RU2783826C2 - Methods and systems for removal of carbon dioxide - Google Patents

Methods and systems for removal of carbon dioxide Download PDF

Info

Publication number
RU2783826C2
RU2783826C2 RU2019141474A RU2019141474A RU2783826C2 RU 2783826 C2 RU2783826 C2 RU 2783826C2 RU 2019141474 A RU2019141474 A RU 2019141474A RU 2019141474 A RU2019141474 A RU 2019141474A RU 2783826 C2 RU2783826 C2 RU 2783826C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dialysis fluid
blood
fluid
dialysis
value
Prior art date
Application number
RU2019141474A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019141474A3 (en
RU2019141474A (en
Inventor
Бернхард КРАЙМАНН
Кристоф ХЮССТЕГЕ
Original Assignee
Адвитос Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Адвитос Гмбх filed Critical Адвитос Гмбх
Priority claimed from PCT/IB2018/053589 external-priority patent/WO2018215918A1/en
Publication of RU2019141474A publication Critical patent/RU2019141474A/en
Publication of RU2019141474A3 publication Critical patent/RU2019141474A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2783826C2 publication Critical patent/RU2783826C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine, namely to a method for removal of hydrogen cations (H+) from biological fluid in a dialysis system, a method for extracorporeal treatment of blood of a subject – a human or an animal in the dialysis system, as well as to a method for the treatment of a subject suffering from an acid-base balance disorder. Methods include impact on biological fluid through semipermeable membrane of dialysis fluid in a dialyzer, in which dialysis fluid includes (I) pH value in the range from 8.0 to 11.0, (II) at least one buffer agent with pKa value in the range from 7.0 to 11.0, and (III) buffer capacity for H+ ions of at least 12 mmol/l, wherein the method additionally includes automatic determination of a number of hydrogen cations (H+) removed from biological fluid, where the number of hydrogen cations (H+) removed from biological fluid is calculated based on the buffer capacity of dialysis fluid and the difference between pH value of dialysis fluid coming into the dialyzer and pH value of dialysis fluid coming out of the dialyzer.
EFFECT: above-described methods allow for effective removal of hydrogen cations from biological fluid.
19 cl, 7 dwg, 4 tbl, 4 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к системам и способам, используемым для экстракорпоральной поддержки легких. Предлагаемый диализный раствор обеспечивает эффективный транспорт двуокиси углерода, бикарбоната и катионов водорода из биологической текучей среды, такой как кровь, через полупроницаемую мембрану в диализную текучую среду. Предлагаемые системы и способы применимы для терапии или профилактики различных состояний, связанных с присутствием в крови нежелательных веществ и/или с нежелательным уровнем рН крови, таких как дисфункция легких, почек или печени.The present invention relates to systems and methods used for extracorporeal lung support. The inventive dialysis solution provides efficient transport of carbon dioxide, bicarbonate, and hydrogen cations from a biological fluid, such as blood, through a semi-permeable membrane into the dialysis fluid. The proposed systems and methods are useful for the treatment or prevention of various conditions associated with the presence of undesirable substances in the blood and/or with an undesirable blood pH, such as dysfunction of the lungs, kidneys or liver.

Уровень техникиState of the art

Транспорт метаболитов в кровиTransport of metabolites in the blood

Одним из метаболитов в организме позвоночных (людей или животных), образующимся, главным образом, в результате клеточного дыхания, является двуокись углерода (СО2). Образование двуокиси углерода в организме позвоночных (людей или животных) происходит в периферических тканях как следствие метаболической активности. Двуокись углерода, образовавшаяся в тканях, диффундирует в их капиллярах в направлении уменьшения ее парциального давления в кровь, главным образом в эритроциты. В организме позвоночных имеется три основных возможности транспорта двуокиси углерода в крови: (а) растворение СО2 (двуокись углерода гораздо лучше растворяется в крови, чем кислород), (б) присоединение к белкам крови, таким как гемоглобин и белки плазмы, и (в) образование ионных пар, а именно ионов бикарбоната и ионов Н+. У взрослого человека в спокойном состоянии образуется приблизительно 10 ммоль СО2 в минуту. Кроме того, в эритроцитах каждую минуту образуется приблизительно 8 ммоль (приблизительно 15000 ммоль/сутки) ионов Н+. Согласно расчетам, почки обычно выводят приблизительно 100 ммоль ионов Н+ в сутки. Эти расчеты основаны на количестве крови (5 л) в организме взрослого человека: в минуту в 5 л крови поступает 10 ммоль СО2, то есть 2 ммоль ионов Н+ на 1 л крови.One of the metabolites in the body of vertebrates (humans or animals), formed mainly as a result of cellular respiration, is carbon dioxide (CO 2 ). The formation of carbon dioxide in the body of vertebrates (humans or animals) occurs in peripheral tissues as a result of metabolic activity. Carbon dioxide formed in the tissues diffuses in their capillaries in the direction of reducing its partial pressure into the blood, mainly into erythrocytes. In vertebrates, there are three main ways of transporting carbon dioxide in the blood: (a) dissolution of CO 2 (carbon dioxide is much more soluble in the blood than oxygen), (b) attachment to blood proteins such as hemoglobin and plasma proteins, and (c ) the formation of ion pairs, namely bicarbonate ions and H + ions. An adult at rest produces approximately 10 mmol CO 2 per minute. In addition, approximately 8 mmol (approximately 15,000 mmol/day) of H + ions are formed in erythrocytes every minute. According to calculations, the kidneys usually excrete approximately 100 mmol of H + ions per day. These calculations are based on the amount of blood (5 l) in the body of an adult: per minute, 10 mmol of CO 2 enters 5 l of blood, that is, 2 mmol of H + ions per 1 l of blood.

На молекулярном уровне белковосвязанная двуокись углерода (б) обратимым образом присоединяется к белкам крови, таким как гемоглобин и белки плазмы, путем соединения с аминогруппами белков крови, например гемоглобина, и образования карбаминопротеинов, например карбаминогемоглобина. Двуокись углерода обычно присоединяется не к железу, как кислород, а к аминогруппам гемоглобина и аминогруппам полипептидных цепей других белков крови, в частности белков плазмы. Ионы бикарбоната (в) возникают в результате поступления двуокиси углерода в красные кровяные тельца (эритроциты) и вступления в реакцию с водой до образования углекислоты (Н2СО3 -). Эту реакцию катализирует, в основном, фермент карбоангидраза, содержащийся, помимо прочего, в красных кровяных тельцах. Данный фермент также присутствует в эндотелии легких и других частях организма. Затем углекислота диссоциирует с образованием ионов бикарбоната (НСО3) и катионов водорода:At the molecular level, protein-bound carbon dioxide (b) reversibly attaches to blood proteins, such as hemoglobin and plasma proteins, by combining with the amino groups of blood proteins, such as hemoglobin, and forming carbaminoproteins, such as carbaminohemoglobin. Carbon dioxide usually attaches not to iron, like oxygen, but to the amino groups of hemoglobin and the amino groups of the polypeptide chains of other blood proteins, in particular plasma proteins. Bicarbonate ions (c) result from the entry of carbon dioxide into red blood cells (erythrocytes) and react with water to form carbon dioxide (H 2 CO 3 - ). This reaction is catalyzed mainly by the enzyme carbonic anhydrase, found among other things in red blood cells. This enzyme is also present in the endothelium of the lungs and other parts of the body. Then carbon dioxide dissociates to form bicarbonate ions (HCO 3 ) and hydrogen cations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Исходные и получаемые вещества (реагенты и продукты) в этой реакции находятся в динамическом равновесии, что в качественном отношении отражено в приведенном выше уравнении стрелками

Figure 00000002
Добавление или удаление (будь то in vivo или in vitro) одного или более веществ, участвующих в реакции, вызывает, согласно принципу Ле Шателье, смещение реакции в соответствии с равновесием. Присутствие карбоангидразы не является строго обязательным для протекания этой реакции, хотя оно важно для эффективной конверсии.The initial and resulting substances (reagents and products) in this reaction are in dynamic equilibrium, which is qualitatively reflected in the above equation by arrows
Figure 00000002
The addition or removal (whether in vivo or in vitro) of one or more substances involved in a reaction causes, according to Le Chatelier's principle, a shift of the reaction in accordance with equilibrium. The presence of carbonic anhydrase is not strictly required for this reaction to take place, although it is essential for efficient conversion.

Кроме того, в результате метаболической активности в организме человека или животного происходит образование молекул органических кислот. Молекулы органических кислот представляют собой еще один источник ионов Н+. Присутствие ионов Н+ оказывает влияние на рН крови. Тем не менее в организме человека или животного значение рН текучих сред, таких как кровь, должно находиться в пределах узкого диапазона; например, в организме человека эти значения рН находятся в диапазоне от 7,35 до 7,45, что соответствует слабощелочной среде. Поэтому важное значение имеет функционирование буферных систем крови. Если субъект страдает состоянием, связанным с избыточным количеством ионов Н+, то это обычно означает, что емкости буферной системы оказывается недостаточно для поддержания рН крови в пределах указанного диапазона.In addition, as a result of metabolic activity in the human or animal body, organic acid molecules are formed. Molecules of organic acids are another source of H + ions. The presence of H + ions affects the pH of the blood. However, in the human or animal body, the pH value of fluids such as blood must be within a narrow range; for example, in the human body, these pH values are in the range from 7.35 to 7.45, which corresponds to a slightly alkaline environment. Therefore, the functioning of blood buffer systems is of great importance. If a subject suffers from a condition associated with an excess of H + ions, this usually means that the capacity of the buffer system is insufficient to maintain the pH of the blood within the specified range.

В общем случае катионы водорода, образующиеся при диссоциации углекислоты на эти катионы и ионы бикарбоната, могут присоединяться к белкам в крови, в частности в эритроцитах. Основным внутриклеточным акцептором катионов водорода, или буфером для присоединения последних, является белок гемоглобин. В основном, катионы водорода присоединяются к гистидиновым боковым цепям гемоглобина.In the general case, hydrogen cations formed during the dissociation of carbon dioxide into these cations and bicarbonate ions can attach to proteins in the blood, in particular in erythrocytes. The main intracellular acceptor of hydrogen cations, or a buffer for the addition of the latter, is the hemoglobin protein. Basically, hydrogen cations are attached to the histidine side chains of hemoglobin.

Бикарбонат играет крайне важную биохимическую роль в физиологической буферной системе, обеспечивающей поддержание нормального уровня рН. В здоровом организме позвоночных (людей или животных) (а) часть двуокиси углерода, составляющая приблизительно 5%, транспортируется в неизмененной форме, будучи растворенной в плазме, (б) часть двуокиси углерода, составляющая приблизительно 10%, транспортируется, будучи присоединенной к белкам крови, в частности к гемоглобину и белкам плазмы, и (в) большая часть двуокиси углерода транспортируется в форме ионов бикарбоната и катионов водорода, причем последние связаны, главным образом, с белками.Bicarbonate plays an extremely important biochemical role in the physiological buffer system that maintains a normal pH level. In healthy vertebrates (humans or animals) (a) about 5% of carbon dioxide is transported unchanged, being dissolved in plasma, (b) about 10% of carbon dioxide is transported, being attached to blood proteins , in particular to hemoglobin and plasma proteins, and (c) most of the carbon dioxide is transported in the form of bicarbonate ions and hydrogen cations, the latter being bound mainly to proteins.

В органах дыхания, а именно в легких, здорового организма человека или животного происходит высвобождение двуокиси углерода и, как следствие, снижение ее парциального давления (рСО2). Нормальные значения рСО2 в артериальной крови субъекта (человека) находятся в диапазоне 35-45 мм ртутного столба (рт. ст.). Значения рСО2, превышающие 45 мм рт.ст., называют "высоким рСО2" или "повышенным рСО2". Одной из возможных причин высокого рСО2 является гиповентиляция. Если рСО2 в артериальной крови субъекта превышает 45 мм рт. ст., то этому субъекту требуется лечение для снижения рСО2.In the respiratory organs, namely in the lungs, of a healthy human or animal organism, carbon dioxide is released and, as a result, its partial pressure (pCO 2 ) decreases. Normal values of pCO 2 in the arterial blood of a subject (human) are in the range of 35-45 mmHg (Hg). Values of pCO 2 greater than 45 mmHg are referred to as "high pCO 2 " or "elevated pCO 2 ". One of the possible causes of high pCO 2 is hypoventilation. If pCO 2 in the arterial blood of the subject exceeds 45 mm Hg. Art., then this subject requires treatment to reduce pCO 2 .

- Ацидоз- Acidosis

Термин "ацидоз" относится к повышенной кислотности в организме млекопитающих. Наличие ацидоза можно установить путем измерения рН физиологических текучих сред субъекта, в частности плазмы крови, более конкретно - плазмы артериальной крови. У млекопитающих, в частности у человека, ацидоз характеризуется значением рН плазмы артериальной крови, составляющим менее 7,35. Значения рН ниже 6,8 обычно являются недопустимыми для организма человека или животного, поскольку выход рН за пределы указанного диапазона приводит, как правило, к необратимому нарушению жизнедеятельности клеток. Таким образом, ацидоз характеризуется значением рН плазмы артериальной крови, находящимся в диапазоне от 6,8 до менее 7,35. Гемоглобин и, в меньшей степени, белки плазмы способны выполнять роль буфера в отношении рН крови, например в случае избытка катионов водорода. Противодействие буферной системы изменению концентрации катионов водорода сводит к минимуму изменение рН крови при ее прохождении по капиллярам тканей. Тем не менее, буферная емкость не является неограниченной, что создает возможность для возникновения ацидоза.The term "acidosis" refers to hyperacidity in the body of mammals. The presence of acidosis can be determined by measuring the pH of the subject's physiological fluids, in particular blood plasma, more specifically arterial blood plasma. In mammals, in particular humans, acidosis is characterized by an arterial plasma pH of less than 7.35. pH values below 6.8 are usually unacceptable for the human or animal body, since the pH outside the specified range leads, as a rule, to an irreversible disruption of cell activity. Thus, acidosis is characterized by an arterial plasma pH ranging from 6.8 to less than 7.35. Hemoglobin and, to a lesser extent, plasma proteins are able to act as a buffer against blood pH, for example, in the case of an excess of hydrogen cations. The counteraction of the buffer system to the change in the concentration of hydrogen cations minimizes the change in the pH of the blood as it passes through the capillaries of the tissues. However, the buffer capacity is not unlimited, which creates the possibility for acidosis to occur.

В общем случае субъектов, страдающих ацидозом, можно разбить, исходя из молекулярных причин повышения кислотности в плазме крови, на две основные подгруппы, а именно подгруппы респираторного ацидоза и метаболического ацидоза. На практике встречаются случаи перекрытия между этими двумя состояниями, то есть данный субъект может страдать (I) метаболическим ацидозом или (II) респираторным ацидозом или (III) комбинацией метаболического и респираторного ацидозов.In general, subjects suffering from acidosis can be divided, based on the molecular causes of the increase in acidity in the blood plasma, into two main subgroups, namely the subgroups of respiratory acidosis and metabolic acidosis. In practice, there are cases of overlap between these two conditions, that is, a given subject may suffer from (I) metabolic acidosis or (II) respiratory acidosis or (III) a combination of metabolic and respiratory acids.

В каждом случае симптомы ацидоза включают головную боль, недомогание, утомляемость, сонливость, тремор и дисфункцию центральной нервной системы, которая в отсутствие вмешательства может прогрессировать до комы. Поэтому субъекты, страдающие ацидозом, нуждаются в лечении.In each case, the symptoms of acidosis include headache, malaise, fatigue, drowsiness, tremors, and central nervous system dysfunction that may progress to coma if left untreated. Therefore, subjects suffering from acidosis require treatment.

