DE3524823A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der ultrafiltration bei blutreinigungsverfahren, insbesondere bei der haemodialyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Ultrafiltration bei Blutreinigungsver­ fahren, insbesondere bei der Hämodialyse, nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Bei dem gattungsgemäßen Verfahren und der gattungsgemäßen Vorrichtung wird in einem extrakorporalen Blutkreislauf eine Leitfähigkeitsdifferenzmessung durchgeführt, mittels derer der Flüssigkeitsentzug während der Hämodialyse­ behandlung überwacht wird. Hierzu wird bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung der Hämatokrit durch die Differenz der Leitfähigkeit zwischen Vollblut und Hämofiltrat bestimmt und aus der Veränderung des Hämatokrits auf die Veränderung des Blutvolumens ge­ schlossen.

Aus der Tatsache, daß bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung ein Teil der Messung im Vollblut stattfindet, ergibt sich zunächst der Nachteil, daß in die Bestimmung des Hämatokrits im wesentlichen das Gesamtvolumen der roten Blutkörperchen eingeht. Für die Bestimmung der Veränderung des Blutvolumens hingegen wäre die Veränderung der Anzahl der roten Blutkörperchen pro Volumeneinheit der richtige Wert, da das Volumen des einzelnen Blutkörperchens auch noch durch andere Para­ meter, wie z. B. durch die Osmolarität beeinflußt wird und somit die Veränderung des gemessenen Hämatokrits nicht eindeutig auf eine Veränderung des Blutvolumens schließen läßt. Darüber hinaus ergibt sich der Nachteil, daß die Leitfähigkeitsmessung von Vollblut ein Einführen der entsprechenden Meßelektroden in den Blutkreislauf erfordert, weswegen die Elektroden biokompatibel sein müssen und im allgemeinen nicht wieder verwendet werden können, woraus sich wiederum der Nachteil ergibt, daß das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung relativ kostenaufwendig und kompliziert zu handhaben sind. Diese Nachteile haben dazu geführt, daß das be­ kannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung sich in der Praxis nicht durchsetzen konnten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Ultrafiltration bei Blutreinigungsverfahren, insbesondere bei der Hämodia­ lyse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruches 3 zu schaffen, die ohne großen Aufwand in vorhandene extrakorporale Blutkreisläufe integriert und damit eine einfache und kostengünstige Messung bzw. Überwachung durchgeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 3.

Dadurch wird erreicht, daß die Leitfähigkeitsmessung im Blutplasma und im Plasmawasser bzw. Hämofiltrat durch­ geführt wird, so daß die entsprechenden Meßzellen nicht mit Vollblut in Berührung kommen, woraus sich der Vorteil ergibt, daß die Meßzellen wiederverwendbar sind. Darüber hinaus ist die einfache Integrierbarkeit dadurch gegeben, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich an ein Proben -Plasmafilter eines vorhandenen extrakorporalen Blutkreislaufes angeschlossen werden muß, ohne daß wei­ tere Abänderungen oder Anpassungsmaßnahmen vorgenommen werden müssen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann Plasma aus dem extrakorporalen Blutkreislauf abgefiltert, dessen Leitfähigkeit anschließend bestimmt wird. Danach wird aus dem Blutplasma Plasmawasser bzw. Hämofiltrat abge­ filtert, dessen Leitfähigkeit ebenfalls gemessen wird. Aus der Leitfähigkeitsdifferenz kann dann das Volumen der entzogenen Flüssigkeit bestimmt werden. Hierzu wird aus der genannten Differenz der beiden Leitfähigkeiten, die bei derselben Bezugstemperatur bestimmt wird, auf den Eiweißanteil im Plasma geschlossen. Die Veränderung des Eiweißanteils im Plasma läßt Rückschlüsse auf die Veränderung des Plasmavolumens im System extrakorporaler Kreislauf - Patient zu.

Die Unteransprüche 4-10 haben vorteilhafte Weiterbil­ dungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Inhalt.

Weist der Plasmafilter eine Ausscheidungsgrenze von mehr als 100.000 Masseneinheiten und der Hämofilter eine Aus­ scheidungsgrenze von weniger als 60.000 Masseneinheiten auf, so daß die beiden Filter also Ausscheidegrenzen ha­ ben, die über bzw. unter Humanalbumin liegen, ergibt sich der Vorteil, daß die für die quantitative Messung benötigten Eiweißbestandteile (Humanalbumin) quantitativ abgeschieden werden, die gerinnungsaktiven Substanzen hingegen im Blut zurückbleiben. Daraus wiederum ergibt sich der Vorteil, daß eine Verstopfung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung verhindert werden kann, da die gerinnungsaktiven Substanzen nicht in diese gelangen können.

Einen besonders bevorzugten Wert für die Ausscheidegrenze des Plasmafilters stellt der Bereich zwischen 100.000 und 150.000 Masseneinheiten dar.

In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Kontrolle eines therapeutischen Plasmafiltrationsvorganges ver­ wendet werden kann. In diesem Falle kann auf die Verwen­ dung eines Proben-Plasmafilters verzichtet werden, so daß die übrigen Bestandteile der erfindungsgemäßen Vor­ richtung hinter das Plasmafilter geschaltet werden können, das zu therapeutischen Zwecken eingesetzt wird.

Wird stromab in der Abflußleitung des Hämofilters eine Drosseleinrichtung angeordnet, ergibt sich der Vorteil, daß die gesamte Vorrichtung allein durch die Druckdif­ ferenz zwischen Blut und Atmosphäre betrieben werden kann, wobei die Drosseleinrichtung zur Aufrechterhaltung eines Transmembrandruckes im Hämofilter dient. Diese Anordnung stellt eine besonders kostengünstige Lösung dar, da ein minimaler gerätetechnischer Aufwand reali­ siert werden kann.

Wird stromab des Plasmafilters und des Hämofilters je eine Pumpe angeordnet, ergibt sich der Vorteil, daß eine definierte Pumpgeschwindigkeit und somit eine definierte Filtratleistung eingestellt werden kann. Im übrigen wird durch den Einsatz der genannten Pumpen die sonstige Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht verän­ dert. Hierbei ergeben sich weitere konstruktive und bau­ technische Vorteile, wenn die Pumpen als Doppelschlauch­ pumpen mit festem Förderverhältnis ausgebildet sind.

Da das Plasma bzw. das Hämofiltrat einen Temperatur­ koeffizienten der Leitfähigkeit von ca. 2% aufweist, können Temperaturunterschiede zwischen den Leitfähig­ keitsmeßzellen als Störungen in die Messung eingehen. Es ergibt sich daher bei der Ausführung der Leitfähig­ keitsmeßzellen als Differenz-Leitfähigkeitsmeßzelle der besondere Vorteil, daß Temperaturungleichheiten nicht auftreten können, wobei die Meßzellen so betrie­ ben werden, daß Veränderungen in den elektronischen Ansteuerparametern, wie Frequenz und Spannung, bei der Leitfähigkeitsmessung sich nicht als Störung auswirken. Es ist ferner vorteilhaft, die beiden Leitfähigkeits­ meßzellen und das dazwischenliegende Hämofilter als Einheit aufzubauen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellung einer Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Hämodialyse- oder Hämofil­ trationskreislauf,

Fig. 4 eine den Fig. 1 bis 3 entsprechende Darstellung einer Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem sogen. Single-Needle- Kreislauf,

Fig. 5 eine leicht vereinfachte Schnittdarstellung durch eine Differenz-Leitfähigkeitsmeßzelle der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung der Leitfähigkeitsmeßzelle gem. Fig. 5 aus Richtung des Pfeiles VI in Fig. 5, und

Fig. 7 ein Schaltbild einer Differenzleitfähigkeits­ messung unter Verwendung der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Meßzelle.

Gemäß Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Vor­ richtung 1 zur Steuerung der Ultrafiltration bei Blut­ reinigungsverfahren, wie insbesondere bei der Hämo­ dialyse, dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist ein Plasma­ filter 2 auf, das in einen nicht näher dargestellten vorhandenen extrakorporalen Blutkreislauf eingeschaltet ist. Das Plasmafilter 2 ist in zwei Kammern 3 und 4 geteilt, wobei die Kammer 3 von Blut durchströmt ist, während die Kammer 4 die Filtratseite des Plasmafil­ ters 2 darstellt. An die Kammer 4 ist eine Leitung 5 angeschlossen, die das Plasmafilter 2 mit einer ersten Leitfähigkeitsmeßzelle 6 verbindet. Die Leitfähigkeits­ meßzelle 6 weist einen Temperatursensor 7 auf und ist über eine weitere Leitung 8 mit einem Hämofilter 9 verbunden. Der Hämofilter 9 weist zwei Kammern 10 und 11 auf, wobei die Leitung 8 in die Kammer 10 mündet und die Kammer 11 die Filtratseite des Hämofilters dar­ stellt. Diese ist über eine Leitung 12 stromab mit einer zweiten Leitfähigkeitsmeßzelle 13 verbunden, die einen Temperatursensor 14 aufweist. Die Kammer 10 ist über eine Leitung 15, in der stromab eine Drosselein­ richtung 16 angeordnet ist, mit einem Abfallbehälter 17 verbunden, in den auch eine Leitung 18 mündet, die von der zweiten Leitfähigkeitsmeßzelle 13 abführt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kammer 3 des Plasmafilters 2 von Blut durch­ flossen, wobei Plasma aus dem extrakorporalen Blut­ kreislauf abfiltriert wird, das sich in der Kammer 4 des Plasmafilters 2 sammelt. Dieses Plasma wird über die Leitung 5 der ersten Leitfähigkeitsmeßzelle 6 zu­ geführt, in der die Leitfähigkeit des Blutplasmas ge­ messen wird. Danach wird über die Leitung 8 das Blut­ plasma dem Hämofilter 9 zugeführt und durchströmt dessen Kammer 10, wobei aus dem Blutplasma Plasmawasser bzw. Hämofiltrat abgeschieden wird, das sich in der Kammer 11 sammelt. Dieses Plasmawasser bzw. Hämofiltrat wird über die Leitung 12 der zweiten Leitfähigkeits­ meßzelle 13 zugeführt, in der die Leitfähigkeit des Plasmawassers gemessen wird. Aus der sich ergebenden Leitfähigkeitsdifferenzveränderung wird das Volumen der dem Blut entzogenen Flüssigkeit bestimmt. Über die Leitungen 15 und 18 wird das Blutplasma bzw. das Hämofiltrat dem Abfallbehälter 17 zugeführt und gesammelt. In dem Ab­ fallbehälter 17 können das Plasma und das Hämofiltrat entweder gemischt und dieses Gemisch für weitere Ana­ lysen verwendet werden, oder aber es werden die einzel­ nen Fraktionen für derartige weitere Analysen benutzt.

Neben den bereits erläuterten Vorteilen weist die er­ findungsgemäße Vorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Vorteil auf, daß der Eiweiß­ anteil im Plasma bestimmt werden kann, so daß durch diese Messungen andere Labormessungen, die dasselbe Ziel verfolgen, ersetzt werden können. Hierzu gehören z. B. die Bestimmung des Gesamteiweißes wie auch die Bestimmung des onkotischen Druckes.

Die gemäß Fig. 1 beschriebene Einrichtung wird über die Druckdifferenz zwischen Blut und Atmosphäre betrieben, wobei die Drosseleinrichtung 16 zur Aufrechterhaltung des Transmembrandruckes im Hämofilter 9 benutzt wird.

Die gemäß Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist prinzipiell den gleichen Aufbau auf, wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und auf deren erneute Beschreibung ver­ zichtet wird. Der wesentliche Unterschied der zweiten gegenüber der ersten Ausführungsform besteht darin, daß stromab des Plasmafilters 2 eine Pumpe 20 in der Lei­ tung 5 angeordnet ist, während stromab des Hämofilters 9 und der Leitfähigkeitsmeßzelle 13 in der von der Kam­ mer 11 abführenden Leitung 12 eine weitere Pumpe 21 an­ geordnet ist. Weiterhin ist in der Leitung 15 keine zusätzliche Drosseleinrichtung angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, eine defi­ nierte Pumpgeschwindigkeit und somit eine definierte Filtratleistung einzustellen, wobei die Pumpen 20 und 21 vorteilhafterweise als Doppelschlauchpumpen mit festem Förderverhältnis ausgeführt sind. Im übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß Fig. 2 in Aufbau und Wirkungs­ weise derjenigen gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Einsatzmöglichkeit der gemäß den Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung 1 in einem Hämodialyse- oder Hämofiltrationskreislauf.

In der gemäß Fig. 3 dargestellten prinzipiellen Dar­ stellung symbolisiert der Block 23 den Patienten, der über eine Schlauchleitung 24, in der eine Pumpe 25 angeordnet ist, an einen Dialysator 26 angeschlossen ist. Dieser ist über Leitungen 27, 28 und 29 stromab wieder mit dem Patienten 23 verbunden. In der Leitung 28 ist eine Tropfkammer 29′mit Luftdetektoren 30 und eine Klemme 31′angeordnet. Ferner ist in der Leitung 24 und der Leitung 28 ein Druckanzeigegerät 31 bzw. 32 vorge­ sehen.

Der Dialysator 26 ist über Schlauchverbindungen 33 und 34 mit einem Dialysierflüssigkeitssystem 35 verbunden.

Die Funktion des beschriebenen Hämodialyse- oder Hämo­ filtrationskreislaufes entspricht der üblicher Systeme, so daß hierauf nicht näher eingegangen werden muß.

Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 inner­ halb eines derartigen Kreislaufes ist mittels des mit 1 bezeichneten Rechtecks verdeutlicht. Im Beispielsfalle ist die Vorrichtung 1 stromab des Dialysators 26 in dem Leitungsabschnitt 27 angeordnet. Sie kann jedoch auch in der Leitung 24 zwischen der Pumpe 25 und dem Dialy­ sator angeordnet sein bzw. es können zwei Vorrichtungen 1 an den genannten Stellen angeordnet werden, also sowohl stromauf als auch stromab des Dialysators 26.

Gemäß Fig. 4 ist eine weitere Anordnungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt, diesmal jedoch in einem Single-Needle-Kreislauf. Die der Fig. 3 entsprechenden Bestandteile dieses Kreislaufes sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, wobei darauf hinzuwei­ sen ist, daß als Pumpe 25 bei der in Fig. 4 dargestell­ ten Ausführungsform eine pneumatische Pumpe vorgesehen ist. Auch bei dieser Anordnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 stromab des Dialysators 26 angeordnet, kann jedoch auch stromauf des Dialysators 26 vorgesehen sein bzw. können auch zwei Vorrichtungen 1, wie auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3, an den genannten Stellen angeordnet werden.

Gemäß Fig. 5 ist eine Differenz-Leitfähigkeitsmeßzelle 36 dargestellt, die zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 geeignet ist, und die einen gemäß Fig. 5 und 6 sichtbaren gemeinsamen Masseblock 37 aus Metall aufweist, der für einen Temperaturausgleich sorgt. Ferner weist die Leitfähigkeitsmeßzelle 36 Mittel­ elektroden 38 und 39 auf, die gegeneinander und gegen­ über dem Masseblock 37 mittels Isoliermaterial 39′bzw. 40 isoliert sind. Zwischen dem Isoliermaterial 39′ und 40 und dem Masseblock 37 bzw. den Elektroden 38 und 39 sind insgesamt 16 Dichtungen 41 angeordnet. Ferner weist die Leitfähigkeitsmeßzelle 36 Strömungskanäle 42 und 43 für die zu messenden Flüssigkeiten auf.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß der Masseblock 37 einen U-förmigen Querschnitt aufweist und daß in dem Masse­ block 37 ein Temperatursensor 44 angeordnet ist. Die Mittelelektroden 38 und 39 sind, umgeben von Isolier­ material 39′und 40, in der Ausnehmung des U-förmigen Masseblocks in diesem eingebettet.

