DE2455917A1 - Ausserhalb des koerpers gelegener und mit einem blutdialysator verbundener blutkreislauf - Google Patents

Ausserhalb des koerpers gelegener und mit einem blutdialysator verbundener blutkreislauf

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Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.
PATENTANWÄLTE
TELEFON: SAMMEL-NR. 2253 41
TELEX 529979 . 8 MÜNCHENS,
TELEGRAMME: ZUMPAT BRÄUHAUSSTRASSE 4
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KTO.-NR. 397997, BLZ 700 306 CK)
Case SC.4347/4454
RHONE-POULENC S.A. / Paris,. Frankreich
Außerhalb des Körpers gelegener und mit einem Blutdialysator verbundener Blutkreislauf
Die Erfindung betrifft eine. Verbesserung an außerhalb des Körpers gelegenen Blutkreisläufen für die Versorgung eines Blutdialysators ausgehend von einer einzigen Nadel, die abwechselnd von dem zu reinigenden Blut und vom gereinigten Blut durchflossen wird.
Ein derartiger Kreislauf wird im einzelnen beschrieben im Artikel "Single needle dialysis" von K.F. Kopp, G.F. Guth und W.J. Koff, Vol. XVIII, Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs 1972. Er benötigt die Verwendung von Druckgebern, die mit einem Monitor verbunden sind, der besonders ausgelegt ist zum Steuern des abwechselnden Schließens von Zufuhr- und Ablaßleitungen für Blut am Blutdialysator. Diese Druckgeber sind empfindliche Organe, die den Betrieb einer verhältnismäßig komplexen und kostspieligen Apparatur erfordern.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt einen außerhalb des Körpers gelegenen Blutkreis für die Versorgung eines Blutdialysators ausgehend von einer einzigen einfachen sicheren und billigen Nadel, der insbesondere keine Anwendung von Druckgebern benötigt. Die
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vorliegende Erfindung beabsichtigt ebenfalls eine merkliche Verminderung des Rezirkulationsdurchsa.tzes des Bluts im Innern des Blutdialysators.
Gegenstand der Erfindung ist ein außerhalb des Körpers gelegener und mit einem Blutdialysator verbundener Blutkreislauf mit einer hohlen Nadel, die in das Innere eines Gefäßes eines Patienten eingeführt werden kann, mit einem Y-förmigen Anschluß, der einerseits mit der Nadel und andererseits mit dem Blutdialysator verbunden ist, mit einer ersten Abzweigung des Y, die über eine Ansaugleitung mit dem Einlaß des Blutdialysators verbunden ist, mit einer Pumpe von geringfügig hämolysierender Bauart, mit einem ersten Abschnitt einer Förderleitung, mit einer zweiten Abzweigung des Y, die über eine Ablaßleitung mit dem Einlaß des Blutdialysators verbunden ist, mit einer Blasenfalle, die den zweiten Abschnitt der Förderleitung bildet, und mit einer die Leitungen intermittierend verschließenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe und/oder die zur Pumpe führende Ansaugleitung für Blut sowie der Blutdialysator und/oder die Förderleitung mit ihrem eventuellen Zubehör dem Blut ein veränderliches Innenvolumen zur Verfügung stellen, das auf die Veränderungen der auf deren Wände ausgeübten Druckdifferenz anspricht, und daß in Verbindung hiermit die Vorrichtung zum intermittierenden Verschließen der Leitungen mit einer Einrichtung verbunden ist, die die Vorrichtung mit einer vorgegebenen Frequenz zyklisch antreibt.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Anordnung des Kreislaufs;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Verschlußvorrichtung der Leitungen;
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Fig. 3 eine Seitenansicht einer AusführungsVariante einer derartigen Vorrichtung.
Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Blutkreislauf enthält eine hohle Nadel 1 bekannter Bauart für die Entnahme von Blut aus einem Gefäß eines Patienten, z.B. einer Vene des Unterarms. Die Nadel 1 ist über einen Leitungsabschnitt 2 geringer Länge (einige Zentimeter) an einen Y-förmigen Anschluß 3 bekannter Bauart angeschlossen. Jede der beiden Abzweigungen des Y ist an eine intermittierende Verschlußvorrichtung 4 von glßidbrartigen parallel angeordneten Leitungen für die Zufuhr und den Ablaß von Blut in den Blutdialysator angeschlossen.
