DE2019341A1 - Stroemungssimulator - Google Patents

Stroemungssimulator

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DE2019341A1 DE19702019341 DE2019341A DE2019341A1 DE 2019341 A1 DE2019341 A1 DE 2019341A1 DE 19702019341 DE19702019341 DE 19702019341 DE 2019341 A DE2019341 A DE 2019341A DE 2019341 A1 DE2019341 A1 DE 2019341A1
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    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
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    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
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Description

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■
3 ί it iiäili.; 5S - S IiüIüT ÖR
i'ortlau-ende Messungen an gerinnenden Flüssigkeiten, vorzugsweise an Blut und dessen Derivaten, finden ausschließlich in vitro (ausserhalb des Körpers) statt, wenn sie differenziertere Ergebnisse liefern sollen. Allgemein erfolgt der Messvorgang bei der Gesamtheit dieser Methoden mittels elektrischer (z.B. Leitfähigkeitsmessung), opti-8oner (z.B. Dichte oder Trübungsmessung)oder mechanischer Vorrichtungen.- .
Im Falle der'mechanischen Messungen zur Erfassung der Gerinnung werden, des BIut z.B. regelmässige Messimpulse mitgeteilt, die neben dem Zweck der Kräftemessung als Seiten-■ effekt meist auch einen begrenzten Einfluss auf die Gerinnung selbst ausüben. Um die Messung sensibel genug zu halten, ist andererseits eine möglichst geringe Beeinflussung des kerinnungssubstrats durch den iviessvorgang an- % zustreben, wie dies ü.B. im Ihrombelastographen verwirk-•licht ist, der mit der Registrierung einer Kurve, dem Thrombelastogramm (!TEG), differenzierte Einblicke in die Kinetik der Gerinnung liefert (Bundespatent Nr. 845 720 Kl.421 Gr.7o2). Die normale thrombelastographische Kurve wird irn wesentlicüen bestimmt durch die Aktivität der , Blutplättchen sowie durch Geschwindigkeit, Quantität und Qualität des i'ibrinaufbaues, wobei sich aber diese beiden wichtigen Parameter der Gerinnung ■ s
ßÄDORSßlNAL
in der Kurve nicht primär voneinander trennen lassen. Abgesehen davon findet die Messung, wie in den meisten Geraten zur Verfolgung der Gerinnungsvorgänge, an einer stehenden Blutprobe statt, der die Charakteristika des ^Hessens fehlen. Diese lassen im lebenden Organismus die Gerinnung des Blutes wesentlich anders ablaufen als in einem stehenden.Laborbehälter ο
Die Bestimmung der beim Aufbau der Gerinnungsstruktur wirksamen Bestandteile des Blutplasmas ist von grosser klinischer und theoretischer Bedeutung. Der Wert der für deren Iviess.ung geeigneten Methoden liegt vor allem auch darin, dass praktisch alle Faktoren der Blutgerinnung sich in der Verlaufskontrolle des strukturellen Gerinnselaufbaues niederschlagen, da diese ja alle dem Endziel des Gerinnselsaufbau dienen - bzw. dem evtl. nachfolgenden Wiederaufbau im Sinne der Pibrinolyse.
Angeborene oder erworbene Defekte des komplizierten Mechanismus für den Gerinnselaufbau bzw. abbau können lebensbedrohende Erkrankungen verursachen.. Nicht nur die Diagnostik dieser Erkrankungen, sondern auch eine grosse Zahl von therapeutischen Massnahmen bedarf einer Kontrolle durch entsprechende Labormethoden. Die Thrombelastographie ist bisher die einzige Methode, die den strukturmechanischen Sektor des Gerinnselaufbaues quantitativ erfasst. Diesen letzteren sowohl auf der Grundlage der thrombelastographischen Messungen als auch unabhängig davon noch umfassender auszuwerten, ist das Ziel des Erfindungsgegenstandes.
