DE2512212A1

DE2512212A1 - Verfahren zur entfernung eines giftstoffes aus der dialysefluessigkeit eines umlauf-dialysesystems

Info

Publication number: DE2512212A1
Application number: DE19752512212
Authority: DE
Inventors: Sten Andersson; Ingmar Grenthe; Ernst Dr Phil Jonsson; Lars Naucler
Original assignee: Gambro AG
Current assignee: Gambro AG
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-20
Publication date: 1975-09-25
Also published as: FR2264586B3; SE7403799L; FR2264586A1; GB1484642A; JPS50140377A

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. WERNER FREISCHEM

dipping. ILSE FREISCHEM

5000 KÖLN 1 HEUMARKT 14 TELEFON: (02 21) 23 58 68

G 79 Pa^ 75/1
18. März 1975

GAMBRO AG

Himmelrich 11 BAAR, Zug

Schweiz

Verfahren zur Entfernung eines Giftstoffes
aus der Dialyseflüssigkeit eines Umlauf-Dialysesystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung zumindest
eines Giftstoffes, insbesondere von Harnstoff, aus der Dialyseflüssigkeit in einem Umlauf-Dialysesystem, wobei der Giftstoff
aus in einem Ionenaustauscher austauschbaren Ionen besteht oder in solche umgewandelt wird.

Harnstoff ist das Haupt-Endprodukt bei dem während des Stoffwechsels erfolgenden Abbau von Proteinen. Harnstoff hat ein

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hohes Diffusionsvermögen und existiert im Körper regelmäßig verteilt zwischen dem Blutplasma und den Gewebeflüssigkeiten. Htrn-
; stoff hat im Körper keine Funktion und wird deshalb ausgeschieden^ ! und zwar hauptsächlich über die Nieren. Bei herabgesetzter Nie-

I renfunktion ergibt sich ein Ansteigen der Harnstoffkonzentration

ι ! I im Körper. Ein solches Ansteigen findet bei verschiedenen

i ι

i pathologischen Zuständen statt und ist das Ergebnis eines ver- ',

! größerten Proteinstoffwechsel und/oder einer beeinträchtigten ;

oder fehlerhaften Nierenfunktion. Das Maß an Azotämie (Stick- j

: Stoffanreicherung) hängt von der Proteinzufuhr zum Körper und :

von der Art und dem Ausmaß der Nierenschädigung ab. Eine be- \

i hinderte Nierenfunktion (Urämie) ist ein Vergiftungszustand, ;

j der sich überaus übel äußern kann. Die geeignetste Therapie ;

ist meistens eine Transplantation der geschädigten Niere. Es ;

ist eine Dialysebehandlung entwickelt worden, um eine Behandlung !

in denjenigen Fällen zu ermöglichen, bei denen aus medizinischen _;

_: i

; Gründen eine Transplantation nicht möglich ist, oder wenn ein '■

geeignetes Nierentransplantat fehlt. In der Regel dauert eine ;

Dialysebehandlung etwa 8-10 Stunden und erfordert ein großes ^;

; Volumen an Dialyselösung, im allgemeinen 300 bis 400 Liter. ■■

I !

■ Der Prozeß ist technisch kompliziert und erfordert eine auf- i

! i

wendige und teuere automatische Maschine. !

j Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um das Volumen

i der Dialyseflüssigkeit herabsetzen zu können und um den Dialyse-
!
prozeß einfacher und weniger kostenaufwendig zu gestalten. Bei

einem bekannten Verfahren wird ein geschlossenes Unilaufsystem verwendet, in dem der Harnstoff in kohlensaures Arnnoniak umgewandelt wird, gefolgt von einer Sorption der Ammonium Ionen in

j einer Ionenaustauschsäule, welche Zirkonium-Phosphat enthält.

; Bei einem anderen Verfahren, bei dem ebenfalls eine umlaufende Dialyseflüssigkeit verwendet wird, wird der Harnstoff mit Chlornatron (unterchlorigsaurigem Natron) oxydiert, unter Erzeugung von Wasser, Stickstoff und Kohlendioxid. Ernstliche Nachteile j dieses Verfahrens sind teilweise die hohe Giftigkeit des Chlornatrons und teilweise die mögliche Bildung von Nitraten und Nitriten bei der Oxydation des Harnstoffs. Sowohl die Nitrate als auch die Nitrite sind giftig und können im Körper in krebserzeugende Nitroamine umgewandelt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung zumindest eines Giftstoffes, insbesondere von Harnstoff, aus der Dialyseflüssigkeit in einem Umwälζ-Dialysesystem, wobei der Giftstoff aus in einem Ionenaustauscher austauschbaren Ionen besteht oder in solche umgewandelt wird. Das erfindungsgemaße Verfahren 1st dadurch gekennzeichnet, daß Zeolite, die zu der Gruppe der Blätter-Zeolite (Heulandithe), Mordenithe, Phi 11ipsithe, Chabazite, Natrolithe (Radiolite), Analci^te und/oder der Faujasite-Gruppen und/oder andere Zeolite, die zu keinen der vorstehend aufgezählten Gruppen gehören, als Ionenaustauscher verwendet werden, wobei der Ionenaustauscher einen Trennungskoeffizienten α ^NH4 von zumindest 5 und eine Austauschkapazität

