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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Dialyse und Hämodiafiltration
und insbesondere auf verbesserte Hämodiafiltrationsvorrichtungen
zur Entfernung von Bluttoxinen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Hämodialyse
und Hämodiafiltration
sind wohl bekannte Verfahren zum Entfernen von toxischen Substanzen
aus dem Blut eines Patienten, wodurch der Pegel von Toxinen im Blut
des Patienten verringert wird, als Teil eines Blutreinigungssystems außerhalb
des Körpers.
Diese beiden Verfahren basieren auf der Strömung von Blut durch eine Kassette,
die eine semipermeable Membran enthält, die die Kassette in zwei
Fächer
trennt. Im Allgemeinen ist die Hämodialyse
ein Prozess, durch den Blut durch ein Blutseitenfach der Kassette
strömt,
während
eine Reinigungslösung,
d. h. eine Dialysatlösung,
durch ein Dialysatseitenfach der Kassette strömt. Toxine werden aus dem Blut
durch Diffusion über
die semipermeable Membran vom Blutseitenfach zum Dialysatseitenfach
entfernt. Die Diffusionsrate ist durch den Konzentrationsgradienten,
der zwischen einer höheren
Konzentration von Toxinen im Blut relativ zum Dialysatfluid hergestellt
wird, bestimmt. Die Hämodiafiltration
ist ein Prozess, durch den die normale Entfernung von Toxinen durch
Diffusion durch eine Konvektionsströmung von Plasmawasser über die semipermeable
Membran verstärkt
wird, die beim Tragen von Toxinen durch Masseströmung von Fluid von der Blutseite
der Membran zur Dialysatseite der Membran unterstützt. Der
Transport von Plasmawasser über
die semipermeable Membran wird durch Herstellen eines Druckgradienten,
der im Allgemeinen als Transmembrandruck (TMP) bezeichnet wird, über die
Membran erreicht. Bei der Hämodiafiltration muss
eine äquivalente
Menge eines Substitutionsfluids oder Ersatzfluids zum Blut zugegeben
werden, um das Plasmawasser zu ersetzen, das über die Membran gefiltert wird.
Dieses Substitutionsfluid wird im Allgemeinen zugegeben, entweder
bevor das Blut in die Kassette eintritt (Vorverdünnungsbetriebsart) oder nachdem
das Blut die Kassette verlässt
(Nachverdünnungsbetriebsart).
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Hämodiafiltrationssysteme,
die zwei in Reihe verbundene Kassetten verwenden, sind auf dem Fachgebiet
ebenfalls bekannt. In solchen Systemen wird eine erste Kassette
als herkömmliche
Diafiltrationskassette verwendet, die die gleichzeitige Diffusion
und Filtration von Plasmawasser über
die semipermeable Membran schafft. In einer zweiten Kassette werden
Toxine vom Blut zum Dialysatfluid diffundiert und ein Gegendruckgradient
wird verwendet, um Dialysatfluid aus dem Dialysatseitenfach über die Membran
und in das Blutseitenfach rückwärts zu filtern.
Das rückwärts gefilterte
Dialysatfluid dient als Substitutionsfluid, um die Menge an Plasmawasser zu
ersetzen, das aus dem Blutseitenfach zum Dialysatseitenfach in der
ersten Kassette gefiltert wird. Ein solches Verfahren ist in J.H.
Miller u. a., "Technical Aspects
of High-Flux Hemodiafiltration for Adequate Short (Under 2 Hours)
Treatment", Transactions
of American Society of Artificial Internal Organs (1984), S. 377-380,
beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bestimmte
Hämodialyse/Diafiltrations-Anwendungen
verwenden zwei in Reihe verbundene Kassetten. Das Dialysatfluid
in der ersten Kassette wird hypertonisch oder hypotonisch gemacht
(durch Einstellen der Elektrolytpegel des Dialysatstroms), um den
Toxinentfernungswirkungsgrad zu verbessern. Dieses Verfahren ist
in der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US99/25804 mit dem Titel "Non-Isosmotic Diafiltration
System", eingereicht
im Namen von Collins u. a., offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein System, in dem die Wasserstoffionenkonzentration (oder
der pH-Wert) des Dialysatfluids, das in eine erste Filtrationskassette
eintritt, durch Einführen
einer sekundären
Säurelösung verringert
wird. Die zweite Filtrationskassette dient dann zum Korrigieren von
Blut-pH-Verschiebungen, die in der ersten Filtrationskassette auftreten.
Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, dass es ermöglicht,
den Diffusions- und/oder Diafiltrationsprozess in der ersten Kassette außerhalb
der normalen Grenze des Blut-pH-Wert auszuführen. Dieses System verbessert
die Entfernung von bestimmten Substanzen, wie z. B. an Protein gebundenen
Substanzen, die bei niedrigem pH-Wert leichter von Proteinen dissoziieren.