Метаболический ацидоз, рассматриваемый на молекулярном уровне, возникает из-за увеличения количества молекул органических кислот, обусловленного повышением продукции этих кислот (например, молочной кислоты) в результате усиления метаболической активности и/или нарушений способности почек к выведению кислот. Метаболический ацидоз при хронической почечной недостаточности (ХПН) является следствием снижения способности к выведению нелетучих кислот и снижения синтеза бикарбоната в почках, в результате чего происходит увеличение количества катионов водорода в организме. Органические кислоты могут образоваться, например, из аминокислотных остатков катаболизма белков или в результате накопления кетокислот (кетоз) во время голодания или при диабетическом ацидозе. Во многих случаях организм пытается компенсировать метаболический ацидоз дыханием (дыхательная компенсация), однако нелетучие метаболиты не выводятся таким путем, так что страдающие этим субъекты подвергаются риску истощения, ведущего к дыхательной недостаточности. При тяжелом метаболическом ацидозе, более не компенсируемом легкими в достаточной степени, может потребоваться лечение путем инфузионного введения в организм буферного препарата, такого как бикарбонат. Симптоматическое лечение метаболического ацидоза при хронической почечной недостаточности (ХПН) может быть также проведено посредством диализа почек. Одна из разновидностей диализа почек, называемая гемодиализом, основана на устройстве, отфильтровывающем токсины, соли и некоторые текучие компоненты из физиологических текучих сред. Гемодиализ является наиболее распространенным средством лечения прогрессирующей почечной недостаточности. Тем не менее, терапии, основанные на продолжительном диализе, зачастую оказываются не в состоянии полностью устранить дефицит оснований при метаболическом ацидозе, как показано, например, в обзоре, опубликованном Коппле (Kopple) и др. (Kidney International, 2005, 67, S95, стр. 21-27).Metabolic acidosis, considered at the molecular level, arises from an increase in the number of organic acid molecules due to an increase in the production of these acids (for example, lactic acid) as a result of increased metabolic activity and / or impaired ability of the kidneys to excrete acids. Metabolic acidosis in chronic renal failure (CRF) is a consequence of a decrease in the ability to excrete non-volatile acids and a decrease in bicarbonate synthesis in the kidneys, resulting in an increase in the amount of hydrogen cations in the body. Organic acids can be formed, for example, from amino acid residues of protein catabolism or as a result of the accumulation of keto acids (ketosis) during fasting or diabetic acidosis. In many cases, the body attempts to compensate for the metabolic acidosis with respiration (respiratory compensation), however, non-volatile metabolites are not eliminated in this way, so that affected subjects are at risk of exhaustion leading to respiratory failure. Severe metabolic acidosis no longer adequately compensated by the lungs may require treatment by infusion into the body of a buffer drug such as bicarbonate. Symptomatic treatment of metabolic acidosis in chronic renal failure (CRF) can also be done through kidney dialysis. One form of kidney dialysis, called hemodialysis, is based on a device that filters out toxins, salts, and certain fluids from bodily fluids. Hemodialysis is the most common treatment for progressive kidney failure. However, long-term dialysis-based therapies often fail to completely eliminate the base deficiency in metabolic acidosis, as shown, for example, in a review published by Kopple et al. (Kidney International, 2005, 67, S95, pp. 21-27).

Респираторный ацидоз, рассматриваемый на молекулярном уровне, возникает из-за накопления двуокиси углерода в крови вследствие недостаточной вентиляции (гиповентиляции). Наиболее частой причиной этого состояния является дисфункция легких, хотя оно может также возникать из-за черепно-мозговых травм, приема лекарств (в особенности анестетиков и седативных препаратов) и расстройств центральной нервной системы, обусловленных, например, опухолями головного мозга. Оно может также возникать как компенсаторная реакция на хронический метаболический алкалоз. При наличии респираторного ацидоза, например в случае болезней, вызывающих нарушение функции легких, таких как эмфизема на поздних стадиях и мышечная дистрофия, такой компенсаторный механизм, как введение в организм извне бикарбоната путем инфузии, не может эффективно развернуть вспять процесс накопления двуокиси углерода, связанный с некомпенсированным респираторным ацидозом. В таких случаях может быть показано использование поддержки легких.Respiratory acidosis, considered at the molecular level, occurs due to the accumulation of carbon dioxide in the blood due to insufficient ventilation (hypoventilation). The most common cause of this condition is lung dysfunction, although it can also occur due to traumatic brain injury, drugs (especially anesthetics and sedatives), and disorders of the central nervous system due to, for example, brain tumors. It may also occur as a compensatory response to chronic metabolic alkalosis. In the presence of respiratory acidosis, such as diseases that cause lung dysfunction such as advanced emphysema and muscular dystrophy, a compensatory mechanism such as exogenous bicarbonate infusion cannot effectively reverse the accumulation of carbon dioxide associated with uncompensated respiratory acidosis. In such cases, the use of lung support may be indicated.

- Системы для поддержки легких и лечения респираторного ацидоза - Systems for lung support and treatment of respiratory acidosis

Одним из наиболее важных достижений в медицине стало изобретение и затем использование искусственной, или механической, вентиляции легких в случае пациентов, страдающих нарушением дыхания. В Германии искусственная вентиляция легких применяется ежегодно для более чем 240.000 пациентов при средней продолжительности терапии, равной 10 суткам. Средняя смертность таких пациентов составляет около 35%. Если наряду с нарушением дыхания возникает дисфункция какого-либо другого органа, то смертность возрастает до приблизительно 75%.One of the most important advances in medicine was the invention and then use of artificial, or mechanical, ventilation in the case of patients suffering from respiratory failure. In Germany, artificial lung ventilation is used annually for more than 240,000 patients with an average duration of therapy equal to 10 days. The average mortality rate for these patients is about 35%. If, along with respiratory failure, dysfunction of any other organ occurs, then mortality rises to approximately 75%.

Искусственная вентиляция легких представляет собой методику механической поддержки или замещения спонтанного дыхания. Искусственная вентиляция легких может включать использование устройства (аппарата для искусственной вентиляции) либо выполнение поддержки дыхания медицинским работником. В любом случае искусственная вентиляция легких (ИВЛ) может включать использование приспособления, вводимого внутрь тела пациента ("инвазивная вентиляция легких"), а именно через рот (например, эндотрахеальная трубка) или через кожу (например, трахеостомическая трубка). Существует два основных способа искусственной вентиляции легких, а именно вентиляция с положительным давлением, когда газ (например, воздух) проталкивается в трахею, и вентиляция с отрицательным давлением, в ходе которой грудную клетку пациента помещают в оболочку с низким давлением, в результате чего грудная клетка расширяется и происходит всасывание воздуха в легкие пациента. Наряду со всеми преимуществами искусственной вентиляции легких, у нее имеются и недостатки, такие как уменьшение, до 30%, кровотока (перфузии) через внутренние органы, например печень, снижение кровяного давления, рост внутрибрюшного давления, ухудшение экскреторной функции почек, вентилятор-индуцированное повреждение легких (ВИПЛ), баротравмы, волюмотравмы, ателектравмы и биотравмы, синдром острой дыхательной недостаточности (СОДН), пневмония, одышка у пациентов, находящихся под седацией во время проведения процедур в палате интенсивной терапии (ПИТ), отлучение от аппарата ИВЛ через приблизительно 48 часов вентиляции (см., например, публикации: Ларсен (Larsen) и Зигенфус (Ziegenfuss), "Искусственная вентиляция легких", изд. Springer, Берлин, Гейдельберг, 2013; Шмидт (Schmidt) и др., Intensive Care Med., 2014, 40, стр. 1-10).Artificial lung ventilation is a method of mechanical support or replacement of spontaneous breathing. Mechanical ventilation may involve the use of a device (ventilator) or the provision of respiratory support by a healthcare worker. In any case, mechanical ventilation (ALV) may involve the use of a device inserted inside the patient's body ("invasive ventilation"), namely through the mouth (eg, endotracheal tube) or through the skin (eg, tracheostomy tube). There are two main types of mechanical ventilation, namely positive pressure ventilation, in which a gas (such as air) is forced into the trachea, and negative pressure ventilation, in which the patient's chest is placed in a low-pressure envelope, causing the chest to expands and draws air into the patient's lungs. Along with all the advantages of artificial lung ventilation, it also has disadvantages, such as a decrease, up to 30%, of blood flow (perfusion) through internal organs, such as the liver, a decrease in blood pressure, an increase in intra-abdominal pressure, a deterioration in the excretory function of the kidneys, and ventilator-induced damage. lungs (HIPL), barotrauma, volutrauma, atelectrauma and biotrauma, acute respiratory failure syndrome (ARF), pneumonia, dyspnea in patients under sedation during procedures in the intensive care unit (ICU), weaning from the ventilator after approximately 48 hours ventilation (see, for example, Larsen and Ziegenfuss, "Artificial Lung Ventilation", Springer, Berlin, Heidelberg, 2013; Schmidt et al., Intensive Care Med., 2014, 40, pp. 1-10).

Некоторые из проблем, связанных с нежелательными последствиями искусственной вентиляции легких, могут быть разрешены с помощью систем экстракорпоральной поддержки легких. Эти системы предназначены для проведения экстракорпорального насыщения крови кислородом (оксигенации) или экстракорпорального удаления двуокиси углерода из крови. На сегодняшний день экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) является одной из наиболее распространенных методик экстракорпоральной поддержки легких и используется как вспомогательная или заместительная терапия применительно к функции легких. Кровь выводится из организма и вводится в устройство, содержащее мембрану (пористую мембрану для краткосрочного лечения и непористую мембрану для долгосрочного лечения), отделяющую кровь от газовой фазы (кислорода или газовой смеси, содержащей кислород, например смеси воздуха или кислорода и вытесняющего газа), что позволяет насытить кровь кислородом. Поскольку скорость экстракорпорального кровотока во время проведения ЭКМО близка к объемной скорости кровотока сердца, составляющей приблизительно до 7 л/мин, можно объединить ЭКМО с поддержкой сердца, включив в систему насос (экстракорпоральная поддержка жизнеобеспечения - ЭКПЖ). В качестве альтернативы мембранной оксигенации можно ввести кислород непосредственно в кровь в экстракорпоральном контуре, например с помощью жидкости, (пере)насыщенной кислородом, как описано в патентах US 6344489 и US 6607698, включенных в настоящую заявку посредством ссылок. Тем не менее экстракорпоральное введение жидкости обычно увеличивает объем крови, что обусловливает необходимость уменьшения этого объема перед повторным введением в организм человека или животного крови, обогащенной газом. Введение жидкости, насыщенной или перенасыщенной газом, повышает риск образования пузырьков. В общем случае присутствие пузырьков, в частности пузырьков кислорода, может вызывать нежелательную денатурацию белков крови, так что эти способы и системы требуют предельной осторожности в применении для сведения к минимуму образования пузырьков. В альтернативном варианте оксигенация крови может быть выполнена непосредственно без газообменной мембраны, например путем введения кислорода в кровь с помощью пузырькового оксигенатора. Этот способ сопряжен с нежелательным образованием пены и риском возникновения газовой эмболии. Этот способ не подходит для лечения ацидоза.Some of the problems associated with the unwanted effects of mechanical ventilation can be resolved with the help of extracorporeal lung support systems. These systems are designed to provide extracorporeal oxygenation (oxygenation) or extracorporeal removal of carbon dioxide from the blood. Today, extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) is one of the most common methods of extracorporeal lung support and is used as an adjuvant or replacement therapy in relation to lung function. The blood is removed from the body and introduced into a device containing a membrane (a porous membrane for short-term treatment and a non-porous membrane for long-term treatment) separating the blood from a gas phase (oxygen or an oxygen-containing gas mixture, such as a mixture of air or oxygen and a propellant gas), which allows you to saturate the blood with oxygen. Since the extracorporeal blood flow during ECMO is close to the heart's flow rate of up to approximately 7 L/min, it is possible to combine ECMO with cardiac support by including a pump (extracorporeal life support - ECLS) in the system. As an alternative to membrane oxygenation, oxygen can be injected directly into the blood in an extracorporeal circuit, for example with a (super)oxygenated fluid, as described in US Pat. However, extracorporeal fluid administration generally increases blood volume, which makes it necessary to reduce this volume before re-introducing gas-enriched blood into the human or animal body. The introduction of a liquid saturated or supersaturated with gas increases the risk of bubble formation. In general, the presence of bubbles, in particular oxygen bubbles, can cause unwanted denaturation of blood proteins, so these methods and systems require extreme care in use to minimize bubble formation. Alternatively, oxygenation of the blood can be performed directly without a gas exchange membrane, for example by introducing oxygen into the blood using a bubble oxygenator. This method is associated with undesirable foam formation and the risk of gas embolism. This method is not suitable for the treatment of acidosis.

Другой приоритетной методикой экстракорпоральной поддержки легких является экстракорпоральное удаление СО2 (англ. ECCO2R). Эта терапия может быть показана, например, в случае респираторного ацидоза. В обзоре, опубликованном Бейкером (Baker) и др. (J. Mens. Care Soc, 2012, 13, стр. 232-236), в системах ECCO2R используется, как правило, газообменная мембрана, через которую двуокись углерода диффундирует из крови в экстракорпоральном контуре в газовую камеру. Согласно Бейкеру и др., наиболее широко используемой системой, основанной на методике ECCO2R, является, несомненно, система AV-ECCO2R производства компании Novalung (Германия). Работа этой системы основана на вхождении крови, находящейся в экстракорпоральном контуре, в контакт с газопроницаемой мембраной, на другой стороне которой находится газ (кислород или кислородсодержащая газовая смесь), выступающий в роли "вытесняющего газа", вследствие чего газообразная двуокись углерода проходит сквозь мембрану и удаляется из газовой камеры потоком вытесняющего газа.Another priority for extracorporeal lung support is extracorporeal CO2 removal ( ECCO2R ). This therapy may be indicated, for example, in cases of respiratory acidosis. In a review published by Baker et al. (J. Mens. Care Soc, 2012, 13, pp. 232-236), ECCO2R systems typically use a gas exchange membrane through which carbon dioxide diffuses from the blood into the extracorporeal circuit to the gas chamber. According to Baker et al., the most widely used system based on the ECCO2R technique is undoubtedly the AV-ECCO2R system manufactured by Novalung (Germany). The operation of this system is based on the entry of blood in the extracorporeal circuit into contact with a gas-permeable membrane, on the other side of which there is a gas (oxygen or an oxygen-containing gas mixture) acting as a "displacement gas", as a result of which gaseous carbon dioxide passes through the membrane and is removed from the gas chamber by the flow of displacing gas.

В публикации WO 2010/091867 (Novalung), включенной в настоящую заявку посредством ссылки, описано устройство для обработки биологической жидкости в трехкамерной системе. Первая камера предназначена для приема биологической жидкости, такой как кровь, а вторая камера, отделенная от первой камеры мембраной, проницаемой для газа, но не для жидкости, - служит, в данном варианте осуществления изобретения, для приема газа, такого как кислород. Благодаря тому, что мембрана является газопроницаемой, газообразная двуокись углерода может диффундировать из первой камеры во вторую, чем реализуется механизм ECCO2R, а кислород может диффундировать, в данном варианте осуществления изобретения, из второй камеры в первую. Тем самым обеспечивается экстракорпоральная поддержка легких. Небольшие молекулы, например молекулы воды, могут быть удалены из первой камеры через мембрану, проницаемую для жидкости и расположенную в третьей камере.In the publication WO 2010/091867 (Novalung), incorporated into the present application by reference, a device for treating biological fluid in a three-chamber system is described. The first chamber is intended to receive a biological fluid such as blood, and the second chamber, separated from the first chamber by a gas-permeable but not liquid-permeable membrane, serves, in this embodiment, to receive a gas such as oxygen. Due to the fact that the membrane is gas permeable, gaseous carbon dioxide can diffuse from the first chamber into the second, which implements the ECCO2R mechanism, and oxygen can diffuse, in this embodiment, from the second chamber into the first. This provides extracorporeal lung support. Small molecules, such as water molecules, can be removed from the first chamber through a liquid-permeable membrane located in the third chamber.

Таким образом, существующие способы и устройства, разработанные для экстракорпорального удаления двуокиси углерода, основываются на газе, используемом в качестве диализной текучей среды. Упомянутая трехкамерная система является сравнительно сложной, и ее использование может быть сопряжено с неблагоприятным фактором в виде высокого сопротивления кровотоку. В качестве одной из альтернатив на рынке представлена система Respiratory Dialysis® производства компании ALung Technologies. Применяемая в ней методика основывается на использовании вытесняющего газа вместо диализной жидкости. Эта методика не подходит для регулирования кислотно-щелочного баланса и/или гомеостаза электролитов крови и не пригодна для использования в традиционных устройствах, предназначенных для проведения диализа (Коув (Cove) и др., Critical Care, 2012, 16:232).Thus, existing methods and devices developed for the extracorporeal removal of carbon dioxide are based on the gas used as the dialysis fluid. The mentioned three-chamber system is relatively complex, and its use may be associated with an unfavorable factor in the form of a high resistance to blood flow. As one alternative, the Respiratory Dialysis® system from ALung Technologies is on the market. Its technique is based on the use of propellant gas instead of dialysis fluid. This technique is not suitable for regulating acid-base balance and/or blood electrolyte homeostasis and is not suitable for use in traditional dialysis devices (Cove et al., Critical Care, 2012, 16:232).

