RU2692329C2 - Method of artificial blood purification with dialysis solution regeneration in extracorporeal circuit and device for its implementation - Google Patents
Method of artificial blood purification with dialysis solution regeneration in extracorporeal circuit and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692329C2 RU2692329C2 RU2017113914A RU2017113914A RU2692329C2 RU 2692329 C2 RU2692329 C2 RU 2692329C2 RU 2017113914 A RU2017113914 A RU 2017113914A RU 2017113914 A RU2017113914 A RU 2017113914A RU 2692329 C2 RU2692329 C2 RU 2692329C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- solution
- blood purification
- dialysis solution
- regeneration
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000746 purification Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000385 dialysis solution Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002473 artificial blood Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 34
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 22
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 6
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 5
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 16
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 210000004303 peritoneum Anatomy 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 241000382509 Vania Species 0.000 claims 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 abstract description 25
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 9
- 210000000683 abdominal cavity Anatomy 0.000 description 7
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000001631 haemodialysis Methods 0.000 description 7
- 230000000322 hemodialysis Effects 0.000 description 7
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 6
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 6
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 5
- 206010034674 peritonitis Diseases 0.000 description 5
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108010046334 Urease Proteins 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- DDRJAANPRJIHGJ-UHFFFAOYSA-N creatinine Chemical compound CN1CC(=O)NC1=N DDRJAANPRJIHGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 210000003200 peritoneal cavity Anatomy 0.000 description 4
- 229910000166 zirconium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 3
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LEHFSLREWWMLPU-UHFFFAOYSA-B zirconium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Zr+4].[Zr+4].[Zr+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LEHFSLREWWMLPU-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N Heparin Chemical compound OC1C(NC(=O)C)C(O)OC(COS(O)(=O)=O)C1OC1C(OS(O)(=O)=O)C(O)C(OC2C(C(OS(O)(=O)=O)C(OC3C(C(O)C(O)C(O3)C(O)=O)OS(O)(=O)=O)C(CO)O2)NS(O)(=O)=O)C(C(O)=O)O1 HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 208000020832 chronic kidney disease Diseases 0.000 description 2
- 208000022831 chronic renal failure syndrome Diseases 0.000 description 2
- 229940109239 creatinine Drugs 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 229960002897 heparin Drugs 0.000 description 2
- 229920000669 heparin Polymers 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 2
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000010444 Acidosis Diseases 0.000 description 1
- 208000005223 Alkalosis Diseases 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000009123 Fibrin Human genes 0.000 description 1
- 108010073385 Fibrin Proteins 0.000 description 1
- BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N Fibrin monomer Chemical compound CNC(=O)CNC(=O)CN BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010020772 Hypertension Diseases 0.000 description 1
- 206010020919 Hypervolaemia Diseases 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical class [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 206010030113 Oedema Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N Uric Acid Chemical compound N1C(=O)NC(=O)C2=C1NC(=O)N2 LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N Uric acid Natural products N1C(=O)NC(=O)C2NC(=O)NC21 TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007950 acidosis Effects 0.000 description 1
- 208000026545 acidosis disease Diseases 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002340 alkalosis Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 229950003499 fibrin Drugs 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000003907 kidney function Effects 0.000 description 1
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000002357 osmotic agent Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000012959 renal replacement therapy Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 229940116269 uric acid Drugs 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 230000036642 wellbeing Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
- A61M1/16—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes
- A61M1/1694—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes with recirculating dialysing liquid
- A61M1/1696—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes with recirculating dialysing liquid with dialysate regeneration
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
- A61M1/28—Peritoneal dialysis ; Other peritoneal treatment, e.g. oxygenation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области медицины, а именно к проблемам детоксикации организма, и может быть применено в нефрологии, хирургии, реаниматологии и медицине катастроф для замещения утраченной функции выведения продуктов метаболизма и токсических веществ из организма и при лечении патологий, связанных с нарушением работы почек.The present invention relates to the field of medicine, namely to the problems of detoxification of the body, and can be applied in nephrology, surgery, resuscitation and disaster medicine to replace the lost function of excretion of metabolic products and toxic substances from the body and in the treatment of pathologies associated with impaired kidney function.
Из существующего уровня техники известен способ проточной электрохимической регенерации диализата, заключающийся в окислении содержащих мочевину органических отходов, удаляемых из крови человека, причем указанный способ использует ячейку, задающую направление потока диализата и имеет пористый проточный анод и катод, разделенные в направлении потока диализата [1]. Указанный способ заключается в том, что диализат, содержащий мочевину, пропускают через ячейку по направлению от анода к катоду так, что основная часть диализата пройдет анод до прохождения катода, сохраняя достаточную разность потенциалов между анодом и катодом для окисления хлорида, присутствующего в диализате. В результате этого присутствующая мочевина разлагается до азота и углекислого газа, и регенерированный диализат практически не содержит хлора, за исключением хлорида, в результате восстановления оставшегося хлора на аноде. Анод может быть выполнен из металлов платиновой группы, оксидов благородных металлов, угля или их комбинаций, катод может быть выполнен из платины, никеля, кадмия, олова, нержавеющей стали, пористого титана и рутения.From the current level of technology known method flow electrochemical regeneration of dialysate, which consists in the oxidation of urea-containing organic waste removed from human blood, and this method uses a cell that sets the direction of flow of dialysate and has a porous flow anode and cathode, separated in the direction of flow dialysate [1] . This method consists in that the dialysate containing urea is passed through the cell in the direction from the anode to the cathode so that the main part of the dialysate passes through the anode before passing through the cathode, while maintaining a sufficient potential difference between the anode and cathode for oxidizing the chloride present in the dialysate. As a result, the urea present decomposes to nitrogen and carbon dioxide, and the regenerated dialysate contains almost no chlorine, with the exception of chloride, as a result of the recovery of the remaining chlorine at the anode. The anode can be made of platinum group metals, oxides of noble metals, coal or their combinations, the cathode can be made of platinum, nickel, cadmium, tin, stainless steel, porous titanium and ruthenium.
Недостатками способа являются: удаление исключительно азотосодержащих соединений (в основном, мочевины), в то время как для искусственного очищения крови требуется удаление значительно большего количества метаболитов, отсутствие процесса удаления газовой фазы из диализата и использование металлов, переходящих в диализат в ходе электролиза, а далее в пациента, и с течением времени накапливающихся в организме [2].The disadvantages of the method are: removal of exclusively nitrogen-containing compounds (mainly urea), while artificial purification of the blood requires the removal of a significantly larger number of metabolites, the absence of the process of removing the gas phase from dialysate and the use of metals, passing into dialysate during electrolysis, and then in the patient, and over time accumulate in the body [2].
