DE2054144B2 - Haemodialyseeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hämodialyseeinheit einer künstlicher Niere mit mindestens einem halbdurchlässigen, zusammen mit einer Kunststoffbahn spiralförmig in konzentrischen Lagen um einen Kern gewickelten, von der Dialysierflüssigkeit umspülten flachen Dialysierschlauch zum Durchleiten des Blutes, bei der die Kunststoffbahn den Dialysierschlauch auf beiden Flachseiten umgibt und benachbarte konzentrische Windungen des Dialysierschlauches trennt.

Bei einer Hämodialyseeinheit der vorgenannten Art ist der flache Dialysierschlauch zusammen mit der Kunststoffbahn derart in konzentrischen Lagen gewickelt, daß sich eine Art Spule oder Wickel bildet, bei welcher die aufeinanderfolgenden Windungen ra

dial nebeneinander angeordnet sind.

Hämodialyseeinheiten der genannten Art sind in künstlichen Nieren verwendbar, d.h. in Einheiten, in welchen die Dialyse zwischen Blut und einer Dialyseflüssigkeit durch eine semipermeable Membian hindurch auftritt. Hierbei wird in bekannter Weise ein Medium, z. B. Blut oder Dialysierflüssigkeit, durch einen Dialysierschlauch hindurchgeleitet, während das andere Medium durch den Behälter fließt, in welchem der Schlauch angeordnet ist. Bei den bekannten Anordnungen konnte dieses zweite Medium mehr oder weniger ohne Beobachtungsmöglichkeit strömen. Es waren keine Vorkehrungen getroffen, das zweite Medium bevorzugt an der Oberfläche des Dialysierschlauches angreifen zu lassen. An dieser Oberfläche findet jedoch die eigentliche Dialyse statt.

So wandert z.B. im Falle der französischen Patentschrift 1434562 das Blut vollkommen frei durch einen Raum, in dem sich ein spiralförmiger Schlauch befindet, welcher die Dialysierflüssigkeit aufnimmt und durch ein Maschennetz Stabilität erlangt. Das Blut sbadet« somit den Schlauch, d.h. es befindet sich außerhalb. Eine gezielte Beschränkung in der Bewegung des Blutes ist nicht vorgesehen. Zudem befindet sich keine Trennwand zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des Schlauches. Die Eigenart besteht bei der bekannten Anordnung darin, daß sie eine große Blutmenge benötigt, welche der Patient oft nicht leicht entbehren kann.

Man kann nun die benötigte Blutmenge dadurch reduzieren, daß man das Blut durch die Dialysierschläuche strömen läßt, wie es z.B. aus der deutschen Auslegeschrift 1064199 bekannt ist. Bei dieser Hämodialyseeinheit ist der Dialysierschlauch zusammen mit einer Kunststoffbahn spiralförmig um einen Kern gewickelt. Die Kunststoffbahn ist dabei ein gitteilörmiges Netzwerk. Benachbarte, den Dialysierschlauch umgebende Bahnenlagen werden durch Abstandshalter auf einer bestimmten Distanz gehalten. Bei der bekannten Anordnung ist daher das Volumen des Schlauches recht groß. Die einzelnen Lagen des Netzwerkes werden durch die Abstandshalter auf einer bestimmten Distanz gehalten; sie werden von der Außenfläche des Dialysierschlauches ferngehalten. Dieses große Schlauchvolumen, das erforderlich ist, um den Eingangsdruck zu reduzieren, bedingt wiederum, daß eine große Blutmenge dem Patienten entzogen wird. Außerdem wird durch die gitterartige Netzstruktur des Kunststoffbandes praktisch kein Einfluß auf die Strömungsverhältnisse in der Dialysierflüssigkeit genommen. Hinzu kommt, daß das Kunststoffband praktisch auch nicht den Blutfluß beeinflußt, weil es nicht den Schlauch verformt.

