DE2321188A1

DE2321188A1 - Peritoneale kuenstliche niere

Info

Publication number: DE2321188A1
Application number: DE2321188A
Authority: DE
Inventors: Clinton E Brown; Moshe-Aharon Frommer
Original assignee: HYDRONAUTICS; Hydronautics Inc
Current assignee: HYDRONAUTICS; Hydronautics Inc
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE2321168A1; FR2258189B1; FR2258189A1; GB1455772A; US3825493A

Description

Patentanwälte ·--, γ-. ;-- -ε.τζββη»

Dr.-1.--;, ι-... 13 _ :;- r 2 jr. • Minchen £2, Siemsdorfetr. 10

08-20.622Ρ(20.623H) 26. 4. 1973

HYDRONAUTICS, INCORPORATED. Laurel, Maryland

V. St. A.

Peritoneale künstliche Niere

Die Erfindung bezieht sich auf künstliche Nieren zum Abscheiden von toxischen Substanzen aus dem Blut, die normalerweise durch menschliche Nieren abgesondert werden, und insbesondere auf eine kompakte, tragbare künstliche Niere zum Abscheiden der toxischen Substanzen durch peritoneale Dialyse.

In den vergangenen Jahren konnte das Leben von vielen Menschen mit fehlerhaft oder nicht funktionierenden Nieren durch künstliche Nieren verlängert werden. Die Physiologie der menschlichen Niere ist ausreichend erforscht und umfaßt das Entfernen-von nicht flüchtigen Abfallstoffen aus

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dem Blutkreislauf sowie die kontinuierliche Regulation der Blutzusammensetzung, so daß die zum Leben der Körperzellen erforderlichen Bedingungen eingehalten werden. Venn daher Nieren nicht richtig arbeiten, müssen diese Funktionen durch künstliche Mittel durchgeführt werden, um Ungleichgewichte und den Aufbau von Giften im Blut zu verhindern.

Eine Vielzahl von künstlichen Nieren ist für die Übernahme der Funktion einer menschlichen Niere entwikkelt worden. Bei den meisten dieser meist stationären Einrichtungen wird Blut aus dem Körper abgezogen und über äußere Dialysiereinrichtung geleitet, in der die unerwünschten toxischen Substanzen aus dem Blut abgeschieden werden, wonach das Blut wieder in den Körper zurückgeführt wird. ¥enn diese Geräte mehrere Male pro Woche einige Stunden lang angesetzt werden, kann die Konzentration der toxischen Substanzen im Blut auf einen sicheren Wert abgesenkt werden.

Das Dialysat oder die Waschlösung muß jedoch sorgfältig hergestellt werden, da sie sich zum Blut isotonisch verhalten muß, damit bestimmte Blutbestandteile, z. B. Elektrolyten, während der Dialyse nicht verlorengehen. Alle Vorrichtungen arbeiten in der Regel diskontinuierlich, erfordern ein großes Volumen an Dialysat und dadurch einen unhandlichen und unbeweglichen Behälter für die Lösung. Der intermittierende Gebrauch solcher Einrichtungen hat weiter zur Folge, daß die Konzentration der toxischen Substanzen im Blutkreislauf des Patienten von einem abnormal hohen Wert unmittelbar vor der Behandlung auf einen sehr geringen Wert nach der Behandlung

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schwanken. Dies führt zu unterwünschten Nebeneffekten im Allgemeinzustand des Patienten. Da schließlich das Blut selbst für die Behandlung herangezogen wird, besteht das Risiko von Gerinnungen, so daß Antigerinnungsmittel bei der Behandlung zugesetzt werden müssen.

Neuere Erkenntnisse auf dem Gebiet der künstlichen Nieren haben zur Entwicklung von Geräten geführt, die unabhängig vom Blut arbeiten und die die Konzentration toxischer Substanzen auf einem gleichbleibenden akzeptablen Wert halten. Für den kontinuierlichen Betrieb einer Niere ist-es selbstverständlich notwendig, daß das Gerät beweglich und vom Patienten getragen werden kann und daß es kompakt und zuverlässig ist und nur eine geringe Behinderung darstellt.

