DE102011101193A1

DE102011101193A1 - Verfahren und Nachweisvorrichtung zur Bestimmung des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts

Info

Publication number: DE102011101193A1
Application number: DE102011101193A
Authority: DE
Inventors: Georgy Konoplev; Indrek Neivelt; Alexander Vasilevsky; Aleksei Talisainen; Alexander Frorip
Original assignee: LDIAMON AS
Current assignee: LDIAMON AS
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012152514A1; EP2707697A1

Abstract

Verfahren zur photometrischen Bestimmung des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Dialysat als Steuergrößen einer Hämodialysebehandlung, wobei in die Flüssigkeit UV-Strahlung bei drei Wellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 235 nm und 300 nm eingestrahlt und die Strahlungsabsorption in der Flüssigkeit bei den vorbestimmten Wellenlängen gemessen wird, von denen eine erste in einem Teilbereich zwischen 235 nm und 250 nm, eine zweite in einem zweiten Teilbereich zwischen 255 nm und 270 nm und eine dritte in einem dritten Teilbereich zwischen 280 nm und 300 nm liegt, und wobei der Harnsäure- und Kreatinin-Gehalt sowie optional der Gehalt eines dritten Bestandteils aus den Messergebnissen berechnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur photometrischen Bestimmung des Harnsäure-Gehalts einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Dialysat als Steuergröße einer Hämodialysebehandlung, Des Weiteren betrifft sie eine entsprechende Nachweisvorrichtung.
Spektrophotometrische Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Inhaltsstoffen in Verbindungen oder Stoffgemischen sind seit langem bekannt und speziell auch in der Anwendung auf die Analyse der Zusammensetzung von Körperflüssigkeiten oder in Kontakt mit einem lebenden Körper gebrachten Flüssigkeiten im medizinischen Laboreinsatz.
Mit Dialysebehandlungen wird der Körper eines Menschen (oder Tieres) mit eingeschränkter oder verlorengegangener Nierenfunktion bei der Entfernung von Abbauprodukten des Stoffwechsels aus dem Blut unterstützt, bis hin zur vollständigen Übernahme der Nierenfunktion durch die Dialyseanordnung. Bereits vor Jahren wurde es als wünschenswert erkannt, eine Dialysebehandlung in Abhängigkeit von ihrem Erfolg – also dem zeitabhängig erreichten Stand der Blutreinigung – zu steuern, um einerseits einen ausreichenden Effekt dieser umständlichen und für den Patienten beschwerlichen Behandlung zu gewährleisten und andererseits die Aufwendung unnötiger Behandlungszeit zu vermeiden. Es wurden Modellansätze zur Beurteilung des Behandlungserfolges während der Behandlung entwickelt und Messgrößen gefunden, deren aktueller Wert hinreichend repräsentativ für den Behandlungserfolg ist und die während einer Behandlung erfasst werden können.
Unter anderem kann der Harnstoff- oder Harnsäuregehalt in der aus der Dialyseanordnung abgeführten, verbrauchten Dialyseflüssigkeit gemessen und als Maß für den Behandlungserfolg benutzt werden. Dies erfordert aber eine Probenahme und labortechnische Auswertung und ist daher kaum „online” während des Behandlungsvorganges einsetzbar. Daneben wurde ein Überwachungsverfahren unter Einsatz von Leitfähigkeits-Sensoren entwickelt, die enzymatisch induzierte Leitfähigkeitsänderungen der abgeführten Dialyseflüssigkeit erfassen, welche durch die Hydrolyse von Harnstoff (oder anderen maßgeblichen Molekülen) in der Dialyseflüssigkeit bewirkt werden. Bei diesem Verfahren sind allerdings praktische Probleme bei der Kalibrierung der Sensoren und der Kompensation einer (fallweise differierenden) Basis-Leitfähigkeit aufgetreten.
In der WO 99/62574 wird daher ein Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an Abbauprodukten in der Dialyseflüssigkeit während einer Dialysebehandlung vorgeschlagen, welches sich der spektralphotometrischen Analyse der Dialyseflüssigkeit bedient. In der WO 2008/000433 A1 werden ebenfalls ein spektroskopischer Detektor und ein Verfahren mit ähnlicher Anwendung vorgeschlagen, die speziell zum Nachweis von Blut und biologischen Markersubstanzen in Flüssigkeiten – etwa auch in Dialyseflüssigkeit – vorgesehen sind. Ein entsprechender Blutdetektor dient in Dialyseanordnungen insbesondere zur schnellen Erfassung von patientenkritischen Zuständen in Folge von Betriebstörungen der Anordnung (etwa durch eine Membranruptur des Membranfilters, das Vertauschen von Anschlüssen oder eine Hämolyse). Die letztgenannte Druckschrift enthält auch eine Reihe von Quellenangaben für weiteren Stand der Technik.
