DE2539574C3

DE2539574C3 - Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2539574C3
Application number: DE2539574A
Authority: DE
Inventors: Shizuoka Fuji; Tamotsu Imamiya; Kenji Inagaki; Yoshiyuki Ohita Mizoguchi; Kunio Tokio Ohno; Nobuaki Tsuda
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1974-09-07
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1981-01-29
Also published as: IT1042327B; US4025436A; CH603204A5; DE2539574B2; NL7510500A; GB1512458A; DE2539574A1; FR2283715A1; FR2283715B1

Description

ίο Erfindungsgegenstand ist die im Patentanspruch 1 genannte Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung enthält semipermeable Hohlfasern, die durchgehende Hohlkamvnern aufweisen (nachstehend einfach als »Hohlfasern« bezeichnet), und in der ein Austausch oder eine Übertragung von Substanzen zwischen einer Flüssigkeit, die in den Hohlfasern strömt (nachstehend als »innere Flüssigkeit« bezeichnet) und einer außerhalb der Hohlfasern strömenden Flüssigkeit (nachstehend als »äußere Flüssigkeit« bezeichnet) durch die semipermeable Membran der Hohlfasern erfolgt. Die Erfindung ist insbesondere auf eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung gerichtet, die besonders wirksam die Behandlungsdauer durch

Erhöhung der Durchflußmenge der äußeren Flüssigkeit verkürzt. Wenn ferner diese Vorrichtung zum Durchleiten von Blut durch das Innere der Fasern in der Weise, wie es bei dem üblichen, mit einer Schlange versehenen und als künstliche Niere dienenden Dialysator der Fall ist, in Verbindung mit einem schlangenförmigen semipermeablen Rohr verwendet wird, kann ein ausgezeichneter Blutreinigungseffekt erzielt werden.

Bekannt ist bereits eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung, die die folgenden Bauteile aufweist: Eine große Zahl von semipermeablen Hohlfasern (z. B. etwa 10000), die parallel zueinander als zylindrisches Bündel angeordnet und gerafft sind, ein zylindrisches Gefäß mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für eine äußere Flüssigkeit, wobei das Hohlfaserbündel geradlinig im Gefäß angeordnet ist, ohne die parallele Beziehung zwischen den Fasern zu stören, Halte- und Trennmittel für die Hohlfasern, die gebildet werden, indem nur an beiden Endteilen der Hohlfasern ein Klebstoff flüssigkeitsdicht in die Räume zwischen den Hohlfasern und zwischen den Hohlfasern und den Enden des Gefäßes so eingefüllt worden ist, daß eine direkte Vermischung der inneren Flüssigkeit mit der äußeren Flüssigkeit ohne Durchgang durch die semipermeable Membran der Hohlfasern verhindert wird, und einen mit den Enden des Faserbündels in Verbindung stehenden Eintritt und Austritt für die innere Flüssigkeit.

Da jedoch bei einem üblichem Dialysator dieses

,5 Typs eine sehr große Zahl von Hohlfasern in verhältnismäßig großer Dichte zusammengerafft ist, ist es fast unmöglich, daß die äußere Flüssigkeit gleichmäßig durch sämtliche Zwischenräume zwischen jeweils zwei benachbarten Fasern strömt, und in einigen Teilen

bo strömt die äußere Flüssigkeit nicht genügend, sondern steht still, Demgemäß werden gewisse Teile der Oberflächen der Membran nicht genügend für die Dialyse ausgenutzt, und der Vorteil, den die Verwendung von Hohlfasern bietet, d. h. die gro(3e wirksame Oberflä-

,-, ehe der Membran pro Raumeinhcit des Gefäßes, wird nicht völlig verwirklicht. Dies bedeutet, daß kein technisch befriedigendes Ergebnis crzielbar ist, wenn der Austausch oder die Übertragung von Substanzen

durch die semipermeable Membran der üblichen Apparatur erfolgt.

Wenn man beabsichtigt, genügende Abstände zwischen den Hohlfasern zu schaffen, um den vorstehend genannten Nachteil auszuschalten, ergibt sich der weitere Nachteil, daß das Fassungsvermögen des Gefäßes zwangsläufig vergrößert werden muß und daß es ferner technisch schwierig ist, feine Hohlfasern mit gleichem Abstand rueinander und genügend Zwischenraum zwischen den benachbarten Fasern anzuordnen, i<> Insbesondere bei dem Versuch, diese Vorrichtung als künstliche Niere zu verwenden, indem Blut in die inneren hohlen Teile der Fasern geführt wird, müssen der Bluteintritt und der Blutaustritt an den Enden des Faserbündels zwangsläufig proportional dem vergrö-Berten Volumen des Gefäßes vergrößert werden, wobei es häufig geschieht, daß das aus dem Körper des Patienten entnommene Blut das kritische Volumen des Gefäßes während der Blutreinigungsbehandlung übersteigt und daher Schwierigkeiten bei Verwendung dieser Vorrichtung als künstliche Niere auftreten.

Da außerdem bei der vorstehend genannten üblichen Vorrichtung eine Riesenzahl von Hohlfasern verhältnismäßig eng zusammengerafft und dicht im zylindrischen Gefäß gepackt sind, ist es schwierig, die Durchflußmenge der äußeren Flüssigkeit zu erhöhen, und wenn die Durchflußmenge der äußeren Flüssigkeitzwangsläufig vergrößert wird, strömt die Flüssigkeit nur durch die Teile, durch die sie leicht strömen kann. Es ist demgemäß unmöglich, die Behandlungszeit mit dieser üblichen Vorrichtung zu verkürzen.