Известен способ искусственного очищения крови (гемодиализ) с электрохимической регенерацией диализирующего раствора, в процессе которого отделяют, очищают сорбентом и удаляют в атмосферу газы, из жидкой части диализирующего раствора удаляют сорбентами и ионитами остатки органических метаболитов и побочные продукты электролиза и возвращают очищенный диализирующий раствор в диализатор, из регенерируемого раствора перед его электролизом полостью удаляют ионы кальция и магния, а в очищенном диализирующем растворе восстанавливают концентрацию ионов кальция и магния до концентрации этих ионов в регенерируемом диализирующем растворе путем введения в него раствора хлоридов кальция и магния [3].The known method of artificial blood purification (hemodialysis) with electrochemical regeneration of the dialysing solution, during which they separate, clean the sorbent and remove gases into the atmosphere, remove organic metabolites and electrolysis by-products from the liquid part of the dialyzing solution with sorbents and ion exchangers , from the regenerated solution, before its electrolysis by the cavity, remove calcium and magnesium ions, and in the purified dialysis solution, restore the end the concentration of calcium and magnesium ions to the concentration of these ions in the regenerated dialysis solution by introducing into it a solution of calcium and magnesium chlorides [3].
Недостатками данного способа являются: необходимость использования дорогостоящих и редких ионно-обменных смол (в т.ч. цеолиты), платины (драгоценный редкий дорогостоящий металл, факт перехода которого в раствор в процессе электролиза доказан в работе [2], что с течением времени может привести к его накоплению в организме пациента), низкая физиологичность процедуры искусственного очищения крови (добавление значительного количества буферных растворов для коррекции рН и корректирующих растворов для стабилизации ионного состава раствора, высокие скорости удаления метаболитов в течение коротких циклов, а, следовательно, неприменимость для проведения длительного диализа), низкое качество жизни пациентов (способ применим к гемодиализу, ввиду массивного исполнения аппаратов, пациенты должны проходить процедуру искусственного очищения рядом с аппаратом и значительно ограничены в свободе передвижения).The disadvantages of this method are: the need to use expensive and rare ion-exchange resins (including zeolites), platinum (precious rare expensive metal, the fact of its transition into solution during the electrolysis process was proved in [2], which can lead to its accumulation in the patient's body), low physiology of the procedure of artificial blood purification (adding a significant amount of buffer solutions for pH adjustment and corrective solutions for stabilizing the ionic composition of the solution, High rates of removal of metabolites for short cycles, and, therefore, inapplicability for long-term dialysis), poor quality of life for patients (the method is applicable to hemodialysis, due to the massive performance of the device, patients must undergo an artificial cleaning procedure next to the device and are significantly limited in freedom of movement ).
Наиболее близким к заявленному способу является способ очищения крови с регенерацией диализирующего раствора в аппаратах «искусственная почка» на основе гемодиализа, заключающийся в пропускании раствора, поступающего из диализатора последовательно через электролизер с электро-каталитическими платиновыми электродами при плотностях тока на электродах 1-10 мА/см2, газожидкостной сепаратор и фильтр с платинированным углем с последующим возвращением раствора на диализатор, при этом в процессе циркуляции диализирующего раствора устанавливают время контакта диализирующего раствора с платинированным углем фильтра не менее 10 с, с последующим измерением концентрации гипохлорита натрия непосредственно после электролизера, поддерживая ее на уровне 50±10 мг/л путем регулирования плотности тока электролизера, устанавливая в начале сеанса максимальную ее величину, а затем снижая ее так, чтобы концентрация гипохлорита натрия оставалась в указанных допустимых пределах [4]. Для стабилизации рН в диализирующий раствор постоянно добавляется буферный (корректирующий) раствор.The closest to the claimed method is a method of purifying blood with dialysis solution regeneration in hemodialysis-based artificial kidney devices, which consists in passing the solution coming from the dialyzer successively through an electrolyzer with electrocatalytic platinum electrodes at current densities of 1-10 mA to the electrodes / cm 2 , gas-liquid separator and filter with platinized carbon with the subsequent return of the solution to the dialyzer, while in the process of circulation of the dialysis solution installed The contact time of the dialysis solution with platinum-coated filter carbon is at least 10 seconds, followed by measuring the sodium hypochlorite concentration immediately after the electrolyzer, maintaining it at 50 ± 10 mg / l by adjusting the current density of the electrolyzer, setting its maximum value at the beginning of the session, and then reducing it so that the concentration of sodium hypochlorite remains within the specified acceptable limits [4]. To stabilize the pH, a buffer (corrective) solution is constantly added to the dialysis solution.
Недостатками данного способа являются: использование платины (драгоценный редкий дорогостоящий металл, переход которого в раствор в процессе электролиза которого доказана в работе [2], что с течением времени может привести к его накоплению в организме пациента), низкая физиологичность способа искусственного очищения крови (выделение гипохлорита натрия, добавление значительного количества буферных растворов для коррекции рН, высокие скорости удаления метаболитов в течение коротких циклов, а, следовательно, неприменимость для проведения длительного диализа), низкое качество жизни пациента (способ применим к гемодиализу, ввиду массивного исполнения аппаратов, пациенты должны проходить процедуру искусственного очищения рядом с аппаратом и значительно ограничены в свободе передвижения).The disadvantages of this method are: the use of platinum (precious rare expensive metal, the transition of which to the solution during electrolysis was proved in [2], which can lead to its accumulation in the patient over time), low physiology of the method of artificial blood purification sodium hypochlorite, the addition of a significant amount of buffer solutions for pH adjustment, high removal rates of metabolites for short cycles, and, therefore, inapplicability to I have a long-term dialysis), poor quality of life of the patient (the method is applicable to hemodialysis, due to the massive performance of the apparatus, patients must undergo an artificial cleaning procedure next to the apparatus and are significantly restricted in their freedom of movement).
