DE8027285U1 - Vorrichtung zur steuerung des fluessigkeitsentzugs bei der haemodialyse - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Steuerung des Flüssigkeitsentzugs bei der Haemodialyse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Flüssigkeitsentzugs bei der Haemodialyse gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Die Haemodialyse ist eine medizinische Behandlungsmethode, die bei Patienten mit einer ungenügenden bzw. gänzlich fehlenden Nierenfunktion angewandt wird. Bei diesen Patienten führt das Versagen der beiden Nieren im wesentlichen zu

a) einem Anstieg der Stoffe, die der gesunde Mensch über die Niere ausscheidet. Diese sogenannten harnpflichtigen Substanzen vergiften den Körper;

b) einem Entgleisen des Elektrolythaushaltes. Als Folge davon kann es akut zum Herzversagen, langfristig aber auch zu Veränderungen des Stoffwechsels kommen;

c) einer Einlagerung von Wasser. Dieses Wasser führt, wenn es nicht ausgeschieden werden kann, zum Lungen-

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ödem und damit zu einer akuten Gefährdung des Patienten.

Ziel der Behandlung ist es, diesen lebensbedrohlichen Vergiftungs- und Uberwässerungsprozeß durch intermittierend durchgeführte Dialysen zu unterbinden.

Wesentlicher Bestandteil der Gesamtvorrichtung ist der Dialysator, die eigentliche "künstliche Niere". Hierbei handelt es sich um einen medizinischen Einmalartikel, der zwei Kammern aufweist, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind. Je nach Konstruktionsprinzip unterscheidet man Spulen-, Platten- und Kapillardialysatoren.

Durch die eine Kammer wird das Blut des Patienten, durch die andere Kammer - meist im Gegenstrom- die Spülflüssigkeit, das Dialysat, geleitet.

Dieses Dialysat besteht aus entionisiertem Wasser, dem in der Dialysevorrichtung in einem bestimmten Verhältnis ein Salzkonzentrat zugemischt wird, so daß die Elektrolyt-Zusammensetzung nach Erwärmung auf ca. 37 C der Ionenkonzentration des Blutes eines gesunden Menschen entspricht.

Die erwähnte Dialysevorrichtung erfüllt neben der Aufbereitung der Spülflüssigkeit noch weitere Funktionen. Sie saugt mittels Blutpumpe das Blut aus dem Patienten an, pumpt es durch den Dialysator und leitet es dem Patienten wieder zu.

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Die beiden Kreisläufe, der "extrokorporale" Blut- und der Dialysatkreislauf werden auf verschiedene Parameter hin überwacht. Bei Alarmsituationen führt die Maschine Funktionen aus (z.B. Blutpumpenstop), um den Patienten nicht zu gefährden.

An der Dialysemembran treten folgende Wirkungen auf:

und onkotische

a) Durch das osmotische/Druckgefälle kommt es zum

Wechsel von Substanzen zwischen Blut und Dialysat. Diese Wechsel werden vornehmlich durch die Zusammensetzung der Spülflüssigkeit gesteuert. Z.B. Giftstoffe, die in der Spülflüssigkeit nicht enthalten sind, treten entsprechend schnell in das Dialysat über.

b) Durch die Drücke, die in der Dialysatkammer bzw. der Blutkammer entstehen, tritt Wasser auch entgegen dem osmotischen Druck durch die Membran.

Dieser sogenannte Transmembrandruck setzt sich in der Regel aus dem positiven "mittleren Druck in der Blutkammer", dem negativen Dialysatdruck und dem osmotischen Druck zusammen. Ist der Druck in der Blutkammer positiver als der Dialysatdruck, dann tritt Wasser durch die Membran in die Spülflüssigkeit.

Wie bereits erwähnt, kann der Wasserentzug über die Regelung der Drücke in der Blut- bzw. Dialysatkammer gesteuert

werden. ,

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Der dadurch erreichte Gewichtsverlust beim Patienten wird bisher durch intermittierend durchgeführte Kontrollen des Gewichtes festgestellt.