Bei dieser bekannten Hämodialyseeinheit bilden sich außerhalb des Dialysierschlauches bevorzugt einzelne Pfade niedrigen Drucks für die Dialysierflüssigkeit. Entlang diesen Pfaden strömt somit der überwiegende Flüssigkeitsteil, d.h. die Flüssigkeit »meidet« die möglichen vielfältigen anderen Wege. Daraus ergibt sich, daß die Dialyse in den bekannten Fällen nur an ausgewählten Bereichen des Dialysierschlauches wirksam ist.

Schließlich beschreibt die französische Patentschrift 1300140 eine Dialyseeinheit, bei welcher lange Bäder jeweils auf einer Seite eines schraubenförmig gewundenen Dialysierschlauches angeordnet sind. Die Bänder besitzen nur auf einer Seite Auskehlungen, welche durch an den Dialysierschlauch angreifende firstartige

Erhebungen voneinander getrennt sind. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Dialysierschlauch schraubenförmig und nicht im Sinne einer archimedi- ^jJj₁ Spirale, d.h. mit radial benachbarten konzentrischen Lagen (Windungen) gewunden.

Es fehlen daher die Trennwände zwischen den einzelnen Lagen. Die bekannte Einheit ist sehr sperrig und schwer und bietet daher pro Raumeinheit eine relativ geringe für die Dialyse wirksame Fläche.

Weiterhin ist es aus dieser Patentschrift zwar schon bekannt, schräg zur Längsachse des Dialysierschlauches verlaufende, durchgehende Flüssigkeitskanäle anzuwenden, die zueinander parallel laufen und die auf der Unterseite des Dialyseschlauches in einer Richtung verlaufen, die mit der Richtung der auf der ¹S Oberseite des Schlauches verlaufenden Rippen eiren spitzen Winkel einschließt, so daß zwischen dem Diatysierschlauch und den auf ihm aufliegenden, die Ka- »äle begrenzenden, zackenförmigen Rippen eine Vielzahl von schmalen Durchlässen gebildet werden, ^o Es soll jedoch in diesem Falle die Dialysierflüssigkeit generell entlang dem Dialysierschlauch fließen, und zwar im Zickzackweg von Kante zu Kante und von Seite zu Seite. Folglich kann der Gesamtdurchfluß nur klein sein. Um ihn zu vergrößern, sind die genannten ^a5 dreieckförmigen Auskehlungen groß und haben insbesondere eine vergleichbar große Tiefe im Verhältnis tür Breite. Es befindet sich dadurch nicht in jedem Fall alle Dialysierflüssigkeit in der Nähe der Schlauchoberfläche, wodurch die Wirksamkeit der Dialyse herabgesetzt wird. Es handelt sich in diesem bekannten Fall auch nicht um eine leicht gewichtige, räumliche kompakt aufgebaute Dialysatortype.

Nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 792305 ist als älterer Vorschlag ein Verteilernoppensystem vorgesehen, das offensichtlich infolge der Funktionsungleichheit nicht mit dem Rippensystem nach der Erfindung vergleichbar ist. Des weiteren ist der Aufbau der Einheit nach einem anderen älteren Vorschlag, nämlich gemäß Offenlegungsschrift 1921201, völlig anders als im Fall der Erfindung. Es fehlt bei der Erfindung insbesondere das Stützgkter zwischen Dialysierschlauch und Trennwand. Die älteren Vorschläge offenbaren zudem kein Mittel zur definierten Führung der Dialysierflüssigkeit.

Der Erfindung iiegt somit die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit der Dialyse dadurch zu erhöhen, daß pro Raumeinheit die für die Dialyse wirksame Fläche vergrößert und zugleich die unkontrollierte Ausbildung von bevorzugten einzelnen Pfaden verhindert wird.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Hämodialyseeinheit der eingangs genannten Art die Aufgabe dadurch gelöst, daß die als kontinuierliches Band ausgebildete Kunststoffbahn auf beiden Seiten jeweils eine Vielzahl von zueinander parallel, schräg zur Längsachse des Dialysierschlauches verlaufende, durchgehende Rippen aufweist, die mit dem flachen Dialysierschlauch in Berührung stehen, wobei die Rippenschar der einen E .r.dseite unter einem Winkel zur Rippenschar der anderen Bandseite verläuft, d.h durch die Rippen eine Vielzahl von schmalen Durchlässen für die Dialysierflüssigkeit zwischen dem flachen Dialysierschlauch und dem Band gebildet ist und daß die Durchlässe jeweils von einer Längskante des Dialysierschlauches zur anderen verlaufen.