Des Weiteren ist ein im Vergleich zu spektrometrischen Systemen kleiner und einfach anwendbarer „Dialyseangemessenheitsmonitor” (DIAMON) bekannt, der aus einer Lichtquelle (UV LED – mit Strahlungsmaximum bei 280 ± 5 nm), einer optischen Küvette, einem Detektor (GaNi-UV-Fotodiode) und einer Druckplatte besteht. Der Monitor wird an den Dialysatabfluss des Dialysators angeschlossen, in der Küvette erfolgt eine partielle Absorption der UV-Strahlung, abhängig von der Konzentration der Abfallprodukte im Dialysat, und die Absorption wird durch die Fotodiode ermittelt, die für die Datenbearbeitung ein entsprechendes Signal sendet. Zu den Aussagemöglichkeiten dieses Geräts vgl. I. Fridolin u. a. „Accurate On-line Estimation of Delivered Dialysis Dose by Dialysis Adequacy Monitor (DIAMON)", (2007).
Zu den Grundlagen dieses einfach und kompakt realisierbaren Messprinzips wird hingewiesen auf die US 6,666,840 B1 und die WO 2009/071102 A1 , die ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffwechselprodukten in einem Dialysat bzw. zur Bestimmung der Konzentration von Harnsäure in biologischen Fluiden lehren. Insbesondere kann das letzt genannte Verfahren zur Bestimmung der Harnsäurekonzentration in Dialysat verwendet werden. Das Verfahren selbst und seine Abwandlungen beruhen auf der Messung spektraler Transmission des Dialysats im UV-Bereich, z. B. im Bereich von 270–330 nm, in einer im Ablauf des Dialyseapparats angeordneten Durchflusszelle und einer Anwendung des Savitzky-Golay-Algorithmus zur Bestimmung der Harnsäurekonzentration.
Gegenstand der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 102010054768.9 sind ein verbessertes Verfahren und eine Nachweisvorrichtung der genannten Art, wobei über eine Absorptionsmessung bei zwei Wellenlängen innerhalb des UV-Spektrums eine Korrektur des photometrischen Messergebnisses und damit eine genaue Bestimmung des Harnsäure-Gehalts ermöglicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiter verbessertes Nachweisverfahren und eine entsprechende Nachweisvorrichtung bereit zu stellen, welche insbesondere genauere Ergebnisse liefern und zuverlässigere Aussagen ermöglichen soll.
Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Nachweisvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass in die Flüssigkeit UV-Strahlung bei drei Wellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 235 nm und 300 nm eingestrahlt und die Strahlungsabsorption in der Flüssigkeit bei den vorbestimmten Wellenlängen gemessen wird, von denen insbesondere eine erste in einem ersten Teilbereich zwischen 235 nm und 250 nm, eine zweite in einem zweiten Teilbereich zwischen 255 nm und 270 nm und eine dritte in einem dritten Teilbereich zwischen 280 nm und 295 nm liegt. Der Harnsäure- und Kreatinin-Gehalt und der Gehalt eines weiteren Inhaltsstoffes wird aus den Messergebnissen bei den drei Wellenlängen berechnet.
In einer Ausführung der Erfindung liegt die erste Wellenlänge bei 240–245 nm, die zweite Wellenlänge bei 260–265 nm und die dritte Wellenlänge bei 285–290 nm. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die UV-Strahlung bei den vorbestimmten Wellenlängen diskret eingestrahlt wird. Alternativ können die analytisch relevanten Wellenlängen aus einem kontinuierlichen Spektrum oder auch Bandenspektrum eines andersartigen Strahlungserzeugers herausgefiltert und selektiv in die Probe eingestrahlt werden, oder es kann ein breitbandiges Absorptionssignal vor Erreichen des Detektors entsprechend gefiltert werden.
In einer weiteren Ausführung ist grundsätzlich vorgesehen, dass die Verarbeitung der Messergebnisse eine Eingabe der jeweiligen spezifischen spektralen Absorptionsindizes 1. und 2. Ordnung von Harnsäure, Kreatinin und einer dritten Flüssigkeits-Komponente, nämlich eines Zwischenprodukts des Nukleinsäure-Metabolismus, und deren Verarbeitung in einem Gleichungssystem 2. Ordnung umfasst. Sofern hinsichtlich der 2. Ordnung vereinfachende Annahmen getroffen werden können, kann sich die Signalverarbeitung auf die 1. Ordnung beschränken; Einzelheiten dazu siehe weiter unten.
In einer speziellen Anwendung der Erfindung werden im Verlauf einer Hämodialysebehandlung mehrere Messungen und Berechnungen zu vorbestimmten Zeitpunkten oder in vorbestimmten Intervallen ausgeführt und die jeweils berechneten Werte einer Schwellwertediskriminierung zur Ableitung eines Steuersignals unterzogen. Es kann also gewissermaßen diskret in Reaktion auf die Erreichung eines vorbestimmten Pegels relevanter Komponenten ein Steuervorgang bei der Dialyse ausgelöst werden. Eine alternative Ausführung sieht vor, dass aus den berechneten Konzentrations-Werten eine Verlaufskurve gebildet wird, aus der ein Steuersignal abgeleitet wird. Eine entsprechende Verlaufskurve eignet sich gut für eine begleitende graphische Darstellung zur Erleichterung der ärztlichen Überwachung und ermöglicht die Berücksichtigung differenzierter Annahmen zu Messfehlern, zum Behandlungsverlauf etc. bei der Steuerung der Behandlung aufgrund der Messergebnisse.
Die vorgeschlagene Nachweisvorrichtung umfasst

