DE2213158A1

DE2213158A1 - Dialysevorrichtung

Info

Publication number: DE2213158A1
Application number: DE19722213158
Authority: DE
Inventors: Claude Vernaison; Quentin Jean-Pierre Lyon; Rhone Gigou (Frankreich)
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Priority date: 1971-03-17
Filing date: 1972-03-17
Publication date: 1972-09-28
Also published as: CH543290A; SE391128B; US3839200A; GB1336702A; BR7201457D0; BE780814A; NL7203153A; IT954807B; FR2129164A5

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. B. Assmann Dr. R.Koenir;sberaer - DipKFhys.R. licFzbauar Df. F. Zurn&iain j'un.

Patentanwälte

-8 München 2, Bräuhausstraße 4/ III

se 3883

RHONE-POULENC S.A., Paris, Prankreich

DiaIysevorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dialysevorrichtung, insbesondere zur Reinigung von Blut, sowie ein Verfahren zur Regenerierung des Dialysebads.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bauteile aufweist:

a) einen ersten durch eine Dialysemembran in zwei Kammern unterteilten Dialysator, wobei die erste Kammer dieses ersten Dialysators Zuführungs- und Abzugsleitungen für die zu behandelnde Flüssigkeit aufweist, und

b) einen zweiten durch eine ionische Membran in zwei Kammern unterteilten Dialysator, wobei die erste Kammer dieses zweiten Dialysators mit der zweiten Kammer des ersten Dialysators so verbunden ist, daß ein geschlossener Kreis gebildet wird, und die zweite Kammer dieses zweiten Dialysators Zuführungs- und Abzugsleitungen für die Flüssig-

keit aufweist.

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Die als Bauteile der erfindungsgemä3en Vorrichtung verwendeten Dialysatoren können bekannte Dialysatoren sein, insbesondere solche, wie sie in der französischen Patentschrift 1 597 874 beschrieben sind. Die Membranen und infolgedessen die Kammern der Dialysatoren selbst können beispielsweise eine ebene, konische, spiralige oder rohrförmige Form (Dialysatoren mit Hohlfasern: Im folgenden umfaßt der Ausdruck "Membran" die Hohlfasern) haben. Selbstverständlich kann man außerdem einen einzigen Dialysator durch eine Reihe von einzelnen Dialysatoren ersetzen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.

Die in dem ersten Dialysator der erfindungsgemäi3en Vorrichtung verwendeten Dialysemembranen können jedem beliebigen üblichen Typ angehören. Es sind dies die für Wasser und gelöste Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht, die ionisierbar (Säuren und Salze) oder nicht ionisierbar (Harnstoff, Kreatinin, Zucker) sein können, durchlässigen Membranen, wobei diese Membranen außerdem für gelöste Stoffe mit hohem Molekulargewicht und insbesondere für Bestandteile des Bluts (Fibrinogen, Proteine, Blutkörperchen, Thrombozyten und dergleichen) undurchlässig sind.

Als in dem ersten Dialysator der erfindungsgemäi3en Vorrichtung verwendbare Dialysemembranen kann man insbesondere die Membranen auf der Basis von Cellulose, Celluloseacetat, das vorzugsweise partiell verseift ist, Vinylacetat-Vinylalkohol-Copolymerem; Homo- oder Copolymerem von Hydroxyäthyl-, Hydroxypropyl-, Glycerin-oder Glycidylmethacrylat; Homo- oder Copolymerem von Trimethyl-(2-hy'droxy-j5-methacryloyloxypropyl) -ammoniomchlorid; Polypyrrolidinon, Amylose und Copolymeren von Acrylnitril und ungesättigtem Monomerem mit SuIfonsäure-, Amin- oder quaternärer Ammoniumgruppe, insbesondere einem Acrylnitril/Methallylsulfonsäure-Copolymeren, das einer wässrigen Wärmebehandlung unterzogen ist, nennen.

