DE2217788A1 - Peristaltikschlauch vorzugsweise fuer blutpumpen mit geringer haemolyse-rate - Google Patents

Description

• Peristaltikschlauch vorzugsweise fUr Blutpumpen mit geringer Hälmoyse-Rate.
• Die Erfindung betrifft einen Peristaltikschlauch,vorzugsweise für Blutpumpen mit geringer Hälmoyse-Rate und langer Lebensdauer.
• Peristaltikschläuche für Blutpumpen werden hauptsächlich zu einmaligen Verwendung und in Kombination mit Leitungsschläuchen als sterilisierte Einheiten für extracorporale Blutkreisläufe verwendet.
• Peristaltikschläuche hekannter Ausführung sind innen und außen glatt und vornehmlich aus Silikonkautschuk , Weich-PVC , Silastik und anderen blutverträglichen Materialien gefertigt. Im Betrieb unterliegen sie starker Materialverformung, insbesondere an den Knickstellen. Bei größeren Querschnitten, wie sie bei der Herz-HChirurgie üblich sind , werden auch größere Wandstärken erforderlich'damit die für die Saugwirkung erforderlichen Rückstellkräfte erreicht werden. Mit zunehmenden Wandstärken werden aber auch die erforderlichen Schließkräfte, die von den Druckrollen auf die Dichtstellen übertragen werden müssen immer größer.Die unterschiedliche Materialverdrängung an der Dichtstelle ergibt aber enorme Druckunterschiede,die sich auf die im restlichen Blutfilm enthaltenen Erytrolyten schädigend auswirkt.
• Diese Zusammenhänge sind von medizinischer Seite bisher nicht eindeutig geklärt worden. In einem Artikel " Aufbau und Wirkungsweise der Herz-Lungenmaschine " erschienen im Medizinal-Markt" 16. Jahrgang Nr.3/1970 von Dr.J.Waldschmidt und Dr.L.C.Tung , findet sich lediglich folgender Hinweis: " Der auf dem Schlauch lastende Druck darf die mechanische Resistenz der Erytrozytenmembran von 2Kg/cm2 jedoch nicht überschreiten.Wie diese Grenze festgestellt wurde, haben die Verfasser auf Anfrage bisher nicht beantwortet.
• Es muß also angenommen werden'daß diese Angabe auf einem Erfahrungswert beruht,der sich m5glicherweise aus der Umrechnung der auf die Dichtstelle aufgewendeten Schließkraft, bezogen auf die Dtohtfläche ergeben könnte0 Dieser Erfindungswert hätte aber nur für eine bestimmte Blutpumpe,bei bestimmten Schlauchabmessungen und Schlauchqualität Bedeutung. Die erforderliche Schließkraft setzt sich zusammen aus den Kräften, die zur Überwindung der Rückstellkräfte einschließlich der Kräfte,die für die Verformung des Schlauches erforderlich sind, und der Kraft, die zur eigenslichen Abdichtung erforderlich ist.
• Dabei beträgt die Kraft für die Abdichtung nur einen Bruchteil der anderen Kräfte Es leuchtet ein, daß schon geringe änderungen in der Beschaffenheit der Schläuche, sich auf die Druckbelastung der Erytrozyten verheerend auswirken können.Dasu kommt,daß eine gleichmäßige Flächenpressung an der Dichtstelle,beim Aufeinanderdrücken von Zylinderflächen unterschiedlicher Radien,wie zwischen Schlauchbett und Druckrolle, und wegen der unterschiedlichen Materialhäufung, unmöglich angenommen werden kann.
• Der Erfinder nachstehend beschriebener Peristaltikschläuche, hat ohne Kenntnis des vorher zitierten Artikels umfangreiche Untersuchungen über die Resistenz von Erytrozyten bei Druck-und Unterdruck-Belastung angestellt.Als Ingenieur lag ihm mehr an der Nutzanwendung seiner Erkenntnisse,als an einer Veröffentlichung. Diese Nutzanwendung umfasst aber auch die neuartigen peristaltischen Systeme, sowie kompleter Blutpumpen die aber Gegenstand weiterer Patentanmeldungen sind. Zum besseren Verständnis erscheint es aber geboten, diese Erkenntnisse zu präzisieren.
• Die mechanische Resistenz der Erytrozyten liegt über 3,5 Kg/cm2, unter der Voraussetzung, daß an keiner Stelle dieser Druck überschritten wird.
• (In einer Blutpumpe bekannter Bauart kann diese Bedingung nicht eingehalten werden.) Die Versuchsanordnung bestand aus einem elastischen Blutbehälter, der in einem Druckbehälter mit Wasserdruck von 3,5 Kg/cm2, beaufschlagt wurde. Auch Wechselbelastungen bei dem gleichen Druck, mit einer Frequenz f@ 1/sek und bei geringen Anstieg-und Abfallzeiten, zeigten keine nennenswerten Hämolyse-Erscheinungen. Als bildhafter Vergleich für die Resistenz der Erytrozyten könnte die Tragfähigkeit dünnwandiger Früchte, Kirschen, Erbsen und dergleichen herangezogen worden.
