NO126830B - - Google Patents

Description

Dialysesystem for bruk ved en kunstig nyre.

Foreliggende oppfinnelse angår et resirkulerende dialyse-

system beregnet til bruk i forbindelse med en kunstig nyre. For å

redde en pasient med akutt Renal- eller nyresvikt som resultat av tapt nyreaktivitet på grunn av sykdom, har det vært vanlig praksis å benytte en kunstig nyre inntil de naturlige nyrer igjen har kunnet overta funksjoneringen. Normalt vil efter en viss dialyseperiode ny-

rene igjen begynne å virke. Ved kronisk Renalsvikt svekkes nyrene langsomt inntil deres virksomhet stopper helt, eller de funksjonerer i så liten grad at det er utilstrekkelig for pasienten. I de fleste tilfeller svekkes nyren i ldpet av en periode på flere år, og til slutt blir nyresvikten så akutt at pasienten må ha hjelp av dialyse for å overleve. De nodvendige pengemidler for fremstilling av nod-

vendig apparatur og utstyr for pasienter er imidlertid så store at

dette har hindret behandling av alle personer som lider av nyresvikt.

Som et resultat av dette dor et stort antall pasienter som kunne ha

vært reddet dersom muligheter til å anvende dialyse hadde vært tilste-

de.

I et fullstendig dialysesystem er det nodvendig å ta i be-traktning de andre bestanddeler i tillegg til urea, som er i blodet,

og dessuten dialysens innvirkning på blodet. Ved foreliggende oppfinnelse fremskaffes et fullstendig resirkulerende dialysesystem for bruk i forbindelse med kunstig nyre, og som fjerner alle toksiske substan-

ser i dialyseoppldsningen, og som videre kontinuerlig opprettholder en normal dialyseoppldsning ved tilsetning av de bestanddeler som blir fjernet fra oppløsningen. Dialysesystemet kan anvendes i forbindelse med forskjellige tilgjengelige typer kunstige nyrer, og systemet er dessuten lite og rimelig, slik at det kan gjores tilgjengelig for et stort antall personer som tidligere måtte gå uten behandling.

Det er derfor en side ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et fullstendig resirkulerende dialysesystem som fjerner alle toksiske substanser fra dialyseoppldsningen, og som kontinuerlig sorger for opprettholdelse av en normal dialyseoppldsning.

En annen side ved foreliggende oppfinnelse er å tilveie-

bringe et fullstendig resirkulerende dialysesystem som kontrollerer pasientens væskebalanse, slik at den nddvendige vannmengde blir fjer-

net fra blodet, hvorved pasienten holdes ved normal helsetilstand og vannbalanse. Et videre trekk ved foreliggende oppfinnelse er å frem-skaffe et lite og rimelig dialyseanlegg som kan være tilgjengelig for flest mulig personer, hvorav idag de fleste må gå uten behandling.

Det er videre et trekk ved oppfinnelsen å tilveiebringe et fullstendig resirkulerende dialysesystem som ikke trenger tilfdrsel utenfra av væske eller andre tilsetningsstoffer efter at dialysepro-

sessen er satt igang.

Fig. 1 viser skjematisk det fullstendig resirkulerende dialysesystem forbundet med en kunstig nyre.

Fig. 2 viser et forstorret utsnitt av zirconiumfosfatko-

lonnen.

Fig. 3 viser et forstorret utsnitt av carbonkolonnen.

Under henvisning til fig. 1, er ror 10 forbundet med ut-lopssiden av en anordning for kunstig nyre 11, og består av en tann-hjulspumpe 12 for kontinuerlig resirkulasjon av dialyseoppldsningen

gjennom systemet. En trykklukkebryter 13 er forbundet via ror 15

med den utgående rorledning 14 fra pumpen, og tjener til å stanse pumpen dersom trykket i ledning 14 overskrider en på forhånd bestemt verdi som er bestemt av trykket som kan tåles av systemets enkelte deler. Rorledning 14 er også forbundet med en.beholdertrykkmåler 17 som viser trykket i rorledning 14 foran 3-veis ventil 18 som forbinder rorledning 14 med forgrenings ror 19 eller omldpsror 20. Ventilen 18 kan også stilles i en mellomposisjon hvorved rorledning 14 stenges fullstendig og dermed stopper sirkulasjonssysternet.

Rorledning 19 forer gjennom toppflaten 21 på zirconiumfosfatkolonnen 22, og til et åpent volum 23. Ved bunnen av det åpne volum befinner seg et ark 24 av filterduk som dekker et skikt 25 bestående av en blanding av finfordelt urease og diatoméjord.