Die Zufuhrleitung erstreckt sich vom Y-förmigen Anschluß am Einlaß des Blutdialysators 5 beiderseits von der Pumpe 6, die von geringfügig hämolysierender Bauart ist. Diese Leitung besteht aus einer Ansaugleitung, die sich vom Y-förmigen Anschluß zur Pumpe 6 erstreckt, und aus einem ersten Förderleitungsabschnitt, der sich von der Pumpe 6 zum Blutdialysator 5 erstreckt. Die Ablaßleitung, die euch den zweiten Förderleitungsabschnitt bildet, erstreckt sich vom Auslaß des Blutdialysators 5 zum Y-förmigen Anschluß und enthält insbesondere eine Blasenfalle 7 bekannter Bauart. Die Pumpe 6 und die intermittierende Verschlußvorrichtung der Zufuhr- und Ablaßleitungen sind durch bekannte Einrichtungen (Untersetzungsgetriebe oder stufenlos veränderliche Getriebe, Kupplungshülsen usw.) mit an sich bekannten nicht dargestellten Antriebsorganen verbunden und werden mit im allgemeinen konstanten Drehzahlen, die feststehen oder regelbar sind, angetrieben. Der Zirkulationssinn des Bluts ist durch Pfeile angegeben.
Der Betrieb dieses Kreislaufs erfolgt in der folgenden Weise. Es wird Blut durch die Nadel 1 dem Patienten entnommen und durch die Pumpe 6 in den Blutdialysator 5 geschickt, wo es gereinigt wird. Nach dem Durchlaufen der Blasenfalle 7, wo es gegebenenfalls entgast wird, wird es durch die Nadel, die zu seiner Entnahme gedient hat, dem Patienten wieder eingespritzt. Zu diesem
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Zweck verschließt die Vorrichtung 4 im wesentlichen abwechselnd die Zufuhr- und Ablaßleitungen des Bluts am Blutdialysator.
Gemäß dem bisherigen Vorgehen wird der Einlaß von Blut in den Blutdialysator durch Verschließen der Zufuhrleitung beendet, sobald der Blutdruck den maximalen Wert erreicht, der für die Förderung der Pumpe 6 zugelassen ist, was eine veränderliche Zeit erfordert. Ein Teil des gereinigten Bluts wird dann während eines vorgegebenen Zeitintervalls abgelassen. Anschließend daran beginnt der Zyklus von neuem.
Gemäß der Erfindung wird die Frequenz des gesamten aufeinanderfolgend aus der Zufuhr und danach dem Ablaß, von Blut in den Blutdialysator bestehenden Zyklus vorgegeben, und zwar unabhängig von dem im Kreislauf herrschenden Blutdruck. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß unter den im folgenden genauer angegebenen Bedingungen die Blutdruckveränderungen innerhalb der Pumpe, des Blutdialysators, der Verbindungsleitungen und gegebenenfalls ihres Zubehörs in diesen Organen Volumenänderungen erzeugen, die sie dem Blut zur Verfügung stellen. Diese Volumenänderungen begrenzen ihrerseits die Blutdruckerhöhung auf eine tatsächlich annehmbare Höhe, die nämlich praktisch jede Bruchgefahr von in Berührung mit Blut stehenden dort von Membranen gebildeten Wänden beseitigt.
Die zu berücksichtigenden Bedingungen betreffen die Fähigkeit wenigstens eines der genannten Organe, sich umkehrbar und im allgemeinen (und vorzugsweise) elastisch zu verformen, um in Abhängigkeit von einer Veränderung des Blutdrucks dem Blut ein veränderliches Innenvolumen zur Verfügung zu stellen. Dieses veränderliche Volumen kann einen maximal zulässigen Wert erreichen, der wenigstens gleich dem bei jedem Zyklus geförderten Blutvolumen ist.
Somit weist die Pumpe 6 vorzugsweise einen Körper auf, bestehend aus einem biegsamen Rohr, das dem Blut (zwisehen zwei Rollen oder
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zwischen zwei Ventilen) ein veränderliches Innenvolumen zur Verfügung stellt, das auf die auf dessen Wände ausgeübten Druckveränderungen anspricht. Es ist festzustellen, daß sich der Durchsatz unabhängig von der Äntriebsdrehzahl einer derartigen Pumpe bis zu Null vermindert, entweder wenn der Druck am Auslaß der Pumpe zunimmt oder wenn der Druck am Einlaß der Pumpe abnimmt.