Diese Vorrichtung kann auf den Gebieten, auf denen im allgemeinen semipermeable Membranen verwendet werden, z. B. für die Dialyse, Ultrafiltration, Osmose und umgekehrte Osmose, verwendet werden.

Da in der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine sehr große Zahl feiner Hohlfasern verwendet wird, können die Hohlfasern an beiden Endteilen sehr dicht gerafft und abgebunden werden, so daß der Eintritt und der Austritt für die innere Flüssigkeit kompakt gestaltet werden können.

Da ferner in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Bündel von Hohlfasern von gleicher Länge, die nur an beiden Endteilen zusammengerafft und abgebunden sind, im Gefäß hängt, breitet sich das Faserbündel insbesondere am waagerechten Teil des U-förmigen Durchgangs genügend aus, so daß die Berührungsfläche zwischen der Faseroberfläche und der äußeren Flüssigkeit vergrößert wird. Insbesondere bei Anordnung eines Faserbündels in U-Form von großer Breite ist die Länge der U-Form, die durch eine innen liegende Faser gebildet wird, geringer als die Länge des U, das von einer außen befindlichen Faser gebildet wird. Wenn demgemäß ein Bündel von Fasern von gleicher Länge in U-Form angeordnet v, wird, ist es physikalisch unmöglich, alle Fasern parallel zueinander zu halten, und insbesondere am unteren waagerechten Teil der U-Form breiten sich die Fasern zwangsläufig aus.

In der Vorrichtung gemäß der Erfindung, in der t,< > ein Bündel von Hohlfasern hängt, die nur an beiden Endtcilcn zusammengerafft und abgebunden sind, wird die äußere Flüssigkeit von der Unterseite des waagerechten Teils des in U-Form angeordneten Fascrbündels eingeführt. Daher werden in dem in der „-, Nähe der Einfiihrungsöffnung für die äußere Flüssigkeit liegenden waagerechten Teil des U-förmigen Gebildes die in nicht zusammengerafftem und nicht abgebundenem Zustand hängenden Fasern durch die Kraf*. der äußeren Flüssigkeit angehoben, so daß das Bündel sich weiter ausbreitet, wodurch die Fasern in innige Berührung mit der äußeren Flüssigkeit kommen. Um diesen Effekt bei nur einer Einführungsöffnung für die äußere Flüssigkeit zu erzielen, muß diese Öffnung in der Mitte der Unterseite des waagerechten Teils angeordnet sein.

Die vorstehend genannte Ausbreitung des Bündels der Hohlfasern wird in geeigneter Weise durch die Innenwand und die Außenwand des im wesentlichen U-förmigen Durchgangs begrenzt. Demgemäß wird eine übermäßig starke Ausbreitung in den gebündelten Fasern verhindert, und eine unerwünschte Verschlechterung der Kontaktwirkung kann verhindert werden. Im Rahmen der Erfindung werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn die senkrechte Weite des waagerechten Teils des Durchgangs für die äußere Flüssigkeit etwas schmaler ist als die Weite, die das Faserbündel annehmen würde, wenn die Innenwand des Durchgangs des U-förmigen Gebildes entfernt würde. Wenn die Weite des Durchgangs größer wäre als die letztgenannte Weite, wobei das gesamte Faserbündel mit der Innenwand des Durchgangs im waagerechten Teil des U-förmigen Gebildes in Berührung wäre, würde die äußere Flüssigkeit das Bündel lediglich nach oben stoßen und gegen die Innenwand des Durchgangs pressen, wobei die äußere Flüssigkeit durch den unter dem Faserbündel gebildeten Raum strömen würde, ohne mit den Fasern im Bündel in innige Berührung zu kommen. Die vorstehend genannte Bemessung hinsichtlich der senkrechten Weite des waagerechten Teils des U-förmigen Durchgangs für die äußere Flüssigkeit gilt auch hinsichtlich der seitlichen Weite, d. h. die seitliche Breite des Durchgangs für die äußere Flüssigkeit muß etwas schmaler sein als die Breite, die das Faserbündel annehmen würde, wenn die Seitenwände des Durchgangs entfernt wurden.

In der Vorrichtung gemäß der Erfindung, in der ein Bündel von Hohlfasern nur an beiden Endteilen geraftt und gebunden und in U-Form im Gefäß hängt und die äußere Flüssigkeit von der Unterseite des waagerechten Teils des U-förmigen Hohlfaserbündels eingeführt wird, ist die auf die Fasern zur Einwirkung kommende Kraft viel geringer als in dem Fall, in dem die Fasern eines Bündels, die parallel zueinander verlaufen und an beiden Endteilen gerafft und abgebunden und geradlinig gereckt sind und waagerecht gehalten werden. Daher können Störungen, z. B. Faserbrüche, sehr stark verringert werden.

Da ferner in der Vorrichtung gemäß der Erfindung Fasern von gleicher Länge verwendet werden, kann der Strömungswiderstand, der der durch die jeweiligen Fasern fließenden inneren Flüssigkeit entgegengesetztwird, und der Druckunterschied zwischen Eintritt und Austritt im wesentlichen gleichgehalten und die Änderung der Durchflußmenge der inneren Flüssigkeit von Faser zu Faser verringert werden.

