DE60127657T2 - Blutreinigungssystem - Google Patents

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James Park Ridge SUMMERTON
Edward Bronx SPENCE
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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Dialyse und Hämodiafiltration und insbesondere auf verbesserte Hämodiafiltrationsvorrichtungen zur Entfernung von Bluttoxinen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 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).
  • 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.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das eine erste Ausführungsform einer mehrstufigen Hämodiafiltrationsvorrichtung unter Verwendung eines intern gelieferten Säurestroms darstellt; und
  • 2 ein schematisches Diagramm ist, das eine erste Ausführungsform einer mehrstufigen Hämodiafiltrationsvorrichtung unter Verwendung eines extern gelieferten Säurestroms darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Hämodialyse/Diafiltrations-Systems 200 dargestellt, das einen extern gelieferten Säurelösungsstrom verwendet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. Blutreinigungssystem, das umfasst: eine Quelle für ein erstes Dialysatfluid, das einen ersten pH-Wert hat, und eine Quelle für ein zweites Dialysatfluid, das einen zweiten pH-Wert hat; einen ersten Dialysator (122), der enthält: eine erste semipermeable Membran (124), die den ersten Dialysator (122) unterteilt in: ein erstes Blutfach (126) mit einem ersten Bluteinlass, der zu reinigendes Blut empfängt, und einem ersten Blutauslass, der teilweise gereinigtes Blut ausstößt; und ein erstes Dialysatfach (128) mit einem ersten Dialysateinlass (120), der mit der Quelle für das erste Dialysatfluid verbunden ist, und einem ersten Dialysatauslass (130), wobei der erste Dialysateinlass (120) ein erstes Dialysatfluid mit einem ersten pH-Wert akzeptiert; und einen zweiten Dialysator (138), der enthält: eine zweite semipermeable Membran (140), die den zweiten Dialysator (138) unterteilt in: ein zweites Blutfach (142) mit einem zweiten Bluteinlass, der das teilweise gereinigte Blut empfängt, und einem zweiten Blutauslass, der gereinigtes Blut ausstößt; und ein zweites Dialysatfach (144) mit einem zweiten Dialysateinlass (146), der mit der Quelle für das zweite Dialysatfluid verbunden ist, und einem zweiten Dialysatauslass (148), wobei der zweite Dialysateinlass (146) ein zweites Dialysatfluid mit einem zweiten pH-Wert aufnimmt, wobei der erste pH-Wert des ersten Dialysatfluids kleiner als der zweite pH-Wert des zweiten Dialysatfluids ist.
  2. System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: eine Quelle für Substitutionsfluid, wobei das Substitutionsfluid mit dem teilweise gereinigten Blut gemischt wird, um ein Blut-/Substitutionsfluid-Gemisch zu bilden, das zu dem zweiten Bluteinlass geliefert wird, wobei der zweite pH-Wert höher als ein pH-Wert des Blut-/Substitutionsfluid-Gemisches ist und der erste pH-Wert niedriger als ein pH-Wert des Bluts in dem ersten Dialysator (122) ist.
  3. System nach Anspruch 2, bei dem der zweite Dialysatauslass (148) mit einer Kammer (116) verbunden ist, in der der pH-Wert des zweiten Dialysatfluids von dem zweiten pH-Wert zu dem ersten pH-Wert gesenkt wird, um das erste Dialysatfluid zu bilden, wobei das erste Dialysatfluid zu dem ersten Dialysateinlass (120) geliefert wird.
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