DE2806237C2 - Vorrichtung zum Entfernen der harnpflichtigen Stoffe aus dem menschlichen Blut - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Nach einem solchen Stand der Technik (DE-AS 27 55 922) wurde vorgeschlagen, in einem kastenförmigen Gehäuse Schlauchabschnitte einer Filtrationsmembrane mit darin eingeschlossenen Gewebeabschnitten als Membranstütze in Form eines Paketes zusammen mit Schlauchabschnitten einer Dialysemembran und entsprechend angeordneten Gewebeabschnitten als zweites Paket aufeinander zu stapeln. Das Blut wird zwischen jeweils zwei Filtratior.smembranen aus zwei aufeinanderliegenden Schlauchabschnitten und zwischen jeweils zwei Dialysemembranen aus zwei aufeinanderliegenden Schlauchabschnitten hindurchgeführt. Der Bluteinlaß befindet sich etwa in der Mitte der Gehäuselängsseite des kastenförmigen Gehäuses, so daß das Blut sich erst seitlich verteilen muß, um auch die Endbereiche der Schlauchabschnitte zu erreichen und die Membranschlauchabschnitte dadurch quer zu überströmen, während das Filtrat aus den stirnseitig offenen Schlauchabschnitten der Filtrationsmembran abgezogen und das Dialysat die stirnseitig offenen Schlauchabschnitte der Dialysemembranen durchströmt.

Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist die schlechte Blutverteilung am Einlaß und schlechte Blutsammlung am Blutauslaß. Das in den Einlaß eingeführte Blut muß sich von der Mitte aus nach beiden Seiten der Gehäuselängsseite verteilen. Dadurch besteht die Gefahr, daß sich an den Schlauchenden Totzonen bilden, so daß die Membranabschnitte in diesem Bereich nicht mit der gleichen Effektivität überströmt werden wie die mittleren Schlauchabschnitte. Die Gefahr auftretender Kurzschlußpfade, d. h. Pfade mit geringerem Strömungswiderstand ist dadurch sehr groß.

Es ist auch bereits ein Dialysator in Plattenbauweise bekannt (GB-PS 14 70 428), bei dem zwischen jeweils zwei die Membranen abstützenden steifen Platten sandwichartig zwei Dialysemembranen umlaufend abgedichtet eingespannt sind, wobei die eine Dialysemembrane auf der zur zugeordneten Platte hinweisenden Membranseite mit einem Dialysat mit spezieller Zusammensetzung und Konzentration in Berührung tritt und die andere Dialysemembrane in entsprechender Weise mit einem Dialysat abweichender Zusammensetzung und Konzentration in Berührung tritt. Zwischen den beiden einander zugekehrten Membranflächen wird das Blut geleitet. Die Platten sind jeweils mit einem Ein- und Auslaß für das zugeordnete Dialysat versehen. Die beuteiförmig abgedichteten beiden Membranlagen weisen einen gemeinsamen Blutein- und Blutauslaß auf. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Blutverteilung ungünstig, so daß ebenfalls im seitlichen Bereich des Bluteintrittes und des Blutaustrittes Membranflächen vorhanden sind, die nicht optimal überströmt sind.

Dies gilt auch für die Bauform der sogenannten Faltdialysatoren (DE-OS 22 52 341 und DE-OS 26 08 758). Eine Dialysemembran ist in eine Vielzahl von Falten plissiert, so daß auf jeder Seite offene Taschen entstehen, in die einseitig zur Membranunterstützung Abschnitte eines Kunststoffnetzwerkes eingelegt sind. Das zusammengedrückte Faltenpaket bildet in Verbindung mit einem kastenförmigen Gehäuse und Dichtungsabschnitten zwei Strömungskammern, durch welche Blut und Dialysat getrennt hindurchströmen kann. Der Ein- und Auslaß für das Blut ist an der einen Gehäuselängsseite angeordnet, so daß das Blut von der Seite her in die offenen Falten hineinströmen muß, dann in Längsrichtung des Gehäuses strömen und seitlich wieder austreten muß. Auch hier ist die Blutverteilung über die gesamte Membranfläche verbesserungswürdig. Die beschriebenen Faltdialysatoren eignen sich gut zur industriellen Fertigung, da sie aus Endlosmaterial,

nämlich der Membran und dem Netzwerk durch Parallelfaltung entstehen, und sich auf diese Weise relativ kleine Vorrichtungen, d.h. Diffusionszellen, herstellen lassen.