– eine UV-transparente Durchstrahlungsküvette zur Aufnahme der Flüssigkeit,
– eine auf die Durchstrahlungsküvette gerichtete UV-Strahlenquelle zur Bereitstellung von Strahlung bei drei vorbestimmten Wellenlängen, die insbesondere in den o. g. Teilbereichen des UV-Spektrums liegen,
– eine bei den drei Wellenlängen empfindliche Photodetektoreinrichtung zur Aufnahme jeweils eines Absorptions-Messsignals aus der Durchstrahlungsküvette und
– eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Photodetektorsignale und zur Berechnung des Gehalts der relevanten Komponenten in der Flüssigkeit.

In einer Ausführung der Vorrichtung weist die UV-Strahlungsquelle eine erste, bei der ersten Wellenlänge, insbesondere bei 240–245 nm, emittierende LED sowie eine zweite, bei der zweiten Wellenlänge, insbesondere bei 260–265 nm, emittierende LED und eine dritte, bei der dritten Wellenlänge, insbesindere bei 285–290 nm, emittierende LED auf. Wie bereits weiter oben unter Verfahrensaspekten angemerkt, kann auch eine breitbandigere UV-Strahlungsquelle mit einem Filter zur Ausfilterung der benötigten Wellenlängen entweder auf der Anstrahlungs-Seite oder auf der Nachweis-Seite vorgesehen sein.
Eine wichtige Ausführungsvariante sieht vor, dass die Nachweisvorrichtung Bestand einer Dialyseanordnung ist, die Durchstrahlungsküvette eine Messküvette oder ein Abschnitt einer Flüssigkeitsleitung ist, die von aus der Dialyseanordnung abgeführter, verbrauchter Dialyseflüssigkeit durchströmt wird. Speziell ist hierbei die Signalverarbeitungseinrichtung der Nachweisvorrichtung mit einem Eingang einer Steuereinrichtung der Dialyseanordnung derart verbunden, dass der Betrieb der Dialyseanordnung aufgrund der mit der Nachweisvorrichtung erfassten Steuergröße steuerbar ist.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und -aspekten anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Dialyseanordnung mit einer erfindungsgemäßen Nachweisvorrichtung,
2 und 3 spektrale Absorptionskurven zur Verdeutlichung von Voraussetzungen/Bedingungen einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 eine Kurvenschar zur Darstellung der spektralen Absorptionsdynamik während einer Hämodialysebehandlung.
Die Vorrichtung zur Harnsäurekonzentrationsmessung im Dialysat während einer Dialyse gemäß der 1 umfasst ein Lichtquellen-Modul 1 mit drei (nicht separat dargestellten) Lichtquellen mit Emissions-Wellenlängen von 242 nm, 263 nm und 287 nm; eine Lichtquellenstromversorgung 2; eine Optik 3 zur Strahlformung; eine Quarzdurchflusszelle 4, Lichtsensoren 5 zur Aufzeichnung der durch die Küvette hindurchgehenden LED-Strahlung; ein Aufzeichnungs- und Verarbeitungsmodul 6 für elektrische Signale, einschließlich AD-/Wandler und Verstärker; ein Datenerfassungs- und Datenverarbeitungsmodul 7; ein Computeranschlussmodul 8 und einen Computer 9 mit installierter Spezialsoftware. Diese Nachweiseinrichtung ist in eine Dialyseanordnung 10 integriert, die einen extrakorporalen Blutkreislauf 11, einen Dialysator 12 und ein Dialysataufbereitungsmodul 13 umfasst.
