DE3207174C2 - Oxygenator zur Sauerstoffanreicherung von Blut - Google Patents

Abstract

Bei einem Oxygenator zur Sauerstoffanreicherung von Blut mit einer gasdurchlässigen, selektiv permeablen und mikroporösen Membran als Gehäusetrennwand zwischen einem Blutkompartement und einem Sauerstoffkompartement ist die Membran (19, 19Δ) streckenweise und flächig die Trennwand (19) eines mit Druck beaufschlagten Sauerstoffreservoirs (2, 7) und dem Blutkompartement (6, 8) und zusätzlich streckenweise und flächig die nachfolgend in Reihe angeordnete Trennwand (19Δ) zwischen einer mit Vakuum (V) beaufschlagten Entgasungskammer (3, 8Δ) und dem auf der Sauerstoffanreicherungsstrecke (6, 8Δ) in Blutschaum übergegangenen Blutkompartement. Sowohl das Blut (B) in der Sauerstoffanreicherungsstrecke (6, 8) als auch in der Entgasungsstrecke (20) ist in einem dünnen Blutfilm über die Membranflächen der Membranen (19, 19Δ) geleitet, welche eine Porengröße von 0,01 μm bis 150 μm aufweisen. Das Sauerstoffreservoir (2, 7) ist zur Regulierung der Oxygenierleistung mit einem Druckregulierventil (18) ausgestattet. Hinter der von der mikroporösen Membran (19Δ) gebildeten Entgasungsstrecke (20) ist eine zusätzliche Entschäumungskammer (16) angeordnet, an die sich ein arterielles Blutreservoir (12) mit Wärmetauscher (11) anschließt und stromabwärts gelegen vor der Auslaßkammer (15) ein arterielles Blutfilter (13) aufweist. Alle Teile sind zu einer kompakten Baueinheit vereinigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Oxygenator nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Derartige Oxygenatoren dienen in der Medizintechnik beim Blutaustausch bzw. bei akuten Vergiftungen des Blutes mit Kohlendioxyd zur Anreicherung des Patientenblutes mit Sauerstoff. In Verbindung mit einer Herz-Lungen-Maschine dienen derartige Oxygenatoren ebenfalls zur Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff während bzw. nach der Operation einschließlich einer gleichzeitigen oder nachfolgenden gezielten Temperierung des Blutes mit Hilfe eines eingebauten Wärmetauschers bei Operationen an lebensnotwendigen Organen einschließlich Nieren, Herz, Gehirn und Leber. Bei derartigen Operationen ist der Wärmetauscher in Verbindung mit dem Oxygenator ein wichtiges Bauteil zur Herstellung eines Blutkreislaufs außerhalb des Körpers, der dazu verwendet wird, die Temperatur des Blutes vor und während eines chirurgischen Eingriffes herabzusetzen und anschließend das Blut wieder auf die normale Körpertemperatur anzuwärmen. Das abgekühlte Blut verursacht eine Hypothermie, die den Sauerstoffverbrauch des Patienten wesentlich herabsetzt

Von den in der Fachliteratur beschriebenen, verschiedenen Oxygenator-Typen haben sich im wesentlichen zwei Bauformen als brauchbar erwiesen. Bei der einen Bauform überströmt der Sauerstoff im wesentlichen drucklos die eine Seite einer hydrophoben, mikroporösen Membran, während die andere Seite der Membran vom durch Kohlendioxyd verseuchten Blut überströmt wird. Aufgrund eines Sauerstoffkonzentrationsgefälles zwischen dem Sauerstoffkompartiment und dem Blutkompartiment kommt es zu einer Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff nach dem Prinzip der Diffusion. Diese Art der Oxygenatoren sind prinzipiell genauso aufgebaut wie Dialysatoren. Anstelle des Dialysats überströmt die Membi-anflächen Sauerstoff. Die Membranflächen können dabei Flachmembranen sein, die spulenförmig aufgewickelt, plattenförmig übereinanderliegen oder zickzackförmig gefaltet sind.

Kapillarmembranen sind ebenfalls gängig. Die nachfolgenden Druckschriften zum Stand der Technik, z. B.

US-PS 38 92 533, US-PS 34 89 647, DE-OS 29 02 498 und EP-OS 5 866 sind Beispiele für diese Bauform.

Diesen, nach dem Diffusionsprinzip arbeitenden Oxygenatoren ist als Nachteil gemeinsam, daß sehr große Membranflächen notwendig sind und ein sehr langer

is Zeitraum notwendig ist, um einen effektiven Stoffaustansch zwischen Blut und Sauerstoff zu erreichen, bis das Blut wieder bis zu einem gewünschten Maß mit Sauerstoff angereichert ist

Durch einen Stand der Technik (US-PS 34 80 401)

nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist es aber auch bekannt, den Sauerstoff mit Druck durch die Membran hindurchzupressen, so daß der Sauerstoff in den Blutfilm hineindiffundiert bzw. infundiert Auch bei dieser bekannten Bauform eines Oxygenator ist die Sauer-Stoffanreicherungsstrecke relativ lang, ohne daß Mittel auf dieser Strecke vorgesehen sind, mit dem eventuell entstehender Blutschaum wieder entschäumt wird.