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-3 ■-■■■:. ;■: ■,'■■■■ ..■■■■ -■
Da in vivo (im Körper) das Blut bzw. das entstehende Blutgerinnsel besonderen Scherkräften durch die Blutströmung (oder z.-i. die Pulsation der Arterien) und dem daraus resultierenden elektrophysiologischen Effekten ausgesetzt ist, erscheint es erstrebenswert, die Heßsituation in vitro über die z.B. im Rahmen der Messung mit dem Thrombelastographen bekannten Möglichkeiten hinaus diesen Verhältnissen anzupassen..Dies könnte durch zusätzlich bei der Messung (z.Be im Thrombelastographen) einwirkende Scherkräfte erreicht werden. Dadurch würde in der liessvorrichtung eine dem Irliesseffekt im Kreislauf ähnliche Wirkung auf die Vernetzung (Strukturaufbau) der jj'ibrinfasern erzeugt. ·
.üs ist anzunehmen, dass die im Körper wirkenden natürlichen Kräfte, wie Blutströmung und Pulsation, ein Optimum an Festigkeit im entstehenden Blutgerinnsel entwickeln. Denn das Blutgerinnsel hat Ja beip Verschluss von verwundeten Blutgefässen eine wichtige mechanische Aufgabe zu erfüllen. Die Nachahmung dieser Situation in vitro ist erschwert durch das Erfordernis einer grossen Blutinenge, wenn hier die Charakteristika des fliessenden Blutes mitwirken sollen. Der Versuch, den Pliessvorgang zu Gunsten der Verwendung einer kleinen stationären Blutmenge in der Messapparatur durch Effekte zu ersetzen, die das ZLiessen simulieren, kann es auch erforderlich machen, auf. das gerinnende Substrat Kräfte einwirken zu lassen, die eine Modifikation der naturgegebenen Einflüsse darstellen, um eine für den Uessvorgang konstante und optimale Wirkung zu erzielen.
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BAD
Natürlich dürfen diese Kräfte nicht so gross sein, dass die entstehende Gerinnselstruktur dabei zerstört wird. Anderseits muss die gleichzeitig verwendete Hessvorrichtung geeignet sein (wie z.B. der Thrombelastograph), die unter den speziellen Bedingungen in der Gerinnselstruktur auftretenden Veränderungen adäquat zu erfassen.
Es handelt sich bei der Erfindung um eine Torrichtung, die der Küvette (d.h. Blutbehälter) z.B. des l'hrombelestographen eine Schwenkbewegung um ihre Hochachse gibt, etwa wie wenn man eine Tasse zur Vermischung ihres Inhaltes in der Hand sc'-wenkt. Diese sogenannte PräzessionsbeweL;ung, die jeder Punkt der Küvette in gleicher tfeise beschreibt, wird z.B. mit dem sehr kleinen Radius von ca. 0,025 ππα und mit einer frequenz von ca. 50/ssc ausgeführt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Präzession liegt dabei in der Grössenordnung von 75 rnm/sec, d.h. z.B. der Strömungsgeschwindigkeit in den Herzkranzgefäs- ^ sen. Das geringe Ausmass dieser Präzessionsbewegung lässt das entstehende Gerinnsel völlig intakt. Die Form der Bewegung ist aber wie eine in einer Richtung strömende flüssigkeit offenbar in der Lage, einen sogen. Ladungs-i'renneffekt (elektrischer Effekt beim Fliessen einer Flüssigkeit) auszuüben und damit das gerinnende Blutplasma (oder ein anderes Gerinnungssubstrat) zumindest partiell den auch oberflächenwirksamen Kräften zu unterwerfen, wie sie im strömenden Blut herrschen, und eine besondere Orientierung der Blutzellen und Ei-.'we^ssmoleküle bewirken. Für diese Auffassung spricht, dass
. . 109845/0820 - 5 - '
. ' j^&^K^S BAD ORIGINAL
eine einfache Hin- und Herbewegung oder, -drehung mit der erwähnten ..treruenz. an Stelle de?? Präzessionsbewegung die unten au beschreibenden 'Wirkungen auf die Gerinnung nicht hat. Hier löschen sich offenbar- bui jeder Umkehr der Bewegung die Ladungceff erte v/i oder aus. Bei Ultraschallfrequenz'dieser-einfscheren Bewegung ist die Gerinnung sogar aufgehoben. Der da- -fje&im bei der Prcizessionsbewegung den Verhältnissen z.B. in kleinen Arterien entsprechende Scher effekt bewirkt darüber . ■ hinaus.eine Ausrichtung aer Plasmabestandteile, so lange sie noch flüssig sind. Ur ist in seiner Art.auch beim führen von "ieig zu beobachten. Hierdurch kommt es als Hebeneffekt während .de-ü noch flüssigen Stadiums des gerinnenden Plasmas für kurze Zext su regelrechten Strömungsvorgängen des Blutes, z.B. in dorn 1 rum breiten zirkulären Spalt zwischen Stift (Prüfkörper, i-'ig. 2 m) und Küvette (I^'ig. 2 1) des Thrombelastographen, falls er zusammen mit dem Gegenstand dor JSrfindung benutzt wird. ; ■
Die einerseits relativ rasche, anderseits sehr kleine Präzessiüiisüewe-gung der Eüvette (hier des Thronbelästographen) stört don .-.essVor^ang des masseträgen Stiftes im 'Jhrombelastographen nicht,. Anderseits macht "das Antriebsaggregat für die Präzessio'nGbev;e;;ung dor Eüvette die (für die Messung im Thrombelasto- ;;;ν·ίιο;Τ3η) normale langscme Hin- und Herdrehung der Küvette um die Hochachse mit (Hin- und Herdrehung um M- Grad ^5 Min. in 9 eokunden)." Die rasche Präzessionshewegung ist mit anderen Vforten der ivj.esabewe,-jung der liüvette im Paile ihrer Anwendung.--
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am Thronbelastographen superponiert und beeinflusst die i.iessungen hur insoweit, als das Gerinnsel in seinem -uufoau durch die Präzessionsbewegung eine Veränderung seiner Struktur erfährt.