Die für einen außerhalb des Körpers gelegenen Blutkreislauf verwendeten Pumpen besitzen nicht unbedingt derartige Eigenschaften. Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung können als Pumpe vor-
die zugsweise verwendet werden: entweder/in den franz. PS 1 529 und 2 063 677 beschriebene Schlauchpumpen oder eine rohrförmige Membran und Ventile aufweisende Membranpumpen (auch Balg- oder Ventrikelpumpen genannt) mit einem automatischen oder vorzugsweise gesteuerten Einlaßventil und einem gesteuerten Auslaßventil, das von der gleichen Bauart wie das Einlaßventil sein kann, z.B. die Pumpen gemäß der franz. PS 72 07863. Bekanntlich ist der Druck des sich bewegenden Fluids derartiger Pumpen leicht zu regeln, und zwar ihr Förderdruck und ihr Ansaugunterdruck. Bei den Balgpumpen spricht das dem Blut zur Verfügung gestellte Innenvolumen auf die Druckdifferenz an, die auf die Wand des Rohrs ausgeübt wird. Der Differenzdruck ergibt sich aus den Drücken, die in jedem Augenblick innen und außen auf das Rohr ausgeübt werden.
Die Pumpe der bevorzugten Bauart gestattet der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein sehr sicheres Arbeiten, da sie automatisch jedes Versagen vermeidet, z.B. für den Fall, daß sich die Nadel 1 zusetzt oder auch die Vorrichtung 4 zum intermittierenden Verschließen versperrt bleibt, wobei die Auslaßleitung geschlossen bleibt.
Es kann auch eine geringfügig hämolysierende Pumpe jeder bekannten Bauart verwendet werden, z.B. (vorzugsweise oder nicht) eine Balgpumpe in Vereinigung mit einer Ansaugleitung für Blut und einer Förderleitung für Blut durch den Blutdialysator, die dem Blut.
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vorzugsweise elastisch veränderliche Innenvolumen zur Verfügung stellen, die auf die Veränderungen des auf deren Wände ausgeübten Differenzdrucks ansprechen.
Diese Leitungen bestehen im allgemeinen aus biegsamen Rohren, die im Ruhezustand einen kreisförmigen, elliptischen oder spindelförmigen Querschnitt haben können. Wenn ein biegsames Rohr im Ruhezustand dem Blut einen kreisförmigen Durchtrittsquerschnitt zur Verfügung stellt, vergrößert es durch elastische Verlängerung der Wand seinen Durchmesser, d.h. durch Dehnung des Rohrs, und kehrt zu seiner Ausgangsabmessung zurück, wenn der Innendruck verschwindet. Wenn der Rohrguerschnitt im Ruhezustand nicht kreisförmig ist, kann er sich auch unter der Wirkung eines Unterdrucks (stromauf der Pumpe 6) sowie eines inneren Unterdrucks (stromab der Pumpe 6) durch Biegung der Rohrwände verändern. Es werden vorzugsweise Rohre verwendet, die ihren Querschnitt durch Biegung der Wand verändern, da sie eine große Volumenveränderung bei einer geringen Druckveränderung zulassen. Unter diesen letzteren Rohren werden diejenigen bevorzugt, die ihren Querschnitt durch elastische Biegung ihrer Wand verändern. In der Praxis eignen sich die für gewöhnlich bei einem außerhalb des Körpers gelegenen Kreislauf verwendeten Rohre, z.B. aus Silikonelastomeren, offensichtlich in dem Maß gut, in dem sie die erforderliche Fähigkeit aufweisen, ihr Innenvolumen in Abhängigkeit vom Druck zu verändern .
In Verbindung mit einer Pumpe der bekannten Bauart oder einer Ansaugleitung, deren Innenvolumen auf die Druckveränderungen anspricht, können ebenfalls Blutdialysatoren verwendet v/erden, die ihrerseits dem Blut ein veränderliches Volumen zur Verfügung stellen, das auf die auf ihre Wände ausgeübten Druckdifferenzen anspricht. Praktisch besitzt der größte Teil der bekannten Blutdialysatoren eine derartige Eigenschaft.
Natürlich können die bekannten Elemente untereinander kombiniert werden. Falls gewünscht, kann überdies an der Zufuhrleitung ein Zubehör angeschlossen werden, etwa nicht dargestellte weiche
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Taschen mit elastischen Wänden, die einerseits plötzliche Blutdruckänderungen dämpfen und andererseits die Aufnahmefähigkeit dieser Leitung gemäß dem Veränderungsschema des dem Blut zur
Verfügung gestellten Volumens vergrößern können.
Die Fig. 2 stellt eine Ausführungsfonn einer mit intermittierendem Verschluß arbeitenden Vorrichtung zweier Leitungen dar, die den Patienten mit dem Blutdialysator verbinden.
