DE2204447B2 - Verfahren und Zentrifuge zum Zentrifugieren von Blut für die Ermittlung charakteristischer Blutsenkungswerte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Zentrifuge zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Rote Blutkörperchen weisen im Blut gesunder Personen eine erhebliche Schwebefähigkeit auf, die sich im Blut kranker Personen ändert und zum beschleunigten Sedimentieren infolge Agglomeration der Blutkörperchen führt. Es handelt sich um ein vielschichtiges Geschehen, bei dem Änderungen des Hämatokrits, der Form und der elektrischen Ladung der Blutzellen neben Verschiebungen in der Zusammensetzung der Bluteiweißkörper und andere Faktoren eine Rolle spielen. Die zeitlich unterschiedliche Sedimentierung wird für Diagnosezwecke ausgenutzt. Ungerinnbar gemachtes verdünntes Vollblut wird dabei in senkrecht stehende Pipetten gefüllt. Nach einer Stunde und nach zwei Stunden wird die von den sich senkenden Blutkörperchen durchlaufene Wegstrecke anhand der abgelesenen Grenze zwischen Plasma und Blutkörperchenagglomeration bestimmt. Anhand der ermittelten Wegstrecken lassen sich Rückschlüsse auf Krankheiten ziehen.

Um diese Verfahren zu verkürzen und um die Reproduzierbarkeit der ermittelten Werte zu verbessern, ging man dazu über, das Blut zu zentrifugieren. Eine für diesen Zweck verwendete Zentrifuge trägt an ihrem Umfangsbereich Halterungen für Röhrchen, in welche die Blutproben eingebracht werden. Die Halterungen mit den Röhrchen sind unter einem kleinen Winkel bezüglich der Drehachse der Zentrifuge nach

innen geneigt. Die Halterungen mit den Röhrchen sind durch einen gesonderten Mechanismus während des Zentrifugierens um ihre Längsachse drehbar, wobei diese zusätzliche Drehung zyklisch, absatzweise und langsam vorgenommen werden kann (US-PS 31 99 775).

Durch das Drehen der Halterungen mit den Röhrchen um ihre Längsachsen im Zentrifugalfild läßt sich zwar, verglichen mit dem bisher verwendeten Absetzverfahren, eine schnellere Blutsenkung erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Auswertung sehr langwierig und kompliziert ist, da infolge der gewählten Anordnung Korrekturfaktoren eingeführt werden müssen. Außerdem ist die Reproduzierbarkeit der Werte nicht gewährleistet, so daß Mißdeutungen der ermittelten Ergebnisse möglich sind.

Bekannt ist weiterhin eine Zentrifuge, bei der die Röhrchen während des Zentrifugierens aus einer geneigten Lage in die vertikale Stellung verschwenkt werden (DE-OS 15 98 369). Mit dieser Zentrifuge lassen sich Substanzen in Fraktionen unterschiedlichen spezifischen Gewichtes trennen sowie Substanzen mischen und dekantieren. Zur Ermittlung von Biutsenkungswerten eignet sich die bekannte Zentrifuge nicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und die Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 so auszubilden, da3 bei geringem Zeitaufwand die gewünschten charakteristischen Blutsenkungswerte reproduzierbar ermittelt werden können.

Die Lösungsmittel dieser Aufgabe sind im Kennzeichen des Anspruchs 1 verfahrensmäßig und im Kennzeichen des Anspruchs 10 vorrichtungsmäßig beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß sich aufgrund der mehrmaligen, durch Ruheperioden getrennten, gegenseitigen Durchsetzung der im Zentrifugalfeld erzeugten und zusammengehaltenen Blutagglomerationen und des abgetrennten Plasmas exakt reproduzierbare Blutsenkungswerte unter Einbeziehung eines linearen Korrekturfaktors in extrem kurzen Zeiten ermitteln lassen, so daß der Arzt in der Lage ist, aufgrund der erhaltenen Werte eine sichere Diagnose zu stellen.

Vorteilhafte Maßnahmen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben. Mit der Maßnahme nach Anspruch 7 kann ein vom Hämatokrit unabhängiges Sedimentationsverhältnis ermittelt werden, das für spezielle Diagnosen besonders günstig ist.