Filterduken gjor at den inngående strdm ikke bryter opp overflaten av skikt 25. Umiddelbart under skikt 25 er et skikt 26 bestående av diatoméjord som forhindrer at ureasen beveger seg nedover i kolonnen. Et skikt 27 bestående av zirconiumfosfat i finfordelt partikkelform befinner seg under skikt 26. Bestanddelene i skiktene 25 og 26 kan i det vesentlige være finfordelte som stdv. En annen filterduk 28 befinner seg mellom zirconiumfosfatlaget 27, stromnings-ledningsanordningen 29 som leder strommen av dialyseoppldsning til utldpet 30 i bunnplaten 31 av kolonnen, og som er forbundet med utldps-rdr 35.

Opplosningen i rorledning 14 er en standardtype dialyseoppldsning pluss avfallsprodukter (forurensninger) som er opptatt fra pasienten ved hjelp av den kunstige nyre 11. Disse urenheter omfatter urea, creatinin og urinsyre. Eftersom dialyseoppldsningen går gjennom skikt 25 med urease i kolonne 22, overfores urea til ammoniumcarb-onat efter fdlgende reaksjonsskjema:

Ved riktig utfdrelse vil omtrent all urea være overfort på det tids-punkt opplosningen kommer inn i zirconiumfosfatskiktet 27.

Eksempelvis kan den innekommende opplosning fra ror 19 in-neholde 20 mg urea-nitrogen pr. lOO cm 3, og dette vil synke til 1-2 mg når opplosningen når zirconiumfosfatskiktet 27. Efter at opplosningen har gått gjennom ureaseskiktet, vil der ikke skje noen foran-dring i ureakonsentrasjonen. Diatoméjordskiktet 26 skiller ut alle kolloidale og partikkelformige stoffer i dialyseoppldsningen, og forhindrer derfor at disse kontinuerlig sirkuleres i systemet.

Ved gjennornstrdmning av zirconiumfosfatskiktet blir ammoniumionene byttet ut med natrium og hydrogen, slik at konsentrasjonen av ammoniumioner ved utldpet 35 omtrent er null. Reaksjonen fol-ger nedenstående skjema:

I utldpsrdret 35 er således ureakonsentrasjonen redusert til 1-2 rag pr. 100 cm 3, og ammoniumionekonsentrasjonen er omtrent lik null. Det bor bemerkes at opplosningen i ror 19 og ror 35 hovedsakelig består av 99 % vann. Det må videre forståes slik at betegnelsen "Zirconiumfosfat", slik det er benyttet i foreliggende beskrivelse, betegner zirconiumfosfationebyttere, slik som zirconiumfosfatnatriumtype som beskrevet ovenfor, og det må forståes slik at andre typer zirconiumfosfationebyttere kan benyttes.

Rorledning 35 er forbundet med carbonbeholderen (eller -kolonnen) 36 som inneholder et skikt 38 av aktivt carbon over et skikt 39 med hydratisert zirconiumoxyd. Et ark av en filterduk 40 er plasert mellom skikt 39 og en strdmningsleder 41 forsynt med sty-reblad som leder strdmmen til utldpsrdret 42. Det aktive carbon opptar urinsyre og creatinin, og dessuten andre organiske avfallsprodukter som opptas fra pasienten ved kunstig nyre. Zirconiumoxydskiktet 39 opptar fosfater og sulfater fra opplosningen, idet alle sulfater stammer fra pasienten, én del av fosfatene kommer fra pasienten og den annen del av fosfatet kommer fra zirconiumfosfatskiktet.

Omldpsrdret 20 forbinder rorledning 14 med utldpsrdrer 42 når ventil 18 er riktig innstillet, således at væsken i ror 20 ldper utenom både zirconiumfosfatkolonnen 22 og carbonbeholderen 36. Hen-sikten med omldpsrdret 20 er å tillate at hele dialysesystemet fyl-les med væske efter igangsetning, eftersom pumpen ikke kan pumpe luft inn i rorledningen gjennom kolonne og carbonbeholder. Umiddelbart efter at systemet er fyllt med væske, vendes ventil 18, hvoref-ter strdmningen ledes gjennom kolonne 22.

Rorledning 42 forer til 3-veis ventil 45 som kan lede opplosningen enten til avldpsrdret 46 eller til rorledning 47 som forer til dialysatreservoaret 48.

