DE7014787U - Vorrichtung zur Bestimmung der Elastizität von gerinnenden Flüssigkeiten, insbesondere von Blut - Google Patents

Description

Prof. Dr. H. Hartert
675O Kaiserslautern 27
Turmstr. 45

Gebrauchsmuster-Anmeldung G 70 1^7 87.4

STROMUNGS-SIMULATOR

Fortlaufende Messungen an gerinnenden Flüssigkeiten, vorzugsweise an Blut und dessen Derivaten, finden ausschließlich in vitro (außerhalb des Körpers) statt, wenn sie differenziertere Ergebnisse liefern sollen. Allgemein erfolgt der Meßvorgang bei der Gesamtheit dieser Methoden mittels elektrischer (z.B. Leitfähigkeitsmessung), optischer (z.B. Dichte oder Trübungsmessung) oder mechanischer Vorrichtungen.

Im Falle der mechanischen Messungen zur Erfassung der Gerinnung werden dem Blut z.B. regelmäßige Messimpulse mitgeteilt, die neben dem Zweck der Kraft eine ssung als Seiteneffekt meist auch einen begrenzten Einfluß auf die Gerinnung selbst ausüben. Um die Messung sensibel genug zu halten, ist andererseits eine möglichst geringe Beeinflussung des Gerinnungssubstrats durch den Meßvorgang anzustreben, wie dies z.B. im Thrombelastographen verwirklicht ist, der mit der Registrierung einer Kurve, dem Thrombelastogramm (TEG), differenzierte Einblicke in die Kinetik der Gerinnung liefert (Bundespatent Nr. 845 720 Kl.421 Gr. 7o2). Die normale thrombelastographische Kurve wird im wesentlichen bestimmt durch die Aktivität der Blutplättehen sowie durch Geschwindigkeit, Quantität und Qualität des Fibrinaufbaues, wobei sich aber diese beiden wichtigen Parameter der Gerinnung

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in der Kurve nicht primär voneinander trennen lassen. Abgesehen davon findet die Messung, wie in den meisten Geräten zur Verfolgung der Gerinnungsvorgänge, an einer stehenden Blutprobe statt, der die Charakteristika des Fließens fehlen. Diese lassen im lebenden Organismus die Gerinnung des Blutes wesentlich anders ablaufen als in einem stehenden Laborbehälter.

Die Bestimmung der beim Aufbau der Gerinnungsstruktur wirksamen Bestandteile des Blutplasmas ist von großer klinischer und theoretischer Bedeutung. Der Wert der für deren Messung geeigneten Methoden liegt vor allem auch darin, daß praktisch alle Faktoren der Blutgerinnung sich in der Verlaufskontrolle des strukturellen Gerinnselaufbaues niederschlagen, da diese ja alle dem Endziel des Gerinnselsaufbaus dienen - bzw. dem evtl. nachfolgenden Wiederaufbau im Sinne der Fibrinolyse.

Angeborene oder erworbene Defekte des komplizierten Mechanismus für den Gerinnselaufbau bzw. -abbau können lebensbedrohende Erkrankungen· verursachen-.. . Nicht nur , die .Diagnostik di.es.er ^Er-. krankungen, sondern auch eine große Zahl von therapeutischen Maßnahmen bedarf einer Kontrolle durch entsprechende Labormethoden. Die Thrombelastographie ist bisher die einzige Methode, die den strukturraechanischen Sektor des Gerinnselaufbaues quantitativ erfaßt. Diesen letzteren sowohl auf der Grundlage der thrombelastographisehen Messungen als auch un abhängig davon noch umfassender auszuwerten, ist das Ziel des Erfindungsgegenstandes.

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Da in vivo (im Körper) das Blut bzw. das entstehende Blutgerinnsel besonderen Scherkräften durch die Blutströmung (oder z.B. die Pulsation der Arterien) und den daraus resultieren den elektrophysiologischen Effekten ausgesetzt ist, erscheint es erstrebenswert, die Meßsituation in vitro über die z.B. im Rahmen der Messung mit dem Thrombelastographen bekannten Möglichkeiten hinaus diesen Verhältnissen anzupassen. Dies könnte durch zusätzlich bei der Messung (z.B. im Thrombelastographen) einwirkende Scherkräfte erreicht werden. Dadurch würde in der Meßvorrichtung eine dem Fließeffekt im Kreislauf ähnliche Wirkung auf die Vernetzung (Strukturaufbau) der Fibrinfasern erzeugt.