In der US-Patentanmeldung Nr. 161 864 vom 9. 7. 1971 ist eine solche rezirkulierend arbeitende künstliche Niere beschrieben, die das Blut von toxischen Substanzen durch peritoneale Dialyse reinigt. Bei der in diesem Gerät angewendeten, an sich bekannten peritonealen Dialyse wird eine präparierte Lösung durch die Bauchhöhle geleitet und die unerwünschten Stoffwechselprodukte, wie Harnstoff, Kreatine, Harnsäure etc. werden in die Lösung durch natürliche Diffusion aus dem Blut quer durch die peritonealen Membranen gezogen, was allgemein auf das peritoneale Fluid zurückzuführen ist. Dieses die unerwünschten toxischen Substanzen enthaltende Fluid wird aus dem Körper abgeführt und über einen äußeren Dialysierapparat geleitet, um die toxischen Substanzen aus dem Fluid zu entfernen. Das gereinigte Fluid wird dann in die Bauchhöhle zurückgeführt. Bei einem voll transportablen Gerät

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müssen jedoch auch Mittel zum Reinigen, Auffrischen und Rückführen des Dialysates aus dem äußeren Dialyseapparat "vorgesehen sein. In Wirklichkeit besteht das Gerät aus zwei rezirkulierenden Schleifen: eine für das Körperfluid und eine andere für das Dialysat.

Obwohl dies eine wesentliche Verbesserung auf dem Wege zur Entwicklung einer tragbaren, kompakten und leistungsstarken künstlichen Niere darstellt, enthält sie unverkennbar mehr Operationen als die meisten herkömmlichen intermittierenden, aber immobilen Apparaturen, die bisher zum Dialysieren des Blutes verwendet wurden.

Durch die Erfindung wird eine sehr viel einfachere künstliche Niere geschaffen, die nur noch eine Rezlrkulationsschleife erfordert, ähnlich wie bei einer Blutdialyseeinrichtung, jedoch ohne die Notwendigkeit einer Behandlung des verbrauchten Dialysates, was bisher bei den vorgeschlagenen, wirklich zufriedenstellend mobilen Geräten lästig war. Im einzelnen wurde festgestellt, daß die Notwendigkeit für einen äußeren Kreis zum Waschen des Dialysates bei einem transportablen Gerät durch Ausfiltern der toxischen Substanzen aus dem peritonealen Fluid und Rückführen des gefilterten Fluides nach dem Auffrischen zur Bauchhöhle beseitigt werden kann. Im Gegensatz zu früheren intermittierenden Geräten, bei denen das Dialysat abgeführt wurde oder bei Trag-Geräten, bei denen das Dialysat gereinigt und rückgeführt werden mußte, filtert das Gerät gemäß der Erfindung das peritoneale Fluid und führt es zu seiner weiteren Verwendung zurück.

Gegenstand der Erfindung ist somit die Zirkulation

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einer präparierten Lösung durch, die Bauchhöhle, um toxische Stoffwechselprodukte aus dem Blut quer zu den peritonealen Membranen abzuziehen und in die das peritoneale Fluid bildende Lösung zu überführen, dieses Fluid aus der Bauchhöhle abzuziehen, die toxischen Substanzen aus ihm auszufiltern, das gefilterte Fluid aufzufrischen und in die Bauchhöhle zurückzuführen und die zurückgehaltenen Abfallprodukte zu beseitigen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen künstlichen Niere dargestellt, das im folgenden im einzelnen beschrieben wird.

Es zeigen:

Fig. 1 die künstliche Niere gemäß der Erfindung in schematiseher Darstellung;

Fig. 2 eine geeignete Filterzelle mit osmotischen Membranen in perspektivischer Ansicht.

Die künstliche Niere gemäß der Erfindung ist besonders für die Verwendung von peritonealem Fluid geeignet. Unter, peritonealem Fluid ist nicht nur die natürliche Bauchhöhlenflüssigkeit, sondern auch die bekannten, präparierten peritonealen Dialyselösungen zu verstehen, die in die Bauchhöhle zum Ergänzen ihres Volumens eingefüllt werden. Ausführlich ist die peritoneale Dialyse zur Durchführung der Funktion einer natürlichen Niere und andere Beispiele von bekannten Rezirkulations-Bauchhöhlen-Dialysen im Aufsatz von J. H. Shinaberger, L. Shear und K. G. Barry mit dem Titel "Increasing Effinciency of