Fig. 1a zeigt das bekannte Thrombelastograiam eines normalen plättchenhaltigen Blutplasmas. Die Laufzeit der Dorjpelkurve beträgt hier etwa 1 Stunde. Fig. 1b zeigt die gleiche Blut- s plasmagerinnung (bzw. Blutgerinnung) im ThronbeSJlstographen, aber mit superponierter Prazessionsbe\7egung. Es wird ohne weiteres erkennbar, dass hier ein Effekt auftritt, der nach kurzer Vorbereitungszeit zu fast schlagartigem Anstieg der Gerinnselfestigkeit führt. Dieser plötzliche Amplitudenanstieg des Thronbelastogramms ist, wie sich durch eine Versuchsreihe zeigen lässt, offensichtlich Folge eines ausserordentlich rasch ablaufenden Poljpmierisationsvorganges beim Aufbau der Fibrinmoleküle (Fibrinfasern) unter deni Einfluss der Präzessionsbewegung (bzw. der Strömungssimulation). Dieser Vorgang läuft unabhängig von der Anwesenheit der Blutplättchen ab. Fig. 1c gibt das Thrombelastogramm eines blutplättchenfreien Plasmas wieder^ geronnen unter dem Einfluss der Präzessionsbewegung. Es zeigt die erwähnte Stufe ebenfalls. Die Aktivität der Blutplättchen dagegen ist quantitativ für den Bauch der Kurve nach der steilen Stufe verantwortlich (vergl. Fig. 1b plättchenhaltiges Plasma und 1c plättchenfreies Plasma). Es
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Iäs3t sich hier also an ein und derselben Kurve (Fig. 1b)
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' BADORIQtPiAt.
eine !ürennung des l-arameters der li'ibrinfa.serbildung vom Para-' meter der Blutpl-''ttchenal:tivi.tät vornehmen, d.h..-die Stufe der Kurve in Fig. Ib ist Ausdruck des Fibrinaufbaues, während der nachfolgende Bauch der gleichen Kurve Ausdruck der Blut- plLttchenalxtivität ist. Darüber hinaus gibt der steile stufen- · föri.iige Anstieg der Kurve die ^'öglicblreit einer extrem genauen )i>esti?-L2iung der "Gerimiungszeit". Der plötzliche Festigkeitsanstieg; des Gerinnsels kann mit vereinfachter Hessvorrichtung auch unabhängig von der Apparatur des ihrombelastographen \
zur S.3, digitalen. Anzeige einer sehr genauen "Gerinnungszeit" benutzt v/erden.
Die träzessionsbeweguiic der Küvette des Tliroinbelastograplien lj.Sot sich auf verschiedene v/eise ber/erkstelligen: mechanisch z.3. durch eine svra.ngslr.ufige Führung mit einem Exzenter, oder durch eine exzentrische Schwungmasse; oder z.B. elektrisch durch ein mit entsprechender Geschwindigkeit wanderndes jfeld.