Dieses System ermöglicht
auch eine verbesserte Entfernung von anderen Substanzen, die durch Änderungen
der Anzahl von geladenen polaren Gruppen (sauer oder basisch) und/oder
strukturelle Änderungen
von Blutproteinen (d. h. jenen Proteinen, die im Blutstrom zirkulieren,
oder jenen Proteinen, die sich nahe der semipermeablen Membran ansammeln
oder adsorbieren) auf Grund von Änderungen
im pH-Wert beeinflusst werden können.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil ist möglich,
wenn die Säure,
die im Dialysatstrom der ersten Kassette verwendet wird, Zitronensäure ist.
In diesem Fall kann das ionisierte Citratmolekül in das Blutfach der ersten Kassette
diffundieren, wo es an ionisiertes Kalzium bindet. Dies hat den
potentiellen Effekt der Verringerung der Menge an Gerinnung in den
Kassetten, da Citrat gewisse Antikoagulationseigenschaften aufweist.
Ionisiertes Kalzium wird im Blutstrom durch Rückdiffusion und/oder Rückfiltration
von Kalzium vom Standarddialysat, das durch die zweite Kassette strömt, ersetzt.
Wenn Substitutionsfluid zwischen den zwei Kassetten eingeführt wird,
wie vorstehend beschrieben, wirkt dieses auch als Quelle für Kalzium für den Blutstrom.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Hämodialyse- oder Hämofiltrationsvorrichtung
unter Verwendung von zwei Kassetten, vorzugsweise in Reihe, zu schaffen,
die die Reinigung von bestimmten Substanzen durch Einführen einer
sauren Lösung
in den Dialysatfluidstrom der ersten Kassette verbessert. Der Prozess
der Verwendung ist dann derart, dass Blut in der ersten Kassette
gegen eine Dialysatlösung
mit niedrigem pH-Wert dialysiert oder diafiltriert wird, während Blut
in der zweiten Kassette gegen ein Standarddialysat (d. h. innerhalb
eines pH-Bereichs von 7,0 bis 7,8) dialysiert oder diafiltriert wird.
Die zweite Kassette kann dann drei Hauptfunktionen dienen, die darin
bestehen, 1) Blut-pH-Verschiebungen zu korrigieren, die durch das
Dialysat mit niedrigem pH-Wert in der ersten Kassette verursacht
werden, 2) Bluttoxine durch Diffusion oder Diafiltration gegen Standarddialysat
weiter zu entfernen, und 3) Elektrolytungleichgewichte im Blut zu
korrigieren. In einer Hämodialyseanwendung
wird die Korrektur des Blut-pH-Werts
und Elektrolytungleichgewichts durch Diffusion von neutralisierenden
Substanzen (wie z. B. Bicarbonat) und Elektrolyten über die
semipermeable Membran, die das Blut- und das Dialysatfach der zweiten
Kassette trennt, durchgeführt.
In einer Hämodiafiltrationsanwendung
werden diese Korrekturen durch Einleiten eines Substitutionsfluids,
das neutralisierende Substanzen (wie z. B. Bicarbonat) und Elektrolyte
enthält,
in den Blutstrom zusätzlich
zur Diffusion über
die semipermeable Membran der zweiten Kassette durchgeführt.
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Die
vorliegende Erfindung wird in einer verbesserten Dialysemaschine
gemäß Anspruch
1 verkörpert,
die die Zugabe einer sekundären
Säurelösung in
den Dialysatfluidweg ermöglicht.
Die Maschine kann andere Basiskomponenten umfassen, die in derzeitigen
Dialysemaschinen verwendet werden, wie z. B. ein Wasservorbereitungsmodul,
um Wasser, das zum Vorbereiten von Dialysat erforder lich ist, zu entgasen
und zu erhitzen, ein Ultrafiltrationssteuersystem, das ein Strömungsausgleichsystem
und eine Ultrafiltrationspumpe (UF-Pumpe) umfassen kann, ein Dialysatproportionierungssystem,
das Dialysatkonzentrate in den Wasserstrom einleiten kann, und Überwachungs-
und Steuerkomponenten außerhalb des
Körpers,
die eine Blutpumpe zum Zirkulieren von Blut durch den Kreislauf
außerhalb
des Körpers
umfassen können.
