DE2100961A1

DE2100961A1 - Column for circulating or circulating a urease containing dialy satsystems

Info

Publication number: DE2100961A1
Application number: DE19712100961
Authority: DE
Inventors: Laurence Boyd Sherman Oaks; Greenbaum Michael Arnold Los Angeles; McArthur Mary J. Northndge; Cahf Marantz (V.St A )
Original assignee: CCI Aerospace Corp
Current assignee: CCI Aerospace Corp
Priority date: 1970-01-12
Filing date: 1971-01-11
Publication date: 1971-07-15
Also published as: NL7100209A; BE761493A; AU2418371A; FR2075410A5; ZA708682B

Description

^Ucht «nn^DHsrrmann München, den 11. Januar 1971. ^Ucht «nn ^D Hsrrmann Munich, January 11, 1971.

CCI AEROSPACE CORPORATION Van Nuys, Kalifornien Satiooy Street 16555 V.St.A.CCI AEROSPACE CORPORATION Van Nuys, California 16555 Satiooy Street V.St.A.

Säule zur Zirkulation bzw. Umwälzung eines Urease enthaltenden Dialysatsystems.Column for circulating or recirculating a dialysate system containing urease.

In einem rezirkulierenden Dialysatsystem oder in |In a recirculating dialysate system or in |

einem im Kreislauf umgepumpten Dialysatsystem wird Harnstoff aus den Blut eines Patienten mittels einer künstlichen Niere entfernt, durch die die Dialysatlösung zirkuliert. Der Harnstoff kann dann aus der rezirkulierenden Lösung entfernt werden, indem die Lösung durch Urease und ein SorptionsV-bzw. Absorptionsmittel, wie beispielsweise Zirkoniumphasphat,durchgeführt wird. In einem solchen rezirkulierenden Dialysatsystem müssten alle toxischen Substanzen, die aus dem Blut absorbiert worden sind, aus der Dialysatlösung entfernt werden, bevor diese zu der Membran der künstlichen Niere zurück- und wieder eingeführt wird. Das System muss kontinuierlich ä In a dialysate system that is pumped around in a circulatory system, urea is removed from a patient's blood by means of an artificial kidney through which the dialysate solution circulates. The urea can then be removed from the recirculating solution by removing the solution through urease and a sorption or Absorbent, such as zirconium asphate, is performed. In such a recirculating dialysate system, all toxic substances that have been absorbed from the blood would have to be removed from the dialysate solution before it is introduced back into the membrane of the artificial kidney and again. The system must continuously ä

eine normale Dialysatlösung enthalten bzw. aufrechthalten, während alle toxischen Substanzen entfernt werden. In dom in der US-Patentanmeldung Nr. 837 71^ beschriebenen System wird Harnstoff mittels Urease in Ammoniumcarbonat umgewandelt und das Ammoniumion wird anschliessend abgefangen und durch Natrium und Wasserstoff ersetzt, während die Lösung durch Zirkoniumphosphat fliesst. Nachdem die Lösung das Zirkoniumphosphat verlassen hat, liegt die Ammoniumionkonzentration im wesentlichen bei null.contain or maintain a normal dialysate solution, while all toxic substances are removed. In dom in U.S. Patent Application No. 837 71 ^ described system, urea is converted into ammonium carbonate by means of urease and the ammonium ion becomes then trapped and replaced by sodium and hydrogen, while the solution is replaced by zirconium phosphate flows. After the solution has left the zirconium phosphate, the ammonium ion concentration is essentially at zero.