• Die Resistenz der Erytrozyten gegenüber Unterdruck ist dagegen sehr gering. Bereits bei 40 mmHg Unterdruck ist Hämolyse feststellbar.
• Hämolyse-Erscheinungen durch Unterdruck können aber einer Blutpumpe nicht abgelastet werden. Unterdrücke entstehen durch falsche Auslegung der Querschnitte im Verhältnis zur geforderten Pumpenleistung.
• Wenn beispielsweise bei der Hämodialyse ein Patient bei einer Pumpenleistung von 250 ml/min, über eine Hohlnadel von 1,7 mmLumen # angeschlossen wird,und sich dadurch ein Unterdruck in der Saugleitung von 200 mmHg ergibt, so hat die dabei entstehende erhebliche Hämolyse nichts mit der Blutpumpe zu tun.Bei ernsthaften Untersuchungen wird sich weiter herausstellen, daß die Hämolyse durch Turbulenz in Wirklichkeit durch das Auftreten von Unterdruckzonen bedingt ist.
• Der raktor Zeit,in der dieser Drucksbfall auftritt dürfte von erheblicher Bedeutung sein.
• Die vorstehend beschriebenen Erkenntnisse, konnten in einer speziell für diese Untersuchungen gebauten 2-hahnlgen Blutpumpe mit elastisch gelagertes Rotor erhärtet werden. Blutpumpen mit starr gelagerten Druckrollen, ergeben über größere Zeiträume hinweg keine reproduzierbaren Ergebnisse, da die gewählte Einstellung der Druckrollen nicht absolut gleichmäßig sein kann und sich außerdem noch verstellt.
• Die geringste Exentrizität zwischen Antriebsachse und Schlauchbett verfälscht die Ergebnisse,insbesondere wenn geringfügige Xnderungen beobchatet werden sollen. Die verwendete Versuchspumpe erlaubte es außerdem,unterschiedlich gezahnte Druckrollen wechselweise für jede Bahn der Blutpumpe einzusetzen. Dadurch war es möglich, die Flächenpressung an der Dichtstelle sehr feinfühlig ru verändern. Diese Veränderungen ergaben aber reproduzierbare und beeinflußbare Änderungen der Hämolyse-Rate.
• Es wurde aber auch gleichzeitig deutlich, wie gering die Ausrichten sind, die bekannten Blutpumpen auf ein Optimum einzustellen und diesen Wert zu bewahren.
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Hämolyse-Rate von Blutpumpen soweit als irgend möglich zu senken, und diesen Wert ohne Veränderung und zusätzlicher Einstellung für die lebensdauer der Blutpumpe zu erhalten. Die Verformungsarbeit für dem Peristaltikschlauch sollte mit sehr geringen Antriebskräften erreicht werden können, und die damit verbundene Schonung des Schlauchmateriales, sollte Sicherheit und lange Lebensdauer ermöglichen.
• Die Auf gabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Innern des Peristaltikschlauches geneigte Dichtlippen 20 angebracht sind, dergestalt, daß mit Hilfe des die Peristaltik erzeugenden Systems, die Trennung des Saugraumes voll Druckraum eingeleitet wird, wobei die Dichtlippen zu breitflächigeu Auflage gelangen, ohne daß dabei das Material des Schlauchmantels oder der Dichtlippen gequetscht werden, und die Druakdifferenz in Bereich der wirksamen Dichtstelle den Dichteffekt noch unterstützt.
• wobei auch mehrbahnige Peristaltikschläuche unterschiedlicher Querschnitte und mit axialen Wülsten 10 eingesetzt werden, deren Aufgabe die eindeutige Festlegung der Lag deu Schlauches und seiner Dicht lippen zum peristaltischen System ist.
• Die geeigneten Systeme zur Erzeugung der Peristaltik, insbesondere auch für nicht formstabile Peristaltikschläuche, die eine Unterdruckkammer voraussetzen, sind Gegenstand einer weiteren Patentanmeldung.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Es zeigen: Fig.1 Einen Peristaltikschlauch mit kreisrundem Querschnitt und halbkreisförmig geschlitzten Dichtlippen, die sich nur ii wirksamen Bereich des Peristaltik-System befinden, wobei die Bedingung für dieses besondere Peristaltik-System darin besteht, daß durch eine verbreiterte Auflagezone mindestens ein Dichtlippenpaar abdichtet. Der axiale Wulst 10 , der auch aus einzelnen Abschnitten bestehen kann,dient der exakten Lageorientierung sowohl des Schlauches, als auch der Dichtlippen.