Wenn Umlenkblcche in der Nähe der Stellen angeordnet weiden, an denen die Fasern gerafft und abgebunden sind, wird der folgende Vorteil erzieit: Im allgemienen ist im oberen Teil des Faserbündel der Durchgang der Flüssigkeit schlecht, so daß in diesem oberen Teil keine ausreichende Behandlung zu erwarten ist. Diese unerwünschte Erscheinung wird dadurch verhindert, daß Umlenkbleche vorgesehen werden. Insbesondere kann bei Anordnung von Umlenkble-

chen in der beschriebenen Weise die äußere ltüs>.igkcit gleichmäßig mit hohem Bcrührungseffokt durch das Innere des Faserbündels strömen, und der Wirkungsgrad der Behandlung kann um 2 bis }^r'r gegenüber dem Fall, in dem keine Ablenkbleehe vorhanden sind, verbessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlieh unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt perspektivisch und schräg von oben eine Ausführungsform der Vorrichtung ge muli der Erfindung;

Fig. 2 zeigt schräg von unten die in lij>. 1 dargestellte Vorrichtung;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3, wobei die Ausbreitung des Hohlfaserbiiiulels durch zwei strichpunktierte Linien angedeutet ist:

Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch ein für die Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendetes Bündel von Hohlfasern, die an beiden Endteilcn zusammengerafft und abgebunden sind;

Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht, in der die Ausbreitung des Bündels der Hohlfasern durch strichpunktierte Linien angedeutet ist;

Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Ausbreitung des Bündels der Hohlfasern durch strichpunktierte Linien angedeutet ist:

Fig. 9 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als künstliche Niere vom Schlangentyp verwendet wird;

Fig. 10 zeigt eine Vorderansicht der in Fig. ^l) dargestellten Vorrichtung, die nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist, wobei die Ausbreitung des Bündels der Hohlfasern durch strichpunktierte Linien angedeutet ist;

Fig. 11 ist eine Stirnansicht der in Fig. 10 dargell Ul

Fig. 12 zeigt perspektivisch den für die Befestigung der Vorrichtung gemäß der Erfindung an eine künstliche Niere vom Schlangentyp verwendeten Teil;

Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Teils, der zur Befestigung der Vorrichtung gemäß der Erfindung an eine künstliche Niere vom Schlangentyp verwendet wird;

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer mit L'mlenkblechei; versehenen weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 15 zeigt einen Längsschnitt durch die in Fig. 14 dargestellte Vorrichtung;

Fig. 16 ist ein Schnitt längs der Linie XVI-XVI von Fig. 15.

Die in Fig. 1 bis Fig. 4 gezeigte Vorrichtung ist zum besseren Verständnis der Erfindung mit einem durchsichtigen Gefäß 6 dargestellt, damit der Aufbau im Inneren des Gefäßes 6 leichter verständlich ist. Im Gefäß 6 ist eine U-förmige Führungsplatte 5 als innere Seitenwand angeordnet, die einen im wesentlichen U-förmigen Durchgang für eine äußere Flüssigkeit bildet. Diese Führungsplatte ist mit der Seitenwand des Gefäßes verbunden und mit dieser in einem Stück geformt. Eine Einführungsöffnung 4 für die äußere Flüssigkeit ist im unteren Teil des Gefäßcs ft angeordnet, und der obere Teil der Seitenwand des Gefäßes 6 ist mit einer verhältnismäßig großei Zahl von Austrittsöffnungen 7 für die äußere Flüssig keit durchbohrt. Auf eine innere Flüssigkeit, die au; dem Eintritt 1 eingeführt wird und durch das Innert einer sehr großen Zahl von Hohlfasern 3 strömt, win durch die äußere Flüssigkeit über die semipermcabl· Membran der Hohlfasern eingewirkt, worauf die in nere Flüssigkeit durch einen Austritt 9 abgeführt wird

Das Verfahren zum Einhängen eines Bündels voi Hohlfasern wiro nachstehend unter Bezugnahme au Fig. 5 und Fig. 6, die ein Hohlfaserbündel darstellen und Fig. 4. die einen Querschnitt durch die Vorrich tung zeigt, beschrieben.

Eine sehr große Zahl von semipermeablen Hohlfa sern 3 von gleicher Länge ist in Bündelform so an geordnet, daß die Stirnflächen der einzelnen Fasen in einer Ebene liegen. In die Räume zwischen der Fasern an beiden Endteilen des Bündels wird eil Klebstoff so gefüllt, daß die inneren Hohlkammeri der Fasern nicht verstopft werden. Hierdurch werdei die Befestigungsblöcke 2 und 8 gebildet. Das in diese Weise gebildete Bündel von Hohlfasern 3 wird in zwe öffnungen 10 und 11, die mit Abstand zucinande auf der Oberseite des Gefäßes 6 angeordnet sind, se eingesetzt, daß die Stirnflächen der Hohlfasern an der ßcfct'tigungshlöcken 2 und 8 des Faserbündels nacl oben gerichtet sind, wie in Fig. 4 dargestellt. Danr werden die Zwischenräume zwischen den erstarrter Teilen 2 und 8 und den Innenwänden der öffnunger

10 und 11 mit einem Klebstoff gefüllt, wodurch da: Bündel der Hohlfasern in das Gefäß hängt. Hierbe ist es wichtig, daß die Zwischenräume zwischen der einzelnen Hohlfasern und zwischen dem Hohlfaser bündel und den Innenwänden der öffnungen 10 unc

11 vollständig mit dem Klebstoff flüssigkeitsdicht ver schlossen sind, so daß eine Vermischung der innerer Flüssigkeit mit der äußeren Flüssigkeit an dieser Klebstellen verhindert wird.