В публикациях, посвященных данной теме (Ауселла (Aucella) и др., Contrib. Nephrol., 2007, 156, стр. 287-296; Вигано (Vigano) и др., под ред. Ронко/Круз (Ronco/Cruz), "Гемодиализ - от фундаментального научного исследования к клинической практике"), описаны диализные жидкости, содержащие карбонат/бикарбонат. Однако описанные жидкости отличаются сравнительно высокими концентрациями бикарбоната в диапазоне от 35 до 48 ммоль. Такие диализные жидкости непригодны или неприменимы для удаления избытка бикарбоната из крови. В таких диализных жидкостях в качестве дополнительного ингредиента используется уксусная кислота.In publications on this topic (Aucella et al., Contrib. Nephrol., 2007, 156, pp. 287-296; Vigano et al., ed. Ronco/Cruz, "Hemodialysis - from basic scientific research to clinical practice") describes dialysis fluids containing carbonate/bicarbonate. However, the fluids described are characterized by relatively high bicarbonate concentrations ranging from 35 to 48 mmol. Such dialysis fluids are unsuitable or not applicable for removing excess bicarbonate from the blood. These dialysis fluids use acetic acid as an additional ingredient.

Для систем ECCO2R, соответствующих уровню техники, подходящей является скорость кровотока, которая ниже, чем в случае ЭКМО (то есть приблизительно 2 л/мин или менее). Такая скорость кровотока реализуется, например, в широко используемых системах безнасосной экстракорпоральной поддержки легких (англ. pECLA). В общем случае эффективность как оксигенации крови, так и удаления из нее двуокиси углерода зависит от скорости кровотока в соответствии со следующими принципами: чем выше скорость кровотока, тем лучше оксигенация субъекта (например, пациента) в целом, и чем ниже скорость кровотока, тем эффективнее удаление двуокиси углерода из крови (ECCO2R). Как правило, высокой скоростью (подходящей для ЭКМО) считаются значения, превышающие 2400 мл/мин, средней скоростью (подходящей для ЭКМО и ECCO2R) - значения в диапазоне 800-2400 мл/мин, а низкой скоростью (подходящей для ECCO2R) - значения ниже 800 мл/мин.For prior art ECCO2R systems, a flow rate that is lower than that of ECMO (ie, approximately 2 L/min or less) is appropriate. Such a blood flow velocity is realized, for example, in widely used pumpless extracorporeal lung support systems (pECLA). In general, the effectiveness of both blood oxygenation and removal of carbon dioxide from it depends on the blood flow rate in accordance with the following principles: the higher the blood flow rate, the better the oxygenation of the subject (for example, the patient) as a whole, and the lower the blood flow rate, the more effective removal of carbon dioxide from the blood (ECCO2R). Generally, high speed (suitable for ECMO) is considered to be above 2400 ml/min, medium speed (suitable for ECMO and ECCO2R) is values in the range of 800-2400 ml/min, and low speed (suitable for ECCO2R) is values below 800 ml/min.

Альтернативной формой поддержки легких является жидкостное дыхание, при котором организм, обычно дышащий воздухом, вдыхает для дыхания обогащенную кислородом жидкость (такую как перфторуглерод), а не воздух, в соответствии с методикой общей жидкостной вентиляции (ОЖВ) или частичной жидкостной вентиляции (ЧЖВ), когда легкие заполняют жидкостью, содержащей перфторуглерод (ПФУ), с помощью механического вентилятора, обеспечивающего перемещение вдыхаемого и выдыхаемого газов, таких как кислород и двуокись углерода (см. Лахман (Lachmann) и др., Intensivmed. und Notfallmed, 1997, 34, 513-526). Стандарт для применения жидкостного дыхания пока не утвержден.An alternative form of lung support is fluid breathing, in which a normally air-breathing organism inhales an oxygen-enriched fluid (such as perfluorocarbon) for breathing, rather than air, in accordance with a total fluid ventilation (FLV) or partial fluid ventilation (PLV) technique. when the lungs are filled with fluid containing perfluorocarbon (PFC) using a mechanical ventilator to move inhaled and exhaled gases such as oxygen and carbon dioxide (see Lachmann et al., Intensivmed. und Notfallmed, 1997, 34, 513 -526). The standard for the use of liquid breathing has not yet been approved.

В соответствии с уровнем техники вывод крови субъекта в экстракорпоральный контур осуществляют не только для поддержки легких (оксигенации и/или удаления СО2), но и, в альтернативном варианте, с целью поддержки других органов, таких как печень или почки. Во многих случаях пациенты страдают нарушением нормальной работы нескольких органов, в связи с чем может быть показана комбинированная терапия с поддержкой легких (например, с помощью вентилятора), печени и почек (в частности, с помощью диализа, например гемодиализа). Из-за количества используемых устройств такая комбинированная терапия является сравнительно сложной и, следовательно, труднореализуемой в повседневной клинической практике.In accordance with the prior art, the withdrawal of the subject's blood into the extracorporeal circuit is carried out not only to support the lungs (oxygenation and/or removal of CO 2 ), but, alternatively, to support other organs, such as the liver or kidneys. In many cases, patients suffer from multi-organ dysfunction, and combination therapy with lung (eg, ventilator), liver, and kidney (particularly dialysis, such as hemodialysis) support may be indicated. Due to the number of devices used, such combination therapy is relatively complex and therefore difficult to implement in daily clinical practice.

Постановка задачSetting goals

Одной из задач настоящего изобретения является создание новых систем и способов, подходящих для лечения ацидоза. Предпочтительным является создание универсального способа, подходящего для лечения субъектов, страдающих респираторным ацидозом, метаболическим ацидозом или любым сочетанием форм респираторного и метаболического ацидозов. Другой задачей изобретения является создание усовершенствованного способа удаления метаболитов, в частности двуокиси углерода, в общем случае из биологической текучей среды, такой как кровь, а в частности - из организма человека или животного. Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованного способа удаления двуокиси углерода, в котором устранены недостатки, связанные с контактом крови и воздуха в традиционной методике ECCO2R.One of the objectives of the present invention is to provide new systems and methods suitable for the treatment of acidosis. It is preferred to provide a generic method suitable for the treatment of subjects suffering from respiratory acidosis, metabolic acidosis, or any combination of forms of respiratory and metabolic acidosis. Another object of the invention is to provide an improved method for removing metabolites, in particular carbon dioxide, in general from a biological fluid such as blood, and in particular from a human or animal body. Another object of the invention is to provide an improved method for removing carbon dioxide, which eliminates the disadvantages associated with the contact of blood and air in the traditional ECCO2R technique.

Кроме того, задачей изобретения является обеспечение поддержки легких, отличающейся превосходными количественными характеристиками в отношении удаления СО2 (или, в качестве альтернативы или дополнения, удаления ионной пары Н+/бикарбонат) в миллимольном диапазоне. Еще одной задачей является обеспечение комбинированного удаления Н+ и бикарбоната в максимально больших количествах, то есть в миллимольном диапазоне. Наконец, еще одной задачей является создание способа, подходящего для лечения нарушений нормальной работы нескольких органов, в том числе легких, печени и почек в любой комбинации, предпочтительно с помощью единственного устройства. Эти и другие задачи изобретения могут быть решены с помощью систем и способов, представленных в настоящем описании и предназначенных для удаления двуокиси углерода из биологической жидкости, в частности из крови.Furthermore, it is an object of the invention to provide lung support that is quantitatively superior in CO 2 removal (or, alternatively or in addition, H + /bicarbonate removal) in the millimolar range. Another objective is to provide combined removal of H + and bicarbonate in the largest possible quantities, ie in the millimolar range. Finally, another object is to provide a method suitable for the treatment of disorders of the normal functioning of several organs, including the lungs, liver and kidneys in any combination, preferably with a single device. These and other objects of the invention can be solved using the systems and methods presented in the present description and designed to remove carbon dioxide from a biological fluid, in particular from the blood.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют осуществить коррекцию, лечение или профилактику ацидоза, облегчить дыхание и обеспечить время, необходимое для вывода из состояния острой декомпенсации. Другие преимущества изобретения связаны с элементами описываемых систем и способов.The systems and methods provided herein can correct, treat, or prevent acidosis, facilitate breathing, and provide time to recover from acute decompensation. Other advantages of the invention are related to elements of the described systems and methods.

Краткое изложение сущности изобретенияBrief summary of the invention

Ниже описаны системы и способы, позволяющие решить вышеупомянутые задачи и устранить недостатки методик и способов, соответствующих уровню техники. В частности, системы и способы, представленные в настоящем описании, обладают преимуществами по сравнению с существующими методиками или способами экстракорпорального удаления двуокиси углерода, основывающимися на газе, используемом в качестве диализной текучей среды. С целью экстракорпорального удаления двуокиси углерода в системах и способах, представленных в настоящем описании, используется жидкость (диализная жидкость, или диализная текучая среда). Это позволяет эффективно удалять двуокись углерода из крови, выполнять коррекцию рН крови до желаемого или нормального значения и регулировать (путем повышения или понижения) концентрацию бикарбоната в крови. Измерение и мониторирование значений рН диализной текучей среды может выполняться автоматически и по существу непрерывно. Аналогичным образом можно легко, по существу автоматически и по существу непрерывно выполнять мониторирование и измерение количества двуокиси углерода или ионов водорода или бикарбоната, удаленного из крови, обеспечивая тем самым сравнительно плавную и простую оптимизацию систем и способов, представленных в настоящем описании. Эта информация может быть передана специалистам, оказывающим первичную медицинскую помощь, для оптимизации терапии пациентов. Следовательно, системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют обеспечить адаптивную поддержку органов, исходя из потребностей конкретных пациентов. Например, системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют обеспечить поддержку легких и, во многих случаях, печени и почек в зависимости от их функционирования. Кроме того, системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают стабилизацию или нормализацию рН крови в случае пациентов, страдающих нарушением кислотно-щелочного баланса, например метаболическим или респираторным ацидозом. Как правило, желаемое или нормальное значение рН крови находится в диапазоне от 7,35 до 7,45, более предпочтительно - от 7,36 до 7,44, еще более предпочтительно - от 7,37 до 7,43, еще более предпочтительно - от 7,38 до 7,42, еще более предпочтительно от 7,39 до 7,41, а в наиболее предпочтительном варианте составляет приблизительно 7,40. В общем случае приемлемые значения рН крови находятся в диапазоне от 6,8 до 8,0.Systems and methods are described below to solve the above problems and overcome the shortcomings of the methods and methods of the prior art. In particular, the systems and methods described herein offer advantages over existing methods or methods for extracorporeal carbon dioxide removal based on dialysis fluid gas. For the purpose of extracorporeal removal of carbon dioxide in the systems and methods presented in the present description, a liquid (dialysis fluid, or dialysis fluid) is used. This effectively removes carbon dioxide from the blood, adjusts the blood pH to a desired or normal value, and regulates (by increasing or decreasing) the concentration of bicarbonate in the blood. The measurement and monitoring of the pH values of the dialysis fluid can be performed automatically and substantially continuously. Similarly, the amount of carbon dioxide or hydrogen ions or bicarbonate removed from the blood can be easily, substantially automatically and substantially continuously monitored and measured, thereby providing a relatively smooth and simple optimization of the systems and methods described herein. This information can be shared with primary care professionals to optimize patient care. Therefore, the systems and methods provided herein allow for adaptive organ support based on the needs of individual patients. For example, the systems and methods provided herein provide support for the lungs and, in many cases, the liver and kidneys, depending on their function. In addition, the systems and methods provided herein provide stabilization or normalization of blood pH in the case of patients suffering from acid-base imbalance, such as metabolic or respiratory acidosis. Generally, the desired or normal blood pH is in the range of 7.35 to 7.45, more preferably 7.36 to 7.44, even more preferably 7.37 to 7.43, even more preferably from 7.38 to 7.42, even more preferably from 7.39 to 7.41, and most preferably about 7.40. In general, acceptable blood pH values are in the range of 6.8 to 8.0.

Диализная текучая среда, подходящая для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании, может характеризоваться следующим:Dialysis fluid suitable for use in the systems and methods described herein may be characterized as follows:

(I) иметь значение рН в диапазоне от 8,0 до 11,0,(I) have a pH value in the range of 8.0 to 11.0,

(II) содержать по меньшей мере один буферный агент, имеющий значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0,(II) contain at least one buffering agent having a pKa value in the range of 7.0 to 11.0,

(III) иметь буферную емкость для ионов Н+, составляющую приблизительно 12 ммоль/л ионов Н+ или более.(III) have an H + ion buffer capacity of approximately 12 mmol/L H + ions or more.

В настоящем описании приведены подробные сведения о буферной емкости, рН и других параметрах, а также представлен количественный анализ для определения буферной емкости в соответствии с изобретением. Подходящие буферные агенты для диализной текучей среды включают, например, трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и растворимые в воде белки, такие как альбумин.This description provides details of buffer capacity, pH and other parameters, and also provides a quantitative analysis to determine the buffer capacity in accordance with the invention. Suitable dialysis fluid buffering agents include, for example, tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and water-soluble proteins such as albumin.

В общем случае системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают реализацию методики удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из биологической текучей среды, такой как кровь, путем воздействия на биологическую текучую среду, такую как кровь, диализной текучей среды, обладающей предпочтительными свойствами, приведенными в настоящем описании, через полупроницаемую мембрану. Далее, в общем случае системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают реализацию методики удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из биологической текучей среды, такой как кровь, путем (I) введения биологической текучей среды в первую камеру устройства, содержащего первую камеру и вторую камеру, разделенные полупроницаемой мембраной, и (II) введения во вторую камеру устройства диализной текучей среды, обладающей предпочтительными свойствами, приведенными в настоящем описании. Таким образом, системы и способы, представленные в настоящем описании, предоставляют усовершенствованное средство экстракорпорального удаления двуокиси углерода и регулирования рН и буферной емкости крови. В настоящем описании и приложенной формуле изобретения приведены, в частности, предпочтительные и полезные варианты реализации этих систем и способов.In general, the systems and methods provided herein provide a technique for removing at least one unwanted substance from a biological fluid, such as blood, by exposing the biological fluid, such as blood, to a dialysis fluid having the preferred properties, given in the present description, through a semi-permeable membrane. Further, in general, the systems and methods provided herein provide a technique for removing at least one unwanted substance from a biological fluid, such as blood, by (i) introducing the biological fluid into a first chamber of a device comprising a first chamber, and a second chamber separated by a semi-permeable membrane; and (ii) introducing into the second chamber of the device a dialysis fluid having the preferred properties described herein. Thus, the systems and methods provided herein provide an improved means of extracorporeal carbon dioxide removal and regulation of blood pH and buffering capacity. In the present description and the attached claims are, in particular, the preferred and useful implementations of these systems and methods.

Первым объектом изобретения является способ удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из биологической текучей среды, включающий (а) воздействие на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану диализной текучей среды, характеризующейся (I) значением рН, находящимся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере одним буферным агентом, имеющим значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0, и (III) буферной емкостью, составляющей для ионов Н+ по меньшей мере 12 ммоль/л. По меньшей мере одно нежелательное вещество может представлять собой одно или более из следующего: двуокись углерода (СО2), катион водорода (Н+), гидрокарбонат (НСО3 -) и их сольваты. Способ также включает (б) автоматическое определение количества одного или более нежелательных веществ, выбранных из группы, состоящей из двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н+), гидрокарбоната (НСО3 -) и их сольватов, удаленных из биологической текучей среды. Автоматическое определение количества одного или более нежелательных веществ, выбранных из группы, состоящей из двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н+), гидрокарбоната (НСО3 -) и их сольватов, удаленных из биологической текучей среды, включает измерение разности значения рН диализной текучей среды до воздействия последней на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану и значения рН диализной текучей среды после вхождения последней в контакт с биологической текучей средой через полупроницаемую мембрану в соответствии с буферной емкостью и скоростью потока. Биологическая текучая среда может представлять собой кровь.The first object of the invention is a method for removing at least one undesirable substance from a biological fluid, comprising (a) exposing the biological fluid through a semipermeable membrane to a dialysis fluid characterized by (I) a pH value ranging from 8.0 to 11, 0, (II) at least one buffering agent having a pKa value ranging from 7.0 to 11.0, and (III) a buffering capacity of at least 12 mmol/L for H + ions. The at least one undesirable substance may be one or more of the following: carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ), and solvates thereof. The method also includes (b) automatically determining the amount of one or more undesirable substances selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ) and their solvates removed from the biological fluid . Automatic determination of the amount of one or more undesirable substances selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ) and their solvates removed from the biological fluid, includes the measurement of the difference in pH value dialysis fluid before the latter is exposed to the biological fluid through the semi-permeable membrane and the pH value of the dialysis fluid after the latter comes into contact with the biological fluid through the semi-permeable membrane in accordance with the buffer capacity and flow rate. The biological fluid may be blood.