Известно устройство, осуществляющее способ [4], содержащее последовательно соединенные электролизер, газожидкостный сепаратор, сорбционную колонку, проточный холодильник и блок контроля параметров диализирующего раствора, блок управления, насос-дозатор, резервуар корректирующего раствора, катионообменную колонку. Недостатками данного технического решения являются:A device implementing the method [4] is known, which contains a series-connected electrolyzer, a gas-liquid separator, a sorption column, a flow-through cooler and a dialysate solution control unit, a control unit, a dosing pump, a reservoir of correction solution, a cation-exchange column. The disadvantages of this technical solution are:
- значительные габариты устройства (аппарат предназначен для использования в клинических условиях как альтернатива гемодиализной аппаратуре со сливом отработанного диализирующего раствора, масса которого составляет около 85 кг) [5],- significant dimensions of the device (the device is intended for use in clinical conditions as an alternative to hemodialysis equipment with the discharge of spent dialysate, which weighs about 85 kg) [5],
- использование платинового покрытия электродов (платина может переходить в диализирующий раствор и оказывать токсический эффект на организм пациента, также платина является драгоценным металлом);- the use of platinum coating electrodes (platinum can go into dialysis solution and have a toxic effect on the patient's body, also platinum is a precious metal);
- высокие показатели потребления электроэнергии (плотность тока, пропускаемого через электролизер - до 100 мА/см2 при напряжении в 3 В, таким образом, потребление каждой пары электродов составляет более 50 Вт, что неприемлимо при портативной реализации устройства);- high rates of electricity consumption (current density passed through the electrolyzer - up to 100 mA / cm 2 at a voltage of 3 V, thus, the consumption of each pair of electrodes is more than 50 W, which is unacceptable for a portable device)
- использование проточного холодильника для постоянного охлаждения диализирующего раствора на 3-5°С, что повышает габариты и энергопотребление устройства;- the use of a flow cooler for permanent cooling of the dialyzing solution at 3-5 ° C, which increases the size and power consumption of the device;
- необходимость использования дорогостоящих и редких ионно-обменных смол (в т.ч. цеолиты);- the need to use expensive and rare ion-exchange resins (including zeolites);
- необходимость использования гепарина или других соединений, обеспечивающих разжижения крови для уменьшения тромбообразования в диализаторе;- the need to use heparin or other compounds that provide blood thinning to reduce blood clots in the dialyzer;
- подкисление диализирующего раствора на выходе блока регенерации; исследования показали, что при электроокислении мочевины на платиновых электродах происходит снижение рН с 7 до 4 в течение первых двух часов;- acidification of the dialysate solution at the output of the regeneration unit; studies have shown that during the electro-oxidation of urea on platinum electrodes, the pH decreases from 7 to 4 in the first two hours;
- невозможность плавного управления скоростью электроокисления мочевины (реализовано в виде последовательно подключенных четырех секций электролизера с независимым электропитанием: при необходимости уменьшения скорости электроокисления мочевины отключается одна из секций электролизера);- the inability to smoothly control the rate of urea electro-oxidation (implemented in the form of four sections of an electrolyzer connected in series with independent power supply: if one needs to reduce the rate of urea electro-oxidation, one of the sections of the electrolyzer is turned off);
- чрезмерно интенсивное воздействие на организм пациента (за 4-6 часов удаляется 2-3 дневная норма, что приводит к перепадам концентраций веществ в крови и сказывается на самочувствии пациентов);- excessively intense effects on the patient's body (2-3 days ’time is removed in 4-6 hours, which leads to changes in the concentration of substances in the blood and affects the well-being of patients);
- низкое качество жизни пациента (аппарат значительно ограничивает свободу передвижений пациента, связан с частым посещением диализных центров).- poor quality of life of the patient (the device significantly limits the freedom of movement of the patient, associated with frequent visits to dialysis centers).
Известен ряд технических решений, связанных с изобретением носимого аппарата «искусственная почка» на основе использования иммобилизированного фермента уреаза [6, 7]. В качестве твердофазного носителя, как правило, используется активированный уголь [8]. Подобная аппаратура включает в себя сорбционную колонку со слоями активированного угля, иммобилизированной уреазы, фосфата циркония, оксида циркония, буферных слоев, ионно-обменных смол фильтров и пр., насосы для перемещения диализирующего раствора через контур регенерации диализата и диализатор, насос для перемещения крови через диализатор, модуля управления и батареи питания. Данные подходы основаны на использовании метода гемодиализа и имеют следующие недостатки:There are a number of technical solutions associated with the invention of a wearable device "artificial kidney" based on the use of immobilized urease enzyme [6, 7]. As a solid carrier, activated carbon is usually used [8]. Such equipment includes a sorption column with layers of activated carbon, immobilized urease, zirconium phosphate, zirconium oxide, buffer layers, ion exchange resin filters, etc., pumps for moving dialysis solution through dialysate regeneration circuit and dialyzer, pump for moving blood through dialyzer, control module and battery. These approaches are based on the use of hemodialysis and have the following disadvantages:
- необходимость использования гепарина или других соединений, обеспечивающих разжижения крови для уменьшения тромбообразования в диализаторе;- the need to use heparin or other compounds that provide blood thinning to reduce blood clots in the dialyzer;
- необходимость забора крови в экстракорпоральный контур и связанные с этим проблемы сосудистого доступа и опасности заражения крови;- the need for blood in the extracorporeal circuit and the associated problems of vascular access and the risk of blood contamination;
- дороговизна изготовления сорбционных колонок в связи с использованием фермента уреаза и необходимости использования оксида и фосфата циркония;- the high cost of manufacturing sorption columns in connection with the use of the enzyme urease and the need to use zirconium oxide and phosphate;
- в ходе регенерации диализирующего раствора происходит увеличение рН раствора с 7 до 9 в течение первых двух часов, что приводит к необходимости добавления буферного раствора в течение процедуры;- during the regeneration of the dialysing solution, the pH of the solution increases from 7 to 9 during the first two hours, which makes it necessary to add a buffer solution during the procedure;
- ограниченное время работы фермента (в носимом исполнении ресурс колонки вырабатывается за 4-8 часов);- limited time of the enzyme (in a wearable version, the column resource is produced in 4-8 hours);
- высокая скорость удаления метаболитов из организма, которая существенно превышает физиологическую скорость их удаления;- high rate of removal of metabolites from the body, which significantly exceeds the physiological rate of their removal;
Наиболее близким по технической сущности является «Носимая почка» [9]. Система включает в себя один или более порт в брюшной полости пациента, объем перитонеального раствора, замкнутый гидравлический контур для циркуляции перитонеального раствора, насос, блок управления (микроконтроллер), сменную дренажную емкость для сбора излишков жидкости, фильтр для удаления твердых частиц и остатков, сменный картридж для регенерации перитонеального раствора, имеющий слой, удаляющий мочевину. Картридж содержит слой очистки раствора от тяжелых металлов, оксидантов а также ионообменный сорбент для удаления фосфатов и сульфатов. При этом слой удаления мочевины представляет собой сульфокатионит с основной смолой, смолу с двойными свойствами или фермент, разлагающий мочевину с ионообменным сорбентом. В раствор постоянно подмешивается осмотический агент. В состав картриджа входят ионообменные смолы и фосфат циркония.The closest in technical essence is "Wearable kidney" [9]. The system includes one or more ports in the abdominal cavity of the patient, the volume of peritoneal solution, a closed hydraulic circuit for circulating the peritoneal solution, a pump, a control unit (microcontroller), a replaceable drainage tank for collecting excess liquid, a filter for removing solid particles and residues, a replaceable cartridge for the regeneration of peritoneal solution, having a layer that removes urea. The cartridge contains a layer of solution cleaning from heavy metals, oxidants as well as an ion exchange sorbent to remove phosphates and sulfates. In this case, the urea removal layer is a sulfonic cation resin with a base resin, a resin with dual properties, or an enzyme that decomposes urea with an ion exchange sorbent. An osmotic agent is constantly mixed into the solution. The cartridge contains ion exchange resins and zirconium phosphate.
Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:
- подключение аппарата к кровотоку пациента для обеспечения ультрафильтрации;- connect the device to the patient's bloodstream to ensure ultrafiltration;
- в ходе регенерации диализирующего раствора происходит увеличение рН раствора до 9 в течение первых двух часов, что приводит к необходимости добавления буферного раствора в течение процедуры (что приводит к увеличению объема раствора в брюшной полости пациента, а, следовательно, и перегрузка жидкостью организма - гиперволюмия, что напрямую связано с повышением смертности пациентов [10]);- during the regeneration of the dialysing solution, the pH of the solution increases to 9 within the first two hours, which leads to the need to add a buffer solution during the procedure (which leads to an increase in the volume of the solution in the patient’s abdominal cavity, and, consequently, an overload of the body fluid - hypervolume which is directly related to the increase in patient mortality [10]);
- ограниченное время работы фермента (в носимом исполнении ресурс колонки вырабатывается за 4-8 часов, в то время как использование электролизера неограниченно по времени);- limited time of the enzyme (in a wearable version, the column life is produced in 4-8 hours, while the use of the electrolyzer is unlimited in time);
- высокий риск перитонита, вызванный частой самостоятельной сменой расходных материалов пациентом;- high risk of peritonitis caused by frequent self-replacement of consumables by the patient;
- использование в составе колонки дорогостоящего фермента уреаза, фосфата циркония и ионообменных смол;- use in the composition of the column expensive enzyme urease, zirconium phosphate and ion exchange resins;
- несъемная аккумуляторная батарея;- non-removable battery;
- отсутствие индикации на смартфоне;- lack of indication on the smartphone;
- низкая физиологичность процесса искусственного очищения крови, связанного с корректировкой рН и накоплением жидкости в организме пациента;- low physiology of the process of artificial blood purification associated with the adjustment of pH and the accumulation of fluid in the patient's body;
- частая замена расходных материалов (раз в 4-8 часов).- frequent replacement of consumables (every 4-8 hours).
Задачей изобретения является обеспечение длительного низкопоточного перитонеального диализа без замены расходных материалов, повышение физиологичности процедуры диализа, снижение риска перитонита, обеспечение возможности плавной регулировки скорости удаления мочевины из диализирующего раствора, повышение удобства использования аппарата и качества жизни пациентов.The objective of the invention is to provide long-term low-flux peritoneal dialysis without replacing consumables, improving the physiology of the dialysis procedure, reducing the risk of peritonitis, ensuring the smooth adjustment of the rate of urea removal from dialysis fluid, improving the usability of the device and the quality of life of patients.
Данная задача решается за счет того, что в способе искусственного очищения крови с регенерацией диализирующего раствора в экстракорпоральном контуре, включающем его электроокисление на электродах с изменением скорости удаления мочевины, последующее отделение газовой фазы в газо-жидкостном сепараторе с датчиком уровня жидкости на основе двухэлектродной системы, пропускание через сорбционные колонки, диализирующий раствор проходит через калиевый и белковый сорбенты, электроокисление происходит на электродах из углеродных материалов, стабилизация ионного состава и рН осуществляется за счет циклического изменения напряжения на электродах, обеспечивающих саморегуляцию процессов электролиза и сорбции без использования ионообменных смол и буферных добавок, управление скоростью удаления мочевины осуществляется плавным изменением плотности тока, пропускаемого через электроды, и рассчитываемое на основании получаемых по обратной связи данных с датчика аммиака, для удаления излишков жидкости осуществляется ультрафильтрация путем перекрытия клапана в магистрали.This problem is solved due to the fact that in the method of artificial blood purification with regeneration of dialysis solution in the extracorporeal circuit, including its electro-oxidation on the electrodes with a change in the urea removal rate, the subsequent separation of the gas phase in a gas-liquid separator with a liquid level sensor based on a two-electrode system, passing through sorption columns; dialyzing solution passes through potassium and protein sorbents; electro-oxidation occurs on electrodes from carbon materials , the stabilization of the ionic composition and pH is carried out by cyclically changing the voltage on the electrodes, providing self-regulation of electrolysis and sorption processes without using ion exchange resins and buffer additives; the urea removal rate is controlled by a smooth change in the current density passed through the electrodes, and is calculated on the basis of communication data from the ammonia sensor, to remove excess liquid is ultrafiltration by shutting off the valve in the line.
Ввиду того, что срок работы электролизера ограничен только технической поломкой, срок его использования значительно превышает время выработки ферментов и позволяет проводить диализ непрерывно в течение нескольких дней.Due to the fact that the period of operation of the electrolyzer is limited only by technical failure, the period of its use significantly exceeds the time of production of enzymes and allows dialysis continuously for several days.
Решение поставленной задачи достигается также тем, что в устройстве для искусственного очищения крови с регенерацией диализиурющего раствора в экстракорпоральном контуре, включающем в себя блок управления, раствор для перитонеального диализа, насосы, внутреннюю магистраль аппарата, подключенную через один или более портов к имплантируемому в брюшину катетеру, сменную сорбционную емкость, сменную дренажную емкость для сбора излишков жидкости и фильтры для удаления твердых частиц согласно данному изобретению для для перемещения диализирующего раствора используется роликовый насос, для удаления мочевины используется электролизер с электродами из углеродных материалов, используется две собрционные колонки, одна из которых располагается перед электролизером и включает в себя активированный уголь, белковый, калиевый и фосфатный сорбенты, а вторая располагается после электролизера и включает в себя активированный уголь, имеется дегазатор, выполненный в виде газо-жидкостного сепаратора с емкостными датчиками уровня, модуль управления содержит Bluetooth микросхему для соединения со смартфоном, с помощью которого осуществляется управление устройством, имеется сменная аккумуляторная батарея, подключаемая к модулю управления с помощью электрического кабеля.The solution of this task is also achieved by the fact that in a device for artificial blood purification with regeneration of dialysing solution in an extracorporeal circuit, including a control unit, a solution for peritoneal dialysis, pumps, an internal line of the device connected through one or more ports to the catheter implanted into the peritoneum , replaceable sorption tank, replaceable drainage tank for collecting excess liquid and filters for removing solid particles according to this invention for moving dialy A roller pump is used for the solution; an electrolyzer with carbon materials is used to remove urea; two assembly columns are used, one of which is located in front of the electrolyzer and includes activated carbon, protein, potassium and phosphate sorbents, and the second is located after the electrolyzer and includes activated carbon itself, there is a degasser made in the form of a gas-liquid separator with capacitive level sensors, the control module contains a Bluetooth chip for co of the connections with a smartphone, via which the control device, has a replaceable battery pack, connected to the control unit via an electric cable.