Es ist anzunehmen, daß die im Körper wirkenden natürlichen Kräfte, wie Blutströmung und Pulsation, ein Optimum an Festigkeit im entstehenden Blutgerinnsel entwickeln. Denn das Blutgerinnsel hat ja beim Verschluß von verwundeten Blutgefäßen eine wichtige mechanische Aufgabe zu erfüllen. Die Nachahmung dieser Situation in vitro ist erschwert durch das Erfordernis einer großen Blutmenge, wenn hier die Charakteristika des fließenden Blutes mitwirken sollen. Der Versuch, den Fließvorgang zu Gunsten der Verwendung einer kleinen stationären Blutmenge in der Meßapparatur durch Effekte zu ersetzen, die das Fließen simulieren, kann es auch erforderlich machen, auf das gerinnende Substrat Kräfte einwirken zu lassen, die eine Modifikation der naturgegebenen Einflüsse darstellen, um eine für den Meßvorgang konstante und optimale Wirkung zu erzielen.

Natürlich dürfen diese Kräfte nicht so groß sein, daß die entstehende Gerinnselstruktur dabei zerstört wird. Anderseits muß "die gleichzeitig verwendete Meßvorrichtung geeignet sein (wie z.B, der Thrombelastograp;■. 1. . die unter den speziellen Bedingungen in der Gerinnsel struktur auftretenden Veränderungen adäquat zu erfassen.

Es handelt sich bei der Erfindung um eine Vorrichtung, die der Küvette (d.h. Blutbehälter) z.B. des Thrombelastographen eine Schwenkbewegung um ihre Hochachse gibt, etwa wie wenn man eine Tasse zur Vermischung ihres Inhaltes in der Hand schwenkt. Diese sogenannte Präzessionsbewegung, die jeder Punkt der Küvette in gleicher Weise beschreibt, wird z.B. mit dem sehr kleinen Radius von ca. 0,025 nun und mit einer Frequenz von ca. 50/sec ausgeführt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Präzession liegt dabei in der Größenordnung von 75 mm/sec, d.h. z.B. der Strömungsgeschwindigkeit in den Herzkranzgefässen. Das geringe Ausmaß dieser Präzessionsbewegung läßt das ent stellende Gerinnsel völlig intakt. Die Form der Bewegung ist aber wie eine in einer Richtung strömende Flüssigkeit offenba* in der Lage, einen sogen. Ladungs-Trenneffekt (elektrischer Effekt beim Fließen einer Flüssigkeit) auszuüben und damit das gerinnende Blutplasma (oder ein anderes Gerinnungssubstrat) zumindest partiell den auch oberflächenwirksamen Kräften zu unterwerfen, wie sie im strömenden Blut herrschen und eine besondere Orientierung der Blutzellen und Eiweißmoleküle bewirken. Für diese Auffassung spricht, daß

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eine einfache Hin- und Herbewegung tder -drehung mit der erwähnten Frequenz an Stelle der Präzessionsbewegung die unten zu beschreibenden Wirkungen auf die Gerinnung nicht hat. Hier löschen sich offenbar bei jeder Umkehr der Bewegung die Ladungseffekte wieder aus. Bei Ultraschallfrequenz dieser einfacheren Bewegung ist die Gerinnung sogar aufgehoben. Der dagegen bei der Präzessionsbewegung den Verhältnissen z.B. in kleinen Arterien entsprechende Schereffekt bewirkt darüber hinaus eine Ausrichtung der Plasmabestandteile, so lange sie noch flüssig sind. Er ist in seiner Art auch beim Rühren von Teig zu beobachten. Hierdurch kommt es als Nebeneffekt während des noch flüssigen Stadiums des gerinnenden Plasmas für kurze Zeit zu regelrechten Strömungsvorgängen des Blutes, z.B. in dem 1 mm breiten zirkulären Spalt zwischen Stift (Prüfkörper, Fig. 2 in) und Küvette (Fig. 2 l) des Thrombelastographcn, falls er zusammen mit dem Gegenstand der Erfindung benutzt wird.

