DE3030856C2

DE3030856C2 -

Info

Publication number: DE3030856C2
Application number: DE3030856A
Authority: DE
Inventors: Maxime Francois Survilliers Fr Hanss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-17
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1989-05-11
Also published as: FR2463927A1; GB2062249A; DE3030856A1; FR2463927B1; US4348890A; GB2062249B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, insbesondere der Verformbarkeit von roten Blutkörperchen, umfassend:

(a) eine Kapillare, deren Innendurchmesser zwischen 1 und 10 mm beträgt und die im Zentrum eines oberen, transparenten Teils vorgesehen ist, der mit zwei Niveaudetektoren versehen ist;
(b) einen mittigen Kanal, der in einem unteren transparenten Teil vorgesehen und der Kapillare gegenüberliegt bzw. zugekehrt ist, und der mit einer Auslaßleitung verbunden ist;
(c) eine Druckregelleitung; und
(d) ein Haltegestell.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, insbesondere ein Verfahren zum Messen der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen, mittels der Einrichtung nach der Erfindung, bei dem die mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließens eines Volumens einer zu untersuchenden Suspension gegebener Konzentration, insbesondere eines physiologischen Serums, eines Plasmas o. dgl., in einem Lösungsmittel ermittelt und hieraus der Filtrierbarkeitskennwert nach einer vorgegebenen Formel bestimmt wird.

Mit dieser Einrichtung und mit diesem Verfahren kann wegen des Zusammenhangs zwischen Filtrierbarkeit und Verformbarkeit insbesondere die Verformbarkeit von roten Blutkörperchen bestimmt werden. Die bikonkave und scheibenartige Linsenform der roten Blutkörperchen, die einen Durchmesser von ungefähr 7,5 μ haben, verleiht diesen die Elastizität oder die Verformbarkeit, die erforderlich ist, damit diese die Kreislaufkanäle des Organismus, die in gewissen Fällen beinahe nicht einen Durchmesser von 2 bis 3 μ überschreiten, durchlaufen können. Die Funktion der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen in der Kreislaufphysiologie und genauer in der Physiologie des Mikrokreislaufes ist bereits bekannt; manchmal ist sie das einzige Mittel, gewisse Anomalien des Blutes, die der Ursprung verschiedener Krankheiten sind, nachzuweisen; und es ist infolgedessen sehr wichtig, diese Verformbarkeit messen zu können. Es ist immer noch erforderlich, daß diese Messung, die notwendigerweise in vitro gemacht wird, mit Genauigkeit diese wichtige Eigenschaft der roten Blutkörperchen wiedergibt und exakt an den Tag legt und daß sie präzise, zuverlässig und reproduzierbar ist sowie daß sie so einfach und wirtschaftlich wie möglich ist, derart, daß sie ebenso gut in großem Maßstab in den Laboratorien für biologische Analysen wie auch in den Forschungslaboratorien angewandt werden kann.

Es sind zahlreiche Verfahren zum Bestimmen und Messen der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen vorgeschlagen worden. So hat man folgende Maßnahmen herangezogen: Messungen des Ansaugens und Ausfließens in Kapillarrohren und Mikropipetten; viskosimetrische Techniken; mikroskopische Untersuchungen nach Umwandlung der Erythrozyten durch chemische Mittel; Messungen durch Beugung des Lichts; Kompressionsuntersuchungen am Zentrifugenrückstand; Sedimentations- und Zusammendrück- bzw. Verdichtungs-Messungen mittels Zentrifugieren; Dehnungsmessungen von befestigten Körperchen auf einem Mikrofaden; und Untersuchungen über das Filtrieren oder, genauer gesagt, über die Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen.

Beispielsweise ist folgendes vorbekannt:

(A) Die Messung der Verformbarkeit durch die Technik des Ansaugens durch eine Mikropipette [Rand und Burton (Bioph. J. 4, 115, 1964)], mit deren Hilfe man die Länge des "Fingers" bzw. "Zapfens" der Membrane des angesaugten Blutkörperchens mißt. Obwohl diese Technik hinsichtlich des Prinzips und der Ergebnisse zufriedenstellend ist, wird diese Messung wegen ihrer Schwierigkeit und ihrer Dauer, die ziemlich lang ist, immer nur in außergewöhnlicher Weise bzw. in Ausnahmefällen durchgeführt.
(B) Viskosimetrische Messungen, die mit Hilfe eines Kapillar- oder Rotationsviskosimeters durchgeführt werden:
In allgemeiner Weise beruhen alle diese vorbekannten Messungen [siehe insbesondere die Arbeiten von Chien und Mitarbeitern (Biorheology 12, 341, 1975); von Thurston (Biophys. J. 12, 1205, 1972) und von Usami und Mitarbeitern (Biorheology 10, 425, 1973)] auf dem Konzept, wonach die Viskosität von Suspensionen, die mit einem erhöhten Geschwindigkeitsgradienten gemessen wird, geringer ist, wenn die Teilchen verformbar sind. Jedoch haben diese Bestimmungsarten eine geringe Empfindlichkeit und erfordern oft teure sowie in der Handhabung unbequeme Einrichtungen.
(C) Die Techniken der mikroskopischen Untersuchung der Blutkörperchen; diese Techniken betreffen die mikroskopische Untersuchung von Fällen in einem Ausfließen des Poiseuille'schen Typs, beispielsweise in einer Kapillare oder in einem transparenten, kegelig-flachen Viskosimeter. Es handelt sich dabei um eine sehr heikle Technik, die eine komplizierte Apparatur erfordert und deren Ergebnisse manchmal unzuverlässig sind: die Zellen müssen im Ergebnis in einem sehr viskosen nichtphysiologischen Milieu in Suspension gebracht werden (siehe das "Rheoskop" von Schmid-Schönbein).
Die Ergebnisse sind auch schwierig zu interpretieren, und zwar selbst nachdem man die Form der Zellen mit Hilfe von chemischen Mitteln, wie beispielsweise Glutaraldehyd oder Acetaldehyd, fixiert hat.
(D) Die Techniken der indirekten Sichtbarmachung der Verformung durch Untersuchungen von Lichtbeugungsbildern. Diese Technik, die besonders von Bessis und Mohandas [Blood Cells. 3, 229-239 (1977), und Blood Cells. 1, 307-313 (1975)] untersucht worden sind, dienen ebenfalls dazu, die Dehnung von Zellen zu messen, welche Abscherungsbelastungen unterworfen sind, wobei Lichtbeugung angewandt wird, und zwar insbesondere die Beugung eines Laserstrahls, der eine Blutprobe durchsetzt.

Diese Meßverfahren erfordern, abgesehen davon, daß sie langsam und für industrielle Messungen wenig geeignet sind, darüber hinaus sehr teure Apparaturen und heikle Manipulationen: Die Zellen müssen stets in einem sehr viskosen Milieu vorgesehen werden, das sehr unterschiedlich von biologischen Bedingungen ist.

(E) Verfahren, die auf der Filtrierung beruhen. Unter den sehr zahlreichen Verfahren, die zum Berechnen der Erythrozyten-Verformbarkeit verwendet werden, ist die Filtrierung vielleicht die einzige, die derzeit eine große Verbreitung erfahren hat, und zwar wahrscheinlich wegen ihrer Einfachheit.

Das allgemeine Prinzip der Bestimmung der Erythrozyten- Filtrierbarkeit besteht in der Messung des Durchsatzes, d. h. der Ausströmungsmenge in einer gegebenen Zeit, einer Suspension, die eine mehr oder weniger große Konzentration an roten Blutkörperchen hat, durch eine Membrane, deren mittlerer Porendurchmesser kleiner als der Durchmesser der roten Blutkörperchen ist. Für eine gegebene Membran und einen gegebenen Antriebsdruck ist der Durchsatz der Filtrierung um so geringer, je schwerer sich die roten Blutkörperchen verformen.

