NO144411B - Anordning for gradering av biologisk vaeslke, saerlig blod, etter molekylvekt. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for gradering

av biologisk væske, særlig blod etter'molekylvekt. Denne anordning er særlig egnet for bruk ved rensning av blod fra pasienter med nyresvikt.

Det finnes for nærværende flere metoder for behandling av pasienter som har utilstrekkelig nyrefunksjon, og den me-

tode som er mest benyttet er konvensjonell hemodialyse.

Ved denne fremgangsmåte sendes blod som tas ut fra pasien- - ten gjennom en dialysator hvor toksiner fjernes fra blodbanen ved hjelp av diffusjon gjennom en semipermeabel mem-bran over i en dialysevæske som transporterer toksinene ut av dialysatoren. Membraner av den type som i alminnelig-

het anvendes i slike dialysatorer, har en såkalt molekylar grenseverdi ved en molekylvekt på ca. 10 000 dalton, hvilket vil si at de hovedsakelig bare slipper igjennom molekyler

med molekylvekt under denne grenseverdi. Ved, diffusjonen i dialysatoren vil man da få fjernet en forholdsvis stor andel av småmolekylære stoffer og en betraktelig mindre andel av større molekyler. En typisk kommersiell dialysa-

tor med såkalt "cuprophane"-membran har en såkalt "clearance"-verdi for urea (molekylvekt ca. 60), på omkring 150 ml/min., hvilket tilsvarer den væskemengde som pr. tidsenhet blir totalrenset for vedkommende stoff. Den tilsvarende verdi for insulin (molekylvekt. ca. 5000.) er imidlertid bare 10 ml/min.

En annen behandlingsmetode som etter hvert begynner å bli

mer og mer brukt, er hemofiltrering. Ved denne metode unn-går man bruk av dialysevæske, og transport av stoffer ut av det behandlede blod foregår ved ren filtrering gjennom pas-sende molekylfiltere. En eventuell fordel med en slik fremgangsmåte er at man fjerner tilnærmet like mye av alle bestanddeler i blodet opp til en molekylvekt tilsvarende filterets grenseverdi. Det kan anvendes forskjellige filter-typer, vanligvis med grenseverdier mellom 10 000 og 50 000 dalton. Det største problem ved denne behandlingstype er

at det fjernes så mye væske at man hele tiden må infundere en fysiologisk væske til pasienten f or ikke å få for store forandringer i pasientens væskevolum.

I blant benyttes også en kombinasjon av de ovenfor angitte behandlingsmetoder, idet blodet fra en pasient med nyresvikt først utsettes for hemofiltrering over et visst tidsrom, hvoretter det gjøres til gjenstand for vanlig dialysebehand-ling de siste 2-3 timer av behandlingstiden.

Grunnen til at det for tiden anvendes flere forskjellige behandlingsmetoder, er at det er delte meninger om hvilke molekyler som det er viktigst å fjerne fra blodbanen til en pasient med nyresvikt. Visse eksperter mener at det er viktigst å fjerne de toksiner som har en molekylvekt under 1000 dalton, og vil da gjerne bruke konvensjonell dialyse med en diffusjonsmembran med en grenseverdi tilsvarende en molekylvekt på 5000 - 10 000 dalton, da denne behandlings-form er den mest effektive når det gjelder å fjerne småmolekylære stoffer. Hemofiltrering er derimot å foretrekke hvis man ønsker å fjerne store molekyler på effektiv måte, men denne metode har da den ulempe at man må infundere kunstig væske som bare inneholder en del av de viktigste stoffer som samtidig blir fj-ernet fra pasientens blod. Etter omfattende forskning har imidlertid oppfinnerne kommet frem til at de viktigste uremitoksiner ligger i molekylvektområdet 10 000 - 50 000 dalton. Samtidig erkjennes det at det åpenbart er av vesentlig betydning for en nyrepasients velbefinnende at i alle fall noen småmolekylære stoffer, særlig urea, fjernes fra blodet. På denne bakgrunn og i erkjennelse av den ovenfor angitte store ulempe ved at en mengde vitalt nyttige stoffer fjernes fra pasientens blod og erstattes med mindre-verdig syntetisk væske under vanlig hemofiltrering, er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en anordning som i høy grad overvinner denne ulempe og samtidig sørger for effektiv fjerning av toksiner i de ovenfor angitte molekylområder.

