DE1566589C3

DE1566589C3 - Vorrichtung zum Behandeln von Blut

Info

Publication number: DE1566589C3
Application number: DE1566589A
Authority: DE
Inventors: Richard Donald Brookfield Wis. Stewart (V.St.A.)
Original assignee: Cordis Dow Corp
Current assignee: Althin Medical Inc
Priority date: 1966-05-12
Filing date: 1967-04-26
Publication date: 1979-09-06
Also published as: NL156055B; GB1189203A; DE1566589B2; BE698327A; NL6705976A; US3373876A; DE1566589A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Blut, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse mit einem Einlaß für das zu behandelnde Blut und einem Auslaß für das zu behandelnde Blut, bei der innerhalb des Gehäuses ein sich von dem Bluteinlaß bis zu dem Blutauslaß erstreckendes Bündel von Hohlfasern aus einer selektiv durchlässigen Membran angeordnet ist und das Gehäuse außerdem zwischen Bluteinlaß und Blutauslaß einen Einlaß und einen Auslaß für die Waschflüssigkeit, die im Abstand voneinander angeordnet sind, aufweist.

Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Verwendung als künstliche Lunge oder künstliche Niere.

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zum Behandeln von Blut bekannt, durch die Blut hindurchgeleitet wird, um unerwünschte Substanzen daraus zu entfernen und/oder bestimmte erwünschte Substanzen zuzusetzen (vgl. z. B. die DE-AS 11 41 052 und die Zeitschrift »Umschau«, 1958, Heft 4, Seiten 105—107).

Bei diesen bekannten Vorrichtungen treten jedoch im Zusammenhang mit einer Verhinderung der Blutgerinnung beim Eintritt und beim Austritt des zu behandelnden Blutes in die bzw. aus der Blutbehandlungsvorrichtung Schwierigkeiten auf. Die dabei auftretende Gerinnung oder Klumpenbildung ist das Ergebnis einer Koagulation, die auftritt, wenn Blut mit einer Fremdsubstanz in Berührung kommt. Die dabei agglomerierenden Blutkörperchen in dem Blutstrom haften an der Fremdsubstanz-Oberfläche wie eine Kunststoff- oder Cellulosemembran, d. h. sie bilden einen schützenden Überzug. Innerhalb einer kurzen Zeit entsteht dann durch Auflösung der Zellwände zwischen den agglomerierten Blutkörperchen eine klebrige Masse. Während sich die Bildung des Überzugs aus dem Blutkörperchen fortsetzt, bewirken die aus den Blutkörperchen freigesetzten chemischen Stoffe .eine Umwandlung des

ίο Prothrombine im Blut, eines löslichen Proteinkomplexes, in Thrombin. Das Thrombin wirkt seinerseits wiederum auf das Fibrinogen, einen anderen löslichen Proteinkomplex in dem Blut, ein und überführt diesen in unlösliches Fibrin, das in Form von Fasern auf der Fremdsubstanzoberfläche oder der Blutkörperchenmasse abgeschieden wird. Das dabei entstehende Fibrinnetz fängt zusammen mit dem Blutkörperchenagglomerat andere Zellbestandteile ein, und auf diese Weise entsteht ein Blutpfropfen, der zu einem völligen Verschluß führen kann.