Um die Filtrationsleistung des jeweiligen Dialysators besser beurteilen zu können, hat man eine besondere Größe, die sogenannte Ultrafiltrationsrate (UFR), eingeführt, die die von außen veränderbaren Parameter, die den Wasserentzug beeinflussen, beinhaltet. Die Ultrafiltrationsrate (UFR) gibt an, wieviel ml Wasser in einer Stunde pro mm Hg Transmembrandruck. (TMD) entzogen werden.

ml
UFR =

mm Hg χ h

Alle Hersteller von Dialysatoren geben die Leistung ihres Produktes über die Ultrafiltrationsrate an. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß es sich um "in vitro"-Angaben handelt, d.h. die UFR wurde im Labor bestimmt. Aufgrund von Grenzschichtbildung kommt es aber im Laufe einer Behandlung in der Regel zu einem stetigen Verlust an Filtrationsleistung. Andere z.T. auch patientenspezifische Faktoren können ebenfalls die Leistung einer "künstlichen Niere" erheblich beeinflussen.

Die Konsequenz davon ist, daß jeder Dialysearzt den genauen UFR-Wert des Dialysators selbst ermitteln muß.

Der durch die Dialyse bewirkte Gewichtsverlust beim Patienten wird bisher durch intermittierend durchgeführte Kontrollen des Gewichtes festgestellt. Trotz sorgfültigster Kontrolle und häufigem Wiegen des Patienten kommt es dennoch

zu Fehlbilanzierungen, die das Wohlbefinden des Patienten erheblich beeinträchtigen können.

Weiterhin ist zu bemerken, daß die Gewichtszunahmen zwischen den einzelnen Dialysen sehr stark schwanken können. Für jeden Dialysepatienten wird vom Arzt das sogenannte Sollbzw. Trockengewicht festgesetzt. Hiermit ist das Gewicht gemeint, das der Patient am Ende der jeweiligen Behandlung erreichen sollte. Um den Körper durch das Wasser nicht übermäßig zu belasten, darf der Patient zwischen den einzelnen Behandlungen, die nach heutigem Standard 3 χ pro Woche durchgeführt werden, eine bestimmte Gewichtszunahme nicht überschreiten.

Bei manchen Patienten sind jedoch Gewichtszunahmen von mehr als 5 kg keine Ausnahme. In solchen Fällen muß dann der Arzt die Filtrationsleistung des Dialysators durch extreme Erhöhung des Transmembrandruckes voll ausschöpfen. Gerade dann kommt es sehr leicht zu den erwähnten Fehlbilanzierungen. Zusammengefaßt sind es drei Komplikationen, die durch eine ungenaue Bilanzierung hervorgerufen werden:

a) Das Sollgewicht wird stark unterschritten. Die Folge davon sind Blutdruckschwankungen, Erbrechen und Krämpfe.

b) Das Sollgewicht wird nicht erreicht. Der Patient hat nicht genug abgenommen; d.h. bis zur nächsten Behandlung hat er seine von vornherein eingeschränkte Flüssigkeitszunahme nochmals einzuschränken. Folgen können sein Lungenödem und Bluthochdruck.

c) Es treten Schwankungen im Gewichtsentzug auf, da zwischen dem Wiegen des Patienten der Gewichtsentzug nicht kontrolliert werden kann.

Um den Wasserentzug zu steuern, erfolgt bei den heutigen Dialysegeräten eine Regelung des Dialysat(unter)druckes. Die Dialysegeräte erzeugen einen Unterdruck, der in einem Bereich von -50 bis -400 mm Hg eingestellt werden kann. Für die Kalkulation des Wasserentzuges sind nun folgende Berechnungen notwendig:

a) Istgewicht - Sollgewicht = Gewichtszunahme

zwischen den Dialysen

b) Gewichtsζunahme + Einfuhr - Ausfuhr

= gewünschte Gewichtsabnahme während der Dialyse

c) Gewichtsabnahme / Stunde der Behandlung

= gewünschte Filtrationsleistung

d) FiItrationsleistung / UFR des Dialysators

= erforderlicher TMP

e) Transmembrandruck - "mittl. Druck im Blutteil"

= Dialysat(unter)druck,

der an der Maschine eingestellt werden muß

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Der "mittlere Druck im Blutteil" läßt sich ermitteln, wenn der Druck vor und hinter dem Dialysator gemessen wird.