Utstyr av denne art vil prinsippielt også kunne anvendes

for hensiktsmessig behandling av annen biologisk væske enn blod, og oppfinnelsen gjelder således generelt en anordning for gradering av biologisk væske, særlig blod, etter molekylvekt, idet anordningen er utstyrt med minst to filterenheter, som hver omfatter et molekylfilter innrettet for i det vesentlige å slippe igjennom molekyler med molekylvekt under en viss forut bestemt grenseverdi, samt en innløpskrets for føring av væske langs molekylfilterets ene side og en utløps-kanal for føring av væskefiltrat bestående av molekyler med molekylvekt hovedsakelig under nevnte grenseverdi bort fra filterets annen side, idet en utvalgt enhet av nevnte filterenheter er innrettet for innkobling av en kilde for den biologiske væske som skal graderes, f.eks. en pasients blod-omløp, i lukket kretsløp i sin innløpskrets, og. filterenhetene med begynnelse i nevnte utvalgte enhet er koblet etter hverandre i rekke på sådan måte at utløpskanalen for hver enhet, bortsett fra den siste enhet i rekken, står i forbindelse med et væskereservoar som i lukket kretsløp inngår i den påfølgende filterenhets innløpskrets, mens utløps-kanalen for den siste filterenhet i rekken er innrettet for tilkobling til nevnte kilde for den biologiske væske som skal graderes, idet den forut bestemte grenseverdi for de forskjellige molekylfiltere avtar fra første til siste filterenhet i rekken.

En sådan anordning er prinsippielt kjent fra tysk Offenlegungs-schrift 2.017.473, selv om det her bare er tale om molekylfiltere med meget lave grenseverdier, nemlig 100-1000 dalton, som er uten interesse i foreliggende sammenheng.

På denne bakgrunn av prinsippielt kjent teknikk har da anordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at utløpskana-len fra den siste filterenhet i rekken er ført gjennom en dialysator, for å diffundere ut fra væskefiltratet i nevnte utløpskanal hovedsakelig molekyler med vesentlig lavere molekylvekt enn den forut bestemte grenseverdi for molekyl-filteret i den siste filterenhet i rekken.

Ved en sådan anordning kan stoffer i det ønskede molekyl-vektområde fjernes uten at vitalt essensielle stoffer går tapt. I forbindelse med blodrensning vil et slikt system være langt mer i samsvar med de prosesser som finner sted i nyrene. I disse organer finner det således først sted en filtrering gjennom et spesielt filter med grenseverdi ved en molekylvekt på omkring 60 000 dalton, hvoretter vann og en del vitalt viktige stoffer reabsorberes under en kraftig oppkonsentrering av visse toksinmolekyler som fjernes med urinen.

Vanligvis er det tilstrekkelig og hensiktsmessig at anordningen bare er utstyrt med to filterenheter, og at utløpskanalen fra den siste filterenhet i rekken gjennom dialysatoren er tilkoblet innløpskretsen for den første filterenhet på ned-strømssiden av molekylfilteret. Væsken i denne utløpskanal vil da bli ført tilbake til væskekilden sammen med den sirkulerende væske i den første filterenhets innløpskrets.

En kombinasjon i henhold til oppfinnelsen av to filterenheter og en dialysator ansees således å være særlig hensiktsmessig og fordelaktig for å oppnå forbedret behandling av blod fra personer med nyresvikt.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av ut-førelseseksempler og under henvisning til de vedføyde teg-ninger, hvorpå: Fig. 1 viser skjematisk en foretrukket utførelse av en anordning i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2 er et grafisk diagram som anskueliggjør anordningens virkemåte, og Fig. 3 viser en foretrukket kombinasjon av to filterenheter og en dialysator til en koaksialt oppbygd enhet.

I fig. 1 er det vist en anordning i henhold til oppfinnelsen med to filterenheter A og B. Hver av filterenhetene omfatter et molekylfilter Fa, Fb innrettet for i det vesentlige •

å slippe igjennom molekyler med molekylvekt under en viss forut bestemt grenseverdi, samt en innløpskrets Ia, Ib for føring av væske langs molekylfilterets ene side og en utløps-kanal Ua, Ub for føring av væskefiltrat bestående av molekyler med en molekylvekt hovedsakelig •. under nevnte grenseverdi bort fra filterets annen side. I figuren er det vist at den ene filterenhet A med sin innløpskrets er tilkoblet en pasients blodomløp M i lukket kretsløp. Utløpskanalen Ua for den første filterenhet munner ut i et væskereservoar Vb som inngår i lukket kretsløp i den annen filterenhets inn-løpskrets Ib. Utløpskanalen Ub fra den annen filterenhet er i sin tur ført gjennom en dialysator D og videre tilbake til et blandekammer L2 på nedstrømssiden av molekylfilteret Fa i innløpskretsen Ia for den første filterenhet A. Slange-pumper Pa, Pb er anordnet i innløpskretsene for de respektive filterenheter, og ytterligere pumper Pu, henholdsvisPv, er anordnet i de respektive utløpskanaler for de to filterenheter. Innløpskretsen i den annen filterenhet er vist utstyrt med en ventil R, og den tilbakeførte utløpska-nal Ub fra den annen filterenhet til den første filterenhets innløpskrets Ia omfatter en boblefelle LI.