• Dabei ist die tor der elastischen Wülste 10 so gehalten, daß er in eine entsprechende Nut des Schlauchbettes einschnappt. Der beschriebene Schlauch, kann bei entsprechender Wandstärke des Schlauchmantels 1 forutabil sein, d.h. er besitzt Rückstellkräfte, die ihn nach der Verformung durch das Peristaltik-System wieder kreisrund werden lassen, woraus sich die Saugwirkung aller bekannter Schlauchpumpen n ergibt.
• Zur Einsprung von Antriebsleistung und aus Gründen der geringeren Materialbelastung des Schlauches, kann der beschriebene Schlauch aber auch mit dünnem Schlauchmantel 1 ausgeführt werden. Die fohlenden Rückstellkräfte werden dann laut getrennter Patentanmeldung dadurch erreicht, daß der Peristaltikschlauch und das Peristaltik-System in einer luftdichten Unterdruckkammer zusammenwirken, und durch die Wahl des Unterdrucks in der Kammer gleichzeitig auch der maxiaal mögliche Unterdruck in der Saugleitung mit berücksichtigt worden kann. Zur Abdichtung der Schlaucheinführung in die Unterdruckkammer, werden die beidseits angebrachten Ringwülste 17 geklemmt. Die weiteren Ringwülstel 6 sollen andeuten, daß hier im Falle einer direkt Verbindung mit großen Blutgefäßen, eine Naht angebracht worden kann.
• Fig.2 zeigt einen doppelten Peristaltikschlauch mit 2 axialen Wülsten 10, und flachem Querschnitt, bei dem die Dichtlippen 20 ohne Einwirkung von außen bereits hreitfllchig aufeinander zu liegen kommen. Diese Schlauchform erfordert die geringste Antriebsleistung und ergibt die idealste Lippenform. Er kann aber nur in der Unterdruckkammer betrieben werden.
• Fig.3 zeigt wieder einen Einfach-Schlauch in seiner flachen Ausgangsform, aber nur mit einer Dichtlippe pro Dichtstelle. Die Abdichtung erfolgt hier zwischen Dichtlippe 20 und Schlauchwand 1. Auch dieser Schlauch besitzt einen Zentrierwulst 10. Die Dichtlippen können alle auf einer Seite, besser aber abwechselnd versetzt angeordnet sein.
• Fig.4 zeigt einen Peristaltikschlauch wie in Fig.1 mit dem Unterschied, daß statt der Schlitze 32, die Dichtlippen an dieser Stelle über einen sehr dünnwandigen Zwickel 31 zusammenhängen, sodaß auch im ungünstigguten Falle die Abdichtung an dieser Stelle gewährleistet ist.
• Fig.5 zeigt einen Peristaltikschlauch wie in Fig.1 jedoch in einem geraden Schlauchbett 3 eingesetzt,sowie den Schließvorgang mittels eines leicht gewölbten Peristaltik-Systems und im Schnitt die halb geöffneten,sowie die geschlossenen Dichtlippen 20.
• Fig.6 zeigt einen Peristaltikschlauch in der Art wie in wig.4 nur mit Zwickel 31 und im gekrümmten Schlauchbett mit zwei vermittels des Peristaltik-Systems geschlossenen Dichtlippenpaaren.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,daß weder das Material des Schlauchmantels 1, noch der Dichtlippen 20,an irgend einer Stelle gequetscht wird. Dadurch erfährt auch der Blutfilm im Bereich der breitflächig aufeinanderliegenden Dichtlippen keine schädigenden Einflüsse. Für das Peristaltil-System besteht Dank der Elastizität der Dichtstellen keine Notwendigkeit für eine eigene Verstellbarkeit. Eine mechanische Hämolyse durch Quetschung der Erytrozyten erscheint nahezu ausgeschlossen. Der Anteil der Hämolyse, der im Saugteil der Blutpumpe durch zu hohen Unterdruck entstehen könnte, kann nur durch geeignete Blutleitungen verringert werden.
• Die Turbulenz des Blutstromes,die innerhalb des Peristaltikschlauches insbesondere im Bereich hinter den Dichtlippen auftreten dürfte, konnte noch ein geringe Hämolyse-Rate ergeben. Diese Turbulenz, die schädliche Unterdruckzonen erzeugt, lässt sich nur durch verringerte Strömungsgeschwindigkeit, also vergrößerten Querschnitt des Peristaltikschlauches verhindern. Die Beschränkung auf die geringst-mögliche Anzahl an Dichtlippen, vorzugsweise wie in Fig.3, also einzeln mit der Schlauchwand 1 zusammenwirkend, erscheint vorteilhaft.
• Auf Grund der geringen Verformungsarbeit bei dünnwandigen Peristaltikschläuchen, des geringen Fahrwiderstandes bei den verwendeten Peristaltik-Systemen, der begrenzbaren Saugwirkung mit Hilfe der Unterdruckkammer und des Fehlens von Ventilen, erscheint damit eine reelle Chance für ein künstliches Herz gegeben.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE 1

