DE2019341B2 - Einrichtung zur Simulierung von Strömungswirkungen in einer gerinnenden Flüssigkeit, insbesondere in Blut - Google Patents
Einrichtung zur Simulierung von Strömungswirkungen in einer gerinnenden Flüssigkeit, insbesondere in BlutInfo
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Description
Fortlaufende 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),
optischer (z. B. Dichte- oder Trübungsmessung) oder mechanischer Einrichtungen.
Im Falle der mechanischen Messungen zur Erfassung der Gerinnung werden dem Blut ζ. Β. regelmäßige
Meßimpulse mitgeteilt, die neben dem Zweck der Kräftemessung als Seiteneffekt meist auch einen
begrenzten Einfluß auf die Gerinnung selbst ausüben. Um die Messung sensibel genug zu halten, ist anderseits
eine möglichst geringe Beeinflussung des Gerinnungssubstrats durch den Meßvorgang anzustreben, wie dies
z. B. in dem Gerät »Thrombelastograph« nach dem deutschen Patent 8 45 720 verwirklicht ist, das mit der
Registrierung einer entsprechenden Kurve differenzierte Einblicke in die Kinetik der Gerinnung liefert und auf
denselben Erfinder zurückgeht. Die normale thrombelastographische Kurve wird im wesentlichen durch die
Aktivität der Blutplättchen sowie durch Geschwindigkeit, Quantität und Qualität des Fibrinaufbaues bestimmt,
wobei sich aber diese beiden wichtigen Parameter der Gerinnung in der Kurve nicht primär
voneinander trennen lassen. Abgesehen davon findet die Messung, wie in den meisten Geräten zur
Verfolgung der Gerinnungsvorgänge, an einer stehenden Blutprobe statt, der die Charakteristika des Fließens
fehlen. Diese lassen im lebenden Organismus die Gerinnung des Blutes wesentlich anders ablaufen als in
einem stehenden Laborbehälter.
Die Erfassung der beim Aufbau der Gerinnselstruktur wirksamen Bestandteile des Blutplasmas ist von großer
klinischer und theoretischer Bedeutung. Der Wert der für deren Messung 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 Gerinnselaufbaues dienen, bzw. dem evtL nachfclgenden Wiederabbau im Sinne der Fibrinolyse.
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 mit dem bekannten
Gerät ist bisher die einzige Methode, die den strukturmechanischen Sektor des Gerinnselaufbaus
quantitativ erfaßt Diesen letzteren sowohl auf der Grundlage der thrombelasU/graphischen Messungen als
auch unabhängig davon noch umfassender auszuwerten, ist als Aufgabe gestellt
Da in vivo (im Körper) das Blut bzw. das entstehende Blutgerinnsel besonderen Scherkräften durch die
Blutströmung (oder z. B. durch die Pulsation der Arterien) und den daraus resultierenden elektrophysiologischen
Effekten ausgesetzt ist, erscheint es erstrebenswert, die Meßsituation 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. B. im Thrombelastographen) einwirkende
Scherkräfte erreicht werden. Dadurch würde in der Meßvorrichtung eine dem Fließeffekt im Kreislauf
ähnliche Wirkung auf die Vernetzung (Strukturaufbau) der Fibrinfasern erzeugt.
Aus der US-PS 35 03 709 ist eine Vorrichtung
α bekannt, mit welcher das Fließen von Blut und dessen
anschließende Gerinnung in einem kreisförmig zusammengefügten Endlos-Schlauch beobachtet werden kann.
Hierzu muß dem Blut zunächst mit einer Spritze durch die Wandung des Schlauches hindurch eine Kalziumchloridlösung
injiziert werden. Sobald die beginnende Gerinnung in der Blutsäule diese zum Festhaften an der
Schlauchwand bringt, ist der Gerinnungsendpunkt erreicht. In dem Schlauch ist zusätzlich eine Engstelle
angebracht, die eine präzisere Bestimmung des Gerin-
4r> nungsendpunktes ermöglicht. Die Zeit vom Beginn der
Bewegung der Vorrichtung bis zum Gerinnungsendpunkt wird mit einer Stoppuhr gemessen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Simulierung von Strömungswirkungen
so in einer gerinnenden Flüssigkeit, insbesondere in Blut,
durch Erzeugung von Scher- und Verformungseffekten so auszubilden, daß insbesondere ein Prüfkörper in den
als Meßgerät dienenden Behälter der Einrichtung eingetaucht werden kann, mit dessen Hilfe die nach dem
μ Gerinnungsendpunkt erfolgenden Zustandsänderungen
in dem Gerinnsel an entsprechende Meßeinrichtungen weitergegeben werden können. Es soll die mit dem
Gerinnungsendpunkt einsetzende und für die physiologische Funktion des Gerinnsels so wichtige Verfestigung
verfolgt werden. Diese Messung der zunehmenden Verfestigung des Gerinnsels erfolgt auch nach der
genannten DE-PS 8 45 720. Dort fand jedoch noch kein simulierter Fließvorgang statt.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe ausgehend
b5 von der eingangs beschriebenen Einrichtung dergestalt,
daß ein Behälter mit die Flüssigkeit begrenzenden Innenflächen vorgesehen ist sowie Mittel, die diesen
Innenflächen eine Orbitalbewegung mitteilen können.