Na

.6O983Ö/O9A3

von mindestens 2 mequiv/g hat und dazu in der Lage ist, selektiv 9 Ammoinium-Ionen zu sorbieren. ;

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Dialysesystem j j verwendet, bei dem eine rezirkulierende (umlaufende) Dialyse- , ί flüssigkeit benutzt wird, die chemisch regeneriert wird. Das '

! Gesamtvolumen der umlaufenden Dialyseflüssigkeit beträgt Vorzugs-: weise etwa 5 Liter. Die Dialyseflüssigkeit wird chemisch
regeneriert in einer solchen geeigneten Art und Weise, daß
sie eine Reihe von Säulen durchläuft, in welchen die Gift-

stoffe entfernt werden.

Die Erfindung wird mehr im einzelnen nach folgend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung beschrieben und erläutert.

Fig. 1 zeigt schematises ein Umwälz-Dialysesystem zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Fig. 2-5 zeigen in Form von Diagrammen die Versuchsergebnisse,

die mit dem in Fig. 1 dargestellten Dialysesystem er- . zielt worden sind. i

In F1g. 1 1st «it 10 eine künstliche Niere bezeichnet, die zusammen mit einem D1alyseflUss1gke1tsbehälter 11 und einer ι Pumpe 12 in ein geschlossenes Umlaufsystem eingeschaltet 1st, j das außerdem die Säulen 13, 14a (14b) und 15 enthält. Die

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erste Säule 13 enthält das Enzym Urease an einen geeigneten Träger gebunden, beispielsweise ein Kiesel- oder Kieselsäure-Gel, oder ein natürliches oder synthetisches Zeolite.Urease wird verwendet, um den Harnstoff in kohlensaures Ammoniak umzuwandeln entsprechend der nachfolgenden stöchiometrischen Formel:

(H₂N)₂ CO + 2H₂O > (NH₄J₂ CO₃

Die hydrolitisehe Umwandlung von Harnstoff in kohlensaures Ammoniak ist bereits aus der chemischen Literatur bekannt. Kohlensaures Ammoniak ist in der DialyseflUssigkeit in Form eines Ammonium-Ions und eines Karbonat-Ions enthalten. Die Ammonium-Ionen, die giftig sind, werden in einer zweiten Säule 14a oder 14b entfernt. Diese beiden Säulen 14a und 14b sind miteinander identisch. Der Grund für die Verwendung zweier solcher Säulen ist einfach der, daß eine Säule regeneriert werden kann, während die andere arbeitet, und umgekehrt. Wahlweise kann auch ein System mit Einwegsäulen in diesem Bereich gewählt werden. Eine weitere Alternative ist, daß eine Säule, die regenerierbar ist, in einfacher Ausfertigung vorhanden, jedoch in diesem Bereich des Systems leicht ersetzbar ist. Diese zweite Säule 14a oder 14b enthält eine natürliche oder synthetische Ionenaustauschsubstanz, die dazu geeignet ist, wahlweise die Ammoinium-Ionen aus der Dialyseflüssigkeit zu entfernen. Dieses Merkmal ist wichtig, weil die Dialyseflüssigkeit

jauch andere Elektrolyte enthält, beispielsweise Natrium, Kalium,

!Magnesium und Calcium Chlorid. Eine Voraussetzung bei der

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; Dialyse 1st, daß die Elektrolytkonzentration in der Dialyse-I flüssigkeit verhältnismäßig konstant 1st. Die Konzentrationen

: von Na⁺, K⁺, Mg²⁺ und Ca²⁺ In einer normalen DialyseflUssigkeit ; betragen 135, 1,5, 0,5 und 3,5 mequiv/1, Die maximal zulässigen i prozentualen Schwankungen in diesen Anteilen betragen für : Natrium und Kalium + 302, für Magnesium +■ 4OX und für ■ Calcium + 32. Wenn diese Grenzen überschritten werden, so muß ι die Ionen-Konzentration auf irgendeine Art und Weise auf die : Normalhöhe zurückgeführt werden. Eine dritte Säule 15 enthält : Aktivkohle. In dieser Säule werden Kreatinin und andere organi- : sehe Abbauprodukte entfernt, mit Ausnahme von Harnstoff.

