das Blut wurde nicht direkt abgekühlt und die Abkühlung
erfolgte erst im Filter nach dem Kontakt mit der Dialyselösung.
Die Dialyselösung wurde dabei in einem Schlauch über
ein Gefäß mit Eis und Wasser geleitet. Eine automatische
Steuerung des Prozesses wurde von diesem System nicht gelöst.
Es wurde auch nicht den grundlegendsten Sicherheitsparametern gerecht,
die Überlegungen hinsichtlich dessen Einsatzes zur klinischen
Nutzung bei Patienten ermöglicht hätten.
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Beim
Blutdurchfluss kommt es im Gerät zum Ersatz der Nierenfunktion
zu einem Stoffwechsel zwischen Blut und Dialyselösung über
eine halbdurchlässige Membran auf der Grundlage der physikalischen
Diffusionsgesetze. Es ist bekannt, dass die Diffusion auf der Membran
temperaturabhängig ist, und zwar so, dass eine Temperaturerhöhung
zu einer erhöhten Menge der bei der Diffusion transportierten Stoffe
führt. Das Patent
EP1261413A1 nutzt
diese Erscheinung aus, wobei das Blut durch zwei Dialysefilter fließt.
Die Temperatur der Dialyselösung im ersten Filter ist erhöht,
so dass die Dialyse hier bei erhöhter Temperatur verläuft.
Im zweiten Filter wird die Temperatur der Dialyselösung
wiederum abgesenkt und das Blut wird somit auf die Körpertemperatur
abgekühlt. Es stellt sich die Frage, ob die Temperaturerhöhung über
die Körpertemperatur im ersten Filter nicht zur erhöhten
Aktivierung der Koagulationsvorgänge im durchfließenden
Blut führen wird. Basis der vorliegenden Lösung
ist die umgekehrte Wirkung auf das Blut, d. h. dessen Kühlung
vor dem Eintritt in das Gerät zum Ersatz der Nierenfunktion.
Aufgrund der Wärmeabhängigkeit der Diffusion – siehe
oben – kann vorausgesetzt werden, dass die in diesem Verfahren
durchgeführte Dialyse weniger wirksam sein wird. Dieser
Nachteil kann jedoch insbesondere im Verfahren der kontinuierlichen
Therapie, bei dem es hauptsächlich zur Filtration, also
zur Beseitigung einen gewissen Plasmavolumens und dessen Ersatz durch
eine Substitutionslösung kommt, für nicht allzu relevant
gehalten werden, Die eigentliche Dialyse kommt lediglich in einem
geringem Umfang zur Geltung.
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Die
Manipulation mit der Bluttemperatur findet oft in der Herzchirurgie
bei Operationen im extrakorporalen Kreislauf Anwendung, bei der
die Kühlung des Patienten Eingriffe am offenen Herzen ermöglicht.
Zieltemperaturen, auf die der Patient abgekühlt wird, sind
bei verschiedenen Typen von Operationsleistungen unterschiedlich
und zwar mit 16 bis 17°C als untere erreichbare Grenze.
Zur Kühlung/Erwärmung des Patienten werden bei
moderneren Geräten mit einem Sauerstoffgenerator verbundene
Filter eingesetzt. Dabei fließt über undurchlässige
Kapillaren das die Wärme mit dem Blut des Patienten tauschende
Kühl- bzw. Erwärmungsmedium. Bei älteren
Geräten werden auch eigenständige Vorrichtungen
verwendet, bei denen das Blut nach dem Durchfluss durch den Sauerstoffgenerator
vor der Rückkehr in den Patienten über ein Filter/einen
Austauscher fließt. Dort erfolgt der Kontakt mit dem Kühl-
bzw. Erwärmungsmedium. Zweck dieser Geräte, z.
B. nach dem Patent
EP1623733A2 ,
ist es, mit der Temperatur des ganzen Patienten zu manipulieren,
und nicht die Bluttemperatur genau einzustellen. Die Temperatur wird
in der Weise beeinflusst, dass z. B. beim Abkühlprozess
des Patienten die Temperatur des Kühlmediums und nicht
des Blutes, um eine gewisse Differenz niedriger als die Temperatur
des Patienten eingestellt wird. Die Erwärmung läuft
dann in einer ähnlichen Weise ab. Der ganze Prozess wird
vom Arzt oder Perfusionisten manuell gesteuert.