Диализная текучая среда может содержать по меньшей мере один буферный агент, который может представлять собой трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин. Кроме того, диализная текучая среда может иметь значение рН в диапазоне от 8,0 до 9,0 и содержать (I) от 10 до 40 ммоль/л карбоната/бикарбоната и (II) от 10 до 60 г/л альбумина. Способ может также включать (в) обработку диализной текучей среды, в процессе которой диализная текучая среда может подвергаться воздействию одного или более из следующего: (I) адсорбента, (II) мембраны, (III) кислой среды с соответствующим уровнем рН и (IV) щелочной среды с соответствующим уровнем рН. Кроме того, обработка диализной текучей среды может включать удаление из нее двуокиси углерода. Способ может также дополнительно включать (г) рециркуляцию диализной текучей среды.The dialysis fluid may contain at least one buffering agent, which may be tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and albumin. In addition, the dialysis fluid may have a pH value in the range of 8.0 to 9.0 and contain (I) 10 to 40 mmol/l carbonate/bicarbonate and (II) 10 to 60 g/l albumin. The method may also include (c) treating the dialysis fluid, during which the dialysis fluid may be exposed to one or more of the following: (I) an adsorbent, (II) a membrane, (III) an acidic medium at an appropriate pH, and (IV) alkaline environment with an appropriate pH level. In addition, treatment of the dialysis fluid may include removal of carbon dioxide therefrom. The method may also further include (d) recycling the dialysis fluid.

Вторым объектом изобретения является способ экстракорпоральной обработки крови субъекта человека или животного путем (а) забора крови из вены или артерии субъекта, (б) воздействия на кровь через полупроницаемую мембрану диализной текучей среды, характеризующейся (I) значением рН, находящимся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере одним буферным агентом, имеющим значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0, и (III) буферной емкостью, составляющей для ионов Н+ по меньшей мере 12 ммоль/л, (в) удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из крови и (г) возврата крови в организм субъекта. По меньшей мере одно нежелательное вещество может представлять собой одно или более из следующего: двуокись углерода (СО2), катион водорода (Н+), гидрокарбонат (НСО3 -) и их сольваты. Способ может также включать (д) автоматическое определение количества одного или более нежелательных веществ, выбранных из группы, состоящей из двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н+), гидрокарбоната (НСО3 -) и их сольватов, удаленных из крови, а автоматическое определение количества одного или более нежелательных веществ, выбранных из группы, состоящей из двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н+), гидрокарбоната (НСО3 -) и их сольватов, удаленных из крови, может включать измерение разности значения рН диализной текучей среды до воздействия последней на кровь через полупроницаемую мембрану и значения рН диализной текучей среды после контакта последней с кровью через полупроницаемую мембрану. Диализная текучая среда может содержать по меньшей мере один буферный агент из числа таких агентов, включающего трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин. Кроме того, диализная текучая среда может иметь значение рН в диапазоне от 8,0 до 9,0 и содержать (I) от 10 до 40 ммоль/л карбоната/бикарбоната и (II) от 10 до 60 г/л альбумина. Способ может также включать (е) обработку диализной текучей среды, в процессе которой диализная текучая среда может подвергаться воздействию одного или более из следующего: (I) адсорбента, (II) мембраны, (III) кислой среды с соответствующим уровнем рН и (IV) щелочной среды с соответствующим уровнем рН. Кроме того, обработка диализной текучей среды может включать удаление из нее двуокиси углерода. Способ может также включать (ж) рециркуляцию диализной текучей среды.The second object of the invention is a method of extracorporeal treatment of blood of a human or animal subject by (a) drawing blood from a vein or artery of the subject, (b) exposing the blood through a semi-permeable membrane to a dialysis fluid characterized by (i) a pH value ranging from 8, 0 to 11.0, (II) at least one buffering agent having a pKa value in the range from 7.0 to 11.0, and (III) a buffering capacity of at least 12 mmol/l for H + ions, (c) removing at least one unwanted substance from the blood; and (d) returning the blood to the subject's body. The at least one undesirable substance may be one or more of the following: carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ), and solvates thereof. The method may also include (e) automatically determining the amount of one or more undesirable substances selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ) and their solvates removed from the blood, and automatic determination of the amount of one or more undesirable substances selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), bicarbonate (HCO 3 - ) and their solvates removed from the blood, may include measuring the difference in pH value dialysis fluid before exposure of the latter to the blood through the semipermeable membrane and the pH value of the dialysis fluid after contact with the latter with blood through the semipermeable membrane. The dialysis fluid may contain at least one buffering agent, including tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and albumin. In addition, the dialysis fluid may have a pH value in the range of 8.0 to 9.0 and contain (I) 10 to 40 mmol/l carbonate/bicarbonate and (II) 10 to 60 g/l albumin. The method may also include (e) treating the dialysis fluid, during which the dialysis fluid may be exposed to one or more of the following: (I) an adsorbent, (II) a membrane, (III) an acidic medium with an appropriate pH, and (IV) alkaline environment with an appropriate pH level. In addition, treatment of the dialysis fluid may include removal of carbon dioxide therefrom. The method may also include (g) recycling the dialysis fluid.

Третьим объектом изобретения является способ лечения субъекта, страдающего нарушением кислотно-щелочного баланса, путем (а) забора биологической текучей среды из организма субъекта, (б) воздействия на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану диализной текучей среды, характеризующейся (I) значением рН, находящимся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере одним буферным агентом, имеющим значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0, и (III) буферной емкостью, составляющей для ионов Н+ по меньшей мере 12 ммоль/л, (в) удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из биологической текучей среды и (г) возврата биологической текучей среды в организм субъекта. По меньшей мере одно нежелательное вещество может представлять собой одно или более из следующего: двуокись углерода (СО2), катион водорода (Н+), гидрокарбонат (НСО3 -) и их сольваты. Способ может также включать (д) автоматическое определение количества одного или более нежелательных веществ, выбранных из группы, состоящей из двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н+), гидрокарбоната (НСО3 -) и их сольватов, удаленных из биологической текучей среды. Автоматическое определение количества одного или более нежелательных веществ, выбранных из группы, состоящей из двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н), гидрокарбоната (НСО3 -) и их сольватов, удаленных из биологической текучей среды, может включать измерение разности значения рН диализной текучей среды до воздействия последней на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану и значения рН диализной текучей среды после контакта последней с биологической жидкостью через полупроницаемую мембрану. Диализная текучая среда может содержать по меньшей мере один буферный агент из группы таких агентов, включающей трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин. Кроме того, диализная текучая среда может иметь значение рН в диапазоне от 8,0 до 9,0 и содержать (I) от 10 до 40 ммоль/л карбоната/бикарбоната и (II) от 10 до 60 г/л альбумина. Способ может также включать (е) обработку диализной текучей среды, в процессе которой диализная текучая среда может подвергаться воздействию одного или более из следующего: (I) адсорбента, (II) мембраны, (III) кислой среды с соответствующим уровнем рН и (IV) щелочной среды с соответствующим уровнем рН. Кроме того, обработка диализной текучей среды может включать удаление из нее двуокиси углерода. Способ может также включать (ж) рециркуляцию диализной текучей среды. Субъект, страдающий нарушением кислотно-щелочного баланса, может также страдать одним или более из следующего: респираторным ацидозом, метаболическим ацидозом, легочной недостаточностью, печеночной недостаточностью и почечной недостаточностью.The third object of the invention is a method of treating a subject suffering from an acid-base imbalance by (a) taking a biological fluid from the body of the subject, (b) exposing the biological fluid through a semi-permeable membrane to a dialysis fluid characterized by (I) a pH value that is in the range from 8.0 to 11.0, (II) at least one buffering agent having a pKa value in the range from 7.0 to 11.0 , and (III) a buffer capacity of at least 12 mmol/L, (c) removing at least one unwanted substance from the biological fluid and (d) returning the biological fluid to the subject's body. The at least one undesirable substance may be one or more of the following: carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ), and solvates thereof. The method may also include (e) automatically quantifying one or more undesirable substances selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ) and their solvates removed from the biological fluid. environment. Automatic determination of the amount of one or more undesirable substances selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H), hydrogen carbonate (HCO 3 - ) and their solvates removed from the biological fluid may include measuring the difference in pH value dialysis fluid prior to exposing the latter to the biological fluid through the semipermeable membrane and the pH value of the dialysis fluid after contacting the latter with the biological fluid through the semipermeable membrane. The dialysis fluid may contain at least one buffering agent from the group of such agents, including tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM), carbonate/bicarbonate and albumin. In addition, the dialysis fluid may have a pH value in the range of 8.0 to 9.0 and contain (I) 10 to 40 mmol/l carbonate/bicarbonate and (II) 10 to 60 g/l albumin. The method may also include (e) treating the dialysis fluid, during which the dialysis fluid may be exposed to one or more of the following: (I) an adsorbent, (II) a membrane, (III) an acidic medium at an appropriate pH, and (IV) alkaline environment with an appropriate pH level. In addition, treatment of the dialysis fluid may include removal of carbon dioxide therefrom. The method may also include (g) recycling the dialysis fluid. A subject suffering from acid-base imbalance may also suffer from one or more of the following: respiratory acidosis, metabolic acidosis, pulmonary insufficiency, hepatic insufficiency, and renal insufficiency.

Четвертым объектом изобретения является диализная жидкость, предназначенная для использования в одном из способов, представленных в настоящем описании, или для использования при лечении людей или животных и характеризующаяся (I) значением рН, находящимся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере одним буферным агентом, имеющим значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0, и (III) буферной емкостью, составляющей для ионов Н+ 12 ммоль/л или более. Диализная текучая среда может содержать по меньшей мере один буферный агент из группы таких агентов, включающей трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин. Кроме того, диализная жидкость может иметь значение рН в диапазоне от 8,0 до 9,0 и содержать (I) от 10 до 40 ммоль/л карбоната/бикарбоната и (II) от 10 до 60 г/л альбумина.The fourth object of the invention is a dialysis fluid intended for use in one of the methods presented in the present description, or for use in the treatment of humans or animals, and characterized by (I) a pH value in the range from 8.0 to 11.0, (II ) at least one buffering agent having a pKa value in the range of 7.0 to 11.0, and (III) a buffering capacity of 12 mmol/l or more for H + ions. The dialysis fluid may contain at least one buffer agent from the group of such agents including tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and albumin. In addition, the dialysis fluid may have a pH value in the range of 8.0 to 9.0 and contain (I) 10 to 40 mmol/l carbonate/bicarbonate and (II) 10 to 60 g/l albumin.

Пятым объектом изобретения является способ определения буферной емкости диализной текучей среды, включающий по существу непрерывное титрование диализной текучей среды раствором кислоты или щелочи для получения желаемого или оптимального значения рН диализной текучей среды.A fifth aspect of the invention is a method for determining the buffer capacity of a dialysis fluid, comprising substantially continuously titrating the dialysis fluid with an acid or alkali solution to obtain a desired or optimum pH value of the dialysis fluid.

Шестым объектом изобретения является способ по существу непрерывного и по существу автоматического вычисления рСО2 биологической текучей среды, включающий определение рН и концентрации бикарбоната для диализной текучей среды, присутствующей в диализном контуре, выполняемое путем по существу непрерывного титрования диализной текучей среды раствором кислоты или щелочи для получения желаемого или оптимального значения рН диализной текучей среды.A sixth aspect of the invention is a method for substantially continuous and substantially automatic calculation of the pCO 2 of a biological fluid, comprising determining the pH and bicarbonate concentration for a dialysis fluid present in a dialysis circuit, performed by substantially continuous titration of the dialysis fluid with an acid or alkali solution to obtain the desired or optimal pH value of the dialysis fluid.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На чертежах показано:The drawings show:

на фиг. 1 схема диализной системы, представленной в настоящем описании и подключенной к пациенту-человеку для проведения терапии в соответствии со способом, представленным в настоящем описании,in fig. 1 diagram of the dialysis system presented in the present description and connected to a human patient for therapy in accordance with the method presented in the present description,

на фиг. 2 схема диализной системы, представленной в настоящем описании,in fig. 2 diagram of the dialysis system presented in the present description,

на фиг. 3 - буферная емкость растворов, содержащих бикарбонат и/или альбумин в соответствии с описанием, приведенным в примере 1,in fig. 3 - buffer capacity of solutions containing bicarbonate and/or albumin in accordance with the description given in example 1,

на фиг. 4 иллюстрация сравнения способов, представленных в настоящем описании, с референсным способом в соответствии с описанием, приведенным в примере 2,in fig. 4 illustrates the comparison of the methods presented in the present description, with the reference method in accordance with the description given in example 2,

на фиг. 5 - уровни Са2+ в диализной текучей среде и крови в зависимости от времени в соответствии с описанием, приведенным в примере 3.in fig. 5 - Ca 2+ levels in dialysis fluid and blood versus time as described in Example 3.

На фиг. 6 показаны значения рН крови и диализата в процессе проведения терапии с помощью диализной системы, представленной в настоящем описании модифицированного диализного устройства HepaWash® LK2001 производства компании HepaWash (Мюнхен, Германия). Во время прохождения крови через диализное устройство (диализатор) ее рН может изменяться. Между значениями рН крови и диализной жидкости имеет место прямая корреляция. Диализатор может регулировать рН входящей в него диализной жидкости в соответствии со скоростями потока обеих жидкостей, поступающих в диализатор.In FIG. 6 shows the pH values of blood and dialysate during therapy using the dialysis system presented in the present description of the modified HepaWash® LK2001 dialysis device manufactured by HepaWash (Munich, Germany). During the passage of blood through the dialysis device (dialyzer), its pH may change. There is a direct correlation between the pH values of blood and dialysis fluid. The dialyzer can adjust the pH of the dialysis fluid entering it in accordance with the flow rates of both fluids entering the dialyzer.

На фиг. 7 объемный поток через диализную систему, представленную в настоящем описании, показан как функция концентрации НСО3 -. Скорость потока (в мл/мин) уменьшается с увеличением концентрации НСО3 - (в ммоль/л).In FIG. 7, the volume flow through the dialysis system described herein is shown as a function of HCO 3 concentration. The flow rate (in ml/min) decreases with increasing concentration of HCO 3 - (in mmol/l).

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDetailed description of the preferred embodiments of the invention

Термины и определенияTerms and Definitions

"Содержащий": в контексте настоящего описания означает возможность наличия большего числа позиций или элементов, чем фактически приведено в списке. Тем не менее, в контексте некоторых вариантов осуществления изобретения термин "содержащий" следует интерпретировать в более узком смысле как синонимичный терминам "состоящий по существу из" или "состоящий из"."Containing": in the context of the present description means the possibility of having more positions or elements than actually listed. However, in the context of some embodiments of the invention, the term "comprising" should be interpreted in a narrower sense as synonymous with the terms "consisting essentially of" or "consisting of".

"Ацидоз": повышенная кислотность (то есть повышенная концентрация катионов водорода) в крови и других тканях организма. Если не указано более конкретно, то этот термин обычно относится к повышенной кислотности плазмы крови. Термин "повышенная кислотность" обычно означает, что значение рН плазмы артериальной крови составляет менее 7,35, как правило от 6,8 до менее чем 7,35."Acidosis": hyperacidity (that is, an increased concentration of hydrogen cations) in the blood and other tissues of the body. Unless otherwise specified, this term generally refers to hyperacidity in blood plasma. The term "hyperacidity" generally means that the arterial plasma pH is less than 7.35, typically 6.8 to less than 7.35.

"Карбонатное равновесие": равновесие между углекислотой и бикарбонатом / катионом водорода:"Carbonate equilibrium": the equilibrium between carbonic acid and bicarbonate/hydrogen cation:

Figure 00000003
Figure 00000003

Это равновесие является динамическим, а диссоциация носит спонтанный характер (то есть происходит вне зависимости от каталитической реакции с участием фермента, такого как карбоангидраза).This equilibrium is dynamic and dissociation is spontaneous (i.e., occurs independently of a catalytic reaction involving an enzyme such as carbonic anhydrase).