In der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit dei vorstehend beschriebenen Konstruktion sind di< Hohlfasern 3 im unteren Teil eines im Gefäß 6 ge

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die äußere Flüssigkeit genügend ausgebreitet. Wenr die äußere Flüssigkeit in das Gefäß 6 strömt, haber die Hohlfasern genügend Kontakt mit der äußerer Flüssigkeit. Gleichzeitig sind die Hohlfasern an ihrer beiden Endteilen dicht zusammengerafft.

Fig. 7 zeigt perspektivisch eine andere Ausfüh rungsform der Erfindung, bei der die Austrittsöffnun gen 7 für die äußere Flüssigkeit in der oberen Wane des Gefäßes angeordnet sind und eine Eintnrtsöff nung in der Mitte des Bodens des Gefäßes 6 liegt Fig. 8 ist eine Vorderansicht einer weiteren Ausfüh rungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, be der ein Gefäß mit U-förmiger Gestalt als Gefäß 6 ver wendet wird. Die beiden senkrechten Teile des U-för migen Gefäßes bilden Zylinder, und die Austrittsöff nungen 7 für die äußere Flüssigkeit sind an den oberer Teilen der Umfangswände dieser Zylinder gebohrt Bei den in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen ist die Ausbreitung des im Gefäß 6 angeordneter Hohlfaserbündels durch strichpunktierte Linien angedeutet.

Eine Ausführungsform, bei der die Vorrichtung ge maß der Erfindung als künstliche Niere verwende] wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. ^ bis 13 beschrieben.

lusher wurde eine künstliche Niere vom sogenannten Sdilangentyp mit einem zylindrischen Kern, dessen Hoden geschlossen ist. einem auf den Kern in zylindrischer Form zusammen mit einem l'nlyüthylensieb gewickelten seinipermcablcn Schlauch und einem Eintritt und Austritt für das Blut an beiden Enden des Sehlauchs verwendet. Beim Gebrauch wird diese küns:?.chc Niere in einen großen Behälter mit einem Bad gestellt, und eine Pcifusionsflüssigkeit. el. h. ein Dialysat, fließt in das Gefäß von der Mitte des unteren Teils des zylindrischen Kerns, so daß die Perfusions flüssigkeit die gewünschte Wirkung auf die Oberfläche des gewickelten Schlauchs ausübt.

Wie Fig. 9 zeigt, sind zur Verhinderung einer Vermischung der äußeren Flüssigkeit mit der inneren Flüssigkeit an den öffnungen 10 und 11 an der Oberseite des Gefäßes 6 die Befestigungsblöcke 2 und 6 an beiden Endteilen des Bündels von Hohlfasern 3 .... i:_nrr..>.i..m._nn«,.» ι α ι—>?»-»:,.» ,i:„ ni- t^;.w.-;*t

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bzw. Austritt für die innere Flüssigkeit dienen und am Gefäß 6 befestigt sind, wodurch ein Durchtritt der inneren Flüssigkeit aus den Befestigungsblöcken 2 und 3 verhindert wird. In dieser Weise ist das Bündel von Hohlfasern 3 in einem U-förmigen Durchgang für die äußere Flüssigkeit im Gefäß 6 aufgehängt. Dieser Durchgang wird durch eine Führungsplatte 5 gebildet, die die Innenwand des Durchgangs darstellt. Die in dieser Weise aufgebaute Vorrichtung gemäß der Erfindung wird durch einen Befestigungsteil 12 gehalten, der an der Einführungsöffnung für die äußere Flüssigkeit ' efestigt ist (dieser Befestigungsteil 12 kann mit dem Gefäß 6 in einem Stück ausgebildet sein). Das Befestigungsbauteil 12 ist so konstruiert, daß es abnehmbar mit einem Verbindungsstück 13, das nachstehend beschrieben wird und in Fig. 13 dargestellt ist, verbunden werden kann.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung wird in einen Badtank 14 für die vorstehend genannte übliche künstliche Niere vom Schlangentyp gestellt. Dieser Tank ist mit dem Verbindungsstück 13 versehen. Die Vorrichtung wird am Tank 14 mit dem Befestigungsbauteil 12 und dem Anschlußstück 13 befestigt. Eine tür eine übliche künstliche Niere verwendete Pertusionsflüssigkeit wird aus einem Eintrittsrohr 15, das im Boden des Tanks 14 angeordnet ist, eingeführt und strömt in das Gefäß 6. Die Perfusionsflüssigkeit tritt aus den Austrittsöffnungen 7 des Gefäßes 6 aus und wird vom Tank 14 aufgenommen, wodurch die Zwischenräume außerhalb der Hohlfasern im Gefäß 6 der Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung genügend mit der äußeren Flüssigkeit (bei dieser Ausführungsform mit der Perfusionsflüssigkeit) ausgefüllt werden. Der Tank 14 ist so ausgebildet, daß ein bestimmter Flüssigkeitsstand aufrechterhalten wird und die Perfusionsflüssigkeit aus einem Austritt 16 für die Perfusionsflüssigkeit aus dem Tank 14 überfließt. Im Tank 14 ist eine öffnung 17 für die Umwälzung der Perfusionsflüssigkeit angeordnet. Die Perfusionsflüssigkeit aus der öffnung 17 wird mit frischer Perfusionsflüssigkeit gemischt und in das Eintrittsrohr 15 mit einer Pumpe 18 zurückgeführt, während die Temperatur der Perfusionsflüssigkeit konstant gehalten wird. Das Blut aus einem Blutgefäß eines Patienten, der an einer Nierenstörung leidet, wird durch die Vorrichtung geführt und aus dem Austritt 9 für die innere Flüssigkeit (Blut bei dieser Ausführungsform) in das Blutgefäß des Patienten zurückgeführt.