Der Durchsatz der Filtrierung wird gegeben durch die Gleichung:

in der dV das Volumen der Flüssigkeit ist, die das Filter während der Zeitdauer dt durchsetzt. Sofern dieser nicht genügend schwach ist, daß der Durchsatz konstant ist, ist der gemessene Durchsatz ein mittlerer Durchsatz, der gegeben wird durch die Gleichung:

Allgemeinerweise läßt sich der mittlere Durchsatz, der zwischen zwei Augenblicken t₂ und t₁ gemessen wird (wobei t₂-t₁=Δ t ist) durch die nachfolgende Gleichung (3) ausdrücken:

Aus der Gleichung (3) läßt sich ersehen, daß die mittleren und augenblicklichen Durchsätze nicht identisch sind, wenn D unabhängig von der Zeit ist (Ausfließen mit konstantem Durchsatz). Bei einer Membrane ist der Durchsatz der Filtrierung gleich der Summe der elementaren Durchsätze durch jede Pore der Membrane.

Wenn d den Betrag des Durchsatzes des Ausflusses eines homogenen Fluids der Viskosität η₀ durch eine Pore einer porösen Membrane von einer Oberflächeneinheit ist, und wenn l die Länge der Achse der Pore ist (die senkrecht zur Oberfläche der filtrierenden Membrane angenommen wird), welche die Dicke dieser Membrane bildet bzw. darstellt, und wenn r der Radius der Pore ist, dann erhält man die folgende Gleichung (die Poiseuille'sche Gleichung):

worin Δ P der Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Pore ist.

Wenn N₀ die Zahl der Poren der Membrane im Augenblick t₀ ist, dann erhält man:

Beispielsweise hat man bei einer Membrane der Handelsbezeichnung "Nuclepore", die typisch ist und von der Firma General Electric Company hergestellt wird, die Werte
r = 2,5 m, l=12 μ, N₀=4×10⁵/cm²,
und für eine Flüssigkeit wie Wasser von 25°C (η₀=0,01 poise) erhält man D≃1 cm³/sec für 1 cm² der Membrane.

Auf diesen Angaben basierend, ist eine erhebliche Anzahl von Verfahren und Einrichtungen für die Messung der Filtrierung oder genauer der Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen beschrieben worden; insbesondere handelt es sich um folgende Veröffentlichungen:

(a) S. Chien und Mitarbeiter [Biorheology 8, 163 (1971)], die den Prozentsatz der Zellen gemessen haben, welche bei Anwendung eines Druckgradienten durch die Membrane hindurchgehen;
(b) L. S. Lessin und Mitarbeiter [Blood Cells 3, 241-262 (1977)], die auch einen positiven Druck über der Membrane "Nuclepore" angwandt und dabei einen sehr komplizierten Apparat benutzt haben;
(c) Schmid-Schönbein und Mitarbeiter [Blut (1973) 26, 369- 379] sowie Reid, H. L. und Mitarbeiter [J. Clin. Pathol. (1976) 29 (9), 855-858], die hingegen eine einfache Einrichtung benutzt haben, welche es ermöglicht, ein Vakuum anzuwenden (etwa 20 cm Wasser), mit dem ein Filterträger verbunden ist, das eine Filtriermembrane "Nuclepore" aus Polycarbonat aufnehmen kann, die 13 mm Durchmesser hat und deren zylindrische Poren einen Durchmesser von 5 μ haben. Eine Injektionsspritze von 1 ml kann am Filterträger angefügt werden. Die Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen in einer Suspension von 40% in einem physiologischen Serum wurde berechnet, indem eine Zeitmessung der Dauer des Durchgangs von 1 ml der Suspension vorgenommen wurde;
(d) P. Teitel [Nature (Lond.) 184, 1808 (1959), Sangre (Barcelona) 9, 282 (1964), Blood Cells 3, 55-70 (1977)] empfiehlt sehr einfach ein Filter aus Papier (dessen Porendurchmesser zwischen 20 und 40 μ schwanken), wobei der einzige angewandte Druck der Schwerkraftdruck ist und die Messung durch Bestimmung des Durchsatzes der Flüssigkeit (eine Suspension von gewaschenen roten Blutkörperchen, deren Gehalt an roten Blutkörperchen über 90% ist) durch das Filter vorgenommen wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung des Filters "Nuclepore" als Kapillarmodell bereits 1966 empfohlen worden ist [Gregersen und Mitarbeiter, "Hemorheology" (Copley Ed.), Pergamon Press, Oxford].

Wie aus dem vorstehenden hervorgeht, entsprechen alle nach dem Stande der Technik vorgeschlagenen Techniken nicht den Kriterien, die für eine Analyse gelten, welche gleichzeitig einfach auszuführen, wirtschaftlich, genau, reproduzierbar und zuverlässig sein soll, die die Eigenschaften der roten Blutkörperchen, welche durch deren Flexibilität, deren Elastizität und deren Verformbarkeit repräsentiert werden bzw. bedingt sind, vollkommen "mißt".

Wenn man die obige Gleichung (4) betrachtet, dann ist es klar, daß man, wenn man genaue, zuverlässige, reproduzierbare Messungen sowie sicher solche Messungen haben will, die der Realität der Tatsachen entsprechen, d. h., die mit dieser wichtigen mechanischen Eigenschaft der roten Blutkörperchen zusammenhängen, welche die Verformbarkeit darstellt, eine gewisse Anzahl von Parametern erneut betrachten und erneut präzisieren muß.

(1) Geometrische Faktoren

In einem gut bekannten Filter kann man, und das ist nicht immer der Fall, annehmen, daß die Gesamtzahl der dem Fluid im Augenblick t₀ zugänglichen Poren von einer Membrane zur anderen konstant ist. Man kann ebenso die eventuellen Variationen der Dicke der Membrane zwischen zwei Messungen vernachlässigen. Dagegen ist es erforderlich, vielmehr die Wirkung von Schwankungen des mittleren Durchmessers der Poren zu diskutieren. Diese Schwankungen können aus thermischen oder mechanischen Gründen (Dehnung der Poren durch übermäßige Spannung der Membrane) auftreten oder aus Gründen, die auf der Herstellung selbst beruhen (beispielsweise Filter aus Papier). Eine Betrachtung des Poiseuille'schen Gesetzes zeigt, daß r in der vierten Potenz wirkt. Wenn beispielsweise r von 2,5 auf 2,6 μ übergeht, dann erhöht sich der Durchsatz um 17%.

(2) Ausfließ-Antriebsdruck

Am Beginn der Filtrierung (die beispielsweise unter Vakuum um einen Druck P unter dem atmosphärischen Druck P₀ durchgeführt wird) ist der Druck auf dem Niveau der oberen Oberfläche der Membrane gleich P+Δ P, und die Antriebskraft, die das Ausfließen der Flüssigkeit durch jede Pore bestimmt, beträgt Δ P×π r².

Nimmt man an, daß alle anderen Faktoren konstant sind, dann kann man das Poiseuille'sche Gesetz in der folgenden Form beschreiben:

Die Konstante K ist hierin:

Wenn in einem Augenblick t die Höhe der zu filtrierenden Flüssigkeit gleich h ist, dann erhält man Δ P unter Anwendung des Pascal'schen Gesetzes zu

Δ P = ρ g (h+h′)

worin

ρ = die spezifische Masse der zu filtrierenden Flüssigkeit,
g = die Erdbeschleunigung und
h′ = der Unterdruck, ausgedrückt in cm Wasser, bedeuten.