Derartige Module sollen im Idealfall ein möglichst geringes Blutvolumen mit geringen Blutfilm in den Strömungskanälen aufweisen, eine gleichmäßige Verteilung des Blutflusses über die Dialysemembran ermöglichen, einen geringen Durchströmungswiderstanc¹ auf der Blutsrite aufweisen, große Dialysierleistung, eine kompakte Bauweise und geringe Herstellkosten aufweisen.

Die eingangs geschilderten bekannten Bauformen sind insofern verbesserungswürdig, als die Blutverteilung in die Gehäusetiefe hinein zu ungleichmäßig ist und die Herstellkosten zu hoch sind.

Im übrigen ist die Membrananordnung und Gehäuseausbildung noch zu sehr auf spezifische Verwendungszwecke, nämlich als Dialysator oder Häinofilter oder Oxygenator, abgestellt. Da ein TeiJ der Patienten nur die Hämodialyse, ein anderer Teil nur die Hämofiltration und ein weiterer Teil beide Behandlungsarten (zumindest über einen gewissen Zeitraum) verträgt, muß der behandelnde Arzt also im voraus entscheiden, ob ein spezieller Patient an eine »Künstliche Niere« mit Hämofilter oder mit Dialysator angeschlossen werden soll, und ob der Patient nach einiger Zeit von dem Hämodialysegerät zum Hämofiltrationsgerät überwechseln soll um eine optimale Behandlung, die er auch verträgt, zu erreichen.

In der Literaturstelle »Biomedizinische Technik«, Band 22, Heft 1/77, Seite 277 bis 284 sind systematische Untersuchungen beschrieben, bei denen an einem Plattendialysator eine sequentielle Hämodialyse, eine sequentielle Hämofiltration und auch eine simultane Hämodialyse und Hämofiltration vorgenommen werden, um die Wirksamkeit der einzelnen Verfahren zu ermitteln.

Bei den umfangreichen Untersuchungen und Tests wurde immer eine Art von Dialysemembranen verwendet. Bei der darin verwendeten Membrane handelt es sich um eine Polyacrylnitril-Membrane. In diesem Dialysator nach dem Plattenbauprinzip ist eine Vielzahl von Membranabschnitten angeordnet, die untereinander gleich sind und von ein und demselben Membrantyp stammen.

Aus dieser Literaturstelle ist lediglich bekannt, mit ein und demselben Dialysator sowohl eine Dialyse als auch eine Ultrafiltration — sei es sequentiell oder simultan — durchzuführen.

Bei der bekannten Vorrichtung nach der Literaturstelle erfolgt bei der simultanen Hämodialyse und Hämofiltration der Stoffaustausch aufgrund eines anfänglichen Konzentrationsgefälles und aufgrund eines dauernd wirkenden Druckgefälles zwischen Blut und Dialysat. Wie aus der Literaturstelle hervorgeht, wird durch eine solche Maßnahme zwar die Entfernung der harnpflichtigen Stoffe aus dem menschlichen Blut gegenüber der reine Hämodialyse verbessert, führt jedoch noch nicht zu einer Optimierung der erwünschten Blutreinigung;. Dies ist zurr; großen Teil dadurch bedingt, daß sich die beiden Transportmechanismun störend überlagern.