"Буферный агент": в контексте настоящего описания означает слабую кислоту или щелочь, подходящую для поддержания определенного значения кислотности (рН) раствора (например, близко к значению pKa слабой кислоты или щелочи, например рН=pKa±1), даже при добавлении кислотного или щелочного соединения. Термин "буферный агент" может использоваться как для твердых, так и для растворенных веществ. Буферные агенты обычно являются растворимыми в растворах, преимущественно в водном растворе. Функцией буферного агента является предотвращение нежелательного изменения рН при добавлении в раствор кислотного или щелочного соединения. Буферными агентами могут также называться соли слабой кислоты или щелочи, подходящие для поддержания определенного значения кислотности (рН) раствора."Buffer": in the context of the present description means a weak acid or alkali suitable for maintaining a certain acidity (pH) value of the solution (for example, close to the pKa value of a weak acid or alkali, for example pH = pKa ± 1), even when an acid or alkaline compound. The term "buffering agent" can be used for both solids and solutes. Buffer agents are usually soluble in solutions, preferably in aqueous solution. The function of a buffering agent is to prevent an undesirable change in pH when an acidic or alkaline compound is added to the solution. Buffer agents may also be referred to as salts of a weak acid or alkali, suitable for maintaining a certain value of acidity (pH) of the solution.

"Карбоангидраза": в контексте настоящего описания относится к ферменту, катализирующему обратимое превращение растворенной двуокиси углерода в углекислоту:"Carboanhydrase": as used herein, refers to an enzyme that catalyzes the reversible conversion of dissolved carbon dioxide to carbonic acid:

Figure 00000004
(то есть углекислота)
Figure 00000004
(i.e. carbonic acid)

Карбоангидраза обычно присутствует в красных кровяных тельцах (эритроцитах) и в других частях организма человека или животного.Carbonic anhydrase is commonly found in red blood cells (erythrocytes) and other parts of the human or animal body.

"Диализная текучая среда" и "диализная жидкость": в контексте настоящего описания являются взаимозаменяемыми."dialysis fluid" and "dialysis fluid": in the context of the present description are used interchangeably.

"Эритроциты", или красные кровяные тельца (ККТ): синонимичные названия клеток крови организма позвоночных, характеризующихся присутствием гемоглобина в цитоплазме. ККТ захватывают кислород в легких и высвобождают его в периферических тканях, а также захватывают в периферических тканях нежелательные вещества, такие как катионы водорода и двуокись углерода, и высвобождают их в легких. Высвобождение/захват в периферических тканях происходит, когда эритроциты проходят через капилляры этих тканей."Erythrocytes", or red blood cells (RBCs): synonymous names for the blood cells of the vertebrate body, characterized by the presence of hemoglobin in the cytoplasm. CCPs capture oxygen in the lungs and release it in peripheral tissues, and also capture unwanted substances such as hydrogen cations and carbon dioxide in peripheral tissues and release them in the lungs. Release/uptake in peripheral tissues occurs when erythrocytes pass through the capillaries of these tissues.

"Экстракорпоральный": относится к любым процессам, процедурам, веществам или устройствам, которые находятся или выполняются вне организма человека или животного. Если процессы, процедуры, вещества или устройства находятся или выполняются частично вне организма человека или животного, то данный термин относится к части, находящейся вне организма."Extracorporeal": refers to any process, procedure, substance or device that is located or performed outside the human or animal body. When processes, procedures, substances or devices are located or performed partly outside the human or animal body, this term refers to the part outside the body.

"Текучая среда": в целом относится к нетвердому состоянию вещества. Текучая среда обычно представляет собой либо жидкость, либо газ."Fluid": refers generally to the non-solid state of matter. The fluid is usually either a liquid or a gas.

"Гемоглобин", сокращенно Hb: белок, обычно присутствующий в красных кровяных тельцах организма позвоночных. Пептидные цепи гемоглобина содержат множество аминогрупп и карбоксильных групп. Как правило, молекула гемоглобина содержит четыре шарообразные белковые субъединицы. Каждая субъединица состоит из белковой цепи (глобина), связанной с небелковой гем-группой. Гемоглобин способен обратимым образом присоединять небольшие молекулы, такие как метаболиты, в первую очередь кислород (О2), катионы водорода (Н+) и двуокись углерода (СО2) либо сольваты любого из перечисленного. Как правило, кислород может обратимым образом присоединяться к гем-группе. В отличие от этого, двуокись углерода обычно может обратимым образом присоединяться к аминогруппам (как правило, к N-концам и боковым цепям аргининовых и лизиновых остатков в гемоглобине), что приводит к образованию карбаминовых групп. Гемоглобин, содержащий одну или более карбаминовых групп, называется карбаминогемоглобином. Карбаминогемоглобин вносит основной вклад в эффект Холдейна. Обычно считается, что карбаминогемоглобин ответственен приблизительно за 10% транспорта двуокиси углерода у млекопитающих. Наконец, карбоксильные группы гемоглобина способны присоединять катионы водорода, обеспечивая тем самым буферное действие (такие катионы водорода обычно образуются в результате диссоциации СО2 и возникновения карбонатного равновесия). В пределах нормального физиологического диапазона рН присоединение большей части катионов водорода гемоглобином происходит с участием имидазольной группы аминокислоты гистидина, присутствующего в цепи глобина. Деоксигенированный гемоглобин является для катионов водорода более хорошим акцептором, чем оксигенированный гемоглобин."Hemoglobin", abbreviated as Hb: a protein normally found in the red blood cells of vertebrates. Peptide chains of hemoglobin contain many amino groups and carboxyl groups. Typically, a hemoglobin molecule contains four spherical protein subunits. Each subunit consists of a protein chain (globin) linked to a non-protein heme group. Hemoglobin is capable of reversibly attaching small molecules such as metabolites, primarily oxygen (O 2 ), hydrogen cations (H + ) and carbon dioxide (CO 2 ) or solvates of any of the above. As a rule, oxygen can reversibly attach to the heme group. In contrast, carbon dioxide can usually reversibly add to amino groups (typically the N-terminus and side chains of arginine and lysine residues in hemoglobin), leading to the formation of carbamine groups. Hemoglobin containing one or more carbamin groups is called carbaminohemoglobin. Carbaminohemoglobin is the main contributor to the Haldane effect. It is generally believed that carbaminohemoglobin is responsible for approximately 10% of carbon dioxide transport in mammals. Finally, hemoglobin carboxyl groups are capable of attaching hydrogen cations, thereby providing a buffering effect (such hydrogen cations are usually formed as a result of CO 2 dissociation and the occurrence of carbonate equilibrium). Within the normal physiological pH range, the attachment of most hydrogen cations by hemoglobin occurs with the participation of the imidazole group of the amino acid histidine present in the globin chain. Deoxygenated hemoglobin is a better acceptor for hydrogen cations than oxygenated hemoglobin.

"Гидрокарбонат", или "бикарбонат": используются взаимозаменяемым образом для обозначения аниона с химической формулой НСО3 -. Гидрокарбонат представляет собой промежуточную форму при депротонизации углекислоты. Он является многоатомным анионом. В настоящем описании данный термин применяется, если из контекста не следует иное, к аниону гидрокарбоната (НСО3 -) и к любой бикарбонатной соли, такой как, например, бикарбонат натрия."Hydrocarbonate" or "bicarbonate": used interchangeably to refer to an anion with the chemical formula HCO 3 - . Bicarbonate is an intermediate form in the deprotonation of carbon dioxide. It is a polyatomic anion. In the present description, this term is used, unless the context requires otherwise, to the bicarbonate anion (HCO 3 - ) and to any bicarbonate salt, such as, for example, sodium bicarbonate.

"Катион водорода", или ион водорода (Н+): используются взаимозаменяемым образом для обозначения катионной формы атома водорода. Все эти термины совместно включают катионы всех изотопов водорода, в частности протия, дейтерия и трития. В водном растворе катионы водорода обычно образуют сольваты путем присоединения одной или более молекул воды. Эти сольваты называются ионами гидроксония и могут быть описаны общей формулой Н+(H2O)n, где n целое число, равное 0, 1, 2, 3, 4 или более 4, в наиболее типичных случаях 1 или 4. В контексте настоящего описания термин "катион водорода" может также использоваться для обозначения катиона водорода в растворе или в сольватированном состоянии."Hydrogen cation" or hydrogen ion (H + ): are used interchangeably to refer to the cationic form of a hydrogen atom. All these terms collectively include cations of all hydrogen isotopes, in particular protium, deuterium and tritium. In aqueous solution, hydrogen cations usually form solvates by adding one or more water molecules. These solvates are called hydronium ions and can be described by the general formula H + (H 2 O) n where n is an integer equal to 0, 1, 2, 3, 4 or greater than 4, most typically 1 or 4. In the context of this description, the term "hydrogen cation" can also be used to refer to a hydrogen cation in solution or in a solvated state.

"Метаболит": в контексте настоящего описания относится к любому промежуточному или конечному продукту метаболизма человека или животного. Конкретными метаболитами, представляющими важность для настоящего изобретения, являются двуокись углерода, гидрокарбонат и катионы водорода."Metabolite": as used herein, refers to any intermediate or end product of human or animal metabolism. Specific metabolites of importance to the present invention are carbon dioxide, hydrogen carbonate and hydrogen cations.

"Кислород": в настоящем описании относится, если из контекста не следует иное, к молекуле дикислорода (О2). Кислород играет важную роль в клеточном дыхании всех аэробных организмов, включая млекопитающих."Oxygen": as used herein, unless the context dictates otherwise, refers to a dioxygen (O 2 ) molecule. Oxygen plays an important role in the cellular respiration of all aerobic organisms, including mammals.

"Оксигенированный / дезоксигенированный гемоглобин": относится к состоянию оксигенации гемоглобина. Поскольку гемоглобин обычно состоит из четырех белковых субъединиц, каждая из этих субъединиц может быть обратимым образом оксигенирована/дезоксигенирована с возможностью возникновения пяти состояний оксигенации: полностью дезоксигенированная форма (все четыре субъединицы являются дезоксигенированными) всегда называется "дезоксигенированной", а полностью оксигенированная форма (все четыре субъединицы являются оксигенированными) всегда называется "оксигенированной". В контексте настоящего описания термины "оксигенированный" и "дезоксигенированный" также используются в качестве относительных понятий: например, формы гемоглобина, содержащие две, три или четыре оксигенированные субъединицы, могут называться оксигенированным гемоглобином по сравнению с формой, содержащей одну оксигенированную субъединицу. И наоборот, та же форма, содержащая одну оксигенированную субъединицу, может называться оксигенированным гемоглобином по сравнению с формой, не содержащей оксигенированных субъединиц (то есть все субъединицы являются дезоксигенированными). Дезоксигенированный гемоглобин также называют дезоксигемоглобином. Оксигенированный гемоглобин также называют оксигемоглобином. Если из контекста не следует иное, то в настоящем описании термин "гемоглобин" используется одновременно для оксигемоглобина и дезоксигемоглобина. В контексте настоящего описания термины "оксигемоглобин/дезоксигемоглобин" не требуют, в частности, наличия конкретного количества катионов водорода, присоединенных к белку оксигемоглобину/дезоксигемоглобину."Oxygenated/deoxygenated hemoglobin": refers to the oxygenated state of hemoglobin. Since hemoglobin is usually composed of four protein subunits, each of these subunits can be reversibly oxygenated/deoxygenated, with five oxygenation states possible: the fully deoxygenated form (all four subunits are deoxygenated) is always referred to as "deoxygenated", and the fully oxygenated form (all four subunits are oxygenated) is always referred to as "oxygenated". In the context of the present description, the terms "oxygenated" and "deoxygenated" are also used as relative concepts: for example, forms of hemoglobin containing two, three or four oxygenated subunits may be referred to as oxygenated hemoglobin compared to a form containing one oxygenated subunit. Conversely, the same form containing one oxygenated subunit may be referred to as oxygenated hemoglobin compared to a form containing no oxygenated subunits (i.e., all subunits are deoxygenated). Deoxygenated hemoglobin is also called deoxyhemoglobin. Oxygenated hemoglobin is also called oxyhemoglobin. Unless the context implies otherwise, in the present description, the term "hemoglobin" is used simultaneously for oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin. In the context of the present description, the terms "oxyhemoglobin/deoxyhemoglobin" do not specifically require the presence of a specific number of hydrogen cations attached to the oxyhemoglobin/deoxyhemoglobin protein.

"рСО2": относится к парциальному давлению двуокиси углерода (СО2) в текучей среде, например в плазме крови или диализной жидкости."pCO 2 ": refers to the partial pressure of carbon dioxide (CO 2 ) in a fluid, such as blood plasma or dialysis fluid.

"Периф ерическая ткань": в контексте настоящего описания относится к любой нелегочной ткани (нежаберной ткани) позвоночных, в частности к нелегочной ткани млекопитающих."Peripheral tissue": in the context of the present description refers to any non-lung tissue (non-gill tissue) of vertebrates, in particular non-lung tissue of mammals.

"Плазма": в контексте настоящего описания относится к плазме крови, то есть к внеклеточной внутрисосудистой жидкой фракции крови."Plasma": in the context of the present description refers to blood plasma, that is, the extracellular intravascular fluid fraction of blood.

"рН", или значение рН: относится к отрицательному десятичному логарифму активности ионов водорода. Растворы с рН менее 7 являются кислотными, а растворы с рН более 7 - щелочными, или основными."pH", or pH value: refers to the negative base 10 logarithm of hydrogen ion activity. Solutions with a pH less than 7 are acidic, and solutions with a pH greater than 7 are alkaline or basic.

"pKa": показатель, выражающий степень кислотности слабых кислот и определяемый как описано ниже. В общем случае слабые кислоты присутствуют в частично диссоциированном виде в водном растворе в соответствии со следующим уравнением:"pKa": an indicator expressing the degree of acidity of weak acids and determined as described below. In general, weak acids are present in partially dissociated form in aqueous solution according to the following equation:

Figure 00000005
Figure 00000005

Это уравнение определяет значение pKa следующим образом:This equation defines the pKa value as follows:

Figure 00000006
Figure 00000006

В общем случае чем меньше значение pKa, тем более сильной является кислота.In general, the lower the pKa value, the stronger the acid.

"Бикарбонат натрия", или гидрокарбонат натрия: используются взаимозаменяемым образом для обозначения (водорастворимого) химического"Sodium bicarbonate", or sodium bicarbonate: used interchangeably to refer to a (water-soluble) chemical

соединения, имеющего формулу NaHCO3 (также известного как пекарный порошок, пищевая сода или просто сода), и присутствующего в любой форме, например кристаллической (например, в безводной форме или в форме любого гидрата) или растворенным в растворе, например в водном растворе.a compound having the formula NaHCO 3 (also known as baking powder, baking soda, or simply soda) and present in any form, such as crystalline (for example, in anhydrous form or in the form of any hydrate) or dissolved in solution, for example, in an aqueous solution.

"Карбонат натрия": относится к (водорастворимой) двунатриевой соли углекислоты (Na2CO3, также известной как стиральная, или кальцинированная, сода), присутствующей в любой форме, например кристаллической (например, в безводной форме или в форме любого гидрата, такого как гептагидрат или декагидрат) или растворенной в растворе, например в водном растворе."Sodium carbonate": refers to a (water-soluble) disodium salt of carbonic acid (Na 2 CO 3 , also known as washing or soda ash) present in any form, such as crystalline (for example, in anhydrous form or in the form of any hydrate, such as a heptahydrate or decahydrate) or dissolved in a solution, such as an aqueous solution.

"Сольват": относится к растворенному веществу, окруженному молекулами растворителя или образовавшему с ними комплекс. Сольватация представляет собой взаимодействие растворенного вещества (например, иона, такого как катион водорода Н+, гидрокарбонат НСО3) с растворителем (например, водой). В сольватированном состоянии сольват обычно бывает стабилизированным (в отличие от несольватированного состояния). Если из контекста не следует иное, то в настоящем описании термин "сольват" относится преимущественно к веществу, растворенному в воде."Solvate": refers to a solute surrounded by or complexed with solvent molecules. Solvation is the interaction of a solute (eg an ion such as the hydrogen cation H + , hydrogen carbonate HCO 3 ) with a solvent (eg water). In the solvated state, the solvate is usually stabilized (as opposed to the unsolvated state). Unless the context implies otherwise, in the present description, the term "solvate" refers primarily to a substance dissolved in water.