Nun nimmt Δ P im Verlauf der Filtrierung konstant ab, und zwar wegen des Abfallens des Niveaus. Wenn das Rohr, das die zu filtrierende Suspension enthält, deren Niveau im anfänglichen Augenblick t₀=h₀ ist, einen Querschnitt S hat, und wenn man mit V₀ das anfängliche Volumen der zu filtrierenden Lösung und mit V das Volumen der zu filtrierenden Flüssigkeit im Augenblick t bezeichnet, dann ergibt sich für den Antriebsdruck die Gleichung:

Wenn man diesen Ausdruck für Δ P in die Gleichung (5) einsetzt, dann erhält man einen Ausdruck, der das ausgeflossene Volumen V in jedem Augenblick angibt, nämlich:

Dieser Ausdruck zeigt, daß sich das ausgeflossene Volumen immer weniger schnell vergrößert, d. h., daß der Durchsatz während der gesamten Länge der Filtrierung gesetzmäßig abnimmt.

(3) Probleme, die mit der Oberflächenspannung zusammenhängen

Es ist bekannt, daß, wenn man eine leere Kapillare mit dem Innendurchmesser r in eine Flüssigkeit eintaucht, das Niveau von demjenigen der Flüssigkeit, die sich auf der Außenseite des Rohrs befindet, unterschiedlich ist. Wenn die Flüssigkeit die Wand benetzt, dann steigt die Flüssigkeit in der Kapillare, im gegenteiligen Fall fällt sie. Der erzielte endgültige Niveauunterschied h _S wird durch das Gesetz von Jurin gegeben:

worin die einzelnen Formelzeichen folgendes bedeuten:

ρ = spezifische Masse,
A = Oberflächenspannung der Flüssigkeit,
R = Verbindungswinkel zwischen der Flüssigkeit und der Innenwand der Kapillare. Wenn R=0 ist, dann benetzt die Flüssigkeit den Festkörper vollständig; wenn R= 180° ist, dann ist die Benetzung Null. Der Winkel R hängt von der Art der Flüssigkeit und der Kapillare ab; für Kunststoffe (wie Polycarbonat) und Wasser liegt R oberhalb von 90°.

Wenn man ein Rohr aus Kunststoff, das einen Innendurchmesser von 1 mm hat, in Wasser taucht, dann stellt man fest, daß h _S in der Größenordnung von 1 cm und negativ ist. Das bedeutet, daß es erforderlich ist, einen Unterdruck von 1 cm Wasser auszuüben, um den Niveauunterschied zu unterdrücken. Wenn man das Gesetz von Jurin auf eine Elementarpore der Membrane anwendet, und wenn man die vorstehenden Zahlen heranzieht, dann ergibt sich, daß der Druckunterschied, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit durch diese Pore ausfließen zu lassen, ungefähr 200 cm Wasser (bzw. Wassersäule) beträgt. In Wirklichkeit wird dieser Extremwert durch verschiedene Faktoren vermindert; diese Zahl zeigt trotzdem die sehr wichtige Wirkung ,welche die Grenzflächenphänomene bei der Filtrierung haben können. Durch dieses Ergebnis erhält man die Erklärung, warum es manchmal notwendig ist, einen kurzen Überdruck anzuwenden, um das Ausfließen anlaufen zu lassen. Wenn dieses beginnt, dann breitet sich die Flüssigkeit über die andere Fläche der Membrane aus, und das Gesetz von Jurin wird nicht mehr auf Kapillaren von 5 μ Durchmesser angewandt, sondern auf einen Kanal, der einen schlecht bestimmbaren Querschnitt hat, der durch die kleinen Zwischenräume zwischen der Membrane und dem Membranträger sowie durch den Querschnitt der Öffnungen des Membranträgers repräsentiert wird. Gewisse wesentliche Abweichungen, die beim Filtrieren mit mehrfacher Wiederbenutzung der gleichen Probe beobachtet wurden, können durch die Unterschiede der Position der Membrane bezüglich ihres Trägers von Analyse zu Analyse erklärt werden.

Eine andere Konsequenz des Oberflächenphänomens ist die Blockierung des Ausfließens durch Mikroblasen im Inneren der Poren oder zwischen der unteren Fläche der Membrane und ihrem Träger. In der Tat ist es, wenn eine Gasblase einen Teil der Kapillare füllt, erforderlich, überdies einen zusätzlichen Druck auszuüben, der gleich ist, um die Flüssigkeit zum Ausfließen zu bringen. Dadurch erklärt sich, warum gewisse Autoren empfehlen, die Filtrationsmessungen auszuführen, indem die Einrichtung in ein großes Volumen von entgastem Wasser eingetaucht wird.

Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß das Phänomen der Kapillarität in der Form einer Verkleinerung von ρ g h′ in die Gleichung (5) eingefügt werden kann:

Wenn man auf die Gleichung (6) zurückgeht, dann stellt man nun fest, daß die Fehler wesentlich werden können, die gemacht werden, wenn man t₁ und t′₁ vertauscht (t₁ ist die wirkliche Zeit der Entleerung des Rohrs, das die Flüssigkeit enthält, und t′₁ ist die Entleerungszeit des Rohrs, wenn Δ P konstant ist). Darüber hinaus hängen diese Fehler vom Zufall ab bzw. sind unsicher, weil der Zustand der Kapillarität von wenig kontrollierbaren Faktoren abhängt, wie von dem Zustand der Oberfläche der Membranen, von den Poren, vom Membranträger, von der Position der Membrane bezüglich des Trägers etc.

(4) Anzahl der wirksamen Poren

In der Poiseuille'schen Gleichung, d. h. der Gleichung (4), bedeutet N₀ die Zahl der Poren pro Oberflächeneinheit der Membrane.

Dieser Faktor ist im Verlaufe der Filtrierung nicht konstant, und es ist zweckmäßig, die Ursache und die Folge dieser Änderungen zu untersuchen.

(a) Probleme, die mit dem Träger des Filters zusammenhängen

In allgemeiner Weise wird die Membrane auf einem Träger angeordnet. Dieser verschließt einen Anteil α der Poren in der Weise, daß die Anzahl der tatsächlich im Augenblick t₀ benutzten Poren (1-α) N₀ ist. Es ist in gewissen Fällen möglich, daß sich α von einem Versuch zum anderen unterscheidet (beispielsweise infolge von Falten der Membrane oder von Deformationen des Trägers oder aufgrund der Qualität des letzteren).

Daraus ergeben sich dann Änderungen der Filtrierzeit, wobei alle Dinge sonst gleich sind.

(b) Probleme, die von der Verstopfung des Filters herrühren

Gewisse Zellen der Suspension können die Poren des Filters verstopfen. Diese beginnen progressiv die Anzahl (1-α) N₀ zu vermindern.

Anders gesagt bedeutet das, daß der Durchsatz eine abnehmende Funktion der Zeit ist.

Wenn c′ die Konzentration der in Frage stehenden Zellen ist, und wenn man annimmt, daß in der Poiseuille'schen Gleichung (4) alle Faktoren außer N₀ konstant sind, dann kann man schreiben

D = K₁ N .

Wenn man annimmt, daß sich jedesmal eine Pore verstopft, wenn damit eine Zelle in Eingriff tritt, dann ist die Zahl der Poren, die sich während der Zeitdauer dt verstopfen,

dN = c′ dV oder dN = c′ dt .

Die Änderung des Durchsatzes läßt sich dann ableiten zu:

dD = -K₁ c′ D dt .

Der Durchsatz ist infolgedessen eine Funktion der Zeit. Wenn D₀ der Anfangswert ist, dann wird der Durchsatz im Augenblick t wiedergegeben durch eine Gleichung der Art:

D _t = D₀ e^{-K₁ c′ t} (8)

mit

Die Ursache der Verstopfung kann variabel sein. Die roten Blutkörperchen gehen nur sehr schwierig durch die üblicherweise verwendeten Poren, und es ist wesentlich, sie in der Weise auszuschalten, daß die gemessenen Filtrierzeiten nur für die roten Blutkörperchen charakteristisch sind.