Das Arbeitsprinzip der in 1 gezeigten Anordnung ist wie folgt: Das Licht aus dem Lichtquellen-Modul 1 wird mit Hilfe der Strahlformungsoptik 3 zum Arbeitsbereich der an den Abflussschlauch des Dialyseapparats angeschlossenen Quarzdurchflusszelle 4 gelenkt, und das übertragene Licht wird auf die Lichtsensoren 5 fokussiert. Unter Verwendung des Aufzeichnungsmoduls 6 werden von jedem Lichtsensor abgegebene elektrische Signale verstärkt und digitalisiert. Das Datenerfassungs- und Datenverarbeitungsmodul 7 ist für die Einstellung der Aufzeichnungsbetriebsart im Modul 6, die Referenzsignalaufzeichnung, Bestimmung des Dialysetransmissionskoeffizienten, Datenzwischenspeicherung und Datenübertragung zum Computeranschlussmodul 8 verantwortlich.
Die Vorrichtung ermöglicht eine automatisierte Messung des Dialysattransmissionskoeffizienten im Ablauf des Dialyseapparats bei Wellenlängen von 242 nm, 263 nm und 287 nm zu genau festgelegten Zeitpunkten, eine Berechnung der Konzentration von Harnsäure, Kreatinin und eines unbekannten Bestandteils unter Berücksichtung der individuellen spektralen Absorptionscharakteristika des Patienten, eine Erstellung von Diagrammen der Zeit/Konzentration und der Menge der aus dem Patientenkörper während der Behandlung entzogenen Harnsäure und des entzogenen Kreatinins, eine Anzeige der Ergebnisse auf einem Computerbildschirm und deren Speicherung in einer Datenbasis.
Direkt vor der Dialysebehandlung, wenn ein Patient P noch nicht an den Dialyseapparat angeschlossen ist, werden der extrakorporale Kreislauf 11 und der Dialysator 12 mit Dialyseflüssigkeit gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt fließt aus dem Dialysataufbereitungsmodul 13 durch den Ablaufschlauch des Dialyseapparats 10 sauberes Dialysat, das keine während der Überwachung gemessene Substanzen enthält und als Referenz verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Arbeitsbetriebsart unter Verwendung des Aufzeichnungs- und Verarbeitungsmoduls für elektrische Signale eingestellt, und Signale an den Lichtsensoren werden als 100%-Übertragung bezeichnet.
Nachdem der Patient an den Dialysator angeschlossen wurde, werden Signale an den Lichtsensoren 5 über gleiche Zeitabstände gemessen, und der Transmissionskoeffizient wird durch das Datenerfassungs- und Datenverarbeitungsmodul für jeden Kanal (bei 242 nm, 263 nm und 287 nm) berechnet. Die erhaltenen Daten werden zwischengespeichert und bei Abruf durch das Computeranschlussmodul 8 an den Computer 9 übertragen.
Die Einstellungen der Überwachungsbetriebsart (Dauer, Messintervall) und Berechnungsparameter (spezifische Absorptionskoeffizienten, Dialysatfluss, Patientencode), die Messung kontrollierter Parameter im Dialysat, die Erstellung von Verlaufskurven über die Zeit und des Gesamtwerts entzogener Harnsäure und Kreatinins sowie ggfs. weiterer Stoffbilanzen über Zeitdiagramme und das Speichern der Ergebnisse erfolgen durch die Spezialsoftware, die auf dem Computer 9 abläuft. Die Berechnung der Konzentration der untersuchten Bestandteile erfolgt unter Verwendung des Algorithmus, den das beanspruchte Verfahren implementiert.
Das vorgeschlagene Verfahren beruht auf dem Beer-Lambert-Gesetz und dem Additivitätsprinzip, gemäß dem der Absorptionsindex kd(λ) für ein Gemisch von nicht interagierenden Bestandteilen in einer einheitlich dicken Schicht bei Wellenlängen λ1, λ2 und λ3 wie folgt dargestellt werden kann:
worin k_d(λ₁), k_d(λ₂) und k_d(λ₃) die spektrale Absorption des Dialysats (untersuchtes Fluid) bei den angegebenen Wellenlängen ist; Tλ₁, Tλ₂ und Tλ₃ das spektrale Transmissionsmaß des Dialysats bei den ausgewählten Wellenlängen ist;