"Субъект", или пациент: относится к отдельному человеку или животному, преимущественно к человеку. Субъект может быть здоровым или может страдать по меньшей мере одним нарушением здоровья, недомоганием или заболеванием. Пациент это субъект, страдающий по меньшей мере одним нарушением здоровья, недомоганием или заболеванием. В контексте настоящего описания термин "пациент" может относиться к индивидууму, страдающему одним или более конкретными состояниями, упоминаемыми в настоящем описании."Subject" or patient: refers to an individual person or animal, preferably a human. The subject may be healthy or may be suffering from at least one health disorder, ailment, or disease. A patient is a subject suffering from at least one health disorder, ailment, or disease. In the context of the present description, the term "patient" may refer to an individual suffering from one or more of the specific conditions mentioned in the present description.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, нацелены на решение поставленных задач и устранение недостатков упомянутых выше методик и процедур, соответствующих уровню техники. В частности, системы и способы, представленные в настоящем описании, обладают преимуществами по сравнению с существующими методиками или процедурами экстракорпорального удаления двуокиси углерода, основывающимися на использовании газа в качестве диализной текучей среды, благодаря применению жидкой текучей среды (диализной жидкости) с целью проведения диализа в способе экстракорпорального удаления двуокиси углерода. Эти системы и способы позволяют эффективно удалять двуокись углерода из крови, выполнять коррекцию рН крови до желаемого или нормального значения и регулировать (путем повышения или понижения) концентрацию бикарбоната в крови. Следовательно, эти системы и способы обеспечивают адаптивную поддержку органов, исходя из потребностей конкретных пациентов. Например, эти системы и способы обеспечивают поддержку легких и/или почек в зависимости от функционирования последних и стабилизируют рН крови в случае субъектов, страдающих респираторным ацидозом, например путем повышения продукции бикарбоната в организме. Как правило, желаемое или нормальное значение рН крови находится в диапазоне от 7,35 до 7,45, более предпочтительно - от 7,36 до 7,44, еще более предпочтительно - от 7,37 до 7,43, еще более предпочтительно - от 7,38 до 7,42, еще более предпочтительно - от 7,39 до 7,41, а в наиболее предпочтительном варианте составляет приблизительно 7,40. В общем случае приемлемые значения рН крови могут находиться в диапазоне от 6,8 до 8,0.The systems and methods presented in the present description are aimed at solving the problems and eliminating the shortcomings of the methods and procedures mentioned above, corresponding to the prior art. In particular, the systems and methods described herein offer advantages over existing extracorporeal carbon dioxide removal techniques or procedures based on the use of gas as the dialysis fluid by using a liquid fluid (dialysis fluid) to perform dialysis in method of extracorporeal removal of carbon dioxide. These systems and methods effectively remove carbon dioxide from the blood, adjust the pH of the blood to a desired or normal value, and regulate (by increasing or decreasing) the concentration of bicarbonate in the blood. Therefore, these systems and methods provide adaptive organ support based on the needs of individual patients. For example, these systems and methods provide support to the lungs and/or kidneys, depending on the functioning of the latter, and stabilize blood pH in the case of subjects suffering from respiratory acidosis, for example, by increasing the production of bicarbonate in the body. Generally, the desired or normal blood pH is in the range of 7.35 to 7.45, more preferably 7.36 to 7.44, even more preferably 7.37 to 7.43, even more preferably from 7.38 to 7.42, even more preferably from 7.39 to 7.41, and most preferably about 7.40. In general, acceptable blood pH values may be in the range of 6.8 to 8.0.

Диализная текучая среда, подходящая для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании, характеризуется следующим:A dialysis fluid suitable for use in the systems and methods described herein is characterized by the following:

(I) имеет значение рН в диапазоне от 8,0 до 11,0,(I) has a pH value in the range of 8.0 to 11.0,

(II) содержит по меньшей мере один буферный агент, характеризующийся по меньшей мере одним значением pKa, находящимся в диапазоне от 7,0 до 11,0,(II) contains at least one buffer agent, characterized by at least one pKa value in the range from 7.0 to 11.0,

(III) имеет буферную емкость для ионов Н+, составляющую приблизительно 12 ммоль/л ионов Н+ или более.(III) has a buffer capacity for H + ions of about 12 mmol/l of H + ions or more.

Ниже приведены подробные сведения о буферной емкости, рН и других параметрах. Кроме того, ниже представлен количественный анализ для определения буферной емкости в соответствии с изобретением.Below are the details of buffer capacity, pH and other parameters. In addition, below is a quantitative analysis to determine the buffer capacity in accordance with the invention.

Подходящие буферные агенты для диализной жидкости включают, в частности, одно или более из следующего: трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и растворимые в воде белки, предпочтительно альбумин.Suitable dialysis fluid buffering agents include, in particular, one or more of the following: tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and water-soluble proteins, preferably albumin.

Таким образом, системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают реализацию (а) методики удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из крови, характеризующейся воздействием на кровь через полупроницаемую мембрану диализной жидкости, обладающей свойствами или предпочтительными свойствами, приведенными в настоящем описании, и (б) методики удаления по меньшей мере одного нежелательного вещества из крови, характеризующейся (I) введением крови в первую камеру устройства, содержащего первую камеру и вторую камеру, разделенные полупроницаемой мембраной, и (II) введением во вторую камеру устройства диализной жидкости, обладающей свойствами или предпочтительными свойствами, приведенными в настоящем описании.Thus, the systems and methods provided herein provide for (a) a technique for removing at least one unwanted substance from the blood, characterized by exposing the blood through a semi-permeable membrane to a dialysis fluid having the properties or preferred properties described herein, and (b) a technique for removing at least one unwanted substance from the blood, characterized by (i) introducing blood into the first chamber of a device comprising a first chamber and a second chamber separated by a semi-permeable membrane, and (ii) introducing into the second chamber of the device a dialysis fluid having the properties or the preferred properties described in the present description.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, применимы для экстракорпорального удаления двуокиси углерода и/или регулирования рН и/или регулирования буферной емкости крови. В настоящем описании и приложенной формуле изобретения приведены, в частности, предпочтительные и полезные варианты реализации этих систем и способов.The systems and methods provided herein are useful for extracorporeal carbon dioxide removal and/or pH adjustment and/or regulation of blood buffering capacity. In the present description and the appended claims are, in particular, the preferred and useful implementations of these systems and methods.

Термин "первая камера" в общем случае относится к камере, выполненной с возможностью или подходящей для приема крови, а термин "вторая камера" в общем случае относится к камере, выполненной с возможностью или подходящей для приема диализной жидкости; в типичном варианте осуществления изобретения, представленном в настоящем описании, первая и вторая камеры отделены друг от друга полупроницаемой мембраной. В типичном варианте осуществления изобретения между первой и второй камерой не предусматривается непосредственное соединение (трубки и т.п.). Следовательно, из первой камеры во вторую и/или из второй камеры в первую могут попасть только вещества, способные пройти сквозь полупроницаемую мембрану.The term "first chamber" generally refers to a chamber capable of or suitable for receiving blood, and the term "second chamber" generally refers to a chamber capable of or suitable for receiving dialysis fluid; in a typical embodiment of the invention presented in the present description, the first and second chambers are separated from each other by a semi-permeable membrane. In a typical embodiment of the invention, no direct connection (tubes, etc.) is provided between the first and second chambers. Consequently, only substances capable of passing through the semi-permeable membrane can pass from the first chamber to the second and/or from the second chamber to the first.

Кровь и диализная жидкость представляют собой водные текучие среды. В контексте настоящего описания термин "водная" относится в общем случае к воде или водосодержащим текучим средам, находящимся, в частности и без ограничений, в жидком состоянии. В контексте настоящего описания термин "водная" используется для обозначения текучих сред, в частности жидкостей или жидких фаз, содержащих воду. Как правило, водные жидкости содержат воду в количестве более 50% по объему (об.) и являются гидрофильными. Кровь и диализная жидкость представляют собой такие водные текучие среды. Таким образом, фундаментальное различие между системами и способами, представленными в настоящем описании, и способами экстракорпорального удаления двуокиси углерода, соответствующими уровню техники (ECCO2R), состоит в том, что в настоящем изобретении используется диализная текучая среда в жидком состоянии.Blood and dialysis fluid are aqueous fluids. In the context of the present description, the term "aqueous" refers generally to water or water-containing fluids, in particular and without limitation, in a liquid state. In the context of the present description, the term "aqueous" is used to refer to fluids, in particular liquids or liquid phases containing water. Generally, aqueous liquids contain more than 50% by volume (vol.) water and are hydrophilic. Blood and dialysis fluid are such aqueous fluids. Thus, the fundamental difference between the systems and methods presented herein and the prior art extracorporeal carbon dioxide removal (ECCO2R) methods is that the present invention uses a dialysis fluid in a liquid state.

Использование жидких диализных текучих сред в других технических областях или с другими целями (то есть отличающимися от задачи экстракорпорального удаления двуокиси углерода в соответствии с методикой ECCO2R) описано в публикациях, отображающих уровень техники. В системах, представленных в этих публикациях, диализная жидкость подается в область, непосредственно примыкающую к крови, находящейся в экстракорпоральном контуре и отделенной полупроницаемой мембраной, благодаря чему обеспечивается перенос нежелательных веществ вдоль градиента концентрации из крови в диализную жидкость и, в ряде случаев, нужных веществ в противоположном направлении. Эти системы, соответствующие уровню техники, предназначены для других целей, а именно поддержки почек и/или печени. Например, диализ для поддержки почек может быть показан в случае ацидоза, который может быть следствием хронической почечной недостаточности (ХПН). Такая диализная терапия для поддержки почек является, однако, в целом неприемлемой для использования в качестве вспомогательной или заместительной терапии применительно к функциям печени, то есть для удаления из крови определенных веществ (в частности, токсинов), таких как белковосвязанные вещества (в частности, токсины). В публикации WO 03/094998 A1 (HepaWash) описаны устройство и способ для удаления из крови белковосвязанных веществ (в частности, токсинов), основывающиеся на использовании абсорбирующей жидкости, подходящей для применения в качестве диализной жидкости при проведении диализа печени, причем диализная жидкость содержит альбумин и может содержать, по выбору, кофеин. Это позволяет присоединить белковосвязанные токсины к носителю-альбумину. Тем не менее, эти системы, соответствующие уровню техники, не нацелены на обеспечение поддержки легких, не говоря уже об эффективном удалении двуокиси углерода (СО2), катиона водорода (Н+) и гидрокарбоната (НСО3 -). Был установлен удивительный факт, что диализная жидкость вообще, а конкретная диализная жидкость, представленная в настоящем описании в частности, применима в целях экстракорпорального удаления двуокиси углерода и регулирования уровня бикарбоната. Эти цели могут быть достигнуты посредством индивидуально подобранной терапии, то есть исходя из потребностей конкретного пациента.The use of liquid dialysis fluids in other technical fields or for other purposes (ie, other than the task of extracorporeal removal of carbon dioxide in accordance with the ECCO2R methodology) is described in publications reflecting the state of the art. In the systems presented in these publications, the dialysis fluid is delivered to the area immediately adjacent to the blood, located in the extracorporeal circuit and separated by a semipermeable membrane, thereby ensuring the transfer of unwanted substances along the concentration gradient from the blood to the dialysis fluid and, in some cases, the desired substances. in the opposite direction. These prior art systems are intended for other purposes, namely kidney and/or liver support. For example, dialysis to support the kidneys may be indicated for acidosis, which may be due to chronic renal failure (CRF). Such dialysis therapy for kidney support is, however, generally unacceptable for use as an adjuvant or replacement therapy in relation to liver function, i.e. to remove certain substances (in particular toxins) from the blood, such as protein-bound substances (in particular toxins ). WO 03/094998 A1 (HepaWash) describes a device and method for removing protein-bound substances (particularly toxins) from the blood based on the use of an absorbent liquid suitable for use as a dialysis liquid in liver dialysis, the dialysis liquid containing albumin. and may optionally contain caffeine. This allows protein-bound toxins to be attached to the albumin carrier. However, these prior art systems do not aim to provide lung support, let alone effective removal of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ) and bicarbonate (HCO 3 - ). It has been surprisingly found that dialysis fluid in general, and the specific dialysis fluid described herein in particular, is useful for extracorporeal carbon dioxide removal and bicarbonate control. These goals can be achieved through individually tailored therapy, that is, based on the needs of a particular patient.

В общем случае альбумин обладает свойствами, позволяющими ему играть роль буфера для водных жидкостей, и считается, что важное значение при этом имеют определенные аминокислотные остатки альбумина (например, имидазольная группа гистидина, тиольная группа цистеина) (Кайрони (Caironi) и др., Blood Transfus., 2009, 7(4), 259-267), а при повышенных значениях рН аминогруппы боковых цепей лизина и N-концов могут вносить вклад в буферное действие. Тем не менее, буферные свойства альбумина находят свое традиционное применение в крови (где он образуется естественным образом в организме человека или животного), а эффективность альбуминсодержащих жидкостей для экстракорпоральной поддержки легких и, в частности, для экстракорпорального удаления двуокиси углерода не признана и не находит применения в данной области. Кроме того, известно, что бикарбонат является основой физиологической буферной системы, обеспечивающей поддержание нормального уровня рН. Диализные жидкости, содержащие бикарбонат, хотя и не содержащие альбумин, были описаны ранее. Типичная концентрация бикарбоната в этих диализных жидкостях находится в диапазоне от 32 до 40 ммоль/л. Системы и способы, представленные в настоящем описании, обладают преимуществом по сравнению с применявшимися ранее еще и потому, что позволяют извлечь пользу из буферной емкости буферных агентов, у которых значение pKa находится в указанном выше диапазоне, а именно альбумина, карбоната/бикарбоната или триса. В качестве дополнения могут использоваться другие неорганические или органические буферные агенты. Такие буферные агенты имеют по меньшей мере одно значение pKa предпочтительно в диапазоне между 7,0 и 9,0. В число подходящих дополнительных органических буферных агентов входят белки, в частности водорастворимые белки, аминокислоты и трис, а молекулы подходящих дополнительных неорганических буферов включают HPO4 2-/H2PO4 -.In general, albumin has properties that allow it to act as a buffer for aqueous fluids, and it is believed that certain amino acid residues of albumin (for example, the histidine imidazole group, the cysteine thiol group) are important in this (Caironi et al., Blood Transfus., 2009, 7(4), 259-267), and at elevated pH values, the amino groups of the side chains of lysine and the N-termini may contribute to the buffering action. However, the buffering properties of albumin find their traditional use in the blood (where it is formed naturally in the human or animal body), and the effectiveness of albumin-containing fluids for extracorporeal lung support and, in particular, for extracorporeal carbon dioxide removal is not recognized and is not used. in this area. In addition, it is known that bicarbonate is the basis of a physiological buffer system that maintains a normal pH level. Dialysis fluids containing bicarbonate, although not containing albumin, have been described previously. The typical concentration of bicarbonate in these dialysis fluids is in the range of 32 to 40 mmol/L. The systems and methods presented herein are also advantageous over those previously used in that they take advantage of the buffering capacity of buffering agents with a pKa value in the above range, namely albumin, carbonate/bicarbonate or tris. Other inorganic or organic buffering agents may be used as an addition. Such buffering agents have at least one pKa value, preferably in the range between 7.0 and 9.0. Suitable additional organic buffering agents include proteins, in particular water-soluble proteins, amino acids and tris, and suitable additional inorganic buffer molecules include HPO 4 2- /H 2 PO 4 - .

Еще одним преимуществом систем и способов, представленных в настоящем описании, является их адаптивность. В зависимости от скорости потока крови (до 600 мл/мин или, в случае двух параллельных устройств, до 1200 мл/мин), скорости потока диализной жидкости (до 2000 мл/мин) и точного состава диализной жидкости из крови может быть удалено от 0 до 10 ммоль/мин двуокиси углерода.Another advantage of the systems and methods presented in the present description is their adaptability. Depending on the blood flow rate (up to 600 ml/min or, in the case of two parallel devices, up to 1200 ml/min), the dialysis fluid flow rate (up to 2000 ml/min) and the exact composition of the dialysis fluid, the blood can be removed from 0 up to 10 mmol/min carbon dioxide.

