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Die Erfindung betrifft einen Dialysator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Dialysatoren sind als Teile von Dialysegeräten im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
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Herkömmliche Dialysatoren weisen üblicherweise ein röhrenförmiges Dialysatorgehäuse auf mit einer Längsausdehnung, wobei der Innenraum des Dialysators einen Querschnitt aufweist, der sich über die gesamte Längsausdehnung nicht verändert, sondern konstant ist. In dem Innenraum sind parallel zueinander angeordnet Kapillarmembranen vorgesehen. Die Kapillarmembranen bilden zusammen einen Abschnitt eines extrakorporalen Blutkreislaufes aus, während der Außenraum der Kapillaren und der Innenraum des Dialysatorgehäuses einen Abschnitt eines Kreislaufs der Dialysierflüssigkeit ausbilden. Die beiden Kreisläufe sind gegenläufig und über die semipermeablen Membranen der Kapillaren voneinander getrennt. Durch diese semipermeablen Membranen finden sowohl ein Wasser- als auch ein Stoffaustausch statt. Insbesondere werden dem Blut des Patienten Wasser und Schadstoffe entzogen. Im Durchmesser oder im Molekulargewicht größer werdende Retentionsprodukte werden bei Dialysatoren durch diffusive Prozesse gemäß dem Stand der Technik über die Membranen in schlechterer Weise entzogen als kleinere Schadstoffe.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dialysator zur Verfügung zu stellen, der die oben genannten Nachteile verringert.
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Die Aufgabe wird durch einen eingangs genannten Dialysator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.
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Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Wirksamkeit des Dialysators erhöht werden kann, indem eine Innenquerschnittsfläche des Dialysatorgehäuseinnenraums entlang der gesamten Längsrichtung eine erste Größe aufweist und in einem distalen Endabschnitt wenigstens eine Verengung vorgesehen ist mit einer zweiten Innenquerschnittsfläche, die kleiner als die erste Innenquerschnittsfläche ist. Der erfindungsgemäße Dialysator zeichnet sich dadurch aus, dass eine im Stand der Technik bekannte, über eine gesamte Längsausdehnung konstante Innenquerschnittsfläche am distalen Endabschnitt mit wenigstens einer Verengung verkleinert wird.
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Der Dialysatorgehäuseinnenraum umfasst ein Blutkompartment und ein Kompartment für die Dialysierflüssigkeit, ein sogenanntes Dialysatkompartment. Das Blutkompartment ist die Summe von Lumen von Kapillaren, entlang derer das Blut im extrakorporalen Blutkreislauf fließt, und das Dialysatkompartment ist der komplementäre Raum des Dialysatorgehäuseinnenraums, in dem das Dialysat in entgegengesetzter Richtung zum Blut außen an den Kapillaren entlangfließt. Das Blut wird so mittels eines Konzentrationsgradienten zum Dialysat über eine Schadstoffdiffusion durch semipermeable Kapillarmembranen hindurch gereinigt.
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Die Kapillarmembranen sind im Dialysatorgehäuseinnenraum angeordnet. Vorzugsweise ist eine Innenquerschnittsfläche des durch die Lumen der Kapillaren gebildeten Blutkompartments entlang der Längsrichtung konstant ausgebildet und eine Innenquerschnittsfläche des Dialysatkompartments an wenigstens einer Verengung gegenüber den übrigen Innenquerschnittsflächen des Dialysatkompartments kleiner ausgebildet.
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Die Verengung hat zum einen den Effekt, dass ein Fließquerschnitt eines Blutkompartments im Dialysator gleich bleibt und dass die Durchmesser der einzelnen Kapillaren gleich bleiben und nicht ineinander gedrückt werden, aber der Fließquerschnitt des Dialysatkompartments im Dialysator an der wenigstens einen Verengung verringert wird.
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Vorzugsweise wird der Querschnitt um mehr als 25%, besonders bevorzugt zwischen 15% und 25%, besonders bevorzugt um 20% verringert.
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Zunächst erhöht sich durch die wenigstens eine Verengung die Fließgeschwindigkeit des Dialysats im Dialysatkompartment erheblich, wodurch ein größerer dynamischer Druck an der wenigstens einen Verengung entsteht, während sich der dynamische Druck im Blutkompartment auch an der wenigstens einen Verengung gegenüber dem nicht verengten Dialysator nicht verändert und daher gleich bleibt. Daraus resultiert, dass die Druckdifferenz zwischen Dialysatkompartment und Blutkompartment entlang der wenigstens einen Verengung am distalen Endabschnitt größer ist als im übrigen Abschnitt zwischen Blutkompartment und Dialysatkompartment, wodurch insbesondere während des gesamten Dialysevorganges mehr Wasser aus dem Dialysat in das Blut über die semipermeable Membran rückfiltriert wird. Durch diese zusätzlich rückfiltrierte Dialysierflüssigkeit können an einem proximalen Endabschnitt des Dialysators entsprechend größere Mengen Wasser im Sinne einer Hemodiafiltration dem Patienten zugeführt werden, sodass insgesamt während eines Dialysevorganges nicht nur wie bisher üblich etwa zwei Liter Wasser aus dem Blut filtriert werden, sondern dem Blut des Patienten im Verlauf des Verfahrens größere Ultrafiltratmengen entzogen werden können, sodass ein erheblich vergrößerter Wasseraustausch stattfindet.