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Wenn
eine Hämodiafiltration
durchgeführt wird,
kann ein System der vorliegenden Erfindung ein Substitutionsfluidsystem
(einschließlich
einer Pumpe und Substitutionsfluidfiltern, wenn ein Substitutionsfluid
unter Verwendung von Dialysatfluid prozessgekoppelt vorbereitet
wird) und ein Interdialysat-Strömungssteuersystem
(das eine Interdialysatpumpe umfassen kann) umfassen, um die relativen
Ultrafiltrationsraten der zwei Dialysatorkassetten zu regulieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform strömt zu reinigendes
Blut in eine erste Dialysator- oder Diafilterkassette. Die Kassette
enthält
eine semipermeable Membran, die die Kassette in zwei Fächer trennt,
ein erstes Fach, das das zu reinigende Blut enthält, und ein zweites Fach das
ein Dialysatfluid enthält.
Der pH-Wert des Dialysatfluids in diesem Fach wird unter jenen des
Standarddialysats (d. h. pH < 7,0)
durch Zugabe eines zweiten Säurestroms (wie
z. B. Zitronensäure)
verringert, bevor das Dialysat zu dieser ersten Dialysatorkassette
geliefert wird. Der Effekt dessen besteht darin, den pH-Wert des Bluts
zu verringern, um die Entfernung von bestimmten Substanzen zu verbessern.
Diese Substanzen könnten
an Protein gebundene Substanzen, die bei niedrigeren pH-Bedingungen
dissoziieren können, oder
andere Substanzen, die durch Änderungen
der Anzahl von geladenen polaren Gruppen (sauer oder basisch) von
Proteinen im Blutstrom beeinflusst werden können, umfassen. Für den Spezialfall
der Verwendung von Zitronensäure
kann der Effekt auch eine Abnahme der Blutgerinnung im Kreislauf
außerhalb
des Körpers
auf Grund der Antikoagulationseigenschaften von Citrat umfassen.
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Wenn
Blut durch das Blutfach der ersten Dialysatorkassette strömt, werden
zusätzlich
dazu, dass der pH-Wert des Bluts gesenkt wird, Toxine durch Diffusion
entfernt, die sich aus einem Konzentrationsgradienten zwischen dem
Blut und dem Dialysatfluid ergibt. Elektrolyte können auch in Abhängigkeit
von der Menge an Verdünnung,
die infolge der Zugabe des Säurestroms
zum Dialysatfluid auftreten kann oder nicht, ins Ungleichgewicht
gebracht werden. Wenn die Diafiltra tion durchgeführt wird, kann eine zusätzliche
Entfernung von Toxinen durch Konvektion auftreten, da ein Teil von
Plasmawasser vom Blutfach über
die semipermeable Membran und in das Dialysatfach gefiltert wird.
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Beim
Verlassen der ersten Dialysatorkassette kann das teilweise dialysierte/diafiltrierte
Blut mit einem Substitutionsfluid gemischt werden. Das Substitutionsfluid
hilft, die pH-Verschiebung und das Elektrolytungleichgewicht, die
sich aus dem ersten Kassettenprozess ergeben, zu korrigieren, da
das Substitutionsfluid erforderliche Neutralisationsmittel wie z.
B. ein Bicarbonat und geeignete Elektrolytpegel enthält.
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Das
Blut tritt dann in eine zweite Dialysatorkassette ein. In dieser
zweiten Kassette wird das Blut gegen ein Standarddialysat, das Elektrolyte
innerhalb ihrer normalen Bereiche enthält, dialysiert (oder diafiltriert).
Bluttoxine bewegen sich weiterhin über die semipermeable Membran
in das Dialysatfluid durch Diffusion (und vielleicht durch Konvektion), während Elektrolyte
und Neutralisationsmittel vom Dialysat sich über die semipermeable Membran
und in das Blut bewegen können.
Beim Verlassen der zweiten Kassette liegen der Blut-pH-Wert und
die Zusammensetzung von Elektrolyten innerhalb normaler Bereiche.
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Dialysatfluid
wird durch Proportionieren von Dialysatkonzentraten mit behandeltem
Wasser vorbereitet, wie es auf dem Fachgebiet bekannt ist. Die Strömung des
Dialysatfluids in die und aus den Dialysatorkassetten wird unter
Verwendung eines Strömungsausgleichssystems,
das auf dem Fachgebiet bekannt ist, genau gesteuert. Bei der Behandlung
eines Patienten unter Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung
muss die Vorrichtung typischerweise einen Teil von Plasmawasser
entfernen, um das Trockengewicht des Patienten aufrechtzuerhalten.
Dies kann unter Verwendung einer Ultrafiltrationspumpe durchgeführt werden,
wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Wenn die Diafiltration durchgeführt wird,
kann ein Substitutionsfluid unter Verwendung eines Teils des frischen
Dialysatfluids durch Filtern desselben durch mindestens einen Sterilisationsfilter
oder Substitutionsfluidfilter prozessgekoppelt erzeugt werden.