Wenn keine Flüssigkeit durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung strömt, hat das in der Vorrichtung vorhandene Bündel von Hohlfasern den in Fig. 10 und Fig. 11 dargestellten Zustand. Wenn jedoch die äußere Flüssigkeit (bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform die Perfusionsflüssigkeit) durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung strömt, wird das Bündel der Hohlfasern weiter ausgebreitet, wie in Fig. 9 dargestellt, so daß die Fasern gleichmäßig und wirksam der Einwirkung der Perfusionsflüssigkeit unterliegen. Demgemäß kann ein sehr hoher Blutreinigungseffekt in der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt werden.

Das in Fig. 12 dargestellte Befestigungsstück 12 kann mit dem in Fig. 13 dargestellten Verbindungsstück 13 verbunden werden, indem das Befestigungsstück 12 auf das Verbindungsstück 13 gestellt wird, nachdem das Befestigungsstück 12 um 90° gedreht

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.'» 12 erneut um W gedreht wird. Die Trennung kann vorgenommen werden, indem der vorstehend beschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt wird.

In jeder Abbildung 14 bis 16 bezeichnet die Be-

Ji zugsziffer 19 eine Umlenkplatte. Wie Fig. 14 und Fig. 16zeigen, berührt die Umlenkplatte 19 den Umfangsteil des Bündels der Hohlfasern. Wenigstens zwei Umlenkplatten 19 pro öffnung ragen von der Oberseite des Gefäßes längs beider Seiten des Hohlfaser-

Hi bündeis nach unten. Da die Umlenkblech^ eingesetzt werden, um die Durchlässigkeit für die äußere Flüssigkeit am zusammengerafften Teil des Faserbündels zu verbessern, brauchen sie nicht bis in den unteren Teil des Gefäßes 6 geführt zu werden.

)) Zur Herstellung einer Vorrichtung, wiesie in Fig. 1 bis 4, 7 bis 11 oder 14 bis 16 dargestellt ist, z. B. einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, können zwei Teile des Gefäßes 6, das längs der Linie IV-IV geteilt ist, getrennt geformt werden, worauf ein Bündel von Hohlfasern, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, in die Teile des Gefäßes 6 eingesetzt wird. Die beiden Teile des Gefäßes 6 werden miteinander verbunden, wodurch der Vorgang des Zusammenbaues stark erleichtert werden kann.

Wie die vorstehende Beschreibung der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, kann der U-förmige Durchgang für die äußere Flüssigkeit entweder die in Fig. 8 dargestellte, vollständig U-förmige Gestalt oder eine U-förmige Gestalt, wie sie in Fig. 1, 7 und

so 9 dargestellt ist, aufweisen. In jedem Fall ist es jedoch wichtig, daß der U-förmige Durchgang so ausgebildet sein muß, daß die innere Flüssigkeit durch diesen Durchgang strömt. Der senkrechte Teil des U-förmigen Durchgangs muß nicht vollständig senkrecht, son-

dem kann bis etwa 30° zur senkrechten Richtung geneigt sein. Bessere Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn der senkrechte Teil des Durchgangs vollständig senkrecht ist. Es ist zweckmäßig, daß der untere Teil des U der Innenwand des U-förmigen Durchgangs einen Krümmungsradius von mehr als 20 cm hat. Bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn der gekrümmte untere Teil waagerecht ausgerichtet ist. Wenn der Krümmungsradius des U-förmigen Durchgangs kleiner ist, als vorstehend angegeben, wird die Länge des unteren waagerechten Teils des Bündels, der am leichtesten der Einwirkung der äußeren Flüssigkeit unterliegt, verkürzt, so daß keine guten Ergebnisse erzielbar sind. Speziell nimmt der waage-

rechte untere Teil des U-förmigen Hohlfaserhündels, das in den U-förmigen Durchgang des Gefäßes gehängt ist, V₄ bis V₂, vorzugsweise ¹Z₁ der wirksamen Faserlänge ein.

Als Hohlfasern eignen sich für die Zwecke der Erfindung nicht nur Celluloseacetatfasern, Reyonfasern, Polyacrylnitrilfasern usw.. die in der japanischen Patentveröffentlirhung 28625/64 beschrieben sind, sondern auch beliebige andere Fasern mit semipermeabler! Eigenschaften. Die geeigneten Fasern werden in Abhängigkeit vom vergesehenen Verwendungszweck der Vorrichtung gewählt. Besonders bevorzugt werden Hohlfasern, die auch im trockenen Zustand semipermeabel sind und genügend mechanische Festigkeit aufweisen. Als Fasern, die diese bevorzugten Eigenschaften aufweisen und ungiftig oder unschädlich sind, wenn sie mit Blut bei Verwendung als künstliche Niere in Berührung kommen, sind Reyorihohlfasern zu nennen, die nach dem Kupferreyonverfahren hergestellt sverden. Außendurchmesser, Länge und Zahl der Hohlfasern sind nicht besonders wichtig, jedoch werden im allgemeinen bessere Ergebnisse erzielt, wenn 2000 bis 20000 Hohlfasern mit einem Außendurchmesser von nicht mehr als 1500 μ und einer Länge von 100 bis 600 mm verwendet werden. Wenn der Faserdurchmesser größer ist als 1500 μ, wird die Membranfläche pro Volumeneinheit geringer, so daß kein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Wenn ferner die Strömungsgeschwindigkeit der äußeren Flüssigkeit erhöht wird, werden die Hohlfasern zusammengedrückt, so daß der Strömungswiderstand für die innere Flüssigkeit steigt, wodurch der Durchfluß für die innere Flüssigkeit begrenzt wird. Wenn die Fasern zu kurz sind, sind keine befriedigenden Wirkungen erzielbar. Wenn die Länge der Fasern zu groß ist, sind größere Apparaturen notwendig, so daß die Arbeitsleistung geringer wird. Wenn die Zahl der Hohlfasern geringer ist als 2000, sind keine befriedigenden Wirkungen erzielbar, und bei einer Hohlfaserzahl von mehr als 20000 ist keine gleichmäßige Verteilung der inneren Flüssigkeit erzielbar, so daß der Kontakt zwischen der äußeren