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Die in dem zweiten Dialysator der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren, ionische Membranen genannten Membranen sind Membranen, die zumindest ein Polymeres enthalten, das Austauschergruppen für Anionen oder Kationen enthält. Diese Gruppen können insbesondere (gegebenenfalls in Salzform überführte) Carbonsäure-, Sulfonsäure-, Phosphonsäure- oder Phosphinsäuregruppen oder Sulfonium-, Phosphonium- oder Ammoniumgruppen, insbesondere quaternäre Ammoniumgruppen, sein.

Unter den ionischen Membranen werden vorzugsweise die Membranen verwendet, die einerseits eine Permselektivität (gemessen wie in der französischen Patentschrift 1 584 187) über 50 %, vorzugsweise über 70 $, und andererseits eine Harnstoff/NaCl-Selektivität über 5* vorzugsweise über 10, besitzen. Die Harnstoff/NaCl-Selektivität (mit S bezeichnet) einer Membran wird auf die folgende Weise gemessen: In eine Zelle mit zwei Kammern, die durch die Membran getrennt sind, bringt man in die erste Kammer eine wässrige Lösung mit einer Konzentration von 0,1m Harnstoff und 0,1m NaCl und in die zweite Kammer eine wässrige Lösung,-deren Konzentration an Glucose derart ist, da3 die osmotischen Drucke der beiden Kammern gleich sind, ein. Die Selektivität S₁₁ _ ist dem Verhältnis der Überführungskoeffizienten

US rj

von Harnstoff und Natriumchlorid gleich: S = Harnstoff

US jj

Diese Koeffizienten werden ihrerseits MaCl

mittels der Gleichung 0 = A. U. ^C. T berechnet, in der 0 das Gewicht des durch die Membran hindurch während der Zeitspanne T überführten gelösten Stoffes, bezeichnet, ^C den logarithmischen Durchschnitt der Konzentrationsunterschiede zwischen den beiden Kammern der Dialysevorrichtung zu Beginn und am Ende der Zeitspanne T bedeutet und A die Oberfläche der verwendeten Membran ist.

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Die oben definierten ionischen Membranen können unverstärkt oder durch einen externen oder internen permeablen Träger, wie beispielsweise ein Textilvlies, verstärkt sein. Sie können mit einer Einlage versehen oder' nicht mit einer Einlage versehen sein und dem homogenen oder heterogenen Typ angehören.

Als Polymere oder Copolymere, die sich insbesondere zur Herstellung der in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendbaren ionischen Membranen eignen, kann man die folgenden nennen:

Die sulfonierten Styrol-Divinylbenzol-Copolymeren, die chlormethylierten und quaternisierten Styrol-Divinylbenzol-Copolymeren ,

die quaternisierten Vinylalkohol-Vinylpyridin-Copolymeren, die sulfatierten Äthylen-Vinylalkohol-Copolymeren, die mit Epichlorhydrin kondensierten und dann aminierten Äthylen-Vinylalkohol-Copolymeren ,

die quaternisierten Acrylnitril-Vinylpyridin-Copolymeren , die aus Polyhydroxyäthern (Polykondensationsprodukte von Bisphenol mit Epichlorhydrin) durch Kondensation mit Epichlorhydrin und anschließende Aminierung erhaltenen Polykondensate,

die sulfonierten Polyarylathersulfone, die sulfonierten oder chlormethylierten und dann aminierten Tetrafluoräthylen-Styrol-Copolymeren, die in Salzform übergeführten oder nicht in Salzform übergeführten Acrylnitril-Methallylsulfonsäure-Copolymeren.

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_5_ . 221315

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind insbesondere als künstliche Nieren zur Reinigung von Blut und insbesondere zur Entfernung von Ausscheidungsprodukten, wie beispielsweise Harnstoff, verwendbar. Bei dieser Anwendung unterzieht man das Blut einer gewöhnlichen Dialyse und regeneriert das Dialysebad.