Dialyseoppldsningen tilsettes reservoaret 48 for behandlingen av pasienten, ved å fjerne lokket 49. Væskenivået kan avleses på nivåmåleren 50. Lufteåpningen 51 i lokket 49 tillater at luft kan slippe inn når denne får stå åpen under behandlingen. Likeledes kan åpningen utstyres med en ventil 54 som tillater bruk av undertrykk inne i reservoaret 48, og dette blir nærmere forklart i det fdlgende. Det opprinnelige nivå av oppldsning ved start av dialysen er beteg-net 52, og nivået vil synke til nivå 53 efter at systemet er fyllt med væske. Efterhvert som vann avgis fra pasienten under dialysen, vil væskenivået stige igjen. En strdmningsmåler 56 måler strdmningshastigheten for dialyseoppldsningen i rorledning 55 som leveres av en pumpe 12 i rorledningen IO.

Et tilfdrselsror 58 forbinder rorledning 55 med et til-for selsreservoar 59 som inneholder en dialyse-rekondisjoneringsoppldsning av bestanddeler som magnesium- og kalsiumsalt.

Rorledning 58 inneholder en tilfdrselspumpe 62 og en til-fdrselsmåler 61 for å kontrollere hastigheten hvormed rekondisjoner-ingsoppldsningen tilsettes i rorledning 55.

Magnesium- og kalsiumsaltene, som bor være tilstede i en normal dialyseoppldsning i reservoaret 48, fjernes i zirconiumfosfatskiktet 27 i kolonnen 22, og må derfor tilfores dialyseoppldsningen for denne påny tilfores den kunstige nyre 11. Konsentrasjonen av disse bestanddeler reguleres ved tilfdrsel av en vandig oppldsning fra tilfdrselsreservoaret 59, og kan således reguleres for å imdte-komme pasientens helsetilstand.

Ved en standard tilsetning er tilfdrselshastigheten til-passet slik at der tilsettes 2,5 milliekvivalenter kalsium og 1,5 milliekvivalenter magnesium pr. liter dialyseoppldsning. Den rekon-dis jonerte dialyseoppldsning ledes så gjennom en oppvarmningsanord-ning 64 som bringer temperaturen av dialyseoppldsningen opp til normal legemstemperatur, og denne temperatur kan reguleres av måleren 65.

En ultrafiltreringsventil 66 er plasert i rorledning 55 og består av en standard type reguleringsventil som regulerer væske-trykket i dialysekammer 71 av den kunstige nyre. Eftersom pumpens hastighet regulerer strdmningshastigheten, vil stengning av ventil 65 forårsake at pumpen 12 gir et vakuum i kammer 71. Den kunstige nyre inneholder en semi-permeabel membran, f.eks. av cellofan, som skiller dialysatsiden 71 fra kammeret fyllt med blod 72. Blod fra pasienten fores inn i kammer 72 via ror 77 og går ut av kammer 72 i rorledning 76, således at der er motstrdm mellom blodet ig dialyseoppldsningen. Membranen 73 inneholder små hull av molekylær storrei-se, hvorigjennom små molekyler kan passere mens stdrre molekyler ik-ke kan gå gjennom, og hvor den kritiske stdrrelse normalt er ved en molekylvekt på omkring lO.OOO. Jo mindre molekylene er, desto raske-re passerer de gjennom membranen, og bestanddeler av blodet som cel-ler, erythrocyter og leucocyter kan ikke gå gjennom, slik at der ik-ke vil forekomme tap av blodceller eller proteiner gjennom membranen under dialysen. På den annen side vil molekyler av vann, salt, urea, creatinin, urinsyre, aminosyrer, glucose, sitronsyre etc. passere gjennom membranen og inn i dialyseoppldsningen.