(Druck vor Dialysator +
Druck hinter Dialysator) /2 = mittlerer Druck im Blutteil

Beim bisher angewandten Dialyseverfahren sind folgende Nachteile vorhanden:

a) Die von den Herstellern angegebene "in vitro"-UFR kann nicht direkt für die Behandlung übertragen werden. Für jeden Patienten muß dieser Wert neu bestätigt bzw. korrigiert werden. Außerdem ändert er sich im Laufe der Behandlung.

b) Die Ein- und Ausfuhren (Essen, Trinken, Infusionen und Ausscheidungen) unter der Dialyse werden nur ungenau in die Berechnungen mit einbezogen.

c) An den meisten Dialysemaschinen wird nur der Druck hinter dem Dialysator gemessen. Demzufolge wird auch nur dieser Wert in die Berechnung des Transmembrandruckes mit einbezogen.

Um Abweichungen möglichst gering zu halten, werden die Patienten während einer Behandlung zwei- bis dreimal auf einer Sitzwaage gewogen und der Transmembrandruck entsprechend korrigiert. Wegen der häufigen Blutdruckkrisen stellt dieses Wiegen ein erhebliches Risiko dar, so daß besonders gefährdete Patienten nur unter Kontrolle von einer Bettenwaage, die technisch aufwendig und teuer ist, dialysiert werden können.

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Ferner ist ein Dialysegerät bekannt, bei dem die gewünschte Filtrationsleistung/Stunde voreinstellbar ist und der Transmembrandruck selbsttätig steuerbar ist. Mit Hilfe zweier Pumpen wird jeweils genau die gleiche Menge Spülflüssigkeit zu- und abgeführt. Mit Hilfe einer dritten Pumpe wird der geforderte Unterdruck erzeugt, durch den der Wasserentzug erfolgt. Die Ultrafiltrationsmenge wird volumetrisch ermittelt, was hinsichtlich der beabsichtigten Steuerung nachteilig ist, weil solche volumetrischen Meßverfahren nicht empfindlich genug sind und nicht unerhebliche Meßfehler aufweisen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die eingangs erwähnte Vorrichtung so auszubilden, daß eine verbesserte STeuerung des Flüssigkeitsentzugs bei der Haemodialyse erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist eine bessere Verfolgung und überwachung sowie Steuerung des Dialysevorganges und damit des Wasserentzugs bzw. der Flüssigkeitsbilanzierung möglich.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Dialysevorrichtung zeigt, näher erläutert werden.

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Ein Dialysator 2 weist eine Blutkammer 4 und eine Dialysatkammer 6 auf. Beide Kammern sind durch eine semipermeable Membran 8 voneinander getrennt. Die Blutkammer 4 :, ist in den Blutkreislauf des Patienten geschaltet und die £ Dialysatkammer in den Dialysatf luß. Entsprechend weisen ;|

die Kammern Blutzu- und Blut ab leitungen 10, 12 sowie jji

Dialysatzu- und Dialysatableitungen 14, 16 auf. |

In der Dialysatzuleitung, also eingangsseitig zur if

Dialysatkammer, ist ein Drei-Wege-Ventil 18 angeordnet. Ausgangsseitig ist an die Dialysatkammer 6 eine Pumpe 20 angeschlossen, die für den erforderlichen Unterdruck in der Dialysatkammer sorgt. Außer über die normale Dialysatableitung (nicht eingezeichnet) ist die Pumpe über eine gesonderte Meßleitung 16 mit der Dialysatkammer verbunden. Die Pumpe ist ferner an den zweiten Ausgangsanschluß des Drei-Wege-Ventiles 18 über eine Leitung 22 angeschlossen. Das Drei-Wege-Ventil 18 und die Pumpe 20 sind so schaltbar, daß die Zuleitung 14 sperrbar und die Pumpe nur über eine Meßleitung 24 mit dem Ausgang der Dialysekammer 4 verbindbar

ist, indem die Dialysatableitung gleichzeitig durch ein weiteres Ventil 25 sperrbar ist.