Außer Plättchenanhäufungen, die mit den weißen Blutkörperchen ausgeschaltet sind, können auch die erythrozytalen Rollen und Anhäufungen im Prinzip Poren verschließen. In diesem Fall kann eine Verlängerung der Filtrierzeit von Wechselwirkungen zwischen Zellen herkommen und nicht von Abwandlungen ihrer rheologischen Eigenschaften. Die Wichtigkeit dieses Mechanismus des Verstopfens ist jedoch sehr schwierig zu bestimmen, weil die Abscherbelastungen am Eintritt einer Pore ausreichend sein können, um diese Anhäufungen zu zerbrechen.

Schließlich kann die Verstopfung von einer erhöhten Steifigkeit der roten Blutkörperchen herrühren. Nur in diesem Fall ist die progressive Verminderung des Durchsatzes eine für die Messung interessante Größe, die für die erythrozytäre Rheologie signifikant ist. Aber es ist noch erforderlich zu unterstreichen, daß dieses Phänomen nur dann von Interesse ist, wenn man dafür Sorge getragen hat, die anderen Ursachen der Verstopfung auszuschalten.

(5) Funktion der Viskosität

In der Poiseuille'schen Gleichung (4) ist der Durchsatz der Viskosität des Fluids umgekehrt proportional. Für übliche Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, das physiologische Serum sowie für das Plasma gilt, daß die Viskosität stark von der Temperatur T abhängt: Die Viskosität nimmt um ungefähr 2% ab, wenn sich die Temperatur um 1°C erhöht. Es ist daher geboten, Temperaturunterschiede, die von einem Betrieb zum anderen oberhalb von 5°C liegen, zu vermeiden, wenn man erreichen will, daß der Temperturfehler unterhalb von 10% bleibt.

Wenn man einen Filtriervorgang makroskopisch betrachtet, dann vermindert das Vorhandensein von roten Blutkörperchen in einem Fluid den Gesamtdurchsatz.

Man kann das durch eine Erhöhung des Widerstandes des Ausfließens aufgrund einer Vergrößerung der Viskosität des Milieus ausdrücken.

(6) Funktion der Sedimentation

Der Durchsatz der Filtration hängt von der wirksamen Konzentration in der Nähe der Poren (c) ab. Man kann sie mit der mittleren Konzentration der Suspension nur im Augenblick der Füllung des Filtrierrohres gleichsetzen oder auch noch, wenn ein wirksames Rühren während der gesamten Zeitdauer der Filtrierung erfolgt, was praktisch niemals der Fall ist.

Dieser Effekt ist noch wichtiger, wenn man das Gesamtblut mit erhöhter Sedimentationsgeschwindigkeit (VS ) untersucht. Bei verdünntem Blut bewirkt die Erhöhung von VS des Bluts weniger Änderungen der Filtrierzeiten, weil die roten Blutkörperchen viel unabhängiger voneinander ohne Bildung von Rollen und Anhäufungen sedimentieren. Nichtsdestoweniger sowie selbst im letzteren Fall führt die Sedimentation dazu, daß sie in kurzer Zeit eine Ansammlung von roten Blutkörperchen auf der oberen Oberfläche der Membrane zu bewirken beginnt (in einer Zeit, die typischerweise in der Größenordnung von einigen zehn Sekunden liegt). Daraus ergibt sich, daß alle Messungen, die auf der Filtrierung eines wesentlichen Volumens von Blut (und infolgedessen einer langen Filtrierung) basieren, durch dieses Phänomen in variablen und unkontrollierbaren Verhältnissen beeinflußt werden.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden ist aus der DE-AS 12 75 313 bekannt, wobei es sich hierbei um ein Kapillarviskosimeter handelt, während dagegen aus der DE-OS 19 62 928 und der DE-OS 24 10 945 sowie der US-PS 25 72 436 Einrichtungen zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften bekannt sind, mit denen, ebenso wie in der erfindungsgemäßen Einrichtung, die Filtrierbarkeit eines Fluids mittels einer Filtriermembrane bestimmt wird. Alle diese mit einer Filtriermembrane arbeitenden bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß die Messung insofern relativ ungenau wird, als das Fluid auf der Austrittsseite der Filtriermembrane nicht sofort abgeführt wird, sondern sich dort erst nach und nach ansammelt, bis sich eine entsprechende Menge angesammelt hat, die ausreichend ist, daß sie von selbst die Oberflächenspannung überwindet und abfließen kann.

So ist aus der DE-OS 19 62 928 eine Vorrichtung zur quantitativen Messung der Agglomerations-Neigung einer Blutprobe bekannt, in welcher die Blutprobe durch ein Filter gepreßt und die Durchflußgeschwindigkeit bei konstantem Druck gemessen wird. Diese Vorrichtung umfaßt einen Rezipienten für die zu messende Blutprobe und ein daran angeschlossenes Filter, wobei das dem Filter abgewandte Ende des Rezipienten über eine Druckleitung mit einem belasteten Luftbalg verbunden ist, dessen Stellung angezeigt und in ihrer zeitlichen Änderung aufgezeichnet wird. Die Austrittsseite des Filters geht in einen Abflußkanal über, so daß sich erst eine gewisse Menge an Flüssigkeit auf der Filteraustrittsseite ansammeln muß, bevor diese unter Überwindung der Oberflächenspannung abfließen kann. Abgesehen hiervon ist die praktische Art der Meßweise relativ umständlich, da das als Rezipient bezeichnete Glasröhrchen jeweils aus der Vorrichtung herausgenommen werden muß, indem es auf seiner Rückseite von einem Verschlußstück und auf seiner Vorderseite von einem Mundstück gelöst wird, und nach seiner Füllung muß es wieder in entsprechender Weise in die Vorrichtung eingefügt werden.

Die Einrichtung nach der DE-OS 24 10 945 zur Bestimmung des Wertes der spontanen Blutplättchenaggregation ist so aufgebaut, daß sie mit folgenden Bestandteilen, die mittels Rohrleitungen in Serie miteinander verbunden sind, versehen ist: Einrichtungen zum Einführen des zu untersuchenden Blutes, einem Filter, durch welches das Blut mit Hilfe einer dahinter angeordneten Pumpe gesaugt wird, während Einrichtungen zur Messung des Druckes des Blutes vor und hinter dem Filter vorgesehen sind, und mit einer Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen des Druckabfalls über dem Filter und des Druckes vor dem Filter während der für die Messung erforderlichen Zeit. Auch hier gilt hinsichtlich des Abführens der Flüssigkeit, daß diese sich erst in einem ausreichenden Maß ansammeln muß, zumal sie hier nach oben abgeführt wird, wodurch sich vorliegend eine relativ große Meßzeit ergibt, die bei der Messung von Blutproben ungünstig ist, weil dann das Meßergebnis durch die Sedimentation verfälscht wird. Auch bei dieser Einrichtung ergibt sich eine relativ umständliche Messung, da das Filter jeweils ausgebaut werden muß, wobei allerdings nicht übersehen werden soll, daß es sich bei der einzigen Figur der DE-OS 24 10 945 um eine Schemazeichnung handelt. Auf jeden Fall sind keine Maßnahmen ersichtlich, die ein schnelles Auswechseln des Filters ermöglichen würden.