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Die Säule nach der Erfindung, die in einem rezirkulierenden Dialysatsystem verwendet wird, enthält sowohl Urease im oberen Teil der Säule als auch Zirkoniumphosphat oder ein anderes Sorptionsmittel im unteren Teil der Säule. Die Urease ist im oberen Teil der Säule fixiert, so dass eine vollständige durch Urease induzierte Umwandlung von Harnstoff in Ammoniumcarbonat im oberen Teil der Säule stattfindet. Dadurch»dass sich Urease nur im oberen Teil der Säule befindet, kann eine vollständige Umwandlung des Harnstoffs in diesem Teil der Säule stattfinden,und es bleibt genügend Zeit, damit das Ammoniumion absorbiert wird, während die Lösung durch den restlichen Teil der Säule durchgeht.The column of the invention used in a recirculating dialysate system contains both urease in the upper part of the column and zirconium phosphate or another sorbent in the lower part Part of the pillar. The urease is fixed in the upper part of the column so that a complete urease induced Conversion of urea to ammonium carbonate takes place in the upper part of the column. Thereby »that Urease located only in the upper part of the column can completely convert the urea in this part the pillar will take place, and there will be enough time for it the ammonium ion is absorbed as the solution passes through the remainder of the column.

Dadurch können alle Ammoniumionen abgefangen und in der Säule zurückgehalten werden, bis Sättigung erreicht ist.This allows all ammonium ions to be trapped and retained in the column until saturation is reached is.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Säule zum Entfernen von Harnstoff aus einer Dialysatlösung zu entwickeln, die Urease enthält, das im oberen Teil der Säule fixiert ist, und ein Absorptionsmittel, wie beispielsweise Zirkoniuaphosphat, das unter der Urease angeordnet ist. Dadurch soll bei der Behandlung einer Dialysatlösung der gesamte Harnstoff mittels Urease im oberen Teil der Säule umgewandelt werden.The invention was therefore based on the object of providing a column for removing urea from a dialysate solution to develop, which contains urease, which is fixed in the upper part of the column, and an absorbent, such as zirconium phosphate, which is located under the urease. This is intended to help in the treatment a dialysate solution, the entire urea can be converted by means of urease in the upper part of the column.

Die Erfindung betrifft daher eine Säule zum Entfernen von Harnstoff aus einer zirkulierenden Dialysatlösung, die gekennzeichnet ist durch einen Behälter, der am oberen Teil eine · Öffnung zur Aufnahme einer Dialysatlösung besitzt, die Harnstoff aus dem Blut eines Patienten absorbiert hat, eine Schicht aus einem Ureasematerial, das im oberen Teil des Behälters fixiert ist, eine Schicht aus einem Sorptions- bzw. Absorptionsmaterial, das unterhalb des Ureasematerials angeordnet ist, und eine Öffnung am unteren Teil bzw. am BodenThe invention therefore relates to a column for removing urea from a circulating dialysate solution, which is characterized by a container with an opening on the upper part for receiving a dialysate solution that has absorbed urea from a patient's blood, a layer of urease material, which is fixed in the upper part of the container, a layer of a sorption or absorption material, which is arranged below the urease material is, and an opening on the lower part or on the bottom

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des Behälters, um die Dialysatlösung abzuleiten.of the container to drain the dialysate solution.

Pig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Säule nach der Erfindung zur Behandlung einer Dialysatlösung. Pig. 1 is a vertical section through a column according to the invention for treating a dialysate solution.

Fig. 2 ist eine Aufsicht auf den oberen Teil der Säule entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1.FIG. 2 is a top plan view of the top of the column taken along line 2-2 of FIG. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Säule ist eine bevorzugte Ausführungsform der Säule nach der Erfindung. Diese Säule 10 besitzt eine kreisförmigeThe column shown in Figs. 1 and 2 is a preferred embodiment of the column according to the Invention. This column 10 has a circular shape

Seitenwand 11, die am oberen Ende durch eine Wand 12 "Side wall 11, which at the upper end by a wall 12 "

und am unteren Ende durch eine Wand 14 abgeschlossen ist. Die Säule kann an einem geeigneten Punkt in einem Rezirkulations-Dialysatsystem angeordnet werden. Die Dialysatflüssigkeit wird in die Säule 10 durch die Leitung 15 eingeführt, die mit der Öffnung 16 in der oberen Wand 12 verbunden ist. Die Lösung verlässt die Säule durch die Leitung 17» die mit der Öffnung 18 in der Bodenwand Ik in Verbindung steht. Der primäre Zweck der Säule ist die Entfernung von Harnstoff aus einer rezirkulierten bzw. umgewälzten Dialysatlösung, so dass die Lösung kontinuierlich in der künstlichen Niere belassen werden kann, um Harnstoff aus dem Blut des | Patienten ζιί absorbieren.and is closed at the lower end by a wall 14. The column can be placed at an appropriate point in a recirculation dialysate system. The dialysate fluid is introduced into the column 10 through the line 15 which is connected to the opening 16 in the top wall 12. The solution leaves the column through the line 17 'which is connected to the opening 18 in the bottom wall Ik . The primary purpose of the column is to remove urea from a recirculated dialysate solution so that the solution can be continuously left in the artificial kidney to remove urea from the blood of the | Patient ζιί absorb.