Diese Vorrichtung enthält zwei im wesentlichen parallele biegsame Rohre 8 und 9, die an zwei gegenüberliegenden Auflagebereichen 11 und 12 von einer Tragplatte 10 unterstützt werden. Zwischen den beiden Rohren steuert ein mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit (festgelegt oder regelbar) durch irgendeine nicht dargestellte Einrichtung angetriebener Nocken 13 zwei symmetrische Schwingarme 14 und 15. Diese Schwingarme können an einem Ende um Achsen 16 und 17 schwenken. Sie tragen Rollen 18 und 19, die sich in Berührung mit dem Nocken drehen und sie gegen, die Rohre 8 und 9 gedrückt halten. Jeder Schwingarm hat an seinem freien Ende eine vorspringende und abgerundete Form, die ihm
in Höhe der gegenüberliegenden Auflagebereiche 11 und 12 ein
Eintauchen in die biegsamen Rohre 8 und 9 gestattet bis diese ganz verschlossen werden, und zwar ohne sie zu zerstören oder das Blut zu hämolisieren. Die Schwingarme sind vorteilhaft
elastisch und bestehen aus Blattfedern, damit unabhängig von
ihren Herstellungstoleranzen ein zufriedenstellender Verschluß der Rohre 8 und 9 erzielt wird.
Der Nocken 13 wirkt so auf die Schwingarme 14 und 15 ein, daß sie die biegsamen Rohre 8 und 9 im wesentlichen abwechselnd verschließen. Wenn die Vorrichtung 4 die Leitung "für gereinigtes Blut verschließt, ist offensichtlich die Zeit, in der die Pumpe 6 Blut in den Blutdialysator 5 fördert, begrenzt. Tatsächlich ist das von der Pumpe während dieser Zeit geförderte Blutvolumen kleiner oder höchstens, gleich der maximal zulässigen Veränderung des Innenvolumens der verschiedenen Organe des Förderkreislaufs der Pumpe, deren Wände auf die Druckveränderungen ansprechen.
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Ebenfalls ist die Zeit, während der das gereinigte Blut strömt, begrenzt, um zu vermeiden, daß das Blut einem zu hohen Unterdruck im Ansaugkreislauf der Pumpe ausgesetzt wird. Man gelangt auch dazu, für die Verschlußeinrichtung 4 einen zyklischen Betrieb zu wählen, dessen Frequenz im allgemeinen zwischen 10 und 50 Zyklen je Minute, vorzugsweise zwischen 20 und 40 Zyklen je Minute, liegt. Die Zykluszeit ist umso länger, je weicher die Bestandteile des Kreislaufs (Pumpe, Leitungen, Blutdialysator, Blasenfalle usw.) sind und unter der Wirkung einer Druckveränderung eine Vergrößerung und/oder Verkleinerung des Volumens aufnehmen. Diese Zeit ist im entgegengesetzten Fall offensichtlich kürzer. Die Zeit, in der der Blutdialysator mit zu reinigendem Blut versorgt wird, ist im wesentlichen gleich derjenigen, in der das gereinigte Blut abgelassen wird.
Das Profil des Nockens 13 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, vorzugsweise dazu bestimmt, während eines kurzen Augenblicks ein gleichzeitiges Verschließen beider Rohre zuzulassen. Dank dieser besonderen Auslegung wird die Rezirkulation von bereits gereinigtem Blut in den Blutdialysator beträchtlich vermindert, da lediglich das in dem ein sehr geringes Volumen aufweisenden gemeinsamen Leitungsabschnitt 2 enthaltene Volumen rezirkuliert werden kann.
Tatsächlich v/erden gemäß dem bisherigen Vorgehen die beiden Leitungen nicht gleichzeitig ganz geschlossen und wird auch während der Schließ- oder Öffnungsdauer der Leitungen bei jedem Zyklus ein Bruchteil von gereinigtem Blut von der Pumpe'6 angesaugt und unmittelbar zum Blutdialysator zurückgefördert. Daraus ergibt sich ein Absinken der Leistungsfähigkeit des Blutdialysators, die nur durch eine Verlängerung der Behandlungszeit ausgeglichen wird. Diese Verlängerung kann 20 bis 30 % oder sogar mehr von der Behandlungszeit erreichen, die mit zwei gesonderten Nadeln erzielt wird, wobei überdies alle übrigen Bedingungen gleich sind.
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_ Q —
Die vorliegende Erfindung gestattet der Technik der Blutdialyse mit einer einzigen Nadel die Beibehaltung aller ihrer Vorteile und bringt praktisch alle' ihre Hauptnachteile zum Verschwinden.
Das folgende Beispiel unterstreicht die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Kreislaufs.
Beispiel: '
Es wird ein außerhalb des Körpers gelegener Kreislauf mit den folgenden Elementen verwendet:
Eine Nadel mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einer Länge von 30 mm.