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Frisches
Dialysat tritt in den Dialysateinlass der zweiten Kassette ein,
wo es im Gegenstrom zur Blutströmung
strömen
kann. Wenn das Dialysatfluid die Kassette durchströmt, beginnen
Toxine und ultrafiltriertes Plasmawasser vom Blut, sich im Dialysatfluid
anzusammeln. Einige Elektrolyte und Neutralisationsmittel vom Dialysat
können
aus dem Dialysatfluid entzogen werden, wenn sie sich von der höheren Konzentration
im Dialysat zur niedrigeren Konzentration im Blut bewegen.
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Das
teilweise verbrauchte Dialysatfluid, das den Dialysatauslass der
zweiten Kassette verlässt, wird
in einer Mischkammer mit einem dosierten Teil einer Säurelösung (vorzugsweise
einer Zitronensäurelösung) vermischt,
um den Dialysat-pH-Wert
auf unter 7,0 zu verringern. In einer Ausführungsform ist die Säurelösungsquelle
eine gesättigte
Lösung,
die durch Leiten eines Teils von behandeltem Wasser durch einen
geschlossenen Behälter,
der die Pulverform von trockener Säure enthält, erhalten wird. In einer
zweiten Ausführungsform
wird die Säurelösung von
einem extern gelieferten Behälter
unter Verwendung einer Pumpe eingeleitet. Der gemischte Dialysatstrom
fließt
dann in Richtung des Dialysateinlasses der ersten Kassette. Ein
Regler, der die relativen Mengen von Plasmawasser, das in den zwei
Kassetten abfiltriert wird, steuert, kann verwendet werden. Eine
servogesteuerte Interdialysatpumpe, die die Geschwindigkeit auf
der Basis eines Algorithmus ändert,
der unter Verwendung von gemessenen Differenzdrücken (TMPs) über der
semipermeablen Membran berechnet wird, kann beispielsweise verwendet werden.
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Das
teilweise verbrauchte saure Dialysatfluid tritt dann in den Dialysateinlass
der ersten Kassette ein. Wenn es durch die Kassette strömt, können sich Bluttoxine
und gefiltertes Plasmawasser in diesem Fluid ansammeln. Der niedrige
pH-Wert dieses Dialysatfluids führt
zu einem Ungleichgewicht von Wasserstoffionen über der Membran, so dass der pH-Wert
des Bluts unter seinen normalen Bereich sinken kann. Im bevorzugten
Beispiel unter Verwendung von Zitronensäure können zusätzliche Antikoagulationseigenschaften
auf Grund der innewohnenden Eigenschaften von Citrat als Antikoagulationsmittel
erlangt werden. Das verbrauchte Dialysatfluid verlässt die
erste Kassette und strömt
zurück
in Richtung des Strömungsausgleichssystems,
wo es schließlich
zum Abfluss ausströmt.
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Es
sollte für
Fachleute ersichtlich sein, dass das vorliegende System mindestens
zwei Dialysatorkassetten, die in einer typischen Dialysebetriebsart arbeiten,
oder zwei Dialysator- oder Diafiltrationskassetten mit hohem Fluss
in einer Hämodiafiltrationsbetriebsart
verwenden kann. Der Begrenzungsfaktor ist die Fähigkeit der zweiten Kassette,
von der Störung wiederherzustellen,
die durch die erste Kassette verursacht wird. Es umfasst vorzugsweise
die Diafiltrationsbetriebsart, wo bei das Substitutionsfluid in den Blutstrom
zwischen den zwei Kassetten eingeleitet wird, um zu helfen, vor
der Infusion in einen Patienten das Blut auf seine normalen Bereiche
zurück
wiederherzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind bei der Durchsicht der ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die nachstehend
enthalten sind, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leichter
zu erkennen, von welchen:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das eine erste Ausführungsform einer mehrstufigen
Hämodiafiltrationsvorrichtung
unter Verwendung eines intern gelieferten Säurestroms darstellt; und
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2 ein
schematisches Diagramm ist, das eine erste Ausführungsform einer mehrstufigen
Hämodiafiltrationsvorrichtung
unter Verwendung eines extern gelieferten Säurestroms darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug nun auf 1-2, in denen ähnliche
Komponenten der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise bezeichnet
sind, werden eine bevorzugte Vorrichtung zur ionenverstärkten Dialyse/Diafiltration
und zugehörige
Verfahren zur Verwendung derselben offenbart.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
einer Hämodialyse/Diafiltrations-Vorrichtung
dargestellt, die einen intern gelieferten Säurelösungsstrom verwendet. Eine
Wasserquelle 102 liefert Wasser oder andere Basisfluide
wie z. B. Salzlösung
zum System 100, um Dialysat, Substitutionsfluide und dergleichen zu
erzeugen. Das Wasser oder das andere Fluid wird dann zu einer Wasservorbereitungsvorrichtung 104 geliefert,
die das eingehende Fluid durch Erwärmen, Entgasen und/oder irgendein
anderes einem üblichen
Fachmann bekanntes geeignetes Verfahren vorbehandelt.