Dialysatoren D på utløpssiden av den annen filterenhet er

en vanlig diffusjonsdialysator av miniatyrtype, og har et diffusjonsfilter som på sin ene side befinner seg i kontakt med den tilbakeførte væske, mens membranens annen side befinner seg i kontakt med dialysevæske som i motsatt strøm-ningsretning tilføres fra et reservoar Vd og etter opptak av utdiffunderte stoffer fra utløpsvæsken på den annen side av membranen avgis til et avløp Q drevet av en slangepumpe Pd.

Molekylfilteret Fa i den første filterenhet A har en grenseverdi tilsvarende en molekylvekt på 50 000 dalton, og alle stoffer med mindre molekylvekt enn denne grenseverdi i det blod som føres i lukket kretsløp i innløpskretsen Ia langs den ene side av molekylfilteret Fa ved hjelp av pumpen Pa, vil etter hvert bli trukket ut av blodet og avgis gjennom utløpskanalen Ua til væskereservoaret Vb, drevet av slangepumpen Pu.

I den annen filterenhet B drives ved hjelp av slangepumpen

Pb væske fra reservoaret Vb i lukket kretsløp forbi den ene side av molekylfilteret Fb, forbi den åpne ventil R og tilbake til reservoaret. Molekylfilteret Fb har én grenseverdi tilsvarende en molekylvekt på 10 000 dalton, og ved gjentatt sirkulasjon av væske fra reservoaret i lukket kretsløp gjennom innløpskretsen Ib, vil stoffer med molekylvekt under denne verdi etter hvert bli fjernet fra væsken, mens stoffer med molekylvekt mellom 50 000 og 10 000 vil konsentreres i reservoaret Vb. På den annen side av molekylfilteret Fb tas det ut væskefiltrat bestående av molekyler med molekylvekt hovedsakelig under grenseverdien 10 000 dalton, og dette filt-rat pumpes gjennom utløpskanalen Ub ved hjelp av slangepumpen Pv til strømning langs den ene side av diffusjonsfilteret i dialysatoren D samt tilbakeføring til den første filterenhets innløpskrets Ia gjennom boblefellen LI og blandekammeret L2. Ved hjelp av den dialysevæske som tilføres fra reservoaret

Vd og oppvarmes ved hjelp av varmeelementet H, trekkes lavmolekylære toksiner, f.eks. urea, ut av den tilbakeførte væske på samme måte som tilsvarende stoffer trekkes ut av det behandlede blod under vanlig hemodialyse.

Ved hjelp av ventilen R i den annen filterenhets sirkulasjons-krets Ib kan væskesirkulasjonen i denne krets innstilles slik at det oppnås hensiktsmessig konsentrasjon av høymolekylære uremitoksiner i væskereservoaret Vb, som således har en funksjon som tilsvarer en urinblære.

Anordningens virkemåte kan anskueliggjøres ved det grafiske diagram i figur 2. Dette diagram angir ved hjelp av filter-kurvene, henholdsvis Ka og Kb for de to filterenheter A og B, samt diffusjonskurven Kd for dialysatoren D filtreringsraten som funksjon av molekylvekten angitt i logaritmisk skala.

Hele det område som ligger under kurven Ka opptil grenseverdien på 50 000 dalton for filteret Fa, tilsvarer således den stoffmengde som fjernes fra blodet i den første filterenhet A. Området under kurven Kb tilsvarer de stoffer med mole kylvekt'under grenseverdien på 10 000 dalton for filteret Fb, som tas ut fra den oppsamlede væske i reservoaret Vb

i den annen filterenhet B. Endelig tilsvarer området under diffusjonskurven Kd de lavmolekylære toksiner som fjernes i dialysatoren D fra den utløpsvæske som føres tilbake fra den annen filterenhet til den første filterenhets innløps-krets og derfra tilbake til pasientens blod. Det vil inn-ses at denne reinfunderte stoffmengde tilsvarer det uskraver-te område i fig. 2, mens det fjernede stoff fra blodet tilsvarer de skraverte områder. En vesentlig del av de vitalt essensielle stoffer i blodet kan således gjenvinnes i foreliggende anordning i henhold til oppfinnelsen, i motsetning til hva som er tilfelle ved vanlige filteranordninger for hemofiltrering.

