Pierwszenstwo v Opublikowano: 19. II. 1965 49137 KI. 30a, 19/05 MKP UKD fi&fns, /lica.Twórca wynalazku: dr med. Zbylut Twardowski Wlasciciel patentu: Ministerstwo Zdrowia i Opieki Spolecznej, Warsza¬ wa (Polska) Sztuczna nerka kapilarna Przedmiotem wynalazku jest sztuczna nerka ka¬ pilarna, sluzaca glównie do usuwania z krwi cial toksycznych oraz nadmiaru wody, przy czym za¬ sada jej dzialania oparta jest na hemodializie oraz ultrafiltracji.Zasadnicza czescia sztucznej nerki kapilarnej jest blona dializacyjna czyli blona przepuszczajaca zwiazki o malych czasteczkach a nieprzepuszczajaca koloidów. Po jednej stronie blony przeplywa krew poddawana dializie, a po drugiej — plyn o odpo¬ wiednim skladzie, przy czym sztuczna nerka jest zaopatrzona w przewody doprowadzajace i odpro¬ wadzajace krew, a przeplyw od i do chorego od¬ bywa sie w sposób ciagly. Ze wzgledu na duzy opór wewnetrzny, powstaly na skutek malej sred¬ nicy przewodów, do przewodu doprowadzajacego krew jest wlaczona pompa przetlaczajaca krew.W przypadku, gdy pojemnosc potencjalna urzadze¬ nia jest bardzo duza, pompe taka wlacza sie rów¬ niez w przewód odprowadzajacy.Znane dotychczas urzadzenia, sluzace do usuwa¬ nia z krwi cial toksycznych nie spelniaja wszyst¬ kich warunków przyrzadu doskonalego, a jako blo¬ ny dializacyjnej uzywano rurek koloidonowych, na¬ stepnie kolejno zastepowano blone koloidonowa blonami uzyskanymi z pecherzy zwierzat, blona z otrzewnej, wreszcie blona celofanowa, w postaci rurek o srednicy 2 cm i dlugosci 30 cm.Ostatnim osiagnieciem jest zastosowanie skutecz¬ nie hemodializy u czlowieka oraz zbudowanie u- 10 13 20 30 rzadzenia, pozwalajacego zarówno na dialize jak iultrafiltracje. - Gwaltowny rozwój róznego rodzaju urzadzen he- modializujacych, sluzacych do dializy frakcjonowa¬ nej albo db idializy ciaglej nie dal jednakze urza¬ dzenia w postaci sizitucznej nerki, Urzadzenia prze¬ znaczone do dializy frakcjonowanej odznaczaja sie bardzo mala wydajnoscia, a zwiekszenie ich wy¬ dajnosci przez zastosowanie elektrodializy nie przy¬ spieszylo usuwania z krwi substancji nie bedacych elektrolitami. Szersze zastosowanie uzyskaly urza¬ dzenia do dializy ciaglej, które jednak wykazaly wiele wad, jak mala wydajnosc dializy i ultrafil- tracji hydrostatycznej, duza pojemnosc statyczna, dynamiczna i potencjalna, duzy opór wewnetrzny urzadzenia a przy tym skomplikowany montaz i obsluga urzadzenia.Najwazniejszymi cechami sztucznej nerki kapi¬ larnej jest duza wydajnosc dializy i ultrafiltracji przy malej pojemnosci statycznej, dynamicznej i po- tencjonalnej urzadzenia.W znanych dotychczas urzadzeniach duza wydaj¬ nosc dializy osiaga sie przez zwiekszenie powierz¬ chni blony, przez która przeplywa krew, co pociaga za soba zwiekszenie pojemnosci urzadzenia. Ponie¬ waz elementy postaciowe krwi czesciowo rozpada¬ ja sie przy zetknieciu z blona, jest oczywistym, ze liczba zniszczonych krwinek wzrastac bedzie wraz ze wzrostem powierzchni wewnetrznej blony.Dla zmniejszenia