jeweils die Spektralabsorption von Harnsäure bei den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ ist,
jeweils die spektrale Absorption des zweiten Bestandteils bei den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ ist,
der spezifische spektrale Absorptionsindex für Harnsäure bei den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ ist,
der spezifische spektrale Absorptionsindex für den zweiten Bestandteil bei den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ ist,
der spezifische spektrale Absorptionskoeffizient zweiter Ordnung für Harnsäure bei den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ ist,
der spezifische spektrale Absorptionskoeffizient zweiter Ordnung für den zweiten Bestandteil bei den Wellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ ist, C₁ die Harnstoffkonzentration im Dialysat ist, und C₂ die Harnstoffkonzentration des zweiten Bestandteils im Dialysat ist.
Die Konzentration der Bestandteile wird abgeleitet, indem die simultane Gleichung (1) für C₁, C₂ und C₃ gelöst wird.
Bei den Stoffen, die einen Hauptbeitrag zur spektralen Absorption des Dialysats im UV-Bereich leisten, handelt es sich um niedrigmolekulare Bestandteile wie etwa Harnsäure, Kreatinin, Phosphate, Proteine mit niedrigem Molekulargewicht (Albumine) u. dgl.; speziell um Harnsäure und Kreatinin und einen dritten Bestandteil.
Zu Beginn der Dialysesitzung kann die Konzentration der Bestandteile erhebliche Werte erreichen und nimmt während der Behandlung (u. U. mehrmals) ab, was dazu zwingt, eine mögliche Nichtlinearität in der Abhängigkeit der spektralen Absorption von der Konzentration in Betracht zu ziehen. Es ist möglich, die Taylor-Reihe zur Potenzerweiterung der Absorptionsfunktion kλ(C) = f(C) zu verwenden. Wenn durch die zweite Ordnung eingeschränkt wird, wird Folgendes erhalten:
worin ε_λ der spezifische Absorptionskoeffizient erster Ordnung und ε (2) / λ der spezifische Absorptionskoeffizient zweiter Ordnung ist.
Das Vorzeichen des zweiten Summanden definiert die Art der Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten von der Konzentration.
Wenn ε (2) / λ = 0 ist, wird das lineare Beer-Lambert-Gesetz eingehalten;
wenn ε (2) / λ > 0 ist, besteht eine superlineare Abhängigkeit;
wenn ε (2) / λ ist, besteht eine sublineare Abhängigkeit.
Um eine mögliche Nichtlinearität der spektralen Absorptionsabhängigkeit des Dialysats von der Konzentration ins Kalkül zu ziehen, werden die spezifischen Absorptionskoeffizienten zweiter Ordnung in die simultanen Gleichungen (1) mit aufgenommen.
Im Spektralbereich von 200–300 nm wird ein enges Verhältnis (p ≥ 0,9) zwischen der spektralen Dialysatabsorption und der Konzentration an aus dem Körper entfernten potentiellen urämischen Toxinen niedrigen Molekulargewichts (Harnstoff, Kreatinin und Harnsäure) beobachtet.
Eine Differenzierung der spektralen Absorptionsmaßspektren des Dialysats im Bereich von 235–300 nm kann durch das Verhältnis der Absorptionswerte in Teilbereichen, die von 235–250 nm, 255–270 nm und 280 bis 300 nm reichen, veranschlagt werden.
Die Individualität der spektralen Dialysatabsorption im Bereich von 235–300 nm, die durch ein Verhältnis ganzzahliger Absorptionswerte in den Bereichen 235–250 nm, 255–270 nm und 280–300 nm beschrieben wird, lässt sich durch das Vorhandensein dreier Bestandteile im Dialysat erklären – alles Stoffwechselprodukte von Nukleinsäuren.