Das Regenerierungsverfahren für dieses Dialysebad stellt ebenfalls einen Gegenstand der Erfindung dar. Dieses kontinuierliche Regenerierungsverfahren für ein Dialysebad, das in geschlossenem Kreislauf aufeinanderfolgend einen Härnodialysator und einen Hilfsdialysator durchströmt, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dialysebad in dem Hilfsdialysator in Kontakt mit einer Seite einer ionischen Membran umläuft und daß die zweite Seite dieser Membran sich in Kontakt mit einer Reinigungslösung für das Dialysebad genannten Lösung befindet, die einen osmotischen Druck hat, der kleiner als oder gleich dem osmotischen Druck des Dialysebads ist.

Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und des Betriebs des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung, wie sie bei einer bevorzugten Ausführungsform verwendet wird.

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Das in Fig. 1 dargestellte Schema zeigt eine als künstliche Niere verwendete erfindungsgemäße Vorrichtung. Ein erster Dialysator mit einer gewöhnlichen Dialysemembran ist bei 1 gezeigt, wobei die Membran selbst mit 2 bezeichnet wird. Der zweite Dialysator ist bei 11 dargestellt, wobei die ionische Membran mit 12 bezeichnet ist. Die erste Kammer des ersten Dialysators wird durch die Leitung 3 mit Blut, das aus einem Blutgefäß des der Behandlung unterzogenen Patienten stammt, gespeist. Die Leitung 4 ermöglicht das Abziehen des Bluts und dessen Reinjektion in eine Vene des Patienten. Ein Dialysebad zirkuliert in dem geschlossenen Kreis 7· In der zweiten Kammer des zweiten Dialysators zirkuliert die Reinigungslösung des Dialysebads, die bei 5 eingeführt und bei 6 abgezogen wird. Die Zirkulation der verscniedenen Flüssigkeiten kann mittels nicht dargestellter Pumpen sichergestellt werden.

Das im Kreis 7 umlaufende Dialysebad besitzt eine Zusammensetzung, die mit der der üblicherweise in künstlichen Nieren, die durch Dialyse arbeiten, verwendeten Dialysebäder vergleichbar ist. Es handelt sich in der Praxis um eine wässrige Lösung, die (in Art und Menge) die Produkte enthält, die zu dialysieren vermögen, jedoch nicht aus dem Blut entfernt werden sollen. Im spezielleren enthält das Dialysebad im allgemeinen NaCl, KCl, MgCl₂, CaCl₂, CH^COONa und gegebenenfalls Glucose. Natürlich enthält dieses Dialysebad stromab von dem Hämodialysator außerdem die aus dem Blut stammenden Ausscheidunp;sDrodukte₃insbesondere Harnstoff.

Verwendbare Dialysebäder sind beispielsweise in Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs (1957) V^, Seite 5 und Seite 249 beschrieben. Diese Zusammensetzungen können jedoch durch den behandelnden Arzt unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften des Patienten angepaßt werden.

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Der osmotische Druck des Diälysebads liegt in der Praxis unterhalb desjenigen des Bluts oder ist diesem gleich. Die Einstellung des osmotischen Drucks kann durch jedes übliche Mittel erfolgen, beispielsweise durch Zugabe von Zuckern zu dem Dialysebad oder durch Ausbildung eines Unterdrucks in diesem Bad mittels einer Pumpe.

Die Reinigungslösung für das Dialysebad ist eine wässrige Lösung mit einem osmotischen Druck, der geringer als derjenige des Dialysebads oder diesem gleich ist. Im allgemeinen besteht diese Lösung einfach aus Wasser. Der osmotische Druck wird wie zuvor entweder durch Ausbildung eines Unterdrucks oder durch Zugabe eines Zusatzmittels eingestellt. Man verwendet vorzugsweise zur Einstellung der osmotischen Drucke des Dialysebads und der Reinigungslösung für das Dialysebad das gleiche Zusatzmittel. Der osmotische Druck der Reinigungslösung für das Dialysebad kann konstant sein oder dagegen variabel sein. Man kann insbesondere diesen osmotischen Druck dem osmotischen Druck des Dialysebads während gewisser Zeitspannen gleich machen und dann diesen letzteren osmotischen Druck während anderer Zeitspannen geringer machen. Auf diese Weise bewirkt man praktisch die zeitliche und intermittierende Miktion je nach Ermessen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem durch Sicherheitseinrichtungen, insbesondere Filter für Teilchen und Blasenfallen, vervollständigt werden. Die Filter für Teilchen haben hauptsächlich den Zweck, die Einführung von Koagulaten in den Blutkreislauf des Patienten zu vermeiden, und die Blasenfallen haben den Hauptzweck, die Einführung von Luft in diesen gleichen Blutkreislauf zu verhindern. Diese verschiedenen Sicherheitsvorrichtungen werden vorzugsweise in der Leitung 4 angeordnet.