pojemnosci urzadzenia przy za- 491373 49137 4 chowaniu tej samej powierzchni zastosowano dwa sposoby. Jeden ze sposobów polega na splaszczeniu blony za pomoca odpowiednich elementów. Ma to jednak swoje strony ujemne, gdyz splaszczona blo¬ na utrudnia swobodny kontakt plynu dializacyj- 5 nego, co zmniejsza wydajnosc dializy oraz powo¬ duje zmiane przekroju przewodów, do tak zwa¬ nego przekroju niekolowego. Z zasad hydrodyna¬ miki wynika, ze jedynie w przewodach o przekro¬ ju kolowym izotachy czyli linie laczace czastki io przeplywajace z ta sama predkoscia rozmieszczone \ sa sw jej^na3fi6wej odleglosci od scianek przewodu.Jesli natomiast przekrój nie jest kolowy, izotachy w róznych miejscach przewodu rozmieszczone beda w róznej odleglosci od scianek. Powoduje to prze- is plyw krwi jedynie waskim strumieniem, pozosta¬ wiajac olbrzymia czesc powierzchni niewykorzysta¬ na. Zjawisko to ogranicza wydajnosc urzadzenia.Drugi sposób polega na wykorzystaniu zasady, ze powierzchnie bryly o okreslonej objetosci mozna 20 zwiekszyc przez jej rozdrobnienie.' W przypadku urzadzen do przeplywu ciaglego, polega to na za¬ stapieniu pojedynczej rurki szeregiem rurek kapi¬ larnych. W znanych urzadzeniach przestrzenie ka¬ pilarne sa utworzone przez wgniatanie arkuszy ce- 25 lofanowych miedzy plytki z tworzywa sztucznego, w których wyzlobione sa rowki, tworzac w ten sposób przewody.Jest oczywiste, ze przekrój przewodów pseudo- kapilarnych nie moze byc w tym przypadku ko- so lowy. Poza tym równiez dla plynu dializacyjnego musza byc wytworzone przewody pseudokapilarne, co uniemozliwia bardzo duzy przeplyw plynu dia¬ lizacyjnego. Rozklad cisnien w tego rodzaju urza¬ dzeniach uniemozliwia równiez duzy przeciwbiezny 35 przeplyw krwi i plynu dializacyjnego. Zjawisko to znacznie ogranicza wydajnosc dializy.W niektórych znanych urzadzeniach wystepuje w czasie zabiegu sedymentacja krwinek, która sto¬ pniowo ogranicza powierzchnie i zmniejsza wydaj- 40 nosc.Omówione wyzej wady zastosowania duzej po¬ wierzchni przemawiaja przeciw jej stosowaniu w celu zwiekszenia wydajnosci ultrafiltracji.Dla uzyskania wydajnej ultrafiltracji urzadzenie 45 powinno posiadac mala grubosc blony i pozwalac na uzyskiwanie duzego nadcisnienia z tej strony blony, z której przeplywa krew. Cisnienie wewne¬ trzne nie moze jednak powodowac przekroczenia dopuszczalnego naprezenia blony. Z tego powodu 50 zmniejszenie grubosci blony pociaga za soba na ogól koniecznosc zmniejszenia cisnienia wewnetrz¬ nego (co nie zwieksza wydajnosci ultrafiltracji) lub tez uzycia materialów zapobiegajacych zbyt duze¬ mu naprezeniu blony, które jednak zmniejszaja wy- 55 dajnosc dializy.W niektórych znanych urzadzeniach róznica mie¬ dzy pojemnoscia statyczna a potencjalna jest tak duza, ze uniemozliwia ultrafiltracje hydrostatyczna.Jedna z zasadniczych przeszkód w szerokim za- 60 stosowaniu sztucznej nerki do leczenia róznych schorzen jest duza pojemnosc dotychczasowych urzadzen, która zmusza do wypelnienia urzadzenia, przed