– Harnsäure-Stoffwechselendprodukt von Nukleinsäuren, „Langwellen” teil der Absorption im Dialysat im Bereich von/oberhalb 280 nm;
– „Mittelwellen” teil der Dialysatabsorption im Bereich von 255–270 nm, gebunden an die Absorption von NK – noch nicht identifiziertes Stoffwechselzwischenprodukt von Nukleinsäuren, möglicherweise Adenosin, Uracil, etc.;
– Kreatinin, ergibt „Kurzwellen” teil der Dialysatabsorbtion bei/unter 250 nm.

In dem vorgeschlagenen Verfahren werden Konzentrationen der Bestandteile im Dialysat dadurch berechnet, dass die Lichttransmission bei drei Wellenlängen gemessen wird, wobei sich jede in einem der Spektralbereiche ansiedelt, die für eine Spektrumsindividualität verantwortlich sind. Für eine Messung der Konzentration der Bestandteile durch das vorgeschlagene Verfahren muss der Absorptionskoeffizient ελ für jeden Bestandteil bei den ausgewählten Wellenlängen berechnet werden. Für Harnsäure und Kreatinin lässt sich diese Aufgabe dadurch lösen, dass Absorptionsspektren der Lösungen mit bekannter Konzentration gemessen werden, wobei spektrale Eigenschaften des zweiten Bestandteils nur indirekt geschätzt werden können, indem unterschiedlich geformte Dialysatabsorptionsspektren korreliert und anschließend modellhaft dargestellt werden.
Es wäre anzumerken, dass der Beitrag von Harnsäure und Kreatinin zur Nichtlinearität bei den empfohlenen Wellenlängen nicht signifikant ist, weil die maximale Absorption von Harnsäure weit von diesem Bereich entfernt ist. Somit können die Terme zweiter Ordnung aus den simultanen Gleichungen (1) ausgeschlossen werden, was die Konzentrationsberechnung vereinfacht.
Die Berechnung der Konzentration C2 der unbekannten Substanz erfolgte in beliebigen Einheiten, weil der Absolutwert der Konzentration dieses Bestandteils unbekannt und es von daher vernünftig ist, den spezifischen spektralen Absorptionskoeffizienten zweiter Ordnung für diesen Bestandteil aus der simultanen Gleichung (1) auszuschließen.
Mit diesen Vereinfachungen nimmt die simultane Gleichung (1) folgende Form an:
In Anbetracht dessen, dass die Kreatinin-Absorption bei Wellenlängen oberhalb von 260 nm nicht signifikant ist, werden k_1(λ2), k_1(λ3) im Vergleich zu den anderen Summanden klein, und die Bestandsteil-Konzentrationen lassen sich aus den nachfolgenden vereinfachten Gleichungen bestimmen:
Wenn man das vorgeschlagene Verfahren zur Berechnung der Konzentration von in einem Dialysat vorhandenen Bestandteilen während einer Hämodialyse unter Verwendung von Durchflusszellen einsetzt, werden folgende Ziele erreicht:

– Echtzeitberechnung der Harnsäurekonzentration im Dialysat während der Hämodialyse;
– Echtzeitberechnung der Kreatinin-Konzentration im Dialysat während der Hämodialyse;
– Bestimmung der spektralen Dialysatabsorption bei drei Wellenlängen;
– Bestimmung einer nicht identifizierten Komponente (in beliebigen Einheiten) und Abschätzung der individuellen Kurvenform der spektralen Absorption des Dialysats;
– Online-Überwachung der Dialyse;
– im Ergebnis quantitative Schätzung von Harnsäurekonzentrationsänderungen im Dialysat;
– im Ergebnis quantitative Schätzung von Kreatininkonzentrationsänderungen im Dialysat;
– Bestimmung der aus dem Organismus des Patienten während einer Dialysesitzung entzogenen Harnsäuremenge in Echtzeit;
– Bestimmung der aus dem Organismus des Patienten während einer Dialysesitzung entzogenen Kreatininmenge in Echtzeit.

2 bis 4 dienen zur Verdeutlichung der weiter oben angesprochenen Zusammenhänge und Bedingungen und zeigen spektrale Absorptionskurven (2 und 3) bzw. die spektrale Absorptionsdynamik des Dialysats während einer Hämodialyse (4).
2 zeigt die spezifischen spektralen Absorptionskoeffizienten der 1. Ordnung (durchgezogene Linie) bzw. 2. Ordnung (gestrichelte Linie) von Harnsäure im Spektralbereich zwischen 200 und 350 nm, aufgenommen mit einer Messküvette mit 5 mm durchstrahlter Schichtdicke. 3 zeigt die in gleicher Weise aufgenommenen und dargestellten spezifischen spektralen Absorptionskoeffizienten von Kreatinin.
4 zeigt die in einem Dialysat während einer Hämodialyse nach 15, 30, 60 und 150 Minuten aufgenommenen spektralen Absorptionskurven bei einer Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens, wobei wiederum eine Küvette mit einer optischen Dicke von 5 mm und destilliertes Wasser als Referenz benutzt wurden. Als Vergleichswert zur Abschätzung der Validität des vorgeschlagenen Verfahrens wurden die Konzentrationen von Harnsäure und Kreatinin parallel auf biochemischem Weg bestimmt, für die nach 15 Minuten genommene Dialysat-Probe, betrug die Harnsäurekonzentation 0,092 mmol/l und die von Kreatinin 0,210 mmol/l und nach 150 Minuten Dialysedauer betrugen die Werte 0,041 mmol/l bzw. 0,109 mmol/l.
Beim vorgeschlagenen Verfahren ergaben sich als Werte der spezifischen (molaren) spektralen Absorptionskoeffizienten 1. Ordnung für Harnsäure bei den ausgewählten Wellenlängen von λ₁ = 240 nm, λ₂ = 260 nm und λ₃ = 285 nm
Die Werte der spezifischen spektralen Absorptionskoeffizienten 1. Ordnung für die unbekannte Komponente bei den ausgewählten Wellenlängen betrugen:
Die Werte der spezifischen (molaren) spektralen Absorptionskoeffizienten 1. Ordnung für Kreatinin bei den ausgewählten Wellenlängen waren:

Die Berechnungen wurden unter Nutzung der Gleichung (3) ausgeführt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Berechnung der Kreatinin- und Harnsäurekonzentration in Dialysat nach 15, 30, 60 und 150 Minuten, ausgeführt gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren

Sampling Zeit (min)	Spektrale Absorption			Kreatininkonzentrationon in der Probe (mmol/l)		Harnsäurekozentration in der Probe (mmol/l)
Sampling Zeit (min)	K_d(λ1)	K_d(λ2)	K_d(λ3)	Biochemisches Verfahren	Vorgeschlagenes Verfahren	Biochemisches Verfahren	Vorgeschlagenes Verfahren
15	4.24	1.61	1.79	0.21	0.216	0.092	0.090
₃₀	3.71	1.44	1.59	0.184	0.180	0.080	0.080
₆₀	3.1	1.21	1.32	0.159	0.149	0.067	0.066
150	2.06	0.81	0.81	0.109	0.101	0.041	0.037

Die Anwendung des vorgenannten Verfahrens erlaubt es eine Berechnung der Harnsäurekonzentration im Dialysat durch Messen von Transmissionskoeffizienten bei zwei Wellenlängen mit einer Genauigkeit von ±10% durchzuführen.
Der Einsatz von Durchflusszellen ermöglicht eine Harnsäurekonzentrationsberechnung unter Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens im Online-Betrieb während der Behandlung und eine Erstellung eines Zeitdiagramms der Harnsäurekonzentrationsveränderungen während der Dialysesitzung.
Wenn der Dialysatstrom bekannt ist, kann das vorgeschlagene Verfahren dazu eingesetzt werden, die Gesamtmenge der während der Dialysesitzung entfernten Harnsäure zu berechnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 99/62574 [0005]
WO 2008/000433 A1 [0005]
US 6666840 B1 [0007]
WO 2009/071102 A1 [0007]
DE 102010054768 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

I. Fridolin u. a. „Accurate On-line Estimation of Delivered Dialysis Dose by Dialysis Adequacy Monitor (DIAMON)”, (2007) [0006]