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Das
vorbehandelte Fluid wird als nächstes über einen
geeigneten Schlauch oder dergleichen zu einem Strömungsausgleichssystem 106 transportiert,
das eine Einlasssteuereinheit 106a und eine Auslasssteuereinheit 106b aufweist,
die wiederum die Durchflussraten von Fluiden, die in die internen Komponenten
des Systems 100 eintreten oder diese verlassen, kontinuierlich überwachen
und einstellen können.
Das Strömungsausgleichssystem 106 kann eine
oder mehrere Mikroprozessorsteuerungen und dergleichen enthalten,
die so programmiert sind, dass sie diese Funktionalität innerhalb
vordefinierter Parameter automatisch durchführen.
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Das
vorbehandelte Fluid wird zuerst zu internen Komponenten des Systems 100 durch
die Einlasssteuereinheit 106a transportiert. Ein Teil des
vorbehandelten Fluids, der zur Nettomenge des aus dem Patienten
zu entfernenden Fluids äquivalent
ist, kann durch eine Ultrafiltrationspumpe 108 an einen Abfluss 134 entleert
werden. Ein restlicher Teil des Vorbehandlungsfluids wird als nächstes über einen geeigneten
Schlauch oder dergleichen zu einer Hilfspumpe 110 transportiert.
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Die
Pumpe 110 transportiert einen vorbestimmten Teil des vorbehandelten
Fluids zu einem geschlossenen Gefäß 112, das konzentrierte
Säure wie
z. B. Zitronensäure
oder dergleichen enthalten kann, um eine sekundäre saure Lösung zum Liefern zu einer Dialysatorkassette 122 zu
bilden, wie nachstehend beschrieben. Die Pumpe 110 kann
beispielsweise durch eine Mikroprozessor-Steuereinheit gesteuert
werden, die so programmiert ist, dass sie einen vorbestimmten Teil
von vorbehandeltem Fluid zum Erzeugen der sekundären sauren Lösung annimmt.
Alternativ kann die Strömung
durch die Pumpe 110 manuell überwacht und nach Bedarf eingestellt
werden.
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Die
sekundäre
saure Lösung
fließt
vom Gefäß 112 zu
einem Säureeinlassventil 114.
Das Säureeinlassventil
kann ebenso automatisch oder manuell gesteuert werden, um zu ermöglichen,
dass eine vorbestimmte Rate von sekundärer saurer Lösung durch dieses
strömt.
Die sekundäre
saure Lösung
strömt dann
zu einer Mischkammer 116. Die Mischkammer 116 besitzt
einen zweiten Einlass, der Dialysatlösung vom Auslassanschluss 148 der
sekundären
Dialysatorkassette 138 empfängt, was nachstehend weiter beschrieben
wird. Die Mischkammer 116 kann automatisch oder manuell überwacht
und eingestellt werden, um zu ermöglichen, dass eine vorbestimmte Menge
von sekundärer
saurer Lösung
zum Einlassanschluss 120 der ersten Dialysatorkassette 122 über die
Interdialysatpumpe 118 strömt.
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Ein
restlicher Teil des vorbehandelten Fluids, der nicht durch die Pumpe 110 angenommen
wird, wird zum Einlassanschluss 146 der zweiten Dialysatorkassette 138 transportiert.
Das System 100 kann mit einem Überwachungsmittel zum Bestimmen
des geeigneten pH-Werts, der erforderlich ist, um in der ersten
Dialysatorkassette 122 behandeltes Blut auf einen normalen
Pegel zurückzubringen,
versehen sein. Sobald dieser Pegel bestimmt wurde, kann die Säurepumpe 154 und/oder
eine Bicarbonatpumpe 156 verwendet werden, um zusätzliches
Säurekonzentrat 150 oder
Bicarbonatkonzentrat 152 abzuziehen, um den pH-Wert des
restlichen vorbehandelten Fluids vor dem Liefern des Fluids zum
Einlass 146 einzustellen.
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Zu
reinigendes Blut wird von einem Patienten empfangen und tritt in
die erste Dialysatorkassette 122 ein. Das Blut wird durch
einen geeigneten Schlauch getragen, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist,
beispielsweise einen Blutleitungsschlauch, der aus flexiblem Polyvinylchlorid
(PVC) besteht. Die Durchflussrate von eingehendem Blut liegt im
Allgemeinen im Bereich von 100 bis 600 ml/min, vorzugsweise 200
bis 500 ml/min. Die erste Dialysatorkassette 122 enthält eine
semipermeable Membran 124, die die Dialysatorkassette 122 in
ein Blutseitenfach 126 und ein Dialysatfach 128 unterteilt.