Die Hämodialyseeinheit mit diesen Merkmalen hat ein geringes Gewicht, ist preiswert und entfaltet trotzdem eine hohe Wirksamkeit. Die Dialysierflüssigkeit wird gezwungen, die ganze Länge der schmalen Kanäle, welche durch die geringe Rippenhöhe, das Intervall zwischen den Rinnen und den Teil des Dialysierschlauches zwischen den Rippen gebildet werden und die sich von der einen Längskante des Dialysierschlauches zur anderen erstrecken, definiert zu durchströmen. Solange die einzelnen Kanäle sich über die Schlauchoberfläche erstrecken, stehen sie nicht miteinander in Verbindung. Die unkontrollierte Ausbildung von einzelnen Strömungspfaden wird vermieden. Die Dialyse erfolgt somit über die ganze Oberfläche des Schlauches und ist daher äußerst wirksam.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Rippen auf beiden Seiten des Bandes unter einem Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise 30° zur Längsachse des Dialysierschlauches. Damit kann man die Kanäle für die Dialysierflüssigkeit sehr schmal halten, da insbesondere die Höhe der Rippen über der Bahn im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Rippen schmal ist. Die gesamte geführte Dialysierflüssigkeit befindet sich daher in der Nähe der Schlauchoberfläche. Verstärkt wird die Wirksamkeit noch dadurch, daß die Schlauchwände die Tendenz haben, sich auszudehnen, wodurch das Kanalvolurnen noch mehr verkleinert wird. Ein Winkel, der kleiner als 45° ist, vergrößert die Wirksamkeit der Dialyse in vorteilhafter Weise noch dadurch, daß der Führungskanal langer wird.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Rippen auf jeder Seite des Bandes zumindest ähnliche Querschnittsmaße aufweisen, und äquidistant sind. Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn das Band durch Extrudieren des Kunststoffmaterials unü darauf folgendes Ausbilden der Rippen mittels profilgebender Walzen gebildet ist. Ferner kann man das Band auch durch Kalandern des Kunststoffmaterials und darauffolgendes Formen der Rippen mittels profilgebender Walzen bilden.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der einzigen Zeichnung, die perspektivisch und teilweise abgebrochen und im Schnitt eine Hämodialyseeinheit einer künstlichen Niere zeigt.

Ein Paar Schläuche 40 bildet Leitungen für das Blut, wobei diese Schläuche zusammen mit einem gerippten Kunststoffband 42 um einen zentralen zylindrischen Formkörper 44 gewickelt sind. Die Schläuche 40 sind jeweils aus regenerierten, flach gelegten Celluloserohren hergestellt und gewähren eiren großen Bereich für die Dialyse zwischen dem Blut und einer Dialyseflüssigkeit. Flache Schläuche, deren Material hauptsächlich aus regenerierter Cellulose mit einem Glyzeringehalt bis zu 10% oder aus einem wetterfesten, sehr geschmeidigen, reißfesten, aroma-, öl- und fettdichten, nach dem Kupferoxydammoniakverfahren hergestellten Spezialzellglas besteht, können für die mit 40 bezeichneten Schläuche verwendet werden. Die Seitenwände 43 der Schläuche sind in dichtem Abstand voneinander angeordnet oder stehen an einigen Stellen in Berührung. Einlaßschläuche führen zu den inneren Enden der Schlauchspirale, wie bei 46 gezeigt ist. Sie gehen durch die Wand des zylindrischen Formkörpers 44 hindurch und sind innerhalb der Schläuche 40 mit den Abstandsbändern 48 gehaltert. Nicht dargestellte Auslaßschläuche sind an den

äußeren Enden der Schlauchspirale angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Blut durch die Schläuche mittels einer Pumpe gefördert, aber bei einer anderen Wahl der Rippenmaße und des -abstands kann der Arteriendruck ausreichend sein.