Gjennomgangen av vann gjennom membranen kontrolleres nes-ten fullstendig ved trykkgradienten over membranen, slik at denne er bestemt av lukningsgraden av ventil 66. Blodtrykket i kammer 72 er i overensstemmelse med pasientens blodtrykk, og er omtrent 100 mm Hg eller 0,28 kg/cm , og trykket av dialyseoppldsningen ovenfor ventil 66 er bestemt av trykket i reservoar 48. Dersom lufteventilen 54 er åpen, vil trykket være atmosfærisk. Enten vakuum eller overtrykk kan imidlertid anvendes i det indre av reservoaret 48, og luftventilen kan dessuten lukkes for sirkuleringen av dialyseoppldsningen i den hensikt å variere trykket. Et lavere trykk i kammer 71 gjor at væske overfores fra blodet gjennom membranen og inn til dialyseoppldsningen med stdrre hastighet jo lavere trykket i kammeret er. En standard type kontrollventil 80 er plasert i omldpsrdret 74 paral-lelt med ventilen 66, således at for ventil 66 stenger så meget at det forårsader et trykktap tilstrekkelig til å bryte membranen i den kunstige nyre, vil kontrollventilen åpne seg. Trykket på dialysesi-den 71 blir kontinuerlig vist på dialysetrykkmåleren 75. Dersom lufteventilen 54 er stengt, vil ikke reguleringen av ventil 66 være virksom til regulering av trykkforskjellen over membranen i den kunstige nyre. Ventil 66 er virksom til regulering av trykket i dialysekammer 71 når et trykk i området fra atmosfæretrykk til noe under atmosfæretrykk er påkrevet.

Den normale menneskelige nyre sorger for vannbalansen i kroppen og fjerner det vann fra blodet som ikke utskilles på andre måter. Dersom en kunstig nyre ikke virker som den skal for å opprettholde denne vannbalanse, er nyrens effektivitet med hensyn til vannutskillelse bestemt av trykkdifferensen som anvendes over dialy-semembranen. Efterhvert som vannet fjernes fra blodet ved hjelp av den kunstige nyre, tilfores dette det lukkede dialysesystem og viser seg som et tillegg til systemet på nivåmåleren 50.

En av fordelene ved det foreliggende system er at dersom lufteåpningen 51 er lukket under sirkulasjonen av dialyseoppldsningen, vil et eventuelt brudd på membranen i den kunstige nyre ikke le-de bort mere blod fra pasienten enn det som vil fylle det gjenværen-de hulrom i reservoaret, og dette blodtap vil ikke være stdrre enn at pasienten overlever.

I tillegg til fjernelsen av vann må også andre urenheter i blodet fjernes, f.eks. urea, creatinin, urinsyre og andre toksiske materialer, og disse fjernes med en hastighet som er bestemt av dia-lyseoppldsningens strdmningshastighet.

Pasienten har et visst kalsium- og magnesiuminnhold i kroppen, og dersom disse stoffer ikke er tilstede i dialyseoppldsningen når denne strdmmer forbi den kunstige nyre 11, vil kalsiumet og magnesiumet i pasientens blod stromme gjennom membranen og over i dialyseoppldsningen, og vil derefter bli fjernet i skikt 27. På grunn av dette ville pasienten bli utarmet med hensyn til kalsium og magnesium dersom det ikke hadde vært for den kontinuerlige tilsetning av disse stoffer til dialyseoppldsningen nedenfor skiktet 27. Det ville ha vært mulig å rekondisjonere blodet for å kompensere tapet av disse ' stoffer gjennom injeksjon av stoffene direkte til blods trommen ved roret som leder fra den kunstige nyre. Injiseringen ville imidlertid kreve sterile operasjonsbetingelser og er således ikke praktisk eller dkonomisk.

Generelt vil zirconiumfosfatkolonnen 22 være brukbar under hele behandlingen av en pasient. Zirconiumfosfatkolonnen bor ikke brukes lenger når ammoniumkonsentrasjonen når 1 mg/100 ml, selvom den vil forbli virksom også over disse nivåer. Efterhvert som strømnin-gen fortsetter og ammoniumionekonsentrajonen oker, har ammoniumionene en tendens til å unnslippe gjennom rorledning 35, og en vesentlig dkning i det opprinnelige nivå for konsentrasjon av ammoniumioner kan ikke tolereres..

En oppsummering av virkemåten for dialysesysternet er fdlgende: Dialyseoppldsningen i rorledning IO som forlater den kunstige nyre 11, inneholder forskjellige forurensninger som er utskilt av den kunstige nyre. Disse bestanddeler er urea, creatinin og urinsyre, og dessuten magnesium og kalsium. Ved gjennornstrdmning av zirconiumfosfatkolonnen 22 fjernes all urea fra opplosningen sammen med magnesium og kalsium som gjentilsettes gjennom tilfdrselsledning 58. Derefter, ved gjennomgang i carbonkolonnen 36, fjernes forurens-ningene urinsyre, creatinin og andre organiske avfallsprodukter. Opplosningen rekondisjoneres så ved tilsetning av magnesium og kalsium via tilfdrselsledning 58, slik at en normal dialyseoppldsning igjen er tilgjengelig i rorledning 55 for tilfdrsel til dialysekammer 71 i den kunstige nyre.