Aus der US-PS 25 72 436 ist eine Einrichtung zum Messen und Aufzeichnen der Filtrierbarkeit von Fluiden bekannt, die folgendes umfaßt: ein Filtrierelement, durch welches das zu untersuchende Fluid hindurchlaufen gelassen wird, und einen relativ großen Behälter für zu untersuchendes Fluid, der über eine Rohrleitung mit der Filtriereinrichtung verbunden ist sowie über Rohrleitungen, die von der Ausgangsseite der Filtriereinrichtung abgehen, mit einem Abfluß und einem Druckmesser. Wie sowohl das Gesamtsystem wie auch die Filtriereinrichtung erkennen läßt, wird bei dieser Einrichtung eine relativ große Menge an Fluid benötigt, so daß sich eine entsprechend lange Meßdauer ergibt, was wiederum, wie bereits erwähnt, Verfälschungen des Meßwerts durch die Sedimentation zur Folge hat. Es muß sich insbesondere eine große Menge an gefilterter Flüssigkeit auf der Filteraustrittsseite ansammeln, bevor überhaupt eine wirksame Messung stattfinden kann.

Bei der Einrichtung nach der CH-PS 5 87 484, aus der ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt ist, wird keine Filtriermembrane verwendet, sondern ein Volumen voller Filtratmittel, in welchem auf verschiedenen Höhen Elektroden angeordnet sind. Bei derartigen, relativ großen Filtratvolumina ergibt sich notwendigerweise eine entsprechend lange Filtrierzeit.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß damit die Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, indem sie durch Schaffung stabiler Durchflußverhältnisse insbesondere unempfindlich gegen Sedimentation ist.

Zur weiteren Erläuterung dieser Aufgabenstellung wird auf den obigen Abschnitt (6) "Funktion der Sedimentation" Bezug genommen, wonach der Durchsatz der Filtration von der wirksamen Konzentration in der Nähe der Poren abhängt; und zwar ist es bei verdünntem Blut so, daß hier die Erhöhung der Sedimentationsgeschwindigkeit des Bluts weniger Änderungen der Filtrierzeiten bewirkt, weil die roten Blutkörperchen viel unabhängiger voneinander sedimentieren, als das bei konzentriertem Blut der Fall ist. Jedoch führt auch im Falle von verdünntem Blut, wie es vorliegend den Messungen zugrundegelegt wird, die Sedimentation dazu, daß sie in kurzer Zeit durch eine Ansammlung von roten Blutkörperchen auf der oberen Oberfläche der Filtriermembrane zu bewirken beginnt, und zwar in einer Zeit, die typischerweise in der Größenordnung von einigen 10 Sekunden liegt, wie oben dargelegt ist. Daraus ergibt sich, daß alle Messungen, die auf der Filtrierung eines wesentlichen Volumens von Blut und infolgedessen einer langen Filtrierung bzw. Filtrationszeit basieren, durch dieses Phänomen in variablen und unkontrollierbaren Verhältnissen beeinflußt werden.

Mit der Erfindung wird nun eine Einrichtung zur Verfügung gestellt, die es ermöglicht, das Filtrieren zu erleichtern, die Anfangszeit der Filtrierung so kurz wie möglich zu machen, und die bewirkt, daß die Filtrierung im Falle der Untersuchung von roten Blutkörperchen von nichts anderem als dem Verformbarkeitsvermögen der untersuchten roten Blutkörperchen abhängt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der obere und untere transparente Teil je ein Block ist, wobei zwischen den beiden Blöcken eine Filtriermembrane vorgesehen und in dem mittigen Kanal, welcher mit der Druckregelleitung verbunden ist, eine Tropfenzieheinrichtung angeordnet ist, die eine Stange aus Glas, Kunststoff, Metall o. dgl. umfaßt, die fest mit dem unteren Block verbunden ist, wobei sie mit ihrem oberen Teil in Kontakt mit der Filtriermembrane oder mit einer unter der Filtriermembrane angeordneten Unterlegscheibe aus Filterpapier ist.

Durch die Tropfenzieheinrichtung werden sehr schnell konstante Filtrierbedingungen geschaffen, so daß sich erstaunlich kurze Meßzeiten für die Ermittlung der Filtrierbarkeit ergeben, nämlich in der Größenordnung von weniger als 1 Sekunde. Weiter unten ist ein experimentell ermittelter Beispielswert von 0,85 Sekunden angegeben.

Das bedeutet also, daß mit der Erfindung die Ungenauigkeiten, welche durch die Sedimentation bei üblichen Einrichtungen eingeführt werden, eliminiert werden, indem so schnell wie möglich stabile Filtrierungsverhältnisse geschaffen werden und damit die Meßzeiten erheblich verkürzt werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat bei dieser kurzen Meßzeit, welche Verfälschungen durch Sedimentation praktisch ausschaltet, einen sehr praktischen Aufbau, da die für die Messung erforderliche geringe Menge mittels einer Pipette auf die Filtriermembrane aufgebracht und dann der obere Block auf den unteren Block aufgesetzt werden kann, wodurch diese Menge schnell in der Kapillare nach oben steigt und danach sofort die Messung beginnt, wobei die Tropfenzieheinrichtung praktisch augenblicklich stabile Durchflußverhältnisse durch die Filtriermembrane schafft, so daß sich die erwähnten geringen Meßzeiten zwischen dem Durchgang der Flüssigkeit in der Kapillare durch die beiden Niveaudetektoren ergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß zunächst die mittlere anfängliche Zeitdauer ts des Ausfließens des Lösungsmittels und danach die mittlere anfängliche Zeitdauer tg des Ausfließens der zu untersuchenden Suspension ermittelt wird und daß ein Filtrierbarkeitskennwert I _f nach der Formel

bestimmt wird, worin H die volumetrische Konzentration der Körperchen, insbesondere der roten Blutkörperchen, in der Suspension, insbesondere in der hämatologischen bzw. hämatokritischen Suspension, bedeutet.

Mit der vorliegenden Erfindung werden infolgedessen ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen zur Verfügung gestellt werden, die den Notwendigkeiten der Praxis besser entsprechen als die für diesen Zweck vorgesehenen bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen.

Durch die Schaffung stabiler Durchflußverhältnisse, die zu einem sehr schnellen Durchfluß der zu untersuchenden Suspension führen, wird jedoch nicht nur, wie oben dargelegt, eine Unempfindlichkeit gegen Sedimentation erreicht, sondern es werden darüber hinaus eine ganze Reihe von Vorteilen erreicht, die sich als Folge der Unempfindlichkeit gegen Sedimentation oder als Folge der stabilen und einen schnellen Durchfluß gewährleistenden Durchflußverhältnisse ergeben, nämlich reproduzierbare und vollkommen zuverlässige sowie genaue Meßergebnisse, Unempfindlichkeit gegen eine fortschreitende Verstopfung des Filters, beträchtliche Verminderung des Einflusses von Änderungen der Temperatur und der Viskosität des Lösungsmittels auf die Meßgenauigkeit und mehrfache Wiederbenutzung von filtrierenden Membranen, wodurch die Kosten der Messung vermindert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zu der Erfindung und ihren Weiterbildungen sei noch folgendes ergänzend ausgeführt:

Die beiden während der Vorgänge des Filtrierens gespannten Federn stellen die Dichtigkeit des Systems sicher sowie die Stabilität der Einrichtung, und sie erleichtern außerdem die Vorgänge des Filtrierens. Die Zusammenstellung der Führungsstangen mit den Federn, die leicht an Ort und Stelle angebracht und weggenommen werden können, ermöglicht ein schnelles und sicheres Funktionieren der Filtriereinrichtung, und dadurch wird es ermöglicht zu vermeiden, daß die Filtriermembrane Scherbelastungen oder der Gefahr von Verschiebungen während der Annäherung der beiden Blöcke (des unteren und oberen) ausgesetzt ist.

Die Stange, welche die Tropfenzieheinrichtung bildet, kann alle gewünschten Formen haben, insbesondere kann sie in einem Punkt, einer Kugel, einer Wölbung, welche die Form eines Pilzes hat, etc. enden.