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Mit
der Bluttemperatur wird ebenfalls bei einer gesamten Hypothermie
des Patienten bzw. der lokalen Gehirnhypothermie bei Zuständen,
wie z. B. nach einem erfolgreichen Wiederbelebungsversuch wegen
eines plötzlichen Kreislaufstillstandes manipuliert. Dabei
wird diese Abkühlung einen positiven Einfluss auf das eventuelle
zukünftige neurologische Defizit des Patienten haben. Zu
diesem Zweck dient z. B. ein Gerät, das im Patent
EP1132101A1 beschrieben
wird und das ermöglicht, die Temperatur des Objektes auf
einem geforderten Niveau zu halten. Dieses Gerät vermischt
das Blut mit der gekühlten Lösung. Konzentriert
es anschließend und steuert somit die Bluttemperatur bei
der Rückkehr in das gekühlte Objekt.
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Wie
bereits beschrieben, kann durch Manipulation mit der Bluttemperatur
eine Verlangsamung der Koagulationsprozesse im Blut erreicht werden. Bislang
wurde die Manipulation mit der Bluttemperatur zur Beeinflussung
der Koagulation im extrakorporalen Kreislauf nicht eingesetzt. Dabei
zeigt sich diese ungenutzte Möglichkeit der Antikoagulationswirkung
für den Patienten als sehr schonend. Es bietet sich hier
eine Lösung an, bei der das Blut nachdem es den Körper
des Patienten verlassen hat (also vor der Einleitung in das Gerät
zum Ersatz der Nierenfunktion) die Bluttemperatur herabgesetzt und
am Austritt aus dem Gerät wiederum erhöht wird.
Bevor es dann wiederum in den Körper des Patienten eingeleitet
wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, bei der Anwendung des Verfahrens die
Blutgerinnung im Kreis des Geräts zu verringern.
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Die
gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vor
der Einleitung in das Gerät wird das Blut nach Verlassen
des Patientenkörpers auf eine Temperatur im Bereich von
10 bis 30°C abgekühlt. Nach dem Durchgang durch
das Gerät wird das Blut auf eine der Körpertemperatur
nahe oder mit dieser identischen Temperatur erwärmt. Dann
kehrt es in den Patientenkörper zurück. Durch
die bloße Manipulation mit der Bluttemperatur des Patienten
werden die Koagulationsprozesse verlangsamt. Das beschriebene Verfahren
erfordert somit keine Stoffzugabe mit Antikoagulationswirkung und
ist deshalb schonend für den Patienten.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die
Merkmale des Anspruchs 2 gegeben.
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Das
Gerät weist einen ersten, unter dem Gerät zum
Ersatz der Nierenfunktion untergebrachten Wärmeaustauscher
auf. Der erste Wärmeaustauscher ist an die Zuleitung des
Kühlmediums angeschlossen. Ein zweiter Wärmeaustauscher
ist hinter dem Gerät zum Ersatz der Nierenfunktion angeordnet
und an die Zuleitung des Erwärmungsmediums angeschlossen.
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Es
ist von Vorteil, wenn sich vor dem ersten Wärmeaustauscher
ein Eintrittstemperaturwächter und hinter dem ersten Wärmeaustauscher
ein Austrittstemperaturwächter befindet. Beide Temperaturwächter
sind an die Steuereinheit angeschlossen, ebenso wie der an der Zuleitung
des Kühlmediums in den ersten Wärmeaustauscher
befindliche Temperaturwächter. Eine solche Anordnung gewährleistet
die vollkommene Temperaturregelung des abzukühlenden Blutes
vor dem Eintritt in das Gerät zum Ersatz der Nierenfunktion.
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Eine
vollkommene und zuverlässige Regelung der Austrittstemperatur
des abgekühlten Blutes wird erreicht, wenn am Austritt
des Kühlungsmediums aus dem ersten Wärmeaustauscher
ein Austritts-Temperaturwächter angebracht wird. Dieser Temperaturwächter
ist ebenfalls an die Steuereinheit angeschlossen. Von diesem Temperaturwächter
aus wird von der Steuereinheit die Information über eine Temperaturveränderung
des Kühlmediums am Austritt ausgewertet. Bei einer scharfen Änderung
wird z. B. ein Fehler des Blutdurchflusses durch das Gerät zum
Ersatz der Nierenfunktion angezeigt.