Все это позволяет производить непрерывный диализ с корректировкой уровня жидкости в перитонеальной полости, забором излишков жидкости в течение длительного времени без замены расходных материалов и повышает качество жизни пациентов за счет того, что сокращает частоту замены расходных материалов, а, следовательно, и вероятность перитонита.All this allows continuous dialysis with the adjustment of the fluid level in the peritoneal cavity, taking excess fluid for a long time without replacing consumables and improves the quality of life of patients due to the fact that it reduces the frequency of replacement consumables, and, consequently, the likelihood of peritonitis.
При этом для дополнительного разделения перитонеальной полости и блока регенерации может использоваться диализатор и два роликовых насоса.At the same time, for additional separation of the peritoneal cavity and the regeneration unit, a dialyzer and two roller pumps can be used.
В частности обеспечение длительного низкопоточного перитонеального диализа без смены расходных материалов достигается тем, что отсутствует необходимость корректировки ионного состава и рН раствора для перитонеального диализа, срок службы электролизера, удаляющего мочевину, ограничен сроком выработки электродов и значительно превышает срок выработки ферментов, что позволяет проводить смену расходных материалов в течение 1,5 суток и более.In particular, ensuring long-term low-flux peritoneal dialysis without changing consumables is achieved by the fact that there is no need to adjust the ionic composition and pH of the solution for peritoneal dialysis, the service life of the electrolyzer that removes urea is limited to the period of production of electrodes and significantly exceeds the period of production of enzymes, which allows changing consumables materials for 1.5 days or more.
Повышение физиологичности процедуры диализа достигается тем, что рН раствора корректируется без добавления буферных растворов, скорости удаления метаболитов соответствуют скоростям генерации метаболитов организмом пациента, что позволяет поддерживать из концентрацию в крови на физиологически нормальном уровне без скачков, снижением рисков ацидоза и алкалоза ввиду того, что диализат находится в брюшной полости дольше, и лактат успевает метаболизироваться, а также за счет поддержания рН раствора для перитонеального диализа на уровне 7±0,2. При этом регуляция ионного состава и рН осуществляется за счет циклического изменения напряжения на электродах.An increase in the physiology of the dialysis procedure is achieved by the fact that the pH of the solution is adjusted without adding buffer solutions, the removal rates of metabolites correspond to the rates of generation of metabolites by the patient's body, which allows maintaining physiologically normal blood concentration without jumps, reducing the risk of acidosis and alkalosis, because dialysate is in the abdominal cavity longer, and lactate has time to metabolize, as well as by maintaining the pH of the solution for peritoneal dialysis at the
Снижение риска перитонита достигается тем, что смена расходных материалов осуществляется не чаще чем 1 раз в 1,5 суток.Reducing the risk of peritonitis is achieved by the fact that the change of consumables is carried out no more than 1 time in 1.5 days.
Обеспечение возможности плавной регулировки скорости удаления мочевины из диализирующего раствора достигается возможностью плавного изменения плотности тока, пропускаемого через электроды электролизера. Использование угольных электродов и регуляция ионного состава за счет циклического изменения напряжения на электродах системы позволяет менять ток без его влияния на ионный состав раствора.Ensuring the possibility of smooth adjustment of the rate of removal of urea from dialysis solution is achieved by the possibility of a smooth change in the density of the current passed through the electrodes of the cell. The use of carbon electrodes and the regulation of the ionic composition due to the cyclic voltage change on the electrodes of the system allows changing the current without affecting the ionic composition of the solution.
Повышение удобства использования аппарата достигается тем, что модуль управления содержит Bluetooth микросхему для соединения со смартфоном, с помощью которого осуществляется управление устройством, аккумуляторная батарея является сменной и подключаемой к модулю управления с помощью электрического кабеля.Improving the usability of the device is achieved by the fact that the control module contains a Bluetooth chip for connecting to a smartphone, with which the device is controlled, the rechargeable battery is removable and connected to the control module with an electric cable.
Повышение качества жизни пациента достигается тем, что аппарат обладает незначительными массогабаритными параметрами и выполнен в носимом варианте, смена расходных материалов осуществляется раз в 1,5 суток, вследствие чего уменьшается риск перитонита, также реализована возможность контролируемого удаления излишков жидкости из перитонеальной полости пациента, обеспечивается повышение клиренсов по метаболитам за счет поддержания максимальных скоростей потоков веществ через перитонеальную мембрану, обусловленных градиентом концентрации.Improving the quality of life of the patient is achieved by the fact that the device has insignificant weight and size parameters and is made in a wearable version, consumables are changed every 1.5 days, as a result of which the risk of peritonitis is reduced, the possibility of controlled removal of excess fluid from the patient’s peritoneal cavity is also realized metabolism clearance by maintaining maximum flow rates of substances through the peritoneal membrane, due to the concentration gradient ation.
Предлагаемый способ позволяет производить искусственное очищение крови пациентам с хронической почечной недостаточностью методом перитонеального диализа с регенерацией диализирующего раствора в экстракорпоральном контуре. Способ включает в себя процедуру перитонеального диализа, при которой в брюшную полость человека через специальный катетер помещается специальный раствор для перитонеального диализа. Далее происходит процесс массопереноса веществ между кровью, протекающей в капиллярах брюшины и раствором для перитонеального диализа. Предлагаемый способ заключается в постоянном удалении из раствора для перитонеального диализа продуктов метаболизма для того, чтобы увеличить длительность его использования с 4-6 часов до 36-38 часов, поддерживая при этом максимально возможные потоки метаболитов из крови в раствор для перитонеального диализа. Раствор для перитонеального диализа, требующий очищения, забирается роликовым насосом из брюшной полости и последовательно пропускается через фильтры и сорбенты для того, чтобы задержать метаболиты (креатинин, мочевая кислота и др.), ионы калия, затем осуществляется процедура электролиза предварительно очищенного раствора, при этом мочевина разлагается до газовой смеси азота, углекислого газа и угарного газа. При этом напряжение на электродах циклически изменяется для стабилизации ионного состава раствора, а плотность тока рассчитывается по обратной связи от датчика аммиака, что позволяет плавно регулировать скорость удаления мочевины для поддержания ее концентрации в физиологическом диапазоне. Далее раствор попадает в газожидкостный сепаратор, в котором происходит отделение газовой фазы и ее высвобождение в атмосферу. Затем производится дополнительное пропускание раствора через сорбционную колонку с активированным углем, фильтрация частичек углерода и возвращение в брюшную полость очищенного раствора, а также удаление излишков жидкости в контуре в мешок для ультрафильтрата путем перекрытия клапана в магистрали.The proposed method allows the artificial purification of blood in patients with chronic renal failure by the method of peritoneal dialysis with regeneration of dialysis solution in the extracorporeal circuit. The method includes a peritoneal dialysis procedure, in which a special solution for peritoneal dialysis is placed through a special catheter into the human abdominal cavity. Next, there is a process of mass transfer of substances between the blood flowing in the capillaries of the peritoneum and the solution for peritoneal dialysis. The proposed method consists in the constant removal from the solution for peritoneal dialysis of metabolic products in order to increase the duration of its use from 4-6 hours to 36-38 hours, while maintaining the maximum possible flow of metabolites from the blood into the solution for peritoneal dialysis. The solution for peritoneal dialysis, which requires purification, is taken by a roller pump from the abdominal cavity and is subsequently passed through filters and sorbents in order to delay metabolites (creatinine, uric acid, etc.), potassium ions, then the electrolysis of the previously purified solution is performed urea decomposes to a gas mixture of nitrogen, carbon dioxide and carbon monoxide. The voltage on the electrodes cyclically changes to stabilize the ionic composition of the solution, and the current density is calculated from the feedback from the ammonia sensor, which allows you to smoothly adjust the rate of urea removal to maintain its concentration in the physiological range. Next, the solution enters the gas-liquid separator, in which the separation of the gas phase and its release into the atmosphere. Then, additional solution is passed through the sorption column with activated carbon, carbon particles are filtered and the cleaned solution is returned to the abdominal cavity, and the excess liquid in the circuit is removed into the ultrafiltrate bag by closing the valve in the line.