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demgemäß Durchmesser, Länge und Zahl der Hohlfasern außerhalb der vorstehend genannten bevorzugten Bereiche liegen, ist die gewünschte Wirkung der Erfindung nicht in ausreichendem Maß erreichbar.

Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung als künstliche Niere für die Dialyse von Blut verwendet wird, unterliegt sie verschiedenen Beschränkungen durch die Viskosität des Bluts, die Gerinnungsfähigkeit des Bluts, die zulässige Blutmenge, die aus dem Körper eines Patienten entnommen werden kann (im allgemeinen etwa 300 ml), den Druckverlust durch den Strömungswiderstand, der dem Blut entgegegengesetzt wird, u. dgl. In diesem Fall werden vorzugsweise 4000 bis 15000 Hohlfasern mit einem Außendurchmesser von 100 bis 600 μ und einer Länge von 200 bis 600 mm in Form eines Bündels verwendet.

Die Membrandicke der Hohlfasern liegt für die Erreichung der meisten Ziele der Erfindung zweckmäßig im Bereich von 10 bis 50 μ, jedoch können auch Hohlfasern mit einer Membrandicke außerhalb dieses Bereichs verwendet werden, soweit sie semipermeabel sind. In gewissen Fällen können verschiedene Arten von Fasern oder Fasern mit unterschiedlichem Außendurchmesser in Kombination verwendet »verden. Wenn jedoch die Vorrichtung gemäß der Erfindung als künstliche Niere für die Dialyse von Blut verwendet werden soll, ."erden zweckmäßig Hohlfascrn mit praktisch gleichem Kammerdurchmesser verwendet, damit das Blut gleichmäßig durchfließt.

Als Klebstoffe können für die Bildung der Befestigungsblöcke an beiden Endteilen des Hohlfaserbündels Epoxyharze, Polyurethanharze, Siliconharze. Phenol-Aldehydharze, hitzehärtbare Synthesekautschuke, Acrylharze und andere organische Klebstoffe verwendet werden. Der jeweils geeignete Klebstoff wird in Abhängigkeit von der Art der Hohlfasern und vom vorgesehenen Verwendungszweck der Vorrichtung gewählt. Epoxyharze widerstehen im allgemeinen der aggressiven Wirkung von Lösungsmitteln oder der chemischen Korrosion und bewirken bei der Bildung von flüssigkeitsdichten Blöcken unter den üblicherweise angewandten Druck- und Temperaturbedingungen einen flüssigkeitsdichten Abschluß. Daher werden diese Epoxyharze als Klebstoffe besonders bevorzugt, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung als künstliche Niere verwendet wird, muß, da die Befestigungsblöcke sowie andere Teile des Hohlfaserbündels mit Blut in Berührung kommen, ein Klebstoff verwendet werden, der nicht dazu neigt, das Blut zu koagulieren, und auch in Berührung mit Blut nicht toxisch ist. Als Beispiele von Klebstoffen, die sich für diesen Zweck eignen, sind die Siliconharze und Polyurethanharze zu nennen. In jedem Fall muß der verwendete Klebstoff die Fähigkeit haben, die Fasern flüssigkeitsdicht zu verbinden und Befestigungsblöcke zu bilden, die eine Vermischung oder eine Berührung der inneren Flüssigkeit und äußeren Flüssigkeit verhindern.

Hohlfaserbündel mit Befestigungsblöcken an beiden Endteilen können nicht nur nach dem in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 28625/64 beschriebenen Verfahren, sondern auch nach anderen geeigneten Verfahren hergestellt werden. Bei der Herstellung des Faserbündels muß darauf geachtet werden, daß die Hohlkammern der Fasern nicht zerdrückt oder mit Klebstoff gefüllt werden, der den Durchfluß der Flüssigkeit durch die Hoh!';ammern der Fasern verhindert

Die beiden öffnungen auf der Oberseite des Gefäßes brauchen nur den kleinsten Abstand zu haben, der die Bildung des U-förmigen Durchgangs für die äußere Flüssigkeit ermöglicht, jedoch ist im allgemeinen ein geeigneter Abstand, der größer ist als der vorstehend genannte kleinste Abstand, zwischen den beiden Öffnungen zweckmäßig, wie in Fig. 9 dargestellt. Die notwendige Anzahl von Austrittsöffnungen für die äußere Flüssigkeit kann an den notwendigen Stellen im Gefäß vorgesehen werden, jedoch ist es unerläßlich, daß sie an Stellen angeordnet sind, an denen ein genügender Kontakt zwischen der durch die Einführungsöffnung zugeführten äußeren Flüssigkeit und den Hohlfasern, nämlich an der Oberseite des oberen Teils der Seitenfläche des Gefäßes erreicht wird.