In den Unteransprüchen 9 bis 12 sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zentrifuge beschrieben. Mit der Konstruktion gemäß Anspruch 9 ergibt sich bei einem reversierbaren Antriebsmotor die Drehbewegung der Halterungen um 180° in den Ruheperioden von selbst. Mit der Konstruktionsvariante nach Anspruch 10 wird eine zusätzliche Drehsicherung zwischen Rotor und Stirnrad während der Zentrifugierperiode erreicht. Die Ausführungsform der Unteransprüche 11 und 12 ermöglicht eine von der Drehrichtung des Motors unabhängige Drehung der Halterungen in den Ruheperioden. Der dabei verwendete Elektromagnet wird über eine Steuereinrichtung nur dann betätigt, wenn der Antriebsmotor abgeschaltet ist.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die einzelnen Schritte zur Durchführung des Verfahrens,

Fig.2 perspektivisch eine erste Ausführungsform einer zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Zentrifuge,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von F i g. 5,
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von F i g. 5,

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Zentrifuge von F i g. 2, und

Fig.6 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung.

ίο Wie aus F i g. 1 zu ersehen isi, wird mit einer Spritze 12 dem Arm 10 eines Patienten Blut entnommen und in einer Mischkammer 14 für die Blutsenkung aufbereitet. Dieses Blut wird in Probenröhrchen 16 gefüllt, die in zur Drehachse einer Zentrifuge 24 exzentrischen Halterungen 46 im wesentlichen parallel zu der Drehachse eingebracht werden.

Die von einem Motor 22 angetriebene Zentrifuge 24 rotiert während der Zentrifugierperiode A mit einer Zentrifugalbeschleunigung von 7,25 £■ 20 s im Uhrzeigersinn. Nach dem stoßfreien Abbremsen bis zum Stillstand werden während der Ruheperiode B die Halterungen 46 mit den Probenröhrchen 16 um 180° gedreht. Abschließend rotiert die Zentrifuge 24 während der Zentrifugierperiode C 20 s, wobei eine Zentrifugalbeschleunigung zwischen 6,25 und 8 g erreicht wird. Die Drehrichtung ist dabei zur Drehrichtung der Zentrifugierperiode A entgegengesetzt. Da sich zu Beginn des Zentrifugierens in der Zentrifugierperiode Cdie sich bildenden Blutkörperchenagglomerate in eine Stellung gedreht haben, die bezogen auf den Radius der Zentrifuge weiter innen liegt, durchdringen die Agglomerate die Restflüssigkeit in den Röhrchen bei dem Zentrifugieren radial nach außen. Nach dem stoßfreien Abbremsen werden die Röhrchen während der Ruheperiode D wieder um 180° gedreht. Während der nächsten Zentrifugierperiode, die 60 s dauert und bei der Zentrifugalbeschleunigungen von 6,25 bis &g erzeugt werden, findet eine sehr starke Agglomerierung statt. Während der sich daran anschließenden Ruheperiode F werden die Halterungen 46 wieder um 180° gedreht. Darauf folgt eine vierte und eine fünfte Zentrifugierperiode G und /, die jeweils 20 s dauert und von einer Ruheperiode H unterbrochen wird, während der die Röhrchen wieder um 180° gedreht werden. Am Abschluß dieses Verfahrens setzt sich am Boden der Röhrchen ein Agglomerat ab, das eine deutliche Trennlinie zu dem darüberstehenden Plasma hat. Durch Vergleich mit einer Standardprobe können die gewünschten Werte unter Zuhilfenahme einer Skala

so ermittelt werden.

Die in den Fig. 2 bis 5 gezeigte Zentrifuge 24 wird von einem Motor 22 über ein Welle 26 angetrieben. Der Motor wird von einem Gerät ^gesteuert. Die Welle 26 ist in einer Öffnung 36 eines Bundes 34 mittels einer

■55 Schraube 28 befestigt. An dem Bund 34 sitzt die Zentrifugenachse 32, die sich durch die Laufbüchse 31 eines Rotors 33 erstreckt, an der auf der Seite des Bundes 34 eine Scheibe 30 und am gegenüberliegenden Ende eine Scheibe 56 sitzt. Auf der Zentrifugenachse 32

M) sitzt drehfest ein Stirnrad 38, das axial mittels eines Klemmrings 40 fixiert ist, der mit einer Schraube 42 an der Zentrifugenachse 32 gehalten ist. In öffnungen in den Scheiben 56 und 30 des Rotors 33 sitzen diametral gegenüberliegend mit gleichem Abstand von der

ii") Drehachse des Rotors 33 Halterungen 46, an denen Ritzel 48 angeformt sind, deren Zähne mit den Zähnen des Stirnrads 38 kämmen. In den Halterungen 46 sind die Röhrchen 16 mittels Blattfedern 50 gehalten.

Von der Scheibe 56 steht ein Zapfen 54 ab, der in einen Schlitz 58 in dem Stirnrad 38 eingreift. Der Schlitz 58 erstreckt sich längs eines Bogenabschnittes eines zur Drehachse des Rotors 33 konzentrischen Kreises. Die Länge des Schlitzes ist so bemessen, daß bei einer Relativdrehung zwischen dem Rotor 33 und dem Stirnrad 38, die durch die Schlitzenden begrenzt ist, durch das Kämmen des Stirnrads 38 mit den Ritzeln 48 eine Drehung der Halterungen 46 und damit der darin befindlichen Probenröhrchen 16 um 180° stattfindet.