A 0/0 806

BAD ORIGINAL

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren besitzen den Vorteil, ein Gerät mit vermindertem Volumen zu erfordern, was die Herstellung von transportierbaren künstlichen Nieren ermöglicht. Sie ermöglichen außerdem, den Verbrauch beträchtlicher Mengen an Dialysebad zu vermeiden, das ein ziemlich kostspieliges Produkt aufgrund des genauen und komplizierten Charakters seiner Zusammensetzung ist.

Eine Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt schließlich ein weiteres Ziel der Erfindung dar. Gemäß dieser Verbesserung strömt die Reinigungslösung für das Dialysebad in einem geschlossenen Kreis, wobei sie aufeinanderfolgend in den zweiten Dialysator der erfindungsgemäßen Vorrichtung und in eine Vorrichtung zur Entfernung von Ausscheidungsprodukten geführt wird. Bei dieser Arbeitsweise sind die Einführungsleitung und die Abzugsleitung für die Flüssigkeit der zweiten Kammer des zweiten Dialysators der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Vorrichtung zur Entfernung von Ausscheidungsprolukten verbunden.

Die bei dieser bevorzugten Ausführungsform verwendete Vorrichtung ist in Fig. 2 gezeigt. Sie unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 nur durch die zusätzliche Vorrichtung 21 zur Entfernung von Ausscheidungsprodukten.

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Diese Vorrichtung zur Entfernung von Ausscheidungsprodukten besteht beispielsweise aus einer Absorptionsvorrichtung im allgemeinsten Sinne des Ausdrucks, der die Adsorption umfaßt. Diese
Entfernung kann durch einen physikalischen Mechanismus oder durch einen chemischen Mechanismus stattfinden. Im spezielleren kann man als Adsorptionsvorrichtung Säulen von Aktivkohle und Ionenaustauscherharzen nennen. Die in Frage stehenden Ausscheidungsprodukte sind im wesentlichen Harnstoff, Harnsäure und Kreatinin.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung .

Beispiel

In einer Vorrichtung, wie der in Pig. 1 gezeigten, führt man die Reinigung eines menschlichen Bluts mit einem Gehalt von 1*65 g/Liter an Harnstoff durch.

Die Membran 2 des Dialysators 1 besteht aus regenerierter
Cellulose. Ihre Oberfläche beträgt 0,78 m , ihre Dicke 13 M (in trockenem Zustand) und ihre Permselektivität gegenüber
Wasser 1,2 cnr/Stunde · mm Hg · m .

Die Membran 12 des Dialysators 11 besitzt eine Oberfläche von

2
6,7 m , eine Dicke von J>J> /U (in trockenem Zustand), eine

Permeabilität von 84 % und eine Selektivität S von 4o.

us

Sie besteht aus einem in der folgenden Weise hergestellten
Polymeren:

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- ίο -

Ein 2,2-Bis-(hydroxyphenyl)-propan/Epichlorhydrin-Polykondensat (reduzierte Viskosität, gemessen bei 25°C mit einer Lösung von 2 g/l in Dimethylformamid: J56 cm /g) wird mit Epichlorhydrin bei 62⁰C in Anwesenheit von BF-,-ätherat kondensiert. Das erhaltene Produkt (Cl = 8,1 %) wird mit einer Lösung von (CEU)^N in Dimethylformamid bei 70⁰C aminiert. Stickstoffgehalt: 1,95 %, Chlorgehalt: 7,17 %>

Das Blut zirkuliert in dem Dialysator 1 in einer Menge von 200 cnr⁵/Minute.