In der· Praxis wird die Hämodialyseeinheit in einem äußeren nicht dargestellten Behälter angeordnet, der z. B. aus transparentem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, hergestellt sein kann. In einer Ausführungsform ist der Raum zwischen dem Umfang der Spiralanordnung und dem Außenbehälter mit einem aufblasbaren Kragen oder einer Muffe mit ringförmigem Querschnitt gefüllt, der im aufgeblasenen Zustand um den Umfang der Spiralanordnung angeordnet ist. Nach dem Aufblasen dehnt sich der Kragen oder Bund aus und drückt gegen die innere Wand des Außenbehälters und gegen die äußere Schicht des gewickelten Kunststoffbandes, wobei ein ebener und leicht zu steuernder Druck auf die Spiralanordnung ausgeübt wird, derein Ausdehnen oder Aufwickeln der Anordnungverhindert und dieses beschränkt, wenn das Blut oder die Dialyseflüssigkeit eingeführt wird.

Die Dialyseflüssigkeit wird unter geeignetem Druck dem Behälter entweder mittels einer Zuleitung von einem Lagertank zugeführt, der einen Druckkopf bildet, oder mittels einer Pumpe. Die Zuführeinrichtung für die Dialyseflüssigkeit ist nicht dargestellt. Die Dialyseflüssigkeit fließt nach oben durch die Räume 47 zwischen aufeinanderfolgende Wicklungen der Spirale des Bandes 42 und wird nach Erreichen der unteren Kante jedes aufgewickelten Schlauches 40 durch zwischen dem Band 42 und den nach außen liegenden Flächen der Wände der Schläuche 40 gebildeten Durchgänge mittels Rippen 50, 52 des Bandes geführt, wie im folgenden beschrieben wird. Der zylindrische Formkörper 44 ist am Boden geschlossen, so daß die Dialyseflüssigkeit nur nach oben durch die zwischen den Formkörper 44 und dem Kragen oder Ring freigelassenen Räume strömt. Für die verbrauchte Dialyseflüssigkeit gibt es einen Ausfluß zum Abwasser oder zur Umwälzung. Wenn die Dialyselösung zurückgeführt oder umgewälzt wird, gibt es gewöhnlich einen kontinuierlichen teilweisen Ersatz sowie einen Abflußpunkt.

Der Formkörper 44 ist oben offen, um den Einlaß der Schläuche 46 zu ermöglichen.

Das Kunststoffband 42 ist durch Kalandern und darauf folgende Profilgebung oder durch Extrudieren von Polyäthylen und anschließende Profilgebung hergestellt, wobei das Band auf jeder Fläche eine Schar paralleler, äquidistanter Rippen hat, welche durch Walzen während des Profilgebens des Bandes gebildet sind. Die Rippen haben den gleichen Abstand und das gleiche Querschnittsmaß auf jeder Fläche. Die Rippen 50 auf einer Fläche sind unter einem Winke! zu den Rippen 52 auf der anderen Fläche angeordnet. Im flachen Zustand des Bandes sind die Rippen auf beiden Seiten gerade. Sie verlaufen hier in jeder Schar unter gleichen Winkeln zur Querachse A des Bandes, wobei die Rippen auf der einen Fläche gegen die Achse von einer Seite und die Rippen auf der anderen Fläche von der anderen Seite abgebogen sind. Deshalb verlaufen die Rippen in der Spiralanordnung zur Achse der Blutleitung überall unter dem gleichen Winkel.