Die Bildung des Blutpfropfens kann dadurch hinausgezögert werden, daß man Stoffe, wie Heparin oder Dicumarol, dem Blutstrom zusetzt. Aber auch bei Verwendung solcher Gerinnungshemmstoffe war die Betriebsdauer der bisher bekannten Vorrichtungen zum Behandeln von Blut, insbesondere bei ihrer Verwendung als künstliche Lunge oder künstliche Niere, begrenzt, da sich diese sehr gefährlichen Gerinnsel jeweils am Bluteinlaß und am Blutauslaß der Blutbehandlungsvorrichtung bilden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Bildung von Agglomeraten beim Eintritt des zu behandelnden Blutes in eine Vorrichtung zur Behandlung von Blut und beim Austritt aus dieser Vorrichtung nach Durchführung der Blutbehandlung zu vermindern bzw. vollständig zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Bluteinlaß und dem Blutauslaß eine von Blut durchströmte Umgehungsleitung vorgesehen ist, die in Höhe des Bluteinlasses und in Höhe des Blutauslasses jeweils einen Abschnitt mit verengtem Querschnitt aufweist, der senkrecht zu dem Hohlfaserbündel verläuft, durch die das Blut mit einer höheren Geschwindigkeit fließt als durch die übrigen Teile der Vorrichtung.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abänderung der bekannten Vorrichtung zum Behandeln von Blut wird die Bildung von Agglomeraten an den

so kritischen Stellen (Bluteinlaß und Blutauslaß) verhindert, oder eventuell gebildete Agglomerate werden mitgerissen, wodurch eine Verstopfung der Blutbehandlungsvorrichtung an diesen kritischen Stellen vermieden wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mündet der Bluteinlaß in die Innenwand des verengten Abschnittes der Umgehungsleitung und der Blutauslaß mündet in die Innenwand des verengten Abschnittes der Umgehungsleitung.

*<> Vorzugsweise haben die verengten Abschnitte der Umgehungsleitung einen abgeplattet-kreisförmigen Querschnitt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Umgehungsleitung eine

■·■> Einrichtung zum Regeln der Blutströmungsgeschwindigkeit vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Blut wird in der Praxis so betrieben, daß man einen

ι ο do

Teil des zu behandelnden Blutes unter Druck mit einer höheren Geschwindigkeit als in den bisher bekannten Vorrichtungen an dem Bluteinlaß und an dem Blutauslaß vorbeiführt. Dabei fließt nur ein Teil des zu behandelnden, beispielsweise von der Arterie kommenden Blutes durch die Umgehungsleitung, während der Rest durch das Hohlfaserbündel strömt. Während dieser zuletzt genannte Teil des zu behandelnden Blutes die Hohlfasern durchströmt, spielen sich innerhalb des rohrförmigen Gehäuses der erfindungsgemäßen Blutbe- I ο handlungsvorrichtung die gewünschten Austauschvorgänge zwischen dem zu behandelnden Blut und der durch einen Einlaß zugeführten und durch einen Auslaß abgeführten Waschflüssigkeit ab. Dabei handelt es sich in erster Linie um eine Sauerstoff anreicherung oder Reinigung des Blutes durch Dialyse.

In einem Durchgang wird nur der Teil des zu behandelnden Blutes mit Sauerstoff angereichert bzw. gereinigt, der das Hohlfaserbündel durchströmt. Durch mehrmaliges Recyclisieren des Blutes wird jedoch eine Sauerstoffanreicherung bzw. Reinigung des gesamten zu behandelnden Blutes erzielt, wobei der das Hohlfaserbündel durchströmende Teil des Blutes stets einen höheren Behandlungsgrad aufweist als der die Umgehungsleitung durchströmende Teil des Blutes. Daher wird nur zu Beginn des Blutreinigungsverfahrens die Umgehungsleitung von unbehandeltem Blut durchströmt, während in den späteren Stufen des Verfahrens durch die Umgehungsleitung vorbehandeltes Blut fließt.

Nach Abschluß des Blutreinigungsverfahrens unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedoch das gesamte aus der Arterie stammende Blut einer Sauerstoffanreicherung bzw. Reinigung unterzogen worden, wenn auch in unterschiedlichem Grade, je nachdem, ob der die Hohlfasern durchströmende Teil 3^r> des Blutes oder der die Umgehungsleitung durchströmende Teil des Blutes betrachtet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Blut, in Form eines Seitenrisses, teilweise im Schnitt;

F i g. 2 eine Schnittansicht der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung entlang der Linie 2-2;