Für das nachfolgende ikusführungsbeispiel, das hier auf die Benutzung mit dem 'Birombolastographen abgestimmt ist, wurde die mechanisch geführte Präzessionsbewegung um die Hochachse gewählt. Um für die Untersuchungen am normalen Thrombelastographen diesen nicht vollständig umbauen zu müssen, wurde eine auf eines der 3 Messaggregate des Shronbelastographen (Fig. 2a) aufsteckbare Vorrichtung (Fig* 2 f, h, p) entvdckelt, die als Ganzes die bekannte Messbewegung von 4° 45' des Küvettenhalters
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(Fig, 2c) am Messäggregat mitmacht (Mg. 2d). (Mir die Serien- herstellung erscheint eine fest eingebaute und. nach Bedarf an- und abschaltbare Vorrichtung günstiger). Die superponier-. te Präzessionsbewegung des Erfindungsgegenstandes wird im Ausführungsbeispiel durch einen Exzenter (ITig. 2^) auf einer Motorachse erzeugt. Sr treibt das einzige ausser ihm bewegte Teil der Vorrichtung an. Dieses Teil (Fig. 2f) besteht aus einem flachen und auf einer tragenden planen Metallunterlage (Fig. 2p) gleitenden Metallstück, das mit einer v-förmigen Aussparunng (Fig. 2g) dem Exzenter anliegt, dessen Antriebsmotor (Fig. 2h) an der tragenden Unterlage befestigt ist. In seinem Mittelstück befindet sich ein Nocken (Fig. 2i) als Umkehrpunkt der Präzessionsbewegung, der seitlich an einer geraden Kante (Fig.2q) gleitet« Die feste Anlage des V-Ausschnittes am Exzenter sowie des Nockens an der geraden Kcnte wird durch eine Feder (Fig» 2k) gewähcLeistet. Am anderen Ende des gleitenden Teiles befindet sich ein runder Ausschnitt (Fig. 2cr), in den die Küvette (Fig. 2 1) des Thrombelastographen fest eingesetzt wird. Die Küvette ist soweit in ihrem äusseren Durchmesser verjüngt, dass sie mit ihrer Präzessionsbewegung frei in der ursprünglichen Küvettenhalterung. des Thrombelastographen schwingen kann, iäitsprechend hat die tragende Unterlage eine genügend weite Aussparung für den Durchtritt des Küvettenschaftes. Fig. 2 m zeigt den noch in Arr e ti erungs st ellung hoeli- ·gezogenen bekannten Prüfkörper (Stift) des Thrombelastographen, der während des Mess Vorganges in ebenfalls bekannter ϊ/eise in.
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ORIGINAL INSPECTED
die blutgefüllte Küvette (Fig. 2 l) hineingesenkt ist. Er .ι hängt dann frei an einem Torsionsdraht, ohne dieWände der - j Küvette- zu berühren. Bei Betrieb des Motors (S1Ig* 2h) mit 2♦B, 3 OOO u/min (50 u/sec) überträgt der Exzenter mittels des gleitenden ITachstücks seine Bewegung (Schema fig, 2n) spiegelbildlich auf die Küvette. Ein idealer Kreis wird auf diese einfache Weise nur vom Mittelteil der Küvette beschrieben , so-* weit es vom Nocken die gleiche Entfernung hat wie die Exzenterachse auf der Gegenseite. Häher an ilen Nocken heran "bzw* 'weiter j i von ihm v/eg ist die Präzessionsbewegung der Küvette Jeweils :
elliptisch verzerrt, was in dieser iS-rös'senordnung für den zu.
■ - -"!'"■", - . '■ ' "■"■ ■ ■!.,"";■■■■
erreichenden Zweck, d.h. bei einem labqrmodell des Erfindungs-"
- -i · - - - ■■■■■■■■ -■".-; j "■" .gegenstandes-,, vernachlässigt' werden; kann. ' .
3?ig. 2d zeigt also den -langsamen- pe we gungs typ der gesamtex, Vorrichtung, Fig. 2n-zeigt dagegen |Len überlagerten - raschen . Bewegungstyp des gleitenden flachen-: Mettalstücks, dae die Kit'-* vette trägt.