Damit kann die angestrebte Simulierung eines Fließvorganges durchgeführt werden. Diese erfolgt
jedoch unter Einbeziehung eines Prüfkörpers, der in der Vorrichtung nach der US-Patentschrift .".irgendwo
angeordnet werden könnte. Außerdem rührt der kreisförmige Endlos-Schlauch nach diesel Patentschrift
lediglich eine Drehbewegung um seinen Mittelpunkt aus, die ihm von dem vorgesehenen Antrieb aufgeprägt
wird. Eine Übertragung von Scher- und Verformungskräften aus dem Gerinnsel findet nicht statt Auch ist der
Inhalt des Behälters der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne weiteres z. B. zur Zufügung irgendwelcher
Wirkstoffe zugänglich, während es hierzu bei dem bekannten Gerät einer Injektion mittels einer geeigneten
Injektionsnadel durch die Wandung des Schlauches hindurch bedarf.
Es 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 beim
Verschluß von verwundeten Blutgefäßen eine wichtige mechanische Aufgabe zu erfüllen. Die Nachahmung
dieser Situation in vitro ist erschwert durch das Erfordernis einer großen Blutmenge, wenn hier die
Charakteristika des fließenden Blutes mitwirken sollen.
Der Versuch, den Fliebvorgang zugunsten der Verwendung einer kleinen stationären Blutmenge in der
Meßapparatur durch Effekte zu ersetzen, die das Fließen simulieren, kann es auch erforderlich machen,
auf das gerinnende Substrat Kräfte einwirken zu lassen, die eine Modifikation der naturgegebenen Einflüsst
darstellen, um eine für den Meßvorgang konstante und optimale Wirkung zu erzielen. Natürlich dürfen diese
Kräfte nicht so groß sein, daß die entstehende Gerinnselstruktur dabei zerstört wird. Anderseits muß
die gleichzeitig verwendete Meßvorrichtung geeignet sein, die unter den speziellen Bedingungen in der
Gerinnselstruktur auftretenden Veränderungen adäquat zu erfassen.
Diese Orbitalbewegung (etwa wie eine Tasse mit der Hand geschwenkt wird), die jeder Punkt des Behälters
in gleicher Weise beschreibt, wird vorzugsweise mit dem sehr kleinen Radius von ca. 0,025 mm und mit einer
Frequenz von ca. 50 u/sec. ausgeführt. Die Umfangsgeschwindigkeit mit der Bewegung liegt dabei in der
Größenordnung von 8 mm/sec, d. h. etwa der Strömungsgeschwindigkeit in einer mittleren Vene. Das
geringe Ausmaß dieser Bewegung 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-Trenneffekt
(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 Eiweißmoleküle
bewirken. Der bei der Orbitalbewegung den Verhältnissen z. B. in mittleren Venen entsprechende
Schereffekt bewirkt darüberhinaus eine Ausrichtung der Plasmabestandteile, so lange sie noch flüssig sind. Er
ist in seiner Art auch beim Rühren von Teig zu beobachten. Hierdurch kommt es als Nebeneffekt
während des noch flüssigen Stadiums des gerinnenden Plasmas zu regelrechten Strömungsvorgängen des
Blutes, z. B. in dem 1 mm breiten zirkulären Spalt zwischen Stift (Prüfkörper) und Behälter des ThrombelastoeraDhen.
nach Patent 8 45 720. falls er zusammen
mit dem Gegenstand der Erfindung benutzt wird. Der thrombelastographische Meßvorgang stellt also lediglich
eine der möglichen Erfolgskontrollen des Effekts der Orbitalbewegung auf die Blutgerinnung dar. Sie
könnte auch auf andere Weise, unabhängig von der thrombelastographischen Meßweise, erfolgen, z.B.
durch direkte Messung des Ausmaßes der auf den Stift (Prüfkörper) übertragenen Orbitalbewegung des Behälters.
Diese wird vom Thrombelastographen nicht wiedergegeben. Ihre direkte Messung würde anderseits
dem indirekten Meßvorgang des Thrombelastographen überflüssig machen.
Die Orbitalbewegung kann mittels eines rotierenden Exzenters zwangsläufig erzeugt oder auch bei elastischer
Lagerung des Behälters durch eine zusätzliche rotiereade Unwucht ausgebildet werden. Schließlich
kann der gleiche Effekt durch ein umlaufendes elektrisches Feld erzeugt werden.