I en foretrukket utførelse utgjøres hvert molekylfilter av

en bunt kapillarrør anordnet for å gjennomstrømmes av væske fra vedkommende filterenhets innløpskrets og omgitt av et kammer for mottagelse av væskefiltrat'og tilkoblet enhetens utløpskanal. Kapillarrørene gjør herunder tjeneste som filtermembran.

Ved en sådan utførelse er det i praksis fordelaktig å bygge sammen molekylfiltrene koaksialt utenpå hverandre til en egen filterpakke. Hvis det anvendes en dialysator D som vist i fig. 1, kan denne med fordel anordnes sentralt i pakken, mens de forskjellige molekylfiltere anordnes koaksialt omkring dialysatoren.

I fig. 3 er det vist en foretrukket utførelse av en sådan filterpakke, som i dette tilfelle består av en sentralt anordnet dialysator og to filterenheter anordnet koaksialt utenpå denne. Den således sammenbygde pakke kan altså med fordel anvendes i det apparat som er vist i fig. 1.

De enkelte enheter i den viste filterpakke i fig. 3, er bygget opp'av enheter som er ferdiglaget på forhånd slik at kammerveggene i de enkelte enheter passer tett utenpå hverandre når de skyves sammen for dannelse av pakken. Kammerveggene er sylinderformede og fortrinnsvis utført

i et plastmaterial. Den viste filterpakke er bygget opp av fem sylindervegger 1-5 som er anbragt utenpå hverandre. Sylinderveggen 1 utgjør pakkens ytterste kam-mervegg og avgrenser sammen med den nærmest innenforliggende sylindervegg 2 et kammer 16 som inneholder en bunt kapillar-rør. Sylinderveggen 2 ligger i tettende kontakt med en sylindervegg 3 som sammen med en ytterligere sylindervegg 4 danner et ytterligere filterkammer 17 som omslutter en

bunt av kapillarrør. Videre innover i pakken ligger sylinderveggen 4 i tettende kontakt med sylinderveggen 5, som danner et sentralt, sylinderformet kammer 18 omkring en bunt kapillarrør som utgjør diffusjonsfilteret i dialysatoren D.

Kapillarrørene i hvert av kamrene 16, 17 og 18 er ved hver ende innstøpt i en plastmasse slik a\. kamrene avtettes ved filterendene 26, 26'; 25, 25'; 24, 24<*>. Ved hver ende av filterpakken er det anbragt endedeksler 6, 7 som ved hjelp av gjenger 8, 8' er skrudd på den ytterste sylindervegg 1. Mellom dekslene og filterendene er det dannet rom for å opp-ta væske som skal føres inn i eller ut av de forskjellige kamre 16, 17, 18. De viste rom 19, 19' ligger utenfor hver sin filterende 26, 26', mens rommene 20, 20' ligger utenfor hver sin filterende 25, 25' og rommene 21, 21' ligger utenfor hver sin filterende 24, 24' .

I endedekslene 6, 7 er det åpninger for innløp og utløp av væske fra de to molekylfiltere og dialysatoren. Således danner åpningene 10, 10' rorstusser for innkobling av kapillar-rørbunten i det ytterste filterkammer 16 gjennom rommene 19, 19' i innløpskretsen Ia for den første filterenhet. På lignende måte utgjør åpningene 11, 11' rørstusser for innkobling av kapillarrorbunten i det innenforliggende filterkammer 17 gjennom rommene 20, 20' i innløpskretsen Ib for den annen filterenhet. De sentrale rørstusser 12, 12' danner innløp og utløp for gjennomstrømning av væskefiltrat fra den annen filterenhet gjennom rørbunten i det sentrale dialysekammer, via enderommene 21 v 21'.

Rørstussen 15 på den ytterste sylindervegg 1 danner forbind-elsene mellom det ytterste filterkammer 16 og utløpskanalen Ua for den første filterenhet. På lignende måte danner rør-stussen 14 gjennom det øvre endedeksel gjennom et ringformet kammer 22 forbindelse mellom det ringformede filterkammer 17

og utløpskanalen Ub for den annen filterenhet. De ringformede rom 23, 23' ved hver sin ytterende av de innbyrdes inn-tilliggende sylindervegger 4 og 5 danner sammen med de til-sluttede rørstusser 13, 13' gjennom endedekslene gjennom-løpskanal for dialysevæske gjennom det sentrale dialysekammer mellom væskereservoaret Vd og avløpet Q. De ovenfor omtalte ringformede rom 2 2 og 23, 23' står i forbindelse med sine respektive tilhørende kammere gjennom radiale kanaler eller hull 27, henholdsvis 28, som er ført gjennom sylinderveggen fra vedkommende ringformede rom til sylinderens indre. For å oppnå tett tilslutning mellom dekslene og de forskjellige sylindervegger i filterpakken, er det som vist anordnet pakninger 9 som fortrinnsvis kan utgjøres av silikongummi.