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Es
ist von Vorteil, wenn der erste Wärmeaustauscher möglichst
nah am Blutaustritt aus dem Patientenkörper untergebracht
ist. Der Austritt des Bluts ist in der Regel durch eine Dialysekanüle
sichergestellt. Bei einer solchen Ausführung wird das Blutgerinnungsrisiko
nach dem Blutaustritt aus dem Patientenkörper minimiert.
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Die
Information über die Bluttemperatur am Austritt aus dem
zweiten Wärmeaustauscher liefert ein Temperaturwächter,
der zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Patienten angeordnet
ist. Es kann auch ein im Patientenkörper befindlicher Temperaturwächter
verwendet werden, der am besten in einer seiner Leibeshöhlen
angeordnet ist und eventuell an die Steuereinheit angeschlossen
ist.
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Die
Temperatur des abgekühlten Blutes im ersten Wärmeaustauscher
kann nicht nur durch die Temperaturänderung des Kühlmediums,
sondern auch durch die Drehzahländerung der im Kühlmediumskreis
des ersten Wärmeaustauschers befindlichen Umlaufpumpe,
angezeigt werden. Die Steuerung der Umlaufpumpe ist an die Steuereinheit
angeschlossen.
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Die
Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In
der schematischen Zeichnung ist in Silhouette ein menschlicher Körper
mit einer angeschlossenen erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Blockdarstellung abgebildet.
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Beispiel 1
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Der
Patient ist in Intensivbehandlung wegen Mehrfachverletzung. Aufgrund
einer ausgedehnten Primärverletzung entwickelte sich bei
ihm das Syndrom des Multiorganversagens mit Nierenversagen, Leberdysfunktion
und schwerer disseminierter intravasaler Koagulation mit Ansatz
der Spontanblutung. Es zeigte sich deshalb als erforderlich, eine
kontinuierliche extrakorporale Reinigung durch ein Gerät
D zum Ersatz der Nierenfunktion durchzuführen. Aufgrund
der Mehrfachblutungen (Komplikationen der Konsumptions-Koagulopathie
bei disseminierter intravasaler Koagulation) ist jedoch weder eine
standardgemäße Systemverabreichung von Heparin noch
eines anderen Antikoagulantiums als antikoagulative Absicherung
des extrakorporalen Kreislaufs möglich. Mit Rücksicht
auf die vorhandene schwere Leberdysfunktion kann nicht einmal die
regionale Antikoagulation mit Zitrat eingesetzt werden. Zur Sicherstellung
der Gerinnungsfreiheit des Blutes ist deshalb das Verfahren gemäß der
Erfindung zur Verringerung der Blutgerinnung im Kreis des Gerätes
D zum Ersatz der Nierenfunktion und die Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens zu nutzen. Als Zielwert der durch einen Temperaturwächter
T4 nach dem Durchfluss durch einen ersten Wärmeaustauscher
V1 aufgenommenen Bluttemperatur vor dem Eintritt in das Gerät
D zum Ersatz der Nierenfunktion werden 25°C eingestellt.
Diese Temperatur wurde aufgrund der Analyse der Koagulationsparameter und
unter Einsatz des Thromboelastografs gewählt. Die Temperatur
wird durch eine Steuereinheit R aufgrund der Informationen von den
Temperaturwächtern T1, T2, T3, T4 ausgewertet, die einerseits
zur Einstellung des Kühlmediums in einem Kreis P1 und andererseits
zur Durchflussregelung der Kühlmediums mittels einer Pumpe
C im Kreis P1 dienen. Nach der Durchströmung des Gerätes
D zum Ersatz der Nierenfunktion wird das Blut durch einen zweiten Wärmeaustauscher
V2 auf die Temperatur von 37°C erwärmt. Zu diesem
Zweck wird die Starttemperatur in einem Kreis P2 durch die Steuereinheit
R auf 39°C eingestellt. Gleichzeitig wird die Körpertemperatur des
Patienten durch einen in der Harnblase untergebrachten Temperaturwächter
T5 überwacht und von der Steuereinheit R ausgewertet.