Die andere Bauform, die in der Praxis neben den Diffusionseinrichtungen besteht, ist der sogenannte Bubble-Oxygenator. Hierbei wird in ein strömendes Blutkompartiment mit Haie einer durch Sauerstoff beaufschlagten Siebfläche oder eines porösen Rohrkörpers Sauerstoff in Bläschenform eingeblasen, so daß Blutschaum entsteht, welcher in einer nachfolgenden Entgasungsstrecke mit Hilfe von grobporigem Filterschaum, grobporigem Gewebe oder einer Filterwatte aus Kunststoffäden wieder entgast wird, indem sich die Luftbläschen an diesen Strukturen auflösen und das mit Sauerstoff angereicherte Blut als arterielles Blutrerservoir wieder zur Verfügung des Patiestten sieht Oxygenatoren dieser Bauart sind z. B. bekannt durch DE-PS 22 08 868, DE-AS 23 14 644, DE-AS 23 32 445, DE-OS 30 34 223, DE-OS 30 01 018 und DE-OS 28 54 244.
Der Einblaskörper für Sauerstoff nach der DE-OS 30 34 223 besteht z. B. aus porösem, hydrophoben Material mit einer Mindestporengröße von etwa 150 μπι aus gesinterten Glasperlen, poröser Keramik oder dergleichen. Das Blut strömt dabei auf der Außenseite des hydrophoben Einblaskörpers vorbei und reißt die auf der Oberfläche austretenden Sauerstoffblasen mit, so daß Blutschaum entsteht

Allen diesen bekannten Bubble-Oxygenatoren ist als Nachteil gemeinsam, daß die Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff nur unbefriedigend erfolgt, da das Blut in einer zu großen Schichtdicke an den gelochten oder porösen Einblasröhrchen für den Sauerstoff vorbeiströmten und auch zu große Luftblasen bzw. zu grober Blutschaum entsteht, wodurch eine Haemolysegefahr gegeben ist. Die Entgasung des Biutschaumes erfolgt nicht zwangsläufig sondern vielmehr durch Schwerkraft indem der Blutschaum durch das grobporöse Entschäumungsmedium in das arterielle Blutreservoir absinkt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Oxygenatoren der eingangs genannten Membranbauart so zu verbessern, daß einerseits eine schnelle und ausreichende Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff in schonender Weise möglich ist ohne daß die Gefahr einer Haemolyse auftritt und ande-

rerseits eine schnelle zwangsweise Teijentgasung des Blutschaumes und Oberführung dieses Blutschaumes in ein dem Patienten wieder zur Verfügung stehenden Blütkompartimentgewährleistetist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die ini Hauptanspnich genannten Mittel· gelöst Vorteilhafte-Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen unter ■ Schutz gestellt

Der Erfindungsgedanke ist in zwei Ausführangsbeispielen schematisch dargestellt Dabei zeigt ■ /

' F i g. 1 in einer Schnittdarstelltung den Oxygenator in ' Kombination mit einem Wärmetauscher, einem Blutfilter und Kardiotomiereservoir und

F ig. 2 eine Variante zu F i g. 1. -

Die Baueinheit besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse 1 aus Kunststoff, deren Einzelteile zu einer .Baueinheit zusammengefügt sind und aus Sterilitätsgründen nur einmal Verwendung finden. Das Gehäuse 1 hat einen Einlaß 2 für Sauerstoff, welcher in eine flächige Sauerstoffkammer 7 übergeht, die parallel zur Oberfiäehe der mikroporösen Membran IS verläuft und in einem Druckreguüerventil 18 endet Die ander; Seite der Membran 19 ist von einer Vielzahl von parallel zum Blutfluß verlaufender Stützrippen 9 abgestützt Zwischen den Stützrippen 9 verlaufen die Kanäle 8, so daß das Blut in einer Vielzahl von dünnen Strömungskanälen aufgefächert über die Membran 19 fließt Der Einlaß 6 dient zur Einführung des mit Sauerstoff anzureichernden venösen Blutes. Die Membran 19 trennt damit leckdicht das Sauerstoffreservoir 7 vom Blutkompartiment in den Kanälen 8. Die Membran 19 hat dabei eine Porengröße von 0,01 μπι bis 150 μπι und ist vorzugsweise hydrophob, so daß der in die Kammer 7 mit Druck eingepreßte Sauerstoff O2 durch die mikroporösen Poren hindurch in das Blut B eintritt und dieses in Blutschaum umwandelt, der in einer Kontaktstrecke 22 sich , beruhigen kann und anschließend ebenfalls in einem engen Kanal zwischen der Membran 19' und einer parallel dazu verlaufenden Trennwand 23 fließt und durch die Öffnung 24 in einen Entschäumungsraum tritt Die andere Seite der Membran 19⁷ ist gleichermaßen wie die Membran 19 auf der Seite des Druckgefäßes durch Stützrippen 9 abgestützt, deren Zwischenräume 8' über den Anschluß 3 an eine Vakuumquelle V angeschlossen sind.