i Die in dem Ionen-Austauscher austauschbaren Ionen bestehen aus ; Wasserstoff-, Natrium-, Kalium- oder Calcium-Ionen oder einer [ Mischung dieser Ionen. Bei dem Sorptionsprozeß werden diesel ; Ionen durch Ammonium-Ionen aus der Dialyseflüssigkeit ersetzt.

i Wenn das austauschbare Ion ein Natrium-Ion ist, so kann dieser Prozeß in der folgenden Weise beschrieben werden:

NaZ + NHt NH_AZ + Na⁺ 4 ^ 4

worin Z die Ionen-Austauschphase bezeichnet. Alle Ionen-Austauscher, die nach der Erfindung verwendet werden, haben eine hohe Selektivität für Ammonium-Ionen.

Wenn ein System mit rezirkulierender Dialyseflüssigkeit verwendbar sein soll, dann ist es wesentlich, daß die durch den

£09839/ 0-9 A 3

; Dialysator (die •künstliche Niere¹) fließende Dialyselösung etwa dieselbe Elektrolytkonzentration und denselben pH-Wert wie das Blut auf der anderen Seite der Dialysemembran hat.

: Die wichtigsten Kationen-Bestandteile 1m Blut sind Natrium-,

j Kalium-* Magnesium- und Calcium-Ionen. Die Konzentrationen

j dieser Ionen müssen so konstant wie nur irgendmöglich gehalten

j werden. Wenn z.B. Natrium-Ionen freigesetzt werden, wenn

j Ammonium-Ionen in Ionen-Austauschern sorbiert werden, so er-

! gibt sich ein Oberschuß an Natrium-Ionen, der auf irgendeine I Art und Heise aus der Dialysefliissigkeit entfernt werden muß.

\ Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß ein Teil davon

j aus dem System herausgelassen und durch eine Lösung ersetzt

] wird, die eine niedrige Konzentration an Natrium-Ionen auf- : weist. Wenn Kalium-, Magnesium- und Calcium-Ionen im Ionen- _; austauscher sorbiert werden, so müssen sie nach jedem Durchgang

i durch das Säulensystem ersetzt werden. Dies kann dadurch er- ; folgen, daß diese Ionen rier verwendeten Lösung zugesetzt werden, < um die Natrium-Ionen-Konzentration herabzusetzen. Dieses Ver-

^: fahren 1st technisch kompliziert und teuer, weil ein automatii
sches System, welches die Konzentrationen der sorbierten Ionen

mißt, benutzt werden muß. Je selektiver das verwendete Ionen-Austauschmaterial arbeitet, umsoweniger kompliziert und teuer 1st das gesamte Umwa*lz-(Rez1rku1at1ons-)System. Die umgewalzte Dialyselösung strömt durch den Dialysator und das Säulensystem zwischen 20 und 30 Mal während einer einzelnen Dialysebehandlung. Die vorstehend geschilderten Nachtelle und Schwierigkeiten können praktisch völlig dadurch ausgeschaltet werden, daß der

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,zu verwendende Ionen-Austauscher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dazu in uer Lage ist, wahlweise Ammonium-Ionen selektiv

NH

zu sorbieren und einen Selektivitäts-Koeffizienten ο 4 von : Na

zumindest 5 und eine Austauschkapazität von mindestens

I2 mequiv/1 hat.

Der Ionen-Austausch unter Verwendung des in Verbindung mit der Erfindung beschriebenen Ionen-Austauschers ist ein reversibler, d.h. also umkehrbarer Vorgang. Dies bedeutet, daß der Ionen-Austauscher regeneriert werden kann, d.h. umgewandelt werden kann von der Ammoniumfora NH*Z zurück in seine Originalform, beispielsweise NaZ. Dies wird verwirklicht dadurch, daß eine konzentrierte Lösung, die eine oder mehrere der Ionen-Formen Natrium, Kalium oder Calcium enthält* durch die Säule laufengelassen wird» Infolgedessen kann das Ionen-Austauschmaterial nach der Dialysebehandlung wieder erneut verwendet werden.

Im folgenden soll ein Oberblick über wichtige Merkmale von

i
Ionen-Austauschermaterialien und der die Ionen-Selektivität der betreffenden Substanzen beeinflussenden Faktoren gegeben werden.

