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B E 5 C H R E 1 B U N G
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung
von Heparin aus Blut oder Blutfraktionen und ein Blutbehandlungssystem.
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Medizinische Behandlungsverfahren, bei denen das Blut von Patienten
in einem extrakorporalen Kreislauf durch technische Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise
"künstliche Nieren", ~Herz-Lungen-Maschinen" oder "Plasmaseparatoren", geführt werden
muß, sind heute weit verbreitet. Es besteht dabei die Gefahr, daß das Blut innerhalb
dieser Vorrichtungen gerinnt. Zur Beseitigung dieser Gefahr muß dem Blut der Patienten
teilweise in sehr hohen Dosierungen Heparin zugesetzt werden, das die Gerinnung
des Blutes verhindert.
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Heparin hat ein Molekulargewicht von ca. 17 000. Heparin ist ein in
kleinen Mengen an Eiweißstoffe gebunderen, in menschlichen und tierischen Organen,
wie Leber, Lunge, Darmschleimhaut und Herz, vorkommender Stoff, der das Gerinnen
des im Körper kreisenden Blutes verhindert und für den Patienten lebenswichtig ist.
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Wird das Blut dem Patienten wieder zugeführt, muß das zugesetzte Heparin,
wenn es in höheren Dosierungen zugesetzt wurde, wieder entfernt werden. Auch eine
relativ geringe Heparingabe führt, wenn das Blut wieder dem Menschen zugeführt wird,
zu relativ häufigen Komplikationen, wie beispielsweise Gewebeblutungen. Durch die
Verlängerung der Perfusionszeiten durch verbesserte Maschinen, wie zum Beispiel
Membran-Oxygenoratoren, sind diese Schwierigkeiten immer größer geworden.
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Um die mit der Heparinisierung verbundenen Schwierigkeiten zu beseitigen,
sind eine Reihe von Vorschlägen gemacht wor-
den. Man hat vorclaycn,
die zur Behandlung erforderliche Heparindosis herabzusetzen, die Blutverträglichkeit
durch Zugabe anderer Materialien zu verbessern, die Oberfläche der Geräte mit Heparin,
Albumin oder fibrinolytischen Enzymen zu belegen. Es wurde weiterhin vorgeschlagen,
das Heparin durch andere antithrombotische Substanzen zu ersetzen oder aber das
eingesetzte Heparin nach der Behandlung beispielsweise durch Protamin zu neutralisieren.
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All diese Verfahren sind jedoch nicht zufriedenstellend.
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Besonders im letzteren Fall bleibt die Kontrolle des Heparinspiegels
im Blut ein ernstes Problem, da ein Protaminüberschuß seinerseits, zum Beispiel
bei einer Reihe von Diabetikern, zu Allergenreaktionen mit tödlichem Ausgang geführt
hat.
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Bei der Dialysebehandlung oder Hämofiltration sind Heparinkonzentrationen
üblich, die eine nachträgliche Entfernung durch externe Eingriffe im allgemeinen
nicht erfordern. Bei der Behandlung der Hyperlipoproteinämien bzw. der Hypercholesterinämien
sind zur Fällung von "low density lipoprotein" Gaben von bis zu 100 000 Einheiten
Heparin erforderlich.
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Dieses Heparin muß unbedingt beseitigt werden, bevor das so behandelte
Plasma bzw. Blut dem Patienten reinfundiert wird.
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Auch das bei Herzoperationen mit Hilfe der Herz-Lungen-Maschine dem
Blut in bis zu 30 000 Einheiten zugesetzte Heparin muß vor dessen Rückführung in
den Patienten unwirksam gemacht werden.
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In der Leber des Menschen kommt das heparinspaltende Enzym Heparinase
vor. Dies ist aufgrund seiner geringen Gesamtaktivität nicht in der Lage, ein massives
Heparinangebot, wie es bei der zusätzlichen Gabe von Heparin und Rückführung des
Blutes im Körper auftritt, in ausreichend kurzer Zeit zu inaktivieren.