Die Säul^B 10 enthält einen offenen Raum 20 im oberen Teil, der die Lösung aufnimmt, die durch die Leitung 15 in die Säule hineingeleitet wird. Dieser Raum dient zur Dispersion der Lösung über der Fläche der Säule· Am unteren Teil bzw, am Boden des Raumes 20 befindet sich ein Bogen 21 aus Filtergewebe, der eine Schicht 25 bedeckt, die aus einer Mischung aus feinverteilter Urease und Diatomaenerde besteht. Als Urease kann eine handelsübliche Urease verwendet werden. Da dieThe column ^ B 10 contains an open space 20 in upper part, which receives the solution which is passed through line 15 into the column. This Space is used to disperse the solution over the surface of the column · Located at the bottom of space 20 is a sheet 21 of filter fabric, which covers a layer 25, which consists of a mixture of finely divided There is urease and diatomaceous earth. A commercially available urease can be used as the urease. Since the

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Urease zu einer Gelbildung tendiert, wenn sie mit der Dialysatlösung in Kontakt kommt, wird diese mit Diatomeenerde vermischt, um die Ureaseteilchen voneinander entfernt zu halten. Dadurch kann sich die Urease leichter in der Dialysatlösung auflösen. Der Filter 21 verhindert, dass die Oberfläche der Schicht 25 aufgewühlt oder verändert wird. Direkt unter der Schicht 25 befindet sich eine Schicht 26 aus Diatomeenerde, die verhindert, dass sich Urease in der Säule abwärts .bewegt. Unter der Schicht 26 aus Diatomeenerde befindet sich eine Schicht 27 aus fein verteilten Zirkoniumphosphatpartikeln. Die in den Schichten 25 und 26 befindliche Substanz kann im wesentlichen so fein sein, dass sie als Staub bezeichnet werden kann. Ein weiteres Filtergewebe 28 ist zwischen der Zirkoniumpliosphatsohicht 27 und einer Strömungsausrichtungsvorrichtung 29 angeordnet, die den Dialysatstrom zu der Auslassöffnung 18 in der Bodenwand Ik führt. Zwischen der Strömungsausrichtungsvorrichtung 29 und der Öffnung 18 befindet sich ein Raum 31» der ermöglicht, dass die Dialysatlösung zu der Öffnung fliesst.Urease tends to gel when it comes into contact with the dialysate solution, this is mixed with diatomaceous earth to keep the urease particles apart. This makes it easier for the urease to dissolve in the dialysate solution. The filter 21 prevents the surface of the layer 25 from being agitated or changed. Directly under the layer 25 is a layer 26 of diatomaceous earth, which prevents urease from moving down the column. Under the layer 26 of diatomaceous earth there is a layer 27 of finely divided zirconium phosphate particles. The substance in layers 25 and 26 can be essentially so fine that it can be referred to as dust. Another filter fabric 28 is arranged between the zirconium pliosphate layer 27 and a flow straightening device 29 which guides the dialysate flow to the outlet opening 18 in the bottom wall Ik. Between the flow straightening device 29 and the opening 18 there is a space 31 which enables the dialysate solution to flow to the opening.