1) Peristaltikschlauch vorzugsweise für Blutpumpen mit geringer Hämolyse-Rate dadurch gekennzelchnet,daB im Inneren des Peristaltikschlauches geneigte Dichtlippen 20 angebracht sind,dergestalt,daß mit Hilfe des die Peristaltik erzeugenden Systems die Trennung des Saugraumes vom Druckraum eingeleitet wird,wobei die Dichtlippen zu breitflächigen Auflagen gelangen,ohne daß dabei das Material des Schlauchmantels 1 oder der Dichtlippen gequetscht wird, und die Druckdifferenz im Bereich der wirksamen Dichtstelle den Dichteffekt noch unterstützt.

2)Peristaltikschlauch nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die in regelmäßigen Abständen angebrachten Dichtlippen sich nur in der Zone befinden,in der auch das peristaltische System wirksam werden kann.

38 Peristaltikschlauch nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzelchnet,daß die breitflächigen Dichtstellen entweder zwischen zwei Lippen oder zwischen einer Lippe und Sahlauchmantel 1 gebildet werden.

4) Peristaltikschlauch nach den Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß an Stellen,an denen die Dichtlippen 20 während des Dichtvorganges zu starken Formänderungen ausgesetzt wären,dünnwandige Zwickel 31 oder Schlitze 32 vorgesehen sind,die eine vollkommene Abdichtung ohne Materialquetschung gewährleisten.

5)Peristaltlkschlauch nach den Ansprüchen 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß zur eindeutigen Festlegung des Schlauches und seiner Dichtlippen in Bezug auf das peristaltische System ein oder mehrere Wülste 10 angebracht sind, die in Nuten des Schlauchbettes 3 eingeführt werden.

6) Peristaltikschlauch nach den Ansprüchen 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß auch Mehrfachschläuche mit mehreren Wülsten 10 ausführbar sind.

7)Peristaltikschlauch nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet,daß zur Abdichtung des Pumpenraumes bei Verwendung von nicht formstabilen Peristaltikschläuchen ein Ringwulst 17 1 und zur direkten Verbindung mit Blutgefäßen ein Nlhwulst 16 verwendbar sind, die beide mit dem Schlauchmantel 1 verbunden werden.

L e e r s e i t e