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Durch die so erzeugte Filtratschleppe wird die Reinigungswirkung des Dialysators durch konvektive Transportprozesse besonders für größere Moleküle erhöht.
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Günstigerweise ist die wenigstens eine Verengung ringförmig ausgebildet, und sie umläuft eine Innenwandung des Dialysatorgehäuseinnenraumes in einem Verengungsquerschnitt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die wenigstens eine Verengung mehrere in Längsrichtung nacheinander angeordnete ringförmige Verengungen aufweist. Dadurch wird die erhöhte Druckdifferenz zwischen Dialysatkompartment und Blutkompartment über einen größeren Abschnitt zur Verfügung gestellt.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in vier Figuren beschrieben, dabei zeigen:
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1 ein Fließschema der erfindungsgemäßen Hämodialyse,
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2 eine Schnittansicht des Dialysators in 1,
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3 eine Grafik eines prinzipiellen Druckverlaufes in Längsrichtung eines herkömmlichen Dialysators im Blutkompartment und im Dialysatkompartment ohne Verengung,
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4 eine Graphik eines prinzipiellen Druckverlaufs in Längsrichtung des Dialysators in 2 im Blutkompartment und im Dialysatkompartment mit einer Verengung.
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1 zeigt schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Dialysegerätes zur Durchführung einer Hämodialyse an einem Patienten. Dabei wird das Blut des Patienten extrakorporal gewaschen.
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1 zeigt nur einen Unterarm 1 des Patienten. Das Blut wird über einen Zugang am Unterarm 1 des Patienten mittels eines ersten Shunts 2a entnommen und mittels einer Blutpumpe 3 über den Zugang abgepumpt und einem Dialysator 4 zugeführt. Das dem Patienten entnommene Blut wird in einer Zuführeinrichtung 5 zusätzlich einem Gerinnungshemmer zugeführt, und das mit dem Gerinnungshemmer angereicherte Blut wird in den Dialysator 4 gepumpt und im Dialysator 4 gewaschen und dem Patienten über einen zweiten Shunt 2b wieder zugeführt.
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Der Dialysator 4 dient als die eigentliche „künstliche Niere”, der Abfallprodukte aus dem Blut des Patienten wäscht sowie dem Organismus Wasser entzieht. Dem Dialysator 4 wird dazu in einem von einem Blutkreislauf 6 separierten Dialysekreislauf 7 Dialysierflüssigkeit, auch Dialysat genannt, zugeführt. Der Blutkreislauf 6 und der Dialysatkreislauf 7 sind im Dialysator 4 gegenläufig und durch semipermeable Membranen 12 voneinander getrennt. Die Fließrichtung des Blutes im Blutkreislauf 6 ist durch in 1 nach rechts weisende Pfeile dargestellt, während die Fließrichtung des Dialysates mit nach links weisenden Pfeilen in einem Dialysatkompartment 11 und mit nach unten weisendem Pfeil an einem Dialysateinlass 17 und mit nach oben weisendem Pfeil an einem Dialysatauslass 18 dargestellt ist.
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Durch die semipermeablen Membranen 12 findet ein kleinmolekularer Konzentrationsausgleich zwischen Blut und Dialysat statt. Durch das Konzentrationsgefälle zwischen einem Blutkompartment 10 und dem Dialysatkompartment 11 im Dialysator 4 diffundieren die betreffenden Moleküle vom Blut durch die semipermeable Membran 12 in das Dialysat und werden durch das Dialysat im Dialysatkreislauf 7 aus dem Dialysator 4 abtransportiert. Das auf diese Weise von Schadstoffen befreite Blut wird dem Patienten wieder zugeführt.
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Der Dialysator 4 besteht im Wesentlichen aus einer Vielzahl von parallel nebeneinander in einer Längsrichtung L angeordneten Kapillaren 8. Unter Kapillaren 8 sind im Durchmesser kleine haarfeine Röhrchen zu verstehen, die einen Innendurchmesser zwischen 150 μ und 240 μ und einen Außendurchmesser zwischen 200 μ und 300 μ aufweisen. Die Kapillaren 8 sind in Längsrichtung L wellenförmig ausgebildet und nebeneinander, vorzugsweise ohne direkten Kontakt zueinander im Dialysator 4 angeordnet. Durch Lumen 9, das heißt durch die jeweils freie Innenröhre der Kapillaren 8, fließt das Blut des Blutkreislaufs 6 in Längsrichtung L jeder der Kapillaren 8. Die Lumen 9 der Kapillaren 8 bilden zusammen das Blutkompartment 10, während der Außenraum der Kapillaren 8 im Dialysator 4 das Dialysatkompartment 11 ausbildet. Eine Fließrichtung im Dialysatkompartment 11 ist entgegengesetzt zur Fließrichtung im Blutkompartments 10. Das Dialysat fließt also entgegen der Längsrichtung L außen an den Kapillaren 8 vorbei. Die Membrane 12 jeder Kapillarwand 8 ist semipermeabel ausgebildet.