Die charakteristischen Markmale dieser Substanzen können aus j deren Kristallstruktur heraus erklärt werden. Die periodische Reiteration von Atomen in solchen Kristallen basiert auf dreidimensionalen Strukturen von Polyedern (Vielflächernern), Lagen

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von Polyedern oder Ketten von Polyedern. Die Kristallstrukturen sind, im atomischen Maßstab, hohl, und diese Hohlräume bilden , Kanäle, die Durchmesser von ungefähr 2 Angstrom und mehr haben, abhängig von der Struktur und der Zusammensetzung einer

■ bestimmten Substanz. Die hohle Kristallstruktur besteht aus

zwei verschiedenen Systemen von zwei- oder dreidimensionalen, einander kreuzenden Netzwerken von Kanälen. Je nach der Hohl-

■ raumgröße und der Kristallstruktur ist es bei diesen Substanzen

; möglich, daß diese durch die Kanäle hindurch Wasser absorbieren, um als monomolekulare Schichten und selektive Ionen-Austauscher zu arbeiten.

! Zeolite, die eine Struktur der Zusammensetzung (Si, Al)Og haben, sind Substanzen, deren Struktur aus Tetraeder (vierflach) Gruppen zusammengesetzt ist. Die Zeolite können zu den Heulandithen, Mordenithen, Phillipsithen, Chabaziten, Natrolithen, Analcithen und/oder den Faujasite - Gruppen gehören und/oder aus anderen Zeoliten bestehen, die nicht zu den vorstehend angeführten Gruppen gehören. Tatsache 1st, daß alle Zeolite nicht systematisiert sind, beispielsweise bestimmte synthetische Zeolite.

Die chemische Zusammensetzung und die geometrische Struktur eines Ionen-Austauschers beeinflußt seine Chartkteristika als Ionen-Austauscher. Ein Ionen-Austausch ist eine Gleichgewichtsreaktion und die Selektivität für ein Ion eines Ionen-Austauschers, verglichen mit einem anderen, kann beschrieben

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werden durch den Selektivitätskoeffizienten α J , definiert !durch die Gleichgewichtskonstante des Austauschprozesses:

' BZ + A AZ + B

I „a .. (AZ) Lb)

B (BZ) [Aj

iworin fA] und [ß] die Gleichgewichtskonzentrationen der Ionen IA und B in Lösung sind.

(AZ) und (BZ) sind diejenigen Teile des Ionenaustauschers, die in Form A bzw. B sind. Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß, I je größer der Wert des Selektivitätskoeffizienten α£ ist, desto besser der Ionen-Austauscher das Ion A sorbiert. Der Selektivitätskoeffizient allein bestimmt nicht die Wirksamkeit leines Trennvorganges. Andere wichtige Faktoren sind die !Schnelligkeit der Einstellung des Gleichgewichtes, die Gesamt-

Ionen-Austausch-Kapazität und die Ladung des Ionen-Austauschers i
mit dem zu entfernenden Ion.

!Die Ionen-Austauschkapazität wird gewöhnlich in Form von

Milliäquivalenten von austauschbaren Ionen pro Gramm Ionen-Austauscher ausgedrückt. Eine große Ionen-Austauschkapazität !verbessert die Wirksamkeit eines Trennvorganges.

Die Menge von in dem Ionen-Austauscher sorbierten Ionen A hängt von AZ ab. Dies ist ersichtlich aus der Gleichung, welche

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-11-j α J definiert.

Beispiele

Die Erfindung wird mehr 1m einzelnen anhand der folgenden Beispiele beschrieben.

Die Relation zwischen der Gesamtaustauschkapazität, dem Belastungs- und dem Selektivitätskoeffizienten wird durch das folgende Beispiel aus einem rezirkulierenden Dialysesystem gezeigt.

Beispiel 1

Eine Ionen-Austauschersäule mit dem Ionen-Austauscher in seiner Natriumform wird in einem Umwälz-Dialysesystem verwendet. Die Natrium- und Ammonium-Konzentrationen in der Dialyseflüssigkeit betragen 15OmM bzw. 10 mM. Bestimme die maximale Belastung in dem lonen-Austauscher in (a) dem oberen Teil der Säule und in (b) dem unteren Teil der Säule, wenn die Ammonium-Konzentration (ein) 1 mH in der ausfliessenden Lösung nicht überschreiten soll.

Der Selektivitätskoeffizient o^NH4 1st 20. In der Gleichung

Na

_ * 20; χ » 0.57

i
1st χ die Maximalbelastung, χ wird auf 0,57 kalkuliert, was

bedeutet, daß ein Maximum von 571 der gesamten Austauschkapazität

ausgenutzt werden kann. Ein Ionen-Austauscher, der 43$ Natrium

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und 57% Ammonium enthält, absorbiert bei diesem Beispiel keinerlei weitere Ammonium-Ionen. Die Verwendung eines gemischten Ionen-Austauschers 1st wichtig, um die Sorption von Kalium, Calcium und Magnesium herabzusetzen. Wenn der Selektivitätskoeffizient gering ist, so 1st auch eine niedrige Konzentration von Kalium, Calcium und Magnesium im Ionen-Austauscher ausreichend^ um die Sorption des infragestehenden Ions aus der Lösung zu verhindern. Wenn z.B. ajj-j » 1, dann 1st es ausreichend, daß nur ungefähr 1,5% des Ionen-Austauschers in Magnesiumform 1st, um eine weitere Sorption von Magnesium aus einer Lösung, weiche die Zusammensetzung 150 mM NaCl und 5 mM MgCl₂ hat, zu verhindern.