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In der US-PS 4 373 023 wird ein Verfahren zur Neutralisation von Heparin
beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird das Blut eines Patienten, das größere Mengen
an Heparin enthält, extrakorporal zur Entfernung des Heparins behandelt, indem man
das Heparin mit immobilisierter Heparinase, die unter Verwendung von Mikroorganismen
hergestellt wurde, in Berührung bringt.
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Bei dem bekannten Verfahren ist die Heparinase an Agarose gebunden.
Es besteht die Gefahr, daß die Agarose durch Enzyme im Blut abgebaut wird und daß
lösliche Abbauprodukte entstehen und Heparinase freigesetzt wird, die dann ins Blut
übertritt und in diesem verbleibt.
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Das zusätzliche Heparinase enthaltende Blut wird in den Körper zurückgeführt,
und die nun im Ueberschuß im Körper vorhandene Heparinase stört den gesamten Enzymhaushalt
im Körper beachtlich und inaktiviert das Heparin, welches im Blut verbleiben muß.
Dies kann für den Patienten tödliche Konsequenzen haben. Außerdem kann die synthetisch
hergestellte Heparinase Immunreaktionen hervorrufen.
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Nach Schätzungen von Klinikern kann für die Behandlungsverfahren bei
verschiedenen Formen von Hyperlipoproteinämien und Hypercholesterinämien in den
nächsten Jahren mit einem Patientenkollektiv von 10 000 bis 15 000 Personen allein
in der Bundesrepublik Deutschland gerechnet werden. Diese müßten sich in ca. zweiwöchigen
Abständen einer Behandlung zur Low-Density-Lipoprotein-Abtrennung unterziehen. Besonders
schwere Krankheitsbilder mit einer derzeitigen Lebenserwartung von nur 20 bis 30
Jahren sind bei der homozyten familiären Hypercholesterinämic gegeben.
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Für eine Durchsetzung eines entsprechenden Therapieverfahrens ist
es jedoch unbedingt erforderlich, daß ein Verfahren zur Verfügung steht, mit dem
der hohe Heparingehalt des Blutes oder von Blutfraktionen herabgesetzt werden kann.
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Bei der Herstellung von Blutkonserven ist es üblich, dem in den Blutkonserven
gelagerten Blut Heparin oder Citrate zuzusetzen, um das Gerinnen des Blutes zu verhindern.
Die Verwendung von Heparin als Gerinnungshemmer bei Blutkonserven hat bis heute
noch keine breite Anwendung gefunden, da es nur mit Schwierigkeiten verbunden ist,
das Heparin aus dem Blut zu entfernen, und erst vor kurzem das Verfahren zur Entfernung
von Heparin, wie es in der US-PS 4 373 023 beschrieben wird, vorgeschlagen wurde.
Dieses Verfahren ist jedoch, wie oben erläutert wurde, mit Nachteilen verbunden.
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In der DE-OS 30 04 990 wird eine Vorrichtung zur Entgiftung von Blut
und Blutkompartimenten beschrieben, die aus einer semipermeablen Membran besteht,
an der das Blut bzw. Blutkompartiment auf der einen Seite entlangströmt und an der
es aufgrund eines angelegten transmembranen Druckes oder einer angelegten transmembranen
Konzentrationsdifferenz zu einem Durchtritt am mit Toxinen beladenen Fluid durch
die Poren der Membran kommt.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung ist auf der dem Blut bzw.
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dem Blutkompartiment abgekehrten Seite der semipermeablen Membran
ein Depot vorgesehen, das mindestens einen Aggregationshemmer oder mindestens einen
Aggregationshemmer und mindestens einen Katalysator enthält. Die Membran ist für
mit Toxinen beladenes Fluid durchlässig. Diese bekannte Vorrichtung kann man auch
zur Entfernung von Heparin verwenden, wenn das Depot aus Kohlenstoff besteht.
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Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es jedoch nicht möglich, das
Heparin ausreichend zu entfernen. In dem Depot wird ein Teil des neparins absorbiert.