Der als uünner Fiim zwischen der Membran 19' und der Trennwand 23 fließende Blutschaum wird auf dieser Strecke entgast, wobei das Kohlendioxyd CO2 aus dem Blut entfernt wird, da CO2 im Blut ungebunden ist, währenddessen der Sauerstoif O2 am Hämoglobin gebunden ist

Soweit sich am Ende der Entgasungsstrecke 20 noch Gasbläschen im Blut befinden, werden diese durch den nachgeschaltcten Entschäumungsraum 16 aufgelöst In diesem befindet sich ein Paket aus Gewebe 17 bzw. ein Tiefenfilter aus monofilen Kunststoffäden oder ein grobporöser Schaumstoff.

Das durch Schwerkraft absinkende Blut sickert durch dieses Entschäumungsmedium 17 und durch die Lochplatte 10 in das arterielle Blutreservoir 12 und wird in diesem durch den Wärmetauscher 11 gekühlt bzw. erwärmt, je nach Erfordernis. Der Wärmetauscher 11 in Form einer spiralig angeordneten Schlauchleitung mit großer Außenfläche hat mindestens zwei Anschlüsse 4 und 5, welche an eine Kalt- oder Warmwasserleitung angeschlossen werden können.

Stromabwärts geleger, ist am unteren Teil des arteriellen Blutreservoirs 12 ein arterielles Blutfilter 13 angeordnet; welches Mikroembolien aus dem Blut äusfil'· tert Der Filter 13 besteht aus einer mikroporösen Membran, die von einem Stützgerippe 14 abgestützt ist Das durch den Filter 13 hindurchgedrungene Blut kamt aus der Auslaßkammer 15 durch den Auslaß 21 dem Patienten wieder zugeführt werden-Der arterielie'Fiiter 13hat z. B. eine Porengröße von 10—60 μπτ.

Zusätzlich dient ein Kardiotomiereservoir 25 zum Auffangen .und Sammeln'von abgesaugtem Blut aus Wunden, welches durch einen nicht dargestellten Bypass bei Bedarf in den Bluteinlaß 6 eingespeist werden kann.

Der Oxygenator nach F i g. 2 ist entsprechend aufgebaut Abweichend zur vorher beschriebenen Ausführungsform ist parallel zur Sauerstoffanreicherungsstrekke 7> 8 und parallel zur Filtermembran 19' eine weitere Filtermembran 19", gegebenenfalls in etwas größerem Abstand, angeordnet und durch eine Membranstütze 27 z. B. in Form eines Stützgewebes auf der Gehäusewand . 26 abgestützt Der von der Membranriutze 27 gebildete Freiraum zwischen der Filtermembr*™ 19" und.der Gehäusewand 26 ist über die Unterdruckleitung 28 mit der Unterdruckquelle ^verbunden, wobei ein in der Unterdruckleitung 28 angeordnetes Absperr- und Drosselventil 29 eine Regulierung des Unterdruckes für diese Seite der Filtermembran 19" ermöglicht

Der durch die Filtermembran 19 dringende Sauerstoff wandert quer bzw. diagonal stromabwärts in Richtung der gegenüberliegenden Filtera?embran 19", so daß teilweise bereits eine Entschäumung am Ende der Sauerstoffanreicherungsstrecke 8 und teilweise ein Entzug von Kohlendioxyd eintritt Das Absperr- und Drosselventil 29 läßt eine patientenindividuelle Betriebsweise des Oxygenators zu.

In beiden Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 11 auch auf der venösen Seite des Blutkompartiments also vor dem Bluteinlaß 6 angeordnet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Oxygenator zur Sauerstoffanreicherung von Blut, mit einer gasdurchlässigen und flüssigkeitsundurchlässigen, selektiv permeablen und mikroporösen Flächenmembran als Gastrennwand zwischen einem Blutkompartiment und einem unter Druck stehenden Sauerstoffkompartiment, wobei die Flächenmembran vom Sauerstoff durchströmt und von einem Blutfilm auf der Blutseite überströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel visä-vis und/oder stromabwärts eine weitere mikroporöse Filtermembran (19" und 19') zwischen dem Blutkompartiment (B) und einer Unterdruckquelle (V) angeordnet ist und ein Entschäumungs- und ein Kohlendioxydtrenn-Element bildet, wobei die Membrane 19, 19', 19") mindestens auf der Seite des Diückgefälies abgestützt sind.

2. Oxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranstruktur der Membran (19, 19') eine Porengröße von 0,01 μπι bis 150 μιη aufweist

3. Oxygenator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffkompartiment (2, 7) zur Regulierung der Oxygenierleistung ein Druckregulierventil (18) aufweist

4. Oxygenator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Unterdruckquelle (V) zur Rückseite der Filtermembran (19") führenden Unterdruckleitung (28) ein Absperrund Drosselventil (29) angeordnet ist