Der Blut- und Dialysekammer sind jeweils Druckgeber

26, 28 zur Messung der entsprechenden mittleren Kammerdrucke zugeordnet. Die Ausgangssignale der Druckgeber werden einer Auswerteeinrichtung 30 zur Ermittlung des Transmembrandruckes TMD zugeführt. In der Meßleitung 24 befindet sich eine Flußmeßvorrichtung 32 zur Ermittlung der Filtratmenge pro Zeiteinheit.

Die Ausgangssignale der Meßvorrichtung 32 und der Auswerteeinrichtung 30 sind einer Dividiereinrichtung 34 zur

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Ermittlung der UltrafiItrationsrate zugeführt.. Das der Ultrafiltrationsrate entsprechende Ausgangssignal der Dividiereinrichtung 34 dient der Steuerung des Dialysatiunter) druckes über die Pumpe 20.

Die Vorrichtung und damit das Verfahren arbeitet wie folgt:

Zu Beginn einer Dialysebehandlung und dann in vorgebbaren Zeitabständen wird das Ventil 18 für eine bestimmte Meßzeit so umgeschaltet, daß die Dialysatzuleitung 14 gesperrt ist und die Pumpe das Dialysat direkt über die Bypass-Leitung 22 ansaugt. Gleich-zeitig wird auch die Pumpe 20 von der Ableitung 16 getrennt und an die Meßleitung 24 angeschlossen. Sie saugt über die Meßvorrichtung 32 und die Meßleitung 16 das Filtrat aus dem Dialysator 2 an.

Nach Stabilisierung des Differenzdruckes bzw. Transmembrandruckes des Dialysators und Ermittlung des Transmembrandruckes mit Hilfe der Druckgeber 26 und 28 wird mit Hilfe der Meßvorrichtung 32 der Filtratfluß F (ml/t) über eine bestimmte Meßdauer gemessen. Die Ausgangssignale der Auswerteeinrichtung 30 der Druckgeber und die Ausgangssignale der Filtratmeßvorrichtung 30 werden beispielsweise, wie schon erwähnt, einer Dividiereinrichtung 34 zugeführt zur Ermittlung der ültrafiltrationsrate UFR (UFR = F/TMD). Das Ausgangssignal der Dividiereinrichtung 32 wird dann einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zugeführt, die den durch die Pumpe erzeugten mittleren Dialysat(unter)druck steuert - in Abhängigkeit von gegebenenfalls weiteren vorgebbaren Werten.

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Zur Messung des mittleren Dialysat(unter)druckes in der Dialysatkammer 6 ist der Druckgeber 28 vorzugsweise in eine die Dialysatkammer 6 überbrückende Leitung 36 gelegt. Dabei wird der Strömungswiderstand des Überbrückungszweiges so hoch gewählt, daß der Strömungswiderstand der Dialysatkammer vernachlässigbar klein gegenüber dem des Oberbrückungszweiges ist, so daß der im überbrückungszweig gemessene Druck in sehr guter Annäherung dem mittleren Dialysat(unter)druck in der Dialysatkammer entspricht.

Die Messung des mittleren Druckes in der Blutkammer des Dialysators erfolgt in bekannter Weise durch Messung des Druckes vor und hinter der Kammer in der entsprechenden Zu- und Ableitung.

Die dem mittleren Blutkammerdruck und dem mittleren Dialysatkammerdruck entsprechenden Signale werden der Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Transmembrandruckes TMD zugeführt.