Aus Fig. 7 ist eine Schaltung für eine Differenzleit­ fähigkeitsmessung dargestellt, die mittels einer Wech­ selspannungsquelle 45 betrieben wird. In den Schaltkreis ist die Differenz-Leitfähigkeitsmeßzelle 36 eingeschal­ tet und ferner in Reihe zur Wechselspannungsquelle 45 ein Ampermeter 46. Ferner sind zwei parallel geschaltete Arbeitswiderstände 47 und 48 und ein Voltmeter 49 vor­ gesehen. Der Vorteil der gemäß den Fig. 5 und 6 als Einheit aufgebauten Differenz-Leitfähigkeitsmeßzelle 36 besteht darin, daß der gemeinsame Masseblock 37 für einen Temperaturausgleich sorgt. Ferner ist es vorteil­ haft, die beiden Elektroden 38 und 39 mit einer Frequenz zwischen 30 und 3000 Hz zu betreiben. Da die beiden Zellenelektroden 38 und 39 im wesentlichen identische Zellkonstanten haben, macht sich ein Unterschied in der Leitfähigkeit in den beiden Kreisen durch unterschied­ liche Ströme bei gleicher, da identischer, Spannung bemerkbar. Diese unterschiedlichen Ströme können ent­ weder direkt durch Ampermeter gemessen oder durch die Arbeitswiderstände 47 und 48 in Spannungsunterschiede umgewandelt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung der Ultrafiltration bei Blut­ reinigungsverfahren, insbesondere bei der Hämodialyse, bei welchem in einem extrakorporalen Blutkreislauf eine Leitfähigkeitsdifferenzmessung zur Überwachung des Flüssigkeitsentzuges vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß Blutplasma aus dem extrakorporalen Blutkreislauf abgefiltert wird,
daß die Leitfähigkeit des Blutplasmas gemessen wird, daß aus dem Blutplasma Plasmawasser bzw. Hämofiltrat abgeschieden wird,
daß die Leitfähigkeit des Plasmawassers bzw. des Hämofiltrates gemessen wird, und
daß aus der Leitfähigkeitsdifferenz das Volumen der entzogenen Flüssigkeit bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus der Leitfähig­ keitsdifferenz der Eiweißanteil im Plasma bestimmt wird und daß mittels der Veränderung des Eiweiß­ anteiles die Veränderung des Plasmavolumens im System extrakorporaler Kreislauf - Patient bestimmt wird.

3. Vorrichtung zur Steuerung der Ultrafiltration bei Blutreinigungsverfahren, insbesondere bei der Hämo­ dialyse, mit wenigstens zwei Leitfähigkeitsmeßzellen, von denen eine Zelle mit einem Hämofilter in Strömungs­ verbindung steht, der Plasmawasser bzw. Hämofiltrat abscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasmafilter (2) unmittelbar im extrakorporalen Blutkreislauf angeordnet ist, an dessen Filtratkam­ mer (4) die erste Leitfähigkeitsmeßzelle (6) ange­ schlossen ist, an die sich wiederum stromab der Hämo­ filter (9) anschließt, mit dessen Filtratkammer (11) die zweite Leitfähigkeitsmeßzelle (13) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leitfähigkeits­ meßzellen (6, 13) mit wenigstens je einem Temperatur­ sensor (7, 14; 44) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmafilter (2) eine Ausscheidungsgrenze von mehr als 100.000, vor­ zugsweise zwischen 100.000 und 150.000, Masseneinheiten aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hämofilter (9) eine Ausscheidungsgrenze von weniger als 60.000 Masseneinheiten aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abflußleitung (15) des Hämofilters (9) stromab eine Drosseleinrichtung (16) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Plasmafilters (2) und des Hämofilters (9) je eine Pumpe (20, 21) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (20, 21) als Doppelschlauchpumpen ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsmeßzellen (6, 13; 38, 39) als Differenz-Leitfähigkeitsmeßzellen ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitfähigkeitsmeßzellen (6, 13; 38, 39) einen gemeinsamen Masseblock (37) und von diesem und gegeneinander isolierte Mittelelektroden aufweisen.