Es ist auch ein Kapillarmodul bekannt (JP-C)S 192/74) bei dem mehrere Arten halbdurchlässiger Membranrohre mit verschiedenartiger Porengröße und verschiedenartiger Durchlaßeigenschaft gebündelt sind und das Blut entweder einer Dialyse oder ein sr Filtration unterworfen wird. Mit der Vielzahl der verschiedenartigen Membranrohre seil die Reinigungsfähigkeit der menschlichen Niere möglichst genau nachgebildet sein.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den in seinem Oberbegriff enthaltenen Merkmalen, bei der eine separate Abführung des Filtrats und des Dialysats gewährleistet ist, so weiterzubilden, daß bei geringem Blutvolumen und dünnem Blutfilm eine gleichmäßig über die gesamte Breite der Membranen in Strömungsrichtung verlaufende Blutverteilung an der Einlaß- und Auslaßseite gewährleistet ist und mögliche Totzonen an den Membranflächen vermieden werden. Oiese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird das Blut auf der Stirnseite des Faltenpaketes, also in einem relativ schmalen Gehäusebereich, über die gesamte Breite der Membranfläche in einem Blutkompartement verteilt und tritt in jedem Strömungskanal (Falte) sowohl mit einer der Filtrationsmembrane als auch mit einer Dialysemembrane in Berührung. Der Strömungswiderstand für das gesamte Blut ist also durch die relativ schmale Verteilungsbreite in der Einlaßkammer einheitlich, auch im Bereich der überströmten Membranfläche und in der Auslaßkammer. Toträume oder Totzonen, in denen das Blut nicht optimale Strömungsbedingungen hat, sind damit vermieden. Hinzu kommt, daß der zwischen Blut und Dialysat wirkende Transportmechanismus aufgrund des vorhandenen Konzentrationsgefälles über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird, da das Dialysat nicht zusätzlich durch das Filtrat angereichert wird sondern von diesen getrennt geführt ist.

Dem behandelnden Arzt sind damit in idealer Weise alle Variationsmöglichkeiten für eine optimale Behandlung gegeben.

Der Erfindungsgedanke ist in der Zeichnung in Form eines kombinierten Hämofiltrations-Dialyse-Moduls für eine »Künstliche Niere« näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht mit herausgebrochener Gehäusestirnseite einen Faltenmodul, nach der ■*5 Schnittlinie 1-1 in Fig. 2,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Modul gemäß F i g. 1 nach der Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 eine perspektivische Schnittdarstellung durch das Gehäuse und den Faltenstapel hinter der stirnseitigen Abdichtung nach der Schnittlinie 3-3 in F i g. 2,

Fig.4 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch mehrere Schichten des Faltenstapels und Darstellung der Verformung der Membranen unter Einfluß der geförderten Fluide.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht der Modul aus einem kastenförmigen Gehäuse 4, das auf seiner Oberseite einen Auslaß 1 für das Filtrat und auf der gegenüberliegenden Seite einen Einlaß 2a und einen Auslaß 2b für das Dialysat sowie stirnseitig einen Auslaß 3b für das Blut aufweist. Wie aus Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich ist, gehen die Ein- und Auslässe 2a, 1, Ib für das Dialysat und Filtrat im Gehäuse 4 in nach unten gerichtete Verteilerkanäle 11 über. Im kastenförmigen Gehäuse 4 ist QiC eigentliche Trennvorrichtung, bestehend aus der ^b5 Dialysemembrane 5 und der Filtrationsmembrane 7 und den davon in Falten eingeschlossenen Membranstützen 6a und 6b in Form eines Faltenstapels, angeordnet. Diese zwei aufeinanderliegenden Endlosbahnen, näm-

lieh die Dialysemembrane 5 und die Filtrationsmembrane 7, werden nach Fixierung ihrer Längsränder gemeinsam plissiert und nach Einschieben der Membranstützabschnitte 6a und 6b in die einzelnen Falten zu einem der Gehäusehöhe angepaßten Faltenstapel ■> zusammengepreßt.

Zur Bildung der drei Strömungskanäle I, II, III werden die Endbereiche des Faltenstapels, d. h. jeweils die einander zugewandten Seiten der Faltenöffnungen einschließlich der Membranstützen 6a, 6b mit einer iu Verklebung 8 oder einer Versiegelung versehen, die sich gemäß F i g. 2 dichtend allseitig an das Innere des Gehäuses 4 anlegt und damit den Verteilerraum 9 und JO für das Blut gegenüber dem übrigen Gehäuse 4 abdichtet. Die beiden Längskanten der Endfalten 12 beider Membranen 5, 7 sind auf der ganzer. Länge ebenfalls mit einer dichtenden Verklebung oder Versiegelung versehen und mit der Gehäusedecke und dem Boden dicht verbunden. Der Faltenstapel ist an beiden Stirnseiten lediglich im Bereich der unmittelbar aufeinanderliegenden Membranen 5, 7 offen. Als Membranstütze 6a, 6b dient ein unverwobenes Netzwerk oder Gewebe aus Kunststoff, welches sich für diesen Zweck bereits bewährt hat.