b. -^ . JL· , 20; y = 0,12 — j. J.-jr

Nicht mehr als 12% der Gesamtkapazität können in dem Teil der Säule benachbart deren Ausgang verwendet werden, um ein Lecken von schädlichen Konzentrationen von Ammonium-Ionen zu verhindern.

Das Beispiel zeigt, daß, je höher die Selektivität eines Ionen- ; Austauschers ist, destomehr wirksam eine bestimmte Menge davon j in einem Trennvorgang benutzt werden kann.

Eine niedrige Kapazität des Ionen-Austauschers kann Immer kompensiert werden durch Verwendung einer größeren Menge des lonen-Austauschers. Jedoch können bei der Anwendung in Verbindung mit der Erfindung Materialien, die eine zu niedrige Kapazität haben, nicht benutzt werden.

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I -13-

I Beispiel 2
ι
Dieses Beispiel bezieht sich auf den Vergleich der Wirksamkeit

; einer Anzahl von natürlichen und synthetischen Ionen-Austauscher-

j Materialien, einschließlich Zirkonium-Phosphat, für eine

I selektive Sorption von Ammonium-Ionen aus wässrigen Lösungen,

j die auch Natrium-, Kalium-, Magnesium- und Calcium-Ionen in

I solchen Mengen enthalten, wie sie in Dialyseflüssigkeiten vor-

handen sind. Die experimentieiien Daten (Tabelle 1) sind in der I Form von Selektivitäts-Koeffizienten a„_a angegeben. Die Gesamt-

i na

Austauschkapazität und eine chemische Charakterisierung der ver-

i
schiedenen Materialien ist ebenfalls angegeben. Die beschrie-

_: benen Substanzen können eine veränderliche Zusammensetzung, innerhalb gewisser Grenzen, aufweisen. Das austauschbare

'. Natrium-Ion kann vollständig oder teilweise ersetzt sein durch eines oder mehrere der Ionen von Kalium, Magnesium oder Calcium. Es können leichte Abweichungen des Verhältnisses zwischen den Mengen der austauschbaren Ionen, Aluminium und Silicon, vorhanden sein, ohne die Charakteristika des Ionen-Austauschmaterial

; nennenswert zu beeinflussen. Es 1st zu erwähnen, daß die

! Materialien mit anderen Bestandteilen gemischt werden können, ! um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern und/oder zu

\ verändern. Die in Naturform vorkommenden Materialien sind einge-

i schlossen, gemischt mit anderen Substanzen, die als Ionen-

• Austauscher inaktiv sein können.

Zirkonium-Phosphat hat eine hohe Austauschkapazität. Jedoch kann

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nur ein Teil davon bei den bei einer Dialysebehandlung infragestehenden pH-Werten verwendet werden. Die wirksame Austauschkapazität von Zirkonium-Phosphat ist im allgemeinen geringer als bei den in Tabelle 1 genannten Materialien, mit Ausnahme von Clinoptilolit.

Die Ausgangsmaterialien für die synthetischen Zeolite sind billig (Kiesel- bzw. Kieselsäure-Gel, Aiuminiumoxyhydrat und Alkali). Es gibt bereits gut ausgebaute industrielle Verfahren für die Herstellung dieser Materialien in großen Mengen. Einige jZeol it-Material ien gibt es in Naturform in Form von ausgedehnten

!Sedimenten, beispielsweise Chabazite, Phillipsithe und

!Clinoptilolit. Sie können verwendet werden nach einer nur leichten Reinigung und können zu geringen Kosten beschafft werden. Andererseits sind die Kosten zur Herstellung von Zirkonium-Phosphate verhältnismäßig hoch. Dies ist teilweise eine Folge der Kosten des verwendeten Zirkoniumsalzes und teilweise der Schwierigkeiten bei der Erzeugung eines Endprodukts, das reproduzierbare Eigenschaften bei einem industriell durchführbaren Herstellungsprozeß hat. Sämtliche, in Tabelle 1 angeführten lonen-Austauscher sind beträchtlich billiger als Zirkonium-Phosphat, Phillipsithe und Clinoptilolit. Außerdem sind alle, lach der Erfindung verwendbaren Ionen-Austauscher regenerierbar, [im Gegensatz zu Zirkonium-Phosphat.

