DE4018416A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von blut bzw. blutplasma mit elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des negativen Einflusses von nicht hinreichend biokompatiblen Materialien auf das Blut, die in der Medizin angewendet werden. Spezielle Anwendungsgebiete dieses Verfahrens und der Vorrichtung sind die Hämodia­ lyse, Plasmapherese und Transfusion.

Bekanntlich ruft die Wechselwirkung von Blut mit körperfremden Materialien in extrakorporalen Kreisläufen wie z. B. bei der Hämodialyse oder Plasmaphe­ rese Reaktionen hervor, die bei der wiederholten Anwendung zu erheblichen negativen Nebenwirkungen führen können. Das betrifft insbesondere die Erhöhung der Lymphozyten- und der Thrombozytenaktivität sowie die Akutpha­ seproteinreaktion. Aus diesem Grund wird der Biokompatibilität dieser Materialien große Bedeutung beigemessen. Zur Bewertung der Biokompatibili­ tät werden u. a. Veränderungen der Thrombozytenaktivität, der Phagozytose­ rate oder der Lipidperoxidation herangezogen, um Materialien auszuwählen, die eine möglichst große Verträglichkeit aufweisen.

Da die Biokompatibilität auch bei der Transplantation für die Abstoßungsra­ ten von entscheidender Bedeutung ist, wird versucht, die zur Abstoßung führenden Reaktionen zu unterdrücken. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Blut der Patienten in einem extrakorporalen Kreislauf mit Röntgenstrah­ lung bestrahlt (US 43 21 918) oder mit ultravioletter Strahlung in Verbindung mit Gaben von Psoralen behandelt (US 43 21 919), um die Funktion der Lymphozyten zu unterdrücken und damit die Abstoßungsrate der Transplantate zu senken.

Es ist außerdem bekannt, daß die Retransfusion von mit ultraviolettem Licht bestrahltem Blut (WP 55 756, DE 3 50 00 386 A1, DE 3 50 00 395 A1, Scherf H.-P.: Diss.B, Humboldt-Universität 1986) zur Erzielung therapeutischer Effekte bei Patienten mit arterieller Verschlußkrankheit angewendet wird.

Keines dieser beschriebenen Verfahren bzw. keine dieser Vorrichtungen dient jedoch der Verringerung der negativen Einflüsse nicht hinreichend biokompa­ tibler Materialien auf das Blut bei wiederholten Durchführungen von z. B. Hämodialysen oder Plasmapheresen.

Bei den technischen Lösungen der Bestrahlung von Blut mit uv-Licht wird die Oberfläche des Blutes durch Aufschäumen mit einem Sauerstoff/Ozon-Gemisch vergrößert (DE-PS 9 57 877, US-PS 43 21 919) und dann das Blut mit ultravio­ lettem Licht bestrahlt. Nach dem Zusammenfallen des Schaumes wird das Blut retransfundiert. Diese Lösung ist für kontinuierlich arbeitende Verfahren wie es die Dialyse/Plasmapherese darstellen nur mit einem hohen technischen Aufwand realisierbar. Außerdem stellt die Verwendung eines zusätzlichen Gases zur Aufschäumung des Blutes ein Risiko für den Stoffaustauschprozeß dar.

Es ist auch bekannt, daß das Blut durch verschiedenartig geformte Quarzkü­ vetten geleitet und dort bestrahlt wird, um die Absorption des uv-Lichtes durch die blutführenden Gefäße zu vermeiden. Die hohen Kosten, die Notwendigkeit der Reinigung und Sterilisierung sowie die Gefahr der Zer­ störung der Küvetten schließen diese Lösungen in einem kontinuierlich arbeitenden System aus. Eine in DD 2 49 143 vorgeschlagene Lösung verwendet Strahlung zwischen 320 nm und 600 nm, was für den angestrebten Effekt nicht geeignet ist. Damit entfällt auch der bei dieser Lösung hervorgehobene Vorteil, daß der Strahler mit Niederspannung betrieben werden kann. Die Anordnung eines stabförmigen Strahlers in Strömungsrichtung des Blutes bzw. Blutplasmas erfordert lange, unhandliche Gerätekonstruktionen und große Bestrahlungsdichten, da das verwendete Schlauchmaterial eine zu geringe Oberfläche aufweist. Eine Miniaturisierung ist aus diesen Gründen ebenfalls nicht möglich. Besonders nachteilig ist bei allen bekannten Lösungen, daß die Steuerung des Durchflusses bzw. der Strahlungsdosis nicht vorgenommen wird.

Das Ziel der Erfindung ist es, den großen apparativen und finanziellen Aufwand zum Erhalt der Qualität des Blutes bzw. Blutplasmas bei Stoffaus­ tauschprozessen (z. B. Hämodialyse, Plasmapherese) bedeutend zu senken, unerwünschte Nebenwirkungen, wie z. B. Erhöhung der Lymphozyten- und Throm­ bozytenaktivität und der Akutphaseproteinreaktion zu vermeiden und die Gefahr von Embolien zu reduzieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die negative Einflüsse auf das Blut, hervorgerufene durch die nicht hinreichende Biokompatibilität der verwendeten Materialien, ver­ ringert, damit die mit den künstlichen Stoffaustauschsystemen assoziierten Nebenwirkungen eingeschränkt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Blut bzw. Plasma elektromagnetischer Strahlung, insbesondere ultravioletter Strahlung, durch die Blut bzw. Blutplasma führenden Systeme hindurch, ausgesetzt wird.

Erfindungsgemäß erfolgt die Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung dort, wo das Blut breit aufgefächert ist, d. h. entweder an der Ausflußkappe des Dialysators bzw. Filters und/oder an deren/dessen Einfüllkappe.

Die Bestrahlungsrichtung ist bei Benutzung der Ausflußkappe entgegengesetzt der Blutflußrichtung; bei Benutzung der Einfüllkappe erfolgt die Bestrah­ lung in Richtung des Blutflusses.

Die Bestrahlung erfolgt während des Betreibens des extrakorporalen Stoffaustau­ sches in Abhängigkeit von der Art, Dauer und den Strömungsverhältnissen des Stoffaustausches. Intensität, Wellenlängen und Bestrahlungszeit werden durch die den Stoffaustausch charakterisierenden Qualitätsparameter, die unabhängig von dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden, festgelegt. Erfindungsgemäß wird ein Wellenlängenbereich von 200 . . . 320 nm genutzt. Die Intensität beträgt 1 J . . . 1 kJ/m² bestrahlter Innenfläche des Stoffaustausch­ systems. Die spektrale Energieverteilung ist über entsprechende Filter regelbar. Aus der UV-Strahlungsleistung, den Absorptionseigenschaften des blutführenden Systems und dem Blutfluß läßt sich die aktuelle Bestrahlungs­ dosis berechnen und über die Bestrahlungsdauer regeln. Da die Bestrahlung des Blutes durch das Blut führende System erfolgt, wobei dieses nicht mehr als 90% der eingestrahlten Intensität absorbiert, wird jeglicher Kontakt des Blutes mit den zur Bestrahlungsvorrichtung gehörenden Teilen vermieden. Die Blut führenden Systeme werden nach jeder Anwendung durch neue oder erneuerte Systeme ersetzt.

Besonders vorteilhaft bei dem Verfahren ist, daß erfindungsgemäß keine zusätzlichen Küvetten, Rohre, Leitungen oder ähnliches in das extrakorpo­ rale Stoffaustauschsystem eingeführt werden müssen. Dadurch entfallen zusätzliche Wechselwirkungen des Blutes mit körperfremden Materialien sowie zusätzliche Infektionsquellen.

Die Vorrichtung mit einer die elektromagnetische Strahlung abgebenden Anordnung bestehend aus Strahlungsquelle(n) bzw. Strahlungsquelle(n) und Reflektor(en) (kurz: Quelle) ist erfindungsgemäß so ausgeführt, daß ein definierter Teil des Blut führenden Systems von dieser teilweise oder vollständig umfaßt wird.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, die Verbindung von Strahlungsquelle und Blut führendem System mittels Umlenkmittel (z. B.: Prismen, Spiegel, Lichtleitkabel) herzustellen.

In Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Einengung des Wellenlängen­ bereiches der Quelle vorgesehen.

Es ist zweckmäßig, die Anordnung der Quelle so vorzunehmen, daß die Bestrah­ lung des Blutes unmittelbar am Stoffaustauschsystem erfolgt, wenn der Blutstrom eine möglichst große Oberfläche aufweist.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Bestrahlungsbeginn und Bestrahlungsdauer durch eine Zeitschaltung geregelt. Es ist zweckmäßig, die Bestrahlungseinrichtung mit einem Mikrorechner zu versehen, damit die Bestrahlungsdosis und die -dauer nach einem vorgegebenen Programm automatisch eingestellt wird.

Die Erfindung verringert bei Verfahren, bei denen das Blut über viele Jahre hinweg regelmäßig mit körperfremden Materialien in Berührung kommt, den negativen Einfluß von nicht hinreichend biokompatiblen Materialien. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Anwendung bei der Hämodialyse oder Plasmapherese. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der während des Stoffaustausches notwendigerweise stattfindende Kontakt des Blutes mit körperfremdem Material zu einer geringeren Thrombo­ zytenaktivierung führt, woraus eine Reduktion der Nebenwirkungen möglich wird. Die Erfindung erfordert einen geringen Aufwand in Herstellung, Unter­ haltung und Bedienung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an jedes existierende Dialysegerät angeschlossen werden, ohne in den Dialyseprozeß eingreifen zu müssen. Dadurch entfallen zusätzliche Risiken für das Bedien­ personal und den Patienten.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 Prinzipdarstellung eines Stoffaustauschsystems mit Bestrah­ lungseinrichtung,

Fig. 2 Seitenansicht,

Fig. 3 Schnitt durch eine Bestrahlungseinrichtung, die an einen Stoffaustauscher befestigt ist.

Ausführungsbeispiel 1

Der Ausfall verschiedener natürlicher Stoffaustauschprozesse kann durch den Einsatz unterschiedlicher Vorrichtungen kompensiert werden. Dazu ist es erforderlich, einen extrakorporalen Kreislauf zu installieren. Der Kontakt des Blutes mit den körperfremden Materialien führt zu mehr oder minder starken Schädigungen. Zur Begrenzung/Minderung dieser negativen Einflüsse wird erfindungsgemäß in das Blut führende System (Stoffaustauscher: Künstliche Niere/Plasmafilter) UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 254 nm eingestrahlt. Die Bestrahlungsintensität im Inneren des Blut führen­ den Systems beträgt dabei 3 j/m² bestrahlte Fläche. Bei einem Blutfluß von ca. 100 ml/min passiert innerhalb von 35 min das gesamte Blutvolumen die Strahlungsquelle einmal, wenn man von Mischungseffekten im Organismus absieht. Bestrahlungsbeginn und -ende können automatisch vorgegeben werden oder durch eine unabhängige Bestimmung biochemischer bzw. hämatologischer Parameter (z. B. Harnsäurekonzentration, Akutphaseprotein, Thrombozytenakti­ vität) den aktuellen Bedingungen angepaßt werden.

Ausführungsbeispiel 2

Die Vorrichtung zur Behandlung von Blut mit elektromagnetischer Strahlung in einem Blut führenden System 1 (hier: Künstliche Niere) besteht aus mit Filtern versehenen UV-Strahlern 2, die symmetrisch an oder in einem halbku­ gelförmigen Reflektor 3 befestigt sind. Die Anordnung erfolgt deshalb symmetrisch, damit die elektromagnetische Strahlung gleichmäßig auf das Blut einwirkt. Der Reflektor 3 ist an einer Halterng (Rahmen/Gestell) 5 befestigt. Zur einfacheren Handhabung ist ein Teil des Reflektors klappbar 4. Denkbar ist auch eine verschiebbare Anordnung wenigstens eines Teiles des Reflektors 3. Die Strahlersteuerung und Stromversorgung 6 erfolgen entweder über eine einfache Zeitschaltung 7 oder über einen Mikrorechner 8, der mittels vorgegebener, programmierbarer Parameter automatisch das Bestrahlungsregime während des gesamten Stoffaustauschprozesses steuert.

Zur Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der klappbare Reflektor 4 geöffnet und die Bestrahlungseinheit an die Ausflußkappe einer künstlichen Niere angebracht. Jetzt wird der aufgeklappte Reflektor 4 geschlossen und über den programmierten Mikrorechner 8 werden die Strahler­ steuerung und Stromversorgung 6 in Betrieb genommen. In das aus den Kapillarenden der künstlichen Niere herausfließende und sich in der Aus­ flußkappe sammelnde Blut wird durch die Wandung der künstlichen Niere die erzeugte UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm und einer Intensität von 3 J/m² bestrahlter Innenfläche eingestrahlt. Die Bestrahlungsdauer und -intensität werden von einem Mikrorechner 8 gesteuert. Denkbar ist an Stelle des Mikrorechners 8 auch eine einfache Zeitschaltung 7.

Nach Beendigung der Bestrahlung wird der klappbare Reflektor 4 geöffnet, die Bestrahlungseinheit von der künstlichen Niere getrennt und die künst­ liche Niere herausgenommen.

Möglich ist auch die Anordnung der Bestrahlungseinheit an der Einfüllkappe der künstlichen Niere oder an Einfüll- und Austrittskappe.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist es möglich, UV-Lichterzeugung und Reflektor zu trennen und die Strahlungszufuhr über Umlenkmittel, wie z. B. Spiegel oder Prismen oder über Lichtleitkabel vorzunehmen.

Liste der Bezugszeichen

1 Blutführende Kammer mit Anschluß
2 UV-Strahler mit Filterhalterung
3 Reflektor
4 Klappbarer Reflektor
5 Halterung
6 Strahlersteuerung
7 Zeitschalter
8 Mikrocomputer

Claims (6)

1. Verfahren zur Behandlung von Blut bzw. Blutplasma mit elektro­ magnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach oder/und vor einem Stoffaustauschprozeß (Hämodialyse/Plasma­ pherese) ohne direkten Kontakt von Blut/Blutplasma und Strahlungs­ quelle durch das Blut bzw. Plasma führende System (1) hindurch, das Blut bzw. Blutplasma mit elektromagnetischen Wellen im Wellen­ längenbereich von 200 . . . 320 nm bestrahlt und eine Bestrahlungs­ intensität von 1 J . . . 1 kJ/m² bestrahlter Innenfläche des Stoffaustauschsystems eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bestrah­ lungsbeginn und -ende über eine an sich bekannte Zeitschaltung festgelegt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Bestrahlungsregime mittels Mikrorechner (8) erfolgt.

4. Vorrichtung zur Behandlung von Blut bzw. Blutplasma mit elektro­ magnetischer Strahlung bestehend aus UV-Strahler, Reflektor und Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Halterung (5) ein halbkugelförmiger Reflektor (3) befestigt ist, der an einer oder/und beiden Stirnseiten eines Stoffaustauschsystems lösbar an­ geordnet ist und an oder in dem mit Filtern versehenen UV-Strahler (2) symmetrisch angeordnet sind, die Strahlung im Wellenlängenbe­ reich von 200 . . . 320 nm abgeben und deren Einschaltzeit entweder manuell oder von einer Zeitschaltung (7) oder von einem Mikrorech­ ner (8) steuerbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens ein Segment des Reflektors öffenbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Energieverteilung der Strahler veränderbar ist.