Wenn Blut durch das Blutfach 126 hindurchströmt, wird
Plasmawasser, das Blutsubstanzen enthält, über die semipermeable Membran 124 gefiltert.
Gleichzeitig strömt
saures Dialysat, das vom Dialysatanschluss 120 empfangen
wird, durch das Dialysatfach 128 in einer Richtung gegen
den Blutstrom. Blutsubstanzen und Toxine werden über die semipermeable Membran 124 durch
Diffusion auf Grund eines Unterschiedes der Konzentration zwischen
dem Blut im Blutfach 126 und dem sauren Dialysat im Dialysatfach 128 überführt. Das
saure Dialysat, das Blutsubstanzen und Toxine enthält, die
vom Blut entfernt werden, wird über
die Dialysatpumpe 132 und die Auslasssteuereinheit 106b zum
Abfluss 134 transportiert.
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Das
teilweise dialysierte Blut verlässt
dann die erste Dialysatorkassette 122 durch den Kanal 136.
Das Blut strömt
dann durch den Kanal 136 und tritt in das Blutseitenfach 142 der
zweiten Dialysatorkassette 138 ein. Die zweite Dialysatorkassette
enthält
vorzugsweise eine semipermeable Membran 140, die die zweite
Dialysatorkassette 138 in ein Blutseitenfach 142 und
ein Dialysatfach 144 unterteilt. Wenn das Blut durch das
Blutseitenfach 142 hindurchströmt, wird Plasmawasser, das
Blutsubstanzen enthält, über die
semipermeable Membran 140 filt riert. Der pH-Wert des behandelten
Bluts wird auf Grund des Unterschiedes der pH-Konzentration zwischen
dem Blut mit niedrigem pH-Wert im Blutseitenfach 142 und
dem Dialysat mit höherem
pH-Wert im Dialysatfach 144, wie durch den Einlassanschluss 146 empfangen,
auf eine gewünschte
Konzentration zurückgeführt. Gereinigtes
Blut verlässt
dann die zweite Dialysatorkassette 138 und wird zum Patienten
(nicht dargestellt) durch einen geeigneten Schlauch, beispielsweise
einen Blutleitungs-PVC-Schlauch, zurückgeführt, wie auf dem Fachgebiet
bekannt ist. Das Dialysat verlässt
das Dialysatfach 144 der zweiten Dialysatorkassette 138 durch
den Auslassanschluss 148 und wird zur vorstehend beschriebenen
Mischkammer 116 geliefert.
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Die
Dialysatorkassetten 122, 138 können von einem beliebigen Typ
sein, der zur Hämodialyse, Hämodiafiltration,
Hämofiltration
oder Hämokonzentration
geeignet ist, beispielsweise Fresenius F60, erhältlich von Fresenius Medical
Care, Lexington, MA, Baxter CT 110, erhältlich von Baxter Health Care,
Deerfield, IL, Minntech Hemocor HPH 400, erhältlich von
Minntech Corporation, Minneapolis, MN, oder Hospal Filtral 16,
erhältlich
von Hospal A.G. Schweiz. Die Membranen 124, 140 sind
vorzugsweise Membranen mit mittlerem oder hohem Fluss, beispielsweise
die Polysulfon-, Cellulosetriacetat- oder Acrylnitrilmembranen,
die von Fresenius Medical Care, Lexington, MA, Minntech Corporation,
Minneapolis, MN, Baxter Health Care, Deerfield, IL, oder Hospal A.G.
Schweiz, erhältlich
sind.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der Diafiltration erwünscht ist,
kann das Blut mit sterilem Substitutionsfluid zwischen der ersten
und der zweiten Dialysatorkassette am Einlass 180 des Kanals 136 vermischt
werden, um ein Blut/Substitutionsfluid-Gemisch zu bilden. Eine Weise,
um dies durchzuführen,
ist in der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US99/17468 (WO-A-00/25902) mit
dem Titel "Method
for Efficient Diafiltration",
eingereicht im Namen von Collins u. a., offenbart. Collins u. a.
verwendet zwei Kassetten, die in Reihe verbunden sind, um eine Vorwärtsfiltration
von Plasmawasser vom Blutfach zum Dialysatfach in beiden Kassetten
gleichzeitig durchzuführen.
Substitutionsfluid wird direkt in das Blut zugegeben, nachdem es
die erste Kassette verlässt
und bevor es in die zweite Kassette eintritt.