F i g. 3 eine Schnittansicht der in F i g. 1 dargestellten 4^r> Vorrichtung entlang der Linie 3-3;

F i g. 4 eine Schnittansicht der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung entlang der Linie 4-4 und

Fig.5 eine schematische Darstellung der in der erfindungsgemäßen ^vorrichtung vorgesehenen Umge- >(> hungsleitung.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 10 zum Behandeln von Blut, die besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 12 mit einem Einlaß 20 und einem Auslaß 22 mit geringerem Durchmesser als das rohrförmige Gehäuse für das zu behandelnde Blut und einem Einlaß 14 und einem Auslaß 16 für die Waschflüssigkeit, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Ein Hohlfaserbündel 24 ist an seinen Enden unter Verwendung eines Silikon- oder Epoxyharzes in den Bluteinlaß 20 und den >-··■ Blutauslaß 22 eingebettet, wobei die einzelnen Fasern an dem Bluteinlaß 20 und dem Blutauslaß 22 enden. Die Einbettung der Hohlfaserbündelenden bei 26 und 28 läßt die offenen Hohlfaserenden freiliegen, wobei jedoch eine flüssigkeitsdichte Versiegelung zwischen den Fasern und dem Bluteinlaß 20 und dem Blutauslaß 22 besteht. Ein Blutzuführungsrohr 30, das in der Regel aus einem Silikonharzschlauch besteht, wird beispielsweise mit dem Bluteinlaß 20 des rohrförmigen Gehäuses 12 unter Verwendung eines geformten Stutzens 40 verbunden. Der Stutzen 40 ist wiederum an seinem Auslaßende 31 mit der Umgehungsleitung 34 verbunden, die mit dem Einlaßende 33 eines Stutzens 42 verbunden ist, der dem Stutzen 40 ähnelt oder gleicht. Der Auslaß des Stutzens 42 ist beispielsweise mit einem Blutabführungsrohr 32 verbunden.

Das Blutzuführungsrohr 30 ist in der Regel mit einer Arterie (nicht dargestellt) verbunden, während das Blutabführungsrohr 32 in der Regel mit einer Vene verbunden ist. ^:

Die Stutzen 40 und 42 lassen sich bequem durch Abflachen eines Rohrabschnittes herstellen, entsprechend den Rohren 30 oder 34, so daß sie beispielsweise die in der Fig. 1 bei 36 und 38 gezeigte Form haben. Gleichzeitig sind sie so gestaltet, daß der Bluteinlaß 20 in die Innenwand des verengten Abschnittes 36 der Umgehungsleitung 34 mündet und der Blutauslaß 22 in die Innenwand des verengten Abschnittes 38 der Umgehungsleitung 34 mündet.

Wie aus der F i g. 2 ersichtlich, bildet der Stutzen 42 ein abgeflachtes Rohr bzw. einen verengten Abschnitt 38 mit einem abgeplattet-kreisförmigen Querschnitt, verglichen mit dem normalen, runden Querschnitt der Umgehungsleitung 34, die in der Regel den gleichen Durchmesser wie das Blutzuführungsrohr 30 hat, wie die F i g. 3 zeigt, wobei die Oberseite der Innenwand des verengten Abschnittes 36 des Stutzens 40 mit dem äußorei Ende des Hohlfaserbündels 24 fluchtet oder geringfügig darunterliegt. Die Stutzen ergeben auch eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Rohren 30, 32 und 34 und dem Bluteinlaß 20 und dem Blutauslaß 22 des rohrförmigen Gehäuses 12.

Der Waschflüssigkeitseinlaß 14 ist mit einer Waschlösung verbunden (Dialysat, wenn die Vorrichtung 10 als künstliche Niere verwendet wird), die bei der Verwendung als künstliche Niere im wesentlichen aus einer physiologischen Kochsalzlösung besteht, der anorganische Salze und gegebenenfalls Harnstoff in bestimmten Mengen zugesetzt worden sind. Wenn die Vorrichtung als künstliche Lunge verwendet werden soll, wird als Waschlösung beispielsweise Luft oder Sauerstoff oder eine bestimmte gewünschte Mischung aus Sauerstoff und anderen Gasen verwendet.