Die einerseits relativ rasche, anderseits sehr kleine Präzessionsbewegung der Küvette (hier des Thronibelastographen) stört den Meßvorgang den masseträgen Stiftes im Thrombelastogx-aphen nicht. Anderseits macht das Antriebsaggregat für die Präzessionsbevegung der Küvette die (für die Messung im Thronibelasto graphen) normale langsame Hin- und Herdrehung der Küvette um die Hochachse mit (Hin- und Herdrehung um k Grad 55 Min. in 9 Sekunden). Die rasche Präzessionsbewegung ist mit anderen Worten der Meßbewegung der Küvette im Falle ihrer Anwendung

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am Thrombelastographen superponiert und beeinflu/Jt die Messungen mit insoweit, als das Gerinnsel in seinem Aufbau durch die F.. '"i?.9:„ionsbewegung eine Veränderung seiner Struktur erfährt,

Fig. 'x-j zeigt das bekanr' Thrombelastogramm eines normalen plattchenhaltigen Bluti asmas. Die Laufzeit der Doppelkurve beträgt hier etwa 1 Stunde. Fig. Ib zeigt die gleiche Blutplasmagerinnung (bzw. Blutgerinnung) im Thrombelastographen, aber mit superponierter Präzessionsbewegung. Es wird ohne weiteres erkennbar, daß hier ein Effekt auftritt, der nach kurzer Vorbereitungszeit zu fast schlagartigem Anstieg der Gerinnselfestigkeit führt. Dieser plötzliche Amplitudenanstieg des Throiabelastogramms ist, wie sich durch eine Versuchsreihe zeigen läßt, offensichtlich Folge eines außerordentlich rasch ablaufenden Polymerisationsvorganges beim Aufbau der Fibrinmoleküle! (Fibrinfasern) unter dem Einfluß der Präzessionsbewegung (bzw. der Strömungssimulation). Dieser Vorgang läuft unabhängig von der Anwesenheit der Blutplättchen ab. Fig. Ic gibt das Thrombelastogramm eines blutplättchenfreien Plasmas wieder, geronnen unter dem Einfluß der Präzessionsbewegung . Es zeigt die erwähnte Stufe ebenfalls. Die Aktivität der Blutplättchen dagegen ist quantitativ für den Bauch der Kurve nach der steilen Stufe verantwortlich (vergl. Fig. Ib plättchenhaltiges Plasma und Ic plättchenfreies Plasma). Es läßt sich hier also an ein und derselben Kurve (Fig. Ib)

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eine Trennung des Parameters der Fibrinfaserbildung vom Parameter Jer BIi ^plättchenaktivität vorn hmen, d.h. die Stufe der Kurve in Fig. Ib ist Ausdruck des Fibrinaufbaues, während der nachfolgende Bauch der gleichen Kurve Ausdruck der Blutplättchenaktivität ist. Darübe' hii^aus gibt der steile stufenförmige Anstieg der Kurve die Möglichkeit einer extrem genauen Bestimmung der "Gerir lungszeit". Der plötzliche Festiskeitsanstieg des Gerinnsels kann mit vereinfachter Meßvorrichtung auch unabhängig von der Apparatur des Thrombelastographen zur z.B. digitalen Anzeige einer sehr genauen "Gerinnungszeit" benutzt werden.

Die Präzessionsbewegung Jer Küvette des Throinbelastogr'aphen läßt sich auf verschiedene Weise bewerkstelligen: mechanisch z.B. durch eine z-v/angsläufige Führung mit einem Exzenter, oder durch eine exzentrische Schwungraas..«' ; oder z.B. elektrisch durch ein mit entsprechender Geschwindigkeit wanderndes Feld.

Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel, das hier auf die Benutzung mit dem Thrombelastographen abgestimmt ist, wurde die mechanisch geführte Präzessionsbewegung um die Hochachse gewählt. Um für die Untersuchungen am normalen Λ. "-">·■ \ .· astographen diesen nicht vollständig umbauen zu müssej . .mrde eine auf eines der 3 Meßaggregate des Thrombelas *, /graphen (Fig. 2a) aufsteckbare Vorrichtung (Fig. 2 f, h, p) entwickelt, die als Ganzes die bekannte Meßbewegung von k 45' des Küvcttenhalters