Diese Absorption kann aber nur sehr schwer gesteuert werden, und es ist, wie aus
Seite 5, erster Absatz dieser Druckschrift hervorgeht, ebenfalls erforderlich, in
den Zu- und Ableitungsschläuchen derartige Depots vorzusehen. Dies ist von Nachteil,
da eine
genaue Bestimmung der Heparinkonzentration nur mit Schwierigkeiten
verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen Heparin aus Blut oder Blutfraktionen
entfernt werden kann, ohne daß das Blut durch andere Verbindungen oder Substanzen
verunreinigt wird.
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Insbesondere soll vermieden werden, daß das Blut durch Heparinase
verunreinigt ist, welche auf enzymatischem Wege hergestellt wurde und, wenn sie
in den Körper des Menschen kommt, Antigenkörperbildung verursacht.
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Erfindungsgemäß soll es möglich sein, Heparin, welches dem Blut oder
Blutfraktionen zugesetzt wurde, aus Blut oder Blutfraktionen zu entfernen, ohne
daß zusätzlich komplizierte Einrichtungen erforderlich sind. Gemäß der vorliegenden
Erfindung soll es weiterhin möglich sein, die Heparinkonzentration auf einfache
Weise zu kontrollieren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung für die Entfernung von
Heparin in Blut oder Blutfraktionen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine
erste Kammer für die Aufnahme einer ein heparinspaltendes Enzym und/oder ein Citrat
enthaltenden Lösung, eine zweite Kammer für die Aufnahme voniieparin enthaltendem
Blut oder einer Heparin enthaltenden Blutfraktion, eine Membran mit einer Trenngrenze
im Bereich von 30 000 bis 25 000 D sowie Zuleitungen und Ableitungen zu den Kammern
und Einrichtungen zum Verschließen der Zu- und Ableitungen umfaßt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entfernung von
Heparin aus Blut oder einer Blutfraktion, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
man das Blut oder die Blutfraktion unter Verwendung einer Membran mit einer Trenngrenze
im
Bereich von 30 000 bis 25 000 D gegenüber einer ein heparinspaltendes Enzym und/oder
ein Citrat enthaltenden Lösung dialysiert.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung
von Blut mit einer Blutentnahmeeinrichtung mit Leitungen, Pumpen#, Ventilen, Blutleckdetektoren,
Luftblasenfallen, gegebenenfalls einem oder mehreren Plasma-Separationsmodul(en),
einer Toxinentfernungsstufe, gegebenenfalls einer Einrichtung zur Vereinigung der
Blutbestandteile und einer Blutrückführungseinrichtung, welche Vorrichtung dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie zusätzlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die
Inaktivierung von Heparin in Blut oder Blutfraktionen umfaßt.
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Uberraschenderweise wurde gefunden, daß es möglich ist, das Heparin
aus dem Blut bzw. einer Blutfraktion zu entfernen, wenn man das Blut bzw. die Blutfraktion
an einer Membran vorbeileitet, deren Porengröße so bemessen ist, daß nur das Heparin
durchtreten kann und höhermolekulare Stoffe zurückgehalten werden, und wenn auf
der dem Blut abgewandten Seite eine Lösung vorhaneJen ist, die ein heparinspaltendes
Enzym undjoder ein Citrat enthält.
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Es ist ein besonderer Vorteil, daß gemaß der Erfindung das Heparin
auf einfache Weise aus dem Blut bzw. einer Blutfraktion entfernt werden kann. Gleichzeitig
werden die Abbauprodukte des Heparins entfernt, so daß sie niedermolekular sind
und in der Dialyselösung verbleiben.