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Peritoneal Dialysis" in Transactions of American Societe of Artificial Internal Organs, II, 1965, Seiten 76 bis 82, beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird peritoneales Fluid über bekannte Katheter 4, vorzugsweise aus Silikongummi, die in das Peritonium oder die Bauchhöhle implantiert sind, abgezogen und durch die Wirkung einer Hochdruckpumpe 6 zur Einlaßseite 8 eines Filters 10 gedrückt. Der Filter oder die Filterzelle 10 enthält vorzugsweise als Filterelement 12 eine Membran mit Hyperfiltrier-Eigenschaften, ζ. B. umgekehrte osmotische Membranen, die in einem ge-~ eigneten Gehäuse montiert sind, welches einen Einlaufstutzen 14 für das peritoneale Fluid, einen Ablauf 16 für die toxischen Stoffwechselprodukte an der gleichen Seite 8 des Filterelementes 12 und einen Auslaß 18 für das gereinigte Filtrat aufweist. Die Zelle 10 kann aus einer Vielzahl von geschichteten, durch Strömungsbahnen voneinander getrennten Membranen bestehen, typisch in einem Platten-Rahmen-Austauscher angeordnet, oder sie können, wie in Fig. 2 gezeigt, die in einem zylindrischen Bündel mit Kopfstücken angeordnet sind. Es können auch andere Einrichtungen mit Hyperfiltrier-Charakteristiken, die bisher zum Waschen des Dialysates in einem äußeren Dialyseapparat verwendet wurden, eingesetzt werden.

Das peritoneale Fluid wird unter Druck und in einer Menge von 5 bis 50 ml/min zur Filterzelle 10 gefördert, die es parallel zu dem Filterelement 12 durchströmt und wo die Lösungen von geringem Molekulargewicht oder die Stoffwechselprodukte, wie z. B. Urin, Kreatin, Harnstoff und Elektrolyte, aus dem Auslaß 16 als konzentrierte Lö-

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sung abgezogen werden. Der Druck beträgt ca. 28,1 bis 42,2 kg/cm (400 bis 6θΟ psi), um einen ausreichend hohen Druckabfall quer in der Membran 12 der Filterzelle 10 durch diese Pumpe 6 und ein Druckregulierventil 20 in der Leitung 22 für die Abfallprodukte aufrecht zu erhalten. Das Überdruck- oder Reguli rventil 20 ist so ausgebildet, daß es einen kontinuierlichen Fluß von peritonealern Fluid durch die Filterzelle 10 und einen kontinuierlichen Fluß der Abfallprodukte 22 zu einem Urinbehälter 2k zuläßt.

Bei der gebräuchlichen peritonealen Dialysebehandlung wird auch Wasser in peritonealem Fluid entfernt. Dies wird bewerkstelligt durch Zusetzen von Sorbitol oder Zucker, z. B. Dextrose, zur in die Bauchhöhle zurückgeführten Lösung, um einen osmotischen Druckunterschied zwischen dem Körper und der Lösung zu erzeugen, der einen Wasserfluß quer zu den peritonealen Membranen in die das peritoneale Fluid bildende Lösung bewirkt. Im allgemeinen können Stoffwechselprodukte und Elektrolyten die Membrane 12 nicht passieren und werden zurückgehalten, so daß weitgehend reines Wasser durch die Membranen zur Niederdruckseite 26 der Zelle läuft. Dadurch wird das peritoneale Fluid in der Zelle hoch konzentriert aufgrund des großen, das Filterelement 12 durchlaufenden Wasservolumens, so daß die Menge an Abfallprodukten 22 in zweckmäßig zu handhabenden Proportionen anfällt und der Urinbehälter nur selten abgenommen und entleert werden muß.

Das abgeführte Wasser oder Filtrat wird dann durch Zusetzen einer konzentrierten Lösung aus Elektrolyten und

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Sorbitol oder einem Zucker, ζ. B. Dextrose, aus einem Reservoir 30 mit Hilfe einer Meßpumpe 32 aufgefrischt. Die aufgefrischte Lösung kann dem Filtrat zugesetzt werden, nachdem es die Filterzelle 10 verlassen hat, oder, vorteilhafter und schematisch in Fig. 1 gezeigt, es kann bei 19 an der Niederdruckseite 26 der Zelle 10 und am Gegenende der Zelle vom peritonealen Fluideinlaß 14 zugesetzt werden, so daß es im Gegenstrom zu dem peritonealen Fluid strömt. Bei dieser Anordnung kann der osmotische Druck der Lösung zur Unterstützung der Wasserströmung durch die Membran 12 der Filterzelle herangezogen werden«,

Das aufgefrischte Wasser 28 wird durch geeignete Katheter zum weiteren Entfernen der toxischen Substanzen durch eine peritoneale Dialyse in die Bauchhöhle zurückgeführt. Die Hochdruckpumpe 6 und die Meßpumpe 32 werden vorzugsweise über Exzenter bzw. Nocken von einem geeigneten Elektromotor angetrieben, der wiederum von einer tragbaren aufladbaren Batterie des tragbaren Systems gespeist wird. Die Pumpe und das Meßsystem sind bereits bei der vorgeschlagenen Einrichtung gemäß der oben genannten US-Patentanmeldung verwendet worden.