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(Fig. 2c) am Meßaggregat mitmacht (Fig« 2d). (Für die Serienherstellung erscheint eine fest eingebaute und nach Bedarf an- und abschaltbare Vorrichtung günstiger). Die superponierte Präzessionsbewegung des Erfindungsgegenstandes wird im Ausführungsbeispiel durch einen Exzenter (Fig. 2g) auf einer Motorachse erzeugt. Er treibt das einzige außer ihm bewegte Teil der Vorrichtung an. Dieses Teil (Fig. 2f) besteht aus einem flachen und auf einer tragenden planen Metallunterlage (Fig. 2p) gleitenden Metallstück, das mit einer v-förmigen Aussparung (Fig. 2e) dem Exzenter anliegt, dessen Antriebsmotor (Fig. 2h) an der tragenden Unterlage befestigt ist- In seinem Mittel stück befindet sich ein Nocken (Fig. 2i) als Umkehrpunkt der Präzessionsbewegung, der seitlich an einer geraden Kante (Fig. 2q) gleitet. Die feste Anlage des V-Ausschnittes am Exzenter sowie des Nockens an der geraden Kante wird durch eine Feder (Fig. 2k) gewährleistet. Am anderen Ende des gleitenden Teiles befindet sich ein runder Ausschnitt (Fig. 2o), in den die Küvette (Fig. 2 1) des Thrombelastographen fest eingesetzt wird. Die Küvette ist soweit in ihrem äußeren Durchmesser verjüngt, daß sie mit ihrer Präzessionsbewegung frei. In der ursprünglichen Küvettcnhalterung des Throrabelastographen schwingen kann. Entsprechend hat die tragende Unterlage eine genügend weite Aussparung für den Durchtritt des Küve*tenschaftes. Fig. 2 ni zeigt den noch in Arretierungsstellung hochgezogenen bekannten Prüfkörper (Stift) des Thrombelastographen, der während des Meßvorganges in ebenfalls bekannter Weise in

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die blutgefüllte Küvette (Fig. 2 l) hineingesenkt ist. Er hängt dann frei an einem Torsionsdraht, ohne die Wände der Küvette zu berühren. Bei Betrieb des Motors (Fig. 2h) mit z.B. 3 000 u/min (50 u/sec) überträgt der Exzenter mittels des gleitenden Flachstücks seine Bewegung (Schema Fig. 2n) spiegelbildlich suf" die Küvette= Εΐτι irie«") «?τ* Kreis wird auf diese einfache Weise nur vom Mittelteil der Küvette beschrieben, soweit es vom Nocken die gleiche Entfernung hat wie die Exzenterachse auf der Gegenseite. Näher an den Nocken heran bzw. weiter von ihm weg ist die Präzessionsbewegung der Küvette jeweils elliptisch verzerrt, was in dieser Größenordnung für den zu erreichenden Zweck, d.h. bei einem Labormodell des Erfindungsgegenstandes, vernachlässigt werden kann.

Fig. 2d zeigt also den -langsamen- Bewegungstyp der gesamten Vorrichtung. Fig. 2n zeigt dagegen den überlagerten -raschen-Bewegungstyp des gleitenden flachen Metallstücks, das die Küvette trägt. . · · ·■ ·

Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik bietet der Gegenstand der Erfindung allgemein die Einführung eines Fließ- und Schereffektes mit entsprechenden sog. elektrokinetischen und Oberflächen-Wirkungen vorzugsweise für gerinnende Blut- (u.a.) Proben in Meßgeräten zur Verfolgung des Blutgerinnungsvorganges. Es wird damit im Meßgerät die natürliche Fließsituation in den Blutgefäßen weitgehend nachgeahmt, ohne daß in der Tat ein echtes Fließen der Blutprobe notwendig wird. In

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der Anwendung z.B. auf den Thrombelastographen bedeutet dies, daß man trotz der Erzougun,£ des Fließeffektes mit der relativ sehr kleinen Blutmenge von 0,36 cm³ für eine registrierende Verfolgung des genzon Gerinnungsablaufes (einschließlich der Fibrinolyse) auskommt. Weiterhin zeigt der Gerinnungsablauf unter der Einwirkung der Frä^essionsbewegung (Sciinma Fig.. 2u) einen bisher unbekannten schlagartigen Polymerisationseffekt am Fibrinmolekül, d.h. Faseraufbau (Fig. Ib, Ic), der so erstmalig einen Parameter der Fibrinbildung im gerinnenden Blut isoliert darstellbar und meßbar werden läßt. Weiterhin drückt sich, wie am Beispiel des zusammen mit dem Erfindungsgegenstand aufgenommenen Thrombelastogramms sichtbar (Fig. Ib), ebenfalls isoliert und quantitativ ablesbar das Verhalten der Blutplättchen im weiteren Kurvenverlauf aus. Schließlich erlaubt der Erfindungsgegenstand durch den zeitlich auf einen Punkt zusammengedrängten schlagartigen Fibrin-Faseraufbau (Fig. Ib, Ic) eine in dieser Genauigkeit bisher nicht mögliche Gerinnungsanzeige mit jedem einfachen Meßgerät, das in der Lage ist, den Sprung in der Festigkeitszunahme des Fibrin-Fasergerüsts aufzunehmen.