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Erfindungsgemäß kann man aus Blut oder Blutfraktionen das Heparin
entfernen. Das dem Patienten in einem extrakorporalen Kreislauf entnommene Blut
oder eine entsprechende Blutfraktion oder Blut als einer Kunser#e, , die Heparin
enthalten, werden erf erfindungsgemäß bet:inde Lt und danach dem Patienten, gegebenenfalls
nach vereinigung der verschiedenen Blutbestandteile, wie zum Beispiel dem Blutplasma
mit den Blutkörperchen, wieder ohne Gefahr zugeführt.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, die immunologischen und blutbedingten
Schwierigkeiten zu beseitigen, die durch eine ungenügende Entfernung oder Neutralisation
des Heparins auftreten, wenn dieses dem Blut in Mengen bis zu 100 000 Einheiten
während der extrakorporalen Behandlung zugesetzt wurde, wie beispielsweise bei der
Entfernung bestimmter Lipoproteine (LDL) bei der Hyperlipoproteinämie oder der Hypercholesterinämie
und bei Aorta-Coronar-Bypass-Operationsverfahren, bei denen Herz-Lungen-Maschinen
verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann man nicht nur Blut sondern sämtliche Blutfraktionen
behandeln, in denen EIe~arin vorhanden ist.
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Bei vielen Verfahren, bei denen dem Patienten in einem extrakorporalen
Kreislauf das Blut entnommen wird, wird das Blut in Blutplasma und Blutkörperchen
getrennt. In einem solchen Fall wird das Heparin im Blutplasma enthalten sein, und
das Blutplasma wird erfindungsgemäß behandelt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, Plasmabestandteile erfindungsgemäß
zu behandeln. Das abgetrennte Plasma kann über Membranen in weitere Fraktionen geteilt
worden sein, und alle verschiedenen Blutfraktionen, die Heparin enthalten und beispielsweise
durch Zentrifugieren, Elektrophorese, Chromatographie, Membrantechniken etc. gewonnen
wurden, können erfindungsgemäß behandelt werden.
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Gemäß der Erfindung kann man Blut, welches als Konserven längere Zeit
gelagert wurde, behandeln und es, bevor es dem Patienten durch Infusion verabreicht
wird, vom Heparin befreien. Das von Heparin befreite Blut,i1a#a oder die Plasmafraktion
wird entweder dem Patienten zurückgeführt oder mit den anderen Blutbestandteilen,
von denen sie ursprünglich abgetrennt wurden, wieder vereinigt und dann dem Patienten
reinfundie#t.
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Erfindungsgemäß kann man als Membran alle Membranen verwenden, die
bei Blutbehandlungssystemen eingesetzt werden. Der-
artige Membranen
müssen bioverträglich sein und die geeignete Trenngrenze oder Ausschlußgrenze aufweisen.
Im Handel sind derartige Membranen erhältlich, und sie sind beispielsweise aus Polyfluorethylenpropylen-Folien
oder anderen inerten halogenierten Polymeren hergestellt. Die Membranen sollten
eine Trenngrenze im Bereich von 30 000 bis 25 000 Dalton aufweisen. Es ist jedoch
auch möglich, Membranen zu verwenden, die Trenngrenzen außerhalb dieser Bereiche
besitzen.
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Es ist nur von Bedeutung, daß die Heparinmoleküle durch die Membran
hindurchgehen und die Bestandteile des Blutes bzw.
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der Blutfraktion, insbesondere des Blutplasmas, nicht durch die Membran
hindurchgehen. Heparin besitzt, wie oben angegeben, ein Molekulargewicht im Bereich
von 15 000 bis 20 000.
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Damit das Heparin ohne Schwierigkeiten durch die Membran hindurchgehen
kann, ist eine Trenngrenze von 25 000 Dalton erforderlich.
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In der deutschen Patentanmeldung P 3k062- der gleichen Anmelderin
mit dem Titel "Membran für die Inaktivierung von Heparin in Blut und Blutfraktionen,
Verfahren zu ihrer Herstellung, ihre Verwendung und Verfahren zur Inaktivierung
von Heparin in Blut und Blutfraktionen" mit der Case Nr.
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4372, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht
werden wird und von der eine Kopie in der Anlage beigefügt ist, werden Membranen
beschrieben, die mit einem heparinspaltenden Enzym belegt sind.