In der gezeigten Spiralanordnung sind die Rippen 50 und 52 unter einem Winkel von etwa 30° zur Achse der Blutleitung angeordnet, und ein Winkel von weniger als 45° ist im allgemeinen vorteilhaft. Infolgedessen sind die über die Fläche der Blutleitungen 40 zu den Rippen parallel liegenden, von der Dialyseflüssigkeit genommenen Wege langer als sie es in dem Falle wären, wenn die Rippen senkrecht zu den Blutleitungen angelegt wären.

Die Blutleitungen sind somit in einem Durchgang für die Dialyseflüssigkeit angeordnet, deren gegenüberliegende Wände parallel oder im wesentlichen parallel sind, wobei die Rippen auf einer Wand unter einem Winkel zu den Rippen auf der gegenüberliegendien Wand angeordnet sind. Während des Betriebes berühren die Rippen die Wände der Blutleitung, und der äußere Druck in Abhängigkeit vom Blut wird durch den Druck des aufgeblasenen Ringes in Balance gehalten. Das unter schwachem Druck in der Leitung stehende Blut bewirkt, daß die Membranwände der Leitung auf beiden Seiten gegen die Rippen des Banso des drücken. Die gegenüberliegenden Wände des Kunststoffbandes, welche den die Blutleitung enthaltenden Durchgang bilden, befinden sich unter einem solchen Abstand, daß an Stellen, wo eine Rippe auf einer Wand eine Rippe auf der anderen Wand kreuzt,

"5 die inneren Wände der Blutleitung in Kontakt gehalten sind. Das Innere der Blutleitung ist daher in der Form eines Labyrinths, wobei regulär beabstandete Stellen dort vorgesehen sind, wo die Wände in Kontakt sind und wo durch Verbindung dieser Stellen gebildete Kanten in der Leitungswand den gegen das Äußere der Leitung drückenden Rippen entsprechen. Das entlang der Leitung laufende Blut hat einen sehr komplizierten Zickzackweg zu durchlaufen, wobei keine direkten axialen Wege vorgesehen sind. Es ist deshalb ein gutes und dauerndes Vermischen des Blutes sichergestellt und dadurch ein ebener und durchgreifender Kontakt allen Blutes, das durch die Einheit mit den semipermeablen Wänden der Leitung geht. Dies unterstützt einen guten Austausch der gelösten Substanzen zwischen dem Blut und der Dialyseflüssigkeit. Wie oben bemerkt, bilden die Rippen 50 und 52 auch Wege für die Dialyseflüssigkeit ir Kontakt mit den Wänden der Schläuche 40, was zui Verbesserung des Wirkungsgrades der verwendeter Flüssigkeit beiträgt.

Der auf die Spiralanordnung vermittels des umgebenden aufgeblasenen Ringes aufgebrachte Drucl sollte in Abhängigkeit vom Blutdruck in der Blutleitung gesteuert werden, um der Neigung des Blut drucks, die Leitung auszudehnen, entgegenzuwirkei und somit die Komplexität der inneren Form zu redu zieren. Es ist manchmal vorteilhaft, einen relativ ho hen Druck für das Blut in der Leitung anzuwenden da dieses die Geschwindigkeit und die Wirksamkei des Wasserentzugs über die Membran aus dem BIu in die Dialyseflüssigkeit steigert. Die beschrieben! Anordnung gestattet dies.

Es ist jedoch bei alternativen Anordnungen mög Hch, eine ausreichende Turbulenz im Blut dadurch zi erhalten, daß man einen kleinen Raum zwischen dei Membranwänden und den Stellen beläßt, wo sie siel am nächsten kommen.