Die Führungsstangen können einfach in zwei Öffnungen in der Basis des Haltegestells gehalten sein, und sie können sehr leicht herausgezogen werden, so daß dadurch der untere Block leicht freigemacht werden kann, wenn er gereinigt werden soll.

Ein Druckregulier- bzw. -steuerkreis, der an die Druckregulierleitung angeschlossen ist, kann aus folgendem zusammengesetzt sein:

(a) Einem Dreiwegeventil, insbesondere einem Dreiwegehahn, womit der mittige Kanal des unteren Blocks entweder mit einem Ballastbehälter für Überdruck oder mit einer Leitung "Messen" verbunden wird;
(b) einem Ballastbehälter, dessen Fassungsvermögen zwischen 0,1 und 5 l beträgt und der mit einer Einrichtung versehen ist, die es ermöglicht, einen leichten Überdruck 0 bis 50 cm Wassersäule) zu erzeugen, welche eine Spritze bzw. Injektionsspritze oder ein zusammendrückbares, birnenförmiges Pumpelement, die jeweils mit einem Ventil versehen sind, sein kann, oder ein mit Flüssigkeit gefüllter Behälter, der hochgehoben werden kann, oder eine analoge Einrichtung;
(c) eine Leitung "Messen", die entweder von einem einfachen Rohr gebildet ist, das nach der Atmosphäre offen ist, sofern man mit dem alleinigen hydrostatischen Druck der Flüssigkeit, die die Kapillare des oberen Blocks füllt, filtern will; oder die von einem Rohr gebildet sein kann, das mit einem zweiten Ballastbehälter von 0,1 bis 5 l verbunden ist, der mit einer Vakuumzuführungsleitung versehen ist, sofern man mit einem Unterdruck filtrieren will. Das teilweise Vakuum kann auch mit Hilfe einer Spritze bzw. Injektionsspritze oder einem zusammendrückbaren, birnenförmigen Pumpelement, die jeweils mit einem Ventil ausgerüstet sind, mittels eines mit Flüssigkeit gefüllten, absenkbaren Behälters oder mittels einer analogen Einrichtung erhalten werden.

Die Einstellung des Dreiwegeventils nach der Leitung "Messen" kann elektronisch mit dem Zeitmesser zum Zählen bzw. Messen der Filtrierzeit verbunden sein, um diesen automatisch auf Null zu stellen.

Die Einrichtung ermöglicht es, das Filtrieren zu erleichtern, die Anfangszeit der Filtrierung so kurz wie möglich zu machen, und sie bewirkt, daß die Filtrierung im Falle der Untersuchung von roten Blutkörperchen von nichts anderem als dem Verformbarkeitsvermögen der roten Blutkörperchen abhängt.

Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, mit der rheologische Eigenschaften von biologischen Fluiden bestimmt werden können und mit der insbesondere die Verformbarkeit der roten Blutkörperchen durch Filtrierung gemessen werden kann, sei nachstehend anhand einiger in den Fig. 1 bis 6c der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 eine schematische Darstellung der drei Hauptteile einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung, nämlich des oberen Blocks, des unteren Blocks und der Einrichtung zur Steuerung des Drucks,

Fig. 4 und 5 die bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung in Vorderansicht, und zwar in geöffneter Position, in der die beiden Blöcke getrennt sind (Fig. 4), und in geschlossener Position, in der sie gebrauchsfertig ist (Fig. 5), und

Fig. 6 drei verschiedene Abwandlungsformen der als Tropfenzieheinrichtung vorgesehenen Stange.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den oberen Block 1, der aus transparentem Kunststoff besteht und in dessen Zentrum bzw. Mittelteil sich die Kapillare 2 befindet, deren erweiterter unterer Teil 3 mit einer ringförmigen Dichtung 4 versehen ist, die sich gegen die Filtriermembrane 16 und den unteren Block 10 anlegt. Führungsstangen 6 sind im unteren, erweiterten Teil 5 des oberen Blocks 1 verschiebbar, und dieser erweiterte Teil 5 umfaßt zwei Löcher 7, in denen Haken 20 des oberen Endes von zum Halten vorgesehenen Federn 19 angeordnet werden können. Niveaudetektoren 8 und 9 sind in dem oberen Teil des oberen Blocks 1 angeordnet; mit 8 a und 9 a sind Lichtstrahler bezeichnet, während 8 b und 9 b Lichtempfänger als Detektoren für das ausgestrahlte Licht sind (Dioden oder optische Fasern). Der Abstand zwischen dem oberen Lichtempfänger 8 b und dem unteren Lichtempfänger 9 b variiert zwischen 1 und 20 mm, und er ist eine Funktion der Viskosität der zu filtrierenden Flüssigkeit, der Dimensionen der Niveaudetektoren 8, 9 und der Auflösung des Zeitmessers.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den unteren Block 10 aus transparentem Kunststoff, der einen mittigen Kanal 11 hat, welcher einerseits 13 mit einer Auslaßleitung 12 und andererseits über eine Druckregelleitung mit einem Drucksteuerkreis verbunden ist. Eine Stange als Tropfenzieheinrichtung 14 ist in der Mitte des Kanals 11 angeordnet und am unteren Block 10 mittels einer Dichtung 15 befestigt. Die Filtriermembrane 16 und eine Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier, die unter der Filtriermembrane 16 vorgesehen ist, sind über dem Kanal 11 angeordnet, der eine leichte Verengung 18 aufweist. Zwei Federn 19 sind am unteren Teil des unteren Blocks 10 befestigt und an ihren freien Enden mit zwei Haken 20, 21 versehen, nämlich dem Haken 20, der in dem Loch 7 angeordnet wird, das zu diesem Zweck im oberen Block 1 vorgesehen ist, und einem Griffhaken 21. Die beiden Führungsstangen 6 sind beiderseits des mittigen Kanals 11 angeordnet und ermöglichen eine Längsverschiebung des unteren Blocks 10 derart, daß er an den oberen, ortsfesten Block 1, der fest mit dem Haltegestell 31 verbunden ist, angenähert oder davon entfernt werden kann.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die an die Druckregelleitung 18 angeschlossene Drucksteuereinrichtung. Sie besteht im wesentlichen aus einem Dreiwegeventil 22, das entweder mit dem Kreis bzw. der Leitung 26 "Messen" verbunden werden kann oder über einen Ballastbehälter 23 und ein Ventil 24 mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung bzw. einer Spritze bzw. Injektionsspritze 25 (von 2 bis 50 ml Fassungsvermögen). Mittels dieser Injektionsspritze 25 wird in der Einrichtung ein Überdruck erzeugt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Injektionsspritze beispielsweise durch ein zusammendrückbares, birnenförmiges Pumpelement ersetzt werden kann oder auch einfach durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter, der hochgehoben bzw. erhöht angeordnet werden kann.

Die elektronische Schaltung, welche den für die Messung verwendeten Zeitmesser mit dem Ausgang "Messen" 26 des Dreiwegeventils 22 sowie mit den beiden Niveaudetektoren 8 und 9 verbindet, ist in den Figuren nicht dargestellt.

In Fig. 4 ist die Einrichtung in Vorderansicht dargestellt, und zwar im geöffneten Zustand, in dem die beiden Federn 19 auf der Basis des Haltegestells 31 liegen und die beiden Blöcke 1 und 10 getrennt sind. Der Block 1 ist ortsfest und mit dem Haltegestell 31 fest verbunden, während der Block 10 längs der Führungsstangen 6 gleiten kann; diese Führungsstangen 6 sind in zwei Öffnungen gehaltert, die in der Basis des Haltegestells 31 vorgesehen sind. Der Block 10 ruht in der geöffneten Position der Einrichtung auf zwei Abstützungsfedern 27. In Fig. 4 ist eine Art des Anordnens der Filtriermembrane 16 über bzw. auf dem unteren Block 10 veranschaulicht. Der erweiterte Teil 3 der Kapillare 2 legt sich im Augenblick des Schließens der Einrichtung gegen die Filtriermembrane 16 an.