Während des Betriebs, bei dem das Blutzuführungsrohr 30 mit einer Arterie (nicht gezeigt) und das Blutabführungsrohr 32 mit einer Vene auf geeignete Weise verbunden sind, wird die Umgehungsleitung 34 mit einer geeigneten Einrichtung 35, beispielsweise einer verstellbaren Klammer oder einem Ventil, abgequetscht, um die Druckdifferenz entlang der Umgehungsleitung 34 zu regulieren und den Blutstrom aus dem Blutzuführungsrohr 30 durch das Hohlfaserbündel 24 in das Blutableitungsrohr 32, d.h. aus der Arterie in die Vene, zurückzuführen.

Der Blutstromkanal in den Stutzen 40 und 42 ist so beschaffen, daß das Blut zu den offenen Enden des Hohlfaserbündels 24 Zutritt hat und an den Enden des Hohlfaserbündels 24 mit höherer Geschwindigkeit vorbeifließt, als wenn keine besondere Umgehungsleitung vorgesehen ist. Durch die höhere Geschwindigkeit des Blutstromes, der tangential an den offenen Enden des Hohlfaserbündels 24 vorbeigeführt wird, werden die meisten Blutkörperchen, die zur Agglomeration und Ablagerung am Einlaß und Auslaß des Hohlfaserbündels 24 neigen, an den Enden des Hohlfaserbündels vorbeigeführt, so daß hierdurch die Bildung von

Blutklumpen wesentlich verlangsamt wird und die Betriebsdauer der Vorrichtung zum Reinigen von Blut beträchtlich verlängert wird.

Durch die Verlangsamung der Blutgerinnselbildung an dem Einlaß- und Auslaßende des Hohlfaserbündels verlangsamt sich auch die Verstopfung der feinen Fasern des Bündels, da hier verhältnismäßig weniger Blutkörperchenagglomerate vorhanden sind, die sich losreißen und durch die Fasern geschwemmt werden können. Außerdem fließen die abgelösten Agglomerate von Blutkörperchen und anderen verstopfenden Blutbestandteilen eher durch die Umgehungsleitung 34 als durch das Hohlfaserbündel 24.

In der Fig.5 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt, nämlich eine solche mit doppelter Umgehungsleitung. Bei der Ausführungsform mit doppelter Umgehungsleitung zweigt von einem Rohr 24 von einer Arterie, beispielsweise unter Verwendung eines Y-förmigen Verbindungsstückes, eine Zweigleitung 46 ab, die eine geeignete Pumpe 48 aufweist, die mit dem Einlaß eines Stutzens 50 (der dem Stutzen 40 der F i g. 1 entspricht) verbunden ist. Das Auslaßende des Stutzens 50 ist mit einer Umgehungsleitung 52 verbunden, die ein Ventil oder eine andere geeignete Strömungsregelungseinrichtung aufweist, und ist mit einem Rohr 56 verbunden, das mit einer Vene oder einer anderen geeigneten Blutaufnahmeeinrichtung verbunden sein kann.

Die andere Zweigleitung 58, die mit dem Arterienrohr 44 verbunden ist, steht wiederum mit dem Einlaß eines Stutzens 62, der dem Stutzen 42 der F i g. 1 entspricht, über ein Ventil oder eine andere Strömungsregelungseinrichtung 60 in Verbindung. Der Auslaß des Stutzens 62 ist über ein Verzweigungsrohr 64 mit dem Rohr 56 (wie das Rohr 52) verbunden.

Die Blutbehandlungsvorrichtung 66 kann beispielsweise den gleichen Grundaufbau wie in Fig. 1 gezeigt aufweisen, kann also beispielsweise ein Gehäuse enthalten, das ein Hohlfaserbündel einschließt und einen Einlaß und einen Auslaß für die Waschflüssigkeit sowie einen Einlaß und einen Auslaß für das zu behandelnde Blut aufweisen kann.