Wenn die Zentrifuge 24 sich beispielsweise während der Zentrifugierperiode C von F i g. 1 dreht, liegt der Zapfen 54 an dem einen Ende des Schlitzes 58 an. Beim Abbremsen des Motors 22 und beim erneuten Anlaufen in entgegengesetzter Richtung findet eine Relativbewegung zwischen dem Stirnrad 38 und dem Rotor 33 statt, wodurch die Ritzel 48 während der Ruheperiode um 180° gedreht werden. Wenn die Halterungen 46 und die Probenröhrchen 16 aus einem transparenten Material bestehen, kann zur Ablesung der sich einstellenden Werte eine Skala 52 verwendet werden.

Um ein stoßfreies Abbremsen und einen einwandfreien Lauf des Rotors 33 zu erhalten, ist in einem Schlitz 66 der Scheibe 56 um einen Zapfen 64 schwenkbar ein Sperrglied 60 gehalten, dessen der Scheibe 30 gegenüberliegendes Ende mit einem Gewicht 68 versehen ist und dessen anderes Ende 61 über die Scheibe 56 vorsteht. Im Zentrifugalfeld bewegt sich das Gewicht 68 in die in F i g. 3 gestrichelt gezeigte Lage, wodurch das Ende 61 des Sperrglieds 60 zwischen die Zähne des Stirnrads 38 eingreift. Wenn das Zentrifugalfeld abgeschwächt wird, löst sich das Ende 61 des Sperrglieds 60 wieder von dem Eingriff mit dem Stirnrad 38. Das Stirnrad 38 trägt in dem Bereich 70, in dem kein Eingriff des Sperrglieds 60 mit den Zähnen des Stirnrads 38 erwünscht ist. keine Zähne.

Bei der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung sind die obere Scheibe 56 und die untere Scheibe 30 des Rotors 33 fest mit der Zentrifugenachse 32 verbunden. Die Halterungen 46 mit den Röhrchen 16 sind in diametral gegenüberliegenden öffnungen in den Scheiben 30 und 56 gehalten. Jede Halterung 46 trägt unter der Scheibe 30 Ritzel 48, die mit einem Stirnrad 38 kämmen. Das Stirnrad sitzt im Gewindeeingriff auf einem Gewindeschnitt 78, der drehfest an der Zentrifugenachse 32 gehalten ist. Zwischen der Scheibe 30 und dem Stirnrad 38 ist eine Blattfeder 102 angeordnet, die das Stirnrad 38 von der Scheibe 30 wegdrückt. Auf der der Blattfeder 102 gegenüberliegenden Seiten trägt das Stirnrad 38 den umlaufenden Ring

ίο 90 eines Drucklagers 84, dessen Kugeln 94 auf dem ortsfesten Ring 92 sitzen. An dem ortsfesten Ring 92 greift das eine Ende eines Schwenkhebels 86 an, der um einen ortsfesten Zapfen 88 schwenkbar ist und dessen anderes Ende mit dem Arbeitsglied 98 eines Elektromagneten 100 gelenkig verbunden ist.

Der Motor 22 treibt die Zentrifugenachse 32 über ein

Ritzel 72 und ein damit in Eingriff stehendes Zahnrad 74.

Wenn der Rotor 33 durch den Motor 22 in Drehung

versetzt wird, rotiert gleichzeitig damit auch das

:o Stirnrad 38. Bei der Stillsetzung des Motors 22 kann über das Steuergerät C der Elektromagnet 100 betätigt werden, wodurch der Schwenkhebel 86 nach oben verschwenkt wird und das Drucklager 84 axial verschiebt. Gleichzeitig mit dieser Verschiebung wird 5 das Stirnrad 38 auf dem Gewindeabschnitt 78 axial verschoben, wodurch es sich dreht und die Ritzel 48 antreibt. Die axiale Verschiebung und die dadurch bedingte Drehung des Stirnrads 38 ist so bemessen, daß die Ritzel 48 die Halterungen 46 mit den darin

so befindlichen Probenröhrchen 16 genau um 180° drehen. Wenn in der nächsten Ruheperiode die Stromzuführung zu dem Elektromagneten 100 abgeschaltet wird, wird der Schwenkhebel 86 zusammen mit dem Stirnrad 38 und dem Drucklager 84 durch die Blattfeder 102 in die ·"> Ausgangsstellung zurückgebracht, wobei sich die Röhrchen zur ersten Drehbewegung entgegengesetzt um 180° drehen. Zur automatischen Steuerung der Vorrichtung mit gleichen oder ungleichen Zeiträumen der Zentrifugierperiode können elektronische oder