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Derartige Membranen können auch bei der in der vorliegenden Anmeldung
beanspruchten Vorrichtung, dem beanspruchten Verfahrer und der Vorrichtung zur Behandlung
von Blut Verwendet werden. Sie werden bevorzugt dann verwendet, wenn die Dialyselösung,
die auf der dem Blut abgewandten Seite liegt, nur Citrat enthält. Sie können aber
auch dann eingesetzt werden, wenn die Dialyselösung ein heparinspaltendes Enzym
und Citrat enthält.
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Erfindungsgemäß kann man als heparinspaltendes Enzym beispielsweise
Heparinase, O-Sulfatase, N-Sulfatase, ß-Glucuroni-
dase, Aldosereductase
oder Glucuronatreductase oder ihre Gemische verwenden. Bevorzugt wird Heparinase
verwendet.
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Die Konzentration des heparinspaltenden Enzyms in der Dialyselösung
wird so gewählt, daß sie ausreicht damit das vorhandene Heparin gespalten wird.
Die Konzentration kann vom Fachmann leicht bestimmt werden und hängt im wesentlichen
von der Konzentration des Heparins in der zu behandelnden Flüssigkeit ab.
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Vor kurzem wurde ein Verfahren zur Herstellung von Heparinase vorgeschlagen
(vgl. US-PS 43 41 869). Nach diesem Verfahren wird die Heparinase mittels Bakterien
gezüchtet.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man diese Heparinase verwenden,
da keine Gefahr besteht, daß sie in das Blut des Patienten gelangt und dort Immunreaktionen
hervorruft.
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Die Dialyselösung kann zusätzlich zu dem heparinspaltenden Enzym Citrat
enthalten. Das Citrat ist im Gegensatz zum Heparin eine leicht metabolisierbare
Substanz, denn Zitronensäure ist eine physiologische Substanz, die aus dem menschlichen
Körper sehr leicht ausgeschieden wird.
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Beispiele für Citrate sind das Natriumcitrat, Dinatriumcitrat und
das Trinatriumcitrat. Bevorzugt wird das Dinatriumcitrat verwendet. Es können jedoch
auch andere Metallcitrate, solange sie nicht giftig sind und mit dem Blut keine
unerwünschten Nebenreaktionen eingehen, verwendet werden.
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Die Konzentration der Citrate wird so gewählt, daß sie einer physiologischen
Konzentration entspricht. Sie kann vom Fachmann leicht bestimmt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Dialyselösung
nur Citrat und eine Membran, die mit dem heparinasespaltenden Enzym belegt ist,
wie es in der oben
erwähnten Patentanmeldung des gleichen Anmelders
die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wird, beschrieben
ist.
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Erfindungsgemäß kann man alle Arten von Membranen verwenden, wie sie
bereits zum Behandeln von Blut in der Praxis eingesetzt werden. Man kann beispielsweise
Flachmembranen oder Hohlfasermembranen, symmetrische Membranen oder asymmetrische
Membranen verwenden. Die Poren der erfindungsgemäßen Membranen können glatt sein,
einheitliche oder uneinheitliche Größen aufweisen. jian kann symmetrische oder asymmetrische
Lilembranen verwenden.
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Gemäß der Erfindung werden bevorzugt asymmetrische Membranen verwendet.
Derartige asymmetrische Membranen besitzen auf der dem Blut zugewandten Seite eine
kleinere Porenweite als auf der dem Blut abgewandten Seite. Das bedeutet beispielsweise,
daß die Poren konisch verlaufen. Asymmetrische Membranen können auch aus einer Trennschicht
und einer Stützschicht aufgebaut sein. Bevorzugte erfindungsgemäße Membranen sind
solche, die aus einer Trenn- und einer Stützschicht aufgebaut sind. Die dem Blut
zugewandte Seite ist dabei immer die Trennschicht.