)ie Selektivität (das Trennungsvermögen) für Ammonium-Ionen,

NH iusgedrückt in Form von Selektivitätskoeffizienten α 4,

j _ . Na

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ist für die meisten Zeolite größer als für Zirkonium-Ptiosphat. Zudem 1st die Sorption von Calcium-, Magnesium- und Kalium-Ionen im allgemeinen niedriger für die Ionen-Austauscher nach der Erfindung als für Zirkonium-Phosphat. Diese Bedingungen sind welter erläutert in Beispiel Nr. 3, welches die Konzentrationsveränderungen in einer Dialyseflüssigkeit beschreibt» teils im Gleichgewicht mit verschiedenen Ionen-Austauschermaterialien und teils beim Durchgang durch eine Säule 1n einem Dialyse-Experiment.

Zirkonium-Phosphat wird in Form eines Gels verwendet, d.h. es 1st amorph und trztugt ktinerlei Röntgenbeugungsbild (Textur). Das Material 1st bei den 1n Dialyseflüssigktiten angewandten pH-Werten (pH 7,2 bis 7,4) chemisch nicht stabil, wird jedoch teilweise gelöst, unter Freigabe von Phosphat-Ionen. Die Phosphat-Ionen müssen entfernt werden, und dies wird bewirkt durch Sorption 1n einer Säule» die u.a. Zirkonium-Hydroxid enthält. Die von der Erfindung umfaßten Ionen-Austauscher sind chemisch restlos resistent bei den während einer Dialysebehandlung auftretenden Bedingungen. Infolgedessen sind keinerlei Schritte zur Entfernung von Zerfall produkten nötig. Dies trägt welter dazu bei, den Dialysevorgang einfacher und billiger zu machen.

Beispiel 3

■f + 2+ Bei diesem Beispiel sail die Sorption von NH₄, K , Mg und

Ca²⁺ verglichen werden mit verschiedenen Ionen-Austauscher-

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Materialien aus einer Lösung, die ursprünglich 150 mM NaCl, 10 mM NH₄Cl, 5 mM KCl, 5mM MgCl₂ enthält. Die Sorptionsdaten, die aus Tabelle 2 entnehmbar sind, stellen eine unabhängige experimentelle Verwirklichung des Experimentmaterials dar, auf welchem die Daten in Tabelle 1 basieren. Bei den in Tabelle 2 beschriebenen Experimenten wurden 50 ml der Lösung der vorstehend genannten Zusammensetzung unter Vibration mit einem g Ionen-Austauschmaterial während einer Stunde bei einer Temperatur von 25⁰C vermischt. Die Lösungen wurden mit üblichen Methoden analysiert. Bei zwei anderen Anwendungsbeispielen wurden unterschiedliche Iorsen-Austauscher, Cl inoptilol it und synthetischer Chabazit, verwendet. Diese Materialien wurden in einem Umwälz-Dialysesystem (Fig. 1) getestet, wobei der Patient ersetzt war durch 50 Liter siner Lösung, die ursprünglich 130 mequiv/1

von Na⁴, 5 mequiv/1 von K⁺, 0,5 msquiv/1 von Mg ⁺, 3,5 mequiv/1

2+ +

von Ca und 40 mequiv/1 von NH^ enthielt. Diese Lösung

zirkulierte auf der "Blutseite" eines Dialysators und wurde dialysiert mit 5 Liter einer Rezirkulations-Dialyselösung,

!enthaltend 130 mequiv/1 von Na⁺, 1,5 mequiv/1 von K⁺,

J0,5 mequiv/1 von Mg und 3,5 mequiv/1 von Ca

Eine Analyse der Anteile der verschiedenen Elektrolyten als Funktion der Zelt wurde auf der Blutseite und in dem Dialyseflüssigkeitsbehälter durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Experiments mit Clinoptilolit sind graphisch in Fig. 2 dargestellt. Auch dieses Experiment bestätigt die Daten aus

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Tabelle 1 und Tabelle 2 und zeigt, daß die Ionen-Austauscher-Materialien, die von der Erfindung umfaßt sind, dem Material Zirkonium-Phosphat bezüglich einer chemischen Regenerierung einer umgewälzten Dialyseflüssigkeit überlegen sind.

Beispiel 4a

Das Material Phillipsithe ist in einem Umwälz-Dialysesystem (Fig. 1) getestet worden, worin der Patient ersetzt war durch 50 Liter einer Lösung, die zunächst 132 mequiv/1 von

Na , 5 mequiv/1 von K , 0,5 mequiv/1 von Mg , 3,5 mequiv/1

2+
von Ca und 155 mg% Harnstoff enthielt. Diese Lösung zirkuliert auf der "Blutseite" eines Dialysators in einer Strömungsmenge von 200 ml/min und wird dialysiert mit 3,5 1 einer rezirkulierenden Dialyselösung einer Strömungsmenge von 200 ml/min, die zu Beginn 100 mequiv/1 von Na⁺, 1,5 mequiv/1 von K⁺, 0,5 mequiv/1 von Mg und 3,5 mequiv/1 von Ca ⁺ enthält.