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In
der vorliegenden Erfindung kann die Vorbereitung eines sterilen
Substitutionsfluids durch Filtration eines Teils von vorbehandeltem
Dialysat durchgeführt
werden, das von der Einlasssteuereinheit 106a durch die
Substitutionsfilterpumpe 158 empfangen wird. Das vorbehandelte
Dialysat strömt über mindestens
zwei Filtermembranen 166, 174 mit einer bevorzugten
Molekulargewichtsgrenze von nicht mehr als 40000 Dalton. Um dies
durchzuführen, kann
ein Teil der frischen Dialysatlösung
vom Dialysatfluidstrom an einem gewissen Punkt vor dem Eintritt
in das Dialysatfach 144 der zweiten Dialysatorkassette 138 abgespalten
werden. Der abgespaltene Teil der Dialysatlösung kann durch einen Kanal
oder dergleichen strömen,
der zu einer Substitutionspumpe 158 führt. Die Substitutionsfluidpumpe 158 erzeugt
den erforderlichen Druck, um das Fluid einen Kanal hinab in Einlassanschlüsse 162 einer
ersten Substitutionsfluid-Filterkassette 160 zu treiben.
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Die
erste Substitutionsfilterkassette 160 enthält eine
semipermeable Membran 166, die die Filterkassette 160 in
ein Stromaufwärtsfach 164 und
ein Stromabwärtsfach 166 trennt.
Das erste Stromaufwärtsfach 164 besitzt
Einlassanschlüsse 162.
Das erste Stromabwärtsfach 168 besitzt
einen oder mehrere Auslassanschlüsse,
die mit Kanälen 170 verbunden
sind. Das Substitutionsfluid vom ersten Stromabwärtsfach 168 strömt dann
in die zweite Substitutionsfluidkassette 171, die eine
semipermeable Membran 174 enthält, die die zweite Kassette 171 in
ein zweites Stromaufwärtsfach 172 und
ein zweites Stromabwärtsfach 176 trennt.
Das sterile Substitutionsfluid verlässt die zweite Substitutionsfluidkassette 171 durch
zweite Auslassanschlüsse 178 und
wird mit Blut vermischt, das die erste Kassette 122 verlässt, um
das vorstehend beschriebene Blut/Substitutionsfluid-Gemisch zu bilden.
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Das
nicht als Substitutionsfluid verwendete vorbehandelte Dialysat tritt
in die zweite Dialysatorkassette 138 durch den Einlassanschluss 146 des
Dialysatfachs 144 ein und strömt gegenparallel zur Blutströmung, wenn
es durch das Blutseitenfach 142 hindurchströmt. Während der
Diafiltration filtert überschüssiges Plasmawasser über die
semipermeable Membran 140 und vermischt sich mit dem Dialysatfluid,
um das Trockengewicht eines Patienten aufrechtzuerhalten, wenn das
behandelte Blut infundiert wird. Das Dialysatfluid zusammen mit
dem gefilterten Plasmawasser verlässt die zweite Dialysatorkassette 138 am
Auslassanschluss 148 durch einen Schlauch oder einen Kanal,
der das Fluid zur vorher oben beschriebenen Mischkammer 116 lenkt.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
eines Hämodialyse/Diafiltrations-Systems 200 dargestellt,
das einen extern gelieferten Säurelösungsstrom
verwendet.
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Das
System 200 funktioniert in einer ähnlichen Weise zum System 100,
außer
dass die Säurelösung 112a vorgemischt
von einer externen Quelle geliefert und in die Mischkammer 116 vielmehr durch
eine Säurepumpe 113 gesaugt
werden kann als innerhalb der Maschine wie im System 100 vermischt
werden kann.
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Die
vorstehend beschriebenen Dialyse/Diafiltrations-Vorrichtungen der
vorliegenden Erfindung können
als System vom Erweiterungstyp in Verbindung mit einer existierenden
durch Ultrafiltration gesteuerten Dialysemaschine verwendet werden.
Es sollte jedoch zu erkennen sein, dass die Dialyse/Diafiltrations-Vorrichtungen
der vorliegenden Erfindung auch in einer einheitlichen, eigenständigen Dialyse/Diafiltrations-Maschine
verkörpert
werden können.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Dialyse/Diafiltrations-Vorrichtung
eine erste und eine zweite Dialysatorkassette 122, 138.
Alternativ kann eine einzelne Kassette mit einem ersten und einem
zweiten separaten Dialysatorabschnitt verwendet werden.