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3 zeigt einen Druckverlauf in Längsrichtung L eines herkömmlichen Dialysators 4. Ein Druck PB im Blutkompartment 10 nimmt entlang der Längsrichtung L des Dialysators 4 an einem proximalen Endabschnitt 13 besonders stark ab und zu einem distalen Endabschnitt 14 hin zunehmend weniger ab. Die 2, 3 und 4 sind in Längsrichtung L, die entlang einer X-Achse verläuft, im gleichen Maßstab und untereinander angeordnet dargestellt.
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Umgekehrt nimmt der Druck PD im Dialysatkompartment 11 ausgehend vom distalen Endabschnitt 14 zunächst sehr stark ab und entgegen der Längsrichtung L in Richtung des proximalen Endabschnitts 13 des Dialysators 4 zunehmend weniger stark ab.
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4 zeigt hingegen den Druckverlauf in Längsrichtung L in einem erfindungsgemäßen Dialysator 4, wie er in ein Dialysegerät der 1 eingebaut ist. Der erfindungsgemäße Dialysator 4 weist einen Innenquerschnitt auf, der im distalen Endabschnitt 14 eine Verengung 16 aufweist. Die Verengung 16 ist ringförmig ausgebildet. Der Dialysator 4 weist einen Innenraum auf, der über die gesamte Ausdehnung zweier verengter Abschnitte in Längsrichtung L konstant ist, bis auf einen Abschnitt, in dem die Verengung 16 angeordnet ist, der zwischen den beiden nicht verengten Abschnitten angeordnet ist. Dort ist der Innenraum konzentrisch verengt. Durch die Verengung 16 erhöht sich die Fließgeschwindigkeit des Dialysats im Dialysatkompartment 11 und damit der dynamische Druck entlang der Verengung 16 des Dialysatkompartments 11 gegenüber den nicht verengten Abschnitten gemäß 3 deutlich.
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Die in 2 dargestellten Kapillaren 8 werden entlang der Verengung 16 gegeneinander gedrückt, aber nicht eingedrückt, sodass der Querschnitt des Blutkompartments 10 auch entlang der Verengung 16 genauso groß ist wie in den nicht verengten Abschnitten des Dialysators 4. Allerdings wird der Querschnitt des Dialysatkompartments 11 entlang der Verengung 16 gegenüber den nicht verengten Dialysatorabschnitten um ca. 10–20% verringert.
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Während der Dialyse wird dem Patienten Wasser in der Größenordnung von etwa zwei Litern entzogen. Aufgrund des erhöhten größeren Druckunterschieds entlang der Verengung 16 am distalen Endabschnitt 14 des Dialysators 4 wird dem Blut des Patienten dort Wasser rückfiltriert. Die Wasserzufuhr kann dann während einer Standard-Dialyse im Bereich von fünf Litern liegen. Dadurch kann am proximalen Endabschnitt 13 des Dialysators 4 dem Blut mehr Wasser als bisher (normal: zwei bis drei Liter) entzogen werden. Gegenüber dem Stand der Technik wird somit eine deutlich erhöhte Menge an Wasser ausgetauscht. Zum einen durch den höheren Wasseraustausch, zum anderen aber auch durch den größeren Druckunterschied am distalen Endabschnitt 14 zwischen Dialysatkompartment 11 und Blutkompartment 10 werden auch größere Moleküle in gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Weise per konvektivem Transport (Filtratschleppe) aus dem Blut ausgeschwemmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Unterarm
- 2a
- Shunt
- 2b
- Shunt
- 3
- Blutpumpe
- 4
- Dialysator
- 5
- Zufuhreinrichtung für Gerinnungshemmer
- 6
- Blutkreislauf
- 7
- Dialysatkreislauf
- 8
- Kapillaren
- 9
- Lumen
- 10
- Blutkompartment
- 11
- Dialysatkompartment
- 12
- Membran
- 13
- proximaler Endabschnitt
- 14
- distaler Endabschnitt
- 16
- Verengung
- 17
- Dialysateinlass
- 18
- Dialysatauslass
- L
- Längsrichtung
- PB
- Druckverlauf im Blutkompartment
- PD
- Druckverlauf im Dialysatkompartment