Die Meßvorrichtung 32 zur Messung des Filtratvolumenflusses F kann eine Meßstrecke, beispielsweise in Form einer geeichten Glaskapillare, sein von vorgegebener Länge, in die Luftblasen über eine Ventilanordnung eingebbar sind, deren Wanderungsgeschwindigkeit gemessen wird, indem die Laufzeit der Luftblasen mit Hilfe zweier beabstandeter Sensoren gemessen wird. Um Fehler infolge Größen- und Formänderung der Luftblasen zu vermeiden, wird das Passieren zweier Marken der Meßstrecke durch das hintere Ende der Luftblase, beispielsweise optisch, abgetastet. Die Laufzeit über die

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Meßstrecke ist dann ein direktes Maß für die momentane Filtratgeschwindigkeit und damit für den Volumenfluß.

Die Ausgangssignale der Sensoren können beispielsweise einen Zähler (nicht dargestellt) steuern, der Impulse eines Taktgebers zählt, die in die Durchlaufzeit der Luftblasen fallen. Die Frequenz der Impulse kann dabei vorzugsweise so gewählt werden, daß sie Zeiteinheiten entspricht, so daß durch einfache Bewichtung und Invertierung des Zählerergebnisses eine Signalgröße erhalten werden kann, die direkt dem Filtratvolumenfluß / Stunde entspricht. Dieses Signal und das Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung 30 wird einer Dividierschaltung zugeführt zur Ermittlung der Ultrafiltrationsrate.

Das Ausgangssignal der Dividierschaltung dient unter Berücksichtigung bestimmter - auch aus einer Tabelle abrufbarer - Vorgabedaten der Steuerung der Pumpe und damit des Unterdruckes in der Dialysatkammer.

Außer durch die beschriebene Langzeitmessung kann die Flußmessung bspw. auch mit Hilfe von Turbinen (Flügelradzähler) , Hitzdrahtsonden, durch Messung der Wärmeverluste bei umströmten oder durchströmten Körpern, mit Hilfe von Drosselgeräten usw. erfolgen.

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Claims (3)

LEINE & KON.I.Q , PATENTANWÄLTE Dlpl.-lng, Sigurd Leine ■ Dlpl.-Phys, Dr. Norbert KSnIg Γ οΛ π ooc 1 BurckhardtstraBe 1 Telefon (0511)623005 V3 ου Al <5O3. ι D-3000 Hannover 1 M i r O t β C Unser Zeichen Datum Medizinisch-technische Geräte 582/1 22. Juli 1982 Ansprüche

1. Vorrichtung zur Steuerung des Flüssigkeitsentzugs bei der Haemodialyse mit Druckgebern, die zur Messung des Blutdruckes mit der Blutkammer eines Dialysators und zur Messung des Dilysatdruckes mit der Dialysatkammer des Dialysators verbunden sind, mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Transmembrandruckes aus den gemessenen Druckwergen, mit einer Einrichtung zur Messung der Filtratmenge pro Zeiteinheit, mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Ultrafiltrationsrate aus der gemessenen Filtratmenge sowie aus dem gemessenen Transmembrandruck und mit einer Einrichtung zur Steuerung des Dialysat(unter)druckes in der Dialysatkammer in Abhängigkeit von der ermittelten Ultrafiltrationsrate, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in der Zuleitung (14) zur Dialysatkammer (6) ein sperrbares Ventil (18) angeordnet ist, daß eine die Dialysatkammer (6) überbrückende Meßleitung (36) vorgesehen ist, in der ein Druckgeber (28) angeordnet ist, und daß ausgangsseitig an die Dialysatkammer (6) ein Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerät (32) angeschlossen ist, das mit einer aus-

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gangsseitig des Dialysators angeordneten Dialysatpumpe (2o) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsgeschwindigkeits-Meßgerät (32) ein geeichtes, mit zwei Meßmarken versehenes Kapillarrohr aufweist, in das Luftblasen eingebbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe der beiden Meßmarken zwei Sensoren zur Abtastung der durchlaufenden Luftblasen angeordnet sind.