zabiegiem, duza iloscia krwi. Ta koniecznosc, czasem z powodu niemoznosci dobrania odpowied- «s niej grupy krwi, uniemozliwia przeprowadzenie za¬ biegu.Powyzej omówiono tylko niektóre znane urzadze¬ nia do dializy i ich wady, nalezy jednak stwier¬ dzic, ze zadne ze znanych urzadzen nie spelnia zadania sztucznej nerki w postaci urzadzenia do hemodializy pozaustrojowej.Wad tych nie ma sztuczna nerka kapilarna, be¬ daca przedmiotem wynalazku. Charakteryzuje sie ona duza wydajnoscia dializy, przy malej pojem¬ nosci statycznej, dynamicznej i potencjalnej, mozli¬ woscia uzyskania duzego nadcisnienia po stronie przeplywu krwi w celu uzyskania wydajnej ultra¬ filtracji hydrostatycznej, malym oporem wewnetrz¬ nym umozliwiajacym duzy przeplyw krwi oraz wy¬ dajna ultrafiltracja. Dalsza cecha dodatnia sztucz¬ nej nerki kapilarnej wedlug wynalazku jest duza wytrzymalosc blony i mozliwosc natychmiastowego wykrycia ewentualnego jej pekniecia i wymiany uszkodzonego elementu bez przerywania zabiegu, niewielkie niszczenie krwinek w czasie przeplywu krwi przez sztuczna nerke, mozliwosc utrzymania krwi w stanie niekrzepnacym, latwosc montazu i obslugi oraz mozliwosc sterylizacji, jak równiez utrzymania stalej temperatury i pH plynu diali¬ zacyjnego.Sztuczna nerka kapilarna wedlug wynalazku sta¬ nowi urzadzenie skladajace sie z szeregu rurek ka¬ pilarnych, przypominajacych budowa naczynia wlo- skowate ustroju.Sztuczna nerka kapilarna wedlug wynalazku jest tytulem przykladu wykonania przedstawiona na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat sztucznej nerki kapilarnej, fig. 2 — schemat zespolu dializacyjnego a fig. 3 — szczegól polaczenia rurek.Sztuczna nerka kapilarna sklada sie z czterech zespolów dializacyjnych 1, polaczonych równolegle i podlaczonych dov krwiobiegu chorego za pomoca poliwinylowych przewodów 3 o srednicy wewnetrz¬ nej okolo 4 mm i dlugosci calkowitej okolo 300 cm.W poliwinylowym przewodzie 3, laczacym tetnice ze sztuczna nerka kapilarna, znajduje sie wstawka z rurki lateksowej 4, o dlugosci okolo 15 cm wraz z pompa, zas w poliwinylowym przewodzie 3, la¬ czacym sztuczna nerke z zyla znajduje sie urza¬ dzenie 5, sluzace do odpowietrzania oraz wykry¬ wania skrzepów, przy czym do urzadzenia 5 mo¬ ze byc takze podlaczony manometr. Dlugosc poli¬ winylowego przewodu 3, laczacego sztuczna nerke z zyla wynosi okolo 200 cm.Kazdy zespól dializacyjny 1 (fig. 2) sklada sie ze stu rurek celofanowych 6 o dlugosci okolo 50 cm i srednicy wewnetrznej okolo 1 mm.Do kazdego zespolu dializacyjnego 1 krew dopro¬ wadzana jest za pomoca polietylenowego zbiorczego przewodu 7, polaczonego z rozprowadzajacymi rur¬ kami 2, przy czym dlugosc przewodu 7 wynosi oko¬ lo 6 cm a jego przekrój rozszerza sie konicznie majac srednice z jednej strony 2 mm, a z drugiej okolo 13 mm. Dlugosc rurek 2 wynosi okolo 6 cm, a srednica wewnetrzna — okolo 0,8 mm. Sztuczna nerka kapilarna jest zaopatrzona w polietylenowa krate 8, utrzymujaca poszczególne przewody 