Die Fig. 5 zeigt die Einrichtung gebrauchsfertig in geschlossenem Zustand. Die beiden Federn 19 sind gespannt, wobei jeder Haken 20 in dem entsprechenden Loch 7 angeordnet ist, und die beiden Blöcke 1 und 10 liegen aneinander an.

In Fig. 6 sind drei Abwandlungen von Stangen 14, welche die Tropfenzieheinrichtung bilden und daher auch als Tropfenziehstangen bezeichnet werden können, dargesellt, auf die jedoch die Ausführungsmöglichkeiten solcher Tropfenziehstangen nicht beschränkt sind.

Die Fig. 6a zeigt eine Stange 14 aus rostfreiem Stahl, die in einer Schrägfläche bzw. einer durch Abschrägungen gebildeten oberen Kante ausläuft, auf der rittlings eine Zunge bzw. Lasche 28 aus Filterpapier angeordnet ist. Die Fig. 6b zeigt eine Stange 14 in der Form eines zylindrischen Rohres, das mit Löchern 29 versehen ist, die mit hydrophilen Fasern gefüllt sind. Die Fig. 6c zeigt eine Stange 14 aus Glas, die in einem erweiterten Teil 30 endet, der im wesentlichen eiförmig ist und gegen die Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier, die unter der Filtriermembrane 16 angeordnet ist, zur Anlage gebracht wird. Selbstverständlich sind auch noch andere Formen möglich.

Nachstehend sei nun ein Beispiel einer Messung der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen gemäß dem hier angegebenen Verfahren dargelegt.

I. Beispiel der Bestimmung der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen

Im geöffneten Zustand der Einrichtung, in dem die beiden Blöcke 1 und 10 voneinander getrennt sind, legt man eine kleine Zunge bzw. Lasche 28 aus Filterpapier (4 mm Breite und 7 cm Länge) rittlings auf das obere Ende der Stange 14. Diese Zunge bzw. Lasche 28 aus Filterpapier wird vorher mit einem Lösungsmittel (beispielsweise physiologisches Serum mit einem pH-Wert von 7,4) befeuchtet. Dann ordnet man eine Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier mit einem Durchmesser von 20 mm (ebenfalls mit physiologischem Serum befeuchtet) über dem mittigen Kanal 11 an, und dann wird über dieser Unterlegscheibe 17 die Filtriermembrane 16 (vom Typ "Nuclepore" mit einem Durchmesser von 13 mm, wobei der Porendurchmesser dieser Membrane 5 μ beträgt) angeordnet. Dann läßt man den unteren Block 10 entlang den Führungsstangen 6 gleiten, und danach werden die beiden Blöcke 1, 10 miteinander vereinigt und mit Hilfe der Federn 19 geschlossen und in diesem geschlossenen Zustand gehalten. Dann wird die Kapillare 2 (von 2,5 mm Durchmesser und 6 cm Länge) mit dem gleichen für die Messung vorgesehenen Lösungsmittel (physiologisches Serum mit einem pH-Wert von 7,4) gefüllt, das man frei ausfließen läßt, um die Leitungen und die Filtriermembrane 16 durchzuspülen. Danach schließt man das Absperrventil in der Auslaßleitung 12 und stellt das Dreiwegeventil 22 nach dem Ballastbehälter 23 für den Überdruck ein, und man erzeugt mittels der Injektionsspritze 25 einen Überdruck von ungefähr 8 cm Wassersäule. Daraufhin füllt man die Kapillare 2 mit dem gleichen für die Messung bestimmten Lösungsmittel in der Weise, daß das Niveau des Lösungsmittels ungefähr 5 mm über dem oberen Niveaudetektor 8 ist. Dann stellt man das Dreiwegeventil 22 nach der Leitung 26 "Messen" ein. Der zur Messung vorgesehene Zeitmesser (der elektronisch verbunden bzw. geschaltet ist) stellt sich automatisch auf die Position Null. Die Flüssigkeit beginnt auszufließen: sobald das Niveau der Flüssigkeit den oberen Niveaudetektor 8 erreicht, beginnt der elektronisch mit dem Lichtempfänger 8 b verbundene Zeitmesser zu laufen. Der Zeitmesser stoppt, sobald das Niveau der Flüssigkeit den unteren Niveaudetektor 9 erreicht, der in einem Abstand von 8 mm vom oberen Niveaudetektor 8 vorgesehen ist. Dann wird das Ausfließen gestoppt, indem das Dreiwegeventil 22 erneut zum Ballastbehälter 23 für den Überdruck hin verstellt wird. Die vom Zeitmesser angezeigte Zeitdauer wird notiert, und die Kapillare 2 wird mit dem gleichen zur Messung vorgesehenen Lösungsmittel erneut gefüllt, und es wird der gleiche Vorgang fünf aufeinanderfolgende Male durchgeführt, wobei man jedesmal die Zeitdauer des Ausfließens notiert. Die vom Zeitmesser angezeigten Zeitdauern waren die folgenden:

Erste Messung: 0,69 Sekunden
Zweite Messung: 0,52 Sekunden
Dritte Messung: 0,42 Sekunden
Vierte Messung: 0,42 Sekunden
Fünfte Messung: 0,42 Sekunden

Die anfängliche Zeitdauer ts des Ausfließens des Lösungsmittels beträgt 0,42 Sekunden.

Nun läßt man die Kapillare 2 und den unteren Block 10 vollständig auslaufen, ohne daß man die Einrichtung öffnet und ohne daß man die Filtriermembrane 16 und die Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier austauscht, und man beginnt von neuem die gleichen Tätigkeiten, wobei jedoch das für die Messung vorgesehene Lösungsmittel durch eine Suspension roter Blutkörperchen von 8% (Vol/Vol) in dem gleichen Lösungsmittel (physiologisches Serum mit pH =7,4) ersetzt ist. Es wird dreimal hintereinander filtriert, und die drei vom Zeitmesser angezeigten Zeitdauern werden notiert.

Erste Messung: 0,83 Sekunden
Zweite Messung: 0,85 Sekunden
Dritte Messung: 0,87 Sekunden

Die anfängliche Zeit tg des Ausfließens der Suspension roter Blutkörperchen ist gleich 0,85 Sekunden.

Die Filtrierbarkeitskennziffer ist gleich

Wenn die Messung beendet ist, saugt man den Rest der in der Kapillare 2 enthaltenen Suspension mit Hilfe einer Injektionsspritze ab und öffnet die Einrichtung, die man sorgfältig durchspült, während man die Filtriermembrane 16 zum Zwecke der Wiederverwendung in einer Chromschwefelsäure-Mischung wäscht.

II. Beispiel der Messung der Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen eines Diabetikers

Man verfährt genauso, wie im Beispiel I beschrieben.

Man findet
ts = 0,35,
tg = 0,98 und
I _f = 22,5.

Wie man aus der vorstehenden Beschreibung ersieht, werden mit der Erfindung, wie auch immer die angenommenen Arten der Durchführung, der Ausführungsformen und der Anwendungen sein mögen, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der rheologischen Eigenschaften von biologischen Fluiden zur Verfügung gestellt, die gegenüber den Einrichtungen und Verfahren, wie sie nach dem Stand der Technik zu demselben Zweck vorgesehen sind, wesentliche Vorteile haben, und zwar insbesondere den Vorteil, daß eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Messungen sichergestellt wird sowie den Vorteil einer großen Einfachheit der Funktionsweise und den Vorteil, daß man eine Einrichtung zur Verfügung hat, deren Kosten relativ niedrig sind und die es ermöglicht, Messungen zu Kosten durchzuführen, die verhältnismäßig niedrig sind.