Die dargestellte Spiralanordnung kann für die An passung an Standardanlagen von geeignetem Ma sein. Die zwei spiralförmig aufgewickelten Schlauch 40 können in einer alternativen Form durch einen ein zigen Schlauch für das Blut ersetzt werden, wobei die ser einen gleichen oder größeren Durchmesser als di

beiden genannten Schläuche haben kann, was eine Reduktion in der Höhe der Spirale gestattet und eine Verkleinerung des Dialyseoberflächenbereichs geben würde, wodurch eine Reduktion der Länge der Blutlcitungunddes Kunststoffbandes gestattet würde. Nur ein einziges Einlaß- und Auslaßrohr würde benötigt. Ein Vorteil der gezeigten Spiralanordnung besteht darin, daß sie leicht aus dem äußeren die Spirale ent haltenden Kessel entnommen und durch eine neue Anordnung ersetzt werden kann.

Ein Vorteil der Verwendung des Polyäthylenbandes in der obigen Ausführungsform besteht darin, daß das Band aus preiswerten Rohstoffen hergestellt und durch relativ preiswerte Kalander- und Profilierungsiider Extrusions- und Profilierungsverfahren hergestellt werden kann. Das Polyäthylenband ist relativ

geschmeidig und kann ohne scharfe Kanten hergestelli werden, was bei der Verwendung im Kontakt mit se- mipermeablen Membranen aus Cellulose od. dgl. vor teilhaft ist. Es ist auch hinsichtlich der Maße stabil in dem Sinne, daß es gegen Zug in beliebige Richtung widerstandsfähig ist. Dies bedeutet, daß die Räume für den Fluß des Blutes und der Dialyseflüssigkeit nach dem Zusammensetzen beibehalten werden und daß der (Blutdruck in der Leitung eine geringe Mög- lichkeit hat, das Band zu beschädigen. Die Tatsache. daß eine kontinuierliche Bahn mit Rippen auf beiden Seiten vorgesehen ist, bedeutet, daß die zwischen dem Band und der Membran eintretende Flüssigkeit in Kontakt mit der Membran gehalten wird und entlang

'5 den gewünschten Wegen gerichtet wird und in wirksamer Weise zur Verwendung kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

*09 512/211

Claims (5)

Patentansprüche:

1. rläiriudialyseeinheii einer künstlichen Niere mit mindestens einem halbdurchlässigen, zusammen mit einer Kunststoffbahn sprialförmig in konzentrischen Lagen um einen Kern gewickelten, von der Dialysierflüssigkeit umspülten flachen Dialysierschlauch zum Durchleiten des Blutes, bei der die Kunststoffbahn den Dialysierschlauch auf »° beiden Flachseiten umgibt und benachbarte konzentrische Windungen des Dialysierschlauches trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die als kontinuierliches Band (42) ausgebildete Kunststoffbahn auf beiden Seiten jeweils eine Vielzahl »5 von zueinander parallel, schrägzur Längsachse des Dialysierschlauches (40) verlaufende, durchgehende Rippen (SO, 52) aufweist, die mit dem flachen Dialysierschlauch in Berührung stehen, wobei die Rippenschar (50) der einen Bandseite « unter einem Winkel zur Rippenschar (52) der anderen Bandseite verläuft, daß durch die Rippen eine Vielzahl von schmalen Durchlässen für die Dialysierflüssigkeit zwischen dem flachen Dialysierschlauch (40) und dem Band (42) gebildet ist ^a5 und daß die Durchlässe jeweils von einer Längskante des Dialysierschlauches zur anderen verlaufen.

2. Hämodialyseeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (50, 52) auf beiden Seiten des Bandes (42) unter einem Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise 30°, zur Längsachse des Dialysierschlauches (40) verlaufen.

3. Hämodialyseeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (50, 52), auf jeder Seite des Bandes (42) zumindest ähnliche Querschnittsmaße aufweisen und äquidistant sind.

4. Hämodialyseeinheit nach einem der Ansprüehe 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Band (42) durch Extrudieren des Kunststoffmaterials und darauffolgendes Ausbilden der Rippen (50, 52) mittels profilgebender Walzen gebildet ist.

5. Hämodialyseeinheit nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (42) durch Kalandern des Kunststoff materials und darauffolgendes Formen der Rippen (50,52) mittels profilgebender Walzen gebildet ist.

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