DE2342072A1 - Easily portable artificial kidney - with diafiltration and counter-osmosis units, asymmetrical membrane capillaries or polyimide or polyamide - Google Patents
Easily portable artificial kidney - with diafiltration and counter-osmosis units, asymmetrical membrane capillaries or polyimide or polyamideInfo
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Abstract
Description
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jDarf.nidg geändert werdenjDarf.nidg can be changed
74 Tübingen - Lustnau74 Tübingen - Lustnau
Berghof _ P 68/131Berghof _ P 68/131
Die Erfindung betrifft eine leicht tragbare, vom Patienten selbst einfach zu bedienende künstliche Niere, in der eine Diafiltrations-Einheit und eine Gegenosmose-Einheit nebeneinander angeordnet sind, und deren semipermeable Membranen in Form von Kapillaren ausgebildet sind, die einen asymmetrischen Aufbau in der Form haben, daß sich ihre semipermeable dichte Schicht an der Innenseite der Kapillaren befindet und daß die Außenseite eine poröse Struktur hat, die nur als Stützmaterial dient. Für den Einsatz in der Diafiltrations-Einheit und der Gegenosmose-Einheit werden die Kapillaren zu Bündeln zusammengefaßt. Die Diafiltration ist eine Ultrafiltration mit Nachfolgen von Lösungs- und Dispersionsmitteln.The invention relates to an easily portable device by the patient even easy-to-use artificial kidney with a diafiltration unit and a counter-osmosis unit are arranged side by side, and their semipermeable membranes in the form of Capillaries are formed which have an asymmetrical structure in the form that their semi-permeable, dense layer the inside of the capillaries and that the outside has a porous structure that only serves as a support material. For use in the diafiltration unit and the counter-osmosis unit, the capillaries are combined into bundles. Diafiltration is an ultrafiltration with successors of Solvents and dispersants.
Die bisher bekannten künstlichen Nieren sind große und teure Geräte, die nur in der Klinik eingesetzt werden. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Dialyse und entfernen höhermolekulare Giftstoffe nur unvollkommen aus dem Blut. Der Patient muß zu jeder Blutwäsche die Klinik aufsuchen. In den Zwischenzeiten konzentrieren sich die Schadstoffe im Blut jedesmal in gefährlich hohem Maße.The artificial kidneys known so far are large and expensive Devices that are only used in the clinic. They work on the principle of dialysis and remove higher molecular weight Toxins only imperfectly from the blood. The patient must go to the clinic for every blood wash. In the meantime the pollutants in the blood are always concentrated to a dangerously high level.
Es besteht deshalb schon seit einiger Zelt das Bestreben1, künstliche Nieren zu entwickeln, die wirksamer, kleiner und billiger sind.There has therefore been an effort 1 for some time to develop artificial kidneys that are more effective, smaller and cheaper.
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Bei einem Gerätt dem "Hollow Fiber Dialyser" dar Dow Chemical Company, U.S.A., wurde versucht, unter Beibehaltung des herkömmlichen Prinzips der Hämodialyse den Dialysator möglichst einfach und billig herzustellen. Das Gerät 1st beschrieben von Lipps, B.J., Steward, R.D., Perkins, H.A., Holmes, G.W.,McLain, E.A. Roles, M.R. und Oja, P.D. unter dem Titel: " The hollow fiber artificial kidney" in Trans.Amer. Soc. Artif. intern. Organs U, 200 (1967).In a device t the "Holofiber Dialyser" from Dow Chemical Company, USA, attempts were made to manufacture the dialyzer as simply and cheaply as possible while maintaining the conventional principle of hemodialysis. The device is described by Lipps, BJ, Steward, RD, Perkins, HA, Holmes, GW, McLain, EA Roles, MR and Oja, PD under the title: "The hollow fiber artificial kidney" in Trans.Amer. Soc. Artif. intern. Organs U, 200 (1967).