Claims

1. Einrichtung zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, insbesondere der Verformbarkeit von roten Blutkörperchen, umfassend:

(a) eine Kapillare, deren Innendurchmesser zwischen 1 und 10 mm beträgt und die im Zentrum eines oberen transparenten Teils vorgesehen ist, der mit zwei Niveaudetektoren versehen ist;
(b) einen mittigen Kanal, der in einem unteren transparenten Teil vorgesehen und der Kapillare gegenüberliegt bzw. zugekehrt ist und der mit einer Auslaßleitung verbunden ist;
(c) eine Druckregelleitung und
(d) ein Haltegestell;

dadurch gekennzeichnet, daß der obere und untere transparente Teil je ein Block (1, 10) ist, wobei zwischen den beiden Blöcken (1, 10) eine Filtriermembrane (16) vorgesehen und in dem mittigen Kanal (11), welcher mit der Druckregelleitung (13) verbunden ist, eine Tropfenzieheinrichtung (14) angeordnet ist, die eine Stange aus Glas, Kunststoff, Metall o. dgl. umfaßt, die fest mit dem unteren Block (10) verbunden ist, wobei sie mit ihrem oberen Teil in Kontakt mit der Filtriermembrane (16) oder mit einer unter der Filtriermembrane (16) angeordneten Unterlegscheibe (17) aus Filterpapier ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Unterlegscheibe (17) aus Filterpapier etwas größer als derjenige der Filtriermembrane (16) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Niveaudetektoren (8, 9) übereinander angeordnet sind und der Abstand zwischen beiden etwa 1 bis 20 mm beträgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveaudetektoren (8, 9) optische Detektoren sind, die einen Lichtstrahler (8 a, 9 a) und einen Lichtempfänger (8 b, 9 b), insbesondere eine Photodiode oder einen Phototransistor, umfassen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als optische Detektoren ausgebildeten Niveaudetektoren (8, 9) je eine optische Faser, die mit einer Lichtquelle verbunden ist, und eine optische Faser, die mit einem Lichtempfänger, insbesondere einer Photodiode oder einem Phototransistor, verbunden ist, umfassen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Niveaudetektoren (8, 9) elektronisch mit einem Zeitmesser zum Messen der Filtrierzeit derart verbunden sind, daß der Zeitmesser durch den oberen Niveaudetektor (8) in Gang gesetzt und durch den unteren Niveaudetektor (9) angehalten wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Block (10) bewegbar und längs zweier Führungsstangen (6) verschiebbar ist, die beiderseits des mittigen Kanals (11) angeordnet sind, wobei diese Führungsstangen (6) einerseits auf bzw. in dem unteren Teil (5) des oberen Blocks (1), der fest mit dem Haltegestell (31) verbunden ist, gehaltert sind, wobei dieser untere Teil (5) bezüglich des Körpers des oberen Blocks (1) erweitert ist und wobei diese Führungsstangen (6) andererseits mit ihrem unteren Ende auf bzw. in dem Haltegestell (31) gehaltert sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (3) der Kapillare (2) erweitert ist und einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich demjenigen des mittigen Kanals (11) oder von dessen der Kapillare (2) zugewandten Öffnung ist und der etwas kleiner als der Durchmesser der Filtriermembrane (16) ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erweiterte Teil (3) der Kapillare (2) mit einer oder mehreren Dichtungen (4) zum Niederhalten der Filtriermembrane (16) versehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche des unteren Blocks (10) mit einer Dichtung zum Niederhalten der Filtriermembrane (16) versehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federn (19) mit je einem ihrer Enden am unteren Block (10) befestigt sind und daß das jeweils andere Ende dieser beiden Federn (19) in einem Haken (20) ausläuft, die in zwei kleinen Hakenhaltern, insbesondere zwei kleinen Aus- bzw. Einschnitten, Löchern (7), Schlitzen od. dgl. oder Aussparungen, Nuten od. dgl., und zwar einer pro Feder (19), welche zu diesem Zweck in bzw. auf dem erweiterten unteren Teil (5) des oberen Blocks (1) vorgesehen sind, angeordnet bzw. eingehakt werden können.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange auf dem Boden des unteren Blocks (10) mittels einer Dichtung (15) und/oder einem Ring aus elastischem und dichtem Material befestigt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange auf ihrem oberen Teil mit einer Zunge bzw. Lasche (28) aus Filterpapier, die rittlings auf dem Ende dieser Stange sitzt, bedeckt ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange von einem Zylinder gebildet ist, in dem seitlich mehrere oder zahlreiche Löcher (29) vorgesehen, insbesondere ein- oder durchgebohrt, sind, welche mit einem wasseraufsaugenden bzw. hydrophilen Material ausgefüllt sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregulierleitung (13) einen Überdruckkreis aufweist, der ein Dreiwegeventil (22), insbesondere einen Dreiwegehahn, sowie einen Ballastbehälter (23),dessen Fassungsvermögen zwischen 0,1 und 5 l beträgt, und eine an die Druckregulierleitung (13) angeschlossene Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks in dem Ballastbehälter (23), insbesondere eine Spritze, Injektionsspritze, Zylinder-Kolben-Anordnung einer Injektionsspritze oder ein elastisch zusammendrückbares birnenförmiges Pumpelement.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregulierleitung (13) außerdem einen Unterdruckkreis aufweist, der einen Ballastbehälter von 0,1 bis 5 l und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks, insbesondere eine Spritze, eine Injektionsspritze, eine Kolben-Zylinder-Anordnung einer Injektionsspritze, ein elastisch zusammendrückbares birnenförmiges Pumpelement oder eine Unterdruck- bzw. Vakuumpumpe umfaßt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruckkreis durch ein einfaches, nach der Atmosphäre hin geöffnetes Rohr ersetzt ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (22) elektronisch mit einem Zeitmesser zum Berechnen bzw. Anzeigen der Filtrierzeit derart verbunden ist, daß letzterer durch das Umschalten des Dreiwegeventils (22) in dessen dem Messen entsprechenden Stellung automatisch auf Null zurückgestellt wird.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zentrum des oberen Blocks (1) befindliche Kapillare (2) einen integralen Teil der Masse dieses oberen Blocks (1) bildet und bei der Herstellung ausgebildet wird.

20. Einrichtung nach Anspruch 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zentrum des oberen Blocks (1) befindliche Kapillare (2) in einen größeren Kanal einführbar ist, der zu diesem Zweck vorgesehen ist, und daß sie an die Wand dieses Kanals anklebbar ist oder daß sie in sonstiger Weise in diesem Kanal anbringbar ist.

21. Verfahren zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, insbesondere Verfahren zum Messen der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen, mittels der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem die mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließens eines Volumens einer zu untersuchenden Suspension gegebener Konzentration, insbesondere eines physiologischen Serums, eines Plasmas od. dgl., in einem Lösungsmittel ermittelt und hieraus der Filtrierbarkeitskennwert nach einer vorgegebenen Formel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die mittlere anfängliche Zeitdauer ts des Ausfließens des Lösungsmittels und danach die mittlere anfängliche Zeitdauer tg des Ausfließens der zu untersuchenden Suspension ermittelt wird und daß ein Filtrierbarkeitskennwert I _f nach der Formel bestimmt wird, worin H die volumetrische Konzentration der Körperchen, insbesondere der roten Blutkörperchen, in der Suspension, insbesondere in der hämatologischen bzw. hämatokritischen Suspension, bedeutet.