-"ι elektromechanische Steuereinrichtungen verwendet werden. \

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zentrifugieren von Blut für die Ermittlung charakteristischer Blutsenkungswerte mit Anordnung der Blutproben in exzentrisch zu einer Drehachse liegenden Säulen, deren Längsachsen zur Drehachse höchstenfalls leicht geneigt sind und bei dem die Blutproben durch Drehung um die Drehachse einem Zentrifugalfeld ausgesetzt und zyklisch absatzweise langsam um ihre Längsachse verdreht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Blutprobensäule in Anordnung unter einem Neigungswinkel von 0 bis 6° zur Drehachse während Zentrifugierperioden vorbestimmter Dauer dem Zentrifugalfeld ausgesetzt werden, daß das Zentrifugalfeld jeweils am Ende der Zentrifugierperiode durch stoßfreies Abbremsen auf b < g reduziert wird, und daß in diesen Ruheperioden zwischen den Zentrifugierperioden die Blutprobensäulen jeweils so langsam um 180° verdreht werden, daß ein Mischeffekt vermieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalbeschleunigung während der Zentrifugierperioden zwischen 2 und Mg gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Zentrifugierperioden umgekehrt proportional zu den eingestellten Zentrifugalbeschleunigungen gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugierperioden gleich lang sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer wenigstens einer der auf die erste Zentrifugierperiode folgenden Zentrifugierperioden länger gewählt wird als die erste.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier Zentrifugierperioden die Dauer der ersten beiden und der letzten gleich lang und die Dauer der vorletzten wenigstens doppelt so lang wie die Dauer einer der übrigen Zenlrifugierperioden gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalbeschleunigung während der letzten Zentrifugierperiode mehr als 100 ^-beträgt.

8. Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Rotor über eine Antriebswelle antreibbar ist und im Bereich seines Umfangs Halterungen zur Aufnahme von Probenröhrchen in zur Rotordrehachse höchstenfalls leicht geneigter Anordnung trägt, wobei die Halterungen um ihre Längsachse zyklisch und absatzweise mit einer Drehgeschwindigkeit wesentlich kleiner als die des Rotors drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsenneigungswinkel der Halterungen (46) 0 bis 6° betragen, daß die Antriebsmittel (22, 38, 48) für Rotor (33) und bo Halterungen so ausgebildet sind, daß der Rotor zyklisch für aufeinanderfolgende Zentrifugierperioden vorbestimmter Dauer (und bei dazwischenliegenden Ruheperioden mit einer wirksamen Zentrifugalbeschleunigung b < g) drehbar ist und die Halterungen nur während dieser Ruheperioden um jeweils 180° verdreht werden können, und daß Bremsmittel zum stoßfreien Abbremsen der Rotordrehung am Ende der Zentrifugierperioden vorgesehen sind.

9. Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines reversierbaren Antriebsmotors (22) als Antriebsmittel an den Halterungen (46) Ritzel (48) sitzen, die mit einem Stirnrad (38) in Eingriff stehen, das an der vom Antriebsmotor angetriebenen Zentrifugenachse (32) befestigt ist, auf welcher der Rotor (33) drehbar ist, und daß ein rotorfester, achsparalleler Zapfen (54) sich in einen im Stirnrad ausgebildeten Schlitz (58) erstreckt, dessen zur Drehachse konzentrische Kreisbogenlänge eine Drehung der Halterungen um 180° zulassend bemessen ist.

10. Zentrifuge nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein am Rotor (33) schwenkbar (64) gehaltenes Sperrglied (60), das unter dem Einfluß des Zentrifugalfeldes in das Stirnrad (38) eingreift.

11. Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel an den Halterungen (46) Ritzel (48) sitzen, die mit einem Stirnrad (38) in Eingriff stehen, das auf einem Gewindeabschnitt (78) der vom Motor (22) angetriebenen, den Rotor (33) drehfest tragenden Zentrifugenachse (32) sitzt und in den Ruheperioden längs der Zentrifugenachse zwischen zwei Stellungen verschiebbar ist, die einer Drehung der Halterungen um 180° entsprechen.

12. Zentrifuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verschiebung des Stirnrades (38) längs der Zentrifugenachse (32) ein ortsfest gelagerter (88) Schwenkhebel (86), dessen eines Ende auf ein stirnradseitiges Axiallager (84) einwirkt und dessen anderes Ende mit einem Elektromagneten (100) verbunden ist, und eine Rückstellfeder (102) vorgesehen sind.