Die rezirkulierende Lösung strömt durch eine Säule, in welcher ; das Enzym Urease an Aluminiumoxydhydrat gebunden ist, wonach

die Lösung mit Kohlendioxid neutralisiert wird und durch , 1800 g Phillipsith hindurchläuft, wobei die Ammonium-Ionen

durch Natrium-Ionen ersetzt werden. Calcium wird dadurch zuge- ', setzt, daß 20 ml/min einer wässrigen Lösung, die 30 mequiv/1 ! enthält, hinter der Phillipsith-Säule zugeführt wird. Die ErgeBnisse des Experiments sind in Form des Diagramms Fig. 3

j (Urea) Fig. 4 (Natrium) und Fig. 5 (Elektrolyte) gezeigt.

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Ammonium-Hydroxyd konnte in dem Dialyse-Behälter oder in dem

; Blutbehälter nicht gefunden werden.

; Unmittelbar hinter der Urease-Säule ist die Dialyselösung ■ alkalisch und hat einen größeren pH-Wert als 8,5. Durch j Hinzusetzen einer Säure kann der pH-Wert gesenkt werden. Das Karbonat-Ion wird in Wasserstoffkarbonat und/oder Kohlen-

! dioxid umgewandelt. Als Säuren können Kohlendioxid verwendet

i werden wie auch als Kation-Austauscher, der als eine schwache

I Säure wirkt. Die in beiden Fällen stattfindenden Reaktionen

; können wie folgt beschrieben werden:

co₂	⁺	+	cof	+ H₂O
2Na⁺	cof	+ 2HZ-
"> 2HC0~

te

2NaZ + CO,

! worin HZ ein Zeolit oder irgendeinen anderen Ionen-Austauscher darstellt, welcher als schwache Säure wirkt.

j In einem Rezirkulations-Dialysesystem, das zwei Ionen-Ausj tauscher enthält, d.h. einen in Natriumform und den anderen

i als schwache Säure wirkend, wird ein Gleichgewicht in der j Natrium-Ionen-Konzentration erreicht. Dies ergibt sich aus der

ι folgenden Formel flir den Vorgang und aus Beispiel 4b.

^2NaZ(l) ^{+ 2HZ}(2) ^{+ 2 NH}4 ₂j + CO₂ + H₂ ⁰

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worin Z,jv und Ζ,₂λ die Ionen-Äustauschsubstanzen darstellen. '

! Der Ionen-Austauscher ΗΖ,^χ rouß als schwache Sä'yrü wirken, um

; verwendbar zu sein. Substanzen, welche diese Eigenschaften haben,;

können erzeugt werden durch Erhitzen eines Zeolits in Ammonium- '

form bei einer Temperatur zwischen 50⁰C und 50O⁰C.

Beispiel 4b

Die experimentellen Bedingungen sind die gleichen wie bei Beispiel 4a, mit der Ausnahme, daß die Neutralisierung mit j Kohlendioxid ersetzt worden ist durch eine Neutralisierung , mit einen als schwache Säure wirkenden Zeolit. Die Phillipsith-

j SHuIe, die in Beispiel 4a beschrieben wurde, ist ersetzt durch I
eine neue Säule, die 1000 g Phillipsith in Natriumform und 800 g eines im Handel erhältlichen Zeolits "Union Carbide 13X" enthält, welches in der weiter obenbeschriebenen Weise dazu gebracht worden ist, als eine schwache Säure zu wirken.

, Die Ergebnisse dieses Experiments stehen in Obereinstimmung

j mit denjenigen, die in dem Beispiel 4a erzielt worden und in den Figuren 3 und 5 beschrieben worden sind. Die Konzentration der Natrium-Ionen veränderte sich bei dem Beispiel 4b in wesentlich geringerem Maße als bei Beispiel 4a. Dies ergibt sichsich aus Fig. 4. Der pH-Wert der Dialyselösung veränderte sich während des Experiments zwischen dem Ausgangswert von 6,4 und einem Endwert von 7,4.

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Die natürlichen und synthetischen Ionen-Austauschmaterialien, die von der Erfindung umfaßt werden, haben die folgenden Vorteile bezüglich einer selektiven Sorption von Ammonium-Ionen aus einer rezirkulierenden Dialyseflüssigkeit:

1. Die Bestandteile sind innerhalb des angewandten pH-Wertj Bereichs chemisch stabil.

2. Sie haben eine sehr hohe Selektivität für Ammonium-Ionen.

! 3. Sie sorbieren weniger Kalium-Ionen als beispielsweise Zirkonium-Phosphat.