Устройство представляет собой носимый портативный аппарат для длительного (круглосуточного) искусственного очищения крови пациентов с хронической почечной недостаточностью. Аппарат выполняется в виде рюкзака с заплечными ремнями и тазовым креплением. Через тазовое крепление осуществляется доступ к катетерам, располагающимся в брюшине пациента и через которые осуществляется рециркуляция раствора для перитонеального диализа. Внутреннее пространство рюкзака разделено на два отсека: первый, доступный пациенту, включает в себя крепления расходных материалов, которые необходимо регулярно менять: сорбционные колонки и магистраль, второй отек включает в себя электронные компоненты, доступ к которым в штатном режиме не требуется. Пациент носит аппарат на себе, перемещаясь при этом свободно в любом помещении или на улице, при этом электропитание аппарата осуществляется от сменной аккумуляторной батареи. Кроме того, аппарат может использоваться в домашних условиях или на работе, при этом, в случае наличия рядом розетки, электропитание аппарата может осуществляться от сети, а аппарат может располагаться на специально оборудованном столике, штативе и т.д.The device is a portable portable device for long-term (round-the-clock) artificial purification of the blood of patients with chronic renal failure. The device is made in the form of a backpack with shoulder straps and pelvic fastening. Through pelvic fastening, access is made to catheters located in the patient's peritoneum and through which the solution for peritoneal dialysis is recirculated. The inner space of the backpack is divided into two compartments: the first, accessible to the patient, includes attachment of consumables, which must be regularly changed: sorption columns and main, the second edema includes electronic components, access to which is not required in normal mode. The patient carries the device on himself, while moving freely in any room or on the street, while the power supply of the device is carried out from a replaceable rechargeable battery. In addition, the device can be used at home or at work, while in the case of a nearby outlet, the device can be powered from the mains, and the device can be placed on a specially equipped table, tripod, etc.
На фиг. 1 изображена схема носимого устройства для искусственного очищения крови, где 1 - модуль управления, 2 - смартфон, 3 - Электролизер, 4 - датчики уровня жидкости, 5 - роликовый насос, 6 - модуль индикации, 7, 8, 9 - клапаны электромеханические 3/2, 10 - датчик аммиака, 11 - магистраль, 12 и 13 - сорбционные колонки, 14 и 15 - заборный и возвратный катетеры, 16 - газо-жидкостный сепаратор, 17 и 18 - фильтрующие элементы, 19 - мешок для сбора излишков жидкости.FIG. 1 shows a diagram of a wearable device for artificial blood purification, where 1 is a control module, 2 is a smartphone, 3 is an Electrolyzer, 4 are liquid level sensors, 5 is a roller pump, 6 is an indicating module, 7, 8, 9 are
На фиг. 2 изображена схема носимого устройства для искусственного очищения крови, где 20 - роликовый насос, 21 - диализатор.FIG. 2 shows a diagram of a wearable device for artificial blood purification, where 20 is a roller pump, 21 is a dialyzer.
На фиг. 3 изображена схема носимого устройства для искусственного очищения крови, где 22, 23 - клапаны одноходовые пассивные.FIG. 3 shows a diagram of a wearable device for artificial blood purification, where 22, 23 are passive valves with one pass.
Устройство состоит из набора электрических и гидравлических элементов. Основным элементом электрического контура является модуль управления (1), к которому с помощью многожильных кабелей с разъемами подключаются исполнительные элементы: роликовые насосы (5, 20), электролизер (3) и модуль индикации (6), клапаны электромеханические (7, 8 и 9), датчик аммиака (10) а также по беспроводной связи осуществляется взаимодействие со смартфоном (2). Основным гидравлическим элементом, является магистраль (11). К ней подключаются: катетеры (14, 15) в зависимости от исполнения, фильтрующие элементы (17, 18), сорбционные колонки (12, 13), электролизер (3), газо-жидкостный сепаратор (16), диализатор (21) (при наличии), клапаны одноходовые пассивные (22 и 23) и мешок для сбора излишков жидкости (19).The device consists of a set of electrical and hydraulic elements. The main element of the electric circuit is the control module (1), to which the executive elements are connected with multi-strand cables with connectors: roller pumps (5, 20), electrolyzer (3) and display module (6), electromechanical valves (7, 8 and 9 ), ammonia sensor (10) as well as wireless communication with the smartphone (2). The main hydraulic element is the trunk (11). Connected to it are: catheters (14, 15) depending on the version, filtering elements (17, 18), sorption columns (12, 13), electrolyzer (3), gas-liquid separator (16), dialyzer (21) (with availability), one-way passive valves (22 and 23) and a bag for collecting excess liquid (19).