Die Erfindung schafft somit eine tragbare, äußerst kompakte künstliche Niere unter zweckmäßiger Anwendung der peritonealen Dialyse, die das verwendete peritoneale Fluid abführt, filtert und auffrischt und die nur ein geringes Fluidvolumen benötigt und aus einer einzigen Rezirkulierschleife besteht. Selbstverständlich kann die zum Betrieb der Pumpe verwendete Energiequelle durch irgendeine andere Quelle, tragbar oder stationär, ersetzt werden. Verschiedene andere Modifikationen sind ebenso

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möglich, so ζ. Β. mangelsichere Maßnahmen zum Schutz gegen Brüche, Leckschlagen, Rißbildung u. dgl. in den Fluidleitungen ebenso wie gegen Verstopfen der Filter, Meßeinrichtungen zum Bestimmen der Konzentration der toxischen Substanzen in dem rückgeführten peritonealen Fluid und
der gesammelten Abfallstoffe im Urinbehälter, ebenso wie automatische Abschalt- und Warneinrichtungen, die den Patienten auf Fehlfunktionen und auf eine notwendige Überprüfung des Systems aufmerksam machen. Die Erfindung ist somit nicht auf die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt und umfaßt Einzelheiten und Abändeungen auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Prinzips.

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Claims

Ansprüche

»/Künstliche Niere, gekennzeichnet durch Mittel zum Zirkulieren einer präparierten Lösung durch die Bauchhöhle zum Abziehen von toxischen Stoffwechselprodukten aus dem Blut quer zu den peritonealen Membranen in die ein peritoneales Fluid darstellende Flüssigkeit in der Bauchhöhle; durch Filter (1O) zum Entfernen der toxischen Substanzen aus dem peritonealen Fluid; durch Leitungen (2) zum Fördern des peritonealen Fluides von der Bauchhöhle zum Filter (10); durch eine Leitung (28) zum Rückführen des gereinigten Filtrats von dem Filter (10) in die Bauchhöhle und eine Einrichtung (30, 32) zum Auffrischen des zurückgeführten peritonealen Fluids für seine Wiederverwendung in der Bauchhöhle»

2. Niere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _e daß der Filter (10) aus einer Vielzahl von Membranen (12) mit Hyperfiltrier-Eigenschaften besteht und eine Einrichtung (6) zur Erzielung eines Druckabfalls quer zur Membran zum Durchdrücken des peritonealen Fluides durch die Membranen vorgesehen ist.

3· Niere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (10) aus einem Gehäuse mit einem Einlaß (i4) für das peritoneale Fluid, einem Ablauf (16) für die toxischen Stoffwechselprodukte an der Hochdruckseite der Membranen und einem Ablauf (18) für das gereinigte FiItrat an der Niederdruckseite der Membrane besteht.

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k. Niere nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Einlaß (19) für eine Auffrischlösung zum Wiederherstellen der Lösung an der Niederdruckseite der Membranen im Gegenstrom zu der peritonealen Fluidströ- mung an der Hochdruckseite der Membranen aufweist.

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dem Blut, gekennzeichnet durch Zirkulieren einer präparierten Lösung durch die Bauchhöhle zum Abziehen toxis-cner Stoffwechselprodukte aus dem Blut quer zu den peritonealen Membranen und Überführen der Lösung in &±n peritonea- les Fluid, Abziehen des peritonealen Fluides aus der Bauchhöhle, Filtern des Fluides zum Abschei/den der toxischen Substanzen, Auffrischen und Zurückfahren des gefilterten Fluides in die Bauchhöhle zur weiteren Verwendung und Abführen der als Filterrückstände erhaltenen Abfal!produkte_t

6. Verfahren nach/Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das gefilterte_/J^<luid durch Zugabe einer kontrollierten Lösung aus Elektrolyten und Sorbitol oder Zucker aufgefrischt

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, ''das peritoneale Fluid durch Hindurchdrücken durch Mem-;

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