Gegenüber dera bisherigen Stand der Slechnik bietet der Gegen·?· stind- der Erfindung allgemein die Einführung eines Fliess- und Schereffektes mit entsprechenden sog. elektrokinetischen und,
Oberflächen-Wirkungen vorzugsweise für gerinnende Blut- (u.a!.): Proben in Messgeräten zur Verfolgung des Blutgerinnungsvor-i ganges, "^a wird damit im Messgerät die natürliche Fliesssit^,--ation in den Blutgefässen weitgehend nachgeahmt,, ohne dass in . der Tat ein echtes Fliessen der Blutprobe notwendig wird. In
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der Anwendung z.B. auf den ihrombelastographen bedeutet dies', dass man trotz der Erzeugung des Fliesseffektes mit der relativ pehr kleinen Blutmenge von 0,36 car für eine registrierende Verfolgung des ganzen Gerinnungsablaufes (einschliesslich der IPibrinolyse) auskommt. Weiterhin zeigt der Gerinmingsablauf unter der Einwirkung der -Präzessionsbewegung (Schema Fig. 2n) einen bisher unbekannten schlagartigen Polymerisationseffekt am librinmolekül, d.h. Faseraufbau (!"ig. 1b, 1c), der so erstmalig einen Parameter der Fibrinbildung im gerinnenden Blut isoliert darstellbar und messbar werden lässt. Weiterhin drückt sich, wie am Beispiel des zusammen mit dem Erfindungsgegenstand aufgenommenen 'l'hrombelastogramms sichtbar (S1Ig. 1b), ebenfalls isoliert und quantitativ ablesbar das Verhalten der Blutplättchen im weiteren Kurvenverlauf:aus♦ Schliesslich erlaubt der Erfin;dungs ge genstand durch den zeitlich auf einen Punkt zusammeng
. 1b,.
edrängten schlagartigen lilbrin-JFaseraufbau
ine in dieser Genauigkeit bisher nicht mögliche
Gerinnungsanzeige mit jedem einfachen Messgerät, das in der Lage ist, den Sprung in der Pestigkeitsjsunahme des Pibrin-F&aergerüsts &xfzunehmen.
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Claims (1)

  1. atentaheprüch·
    JEinrichtung but jfcieugung von Seher- und Verformung«- effekttn in gerinnenden Flüssigkeiten, dl· Wirkungen der Strömung des Blutes, insbesondere in einem stationären Behälter, simuliert. Die Einrichtung let dadurch gekecnzeichnet, dass sie den die flüssigkeit begrenzenden flächen eine PräBeaeionsbewegung mitteilt·
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Präseasionsbewegung so klein 1st, dass das entstehende (Blut-) Gerinnsel zwar einer Belastung aber nicht der Zerstörung ausgesetzt ist* Dies bedeutet einen Radius der Präzessionsbewegung von gröseenordnungsmäesig 0,025
    5. Einrichtung nach jSjispruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Präzessionsbewegung entspre chend der Strömungsgeschwindigkeit in menschlichen Blutgefassen eingestellt werden kann. Diese liegt grössenordnungs- mässig z.B. für eine kleine Arterie bei 7i5 cm/sec, d.h. bei etwa 50 u/sec für.die Präzessionsbewegung nach Anspruch 2. ·
    M-, Einrichtung nach Anspruch 1 bis3» dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf der Präzessionsbewegung kreisförmig ist. .
    109845/0820 - 2 -
    5· Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Ablauf der Präzessionsbewegung nicht kreisförmig ist.
    6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Präzessionsbewegung in l'orm einer Taumelbewegung . erfolgt.
    7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzessionsbewegung um die Hochachse erfolgt.
    8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzessionsbewegung um beliebige andere Achsenrichtungen erfolgt.
    9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis &, dadurch gekennzeichnet, dass sich Geschwindigkeit und I-tadius der Präzessionsbewegung während des Messvorganges ändert.
    10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9j dadurch gekennzeichnet, dass eine vereinfachte Hessvorrichtung lediglich die Phase des Steilanstieges der Amplitude (ilg. ), d.h. der schlagartigen Zunahme der vierinncelf Gsti^-'cit, erfasst ·::Λ damit die Gerinnungsseit anzeigt.
    11. _inrichtun;r r_c,ch Anspruch 1 - 10, ircurch ■ dass die Präzes-.-icnsbev-re^unj ir:'_ttels --ii.es rotierenden
    zenters zwangsläufig erzeugt v:i:-G..
    109845/0820
    BAD OR[QiNAL
    -V-
    Λ '
    12. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzessionsbewegung bei elastischer Lagerung des Blutbehälters (Küvette) durch eine Kotierende Umwucht erzeugt wird.
    13. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzessionsbewegung direkt auf elektrischem Wege, vorzugsweise durch ein umlaufendes elektrisches Feld, er- , zeugt wird. "
    14. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messeinheiten die Präzessionsbewegung im Verbund ausführen.
    15. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 14·, dadurch gekennzeichnet, dass sie der Benutzung in Verbindung mit dem (Thrombelastographen (B.P. Kr. 845 720 Kl.421 Gr. 7o2) * .
    angepaßt ist. M
    109845/0820
    it .
    Leerseite
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