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Besonders bevorzugte Membranen sind solche, die als Hohlfaser vorliegen
und eine Trennschicht und eine Stützschicht aufweisen. Die Trennschicht kann im
Inneren der Hohlfaser vorgesehen sein. In einem solchen Fall wird das Blut oder
die Blutfraktion, aus der das Heparin abgetrennt werden soll, in das Innere der
Hohlfaser geleitet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt
die Membran als Hohlfaser vor, wobei die Trennschicht an der Außenseite der Hohlfaser
vorgesehen ist. In einem solchen Fall strömt das Blut an der Außenseite der Hohlfaser
entlang.
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Erfindungsgemäß werden bevorzugt Hohlfasermembranen mit asymmetrischer
Struktur verwendet. Die asymmetrische Membran hat auf der dem Blut zugewandten Seite
eine kleiner Porenweite als auf der dem Blut abgewandten Seite. Das bedeutet beispielsweise
auch, daß die Poren konisch verlaufen können.
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Die eigentliche Trennschicht, die zwischen Blutbestandteilen und Heparinase
trennen soll, ist die mit dem kleineren Porendurchmesser.
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Anhand der beigefügten Zeichnung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung
näher erläutert. In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die
aus zwei Kammern 1 und 2 besteht, die durch die Membran 3 getrennt sind. Die Kammer
1 dient für die Aufnahme der das heparinspaltende Enzym oder/und ein Citrat enthaltenden
Lösung, wohingegen die Kammer 2 für die Aufnahme des Blutes oder der Blutfraktion
dient, aus dem bzw. aus der das Heparin entfernt werden soll. Die Kammern besitzen
Zuleitungen und Ableitungen 4, 5, 6 und 7 und Einrichtungen zum Verschließen der
Kammern 8. Man kann die beiden Lösungen einfach in den Kammern stehen lassen und
die Kammern verschließen. Die Verweilzeit hängt in einem solchen Fall von der Art
der zu behandelnden Materialien, insbesondere von der Heparinkonzentration und der
Konzentration des heparinspaltenden Enzyms bzw. von der Konzentration des Citrats,
ab. Sie kann vom Fachmann auf einfache Weise bestimmt werden, indem man die Konzentration
des Heparins im Blut bzw. in dem Blutbestandteil in Intervallen prüft. Man kann
aber auch die Lösung in der Kammer 1 statisch halten und die Lösung in der Kammer
2 daran vorbeiströmen lassen. Maßnahmen um dies zu erreichen sind dem Fachmann geläufig.
Es ist aber auch möglich, beide Lösungen aneinander im Gleichstrom oder im Gegenstrom
vorbeifließen zu lassen.
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Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein
Reaktor verwendet, der Hohlfasern enthält.
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In der DE-OS 26 42 535 wird ein Blutbehandlungssystem beschrieben.
Auf die Offenbarung in dieser Druckschrift wird ausfrücklich Bezug genommen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur
Behandlung von Blut, wie sie in der DE-OS 26 42 535 beschrieben wird, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß sie nach der Vorrichtung zur Reinigung des Blutplasmas oder
nach der Vorrichtung zum Mischen des Blutes mit Blutplasma eine Vorrichtung zur
Entfernung des Heparins aus dem Blut oder einer Blutfraktion gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist, wie sie oben beschrieben wurde.
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Die Vorrichtung zur Behandlung von Blut weist in an sich bekannter
Weise Blutentnahmeeinrichtungen, Leitungen, Pumpen, Ventile, Blutleckdetektoren,
Luftblasenfallen, gegebenenfalls Temperiereinrichtungen, gegebenenfalls einen oder
mehrere Plasmaseparationsmodule, Toxinentfernungsstufen, Einrichtungen zur Vereinigung
der Blutbestandteile, eine Blutrückführungseinrichtung zum Patienten sowie andere
übliche Einrichtungen auf. Es ist das erfindungsgemäße Merkmal, daß diese Vorrichtung
zusätzlich eine Vorrichtung für die Inaktivierung von Heparin im Blut oder Blutfraktionen
gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt.