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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Vorrichtungen und
-Verfahren und insbesondere auf eine weiterentwickelte Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette
und ihr Verwendungsverfahren.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
gegenwärtige
Behandlung der Nierenerkrankung im Endstadium (ESRD, End Stage Renal Disease)
besteht im Wesentlichen aus einem Hämodialyseprozess, in dem zu
reinigendes Blut auf einer Seite einer semipermeablen Membran fließt und eine physiologische
Lösung
(z. B. ein Dialysat) auf der anderen Seite der Membran fließt, wodurch
Toxine in dem Blut von einer Seite zur anderen übertragen werden. Die Haupttreibkraft
bei dieser Behandlung ist die Diffusion. Dieser Prozess ist im Allgemeinen beim
Entfernen von Toxinen mit einem kleinen Molekulargewicht (MW) wie
etwa Harnstoff und Kreatinin wirksam. Jedoch ist dieser Prozess
beim Entfernen von Substanzen mit einem MW im mittleren Bereich, z.
B. von Substanzen, die ein Molekulargewicht besitzen, das höher als
etwa 1 kDA ist, wegen eines niedrigen Diffusionskoeffizienten solcher
Substanzen weniger wirksam.
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Die
Hämofiltration
wird in viel geringerem Maße
als Behandlungsweise verwendet. Wie bei der Hämodialyse fließt Blut
auf der einen Seite der semipermeablen Membran, jedoch besteht auf
der anderen Seite kein Dialysatfluss. Stattdessen ist ein Druckgradient
an der Membran gebildet, so dass ein Teil des Blutplasmawassers
herausgefiltert wird. Mit dem Plasmawasser werden Toxine konvektiv
aus dem Blut entfernt. Dem Blut wird entweder vor oder nachdem seinem
Eintritt in ein Hämofilter
steriles, nicht pyrogenes Ersatzfluid hinzugegeben. Das Ersatzfluid
ersetzt das Plasmawasser, das während des
Hämofiltrationsprozesses
durch die semipermeable Membran herausgefiltert wird. Im Allgemeinen ist
dieser Prozess im Vergleich zur Dialyse beim Entfernen der Toxine
mit kleinem MW weniger wirksam, jedoch beim Entfernen der Substanzen
mit mittlerem MW wirksamer.
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Die
Hämodiafiltration
kombiniert die Dialyse mit der Hämofiltration.
Auf der anderen Seite der semipermeablen Membran fließt Dialysat,
was zur Diffusion von Toxinen führt.
Gleichzeitig wird ein Druckgradient an der Membran aufrechterhalten, was
zu einer hohen Filtrationsrate führt.
Wie bei der Hämofiltration
wird dem Blut entweder vor oder nach seinem Eintritt in eine Hämodiafiltrationskassette
steriles, nicht pyrogenes Ersatzfluid hinzugegeben. Als Ergebnis
dieser Kombination ist die Hämodiafiltration beim
Entfernen kleiner Moleküle,
z. B. von Kreatinin und Harnstoff, durch Diffusion sowie beim Entfernen großer Mengen
von Substanzen mit einem MW im mittleren Bereich durch Konvektion
wirksam.
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Stand-der-Technik-Entwürfe für Hämodiafiltrations-Filter
sind im Wesentlichen zu jenen von Hochdurchfluss-Dialysatoren gleichwertig.
Solche Filter bestehen aus einem Hohlfaserbündel in einem zylindrischen
Gehäuse.
Während
des Betriebs des Hämodiafiltrations-Systems
wird entweder auf der Einlassseite (Vorverdünnung) oder auf der Auslassseite
(Nachverdünnung)
des Hochdurchfluss-Dialysators Ersatzfluid in das Blut injiziert.
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Diafiltrationsvorrichtungen,
die Vorverdünnungs-
oder Nachverdünnungsanordnungen
verwenden, haben von Natur aus Leistungsgrenzen. Vorverdünnungsanordnungen
ermöglichen
eine relativ unbegrenzte Filtration, jedoch ist aufgrund dessen, dass
das Blut verdünnt
wird, bevor es das Filter erreicht, die Gesamtmassenübertragung
von kleinen gelösten
Stoffen durch Diffusion geringer. Nachverdünnungsanordnungen haben den
Vorteil, dass die Toxinkonzentrationen im Blut hoch gehalten werden, was
zu einer wirksameren Diffusion und Konvektion von gelösten Stoffen
führt,
jedoch setzen die erhöhte Konzentration
von Blutzellen und die sich ergebende höhere Blutviskosität während der
Filtration der Menge an Plasmawasser, das gefiltert werden kann,
eine Grenze. Auch das existierende mehrstufige, gepaarte Filtrations-Dialyse-System,
das in dem US-Patent 5.194.157 offenbart ist, muss sich wegen seines
Entwurfs mit denselben Filtrationsgrenzen abfinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der Anmelder, eine Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette
zu schaffen, die eine höhere
Toxinbeseitigungsrate und ein höheres Toxinbeseitigungsvermögen als
jene von Hämodiafiltrations-Kassetten
im Stand der Technik besitzt. Die vorliegende Kassette verkleinert
und/oder beseitigt die oben erwähnten
Nachteile von Hämodiafiltrations-Vorrichtungen
im Stand der Technik, indem eine Anordnung vorgesehen ist, bei der
Blut verdünnt wird,
nachdem es teilweise, jedoch nicht vollständig diagefiltert worden ist.
Die vorliegende Erfindung kombi niert die Vorteile von Vorverdünnungsanordnungen,
z. B. die hohe Filtrationsrate, mit den Vorteilen von Nachverdünnungsanordnungen,
z. B. den hohen Diffusions- und
Konvektionsleistungen. Die Kassette gemäß einer Ausführungsform
kann so beschaffen sein, dass sie in Verbindung mit herkömmlichen
Diafiltrationsmaschinen einschließlich, jedoch nicht ausschließlich einer
Fresenius 4008 On-Line Plus oder einer Gambro AK 200 Ultra arbeitet.
Alternativ kann die Kassette mit einer herkömmlichen Hämodialysemaschine einschließlich, jedoch
nicht ausschließlich
einer Fresenius 2008H, einer Baxter SPS 1550, einem Cobe Centry
System 3 usw., das steriles Ersatzfluid von einer extern versorgten
Quelle wie etwa aus elastischen Beuteln, die gewöhnliche Salzlösung oder
Ringer-Laktat enthalten, oder einem zentralen Abgabesystem, wie
es bei Centralized on-line hemofiltration system utilizing purified
dialysate as substitution fluid, Sato & Koga, Artif Org 22: 285, 1998 beschrieben
ist, verwendet, verwendet werden. Ferner kann eine Standardmaschine
so modifiziert sein, dass sie eine Quelle von Ersatzfluid, z. B.
eine Pumpe oder ein Ventil, darstellt, die Dialysat von einem Abzweig
in dem Haupt-Dialysatstrom dosiert und es durch eine Reihe von Sterilisationsfiltern leitet,
beispielsweise wie bei Influence of convection on small molcule
clarances in on-line hemodiafiltration, Ficheux et al., Kid Int.
57: 1755, 2000.
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Eine
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette
gemäß der Erfindung
ist in Anspruch 1 definiert und enthält Ein- und Auslassanschlüsse für Blut und
für Dialysat.
Die Kassette umfasst einen einzigen Kassettenkörper, beispielsweise ein zylindrisches
Gehäuse,
mit einer inneren Trennwand, die das Gehäuse in ein erstes und ein zweites
Fach unterteilt, wobei das erste Fach einer ersten Filtrationsstufe
zugeordnet ist und das zweite Fach einer zweiten Filtrationsstufe
zugeordnet ist. Die erste Filtrationsstufe steht mit dem Bluteinlass
in Verbindung, während
die zweite Filtrationsstufe mit dem Blutauslass in Verbindung steht.
Demgemäß vollzieht
die Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette
die Diafiltration und die Hämofiltration
durch Anordnen erster Filterelemente (eines ersten Hohlfaserbündels) in dem
ersten Fach und zweiter Filterelemente (eines zweiten Hohlfaserbündels) in
dem zweiten Fach in einem einzigen Gehäuse. Die vorliegende Kassette
hat somit das Aussehen eines herkömmlichen Dialysators, mit Ausnahme,
dass sich die Dialysatanschlüsse
auf gegenüberliegenden
Seiten der Kassette befinden. Die Bluteinlass- und Blutauslassanschlüsse befinden
sich vorzugsweise an einem ersten Ende der Kassette oder in der
Nähe von
diesem. Der Bluteinlass und der Blutauslass können die Form zweier getrennter
Kappen oder einer durch eine innere Wand oder Dichtung getrennten
einzigen Kappe besitzen, die die zwei Filter elemente in eine erste
Hämodiafiltrationsstufe
und eine zweite Hämofiltrationsstufe
trennen.
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Gemäß der Erfindung
tritt Blut durch den Bluteinlass der Kassette ein und fließt durch
die in dem ersten Fach (der ersten Stufe) angeordneten Filterelemente
zu einem Zwischenstufenverbinder bzw. Verbinder zwischen den Stufen,
der an einem gegenüberliegenden
zweiten Ende der Kassette angeordnet ist. Der Zwischenstufenverbinder
lässt das
Fließen
des Bluts von den ersten Filterelementen zu den zweiten Filterelementen
und dann zu dem Blutauslass der Kassette zu. Der Dialysatauslass
befindet sich vorzugsweise ebenfalls an dem ersten Ende der Kassette
oder in der Nähe
von diesem und steht mit dem zweiten Fach in Verbindung. Das Dialysat
tritt durch den Dialysateinlassanschluss in das erste Fach ein und
fließt
im Gegenstrom zum Blutfluss in den Filterelementen der ersten Stufe.
Das Dialysat wird durch eine eingeengte Öffnung in der Trennwand zwischen
dem ersten Fach und dem zweiten Fach gesaugt, wenn es durch den
Dialysatauslassanschluss austritt.
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Gemäß der Erfindung
ist somit die erste Stufe eine Hämodiafiltrationsstufe,
während
die zweite Stufe eine Hämofiltrationsstufe
ist, wobei beide in der einzigen Kassette gebildet sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich
aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit der
begleitenden Zeichnung gelesen wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer
Verdünnung
gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer
Verdünnung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
und
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3 ist eine Querschnittsdarstellung einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit Vor- oder
Nachverdünnung
gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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Genaue Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
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Es
wird Bezug auf 1 genommen, die schematisch
eine Querschnittsansicht einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette 19 mit
mittlerer Verdünnung
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
zeigt. Die Kassette 10 umfasst einen Kassettenkörper 12,
der eine erste Stufe 13 und eine zweite Stufe 14 definiert,
wie im Folgenden noch näher
beschrieben wird. Der Kassettenkörper 12 ist
vorzugsweise aus einem steifen Kunststoff gebildet. Der Kassettenkörper 12 ist
durch eine Innenwand 15 in ein erstes und ein zweites Innenfach 17 bzw. 19 unterteilt.
Vorzugsweise ist die Innenwand 15 aus demselben steifen
Material, das zum Herstellen des Kassettenkörpers 12 verwendet
wird, gefertigt, wobei die Innenwand 15 einteilig mit dem
Kassettenkörper 12 (z.
B. als Teil eines gegossenen Elements) ausgebildet sein kann. Wie
im Folgenden noch näher
beschrieben wird, entspricht das erste Fach 17 im Allgemeinen
der ersten Stufe 13, während
das zweite Fach 19 im Allgemeinen der zweiten Stufe 14 entspricht.
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In
dem Kassettenkörper 12 sind
longitudinale Bündel
aus semipermeablen Hohlfasern angeordnet, die in ein erstes longitudinales
Bündel 16 und
ein zweites longitudinales Bündel 18 unterteilt
sind. Genauer ist das erste longitudinale Bündel aus semipermeablen Hohlfasern 16 in
dem ersten Fach 17 angeordnet, während das zweite longitudinale
Bündel
aus semipermeablen Hohlfasern 18 in dem zweiten Fach 19 angeordnet
ist. Die semipermeablen Hohlfasern 16, 18 dienen
als Mittel zum Übertragen
der Toxine, die aus dem Blut gefiltert werden. Die semipermeablen
Hohlfasern 16, 18 können von irgendeinem für diese
Art von Anwendung geeigneten Typ sein, wobei sie im Handel von mehreren
Quellen erhältlich sind.
Die semipermeablen Hohlfasern 16 können als arterielle Fasern
bezeichnet werden, während
die semipermeablen Hohlfasern 18 als venöse Fasern
bezeichnet werden können.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
ist die Kassette 10 so beschaffen, dass sie in Verbindung
mit einer Hämodiafiltrationsmaschine
wie etwa der Fresenius 4008 On-Line Plus oder der Gambro AK 200
Ultra oder einer modifizierten Hämodialysemaschine
wie etwa der Fresenius 2008H, dem Cobe Centry System 3 oder der
Baxter SPS 1550 arbeitet.
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Während des
Betriebs tritt Blut, dass mittels einer Blutpumpe und Blutleitungen
(nicht gezeigt) von dem Patienten übertragen wird, durch einen
Einlassanschluss 20, der vorzugsweise in eine am ersten
Ende 21 der Kassette angebrachten Kopfkappe 22 integriert
ist, in die erste Stufe 13 der Kassette 10 ein.
Die Kopfkappe 22 definiert einen inneren Kopfraum 24,
der eigentlich in einen ersten inneren Kopfraum 25 und
einen zweiten inneren Kopfraum 26 unterteilt ist. Der erste
innere Kopfraum 25 kann als arterieller Blutraum bezeichnet
werden, während
der zweite innere Kopfraum 26 als venöser Blutraum bezeichnet werden
kann. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird,
sind die ersten und zweiten inneren Kopfräume 25, 26 den
ersten und zweiten Stufen 13, 14 (bzw. den ersten
und zweiten Fächer 17, 19)
zugeordnet.
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Die
ersten und zweiten inneren Kopfräume 25, 26 können beide
durch eine erste Vergussmasse 30, die eine Dichtung um
die außen
liegenden Oberflächen
der semipermeablen Hohlfasern 16, 18 an dem ersten
Ende 21 des Kassettenkörpers 12 bildet, von
der übrigen
Kassette 10 getrennt sein. Die Kopfkappe 22 kann
abnehmbar sein, wobei in einem solchen Fall die ersten und zweiten
inneren Kopfräume 25, 26 vorzugsweise
durch Dichtungselemente wie etwa O-Ringe 31, 32 von
der äußeren Umgebung und
gegenseitig abgekapselt sind. Wie gezeigt ist, ist der O-Ring 32 dem
ersten Fach 17 zugeordnet, während der O-Ring 31 dem
zweiten Fach 19 zugeordnet ist.
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Blut
dringt durch den Einlassanschluss 20 in den ersten inneren
Kopfraum 25 und dann in die semipermeablen Hohlfasern 16 an
einer Grenzfläche 34 ein.
Die Grenzfläche 34 umfasst
vorzugsweise eine Vergussmassen-Grenzflächenstruktur (z. B. eine Polyurethan-Grenzflächenstruktur).
Der erste innere Kopfraum 25 kann durch verschiedene Techniken
von dem zweiten inneren Kopfraum 26 getrennt sein. Wie
beispielsweise in 1 gezeigt ist, kann der erste
innere Kopfraum 25 durch eine Innenwand 35, die
den inneren Kopfraum 24 in die ersten und zweiten Räume 25, 26 unterteilt,
von dem zweiten inneren Kopfraum 26 getrennt sein. Vorzugsweise
ist die Innenwand 35 als integraler Teil der Kopfkappe 22 ausgebildet.
Die Innenwand 35 dichtet an den O-Ringen 31, 32 ab,
was jegliche Blutverbindung zwischen den beiden Kopfräumen (den
ersten und zweiten inneren Kopfräumen 25, 26)
ausschließt.
In der gezeigten Ausführungsform
sind die O-Ringe 31, 32 an einem distalen Ende 37 der
Innenwand 35 angeordnet, das zu einem proximalen Ende 39 der
Innenwand 35 entgegengesetzt ist, das an der Kopfkappe 22 befestigt
ist oder sich von dort erstreckt. Die O-Ringe 31, 32 sorgen
somit für
eine abdichtende Wirkung, wenn die Kopfkappe 22 mit der
Grenzfläche 34 verbunden
ist.
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Die
semipermeablen Hohlfasern 16 in dem ersten Fach 17 (der
ersten Stufe 13) stehen mit dem ersten inneren Kopfraum 25 in
Verbindung, während die
semipermeablen Hohlfasern 18 in dem zweiten Fach 19 (der
zweiten Stufe 14) mit dem zweiten inneren Kopfraum 26 in
Verbindung stehen. Die beiden Faserbündel 16, 18 sind
durch die Innenwand 15 getrennt. Die Enden der Innenwand 15 können während des
Faserbündel-Vergießprozesses
in der Grenzfläche
eingeschlossen werden.
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Wenn
Blut durch den Einlassanschluss 20 in den ersten inneren
Kopfraum 25 eintritt, läuft
es an der Innenfläche
der arteriellen Fasern 16 (des ersten Faserbündels) hinab
entlang eines Filtrationsraums des ersten Fachs 17 der
ersten Stufe 13, wobei die Außenflächen der arteriellen Fasern 16 in
einen fließenden
Strom von Dialysatfluid durch das erste innere Fach 17 getaucht
werden. Der Druck des Dialysatfluids in dem ersten inneren Fach 17 ist
kleiner als der Druck des mitten durch die arteriellen Fasern 16 fließenden Bluts,
so dass eine Vorwärtsfiltration
von Blutplasma durch die semipermeable Membran (arteriellen Fasern 16)
von der Blutseite zur Dialysatseite erfolgt. Dies führt zu einer
Erststufen-Hämodiafiltration
von Toxinen, d. h. sowohl zu einer Filtration als auch einer Diffusion,
die auf der gesamten Länge
der arteriellen Fasern 16 in dem ersten Fach 17 stattfindet.
Gemäß einer
Ausführungsform
wird vorzugsweise ein wesentlicher Teil, z. B. etwa 20% bis 60%,
des Plasmawassers durch die semipermeable Membran gefiltert, wenn
das Blut durch die erste Stufe 13 fließt. Partiell hämogefiltertes
Blut verlässt
die arteriellen Fasern 16 und tritt in einen dem anderen
Ende 23 der Kassette 10 zugeordneten Zwischenstufenverbinder (Kopfraum) 46 ein.
Der Begriff "partiell
hämogefiltert", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf Blut, das einen Hämodiafiltrationsprozess, der
bewirkt, dass ein Teil der in dem Blut enthaltenen Toxine daraus entfernt
werden, erfahren hat.
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Das
Blut, das in den Zwischenstufen-Kopfraum 46 eintritt, ist
gegenüber
dem Blut, dass an dem Bluteinlass 20 in die Kassette 10 eintritt,
in einem blutkonzentrierten Zustand, d. h., dass der Hämatokrit
des Bluts, das in den Zwischenstufenraum 46 eintritt, größer als
jener an dem Bluteinlass 20 ist. Das erste Fach 17 der
ersten Stufe 13 und das zweite Fach 19 der zweiten
Stufe 14 sind vorzugsweise von dem Zwischenstufen-Kopfraum 36 getrennt,
beispielsweise durch eine zweite Vergussmasse 49. Somit
bildet die zweite Vergussmasse 49 eine zweite Grenzfläche 61.
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Der
Zwischenstufen-Kopfraum 46, der als Übergangsstufe für Blut,
das aus der ersten Stufe 13 austritt und in die zweite
Stufe 14 eintritt, dient, ist als zweite Kopfkappe 52 definiert,
die vorzugsweise aus einem steifen Kunststoff gefertigt und an dem
zweiten Ende 23 des Kassettenkörpers 12 befestigt
ist. Der Zwischenstufen-Kopfraum 46 kann mit einem dritten
O-Ring 53 von der äußeren Umgebung
abgekapselt sein. Wie in 1 gezeigt ist, ist der dritte O-Ring 53 zwischen
der zweiten Vergussmasse 49 und der zweiten Kopfkappe 52 angeordnet,
wodurch eine Dichtung dazwischen geschaffen ist. In einer Ausführungsform
sind die ersten und zweiten Kopfkappen 22, 52 insofern
vom abnehmbaren Typ, dass jede ohne weiteres an den Kassettenkörper 12 angefügt und von
diesem abgenommen werden kann. Beispielsweise können der Kassettenkörper 12 und
die ersten und zweiten Kopfkappen 22, 52 komplementäre Gewinde
enthalten, um über
Gewinde miteinander gekoppelt zu werden.
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Das
in dem Zwischenstufen-Kopfraum 46 vorhandene Blut wird,
bevor es in die zweite Stufe 14 eintritt, mit einer physiologischen,
sterilen Lösung, die über einen
Kopf-Einlassanschluss 51 in die Kassette 10 eintritt,
verdünnt.
Die sterile Lösung
kann "on-line" ständig erzeugt
werden oder aus Vorratsbehältern,
z. B. Salzlösungsbeuteln,
geliefert werden, wie es an sich bekannt ist. Das Blut in dem Zwischenstufen-Kopfraum 20 ist
gegenüber
dem Blut, dass an dem Bluteinlass 20 in die Kassette 10 eintritt,
blutverdünnt,
d. h., dass der Bluthämatokritpegel
kleiner als jener des Bluts an dem Bluteinlass 20 ist.
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Das
blutverdünnte
Blut dringt dann in die in der zweiten Stufe 14 angeordneten
venösen
Fasern 18 ein und wird dann durch die venösen Fasern 18 zum
ersten Ende 21 der Kassette 10 transportiert. Der
Druck des die venösen
Fasern 18 durchquerenden blutverdünnten Bluts steht gegenüber dem
Fluiddruck in dem zweiten inneren Fach 19, das sich außerhalb
der venösen
Fasern 18 befindet, unter einem höheren Druck, so dass eine Vorwärtsfiltration
von Blutplasmawasser (Hämofiltration)
durch die semipermeable Membran (venösen Fasern 16) von
der Blutseite zur Dialysatseite der zweiten Filtrationsstufe 14 erfolgt.
Das Volumen von Blutplasmawasser, das aus dem blutverdünnten Blut
gefiltert wird, wenn es durch die zweite Filtrationsstufe 14 fließt, ist
derart, dass der Hämatokrit
des Bluts, das die Kassette 10 an dem Blutauslass 55 verlässt, im
Wesentlichen gleich dem Hämatokrit
an dem Bluteinlass 20 ist, mit Ausnahme, dass als Mittel
zum Steuern der reinen Ultrafiltration zur Aufrechterhaltung des
Fluidgleichgewichts des Patienten einige kleine Unterschiede erforderlich
sein können.
Das durch die zweite Filtrationsstufe 14 herausgefilterte
Plasmawasser fließt
zu dem Dialysatauslass 58 und wird zusammen mit dem verbrauchten
Dialysat, das durch die eingeengte Öffnung 60 aus der
ersten Filtrationsstufe 13 fließt, aus der Kassette 10 abgegeben.
Die Hämofiltration
findet somit über
die Länge
dieser venösen
Fasern 18 statt, bis das Blut in den zweiten inneren Kopfraum 26 (den venösen Raum)
der ersten Kopfkappe 22 übergeht und aus einem in der
ersten Kopfkappe 22 gebildeten Auslassanschluss 55 austritt.
Der Auslassanschluss 55 wird daher als venöser Anschluss
bezeichnet. Der venöse
Anschluss 55 kann vom selben Typ wie der Einlassanschluss 20,
z. B. ein Standard-Drehverschlussverbinder, sein. Selbstverständlich kann
der venöse
Anschluss 55 aus einem anderen Verbindertyp gebildet sein.
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Von
außen
gesehen gleichen der Dialysatfluss und die Dialysatverbindungen
jenen bei Standard-Dialyseprozessen. Jedoch dient der innere Dialysatfluss
eigentlich zum Regulieren der relativen Filtrationsraten zwischen
den zwei Stufen. Dialysat tritt durch einen Dialysateinlassanschluss 57,
z. B. durch einen Standard-Hansen-Verbinder,
wie er an sich bekannt ist, in die Kassette 10 ein. Das
Dialysatfluid durchtränkt
das erste innere Fach 17 um die Außenfläche der semipermeablen Hohlfasern 16 der
ersten Stufe und fließt
durch dieses hindurch. Das Dialysatfluid verlässt die Kassette 10 durch
einen Dialysatauslassanschluss 58, der sich auf der gegenüberliegenden
Seite der Wand 15 in der Nähe der ersten Vergussmasse 30 der
zweiten Stufe 14 befindet. Vorzugsweise sind der Dialysateinlassanschluss 57 und der
Dialysatauslassanschluss 58 vom gleichen Anschlusstyp,
z. B. ein Hansen-Verbinder.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verläuft
das Dialysatfluid in der ersten Stufe 13 im Gegenstrom
zu dem Blut. Das Dialysatfluid wird, wenn es sich dem ersten Ende 21 der
Kassette 10 nähert,
durch ein Loch oder eine Öffnung 60,
die in der Trennwand 15 ausgebildet ist, gesaugt. Die Öffnung 60 stellt
somit eine Fluidverbindung zwischen dem ersten inneren Fach 17 (der
ersten Stufe 13) und dem zweiten inneren Fach 19 (der
zweiten Stufe 14) her. Die Abmessung der Öffnung 60 kann
in Anhängigkeit
von der genauen Anwendung und anderen Parametern unterschiedlich
sein. Das Dialysat wird dann aus dem Dialysatauslassanschluss 58,
der der zweiten Stufe 14 zugeordnet ist, abgesaugt. Vorzugsweise
befindet sich die Öffnung 60 in
der Nähe des
Dialysatauslassanschlusses 58, so dass in der zweiten Stufe
(der Hämofiltrationsstufe) 14 ein
effektiv minimaler Dialysatfluss vorhanden ist. Genauer ist die Öffnung 60 im
Allgemeinen auf den Dialysatauslassanschluss 58 ausgerichtet,
so dass das Dialysatfluid einfach durch das zweite Fach 19 zu
dem Dialysatauslassanschluss 58 fließt, wo es austritt.
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Die
Filtration von dem Blut zu dem Dialysat findet durch die semipermeablen
Wände der
Hohlfasern 16, 18 statt. Die Gesamtfiltrationsrate
hängt von dem
Dialysatfluidausfluss und dem zufließenden Ersatzfluid ab und ist
vorteilhafterweise wesentlich größer, als
dies bei der herkömmlichen
Hämodiafiltration mit
Nachverdünnung
erreichbar wäre.
Gemäß einer Ausführungsform
beträgt
die Gesamtfiltrationsrate vorzugsweise etwa 25% bis etwa 85% und
stärker bevorzugt
etwa 40% bis etwa 60% des Blutdurchflusses. Diese Flüsse können durch
Pumpen in einer herkömmlichen
Hämodiafiltrationsmaschine
(nicht gezeigt) gesteuert werden.
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Die
relativen Filtrationsraten der ersten Stufe 13 und der
zweiten Stufe 14 werden durch den relativen Ausgleich des
transmembranen Drucks (TMP, transmembrane pressure) zwischen den
Blutfächern und
den Filtratfächern
gesteuert. Der Druck auf der Blutseite hängt von dem Blutdurchfluss
und der Blutviskosität
in jedem Blutfach (die vom Grad der Hämokonzentration und Hämodilution
in jedem Blutfach abhängt)
ab. Da das Blut aufeinander folgend von der ersten Stufe 13 zur
zweiten Stufe 14 fließt,
ist der Druck des Bluts in der ersten Stufe 13 größer als
der Druck des Bluts in der zweiten Stufe 14. Bei einer
typischen Dialysemaschine wird der Dialysatfachdruck durch eine
Pumpe hinter dem Dialysatauslass gesteuert. Bei dieser Ausführungsform
wird der Druck des inneren Fachs 19 außerhalb der venösen Fasern 18 der
zweiten Stufe 14 in dieser Weise gesteuert. Der Druck des
inneren Fachs 17 (des ersten Fachs) außerhalb der arteriellen Fasern 16 der
ersten Stufe 13 hängt
hauptsächlich
von dem Dialysatfluid-Auslassdruck 58,
dem Durchfluss des Dialysatfluids durch die Öffnung 60, der Viskosität des Dialysatfluids
und der Größe der Öffnung 60 zwischen
den zwei Stufen ab. Mit anderen Worten, der Dialysatfluiddruck in
dem ersten Fach 17 ist um einen Betrag, der gleich dem
Druckabfall oder dem Druckverlust an der zwischen den Fächern befindlichen Öffnung 60 ist, höher als
der Dialysatfluiddruck in dem zweiten Fach 19.
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Das
Blut in der ersten Stufe 13 ist blutkonzentriert, jedoch
bei einem höheren
Druck, während das
Blut in der zweiten Stufe 14 bei niedrigem Druck blutver dünnt ist.
Um die Gesamtfiltration beider Stufen maximal zu machen, sollte
der Druck des Dialysatfachs 17 in der ersten Stufe 13 höher sein
als der Druck des Dialysatfachs 19 in der zweiten Stufe 14. Dies
wird durch eine zwischen den Fächern
befindliche Öffnung 60,
die richtig bemessen ist, erreicht. Wenn Dialysat aus dem ersten
Fach 17 durch die Öffnung 60 zu
dem zweiten Fach 19 fließt, erfährt es einen Druckabfall. Somit
ist der Dialysatdruck in dem ersten Fach 17 höher als
in dem zweiten Fach 19. Für einen gegebenen Dialysatflussbereich
von typischerweise 500–1000
ml/min kann die Öffnung 60 so bemessen
sein, dass sich ein Druckabfall ergibt, der zu den gewünschten
relativen Filtrationsraten zwischen den zwei Stufen 13, 14 führt. Beispielsweise kann
erwünscht
sein, die kombinierte Filtrationsrate der zwei Filtrationsstufen 13 und 14 maximal
zu machen. Um dies zu vollbringen, wird jede Stufe bei einem relativ
hohen transmembranen Druck betrieben. Da der Blutdruck in der ersten
Filtrationsstufe 13 um einen Betrag, der von dem Blutdurchfluss
abhängt, höher als
jener der zweiten Filtrationsstufe 14 ist, sollte die Größe der Öffnung 60 so
bemessen sein, dass der Druckabfall an der Öffnung 60 bei einem
gegebenen Dialysatdurchfluss dazu führt, dass der transmembrane
Druck jeder Filtrationsstufe gleich ist.
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Die
Wiederverwendung der Kassette 10 gleicht insofern den Standard-Dialysatoren,
dass der Bluteinlassanschluss 20 und der venöse Anschluss 55 sowie
die Dialysateinlass- und Dialysatauslassanschlüsse 57, 58 mit
einer Wiederverwendungsmaschine verbunden sind. Während einer
Wiederverwendungsanwendung ist der Substitutionseinlassanschluss 51 mit
einer Kappe versehen.
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Zur
Veranschaulichung ist der Blutfluss in der Kassette 10 gemäß einer
Ausführungsform
durch Pfeile 62 angegeben.
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Selbstverständlich können der
Kassettenkörper 12 und
die Endkappen 22, 52 einteilig als ein einziges
Element (ein Gehäuse)
ausgebildet sein, womit der Bluteinlass 20, der Blutauslass 55,
der Dialysateinlass 57 und der Dialysatauslass 58 sowie
der Zwischenstufen-Verbindungsabschnitt, der den Zwischenstufen-Kopfraum 46 definiert,
in dem Gehäuse ausgebildet
sind. Die Verwendung des Begriffs "Endkappe" ist nicht einschränkend, sondern lediglich beispielhaft
für eine
Ausführungsform,
bei der Endkappen an einem Gehäusekörper angebracht
sind, um die komplette Kassette 10 zu bilden. Der Begriff "Gehäuse" kann somit verwendet
werden, um die gesamte Struktur einschließlich des Kassettenkörpers 12 und
der Endkappen 22, 52 entweder als zusammengesetztes
Element oder als einteiliges, einheitliches Element zu bezeichnen.
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Nun
wird Bezug auf 2 genommen, die schematisch
eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer allgemein
bei 70 angegebenen Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette
mit mittlerer Verdünnung
zeigt. Der Entwurf gleicht der ersten Ausführungsform, wobei die hauptsächliche Änderung
die Trennung des Bluteinlasses und -auslasses in getrennte erste
und zweite Köpfe 76, 77 anstelle
jener mit einer Trennwand, wie in 1 gezeigt ist,
ist. Bei dieser Ausführungsform
kann der erste Kopf 76 als Bluteinlasskopf 76 bezeichnet
werden, während
der zweite Kopf 77 als Blutauslasskopf 77 bezeichnet
werden kann.
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Die
Kassette 70 umfasst einen Kassettenkörper 72 mit einer
inneren Trennwand 75, die längs des Kassettenkörpers 72 verläuft. An
einem Bluteinlass- und Blutauslassende (einem ersten Ende 21) des
Kassettenkörpers 72 oder
in der Nähe
von diesem, unterteilt sich die Wand 75 in zwei getrennte Wände mit
Befestigungen für
den ersten Kopf 76 und den zweiten Kopf 77. Mit
anderen Worten, die Wand 75 besitzt Haltemerkmale, die
das Befestigen der Wand 75 an dem ersten Kopf 76 und
den zweiten Kopf 77 ermöglichen.
Ein Vorteil dieser zweiten Ausführungsform
ist, dass für
die Herstellung und die Vorrichtungswiederverwendung der erste Kopf 76 und
der zweite Kopf 77 ohne weiteres angebracht und abgenommen
werden können.
Die Kassette 70 arbeitet in einer gleichen oder im Wesentlichen
gleichen Weise wie die Kassette 10 der ersten Ausführungsform.
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Selbstverständlich kann
das Dialysat bei einer anderen Ausführungsform so eingerichtet
sein, dass es im Mitstrom zu den semipermeablen Hohlfasern 16 der
ersten Stufe 13 fließt;
jedoch führt
die bevorzugte Ausführungsform,
bei der das Dialysat im Gegenstrom zu den semipermeablen Hohlfasern 16 der
ersten Stufe 13 fließt,
zu einer wirksameren Entfernung von Toxinen. Der Gegenstromfluss
in der ersten Stufe 13 bewahrt einen maximalen Konzentrationsgradienten
von urämischen
Toxinen, was einen hohen Diffusionsspielraum von gelösten Stoffen
mit kleinem Molekulargewicht (MW) schafft. Die Konzentration von
gelösten
Stoffen mit kleinem MW am Eingang zur zweiten Stufe 14 ist
relativ niedrig, wobei jegliche Steigerung des Spielraums durch
Diffusion minimal sein dürfte.
Jedoch kann die Konzentration von gelösten Stoffen mit mittlerem
MW nach einer partiellen Diafiltration noch ziemlich hoch sein.
Da eine gesteigerte Entfernung von beidem hauptsächlich durch Konvektion geschieht,
ist in der zweiten Stufe 14 kein Dialy satfluss erforderlich.
Sein Fehlen besitzt einen geringen Einfluss auf die Gesamtleistung
der Entfernung. Die zweite Stufe 14, die als Hämofilter
dient, bietet außerdem
den Vorteil, dass sie die relativen Filtrationsraten der ersten
und zweiten Stufen 13, 14 über die Öffnung 60 zwischen
den Filtratfächern 17, 19 der
zwei Stufen 13, 14 in der Nähe des Dialysatauslasses 58 steuern
kann.
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Fachleuten
auf dem Gebiet ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung soweit beschriebenen
Ausführungsformen
begrenzt ist. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch
die folgenden Ansprüche
begrenzt.