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Beispiel 2
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Ein
Patient mit bösartiger Bluterkrankung wird für
eine Knochenmarktransplantation vorbereitet. Aufgrund der Systemimmuntherapie
entwickelt sich eine Sepsis mit anschließendem Syndrom
des Multiorganversagens. Deshalb ist eine kontinuierliche extrakorporale
Blutreinigung durch das Gerät D zum Ersatz der Nierenfunktion
erforderlich.
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Aus
Gründen der verlängerten Koagulationszeiten und
der unzureichenden Anzahl der zur Blutgerinnung notwendigen Blutplättchen
ist die standardgemäße Verabreichung von Heparin
beim Patienten ungeeignet. Deshalb wird zur antikoagulativen Sicherstellung
des extrakorporalen Kreislaufes das Verfahren gemäß der
Erfindung zur Verringerung der Blutgerinnung im Kreis des Gerätes
D zum Ersatz der Nierenfunktion und der Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens genutzt. Als Zieltemperatur des abgekühlten
Blutes vor dem Eintritt in das Gerät D zum Ersatz der Nierenfunktion
wird mit Rücksicht auf den ermittelten Gesundheitszustand
eine Temperatur von 20°C gewählt. Die durch den
Temperaturwächter T4 überwachte Eintrittstemperatur
wurde aufgrund der Analyse der Koagulationsparameter und Einsatz des
Thromboelastografs festgelegt und bietet eine ausreichende Antikoagulationsabsicherung.
Durch die Steuereinheit R wird im Kreis P2 die Temperatur des Erwärmungsmediums
auf 35°C eingestellt, was anhand von durchgeführten
Versuchen eine Temperatur des rückgeführten Blutes
von 33°C gewährleistet. Da sich der Patient in
Sepsis befindet, hat er auch bei einem so kühlen rückgeführten
Blut einen deutlichen hyperthermischen Metabolismus. Seine Zentraltemperatur
verbleibt anfangs auf einem Wert von ca. 38°C. Später
kommt es zum Absinken der Zentral tmperatur des Patienten, die durch
den im Ösophagus des Patienten untergebrachten Temperaturwächter
T5 überwacht wird. Die Temperatur des Patienten wurde mit
Hilfe der Temperaturwächter von der Steuereinheit R durchgehend
mit dem Ziel ausgewertet, die Zentraltemperatur auf dem Niveau von ca.
38°C zu halten.
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Beispiel 3
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Der
Patient befindet sich im chronischen Dialyseprogramm mit Heparininduzierter
Thrombozytopenie und leidet an chronischen Blutungskomplikationen,
die den Einsatz von Heparin als Antikoagulationsmittel unmöglich
machen. Zur Antikoagulationsabsicherung des extrakorporalen Kreislaufes
wird das Verfahren gemäß der Erfindung zur Verringerung der
Blutgerinnung im Kreis des Gerätes D zum Ersatz der Nierenfunktion
und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
genutzt. Durch die Blutanalyse der Koagulatinsparameter des Patienten
und den Einsatz des Thromboelastografs wurde festgestellt, dass
es optimal ist, das Blut am Eintritt in das Gerät D zum
Ersatz der Nierenfunktion im Wärmeaustauscher V1 auf eine
Temperatur von 22°C abzukühlen. Im Kreis P2 wird
die Temperatur des Erwärmungsmediums auf 39°C
eingestellt, was nach durchgeführten Versuchen einer Temperatur
des rückgeführten Blutes von 37°C entspricht.
Die kontinuierliche Überwachung der Peripherietemperatur
des Patienten hat gezeigt, dass die Temperatur des rückgeführten
Blutes richtig eingestellt ist und dass sie während der ganzen
Dauer der extrakorporalen Blutreinigung nicht verändert
werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1261413
A1 [0005]
- - EP 1623733 A2 [0006]
- - EP 1132101 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Artikel Rohrer
MJ, Natale AM, Crit Care Med, 1992 Oct; 20(10): 1402–5 [0003]
- - Otte KE et all, Blood Purif 1997, 15: 200–207 [0004]