4. Sie sind billig herzustellen.
: 5. Sie haben eine hohe Austauschkapazität. 6. Sie sind regenerierbar.

In der vorstehenden Beschreibung wurde die Abkürzung "mequiv"

: für das Maß "Miniäquivalente" benutzt.

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Tabelle

Art des Ionen austauscher materials	Chemische Zusammensetzung	Austauschbar keit mequiv/g	Selektivitätskoeffizien ten	K Na	Ca Na	Mg Na
ZeoHt-Materialien Chabazit-Gruppe Chabazit Künstliches Erionit Phillipsith-Gruppe Phillipsith Gismondit Heulandit-Gruppe Clinoptilolit Andere synthetische Zeolite	Na₂Al₂Si₄O₁₂ . 6HgO Na₄(A10₂)₄(Si0₂)₁₄ ^Na5^A15^Sill°32 · ^10H2° ^a6^A16^Si10°32 ^11H2° Na₂Al₂Si₁₀O₂₄ · 8H₂O Na₂Al₂Si₂O₈ . 3H₂O Na₄Al₄Si₇O₂₂. 14H₂O	4.1 3.25 4.0 4.65 2.0 5.15 4.0	NH₄ ' Na	13.3 7.3 28 3.6 100 4.6 7	10») 0.7 0.035 1 ΙΟ"³	1 K) 0.1 cn ISJ) K) 0.01 -» KD 0.1 10 ⁴^
10 6.0 30 5 20 30 10

Fortsetzung Tabelle 1

crt ο co OO co co

co

LO

Art des Ionen austauscher materials	Chemische Zusammensetzung	ustauschbar- eit equiv/g	Selektivitätskoeffizien- ten	K Na	- Ca Na	Mg Na
Zirkonium-Phos phat Organische Ionen austauscher "Dowex 50x8"	Zr(NaPO₄)(HPO₄) .2H₂O	Insgesamt 5.8 2.9 Na⁺	- NH₄ Na	8	30	60
8.5 1.3

cn

ro >o

a) Niedriger Austausch; Gleichgewichtszeit ca. 8 Stunden

Tabelle 2 Diese Tabelle enthält die Sorptionsdaten für die Ionen NHt, K⁺,

2+ 2+
Ca und Mg aus Lösungen, die ursprunglich 150 mM NaCl und entweder 10.0 mM an NH₄Cl, 4.70 mM aus KCl, 5.00 mM aus CaCl₂ oder 5,00 mM an MgCl₂ enthalten. Die Sorption pro bezieht sich auf Experimente, bei denen 50 ml Lösungen der obenerwähnten Zusammensetzung unter Vibrierung ins Gleichgewicht gebracht werden mit 1 g der unterschiedlichen Ionen-Austauschmaterialien. Die Daten geben ein Maß über die Quantität der Sorption-Charakteristika der Ionen-Austauschsubstanzen, die in Verbindung mit der Erfindung diskutiert wurden.

NH

% K

.2+

% Ca

ij λ rv % Mg

Sorption Sorption Sorption Sorption

Clinoptilolit	65	68	0	0
Synthetischer Chabazit "Union Carbide XW 500"	61	55	0	0 ;
Phillipsithähnliches Zeolit	82	70	10	i 10
Zirkonium-Phosphate	72	73	30	90 ! J L

509839/0943

Claims

Patentanspriiche

ι 1. Verfahren zur Entfernung zumindest eines Giftstoffes, insbesondere Harnstoff, aus der ßialyseflüssigkeit eines ymwälz-Dialysesystems, wobei der Giftstoff aus in einem lonen-Austauscher austauschbaren Ionen besteht oder in solche umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Zeolite, die zu den Gruppen der Heulandithe» Mordenithe, Phillipsithe, Cftabazite, äatrolithe, Ana leite und/oder Faujasite und/oder anderen Zeoliten, die nicht zu diesen Gruppen gehören, als Ionenaustauscher verwendet werden, die selektiv Aragonium»Ionen sortieren können, wobei die lonen-Austauscher

! einen Selektivitätskoeffizienten α 4 von mindestens 5 und

Na eine Austauschkapazität von zumindest 2 mequiv/g haben.

; 2, Verfahren nach Anspruch 1_B dadurch gekennzeichnet, daß das Zeolit aus Phillipsith besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

ι daß der pH-Wert der Lösung durch ein Zeolit gesteuert wird»

j der als schwache Säure wirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entfernung von Harnstoff dieser zuerst durch Urease in Ammonium-Karbonat umgewandelt wird, wonach das Ammonium-Ion durch den Ionen-Austauscher entfernt wird.

S09839/0943