Wie bei den bisherigen künstlicheh Nieren können aber auch damit die höhermolekularen Schadstoffe nur unzureichend aus dem Blut entfernt werden.As with the previous artificial kidneys, the higher molecular weight pollutants can only be insufficiently removed from the kidneys Blood to be removed.
Bei einer anderen Arbeitsweise wird das Blut nach dem Prinzip der Diafiltration unter geringem Druck durch eine semipermeable Membran gedrückt. Dabei durchdringen alle Stoffe bis zu einem Molekulargewicht von etwa bis 10000 die Membran, während das Plasma zurückgehalten wird. Damit können zwar höhermolekulare Giftstoffe aus dem Blut entfernt werden, das Verfahren hat aber .den N achteil, daß laufend große Mengen pyrogenfreier Flüssigkeit benötigt werden,um die durch die Diafiltration aus dem Blut entfernte Flüssigkeit zu ersetzen. Das Verfahren wird beschrieben von Henderson et al (Trans.Amer. Soc. Artif. Int. Organs 13, 216 (1967); Bixler et al (The Amer. Soc. of Artif. Organs 9, 99 (1968); und Hamilton et al (Trans. Amer. Soc.Artif. Organs 17 259 (1971).Another way of working is to use the principle of diafiltration under low pressure to pass the blood through a semipermeable Membrane pressed. All substances with a molecular weight of up to about 10,000 penetrate the membrane, while the Plasma is retained. This allows higher molecular weight Toxins are removed from the blood, but the process has the disadvantage that large amounts of pyrogen-free liquid are constantly being used are required to be removed by the diafiltration from the Blood to replace fluid removed. The method is described by Henderson et al (Trans. America. Soc. Artif. Int. Organs 13: 216 (1967); Bixler et al (The Amer. Soc. Of Artif. Organs 9, 99 (1968); and Hamilton et al (Trans. Amer. Soc. Artif. Organs 17 259 (1971).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine künstliche Niere zu schaffen, die die Schadstoffe aus dem Blut besonders wirksam und vollständig entfernt, und die zudem billig herzustellen und vom Patienten selbst einfach zu bedienen ist. Das Gerät soll ferner so kompakt und leicht sein, daß der Patient es ständig mit sich führen kann.The present invention is based on the object, a To create an artificial kidney which removes harmful substances from the blood particularly effectively and completely, and which is also cheap and is easy to use by the patient himself. The device should also be so compact and light that the patient can carry it with you at all times.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei dem neuen Gerät, bei dem eine Diafiltrations-Einheit mit einer Gegenosmose-Einheit kombiniert ist, die semipermeabien Membranen dieser Einheiten in Form von Kapillaren ausgebildet sind,This object is achieved according to the invention in that in the new device in which a diafiltration unit with a Counter-osmosis unit is combined, the semi-permeable membranes these units are designed in the form of capillaries,
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die einen asymmetrischen Aufbau in der Form haben, daß sich Ihrewhich have an asymmetrical structure in the form that your
semipermeable dichte Schicht an der Innenseite der Kapillarensemi-permeable, dense layer on the inside of the capillaries
befindet und daß die Außenseite eine poröse Struktur hat, die als Stützmaterial dient.and that the outside has a porous structure that serves as a support material.
Die asymmetrischen Membrankapillaren werden aus geeigneten sterilisierbaren Polymeren hergestellt, wie sie auch für die her kömmlichen Membranen verwendet werden, z.B. aus Celluloseestern, wie Celluloseacetat, oder aliphatischen oder aromatischen Polyamiden oder Polyimiden. Besonders gut eignen sich asymmetrische Membrankapillaren aus sterilisierbaren Polyamiden und Polyimiden.The asymmetrical membrane capillaries are made of suitable sterilizable Polymers produced in the same way as for conventional ones Membranes can be used, e.g. made of cellulose esters, such as cellulose acetate, or aliphatic or aromatic polyamides or polyimides. Asymmetrical membrane capillaries made of sterilizable polyamides and polyimides are particularly suitable.