Die einerseits relativ rasche, anderseits sehr kleine Bewegung des Behälters bei Verwendung im Thrombelastographen
stört den Meßvorgang des masseträgen Stiftes im Thrombelastographen nicht Anderseits
macht das Antriebsaggregat für die Orbitalbewegung des Behälters die (für die Messung im Thrombelastographen)
normale langsame Hin- und Herdrehung des Behälters um die Hochachse mit (Hin- und Herdrehung
um 4 Grad 45 Min. in 9 Sekunden). Die rasche Orbitalbewegung ist mit anderen Worten der Meßbewegung
des Behälters im Falle ihrer Anwendung am Thrombelastographen superponiert und beeinflußt die
Messungen nur insoweit, als das Gerinnsel in seinem Aufbau durch die Orbitalbewegung eine Veränderung
seiner Struktur erfährt
Die Einrichtung kann eine Mehrzahl von Behältern aufweisen, die die Orbitalbewegung im Verbund
ausführen können.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung und der durch dieselbe erzielten Vorteile dienen die nachfolgende
Beschreibung eines in der Zeichnung rein schematisch und dargestellten Ausführungsbeispiels sowie einige
Kurven.
Fig. la zeigt das bekannte Thrombelastogramm eines normalen plättchenhaltigen Blutplasmas. Die
Laufzeit der Doppelkurve beträgt hier etwa 1 Stunde.
Fig. Ib zeigt die gleiche Blutplasmagerinnung (bzw.
Blutgerinnung) im Thrombelastographen, aber mit superponierter Präzessionsbewegung. 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 Thrombelastogramms ist, wie sich durch
eine Versuchsreihe zeigen läßt, offensichtlich Folge eines außerordentlich rasch ablaufenden Vernetzungsvorganges beim Aufbau der Fibrinfasern unter dem
Einfluß der Orbitalbewegung bzw. der Strömungssimulation. Dieser Vorgang läuft unabhängig von der
Anwesenheit der Blutplättchen ab.
F i g. Ic gibt das Thrombelastogramm eines blutplättchenfreien
Plasmas wieder, geronnen unter dem Einfluß der Orbitalbewegung. Es zeigt die erwähnte Stufe
ebenfalls. Die Aktivität der Blutplättchen dagegen ist quantitativ für den Bauch der Kurvs nach der steilen
Stufe verantwortlich (vergl. F i g. 1 b plättchenhaltiges
Plasma und Ic plättchenfreies Plasma). Es läßt sich hier
also an ein und derselben Kurve (Fig. Ib) eine Trennung des Parameters der Fibrinfaserbildung vom
Parameter der Blutplättchenaktivität vornehmen, d. h. die Stufe der Kurve in Fig. Ib ist Ausdruck des
Fibrinaufbaues, während der nachfolgende Bauch der gleichen Kurve Ausdruck der Blutplättchenaktivität ist.
Darüberhinaus gibt der steile stufenförmige Anstieg der Kurve die Möglichkeit einer extrem genauen Bestimmung
der »Gerinnungszeit«. Der plötzliche Festigkeitsanstieg des Gerinnsels kann mit vereinfachter Meßvorrichtung
auch unabhängig von der Apparatur des Thrombelastographen zur z. B. digitalen Anzeige einer
sehr genauen »Gerinnungszeit« benutzt werden. Abgesehen davon kann, wie oben gesagt, der Vorgang der
Verfestigung der Gerinnselstruktur durch die Orbitalbewegung auch auf andere Weise als mit dem Thrombelastographen
gemessen werden.
Die Orbitalbewegung des Behälters, (hier des Thrombeiastograpnen) iäut sich auf verschiedene Weise
bewerkstelligen: mechanisch z. B. durch eine zwangsläufige Führung mit einem Exzenter oder durch eine
exzentrische Schwungmasse oder z. B. elektrisch durch ein mit entsprechender Geschwindigkeit wanderndes
Feld.
Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel (Fig. 2), das zur vereinfachten Demonstration seiner Wirkung
hier wiederum auf die Benutzung mit dem Thrombelastographen abgestimmt ist, wurde die mechanisch
geführte Orbitalbewegung um die Hochachse gewählt. Um für das Einsatzbeispiel am normalen Thrombelastographen
diesen nicht vollständig umbauen zu müssen, wurde eine auf eines der drei Meßaggregate des
Thrombelastographen a aufsteckbare Vorrichtung f,h,p entwickelt, die als Ganzes die bekannte Meßbewegung
von 4° 45' des Behälters cam Meßaggregat dmitmacht.