WieFig. 4,7,8und lOzeigen, ist die innere Seitenwand 5 des Durchgangs für die äußere Flüssigkeit im Gefäß so angeordnet, daß der untere Teil der inneren Seitenwand nicht in enger Berührung mit dem gesamten Faserbündel ist, wenn keine Flüssigkeit in das Gefäß eingefüllt worden ist. Wie Fig. 9 zeigt, wird die innere Seitenwand vorzugsweise in einer solchen Stellung angeordnet, daß ihr unterer waagerechter Teil die Ausbreitung des Hohlfaserbündels in geeigneter Weise begrenzt, wenn die äußere Flüssigkeit in die

Vorrichtung eingeführt wird. Ferner wird die innere Seitenwand vorzugsweise so angeordnet, daß gute Berührung zwischen dem senkrechten Teil der inneren "eitenwand und dem Hohlfaserbündel erreichbar ist. Wenn der senkrechte Teil der inneren Seitenwand eine zu enge Berührung mit den Hohlfasern hat, wird der Strömungswiderstand für die innere Flüssigkeit erhöht und die Berührung zwischen der äußeren Flüssigkeit und den Hohlfasern verschlechtert. Daher wird die Kontaktwirkung verringert. Wenn die innere Seitenwand in einer solchen Lage angeordnet ist, daß ihr senkrechter Teil keine Berührung mit den Hohlfasern hat, fließt die äußere Flüssigkeit nur in Teilen, in denen keine Fasern vorhanden sind und der Strömungswiderstand niedrig ist, so daß auch hier die Kontaktwirkung verschlechtert wird.

Die U-förmigc äußere Seitenwand des Durchgangs für die äußere Flüssigkeit im Gefäß ist vorzugsweise in einer solchen Lage angeordnet, daß die Ausbreitung des Faserbündeis in geeigneter Weise begrenzt wird. Das gleiche gilt für die seitliche Breite des Gefäßes. Besonders gute Ergebnisse können erreicht werden, wenn, wie insbesondere in Fig. 3 und Fig. 11 dargestellt, die seitliche Breite des Gefäßes so gewählt ist, daß die Gefäßwand die richtige Berührung mit dem unteren Teil des Hohlfaserbündels hat. um die Ausbreitung des Faserbündels in geeigneter Weise zu begrenzen. Wenn im unteren waagerechten Teil des U-förmigen Durchgangs für die äußere Flüssigkeit das Faserbündel so angeordnet ist, r<aß die Hohlfasern dichter gepackt sind als am unteren Teil des unteren waagerechten Teils des Durchgangs, wie in Fig. 4. 7, 8 und 10 dargestellt, werden im allgemeinen bessere Ergebnisse erzielt.

Bei Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung als künstliche Niere zur Reinigung von Blut kann, da ein Eintritt und ein Austritt für die Einführung und Abführung der inneren Flüssigkeit (in diesem Falle Blut) an den Endteilen des Faserbündels, wo die Hohlfasern dicht gerafft sind, angeordnet sind, die Vorrichtung kompakt gestaltet werden, und der Druckverlust durch den dem Blut entgegengesetzten Strömunpswiderstand und die Blutmenee. die diese beiden Endteile ausfüllt, verringert werden.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, kann in der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch, daß Hohlfasern in ein Gefäß gehängt sind, die Durchflußmenge der äußeren Flüssigkeit drastisch gesteigert und ein ausreichender Kontakt zwischen den Hohlfasern und der äußeren Flüssigkeit l ti eicht werden. auch wenn die Durchflußmenge der äußeren Flüssigkeit erhöht wird. Als Folge kann in der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Behandlungszeit gegenüber üblichen Vorrichtungen vom Wärmeaustauschertyp stark verkürzt werden, während die Wirksamkeit der Behandlung höher gehalten wird. Ferner kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung bei gleicher Wirksamkeit der Behandlung viel kleiner gehalten werden als bei der üblichen Vorrichtung.

Bei Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung als künstliche Niere kann die Dauer der Dialyse stark verkürzt werden, und auf Basis der gleichen Wirksamkeit der Dialyse kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung kleiner gehalten werden als die übliche Vorrichtung. Ferner kann die in der Vorrichtung enthaltene Blutmenge verkleinert und hierdurch die Belastung eines Patienten verringert werden.

Die durch die Erfindung erzielbaren Effekte werden in den folgenden Beispielen ausführlicher veranschaulicht.

Beispiel 1

Eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung,wiesie in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellt ist, wurde unter "er*e',idung von 8000 Cellulosehohlfiisern hergestellt, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden waren und einen Innendurchmesser von 260 μ, einen Außendurchmesser von 300 μ und eine Länge von 350 mm hatten, hergestellt. Eine Lösung von Harnstoff in destilliertem Wasser mit einer Harnstoffkonzentration von 1 mg/ml wurde in einer Menge von 200 ml/Minute durch das Innere der Hohlfasern geleiiet.

Während ein im Handel erhältliches Dialysat. das am Anmeldetag unter der Handelsbezeichnung Renasole-Lösung bekannt war, das Natrium, Kalium. Chlor. Magnesium, Calcium und Glucose enthält.