Det vil forstås at foreliggende anordning prinsippielt kan brukes til gradering av hvilken som helst biologisk væske etter molekylstørrelsen, idet de forskjellige stoffer i væsken på denne måte kan sorteres etter molekylstørrelse i væske-beholdere tilsvarende reservoaret Vb i fig. 1. Ved å anordne et større antall filterenheter etter hverandre i rekke, vil det i hvert væskereservoar Vb mellom to påfølgende filterenheter i rekken utskilles stoffer med molekylvekt mellom grenseverdiene for molekylfilterene i henholdsvis den fore-gående og etterfølgende filterenhet i rekken, så sant grenseverdien for de forskjellige molekylfiltere avtar fra filterenhet til filterenhet utover i rekken. En sådan rekke av - filterenheter kombineres i henhold til oppfinnelsen med en dialysator D i tilbakeføringskanalen mellom siste og første filterenhet, for fjerning av lavmolekylære forbindelser i den tilbakeførte væske.

Claims (4)

1.Anordning for gradering av biologisk væske, særlig blod, etter molekylvekt, idet anordningen er utstyrt med minst to filterenheter (A, B), som hver omfatter et molekylfilter (Fa, Fb) innrettet for i det vesentlige å slippe igjennom molekyler med molekylvekt under en viss forut bestemt grenseverdi, samt en innløpskrets (Ia, Ib) for føring av væske langs molekylfilterets ene side og en utløpskanal (Ua, Ub)

for føring av væskefiltrat bestående av molekyler med molekylvekt hovedsakselig under nevnte grenseverdi bort fra filterets annen side, idet en utvalgt enhet (A) av nevnte filterenheter er innrettet for innkobling av en kilde for den biologiske væske som skal graderes, f.eks. en pasients blod-omløp (M), i lukket kretsløp i sin innløpskrets, og filterenhetene (A, B) med begynnelse i nevnte utvalgte enehét (A) er koblet etter hverandre i rekke på sådan måte at utløps-kanalen (Ua) for hver enhet, bortsett fra den siste enhet i rekken, står i forbindelse med et væskereservoar (Vb) som i lukket kretsløp inngår i den påfølgende filterenhets inn-løpskrets (Ib), mens utløpskanalen (Ub) for den siste filterenhet i rekken er innrettet for tilkobling til nevnte kilde (M) for den biologiske væske som skal graderes, idet den forut bestemte grenseverdi for de forskjellige molekylfiltre (Fa, Fb) avtar fra første til siste filterenhet i rekken,karakterisert vedat utløpskanalen (Ub) fra den siste filterenhet (B) i rekken er ført gjennom en dialysator (D), for å diffundere ut fra væskefiltratet i nevnte utløpskanal (Ub) hovedsakelig molekyler med vesentlig lavere molekylvekt enn den forut bestemte grenseverdi for molekylfilteret (Fb) i den siste filterenhet i rekken.

2. • Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat utløpskanalen (Ub) fra den siste filterenhet (B) i rekken gjennom dialysatoren (D) er tilkoblet innløpskretsen (Ia) for den første filterenhet (A) på nedstrømssiden av molekyl-filteret (Fa).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat hvert av>molekyl-filtrene utgjøres av en bunt kapillarrør (29) anordnet for å gjennomstrømmes av væske fra filterenhetens innløpskrets og omgitt av et kammer (16, 17, 18) for mottagelse av væske filtrat og tilkoblet enhetens utløpskanal, idet filtrene er anordnet koaksialt utenpå hverandre omkring dialysatoren (D).

4. Anordning som angitt i krav 1-3,karakterisert vedat den første filterenhet (A) i rekken har et molekylfilter (Fa) med en grenseverdi tilsvarende en molekylvekt på ca. 50 000 dalton, og den siste filterenhet (B) i rekken har et molekylfilter (Fb) med en grenseverdi tilsvarende en molekylvekt på ca. 10 000 dalton, mens dialysatoren (D) er innrettet for hovedsakelig å fjerne molekyler med molekylvekt under 1000 dalton fra utløpskanalen ,(Ub) fra den siste filterenhet i rekken.