Beim Betrieb dieser Vorrichtung kann der Druck des in den Stutzen 50 eintretenden Blutes mittels der Pumpe 48 und des Ventils 54 in der Umgehungsleitung 52 reguliert werden. Der Druck und die Fließgeschwindigkeit werden so eingestellt, daß ein ausreichender Blutstrom durch die Blutreinigungsvorrichtung 66 erhalten wird, während der Blutstrom durch die

ι ο Umgehungsleitung 52 in solchen Grenzen geregelt wird, daß eine solche Strömung durch den Stutzen 50 erzielt wird, daß die meisten Blutkörperchen und/oder anderen zur Gerinnung oder Verstopfung führenden Blutbestandteile, die zur Ablagerung auf den Hohlfaserbündelenden neigen, in die Umgehungsleitung 52 geschwemmt werden, wenn das Blut durch das Faserbündel der Blutreinigungsvorrichtung 66 fließt.

Das Ventil oder der Strömungsregler 60 in dem Rohr 58 wird hinsichtlich der Pumpe 48 und des Ventils 54 so eingestellt, daß der Blutstrom durch die Umgehungsleitung 52 und durch den Stutzen 62 ausbalanciert wird, wobei die Geschwindigkeit des Blutstromes durch den Stutzen 62 ausreicht, um möglichst viele Blutkörperchen und andere verstopfende Blutbestandteile, die sich dort ablagern können, herauszuschwemmen. Als Folge des normalerweise höheren Arteriendruckes kann das Herausschwemmen der Blutkörperchen aus dem Stutzen 62 in vielen Fällen leichter erfolgen als bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1.

Die Fasern des Hohlfaserbündels 24 können aus einem Viskosematerial bestehen und sie können einen Innendurchmesser von 50 bis 400 μπι und eine Wanddicke zwischen 10 und 40 μπι aufweisen. Obgleich sich Viskosefasern für die Verwendung in künstlichen Nieren gut eignen, werden in künstlichen Lungen häufig besser andere Fasern, z. B. Silikonfasern, verwendet. Die Abmessungen und Arten der Fasern sind dem Fachmann für die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen zum Behandeln von Blut, insbesondere künstlichen Nieren und Lungen, bekannt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Behandeln von Blut, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse mit einem Einlaß für das zu behandelnde Blut und einem Auslaß für das behandelte Blut, bei der innerhalb des Gehäuses ein sich von dem Bluteinlaß bis zu dem Blutauslaß erstreckendes Bündel von Hohlfasern aus einer selektiv durchlässigen Membran angeordnet ist und das Gehäuse außerdem zwischen Bluteinlaß und Blutauslaß einen Einlaß und einen Auslaß für die Waschflüssigkeit, die im Abstand voneinander angeordnet sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bluteinlaß (20) und dem Blutauslaß (22) eine von Blut durchströmte Umgehungsleitung (34) vorgesehen ist, die in Höhe des Bluteinlasses (20) und in Höhe des Blutauslasses (22) jeweils einen Abschnitt mit verengtem Querschnitt (36, 38) aufweist, der senkrecht zu dem Hohlfaserbündel (24) verläuft, durch die das Blut mit einer höheren Geschwindigkeit fließt als durch die übrigen Teile der Vorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bluteinlaß (20) in die Innenwand des verengten Abschnittes (36) der Umgehungsleitung (34) mündet und daß der Blutauslaß (22) in die Innenwand des verengten Abschnittes (38) der Umgehungsleitung (34) mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verengten Abschnitte (36, 38) der Umgehungsleitung (34) einen abgeplattetkreisförmigen Querschnitt haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgehungsleitung (34) eine Einrichtung (35) zum Regeln der Blutströmungsgeschwindigkeit vorgesehen ist.