Схематическое изображение системы, представленной в настоящем описанииSchematic representation of the system presented in the present description

На фиг. 1 и 2 показаны поток 1 обрабатываемой жидкости, например крови, поступающей на впуск диализной системы, и поток 2 обрабатываемой жидкости, например крови, поступающей на выпуск диализной системы. Также показаны поток 3 входящей регенерированной жидкости, предназначенной для обмена и содержащей известный буфер, и поток 4 выходящей жидкости, предназначенной для обмена и подвергаемой анализу и регенерации. Диализная система содержит двухкамерное устройство, например диализатор 5, и полупроницаемую мембрану 6. В разных местах системы предусмотрены один или более насосов 7, 8, 17, 18, предназначенных для получения и поддержания требуемых потоков жидкостей. Один или более датчиков 9, 10 предусмотрены для измерения или мониторирования одного или более параметров, включающих рН, температуру, рСО2, концентрацию гемоглобина, насыщенность кислородом и скорость потока. Аналогичным образом, один или более датчиков 11, 12, 13, 14, 15 предусмотрены для измерения или мониторирования одного или более параметров, включающих рН, рСО2, сСО2, скорость потока, электропроводность и температуру. Кроме того, предусмотрена точка 16 разветвления, из которой выходят две отдельные линии для прохождения в них потоков диализной жидкости. В каждой из этих отдельных линий, выходящих из точки 16 разветвления, предусмотрен источник, или резервуар, 19, 20 с водой, обработанной в установке обратного осмоса (осмотической водой). В одну из этих отдельных линий подается кислотный концентрат 21, например HCl, поток 23 которого смешивается с осмотической водой из источника, или резервуара, 20, образуя кислый смешанный подаваемый раствор 25 с известной концентрацией Н+. Во вторую отдельную линию подается щелочной концентрат 22, например NaOH, поток 24 которого смешивается с осмотической водой из источника, или резервуара, 19, образуя щелочной смешанный подаваемый раствор 26 с известной концентрацией ОН. Предусмотрены две точки 27, 28 (по одной в каждой из двух отдельных линий) смешивания свежего подаваемого раствора и рециркулирующего раствора. Кроме того, предусмотрена зона 29 нейтрализации или смешивания, расположенная по потоку после двух отдельных линий. Предусмотрены два фильтра 30, 31, по одному в каждой отдельной линии. Предусмотрены два насоса 32, 33 для удаления отходов (по одному в каждой отдельной линии) и один или более соответствующих датчиков 34, 35, расположенных по потоку после насосов 32, 33 для удаления отходов, предназначенных для измерения одного или более параметров, включая рН, рСО2, ССО2, скорость потока, электропроводность и температуру, и действующих в качестве титратора. Могут быть также предусмотрены один или более резервуаров 36, 37 для отходов. Диализная система содержит резервуар / емкость для буфера / зону смешивания 38 и контур 39 для жидкости, подлежащей обработке. Аналогичным образом, диализная система содержит контур 40 для обмена и дифференциального измерения обмена наряду с контуром 41 для титрования и регулирования жидкости. В некоторых случаях могут быть предусмотрены, по мере необходимости или желания и по выбору, один или более дополнительных растворов 42, 43.In FIG. 1 and 2 show a flow 1 of a treated fluid, eg blood, entering the inlet of a dialysis system, and a flow 2 of a treated fluid, eg blood, entering the outlet of the dialysis system. Also shown is an incoming regenerated liquid stream 3 intended for exchange and containing a known buffer, and an outgoing liquid stream 4 intended for exchange and subjected to analysis and regeneration. The dialysis system includes a two-chamber device, such as a dialyzer 5, and a semi-permeable membrane 6. One or more pumps 7, 8, 17, 18 are provided at various locations in the system to obtain and maintain the required fluid flows. One or more sensors 9, 10 are provided to measure or monitor one or more parameters including pH, temperature, pCO 2 , hemoglobin concentration, oxygen saturation, and flow rate. Similarly, one or more sensors 11, 12, 13, 14, 15 are provided to measure or monitor one or more parameters including pH, pCO 2 , cCO 2 , flow rate, electrical conductivity, and temperature. In addition, a junction point 16 is provided from which two separate lines exit for the passage of dialysis fluid flows into them. In each of these separate lines leaving the branching point 16 there is provided a source or reservoir 19, 20 of reverse osmosis treated water (osmosis water). One of these separate lines is fed with an acidic concentrate 21, such as HCl, the stream 23 of which is mixed with osmotic water from a source or reservoir 20 to form an acidic mixed feed solution 25 with a known concentration of H + . A second separate line is fed with an alkaline concentrate 22, such as NaOH, whose stream 24 is mixed with osmotic water from a source or reservoir 19 to form an alkaline mixed feed solution 26 with a known concentration of OH. There are two points 27, 28 (one in each of two separate lines) for mixing the fresh feed solution and the recycle solution. In addition, a neutralization or mixing zone 29 is provided downstream of the two separate lines. Two filters 30, 31 are provided, one in each individual line. There are two waste disposal pumps 32, 33 (one in each separate line) and one or more respective sensors 34, 35 downstream of the waste disposal pumps 32, 33 to measure one or more parameters including pH, pCO 2 , CCO 2 , flow rate, electrical conductivity and temperature, and acting as a titrator. One or more waste containers 36, 37 may also be provided. The dialysis system comprises a reservoir/buffer container/mixing zone 38 and a circuit 39 for the fluid to be treated. Similarly, the dialysis system includes a circuit 40 for exchange and differential measurement of exchange along with a circuit 41 for titration and fluid control. In some cases, one or more additional solutions 42, 43 may be provided, as needed or desired and optional.

На фиг. 1 показана диализная система 44, представленная в настоящем описании. Эта диализная система может также содержать блок управления, такой как электронный блок 45 управления, который может располагаться как внутри, так и вне показанной диализной системы 44, один или более дополнительных датчиков 46, предназначенных для измерения или мониторирования одного или более параметров, включая парциальное давление или объемную долю в процентах СО2, капнографию или инфракрасную спектроскопию, и тоже могущих располагаться вне показанной системы 44, и один или более дополнительных датчиков 47, предназначенных для измерения одного или более параметров, включая рСО2, tcpCO2, SpCO2, рО2, tcpO2, SpO2, импульсы или температуру, и тоже могущих располагаться вне показанной диализной системы 44. Кроме того, могут быть предусмотрены соединительные порты 48 для эффективного подключения диализной системы 44 к пациенту 49.In FIG. 1 shows a dialysis system 44 as described herein. This dialysis system may also include a control unit, such as an electronic control unit 45, which may be located either inside or outside the dialysis system 44 shown, one or more additional sensors 46 designed to measure or monitor one or more parameters, including partial pressure or volume percentage CO 2 , capnography or infrared spectroscopy, which can also be located outside the system 44 shown, and one or more additional sensors 47 designed to measure one or more parameters, including pCO 2 , tcpCO 2 , SpCO 2 , pO 2 , tcpO 2 , SpO 2 , pulses or temperature, and also can be located outside the shown dialysis system 44. In addition, connection ports 48 can be provided to effectively connect the dialysis system 44 to the patient 49.

КровьBlood

Кровь, присутствующая в организме позвоночных (людей или животных), состоит из клеточных элементов крови и плазмы крови (также называемой плазмой), причем клеточные элементы находятся в плазме во взвешенном состоянии. Основным компонентом плазмы в организме позвоночных является вода, а основным типом клеточных элементов крови являются эритроциты. Системы и способы, представленные в настоящем описании, могут использоваться применительно ко всем типам крови людей или животных, предпочтительно позвоночных, предпочтительно млекопитающих, наиболее предпочтительно людей, и подходят для решения вышеупомянутых задач в случае присутствия в крови по меньшей мере одного нежелательного вещества, определяемого согласно настоящему описанию.The blood present in the body of vertebrates (humans or animals) consists of the cellular elements of blood and blood plasma (also called plasma), the cellular elements being suspended in the plasma. The main component of plasma in the body of vertebrates is water, and the main type of cellular elements in the blood are erythrocytes. The systems and methods provided herein can be used in all blood types of humans or animals, preferably vertebrates, preferably mammals, most preferably humans, and are suitable for the above tasks when at least one undesirable substance is present in the blood as defined by this description.

Независимо от того, упоминается ли термин "кровь" применительно к первой камере, диализному модулю, диализатору или в любом другом контексте, связанном с экстракорпоральными методиками, этот термин не обязательно означает кровь в чистом виде, взятую из организма человека или животного. В некоторых вариантах осуществления изобретения термин "кровь" может относиться к смеси крови, взятой из организма человека или животного, и допустимой добавки в допустимом количестве. Добавка является допустимой, если она не оказывает значительного отрицательного влияния на функцию крови. Количество добавки является допустимым, если введение этой добавки не приводит к значительному увеличению объема крови, взятой из организма человека или животного, то есть если объем крови увеличивается не более чем на 50%, предпочтительно - не более чем на 40%, не более чем на 30%, не более чем на 20%, не более чем на 10%, не более чем на 5%.Whether the term "blood" is used in reference to a first chamber, a dialysis unit, a dialyzer, or in any other context related to extracorporeal techniques, the term does not necessarily mean pure blood taken from a human or animal body. In some embodiments of the invention, the term "blood" may refer to a mixture of blood taken from a human or animal body and an acceptable supplement in an acceptable amount. An additive is acceptable if it does not have a significant negative effect on blood function. The amount of the additive is acceptable if the introduction of this additive does not lead to a significant increase in the volume of blood taken from the human or animal body, that is, if the blood volume increases by no more than 50%, preferably no more than 40%, no more than 30%, no more than 20%, no more than 10%, no more than 5%.

В некоторых вариантах осуществления изобретения системы и способы, представленные в настоящем описании, применяются исключительно для процедур, проводимых in vitro. В альтернативных вариантах осуществления изобретения системы и способы, представленные в настоящем описании, применяются для решения медицинских проблем живых субъектов как подробно описано ниже. В этих альтернативных вариантах осуществления изобретения контакт крови с диализной жидкостью через полупроницаемую мембрану тоже происходит in vitro (то есть вне организма человека или животного), или экстракорпорально. Кроме того, имеет место взаимодействие с организмом человека или животного, описанное ниже.In some embodiments of the invention, the systems and methods presented in the present description are used exclusively for in vitro procedures. In alternative embodiments, the systems and methods provided herein are applied to medical problems in living subjects, as detailed below. In these alternative embodiments of the invention, the contact of blood with dialysis fluid through a semi-permeable membrane also occurs in vitro (that is, outside the human or animal body), or extracorporeally. In addition, there is an interaction with the human or animal body, described below.

Подходящая скорость потока крови составляет до 600 мл/мин, а в случае двух параллельных устройств - до 1200 мл/мин, но обычно бывает гораздо ниже.A suitable blood flow rate is up to 600 ml/min, and in the case of two parallel devices up to 1200 ml/min, but usually much lower.

Нежелательные вещества в крови и их удалениеUnwanted substances in the blood and their removal

В самом широком смысле по меньшей мере одно нежелательное вещество, подлежащее удалению, представляет собой вещество, образующееся как следствие метаболической активности. Это по меньшей мере одно нежелательное вещество представляет собой одно или более из следующего: двуокись углерода (СО2), катион водорода (Н+), гидрокарбонат (НСО3 -), углекислоту (Н2СО3) и сольваты любого вещества из вышеперечисленных либо любые их комбинации. Известно, что в водных средах (например, в водном растворе или водной суспензии, такой как, например, кровь или диализная жидкость) связь этих нежелательных веществ друг с другом выражается следующим уравнением равновесия:In the broadest sense, at least one unwanted substance to be removed is a substance formed as a consequence of metabolic activity. This at least one undesirable substance is one or more of the following: carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cation (H + ), hydrogen carbonate (HCO 3 - ), carbonic acid (H 2 CO 3 ) and solvates of any of the above or any combination of them. It is known that in aqueous media (for example, in an aqueous solution or aqueous suspension, such as, for example, blood or dialysis fluid), the relationship of these undesirable substances to each other is expressed by the following equilibrium equation:

Figure 00000007
Figure 00000007

Исходные и получаемые вещества (реагенты и продукты) в этой реакции находятся в динамическом равновесии, что в качественном отношении отражено в приведенном выше уравнении стрелками

Figure 00000008
Диссоциацию углекислоты
Figure 00000009
обычно катализирует или облегчает фермент карбоангидраза, присутствующий в эритроцитах. Согласно общему принципу динамического равновесия (принципу Ле Шателье), удаление одного вещества, участвующего в реакции, вызывает смещение реакции. Системы ECCO2R, соответствующие уровню техники, основываются на использовании газообменной мембраны, через которую одно из участвующих в реакции веществ, двуокись углерода, диффундирует из крови в экстракорпоральном контуре в газовую камеру. В отличие от этого, настоящее изобретение позволяет осуществить непосредственный вывод по меньшей мере одного нежелательного вещества из одной жидкости (крови) в другую жидкость (диализная жидкость). Следовательно, системы и способы, представленные в настоящем описании, не ограничиваются удалением газообразных нежелательных веществ (таких как CO2) и не требуют перехода нежелательных веществ в газовую фазу. Таким образом, предполагается, что в системах и способах, представленных в настоящем описании, двуокись углерода не переходит в газовую фазу.The initial and resulting substances (reagents and products) in this reaction are in dynamic equilibrium, which is qualitatively reflected in the above equation by arrows
Figure 00000008
dissociation of carbon dioxide
Figure 00000009
usually catalyzes or facilitates the enzyme carbonic anhydrase present in erythrocytes. According to the general principle of dynamic equilibrium (Le Chatelier's principle), the removal of one substance involved in the reaction causes a shift in the reaction. Prior art ECCO2R systems rely on the use of a gas exchange membrane through which one of the reactants, carbon dioxide, diffuses from the blood in the extracorporeal circuit into the gas chamber. In contrast, the present invention allows for the direct removal of at least one unwanted substance from one fluid (blood) to another fluid (dialysis fluid). Therefore, the systems and methods presented herein are not limited to the removal of gaseous unwanted substances (such as CO 2 ) and do not require the transition of unwanted substances into the gas phase. Thus, it is assumed that in the systems and methods presented in the present description, carbon dioxide does not go into the gas phase.

В общем случае одним из видов транспорта CO2 в крови является транспорт в форме карбаминовых групп, в процессе которого двуокись углерода присоединяется к концевым аминогруппам белков в крови, в первую очередь гемоглобина (называемого в этом случае карбаминогемоглобином). Вообще говоря, установлено, что образование карбаминовых групп является быстрым и обратимым и не нуждается в катализе с помощью какого-либо фермента. Поэтому двуокись углерода, находящаяся в связанном состоянии в карбаминовых соединениях, тоже быстро высвобождается из аминогруппы белков крови, таких как гемоглобин, когда концентрация двуокиси углерода в окружающей среде уменьшается вследствие диффузии в диализную жидкость, в результате чего возникает, в соответствии с принципом Ле Шателье, новое равновесие. Как упоминалось выше, карбаминогемоглобин и растворенная двуокись углерода также находятся в равновесии с ионной парой бикарбонат (НСО3 -) / Н+, но быстрая конверсия посредством Н2СО3 требует присутствия фермента карбоангидразы. Карбоангидраза естественным образом содержится в эритроцитах.In general, one of the modes of transport of CO 2 in the blood is transport in the form of carbamin groups, during which carbon dioxide is attached to the terminal amino groups of proteins in the blood, primarily hemoglobin (called in this case carbaminohemoglobin). Generally speaking, it has been found that the formation of carbamic groups is rapid and reversible and does not need to be catalyzed by any enzyme. Therefore, carbon dioxide bound in carbamic compounds is also rapidly released from the amino group of blood proteins such as hemoglobin when the concentration of carbon dioxide in the environment decreases due to diffusion into the dialysis fluid, resulting in, in accordance with Le Chatelier's principle, new balance. As mentioned above, carbaminohemoglobin and dissolved carbon dioxide are also in equilibrium with the bicarbonate (HCO 3 )/H + ion pair, but rapid conversion by H 2 CO 3 requires the presence of the carbonic anhydrase enzyme. Carbonic anhydrase is found naturally in red blood cells.