2 w odleglosci okolo 8 mm od siebie. Polietylenowe rur¬ ki 2 sa polaczone celofanowymi rurkami 6 za po-49137 Ftg.15 49137 6 moca winidurowego kapturka 9 (fig. 3). Poniewaz winidur jest tworzywem, którego jedna z cech jest tak zwana „pamiec ksztaltu" wobec czego rurka o pewnej srednicy po podgrzaniu moze byc znacz¬ nie poszerzona i po ostudzeniu zachowuje nadany jej ksztalt, zas powtórne jej ogrzanie powoduje w niej daznosc do przyjecia pierwotnego ksztaltu, w ten sposób po ostudzeniu rurka zewnetrzna zgniata silnie rurke wewnetrzna, powodujac scisle polaczenie jednej z druga."Odprowadzenie krwi jest lustrzanym odbiciem doprowadzenia.Zespól dializacyjny 1, umieszczony jest w kase¬ cie 10, o wymiarach okolo 9X9X68 cm. Na scianach wewnetrznych kaseta 10 wyposazona jest w rowki, w których umocowane sa polietylenowe kraty 8, co zapewnia odpowiednie napiecie celofanowych ru¬ rek 6. W dnach kasety 10 znajduja sie otwory, dla wlotowego przewodu 11 dla karbogenu oraz dla wylotowego przewodu 13, odprowadzajacego plyn dializacyjny, jak równiez otwory dla wylotowego przewodu 14 dla karbogenu.Otwory w dnach kasety 10 oraz przewody 13 i 14 dla karbogenu i plynu dializacyjnego sa tak dobrane, aby poziom plynu dializacyjnego ustawial sie zawsze ponizej górnego dna kasety 10.Zespoly rurek 6, ustawione sa pionowo, przy czym przeplyw krwi odbywa sie z góry na dól, a prze¬ plyw plynu dializacyjnego — z dolu ku górze. Pio¬ nowy przeplyw krwi zapobiega sedymentacji krwi¬ nek. Plyn dializacyjny przeplywa pod cisnieniem wlasnym ze zbiornika, umieszczonego powyzej u- rzadzenia, przez przewody 12, wykonane równiez z tworzywa sztucznego. Przezroczystosc przewodów odprowadzajacych oraz ich odpowiednie oswietle¬ nie umozliwia obserwacje zabarwienia plynu dia¬ lizacyjnego, co ulatwia wykrycie ewentualnego pek¬ niecia celofanowej rurki 6.Sztuczna nerka kapilarna funkcjonalnie jest zbli¬ zona do dzialania wlosniczek ustroju, które sa he- modializatorami, przy czym stwierdzono, ze najko¬ rzystniejsze warunki dla hemodializy wystepuja przy wlosniczkowym systemie dializacyjnym. Dlate¬ go tez zastapienie pojedynczego przewodu, jak to mialo miejsce w znanych podobnych urzadzeniach, szeregiem rurek kapilarnych znacznie zwieksza po¬ wierzchnie, przy zachowaniu tej samej pojemnosci, co przyczynia sie do zwiekszonej wydajnosci diali¬ zy. Dalszy wzrost wydajnosci dializy wynika z fak- 5 tu, iz w przewodach o przekroju kolowym, srednia droga dyfuzji czasteczek w poblizu blony jest naj¬ krótsza, przy czym im mniejsza srednica rurki tym ta droga jest krótsza. Rurki kapilarne nie wyma¬ gaja zadnych materialów i elementów wspieraja¬ cych, ograniczajacych efektywna powierzchnie dia¬ lizacyjna i utrudniajacych docieranie plynu diali¬ zacyjnego w bezposrednie sasiedztwo blony. Zmniej¬ szajac srednice rurki kapilarnej, mozna równiez zmniejszac dla danego ^cisnienia grubosc blony, z której jest wykonana rurka, przez co wydajnosc dia¬ lizy i ultrafiltracji ulega dalszemu podwyzszeniu. PL