Strdmningshastigheten av opplosningen gjennom nyren reguleres av pumpen 12, og trykk og temperatur av opplosningen ved den kunstige nyre kan reguleres av henholdsvis ventil 66 og.varmeanord-ning 64. Ved variasjon av trykket av dialyseoppldsningen i nyrekam-mer 71 er det mulig å regulere hastigheten hvormed vann blir fjernet via nyren for derigjennom å opprettholde pasientens vannbalanse.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et dialysesystem for bruk i forbindelse med en kunstig nyre, og hvor det totale volum av dialyseoppldsning blir ndye regulert, og et dyeblikkelig mål for mengde væske fjernet fra pasienten er tilgjengelig.

Den kontinuerlige tilfdrsel til dialyseoppldsningen av magnesium og kalsium sikrer at disse stoffer ikke fjernes fra blod-strommen.

Bruk av det foreliggende rekondisjoneringssystem gjor det mulig å behandle hver pasient i henhold til varierende medisinske tilstander, uten nddvendig tilfdrsel av store volum av spesielle di-alyseoppldsninger for de individuelle pasienter.

Således er det ved hjelp av en standard rekondisjonerings-opplosning en enkel oppgave å oppnå alle nivåer med hensyn til nddvendig kalsium- og magnesiumbalanse, ganske enkelt ved å variere tilfdrselshastigheten for denne rekondisjoneringsoppldsning. Pasienter som trenger tilfdrsel av spesielle uorganiske eller organiske stoffer til kroppen, kan få dette utfort ganske enkelt ved å tilsette disse materialer i hensiktsmessige mengder til rekondisjoneringsopp-losningen .

Claims (6)

1. Resirkulerende dialysesystem som anvender en dialyseoppldsning for dialyse av en pasient, hvilket dialysesystem omfatter rør-ledninger (10, 14, 47, 55)for dialyseoppldsningen, pumpe (12) i rørled-ningene for å resirkulere dialyseoppldsningen, kunstig nyreanordning 11 i rørledningene for å fjerne substanser fra pasientens blod, karakterisert ved at dialysesystemet omfatter anord-ninger (22, 36) i rørledningene for å fjerne urea og toksiske substanser fra dialyseoppldsningen efter at denne har gått gjennom den kunstige nyre, rekondisjoneringsanordnin ger(58, 59, 61, 62) forbundet med rør-ledningene mellom renseanordningene og den kunstige nyre, for å rekondisjonere dialyseoppldsningen med substanser som er nddvendig i den kunstige nyre og som er fjernet av renseanordningene, en beholder (48) forbundet med rørledningene for mottak av den dkning i volumet av dialyseoppldsningen som oppstår ved væskefjerning fra pasienten under dialyse, hvorved dialyseoppldsningen renses for toksiske substanser og resirkuleres gjennom den kunstige nyre således at bare et lite volum dialyseoppldsning er nddvendig for kontinuerlig dialyse av pasienten.

2. Dialysesystem ifdlge krav 1, karakterisert ved at renseanordningene omfatter urease (25) og zirkoniumfosfat-ionebyttere (27) for å fjerne urea fra dialyseoppldsningen.

3. Dialysesystem ifdlge krav 1, karakterisert ved at renseanordningene omfatter aktivert carbon (38) for å fjerne urinsyre, creatinin og andre organiske avfallsprodukter fra dialyseoppldsningen.

4. Dialysesystem ifdlge krav 1, karakterisert ved at renseanordningene omfatter hydratisert zirkoniumoxyd (39) for å fjerne fosfat fra dialyseoppldsningen.

5. Dialysesystem ifdlge krav 1, karakterisert ved at de nød-vendige stoffer som fjernes av renseanordningene, er magnesium og kalsium fjernet fra dialyseoppldsningen som fores ut fra den kunstige ny-re ved gjennomldp gjennom zirkoniumfosfationebytteren i renseanordnin-gen, og hvor rekondisjoneringsstoffene inneholder magnesium og kalsium for å forhindre overforing av disse stoffer fra blodet over i dialyseoppldsningen i den kunstige nyre.

6. Dialysesystem ifdlge krav 1-5, karakterisert ved at beholderen (48) er forsynt med en væskenivåmåler (50) f or bestemmelse av væskenivået i beholderen og for å bestemme mengden av væske som tilfores rørledningene under dialyse for å tilveiebringe en kontinuerlig indikasjon på væskemengden fjernet fra pasienten.