Claims

Verfahren zur photometrischen Bestimmung des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Dialysat als Steuergrößen einer Hämodialysebehandlung, wobei in die Flüssigkeit UV-Strahlung bei drei Wellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 235 nm und 300 nm eingestrahlt und die Strahlungsabsorption in der Flüssigkeit bei den vorbestimmten Wellenlängen gemessen wird, von denen eine erste in einem Teilbereich zwischen 235 nm und 250 nm, eine zweite in einem zweiten Teilbereich zwischen 255 nm und 270 nm und eine dritte in einem dritten Teilbereich zwischen 280 nm und 300 nm liegt, und wobei der Harnsäure- und Kreatinin-Gehalt sowie optional der Gehalt eines dritten Bestandteils aus den Messergebnissen berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Wellenlänge 240–245 nm, die zweite Wellenlänge 260–265 nm und die dritte Wellenlänge 285–290 nm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die UV-Strahlung bei den vorbestimmten Wellenlängen diskret eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitung der Messergebnisse eine Eingabe mindestens der jeweiligen spezifischen spektralen Absorptionsindizes 1. Ordnung mindestens von Harnsäure und Kreatinin umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Harnsäure-Gehalt C₃ näherungsweise bestimmt wird mittels der Gleichung
worin gilt: k_d(λ2), k_d(λ3): Spektrale Absorption der Flüssigkeit bei der zweiten und dritten Wellenlänge, ε_2(λ3), ε_2(λ2): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient einer unbekannten Flüssigkeitskomponente, insbesondere eines Produkts des Nukleinsäure-Metabolismus, bei der zweiten und dritten Wellenlänge, ε_3(λ2), ε_2(λ3): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient von Harnsäure bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Gehalt eines unbekannten dritten Bestandteils näherungsweise bestimmt wird mittels der Gleichung
worin gilt: k_d(λ2), k_d(λ3): Spektrale Absorption der Flüssigkeit bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge, ε_2(λ2), ε_2(λ3): Spezifischer spektraler Absorptionsindex des unbekannten Bestandteils bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge, ε_3(λ2), ε_3(λ3): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient von Kreatinin bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge.
Verfahren nach Anspruch 5 und 6, wobei der Kreatinin-Gehalt C1 näherungsweise bestimmt wird mittels der Gleichung
worin gilt: k_d(λ1): Spektrale Absorption der Flüssigkeit bei der ersten Wellenlänge, ε_1(λ1): Spezifischer spektraler Absorptionsindex von Kreatinin bei der ersten Wellenlänge, ε_2(λ1): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient einer unbekannten Flüssigkeitskomponente, insbesondere eines Produkts des Nukleinsäure-Metabolismus, bei der ersten Wellenlänge, ε_3(λ1): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient von Harnsäure bei der ersten Wellenlänge sowie
k_d(λ2), k_d(λ3): Spektrale Absorption der Flüssigkeit bei der zweiten und dritten Wellenlänge, ε_2(λ3), ε_2(λ2): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient einer unbekannten Flüssigkeitskomponente, insbesondere eines Produkts des Nukleinsäure-Metabolismus, bei der zweiten und dritten Wellenlänge, ε_3(λ2), ε_2(λ3): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient von Harnsäure bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge und
worin gilt: k_d(λ2), k_d(λ3): Spektrale Absorption der Flüssigkeit bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge, ε_2(λ2), ε_2(λ3): Spezifischer spektraler Absorptionsindex des unbekannten Bestandteils bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge, ε_3(λ2), ε_3(λ3): Spezifischer spektraler Absorptionskoeffizient von Kreatinin bei der zweiten bzw. dritten Wellenlänge.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Verlauf einer Hämodialysebehandlung mehrere Messungen und Berechnungen zu vorbestimmten Zeitpunkten oder in vorbestimmten Intervallen ausgeführt werden und die jeweils berechneten Werte des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts einer Schwellwertediskriminierung zur Ableitung eines Steuersignals unterzogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei im Verlauf einer Hämodialysebehandlung mehrere Messungen und Berechnungen zu vorbestimmten Zeitpunkten oder in vorbestimmten Intervallen ausgeführt werden und aus den berechneten Werten des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts eine Verlaufskurve gebildet wird, aus der ein Steuersignal abgeleitet wird.
Nachweisvorrichtung zur photometrischen Bestimmung des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Dialysat als Steuergrößen einer Hämodialysebehandlung, mit – einer UV-transparenten Durchstrahlungsküvette zur Aufnahme der Flüssigkeit, – einer auf die Durchstrahlungsküvette gerichteten UV-Strahlenquelle zur Bereitstellung von Strahlung bei drei vorbestimmten Wellenlängen, von denen eine erste in einem Teilbereich zwischen 235 nm und 250 nm, eine zweite in einem zweiten Teilbereich zwischen 255 nm und 270 nm und eine dritte in einem dritten Teilbereich zwischen 280 nm und 300 nm liegt, – einer bei der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge empfindlichen Photodetektoreinrichtung zur Aufnahme eines Absorptions-Messsignals aus der Durchstrahlungsküvette und – einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Photodetektorsignale bei der ersten, zweiten und dritten Wellenlänge und zur Berechnung des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts aus den Messergebnissen.
Nachweisvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die UV-Strahlungsquelle eine erste, bei der ersten Wellenlänge, insbesondere bei 240–245 nm, emittierende Leuchtdiode, eine zweite, bei der zweiten Wellenlänge, insbesondere bei 260–265 nm, emittierende Leuchtdiode, und eine dritte, bei der dritten Wellenlänge, insbesondere bei 285–290 nm, emittierende Leuchtdiode aufweist.
Dialyseanordnung mit einer Nachweisvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchstrahlungsküvette eine Messküvette oder ein Abschnitt einer Flüssigkeitsleitung ist, die von aus der Dialyseanordnung abgeführter, verbrauchter Dialyseflüssigkeit durchströmt wird.
Dialyseanordnung nach Anspruch 12, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung der Nachweisvorrichtung mit einem Eingang einer Steuereinrichtung der Dialyseanordnung derart verbunden ist, dass der Betrieb der Dialyseanordnung aufgrund der mit der Nachweisvorrichtung erfassten Steuergröße steuerbar ist.