Einen Y-förmigen Anschluß, dessen Abzweigungen einen Innendurchmesser von 4 mm und eine Länge von 10 mm haben.
Eine Drehschlaüchpumpe mit drei Rollen, die ein Rohr aus Silikonelastomer mit einem Durchmesser von 10 bis 14 mm gemäß einem fiktiven Durchmesser von 114 mm zusammendrücken. Diese Pumpe ist von der in der franz. PS 2 063 677 beschriebenen Bauart.
Ein von der Abteilung Genie Medical de RHONE-POULENC vertriebener Biutdialysator der Bauart RP n° 5. Dieser enthält 30
Membranen mit einer nutzbaren Einheitsfläche von 370.cm .
Eine von einem Röhr aus Silikonelastomer gebildete Blasenfalle mit einem Volumen von 20 cm .
Eine Nockenvorrichtung von etwa der in Fig. 2 gezeigten Art.
Verbindungsleitungen aus Silikonelastorner mit einem Durchmesser von 5 bis 8 mm. '
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Mit dieser Apparatur wird eine Blutdialysebehandlung mit einer einzigen Nadel durchgeführt. Zu diesem Zweck wird nach dem Anschließen des Patienten an den auf diese Weise gebildeten Kreislauf die Pumpe mit einer konstanten Drehzahl von 20 U/min und der Nocken mit einer Drehzahl von 30 U/min angetrieben. Der den Blutdialysator durchlaufende Durchsatz beträgt 200 ml/min, während der rezirkulierte Blutdurchsatz lediglich 10 ml/min beträgt.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die einzigen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle im Bereich des Fachmanns liegende Ausführungsvarianten. Z.B. kann die intermittierend arbeitende Verschlußeinrxchtung 4 anstatt eines Nockens einen Exzenter aufweisen oder auch jegliche Kombination äquivalenter Mittel, z.B. ein mit Kurbel und Schubstange arbeitendes System, das die Anordnung der beiden biegsamen Rohre antreibt, vgl. Fig. 3.
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Claims (8)

  1. - li -
    Patentansprüche
    Außerhalb des Körpers gelegener und mit einem Blutdialysator verbundener Blutkreislauf mit einer hohlen Nadel, die in das Innere eines Gefäßes eines Patienten eingeführt werden kann, mit einem Y-förmigen Anschluß, der einerseits mit der Nadel und andererseits mit dem Blutdialysator verbunden ist, mit einer ersten Abzweigung des Y, die über eine Ansaugleitung mit dem Einlaß des Blutdialysators verbunden ist, mit einer Pumpe von geringfügig hämoIysierender Bauart, mit einem ersten Abschnitt einer Förderleitung, mit einer zweiten Abzweigung des Y, die über eine Ablaßleitung mit dem Auslaß des Blutdialysators verbunden ist, mit einer Blasenfalle, die den zweiten Abschnitt der Förderleitung bildet, und mit einer die Leitungen intermittierend verschließenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe und/oder die zur Pumpe führende Ansaugleitung für Blut -sowie der Blutdialysator und/oder die Förderleitung mit ihrem eventuellen Zubehör dem Blut ein veränderliches Innenvolumen zur Verfügung stellen, das auf die Veränderungen der auf deren Wände ausgeübten Druckdifferenz anspricht, und daß in Verbindung hiermit die Vorrichtung zum intermittierenden Verschließen der Leitungen mit einer Einrichtung verbunden ist, die die Vorrichtung mit einer vorgegebenen Frequenz zyklisch antreibt.
  2. 2. Blutkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe und/oder die Ansaugleitung für Blut an der Pumpe sowie der Blutdialysator und/oder die Förderleitung mit ihrem Zubehör gegebenenfalls elastische Wände haben.
  3. 3. Blutkreislauf nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Schlauchpumpe mit sich drehenden Rollen ist, bei der das Rohr sich nicht auf einem Stator abstützt.
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  4. 4. Blutkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitungen intermittierend verschließende Vorrichtung mit einer Einrichtung verbunden ist, die sie zyklisch mit einer Frequenz von 10 bis 50 Zyklen je Minute antreibt.
  5. 5. Blutkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitungen verschließende Vorrichtung im Verlauf eines Zyklus die beiden Leitungen während eines Augenblicks gleichzeitig verschließt.
  6. 6. Blutkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitungen verschließende Vorrichtung von einem Nocken gesteuert wird.
  7. 7. Blutkreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß de2
    Nocken symmetrische Schwinghebel steuert, von denen jeder eine abgerundete Form hat, die ihm ein Verschließen der biegsamen Leitungen gegen eine feststehende Abstützung gestattet.
  8. 8. Blutkreislauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinghebel elastisch sind.
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