35iacM veiuümii iuii uesiiiiitriicm Wassci üiügcwa'u! wurde, wurde eine frische Behandlungsflüssigkeit in einer Menge von 500 ml/Minute außerhalb der Hohllasern zugeführt. Das Dialysat wurde in der gleichen Menge ausgetragen. Die Dialyse wurde bei 37⁰C durchgeführt. Die entfernte Harnstoffmenge, die an einer Probe der Harnstofflösung bestimmt wurde, die am Austritt der Harnstofflösung genommen wurde, nachdem 5 Minuten vom Beginn des Versuchs vergangen waren, betrug 82%. Die in den Hohlfasern strömende und in der Vorrichtung vorhandene F!üssigkeitsmenge betrug 150 ml. Die effektive Oberfläche der Hohlfasern betrug etwa 2.0 m^:.

Beispiel 2

Die Dialyse wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise durchgeführt mit dem Unterschied, daß Umlenkplatten, wie sie in Fig. 14 dargestellt sind, in der gleichen Behandlungsvorrichtung, die bei dem in Beispiel 1 beschriebenen Versuch verwendet wurde, vorgesehen wurden. Die er'fernte Harnstoffmenge, die an einer Probe der Harnstofflösung bestimmt wurde, die am Austritt der Harnstofflösung genommen wurde, nachdem 5 Minuten vom Beginn des Versuchs verstrichen waren, betrug 84^f.

Beispiel 3

Eine Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung. wie sie in Fig. 10 und 11 dargestellt ist, wurde unter Verwendung von 8000 Cellulosehohlfasern hergestellt, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden waren und einen Innendurchmesser von 260 ii. einen Außendurchmesser von 300 μ und eine Länge von 350 mm hatten. Diese Behandlungsvorrichtung wurde als künstliche Niere verwendet. Das arterielle Blut eines 31jährigen männlichen Patienten wurde in einer Menge von 250 ml/Minute in die Vorrichtung geleitet. Ein Dialysat, hergestellt durch 35fache Verdünnung der gleichen Renasole-Lösung wie in Beispiel 1 mit Stadtwasser, wurde außerhalb der Hohlfasern in einer Durchflußmenge von 500 ml Minute umgewälzt. Das Dialysat wurde in der gleichen Menge ausgetragen. Nachdem die Behandlung 4 Stunden durchgeführt worden war. war die HL'm<t^ffkonzentration im Blut, die vor der Dialyse V.) 2 mg dl betrug. auf 37 mg/dl gesenkt. Unter einem Venendruck von 200 mm Hg konnten 2.2 kg Wasser entfernt werden. Der Zustand des Patienten war während und nach der Dialyse gut.

Hierzu 6 Blaft Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. P.üssigkeitsbehandlungsvorrichtung mit

A) einem Gefäß mit einer oberen Wand und einem Boden, die durch eine Seitenwand verbunden sind, wobei

a) in der oberen Wand zwei öffnungen mit Abstand zueinander angeordnet sind,

b) das Gefäß im Innern so konstruiert und angeordnet ist, daß ein U-förmiger Durchgang gebildet wird, dessen Schenkel an den beiden Öffnungen der oberen Wand enden,

B) einem in den U-förmigen Durchgang angebrachtes Bündel von semipermeablen Hohlfasern, wobei

a) ein Endteil des Faserbündels zusammengerafft und mit flüssigkeitsdichiem Abschluß unter Bildung eines ersten Bsfestigungsblocks abgebunden und der andere Endteil des Bündels von Fasern mit flüssigkeitsdichtem Abschluß zusammengerafft und unter Bildung eines zweiten Befestigungsblocks abgebunden ist und der erste und der zweite Befestigungsblock iSüssigkeitsdicht am Gefäß an den beiden mit Abstand zueinander angeordneten öffnungen in der oberen Wand befestigt sind, und

C) einem Eintritt und einem Austritt, die zum Einfühlen und Abführen der strömenden inneren Flüssigkeit diener, und angrenzend an die beiden mit Abstand zueinander angeordneten öffnungen in der oberen Wand des Gefäßes angeordnet sind und mit den Endteilen des Bündels von Hohlfasern in Verbindung stehen, so daß die strömende innere Flüssigkeit durch das Innere der einzelnen Hohlfasern strömen kann, dadurch gekennzeichnet, daß

D) im Boden des Gefäßes (6) eine in der Mitte der Unterseite angeordnete öffnung (4) zui Einführung einer äußeren Flüssigkeit angeordnet ist und im oberen Teil des Gefäßes (6) einschließlich der oberen Wand und eines Teils der Seitenwand mehrere Öffnungen (7) für die Abführung der äußeren strömenden Flüssigkeit vorhanden sind und

E) die als Bündel in den U-förmigen Durchgang gehängten semipermeablen Hohlfasern (3) von gleicher Länge sind, wobei der waagerechte untere Teil des U-förmigen Hohlfaserbündels, das in den U-förmigen Durchgang des Gefäßes gehängt ist, V₄ bis V₂ der wirksamen Faserlänge einnimmt und wobei der nicht abgebundene Teil des Bündels von Hohlfasern (3) so aufgehängt ist, daß das Bündel sich bei Berührung mit der strömenden äußeren Flüssigkeit ungehindert ausbreiten kann,

2. Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß eine U-förmige Querwand (5) im Innern des Gefäßes (6) angeordnet ist.

3. Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (6) U-förmig abgeändert ausgebildet ist.

4. Flüssigkeitsbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Leitplatten (19) von der Oberseite des Gefäßes (6) längs beider Seiten des Hohlfaserbündels (3) nach unten ragen.