DE3834952C2 - Blutoxidiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Blutoxydiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs, zur Verwendung während chirurgischer Eingriffe und gibt insbesondere eine verbesserte Blutoxydiervorrichtung an, die speziell zum Einsatz bei Herz/Lungen-Operationen mit extrakorporaler Blutzirkulation bestimmt ist.

Ein solcher Oxygenator ist bereits aus der DE 31 33 498 A1 be­ kannt.

Die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts hat eine beschleunigte Entwicklung der chirurgischen und operativen Verfahren im Ganzen erkennen lassen. In den letzten 30 Jahren jedoch, hat sich kein chirurgisch-operatives Verfahren so schnell wie die Herz/Lungen-Operationen am offenen Herzen entwickelt, d. h. diejenigen Operationen, bei denen der normale Herzschlag unterbrochen ist und die Herzkammern geöffnet werden, um eine Untersuchung des Inneren dieses Organs und die geeignete Richtigstellung seiner Funktionen zu ermöglichen, bevor es wieder geschlossen wird.

Um eine Herz/Lungen-Operation am offenen Herzen, wie oben beschrieben, vollständig durchzuführen, ist die Verwendung eines extrakorporalen Blutzirkulationssystems unerläßlich. Ein extrakorporales Blutzirkulationssystem ist ein System zur Durchführung der normalerweise durch das Kreislaufsystem geleisteten Blutzirkulationsfunktion und der üblicherweise durch das Atmungssystem vollbrachten Atmungsfunktion einschließlich des Gasaustausches und der Blutoxydierung. Dabei ist die Funktion dieses extrakorporalen Blutzirkulationssystems so ähnlich wie möglich der physiologischen Funktion des menschlichen Körpers.

Da die Unterbrechung des normalen Herzschlages eine unentbehrliche Voraussetzung jeder Herz/Lungen-Operation ist, muß das extrakorporale Blutzirkulationssystem bei Anwendung für einen erwachsenen Patienten fähig sein, vier bis fünf Liter Blut pro Minute zu sammeln, dieses Blutvolumen einer Gasaustauschfläche mit einem gewissen Flächeninhalt zuzuführen und dieses Blut zurück in das Kreislaufsystem des Patienten zu pumpen.

Außerdem muß dieses extrakorporale Blutzirkulationssystem entsprechend der üblicherweise einige Stunden betragenden Dauer des chirurgischen Eingriffs geeignet sein, seine programmierten Funktionen über Zeiträume von mehreren Stunden ohne wesentliche Änderungen der physiologischen Eigenschaften des Blutes oder der Organe des Patienten zu erfüllen, d. h. ohne Schädigung der Unversehrtheit der außergewöhnlich empfindlichen Blutzellen oder der leicht angreifbaren Proteine im Plasma zur Vermeidung ihrer "Denaturation".

Grundsätzlich umfaßt das extrakorporale Blutzirkulationssystem eine Pumpeinrichtung, wie beispielsweise eine peristaltische Pumpe, zum Pumpen und Aufrechterhalten der Blutzirkulation und einen Oxydierer zum Oxydieren des Blutes.

Peristaltische Pumpen sind weithin bekannte Vorrichtungen; jedoch hat die Tätigkeit der Blutoxydiervorrichtung eine wesentlichere Bedeutung hinsichtlich der Aufrechterhaltung der physiologischen Eigenschaften des Blutes, da die Blutzellen innerhalb des Oxydierers einem direkten Kontakt mit der Gasaustauschfläche unterworfen sind und dieser Kontakt für die Unversehrtheit der Zellen gefährlich sein kann.

Die zur Zeit bekannten Blutoxydierer sind entsprechend ihrer Ausführungen in drei Klassen oder Gruppen aufgeteilt: Filmoxydierer, Bläschenoxydierer und Membranoxydierer. Jede dieser drei Klassen gibt jeweils die Art und Weise der Oxydierung des Blutes an.

Von diesen Blutoxydierern ist der Membran-Blutoxydierer derjenige, der physiologisch die nächstkommende Funktion aufweist und deshalb die geringste Schädigungsgefahr für die Unversehrtheit der Blutzellen mit sich bringt. Bei dieser Blutoxydierer-Ausführung strömt das Blut zwangsweise durch eine Hohlfasermembran mit kapillaren Abmessungen gebildeten Kern, der mit einer Sauerstoff-Durchströmung versorgt ist. Das Blut wird durch direkte Übertragung dieses Sauerstoffs auf die Blutzellen oxydiert.

Üblicherweise werden die Blutoxydierer zusätzlich zur Oxydierung des Blutes auch zur Steuerung der Temperatur des Patienten verwendet.

Während eines längeren chirurgischen Eingriffs, wie beispielsweise einer Herz/Lungen-Operation, wird normalerweise die Temperatur des Patienten abgesenkt, um seine Stoffwechselfunktionen auf ein Minimum zu reduzieren. Nach Abschluß der Operation wird die Temperatur zurück auf ihr normales Niveau angehoben.

Diese Steuerung der Temperatur des Patienten wird mittels eines Wärmetauschers durchgeführt, der in der Blutoxydiervorrichtung angeordnet ist und durch den das Blut entsprechend den Erfordernissen in einem Wärmetauschverhältnis mit einer Kühlung eines Heizfluids hindurchströmt.

Somit umfaßt die Blutoxydiervorrichtung in Membranausführung gemäß dem Stand der Technik drei Hauptbestandteile: ein Blutreservoir zur Aufnahme und Speicherung des dem Patienten abgenommenen Blutes, einen Wärmtauscher zur Steuerung der Temperatur des Patienten und eine Oxydierkammer, in der das venöse Blut oxydiert (arterialisiert) wird, bevor es zum Kreislaufsystem des Patienten zurückgepumpt wird.

Die erste, im Handel erhältliche Blutoxydiervorrichtung in Membranausführung umfaßte ein Blutreservoir in Form eines undurchsichtigen zusammenfaltbaren Beutels und eine getrennte Kombination einer Wärmetauscher/Oxydierkammer-Einheit. Das in dem zusammenfaltbaren Beutel angesammelte Blut strömte in einem geschlossenen Kreislaufsystem durch die peristaltische Pumpe und von der Pumpe zur kombinierten Wärmetauscher/Oxydierkammer-Einheit und dann zurück zum Patienten.

Diese Blutoxydiervorrichtung mit zwei getrennten Einheiten weist jedoch ernstliche Nachteile auf, die ihre Verwendung einschränken. Der erste und gravierendste Nachteil ist die große Anzahl von Blutleitungen für die Verbindung und Übertragung des gesamten venösen Blutes vom Patienten zum zusammenfaltbaren Beutel, vom Beutel zur Pumpe, von der Pumpe zur kombinierten Wärmetauscher/Oxydierkammer-Einheit und von dieser Einheit zurück zum Patienten. Diese große Anzahl von Verbindungen erschwert den Austausch des Blutoxydierers in einer Notfallsituation.

Ein zweiter Nachteil ist das Blutreservoir in Form eines undurchsichtigen, zusammenfaltbaren Beutels, der dem die Operation durchführenden medizinischen Personal keinen Hinweis auf das Volumen des venösen Blutes innerhalb des Beutels, außer dieser ist vollständig geleert, oder auf dessen Beschaffenheit, die nicht visuell beobachtet werden kann, liefert.

Eine erste Lösung, die zur Überwindung dieser Nachteile vorgeschlagen wurde, bestand darin, den undurchsichtigen Beutel durch einen Beutel aus einem durchsichtigen Material zu ersetzen, um die visuelle Kontrolle und Beobachtung des venösen Blutes im Beutel zu ermöglichen.

Eine zweite, früher vorgeschlagene Lösung zur Überwindung dieser Nachteile bestand darin, den durchsichtigen zusammenfaltbaren Beutel in das Innere eines einteilig mit der kombinierten Wärmetauscher/Oxydierkammer-Einheit ausgebildeten starren Rahmens anzuordnen, die Anzahl von Anschlüssen zu verringern und den Austausch der Blutoxydiervorrichtung zu erleichtern und trotzdem ein geschlossenes Blutzirkulationssystem aufrechtzuerhalten.

Gemäß einer späteren Verbesserung wurde der zusammenfaltbare Beutel durch ein aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial hergestelltes starres Reservoir für das venöse Blut ersetzt und der Wärmetauscher innerhalb des Reservoirs angeordnet. Mit dieser Verbesserung wurde das geschlossene Blutzirkulationssystem durch ein offenes Zirkulationssystem ersetzt, in welchem das Blut nicht fortwährend unter Druck gehalten ist. Dieses offene System hat sich als für die Aufrechterhaltung der physiologischen Eigenschaften des Blutes als geeigneter erwiesen.

Dieses offene Zirkulationssystem mit einer einteilig ausgebildeten Blutoxydiervorrichtung und einem innerhalb des Blutreservoirs angeordneten Wärmetauscher weist jedoch schwerwiegende Nachteile, insbesondere in Verbindung mit der Leistung des Wärmetauschers auf.

Tatsächlich bedeutet die Anordnung des Wärmetauschers innerhalb des Blutreservoirs auch seine Anordnung im extrakorporalen Blutzirkulationssystem vor der peristaltischen Pumpe. Mit anderen Worten, das durch den Wärmetauscher hindurchströmende Blut ist keinem Druck, außer dem atmosphärischen Druck, ausgesetzt.

Als Ergebnis wird der Wärmeaustausch in diesen Blutoxydiervorrichtungen hauptsächlich dann bewirkt, wenn das Blut beim Abwärtsströmen zum Boden des Blutreservoirs an der Wärmeaustauschfläche entlang strömt, oder er hängt vom Volumen des mit dem Wärmetauscher innerhalb des Blutreservoirs in Kontakt stehenden Blutes ab. In beiden Fällen ist die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers behindert, da der Wärmeaustausch nicht entlang seiner Gesamtaustauschfläche erfolgt. Daher schlägt die eingangs erwähnte DE 31 33 498 A1 vor, daß das Blut vor seinem Eintritt in den Wärmetauscher eine Blutpumpvorrichtung durchströmt, jedoch ist der Wärmeaustausch nach wie vor nicht optimal.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine solche Blutoxydiervorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Wärmeaustausch weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs gelöst.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufriß der Blutoxydiervorrichtung von vorne und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Leitungen, mit denen ein Patient an ein eine Blutoxydiervorrichtung verwendendes extrakorporales Blutzirkulationssystem angeschlossen ist.

Die Blutoxydiervorrichtung zur Verwendung in einem extrakorporalen Blutzirkulationssystem umfaßt grundsätzlich ein Blutreservoir 1, eine Oxydierkammer 2 und einen Wärmtauscher 3, die einteilig in nur einem Stück ausgebildet sind.

Das Blutreservoir 1 ist aus einem unbeweglichen und durchsichtigen Kunststoffmaterial hergestellt, welches physikalisch-chemische Eigenschaften aufweist, die seine Wärmesterilisation ermöglichen. Das obere Ende des Blutreservoirs 1 ist durch einen Deckel 4 geschlossen, der eine Mehrzahl von Anschlüssen zur Aufnahme von Blutleitungen aufweist.

Diese Anschlüsse umfassen einen Haupteingang 5 für venöses Blut zur Aufnahme des vom Patienten abgenommenen venösen Blutes, Zusatzanschlüsse 6 zur Aufnahme des mittels Saugpumpen gesammelten venösen Blutes, einen Anschluß 7 zur Aufnahme des venösen Blutes von einem nicht gezeigten Kardiotomie-Reservoir, einen Anschluß 8 zur Durchführung der Rezirkulation des Blutes von der Blutoxydiervorrichtung selbst, einen Anschluß 9 zum Füllen der Blutoxydiervorrichtung und einen Anschluß 10, durch den Gas austreten kann.

Zusätzlich ist das Blutreservoir 1 mit einem dem oberen Ende gegenüberliegenden Ausgangsanschluß 11, einem Anschluß 12 und einem Anschluß 13 zur Aufnahme eines Thermometers zwecks Messung der Bluttemperatur versehen. Der Anschluß 11 ermöglicht eine freie Strömung des im Blutreservoir angesammelten Blutes und der Anschluß 12 erlaubt die Entnahme von Blutproben. Der Deckel 4 kann zusätzlich zu den vorerwähnten Anschlüssen mit einem oder mehreren Anschlüssen ausgerüstet sein, um dem im Reservoir angesammelten Blut Arzneimittel zuführen zu können.

Das Blutreservoir 1 kann auch als Kardiotomie-Reservoir verwendet werden, solange sein Volumen ausreichend groß zur Herstellung eines Gleichgewichts der dynamischen Strömung ist. Wenn dieses Gleichgewicht nicht erreicht werden kann, muß ein Kardiotomie-Reservoir verwendet werden, um das Blut von den Saugpumpen aufzunehmen; die jeweiligen Anschlüsse 6 für die Saugpumpenleitungen müssen geschlossen gehalten werden.

Ein Blasenauflösungsschwamm 14 ist innerhalb des Blutreservoirs 1 nahe seinem oberen Ende angeordnet. Ein Filter 15 zum Zurückhalten von möglichen, im venösen Blut mitgeführten Blutgerinnseln ist unmittelbar unterhalb des Schwammes angeordnet. Dadurch wird eine Strömung des gesamten, dem Patienten abgenommenen venösen Blutes durch den Schwamm 14 und den Filter 15 hindurch erzwungen, wenn es während eines ersten Behandlungsschrittes in das Blutreservoir 1 eintritt.

Das von möglichen Unreinigkeiten, Gasblasen und Blutgerinnseln befreite venöse Blut sammelt sich im Inneren des Blutreservoirs 1 an. Letzteres weist eine Bodenfläche 16 auf, die leicht abgeschrägt ist, um das venöse Blut in Richtung zum Blutausgangsanschluß 11 zu leiten.

Unmittelbar unterhalb des Blutreservoirs 1, jedoch ohne irgendeine Verbindung mit diesem, befindet sich die Oxydierkammer 2. Die Oxydierkammer der Blutoxydiervorrichtung umfaßt einen luftdurchlässigen Kern, der aus einem hohlen porösen Filament mit kapillaren Abmessungen hergestellt ist. Das venöse Blut strömt während des Oxydiervorganges an diesem Kern entlang.

Ein Gaseinlaß 17 ist am oberen Ende der Oxydierkammer 2 nahe dem Blutreservoir 1 vorgesehen. Die Kammer ist weiterhin mit einem Anschluß 18 und einem Anschluß 19 versehen. Beide Anschlüsse sind nahe dem Gaseinlaß 17 angeordnet. Der Anschluß 18 dient dazu, das durch den Oxydiervorgang arterialisierte Blut zu sammeln. Der Anschluß 19 dient zur Aufnahme eines Thermometers zwecks Messung der Bluttemperatur. Der Auslaß 20 für das im Oxydierverfahren verwendete Gas ist am unteren Ende der Kammer 2 angeordnet, welche zusätzlich mit einem Anschluß 21 versehen ist, um bei Bedarf die Rezirkulation des Blutes zum Reservoir zu ermöglichen.

Der Zugang des venösen Blutes zur Oxydierkammer erfolgt direkt vom Auslaß des Wärmetauschers 3, der angrenzend an das untere Ende der Oxydierkammer angeordnet ist. Das Blut tritt nach Behandlung in der Oxydierkammer 2 aus derselben durch einen Auslaßanschluß 22 nahe ihrem oberen Ende aus.

Der Wärmetauscher 3 umfaßt eine Mehrzahl von vertikal angeordneten Röhren von relativ geringer Länge, durch die ein Wärmetauschfluid, typischerweise Wasser, hindurchzirkuliert. Das Fluid wird durch einen Einlaßanschluß 23 dem Wärmetauscher 3 zugeführt und verläßt diesen durch einen Auslaßanschluß 24. Beide Anschlüsse sind in dem unteren Deckel 25 des Wärmetauschers 3 angeordnet. Der Einlaßanschluß 26 für das im Wärmetauscher zu behandelnde venöse Blut ist ebenfalls im Deckel 25 angeordnet.

Wie aus der Fig. 2 besser zu erkennen ist, wird das venöse Blut vom Blutreservoir 1 der Blutpumpvorrichtung, im vorliegenden Fall einer peristaltischen Pumpe 27, und von der Pumpe dem Einlaßanschluß 26 des Wärmetauschers zugeführt. Der Auslaß des Wärmetauschers geht direkt in das Innere der Oxydierkammer 2, aus der das mittels des Oxydierverfahrens arterialisierte Blut durch den Auslaßanschluß 22 an ihrem oberen Ende entfernt und zum Patienten rückgeführt wird.

Der Oxydiervorgang des venösen Blutes wird in einer Gegenströmung durchgeführt, d. h. das venöse Blut strömt innerhalb der Oxydierkammer nach oben, während das im Verfahren verwendete Gas nach unten in Richtung zu dem im Boden der Kammer angeordneten Auslaßanschluß 20 gepumpt wird.

Die Blutoxydiervorrichtung weist aufgrund ihrer konstruktiven Merkmale eine Leistungsfähigkeit auf, weil u. a. die Wärmeaustauschfunktion nicht vom Volumen oder der Menge des venösen Blutes im Reservoir abhängt und weil das Blut vor seinem Durchgang durch den Wärmetauscher unter Druck gesetzt wird, so daß der Wärmeaustausch ein erzwungener Austausch ist.

Ein anderer Vorteil ist das geringere Volumen, ungefähr 450 ml, die dem Patienten an Blut zur Befüllung des extrakorporalen Blutzirkulationssystems abgenommen werden müssen. Dies ist wichtig, denn je geringer die dem Patienten vor dem chirurgischen Eingriff abgenommene Blutmenge ist, desto besser ist seine Kondition zum Durchstehen dieses Eingriffs.

Außerdem ermöglicht die direkte Verbindung vom Auslaß des Wärmetauschers zum Einlaß der Oxydierkammer, daß die Strömung des Blutes innerhalb des Wärmetauschers bezüglich der das Wärmetauschfluid führenden Elemente radial orientiert ist. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit des Austauschs weiter.

Claims (1)

1. Blutoxydiervorrichtung mit einem starren Reservoir (1) für das Blut, einer Blutpumpvorrichtung (27), einem Wärmetauscher (3) und einer Oxydierkammer (2), in der das Blut arterialisiert wird, wobei das Reservoir (1), der Wärmetauscher (3) und die Oxydierkammer (2) einteilig in einem Stück ausgebildet sind und das gesamte, im Reservoir (1) gesammelte Blut vor seinem Eintritt in den Wärmetauscher (3) die Blutpumpvorrichtung (27) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) eine Mehrzahl von vertikal angeordneten angeordneten Röhren für ein Wärmetauschfluid aufweist und daß der Bluteinlaß in die Oxydierkammer (2) derart direkt an den Blutauslaß des Wärmetauschers (3) angeschlossen ist, daß die Strömung des Blutes innerhalb des Wärmetauschers (3) bezüglich der vertikal angeordneten Röhren radial orientiert ist.