Die Lösung, die durch die Öffnung 15 in die Säule hineingeführt wird, ist eine Standarddialysatlösung einschliesslieh Abfallprodukte bzw. Verunreinigungen, die in die hier nicht dargestellte künstliche Niere aus dem Patienten aufgenommen worden sind. Diese Verunreinigungen enthalten Harnstoff, Kreatinin und Harnsäure. Die Dialysatlösung geht durch die aus Urease bestehende Schicht 25 in der Säule 11 und Harnstoff wird entsprechend derThe solution coming through the opening 15 in the column is introduced, a standard dialysate solution is included Waste products or impurities in the artificial kidney, not shown here, from the Patients have been admitted. These impurities include urea, creatinine, and uric acid. The dialysate solution passes through the layer 25 consisting of urease in the column 11 and urea is corresponding to the

folgenden Gleichung in Ammoniumkarbonat umgewandelt: 0converted into ammonium carbonate by the following equation: 0

S + 2HO UreaseS + 2HO urease

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Bei einem normal ablaufenden Betrieb der Säule wird der gesarate Harnstoff in Ainmoniumkarbonat umgewandelt, bevor die Lösung in die Zirkoniumphosphatsohicht 27 eintritt. Die in die Leitung 15 eintretende Lösung kann beispielsweise 20 Milligramm Harnstoff-Stiokstoff je 100 Kubikzentimeter Blut enthalten und wird auf 1 bis 2 Milligramm abfallen, wenn sie in das Zirkoniumphosphat 27 eintritt. Wenn die Lösung die Ureaseschioht verlässt, tritt keine weitere Veränderung in der Harnstoffkonzentration ein. Die Schicht 26 aus Diatomeenerde entfernt alle kolloidalen Stoffe und Teilchen, die sich in λ der Dialysatlösung befinden, und verhindert, dass dieae weiter im System zirkuliert werden.During normal operation of the column, the total urea is converted into ammonium carbonate before the solution enters the zirconium phosphate layer 27. The solution entering line 15 may contain, for example, 20 milligrams of urea nitrogen per 100 cubic centimeters of blood and will drop to 1 to 2 milligrams when it enters the zirconium phosphate 27. When the solution leaves the urease there is no further change in the urea concentration. The diatomaceous earth layer 26 removes all colloidal materials and particles that are in λ of the dialysate solution and prevents them from continuing to circulate in the system.

Wenn die Dialysatlösung durch das Zirkoniumphosphat durchfliesst, werden die Aminoniumionen festgehalten und durch Natriumionen und Wasserstoffionen ersetzt, so dass die Ammoniumkonzentration in der Auslassleitung 17 im wesentlichen gleich null ist. Dabei läuft folgende Reaktion ab:When the dialysate solution flows through the zirconium phosphate, the aminonium ions are captured and replaced by sodium ions and hydrogen ions, so that the ammonium concentration in the outlet line 17 is essentially zero. The following reaction takes place:

+ Zr(NaPO^)₂ .HgO Zr(NH₄PO₄) .H₂O + 2Na+ Zr (NaPO ^) ₂ .HgO Zr (NH ₄ PO ₄ ) .H ₂ O + 2Na

Auf diese Weise wird die Harnstoffkonzentration in der Auslassleitung 17 auf 1 oder 2 Milligramm je 100In this way, the urea concentration in the outlet line 17 becomes 1 or 2 milligrams per 100

Kubikzentimeter reduziert und die Araraoniumionkonzentra- \ Reduced cubic centimeter and the Araraoniumionkonzentra- \

tion liegt im wesentlichen bei null. Dabei muss festgestellt werden, dass die Lösung in den Leitungen 15 und 17 im wesentlichen aus 99% Wasser besteht. Die bisher verwendete Bezeichnung "Zirkoniumphosphat" bezieht sioh ganz allgemein auf Zirkoniumphosphationenaustausoher, wie beispielsweise das in der obigen Gleichung angegebene Zirkoniumnatriumphosphat. Es können selbstverständlich auch andere Arten von Zirkoniumphosphationenaustauschern vorwendet werden.tion is essentially zero. It must be determined that the solution in lines 15 and 17 consists essentially of 99% water. The term "zirconium phosphate" used hitherto relates to sioh generally to zirconium phosphate ion exchangers such as that given in the above equation Zirconium sodium phosphate. Of course, other types of zirconium phosphate ion exchangers can also be used are used.

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Die Ureaseschicht 25 ist im oberen Teil der Säule fixiert, in dem ein Filtergewebe auf der Schicht 25 aufliegt und in dem eine Schicht 26 aus Diatomeenerde unter der Schicht 25 angeordnet wird. Dadurch wird der gesamte Harnstoff in der eintretenden Dialysatlösung in der Ureaseschicht im oberen Teil der Säule umgewandelt und dadurch bleibtausreichend Zeit übrig, damit das Ammoniumion absorbiert wird, wenn die Lösung durch die gesamte Schichtlänge der unter der Urease befindlichen Zirkoniumphosphatschicht durchgeht. Dadurch kann verhindert werden, dass Ammoniumionen aus der Säule entweichen, bis die Sättigung des Absorptionsmittels erreicht ist. Die Säule IO nach der Erfindung kann somit in wirksamer Weise betrieben werden und absorbiert die bei der Urease-induzierten Umwandlung von Harnstoff zu Ammoniumcarbonat erzeugten Ammoniumionen. Wenn die Urease in der gesamten Säule verteilt werden würde, dann würde ein grosser Teil der Ammoniumionen aus der Säule entweichen, da keine ausreichende Kontaktzoit mit dem absorbierenden Sorptionoaitteln übrigbleiben.würde. Jode geeignete Ureaseform kann in der Schicht 25 verwendet werden und es können auch andere Absorptionsmittel als Zirkoniumphosphat benutzt werden, die in wirksamer Weise die Ammoniumionen entfernen.The urease layer 25 is fixed in the upper part of the column in which a filter fabric is placed on the layer 25 and in which a layer 26 of diatomaceous earth is arranged under the layer 25. This will all urea in the incoming dialysate solution is converted in the urease layer in the upper part of the column and this leaves enough time for the ammonium ion to be absorbed as the solution passes through the goes through the entire length of the zirconium phosphate layer located under the urease. This can prevent ammonium ions escape from the column until the saturation of the absorbent is reached is. The column IO according to the invention can thus be operated in an efficient manner and absorbs the ammonium ions produced in the urease-induced conversion of urea to ammonium carbonate. If the Urease would be distributed throughout the column, then a large part of the ammonium ions would be released from the Column escape, as there is not enough contact zoite with would be left over from the absorbent sorbent. Iodine suitable form of urease can be used in layer 25 and other absorbents can also be used can be used as zirconium phosphate, which effectively remove the ammonium ions.

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Claims

- 7 - PATENT CLAIMS

1. Column for removing urea from a circulating dialysate solution, characterized by a Container with an opening in the upper part for receiving the dialysate solution, the urea from the blood of a The patient has absorbed a layer of urease material fixed in the upper part of the container, a layer of an absorbent material located under the urease material and an opening in the Bottom part of the container for letting out the dialysate solution. f

2. Column according to claim 1, characterized in that a covering agent is applied over the layer of urease material is arranged to prevent the dialysate solution flowing in from the surface of the Urease material destroys or stirs up.

3. Column according to claim 1, characterized in that a layer of diatomaceous earth between the urease material and the absorbent material is arranged to prevent urease material from settling in the column moved downwards.

4. Column according to claim 1, characterized in that the Ureasematerial g of a mixture of finely divided urease and diatomaceous earth exists in the Ureaseteilchen are stored separately.

5. Column according to claim 1, characterized in that in the upper part of the column above the urease material there is a room that receives and distributes the incoming dialysate solution,

6. Column according to claim 1, characterized in that covering means over the layer of urease material are arranged to prevent the incoming dialysate solution stream from hitting the surface of the

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Urease material breaks up, and a layer of diatomaceous earth, which is placed between the urease material and the absorbent material to prevent it from becoming Ureas material moved down the column.

7. Column according to claim 6, characterized in that in the upper part of the column above the urease material there is a room that receives and distributes the incoming dialysate solution.

8. column according to claim 7 »characterized in that that the urease material consists of a mixture of finely divided urease and diatomaceous earth, in which the Urease particles are separated.

9. Column according to claim 7 »characterized in that a fabric layer on the lower part of the absorption material and above the outlet for the dialysate solution is arranged.

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