Die superponierte Orbitalbewegung wird im Ausführungsbeispiei
durch einen Exzenter g auf einer Motorachse erzeugt. Er treibt das einzige außer ihm
bewegte Teil der Vorrichtung an. Dieses Teil /besteht
aus einem flachen und auf einer tragenden planen Metailunterlage ρ gleitenden Metallstück, das mit einer
V-förmigen Aussparung edem Exzenter anliegt, dessen
Antriebsmotor h an der tragenden Unterlage befestigt ist. In seinem Mittelstück befindet sich ein Nocken /als
Umkehrpunkt der Orbitalbewegung, der seitlich an einer geraden Kante g gleitet. Die feste Anlage des
V-Ausschnittes am Exzenter sowie des Nockens an der geraden Kante wird durch eine Feder k gewährleistet.
Am anderen Ende des gleitenden Teiles befindet sich ein runder Ausschnitt o, in den der Behälter / des
Thrombelastographen fest eingesetzt wird. Der Behälter ist soweit in seinem äußeren Durchmesser verjüngt,
daß er mit seiner Orbitalbewegung frei in der ursprünglichen Behälterhalterung des Thrombelastographen
schwingen kann. Entsprechend hat die tragende Unterlage eine genügend weite Aussparung
für den Durchtritt des Behälters. Der in Arretierungsstellung hochgezogene bekannte Prüfkörper m (Stift]
des Thrombelastographen ist während des Meßvorganges in ebenfalls bekannter Weise in den blutgefüllter
Behälter / hineingesenkt. Er hängt dann frei an einem Torsionsdraht, ohne die Wände des Behälters zi
berühren. Bei Betrieb des Motors mit z. B. 3000 u/mir (50 u/sec) überträgt der Exzenter mittels des gleitender
Flachstückes seine Bewegungen spiegelbildlich auf den Behälter. Ein idealer Kreis wird auf diese einfache
ίο Weise nur vom Mittelteil des Behälters beschrieben
soweit es vom Nocken die gleiche Entfernung hat wie die Exzenterachse auf der Gegenseite. Näher an den
Nocken heran bzw. weiter von ihm weg ist die Orbitalbewegung des Behälters jeweils elliptisch ver-
■3 zerrt, was in dieser Größenordnung für den zt
erreichenden Zweck, d. h. bei einem Labormodell des Erfindungsgegenstandes, vernachlässigt werden kann.
Der langsamen Bewegung d der gesamten Vorrichtung ist also die rasche Bewegung η des gleitenden
flachen Metallstücks, das den Behälter trägt, überlagert.
Gegenüber den bisherigen Stand der Technik bietet
der Gegenstand 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 Blutgerinnungsvorganges. Es wird damit im Meßgerät die natürliche
Fließsituation in den Blutgefäßen weitgehend nachgeahmt, ohne daß in der Tat ein echtes Fließen der
Blutprobe notwendig wird. In der Anwendung z. B. auf
den Thrombelastographen bedeutet dies, daß man trotz der Erzeugung des Fließeffektes mit der relativ sehr
kleinen Biutmenge von 036 ml für eine registrierende Verfolgung des ganzen Gerinnungsablaufes (einschließlieh
der Fibrinolyse) auskommt Weiterhin zeigt der Gerinnungsablauf unter der Einwirkung der Orbitalbewegung
einen bisher unbekannten schlagartigen Ver netzungseffekt am Fibrinmolekül (Fig. Ib, Ic), 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
Thrombelastogramms sichtbar (Fig. Ib), eben
falls isoliert und quantitativ ablesbar das Verhalten der Blutplättchen im weiteren Kurvenverlauf aus. Schließlich
erlaubt der Erfindungsgegenstand durch den zeitlich auf einen Punkt zusammengedrängten schlagartigen
Fibrin-Faseraufbau (F i g. Ib, Ic) eine in dieser Genauigkeit
bisher nicht mögliche Gerinnungsanzeige mit jedem einfachen Meßgerät nach dem Prinzip des
Erfindungsgegenstandes, das in der Lage ist. den Sprung
in der Festigkeitszunahme des Fibrin-Fasergerüstes aufzunehmen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Einrichtung zur Simulierung von Strömungswirkungen
in einer gerinnenden Flüssigkeit, insbesondere in Blut, durch Erzeugung von Scher- und
Verformungseffekten, gekennzeichnet durch einen Behälter (1) und Mittel (g, e, f), die den
die Flüssigkeit begrenzenden Innenflächen des Behälters eine Orbitalbewegung mitteilen können.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius der Orbitalbewegung im Bereich von 0,025 mm liegt
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Orbitalbewegung
bei etwa 50 u/sec. liegt
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Orbitaibewegupg
bei elastischer Lagerung des Behälters zusätzlich eine rotierende Unwucht vorgesehen ist
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Orbitalbewegung
ein umlaufendes elektrisches Feld dient.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Orbitalbewegung
ein rotierender Exzenter vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Behältern, die die
Orbitalbewegung im Verbund ausführen können.
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