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Die
Vorrichtung kann auch mindestens einen Sterilitätsfilter 160, 171 umfassen,
der semipermeable Membranen enthalten kann. Der (die) Sterilitätsfilter 160, 171 ist
(sind) wirksam, um Bakterien, Endotoxine und andere Teilchen vom
Dialysat zu entfernen, wodurch ein geeigneter Substitutionsfluidstrom prozessgekoppelt
erzeugt wird. Ein steriles/nichtpyrogenes Substitutionsfluid zur
Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung kann durch
Saugen eines Teils von frischer Dialysatlösung von einer Dialysateinlassleitung
und Pumpen derselben durch eine oder mehrere sterile Filterkassetten 160, 171 vorbereitet
werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung führen
die sterilen Filterkassetten 160, 171 zumindest
eine Doppelfiltration der Dialysatlösung durch, bevor die Lösung in
das Blut als Substitutionsfluid eingeleitet wird. Diese Doppelfiltration
kann durch zwei separate Ultrafiltrationsfilterkassetten oder eine
einzelne Kassette, die mehrere Abschnitte aufweist, um eine mehrfache Filtration
des Substitutionsfluids durchzuführen, durchgeführt werden.
Die Verwendung einer mehrfachen Filtration, um das prozessgekoppelte
Substitutionsfluid zu erzeugen, macht das System der vorliegenden
Erfindung sicherer, sollte einer der Filter während der Behandlung ausfallen.
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Während des
Betriebs einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung tritt Blut in ein Blutseitenfach 126 der
ersten Dialysatorkassette 122 ein, wodurch ein Teil von
Plasmawasser über
die semipermeable Membran 124 in das benachbarte Dialysatfach 128 gefiltert
wird. Wenn das Blut die erste Dialysatorkassette 122 verlässt, kann
Substitutionsfluid zum Blut mit einer Rate zugegeben werden, die
höher ist
als die Rate, mit der Blut aus der ersten Dialysatorkassette ausgefiltert
wird. Das verdünnte
Blut kann dann in das Blutseitenfach 142 der zweiten Dialysatorkassette 138 eintreten,
wodurch zusätzliches Plasmawasser
(gleich der überschüssigen Menge
an Substitutionsfluid) über
die semipermeable Membran 140 und in das benachbarte Dialysatfach 144 gefiltert wird.
In dieser Weise wirkt das Substitutionsfluid als Nachverdünnungsfluid
relativ zur ersten Dialysatorkassette sowie als Vorverdünnungsfluid
relativ zur zweiten Dialysatorkassette.
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Das
Dialysatfluid kann durch eine Dialysemaschine oder durch irgendein
anderes Verfahren, das einem üblichen
Fachmann bekannt ist, erzeugt werden. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung tritt das Dialysatfluid in die zweite
Dialysatorkassette 138 ein und läuft gegenparallel zur Blutströmungsrichtung.
Das Dialysatfluid wirkt zur Bereitstellung eines Konzentrationsgradienten
gegen das Blutseitenfluid, wodurch die Diffusion von gelösten Stoffen über die
semipermeable Membran 140 erleichtert wird. Wenn das Dialysat
das Dialysatfach durchströmt,
nimmt die Dialysatdurchflussrate auf Grund der Plasmawasserfilterung
in das Dialysatfach 144 zu, wie vorstehend erwähnt. Beim
Verlassen der zweiten Dialysatorkassette 138 kann das Dialysatfluid
in die Mischkammer 116 gepumpt werden. Beim Verlassen der
Dialysatorkassetten 122, 138 kann das verbrauchte
Dialysat entweder zur Dialysemaschine zurück oder zum Abfluss 134 transportiert
werden.
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Die
Dialysemaschine (nicht dargestellt), die in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, kann alle ihrer normalen Funktionen, wie
z. B. Vorbereiten von Dialysat, Dosieren der Dialysatdurchflussrate, Überwachen
von Drücken,
Steuern der Nettoultrafiltration, Überwachen von verbrauchtem
Dialysat auf die Blutanwesenheit usw., durchführen. Das Diafiltrationserweiterungssystem arbeitet
in Verbindung mit der Dialysemaschine, wodurch das Dialysatfluid
von der Dialysemaschine durch das Hämodiafiltrations-Erweiterungssystem
zu seinen jeweiligen Dialysator- und sterilen Filterkassetten umverteilt
wird. Die Fluidbehandlungskomponenten des Diafiltrations-Erweiterungssystems
können
mit einer Mikroprozessoreinheit zum Steuern und Ausführen des
Diafiltrationsaspekts der Behandlung integriert werden.
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Die
im Vorangehenden offenbarten Systeme können weitere Pumpen, Überwachungsvorrichtungen,
Ventile, elektronische Komponenten, Steuereinheiten, Verbindungsarmaturen,
einen Schlauch usw. enthalten, wie erforderlich, um den Betrieb
der Systemkomponenten zu koordinieren.
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Obwohl
die Erfindung in den vorangehenden Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben
wurde, soll es selbstverständlich
sein, dass sie nur für
Erläuterungszwecke
bereitgestellt wurden und dass andere Veränderungen sowohl an der Form
als auch am Detail daran von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne
vom Schutzbereich der Erfindung, der nur durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, abzuweichen.