Das Dialysebad zirkuliert in der Leitung 7 mit einem Durchsatz von 950 cnr/Minute. Seine Zusammensetzung ist die folgende: -

NaCl: 5,85 g/l; KCl: 0,112 g/l; MgCl₂ . 6H₃O: 0,152 g/l; CH₃COONa . 3H₂O: 4,76 g/l; CaCl₃ . 6H₃O: 0,^28 g/l.

Die Reinigungslösung für das Dialysebad hat einen Durchsatz von 9 l/Minute und enthält Glucose in einer Menge von 56 g/l.

Man erhält eine Harnstoffreinigung von 70 cm /Minute, wobei der Verlust an NaCl 3 g/Stunde beträgt (die Reinigung ist der fiktive Durchsatz des Bluts, von dem angenommen wird, daß es vollständig von seinem Harnstoff befreit ist, wobei angenommen wird, daß der Rest des Bluts seine anfängliche Konzentration an Harnstoff beibehalten hat).

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Claims

Patentansprüche

./' Dia Iy se vorrichtung, insbesondere zur Reinigung von Blut, gekennzeichnet durch

a) einen ersten Dialysator, der durch eine Dialysemembran in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die erste Kammer dieses ersten Dialysators mit einer Zuführungs- und Abzugsleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit ausgestattet ist, und

b) einen zweiten Dialysator, der durch eine ionische Membran in zwei Kammern unterteilt ist, wobei die erste Kammer dieses zweiten Dialysators mit der zweiten Kammer des ersten Dialysators derart verbunden ist, daß ein geschlossener Kreis gebildet wird, und die zweite Kammer dieses zweiten Dialysators mit einer Zuführungsund Abzugsleitung für die Flüssigkeit ausgestattet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ionische Membran eine Permselektivität über -50 %, vorzugsweise über 70 %, und eine Harnstoff/NaCl-Selektivität über 5j vorzugsweise über 10, aufweist.

J5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ionische Membran ein Polymeres aus der Gruppe von sulfonierten Styrol-Divinylbenzol-Copolymeren , chlormethylierten and quaternisierten Styrol-Divinylbenzol-Cοpolymeren,

quaternisierten Vinylalkohol-Vinylpyridin-Copolymeren, sulfatierten Äthylen-Vinylalkohol-Copolyrneren, mit EpichJorhydrin kondensierten und dann arninierten Äthylen-Vinylalkohol-Copolymeren, quaterriisierten Acrylnitril -Vinylpyridin-Copolymeren ,

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BAD ORIGINAL

Polykondensaten, erhalten aus Polyhydroxyäthern. (Produkten der Polykondensation von Bisphenol mit Epichlorhydrin) durch Kondensation mit Spichlorhydrin und anschließender Aminierung, sulfonierten Polyaryläthersulfonen, sulfonierten oder chlormethylierten und dann aminierten Tetrafluoräthylen-Styrol-Copolymeren und gegebenenfalls in Salzforrn überführten Acrylnitril-Me thallylsulfonsäure-Copolymeren

umfa ßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speise- und Abzugsleitungen für die Flüssigkeit, die mit der zweiten Kammer des zweiten Dialysators verbunden sind, außerdem mit einer Vorrichtung zur Entfernung von Ausscheidungsprodukten aus dem Blut, insbesondere Harnstoff,verbunden sind

5· Verfahren zur kontinuierlichen Regenerierung eines aus einem Hämodialysator stammenden Dialysebads, das im geschlossenen '{reis aufeinanderfolgend in einem Hämodialysator und in einem "Hilfsdialysator umläuft, dadurch gekennzeichnet, da;3 dieser Hilfsdialysator mit einer ionischen Membran ausgestattet ist und dai3 die zweite Kammer des HiIfSdIaIySQtOi-¹S von einer Reinigungslösung far das Dialysebad genannten Lösung durchströmt wird, die einen osmotischen Druck aufweist, der geringer als der osmotische Druck des Bads oder diesem gleich ist.

BAD ORIGINAL

7098/.0/Ü8