Устройство работает следующим образом: через заборный катетер (14) с помощью роликового насоса (5) производится забор раствора для перитонеального диализа из брюшной полости пациента в экстракорпоральный контур по магистрали (11), перемещается через сорбционную колонку (12) в которой осуществляется сорбция белковых соединений, ионов калия, фосфора, креатинина и др. продуктов метаболизма человека. Далее раствор перемещается через электролизер (3), на рабочей поверхности электродов которого происходит электроокисление мочевины с образованием газовой фазы, совмещенный (выполненный в одном корпусе) с газо-жидкостным сепаратором (16), в котором происходит отделение газовой фазы и ее высвобождение в атмосферу. Далее раствор перемещается через сорбционную колонку для дополнительной очистки активированным углем и поступает в пациента через возвратный катетер (15). Модуль управления устройством (1) контролирует и регламентирует работу роликового насоса (5), электролизера (3) и газо-жидкостного сепаратора (16), и модуля индикации (6). Пользователь производит мониторинг процедуры искусственного очищения крови с помощью смартфона (2), связывающегося с модулем управления по Bluetooth соединению. В случае утери, разрядке или неисправности смартфона, его замещает модуль индикации (6), содержащий экран и органы управления (кнопки выбора). Механические фильтры (17) и (18) установлены для фильтрации крупных частиц органических соединений (фибриновые нити, частички активированного угля и пр.). Датчик аммиака позволяет оценивать концентрацию мочевины в диализате и по этим данным контролируется плотность тока в электролизере. Излишки жидкости собираются в мешок (19) при этом забор излишков жидкости осуществляется путем включения электромеханического клапана (7). Клапаны (8, 9) в случае низкой концентрации мочевины в растворе позволяют осуществлять перемещение диализата в обход электролизера.The device works as follows: through the intake catheter (14) using a roller pump (5) the solution for peritoneal dialysis is taken from the patient's abdominal cavity to the extracorporeal circuit along the highway (11), which moves through the sorption column (12) in which the protein compounds are sorbed , potassium ions, phosphorus, creatinine and other products of human metabolism. Next, the solution moves through the electrolyzer (3), on the working surface of the electrodes of which the urea is electrooxidized to form a gas phase, combined (made in one case) with a gas-liquid separator (16), in which the gas phase is separated and released into the atmosphere. Next, the solution moves through the sorption column for additional purification with activated carbon and enters the patient through a return catheter (15). The device control module (1) controls and regulates the operation of the roller pump (5), the electrolyzer (3) and the gas-liquid separator (16), and the display module (6). The user monitors the procedure of artificial blood purification using a smartphone (2), which communicates with the control module via a Bluetooth connection. In case of loss, discharge or malfunction of the smartphone, it is replaced by the display module (6), which contains the screen and controls (selection buttons). Mechanical filters (17) and (18) are installed to filter large particles of organic compounds (fibrin filaments, particles of activated carbon, etc.). The ammonia sensor allows to estimate the concentration of urea in dialysate and from these data the current density in the electrolyzer is monitored. The excess liquid is collected in the bag (19) while the excess liquid is taken by switching on the electromechanical valve (7). Valves (8, 9) in the case of a low concentration of urea in the solution allow movement of the dialysate to bypass the electrolyzer.
В случае наличия диализатора (21) (см. фиг. 2) для разделения контура регенерации от контура пациента, дополнительно используется насос (20).In the case of the presence of a dialyzer (21) (see FIG. 2), the pump (20) is additionally used to separate the regeneration circuit from the patient circuit.
В случае использования однокатетерной системы катетер (14) используется как для забора, так и для возврата диализата поочередно (см. фиг. 3), в контуре должны использоваться дополнительно одноходовые клапаны (22, 23) для того, чтобы жидкость в плечах контура могла идти только в одном направлении. При этом роликовый насос (5) должен работать поочередно на забор и на возврат. При заборе диализата этом уровень жидкости в газо-жидкостном сепараторе контролируемо поднимается. По достижению заданного уровня жидкости, насос (5) начинает осуществлять расход в другую сторону, на возврат, при этом уровень жидкости в газо-жидкостном сепараторе контролируемо падает до требуемого значения, а очищенный раствор для перитонеального диализа перемещается в перитонеальную полость пациента и так далее.In the case of using a single-catheter system, the catheter (14) is used both for collecting and returning the dialysate alternately (see Fig. 3), in the circuit one-way valves (22, 23) should be used additionally so that the fluid in the arms of the circuit can go only in one direction. In this case, the roller pump (5) must work alternately for the fence and for return. When the dialysate is collected, the level of liquid in the gas-liquid separator rises in a controlled manner. Upon reaching the specified fluid level, the pump (5) begins to discharge in the other direction, to return, while the liquid level in the gas-liquid separator is controlled to the desired value, and the purified solution for peritoneal dialysis moves into the patient's peritoneal cavity, and so on.
Устройство может быть реализовано в виде рюкзака с заплечными ремнями и тазовым креплением. Вес рюкзака составляет 3,5 кг. Закрытый отсек с электронными элементами имеет треугольное сечение, в котором на стенке жестко крепится камера электролизера и газо-жидкостного сепаратора, а также располагаются два роликовых насоса, модуль управления аппаратом и т.д. Роликовые насосы располагаются таким образом, чтобы разъемы для насосных сегментов выходили в первый отсек, доступный пациенту для того, чтобы он имел возможность менять магистраль. Стенка, разделяющая отделы рюкзака, армирована и защищает отдел с электронными компонентами от проникновения в него жидкости (например, раствора для перитонеального диализа). На данной стенке располагаются крепления для сорбционных колонок и магистрали. Мешок для сбора излишков жидкости располагается в отдельном отсеке в поддоне рюкзака. Сорбционные колонки могут быть выполнены подковообразной формы, и обладать размерами (115×65×40 мм). Электролизер может быть выполнен в одном корпусе с газожидкостным сепаратором и представляет собой проточную емкость с системой электродов. Размеры электролизера составляют (180×75×75 мм). Магистраль может быть выполнена в виде системы трубок, упакованных в короб, из торцов которого выводятся разъемы магистралей, предназначенные для подключения к сорбционным колонкам, электролизеру, роликовым насосам и мешку для сбора излишков жидкости. Размеры магистрали составляют (140×140×40 мм) Управление аппаратом осуществляется с помощью смартфона с предустановленным приложением. Связь телефона и аппарата осуществляется посредствам Bluetooth.The device can be implemented as a backpack with shoulder straps and pelvic fastening. The weight of the backpack is 3.5 kg. The closed compartment with electronic elements has a triangular cross section, in which the cell of the electrolyzer and the gas-liquid separator are rigidly fixed on the wall, and also there are two roller pumps, an apparatus control module, etc. Roller pumps are arranged in such a way that the connectors for the pump segments extend into the first compartment accessible to the patient so that he can change the line. The wall separating the departments of the backpack is reinforced and protects the section with electronic components from the penetration of liquid into it (for example, a solution for peritoneal dialysis). Attachments for sorption columns and highways are located on this wall. A bag for collecting excess liquid is located in a separate compartment in a pallet of a backpack. Sorption columns can be made of a horseshoe shape, and have dimensions (115 × 65 × 40 mm). The electrolyzer can be made in the same housing with a gas-liquid separator and is a flow tank with a system of electrodes. The dimensions of the electrolyzer are (180 × 75 × 75 mm). The line can be made in the form of a system of tubes packed in a duct, from the ends of which are removed the connectors of highways intended for connection to sorption columns, an electrolyzer, roller pumps and a bag for collecting excess liquid. The dimensions of the highway are (140 × 140 × 40 mm) The device is controlled by a smartphone with a pre-installed application. The telephone and the device communicate via Bluetooth.