Als asymmetrische Membrankapillaren für die Diafiltrations-Einheit werden zweckmäßig Porenmembranen mit einer molekularen Trenn grenze von etwa 15000 verwendet, während die asymmetrischen Kapillarmembranen für die Gegenosmose-Einheit vorteihaft Membranen mit einem Rückhaitevermö'gen für Harnstoff von etwa 90% sind. Diese Membrankapillaren bewirken eine fast quantitative Trennung von Harnstoff und Wasser. Sie können, ebenso wie die Membrankapillaren für die Diafiltrations-Einheit, als Kapillaren von etwa 0,08 cm Durchmesser ausgebildet sein.As asymmetrical membrane capillaries for the diafiltration unit pore membranes with a molecular separation limit of about 15,000 are expediently used, while the asymmetrical Capillary membranes for the counter-osmosis unit advantageous membranes with a retention capacity for urea of about 90%. These membrane capillaries cause an almost quantitative separation of urea and water. Like the membrane capillaries for the diafiltration unit, they can be used as capillaries from about 0.08 cm in diameter.
Asymmetrische Membranen in Form von Kapillaren und deren Herstellung sind in der Patentanmeldung der Anmelderin P 22 36 226.1 beschrieben.Asymmetrical membranes in the form of capillaries and their manufacture are described in the applicant's patent application P 22 36 226.1.
Die Kapillaren werden für die Verwendung in der Diafiltrations-Einheit und der Gegenosmose-Einheit zu Bündeln von mehreren Tausend in einer Filtrationseinheit zusammengefaßt. Bei einer Blutmenge von etwa 25 Litern pro Tag wird eine Membranfläche von et-The capillaries are for use in the diafiltration unit and the counter-osmosis unit are combined into bundles of several thousand in one filtration unit. With a lot of blood of about 25 liters per day, a membrane area of about
wa 5000 cm benötigt. Diese Fläche ergibt eine Diafiltrations-Einheit mit einem Volumen von etwa 0,5 Liter. Dasselbe Volumen nimmt auch die Gegenosmose-Einheit ein. Rechnet man die für das Gerät erforderlichen Pumpen, Monitorsysteme und Durchflußmesser hinzu, die einen Raumbedarf von vielleicht 2 Litern haben, so ergibt sich für die künstliche Niere gemäß der Erfindung ein Gesamtraum von etwa 3 Litern.wa 5000 cm needed. This area gives a diafiltration unit with a volume of about 0.5 liters. The counter-osmosis unit also occupies the same volume. If you count them for that Pump, monitor systems and flow meters required for the device, which take up perhaps 2 liters of space, like this there is a total space of about 3 liters for the artificial kidney according to the invention.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination von Diafiltration und Gegenosmose unter Verwendung von asymmetrischen Membranen in Form von Bündeln von Kapillaren ist es nunmehr möglich geworden, eine künstliche Niere in einer so kompakten und leichten Bauweise preiswert herzustellen, daß, abgesehen von besonders schweren Fällen, eine stationäre Hämodialyse nicht mehr erfor-11ch ist. Der Patient kann die Blutreinigung zu Hause oder sogar am Arbeitsplatz ausführen. Ein weitgehend kontinuierlicher Betrieb verhindert eine schädliche Konzentration der Giftstoffe in den Behandlungszwischenräumen. Vor allem werden durch den verhältnismäßig geringen Anschaffungspreis und die unkomplizierte Handhabung des Geräts die Kosten für die laufende Behandlung erheblich verringert.The inventive combination of diafiltration and Counter-osmosis using asymmetrical membranes in the form of bundles of capillaries has now made it possible to manufacture an artificial kidney inexpensively in such a compact and lightweight construction that apart from special In severe cases, in-patient hemodialysis is no longer necessary is. The patient can do the blood purification at home or even perform in the workplace. A largely continuous operation prevents a harmful concentration of toxins in the treatment spaces. Above all, the The relatively low purchase price and the uncomplicated handling of the device reduce the costs for ongoing treatment considerably reduced.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden schematischen Zeichnung, der Konstruktion und der Arbeitsweise der künstlichen Niere näher erläutert:In the following the invention is illustrated by means of a schematic drawing showing an embodiment, the construction and how the artificial kidney works:
Das zu reinigende Blut aus dem Kreislauf wird über eine Dosierpumpe 1 der Diafiltrations-Einheit2 zugeführt, deren Membrankapillaren als Porenmembranen mit einer wirksamen Gesamtfläche The blood to be cleaned is taken from the circulation via a dosing pump 1 of the diafiltration unit 2, the membrane capillaries of which are pore membranes with an effective total area
von etwa 500 cm und einer molekularen Trenngrenze von etwa 15000 ausgebildet sind. Das Filtrat, welches alle Schadstoffe, gelöste Salze und Wasser enthält, wird mittels einer Hochdruckpumpe 3 zur Gegenosmose- Einheit 4 befördert, deren Membran-of about 500 cm and a molecular separation limit of about 15,000 are trained. The filtrate, which contains all pollutants, dissolved salts and water, is pumped out by means of a high pressure pump 3 conveyed to the counter-osmosis unit 4, the membrane of which
/ von ο/ from ο
kapillaren mit einer wirksamen Gesamtfläche 5000 cm als Membranen mit einem Rückhaltevermögen für Harnstoff von etwa 90% ausgebildet und so eingestellt sind, daß sie praktisch alle gelösten Stoffe aus dem Filtrat entfernen, die dann als Urin über ein Ventil 5 in einen Behälter 6 abgeführt werden. Das Konzentrat aus der Diafiltrationseinheit 2 wird über den Durchflußmesser 7 und das Regelventil 8 unter Zuführung einer physiologischen Salzlösung aus dem Behälter 9 mittels einer Dosierpumpe 10 mit dem aus der Gegenosmose-Einheit 4 über Durchflußmesser 11 und Regelventil 12 kommenden Filtrat an der Stelle vereinigt, und die vereinigten Filtrate werden dann über den Blasenfänger 1.4 in den Blutkreislauf zurückgeführt.capillaries with an effective total area of 5000 cm as membranes are designed with a retention capacity for urea of about 90% and are adjusted so that they are practically all dissolved Remove substances from the filtrate, which are then discharged as urine via a valve 5 into a container 6. The concentrate from the diafiltration unit 2 is via the flow meter 7 and the control valve 8 with the supply of a physiological salt solution from the container 9 by means of a metering pump 10 with that from the counter osmosis unit 4 via flow meter 11 and control valve 12 combined filtrate at the point, and the combined filtrates are then via the Bubble catcher 1.4 returned to the bloodstream.
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w 5 -w 5 -
Das Bezugszeichen 15 stellt schematisch die zentrale Steuervorrichtung dar, und die gestrichelten Linien stehen für die Stromzuleitungen zu den einzelnen elektrisch gesteuerten und angetiebenden Vorrichtungen.The reference number 15 schematically represents the central control device and the dashed lines stand for the power supply lines to the individual electrically controlled and driven ones Devices.
Die vorstehend beschriebene Konstruktion einer erfindungsgemäßen tragbaren künstlichen Niere stellt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dar. Im Rahmen der Erfindung können auch andere geeignete Maße der Membranflächen für die Ausgestaltung der Diafiltrations-Einheit und der Gegenosmose-Einheit verwendet werden.The above-described construction of a portable artificial kidney according to the invention represents a possible embodiment of the invention. In the context of the invention, other suitable dimensions of the membrane surfaces for the design the diafiltration unit and the counterosmosis unit be used.
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