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Claims (1)

1. vom 22. April 1970

   1. Gerat zur Bestimmung der E ^vizität von gerinnenden Flüssigkeiten, insbesondere von Blut, in vitro, mit einem Gefäß oder einer Küvette(l) zur Aufnahme der Flüssigkeit, deren Gerinnungsverhalten und -verlauf nach einer der anwendbaren elektrischen, optischen, chemischen oder mechanischen Methoden der Vorrichtung (a) zu untersuchen ist, mit dem Kennzeichen, daß eine Antriebsvorrichtung (h, g. e, f, i, k, q) für das Gefäß (l) vorgesehen ist, die der Flüssigkeit eine eine Strömung simulierende Bewegung während des Meßvorganges aufprägt.

   2. Gerät nach Anspruch 1 mit dem Kennzeichen, daß der Antriebsmotor (h) über eine Exzenterwelle (g), die an einem Ende des Schwenkhebels (f) angreift, der an seinem anderen Ende gehaltenen Küvette (l) eine Strömung der eingefüllten Flüssigkeit simulierende kreisende Prässessionsbewegung (n) aufprägt.

   3. Gerät nach Anspruch 1 und 2 mit dem Kennzeichen, daß die eine Strömung simulierende Bewegung eine Präzessionsbewegung mit einer Umlauffrequenz von kO - 60 Umdrehungen/sec und mit einem Durchmesser des Präzessionskreises zwischen 0,03 0,0? mm, vorzugsweise 0,05 nun ist, indem die Küvette in zwei aufeinander senkrecht stehenden horizontalen Richtungen mit einer Phasenverschiebung von 90 durch den Antriebsmechanismus (h, g, e, f, k, q) hin- und herbewegt wird.

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   k. Gerät nach Einern der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die eine Strömung aer im Behälter (l) eingefüllten Probeflüssigkeit simulierende Bewegung bei mechanischer Bestimmung des Gerinnungsverlaufes durch die Vorrichtung (a) einer langsamen Hin- und Herdrehung (Drehpendelbewegung) kleiner Amplitude de- Küvette (l) überlagert, die über und mit Hilfe der Gerinnungsflüssigkeit je nach dem Grade des Gerinnunyszustandes allmählich stärker von der Küvette (l) auf einen in der Drehachse der Drehpendelbewegung in die Flüssigkeit tauchenden zylindrischen Probestift (m) übertragen wird, dessen Drehbewegung beobachtet und registriert wird.

   5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzessionsbewegung für die Küvette (l) Kreisform, Ellipsenform oder eine andere zyklische Form hat.

   6. Gerät nach eineui der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Präzessionsbewegung als Drehjtnse vorzugsweise die durch die Küvette (l) gehende vertikale Achse besitzt.

   7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzessionsbewegung mit einer während des Meßvorganges sich ändernden Geschwindigkeit und mit einem sich ändernden Radius erfolgt.

   8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch fc< .inzeichnet, daß die Präzessionsbewegung auf die Küvette (l) a^-ch eine rotierende Unwucht übertragen wird.

   9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzessionsbewegung durch ein rotierendes elektrisches oder magnetisches Feld auf die Küvette (l) übertragen wird.

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   10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7» welches folgende Teile umfaßt%

   Ein zur Aufnahme der Probeflüssigkeit dienendes zylindri sches Gefäß oder eine Küvette (l),

   einen in das Gefäß (l) und in die Probeflüssigkeit eintau-. chenden zylindrischen Probekörper (m) der torsionsschwingungsfähig aufgehängt ist,

   eine Antriebsvorrichtung, die der Küvette (l) eine Drehpendelbewegung (d) einer kleinen Winkelamplitude und langer Periodendauer aufprägt,

   eine Antriebsvorrichtung (h, g, e, f, k, q) zur Aufprägung einer eine Strömung der im Zwischenraum zwischen der Innenwandung des Behälters (l) und des Probekörpers (m) vorhandene Flüssigkeit simulierende Bewegung.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einem Antriebsmotor (h) für di< Präzessionsbewegung und einem exzentrisch an der Motorwelle befestigten Exzenternocken (g), einem Kupplungshebel (f) zwischen dem Exzenternocken und dem Probebehälter und einer Gleitfiihrungsvorrichtung (i, q und k) für den Kupplungshebel (f).

   ff

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