Die beiden Membranen 5 und 7 bilden somit einen in Gehäuselängsriohtung verlaufenden und im Bereich der Verteilerkammern 9 und 10 offenen Schlauch und damit die Strömungskammer III.

In der Schnittdarstellung gemäß F i g. 1 sind die beiden Endfalten 12 auf derselben Gehäuseseite und '" der Schnittdarstellung gemäß Fig.3 auf beiden Gehä'uselängsseiten angeordnet, was nur eine Frage der unterzubringenden Faltenanzahl im Gehäuse4 ist.

Die anderen beiden Strömungskammern 1 und II werden dadurch gebildet, daß sich die Längskanten des Faltenstapels im Bereich zwischen dem Einlaß 2a, den zwei Auslässen 2b, 1 dichtend an die Gehäuselängswände des Gehäuses 4, und die Ober- und Unterseite des Faltenstapels dichtend an den Gehäuseboden und Gehäusedeckel anlegen. Das in den Einlaß 2a eingegebene Dialysat gelangt über den Verteilerkanal 11 in den Bereich der einzelnen, nach der jeweiligen zugeordneten Gehäuselängswand hin offenen Falten und wird gemäß F i g. 2 gezwungen, bis in die Faltentiefe einzudringen und in Richtung des Auslasses 2b zu fließen.

Bei Anwendung der Vorrichtung als »Künstliche Niere« nimmt das in den Einlaß 3a eingeführte Blut den Strömungsweg gemäß Pfeil 3' und verläßt die Strömungskammer III durch den Auslaß 3b, während in gleicher Weise das in den zweiten Einlaß 2a eingeführte Dialysst den Strömungsv/eg gemäß Pfeil 2' nimmt und durch den Auslaß 2b die Strömungskammer II im Gegenstromverfahren verläßt. Das dem Blut durch die Filtrationsniembrane 7 entzogene Filtrat wird aus der Strömungskammer I durch den Auslaß 1 gemäß Pfeil Γ abgesaugt

Aufgrund des Konzentrationsgefälles zwischen Blut und Dialysator diffundieren die dem Blut zu entziehenden harnpflichtigen Stoffe durch die Dialysemembran 5 t>o hindurch in die von der Membranstütze 6b abgestützte Kammer 11 und werden aus dieser abgeführt. An den Auslaß 1 für das Filtrat ist eine Unterdruckpumpe angeschlossen, so daß aufgrund des Druckgefälles eine Ultrafiltration von der Blutseite durch die Filtrationsmembrane 7 hindurch in die Kammer I erfolgt, die ebenfalls mit einer Membranstütze 6a in Form eines Netzwerkes oder eines Gewebes abgestützt ist.

In Fig. 4 sind in einer größeren Darstellung ausschnittweise die drei Strömungskammern I, II und III dargestellt. Dabei ist gleichzeitig die Wirkungsweise erkennbar, die von der Membranstütze 6a, 6b auf die beiden Membranen 5 und 7 ausgeübt wird. Unter dem Flüssigkeitsdruck des Blutes in der Kammer III werden / die beiden Membranen 5 und 7 in die Vielzahl der ■'„ Freiräume der Membranstützen 6a, 66 gedrückt, so daß k das Blut in einer Vielzahl von kleinen engen Spalten den =: Modul durchfließen kann, und dabei ein Austausch der j harnpflichtigen Stoffe von der Kammer III in die Kammer I und II erfolgen kann. Die Spalthöhe der Kammer III hängt davon ab, wie stark der Faltenstapel im Gehäuse 4 zusammengepreßt ist und wie weit sich die Membranen 5 und 7 unter dem Flüssigkeitsdruck des Blutes in der Kammer Ml in die Freiräume der Membranstützen 6a, 6b zwischen den einzelnen Kreuzungspunkten des Netzwerkes oder Gewebes einbuchten lassen.

Die Dialysemembrane 5 besteht z. B. aus regeneriertem Zellulosehydrat, während als Filtrationsmembrane 7 z. B. eine Membrane auf der Basis von Zellulosetriacetat Verwendung findet.

Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform gemäß F i g. 1 } bis 4 ist, daß das Blut auf der Stirnseite des '■ Faltenpaketes, also in einem relativ schmalen Gehäusebereich, über die gesamte Breite der Membranflächen in einem Blutkompartement verteilt wird und in jedem Strömungskanal (Falte) sowohl mit einer Filtrationsmembrane als auch mit einer Dialysemembrane in Berührung tritt. Der Strömungswiderstand für das gesamte Blut ist also durch die relativ schmale Verteilungsbreite in der Einlaßkammer 10 einheitlich, auch im Bereich der überströmten Membranflächen und in der Ausiaßkammer 9. Toträume oder Totzonen, in denen das Blut nicht optimale Strömungsbedingungen hat, sind damit vermieden.

Auf dem speziellen Anwendungsgebiet der »Künstlichen Niere« hat der behandelnde Arzt die Möglichkeit, den üblicherweise über 8 Stunden dauernden Behandlungszeitraum aufzuteilen, z. B. in 2 Stunden gleichzeitiger Hämofiltration und Hämodialyse und 6 Stunden nur Hämodialyse. Das Filtrat wird fraktioniert und kann somit einwandfrei durch Sensoren fortlaufend analysiert werden. Danach kann ein Substituat nach Menge und Zusammensetzung abgestimmt und dem Patienten zugeführt werden. Da das Dialysat und die davon aufgenommenen Stoffe ebenfalls fraktioniert sind, ist ebenfalls eine programmgemäße Steuerung des Dialysiervorganges über das Steuergerät der »Künstlichen Niere« möglich.

Das Filtrieren und Dialysieren ist sowohl gleichzeitig als auch nacheinander möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entfernen der harnpflichtigen Stoffe aus dem menschlichen Blut durch Dialysieren und Ultrafiltrieren, bei der das Blut in einem dünnen Blutfilm über Membranflächen einer Fikrationsmembrane und einer Dialysemembrane geführt ist und beide jeweils von Membranstützen getragener. Membranen in einem sie umschließenden kastenförmigen Gehäuse angeordnet sind, welches einen Ein- ι ο und Auslaß für das Blut, für das Dialysat und einen Auslaß für das Filtrat aufweist, bei der weiterhin die aus dem Blut durch die Filtrationsmembrane hindurchtretenden harnpflichtigen Stoffe in separaten, abgedichteten Strömungskanälen als Filtrat und die aus dem Blut durch die Dialysemembrane in das Dialysat eintretenden Stoffe mit diesem in separaten, abgedichteten Strömungskanälen aus dem Gehäuse abgeführt werden, jnd bei der schließlich die Filtrationsmembrane und die Dialysemembrane deckend übereinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialysemembrane (5) und die Filtrationsmembrane (7) gemeinsam zu ei.iem Faltenstapel plissiert und in dem kastenförmigen Gehäuse (4) derart angeordnet sind, daß die von den Falten gebildeten Strömungswege in Verbindung mit den zugeordneten Ein- und Auslassen (3a, 2a, 3b, 2b, 1) drei parallel und getrennt voneinander verlaufenden Strömungskammern (I, II, 111) bilden, und daß zwei Strömungskammern (I, II) durch die zur zugeordneten Gehäusewand hin offenen und von einer Strömungskanäle bildenden Membranstütze (6a, 6b) getragenen Falten zur Führung von Filtrat einerseits und von Dialysat andererseits gebildet sind, und die dritte Strömungskammer (III) durch den von der Filtrationsmembrane (7) und der Dialysemembrane (5) geformten, an den Enden offenen Faltenstapel zur Führung des Blutes gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranstütze (6a, 6b) als Gewebe ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Filtrationsmembrane (7) zugeordneten Membranstütze (6a) in Fadenstärke und/oder Fadenabstand vom Gewebe für die Dialysemembran (5) abweicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (6a, 6b) aus Kunststoff gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der einzelnen Strömungskammern (I₁ II, III) für das Blut, Filtrat und Dialysat die Membranstützen (6a, 6b), die Membranen (7,5) und das Gehäuse (4) in den abzudichtenden Kammerabschnitten durch Verklebung (8), Verschweißung oder durch aushärtbare Kunststoffe verbunden sind.