Разработанный способ и устройство на его основе может применимо в заместительной почечной терапии, обладает малыми габаритами, вследствие чего относится к носимым устройствам, позволяет обеспечить высокофизиологичную круглосуточную очистку крови пациента с заменой расходных материалов не чаще, чем 1 раз в 1,5 суток.The developed method and device based on it can be applied in renal replacement therapy, has small dimensions, as a result it belongs to wearable devices, allows to provide highly physiological round-the-clock cleaning of the patient’s blood with the replacement of consumables no more than 1 time in 1.5 days.
Источники информации:Information sources:
1. Патент США №US 4473449.1. US Patent No. US 4,473,449.
2. Патент РФ №2223120.2. RF patent №2223120.
3. Wester М. et al. Removal of Urea in Wearable Dialysis Device: A Reappraisal of Electro-Oxidation. Artificial Organs. 2014. P. 1-9.3. Wester M. et al. Reappraisal of Electro-Oxidation Removal of Urea in Wearable Dialysis Device. Artificial Organs. 2014. P. 1-9.
4. Патент РФ №2110283 - прототип способа.4. RF patent №2110283 - a prototype of the method.
5. Гринвальд В.М. Исследование принципов построения биотехнической системы и разработка аппаратуры экстракорпорального искусственного очищения крови // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.5. Greenwald V.M. The study of the principles of building a biotechnical system and the development of equipment for extracorporeal artificial blood purification // Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences.
6. Патент США № US 8715221.6. US Patent No. US 8715221.
7. Патент ВОИС № WO 2007/1034117. WIPO Patent No. WO 2007/103411
8. Патент США № US 20120212278. US Patent No. US 2012021227
9. Патент ВОИС № WO 2007103411 - прототип устройства.9. WIPO patent number WO 2007103411 - a prototype device.
10. Weir M.R. Hypervolemia and Blood Pressure Powerful Indicators of Increased Mortality Among Hemodialysis Patients // Hypertension. - 2010. - Vol. 56. - P. 341-343.10. Weir M.R. Hypervolemia and Blood Pressure Powerful Indicators of Increased Mortality Among Hemodialysis Patients // Hypertension. - 2010. - Vol. 56. - P. 341-343.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113914A RU2692329C2 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Method of artificial blood purification with dialysis solution regeneration in extracorporeal circuit and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113914A RU2692329C2 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Method of artificial blood purification with dialysis solution regeneration in extracorporeal circuit and device for its implementation |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017113914A RU2017113914A (en) | 2018-10-22 |
| RU2017113914A3 RU2017113914A3 (en) | 2018-12-05 |
| RU2692329C2 true RU2692329C2 (en) | 2019-06-24 |
Family
ID=63923134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113914A RU2692329C2 (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Method of artificial blood purification with dialysis solution regeneration in extracorporeal circuit and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692329C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4473449A (en) * | 1982-09-22 | 1984-09-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Flowthrough electrochemical hemodialysate regeneration |
| RU2110283C1 (en) * | 1993-09-22 | 1998-05-10 | Владимиров Иван Владимирович | Device and method for cleaning dialysis solution in artificial kidney apparatus |
| RU2223120C2 (en) * | 2002-04-11 | 2004-02-10 | Зао "Вниимп-Вита" | Method and device for carrying out electrochemical regeneration of dialysis solution in performing hemodialysis |
| WO2007103411A2 (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-13 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Wearable kidney |
-
2017
- 2017-04-21 RU RU2017113914A patent/RU2692329C2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4473449A (en) * | 1982-09-22 | 1984-09-25 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Flowthrough electrochemical hemodialysate regeneration |
| RU2110283C1 (en) * | 1993-09-22 | 1998-05-10 | Владимиров Иван Владимирович | Device and method for cleaning dialysis solution in artificial kidney apparatus |
| RU2223120C2 (en) * | 2002-04-11 | 2004-02-10 | Зао "Вниимп-Вита" | Method and device for carrying out electrochemical regeneration of dialysis solution in performing hemodialysis |
| WO2007103411A2 (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-13 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Wearable kidney |
| US8715221B2 (en) * | 2006-03-08 | 2014-05-06 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Wearable kidney |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017113914A3 (en) | 2018-12-05 |
| RU2017113914A (en) | 2018-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6499645B2 (en) | Redox controlled electrosorption and decomposition apparatus for purifying blood and other fluids | |
| US9320842B2 (en) | Multimodal dialysis system | |
| RU2426561C2 (en) | Methods and device for peritoneal dialysis | |
| EP2736553B1 (en) | Sodium management for dialysis systems | |
| WO2012148781A1 (en) | Multimodal dialysis system | |
| AU2014212140A1 (en) | Sodium management system for hemodialysis | |
| CN105007958A (en) | Degassing module for a controlled compliant flow path | |
| JP2013502987A (en) | Dialysis treatment device for removing urea | |
| CN102176934A (en) | A flow system of a dialysis device and a portable dialysis device | |
| EP3397305B1 (en) | Devices for urea electrolysis and methods of using same | |
| US20210213188A1 (en) | Combination wearable and stationary dialysis systems | |
| EP1434645A1 (en) | Removal of metabolic components from blood | |
| KR101698390B1 (en) | Continous Recycle Typed Dialysis System for Portable Artifical Kidney | |
| CN109414540B (en) | Device and method for producing dialysis liquid for dialysis | |
| EP3397304B1 (en) | Devices for urea electrolysis with combination electrodialysis and urea oxidation cell and methods of using same | |
| van Gelder et al. | Safety of electrooxidation for urea removal in a wearable artificial kidney is compromised by formation of glucose degradation products | |
| RU2692329C2 (en) | Method of artificial blood purification with dialysis solution regeneration in extracorporeal circuit and device for its implementation | |
| US20220241477A1 (en) | Portable continuous renal replacement therapy system and methods | |
| US20230158219A1 (en) | Method for Regenerating Adsorber and Dialysis System | |
| Bazaev et al. | Design Concepts for Wearable Artificial Kidney | |
| WO2017114963A1 (en) | Apparatus and method for generating dialysate for dialysis | |
| Bazaev et al. | Wearable dialysis: Current state and perspectives | |
| Köster et al. | Regeneration of hemofiltrate by anodic oxidation of urea | |
| Ofsthun et al. | An integrated membrane/sorbent PD approach to a wearable artificial kidney | |
| RU2290209C2 (en) | Method and device for cleaning dialyzing solution in "artificial kidney' apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20190327 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20190415 |