DE2213158A1 - Dialysevorrichtung - Google Patents
DialysevorrichtungInfo
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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.
2098A0/0806
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.
209840/0806
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.
2098AO/0806
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.
2098^0/0 806
_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.
209840/0806
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.
2098AOV0806
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
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.
098^0/0806
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.
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
.
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 .
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
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:
Polymeren:
209840/0306
- 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).
209840/0806
Claims (1)
- Patentansprüche./' Dia Iy se vorrichtung, insbesondere zur Reinigung von Blut, gekennzeichnet durcha) 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, undb) 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 ,2 0 9 H /,0/0806BAD ORIGINALPolykondensaten, 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-Copolymerenumfa 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 sind5· 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 ORIGINAL7098/.0/Ü8
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