Следовательно, в системах и способах, представленных в настоящем описании, может быть выполнено непосредственное или опосредованное удаление через полупроницаемую мембрану всех трех основных карбонатных форм, присутствующих в крови: (I) СО2, связанной с белком (гемоглобином) и присутствующей в форме карбаминогемоглобина, (II) свободной СО2 и (III) бикарбоната (НСО3 -) / Н+. По мере того, как свободная СО2 и ионы бикарбоната переходят сквозь мембрану в диализную жидкость вдоль градиента концентрации, происходит преимущественное высвобождение из гемоглобина связанной с ним СО2, когда, например, концентрация свободной СО2 уменьшается вследствие диффузии в диализную жидкость, так что возникает, в соответствии с принципом Ле Шателье, новое равновесие между тремя основными карбонатными (транспортными) формами, присутствующими в крови. Важно отметить, что в системах и способах, представленных в настоящем описании, разные транспортные формы двуокиси углерода не нуждаются в переходе в газовую фазу для их удаления. Поэтому контакт кровь-газ не требуется и, в предпочтительном варианте, не предусматривается. Системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют осуществить удаление из крови всех основных транспортных форм двуокиси углерода, выполняемое полностью в жидкой среде. В зависимости от концентрации бикарбоната (НСО3 -) в диализной жидкости и крови, бикарбонат может быть удален из крови вдоль градиента концентрации между диализной жидкостью, находящейся по одну сторону полупроницаемой мембраны, и кровью, находящейся по другую сторону этой мембраны.Therefore, in the systems and methods presented herein, direct or indirect removal through a semi-permeable membrane of all three major carbonate forms present in the blood can be performed: (i) CO 2 bound to a protein (hemoglobin) and present in the form of carbaminohemoglobin, (II) free CO 2 and (III) bicarbonate (HCO 3 - ) / H + . As free CO 2 and bicarbonate ions pass through the membrane into the dialysis fluid along the concentration gradient, there is preferential release from hemoglobin of its associated CO 2 when, for example, the concentration of free CO 2 decreases due to diffusion into the dialysis fluid, so that there is , according to Le Chatelier's principle, a new balance between the three main carbonate (transport) forms present in the blood. It is important to note that in the systems and methods described herein, the various transport forms of carbon dioxide do not need to go into the gas phase to be removed. Therefore, blood-gas contact is not required and is preferably not provided. The systems and methods presented herein allow the removal of all major transport forms of carbon dioxide from the blood, performed entirely in a liquid medium. Depending on the concentration of bicarbonate (HCO 3 - ) in the dialysis fluid and blood, bicarbonate can be removed from the blood along the concentration gradient between the dialysis fluid on one side of the semipermeable membrane and the blood on the other side of this membrane.

В случае систем и способов, представленных в настоящем описании, эти нежелательные вещества могут быть удалены путем непосредственного перехода в диализную жидкость вдоль градиента концентрации (непосредственное удаление). В альтернативном или дополнительном варианте нежелательные вещества могут быть удалены опосредованно путем вступления в реакцию с веществами, перешедшими из диализной жидкости в кровь, что также имеет следствием фактическое удаление нежелательных веществ из крови (опосредованное удаление): например, катионы водорода могут быть опосредованно удалены из крови в результате перехода ионов ОН- из диализной жидкости в кровь, что достигается благодаря тому, что рН диализной жидкости, используемой в изобретении, обычно соответствует более щелочной среде, чем рН крови, подлежащей обработке. Возможно также опосредованное удаление других нежелательных веществ, таких как углекислота, карбонат, гидрокарбонат, в результате перехода веществ из диализной жидкости в кровь, влияющего на карбонатное равновесие.In the case of the systems and methods presented herein, these unwanted substances can be removed by passing directly into the dialysis fluid along a concentration gradient (direct removal). Alternatively or additionally, unwanted substances can be removed indirectly by reacting with substances transferred from the dialysis fluid into the blood, which also results in the actual removal of unwanted substances from the blood (indirect removal): for example, hydrogen cations can be indirectly removed from the blood as a result of the transfer of OH - ions from the dialysis fluid to the blood, which is achieved due to the fact that the pH of the dialysis fluid used in the invention usually corresponds to a more alkaline environment than the pH of the blood to be treated. It is also possible to indirectly remove other unwanted substances, such as carbon dioxide, carbonate, bicarbonate, as a result of the transfer of substances from the dialysis fluid into the blood, affecting the carbonate balance.

В отличие от систем, соответствующих уровню техники и удаляющих двуокись в газовой фазе, системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют удалять вещества, растворимые в жидкостях. Эти вещества включают ионы любого типа при условии их растворимости в воде, в частности катионы водорода и анионы бикарбоната. Следовательно, системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют осуществить более полное и, значит, более эффективное удаление метаболитов из крови, чем методики ECCO2R, соответствующие уровню техники. Механизм удаления двуокиси углерода, лежащий в основе систем и способов, представленных в настоящем описании, обеспечивает возможность диффузии растворенного газа из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу.Unlike prior art systems that remove dioxide in the gas phase, the systems and methods presented herein allow the removal of substances soluble in liquids. These substances include ions of any type, provided they are soluble in water, in particular hydrogen cations and bicarbonate anions. Therefore, the systems and methods provided herein allow for a more complete and therefore more efficient removal of metabolites from the blood than the prior art ECCO2R techniques. The carbon dioxide removal mechanism underlying the systems and methods described herein allows diffusion of dissolved gas from one liquid phase to another liquid phase.

В системах и способах, представленных в настоящем описании, может быть соответствующим образом использовано диализное устройство, содержащее две камеры и подробно описанное ниже. Первая камера выполнена с возможностью приема крови. Первая камера соответственно содержит впуск (для входящей крови) и выпуск (для выходящей крови).The systems and methods described herein can suitably use a dialysis device comprising two chambers and described in detail below. The first chamber is configured to receive blood. The first chamber respectively contains an inlet (for incoming blood) and an outlet (for outgoing blood).

Желательно, чтобы в диализном устройстве, используемом в системах и способах, представленных в настоящем описании, кровь, выходящая из первой камеры (выпуск), имела значение рН в диапазоне от 7,35 до 7,45, предпочтительно - от 7,36 до 7,44, более предпочтительно - от 7,37 до 7,43, еще более предпочтительно - от 7,38 до 7,42, еще более предпочтительно - от 7,39 до 7,41 и наиболее предпочтительно - значение рН около 7,40. После выхода из первой камеры (выпуск) кровь предпочтительно возвращается в организм человека или животного. Подходящие трубки и соединительные элементы известны в данной области и могут использоваться применительно к системам и способам, представленным в настоящем описании.Desirably, in the dialysis device used in the systems and methods provided herein, the blood exiting the first chamber (outlet) has a pH value in the range of 7.35 to 7.45, preferably 7.36 to 7. .44, more preferably 7.37 to 7.43, even more preferably 7.38 to 7.42, even more preferably 7.39 to 7.41 and most preferably a pH of about 7.40 . After leaving the first chamber (exhaust), the blood is preferably returned to the human or animal body. Suitable tubing and connectors are known in the art and can be used with the systems and methods described herein.

По выбору могут быть предусмотрены меры для удаления из крови пузырьков (в случае появления), а именно после выхода крови из первой камеры (выпуск) и до повторного ее введения в организм человека или животного. С этой целью можно разместить за первой камерой одну или по меньшей мере одну пузырьковую ловушку. Это является, в частности, применимым в случае воздействия на кровь насыщенной или пересыщенной газом жидкости на протяжении по меньшей мере части процесса.Optionally, measures can be provided to remove bubbles from the blood (if any), namely after the blood has exited the first chamber (exhaust) and before it is reintroduced into the human or animal body. To this end, one or at least one bubble trap can be placed behind the first chamber. This is particularly applicable when the blood is exposed to a saturated or supersaturated gas liquid during at least part of the process.

Диализная текучая средаdialysis fluid

Диализная жидкость в системах и способах, представленных в настоящем описании, является водной жидкостью, то есть жидкостью, содержащей воду. Диализная жидкость, подходящая для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании, характеризуется следующим:The dialysis fluid in the systems and methods described herein is an aqueous fluid, that is, a fluid containing water. A dialysis fluid suitable for use in the systems and methods described herein is characterized by the following:

(I) имеет значение рН в диапазоне от 8,0 до 11,0,(I) has a pH value in the range of 8.0 to 11.0,

(II) содержит по меньшей мере один буферный агент, характеризующийся по меньшей мере одним значением pKa, находящимся в диапазоне от 7,0 до 11,0,(II) contains at least one buffer agent, characterized by at least one pKa value in the range from 7.0 to 11.0,

(III) имеет буферную емкость для ионов Н+, составляющую 12 ммоль/л ионов Н+ или более.(III) has an H + ion buffer capacity of 12 mmol/L H + ions or more.

Эти условия, относящиеся к буферному агенту, буферной емкости и значению рН, также называются в настоящем описании "базовыми условиями". В рамках этих базовых условиях могут быть соответствующим образом выбраны более конкретные условия, как описано ниже.These buffering agent, buffering capacity, and pH conditions are also referred to herein as "base conditions". Within these base conditions, more specific conditions may be appropriately selected as described below.

Буферная емкость для ионов Н+, составляющая 12 ммоль/л ионов Н+ или более, обычно превышает буферную емкость плазмы крови (рН 7,45; см. Пример 1). Поэтому в системах и способах, представленных в настоящем описании, буферная емкость диализной жидкости обычно превышает буферную емкость плазмы крови (рН 7,45). Другими словами, буферная емкость диализной жидкости обычно представляет собой буферную емкость для 12 ммоль/л ионов Н+ или более.The buffer capacity for H + ions, which is 12 mmol/l of H + ions or more, usually exceeds the buffer capacity of blood plasma (pH 7.45; see Example 1). Therefore, in the systems and methods described herein, the buffering capacity of dialysis fluid typically exceeds the buffering capacity of blood plasma (pH 7.45). In other words, the buffer capacity of the dialysis fluid is usually a buffer capacity for 12 mmol/l H + ions or more.

В системах и способах, представленных в настоящем описании, диализная жидкость содержит в общем случае по меньшей мере один буферный агент, в типичном варианте осуществления изобретения - по меньшей мере два буферных агента. Использование буферированной диализной жидкости вообще и конкретной диализной жидкости, применяемой в системах и способах, представленных в настоящем описании - в частности, позволяет осуществить удаление двуокиси углерода в диапазоне рН, не оказывающем отрицательного воздействия на кровь, поскольку фактическая емкость диализной жидкости для ионов гораздо выше, чем в случае отсутствия в ней буферного(-ых) агента(-ов). По меньшей мере один буферный агент обеспечивает буферную емкость диализной жидкости или вносит в нее определенный вклад. Был установлен удивительный факт, что использование диализной жидкости (в отличие от использования вытесняющего газа в существующих системах для удаления СО2) обеспечивает поддержание рН крови на приемлемом уровне.In the systems and methods described herein, the dialysis fluid contains generally at least one buffering agent, in a typical embodiment of the invention, at least two buffering agents. The use of buffered dialysis fluid in general, and the specific dialysis fluid used in the systems and methods described herein, in particular, allows removal of carbon dioxide in a pH range that does not adversely affect the blood, since the actual ionic capacity of the dialysis fluid is much higher, than in the absence of buffer(s) agent(s). The at least one buffering agent provides or contributes to the buffering capacity of the dialysis fluid. It has been found surprisingly that the use of dialysis fluid (as opposed to the use of propellant in existing systems to remove CO 2 ) maintains blood pH at an acceptable level.

Буферная емкость для ионов Н+ Buffer tank for H + ions

Применительно к системам и способам, представленным в настоящем описании, термин "буферная емкость для ионов Н+", или просто "буферная емкость", относится к абстрактному значению, выражающему способность данной жидкости буферизовать добавление ионов Н+. Буферная емкость для ионов Н+ представляет собой неотъемлемое свойство соответствующей жидкости (водного раствора). Такой жидкостью является и плазма крови. Определение буферной емкости плазмы крови требует выполнения процедуры (шага) центрифугирования, результатом которого является осаждение клеточных элементов крови, включая кровяные пластинки, а надосадочная жидкость (супернатант) носит название плазмы. Такое центрифугирование описано в Примере 1. Подходящие условия для центрифугирования крови и, следовательно, подготовки плазмы крови известны в данной области.As used herein, the term "H + ion buffer capacity", or simply "buffer capacity", refers to an abstract meaning expressing the ability of a given fluid to buffer the addition of H + ions. The buffer capacity for H + ions is an inherent property of the corresponding liquid (aqueous solution). Blood plasma is also such a liquid. Determination of the buffer capacity of blood plasma requires a centrifugation procedure (step), which results in the precipitation of blood cells, including platelets, and the supernatant (supernatant) is called plasma. Such centrifugation is described in Example 1. Suitable conditions for the centrifugation of blood and hence the preparation of blood plasma are known in the art.

В своем точном значении термин "буферная емкость для ионов Н+" относится к способности буферизации определенного количества ионов Н+ без достижения значения рН ниже 6,5. Выражение "без достижения значения рН ниже 6,5" означает, что рН надлежащим образом перемешанной жидкости не достигает значения ниже 6,5. Следовательно, качественное перемешивание имеет важное значение при осуществлении практической оценки буферной емкости. Таким образом, в контексте настоящего описания и применительно к диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в этом описании, термин "буферная емкость для ионов Н+" может использоваться только для жидкостей, имеющих значение рН, равное 6,5 или более. В соответствии с определением, приведенным в настоящем описании, раствор, имеющий значение рН, равное 6,5, имел бы нулевую (0 ммоль/л) буферную емкость для ионов Н+. Все диализные жидкости, используемые в системах и способах, представленных в настоящем описании, имеют значение рН, значительно превышающее 6,5, то есть, в соответствии с вышесказанным, обладают буферной емкостью для ионов Н+. Если буферная емкость диализной жидкости составляет 12 ммоль/л ионов Н+ или более, то эта жидкость соответствует системам и способам, представленным в настоящем описании. Более предпочтительными являются более высокие (то есть выше 12 ммоль/л) значения буферной емкости для ионов Н+, а именно 14 ммоль/л или более, 16 ммоль/л или более, 18 ммоль/л или более, 20 ммоль/л или более, 22 ммоль/л или более, 24 ммоль/л или более, 26 ммоль/л или более, 28 ммоль/л или более, 30 ммоль/л или более, 32 ммоль/л или более, 34 ммоль/л или более, 36 ммоль/л или более, 38 ммоль/л или более, 40 ммоль/л или более, 42 ммоль/л или более, 44 ммоль/л или более, 46 ммоль/л или более, 48 ммоль/л или более, 50 ммоль/л или более. Таким образом, диализная жидкость, соответствующая системам и способам, представленным в настоящем описании, обычно имеет буферную емкость для ионов Н+, равную 12 ммоль/л или более, в частности более 12 ммоль/л. Предпочтительные значения буферной емкости находятся в диапазоне от 12 до 50 ммоль/л, от более 12 до 40 ммоль/л, от 13 до 30 ммоль/л, от 14 до 25 ммоль/л, от 15 до 24 ммоль/л, от 16 до 23 ммоль/л, от 17 до 22 ммоль/л, от 18 до 21 ммоль/л, от 19 до 20 ммоль/л.In its precise meaning, the term "buffering capacity for H + ions" refers to the ability to buffer a certain amount of H + ions without reaching a pH value below 6.5. The expression "without reaching a pH value below 6.5" means that the pH of the properly mixed liquid does not reach a value below 6.5. Therefore, good mixing is essential in the practical evaluation of buffer capacity. Thus, in the context of this specification and in relation to the dialysis fluid used in the systems and methods presented in this specification, the term "H + ion buffer capacity" can only be used for fluids having a pH value of 6.5 or greater. As defined herein, a solution having a pH value of 6.5 would have zero (0 mmol/l) buffer capacity for H + ions. All dialysis fluids used in the systems and methods described herein have a pH value well above 6.5, i.e., in accordance with the foregoing, have a buffering capacity for H + ions. If the buffer capacity of the dialysis fluid is 12 mmol/l of H + ions or more, then this fluid corresponds to the systems and methods presented in the present description. Higher (i.e. above 12 mmol/L) buffer capacity values for H + ions are more preferred, namely 14 mmol/L or more, 16 mmol/L or more, 18 mmol/L or more, 20 mmol/L or more, 22 mmol/l or more, 24 mmol/l or more, 26 mmol/l or more, 28 mmol/l or more, 30 mmol/l or more, 32 mmol/l or more, 34 mmol/l or more , 36 mmol/l or more, 38 mmol/l or more, 40 mmol/l or more, 42 mmol/l or more, 44 mmol/l or more, 46 mmol/l or more, 48 mmol/l or more, 50 mmol/l or more. Thus, dialysis fluid according to the systems and methods described herein typically has an H + ion buffering capacity of 12 mmol/l or more, in particular more than 12 mmol/l. Preferred buffer capacity values are in the range of 12 to 50 mmol/L, more than 12 to 40 mmol/L, 13 to 30 mmol/L, 14 to 25 mmol/L, 15 to 24 mmol/L, 16 up to 23 mmol/l, from 17 to 22 mmol/l, from 18 to 21 mmol/l, from 19 to 20 mmol/l.

Буферная емкость зависит не только от рН соответствующей жидкости, но и от ее состава (от присутствия в этой жидкости буферных соединений и их концентрации). Буферная емкость для ионов Н+ указывается в виде численного значения с единицей измерения "ммоль/л". Согласно изобретению, буферная емкость для ионов Н+ (буферная емкость в ммоль/л) определяется путем проведения следующего количественного анализа, включающего четыре шага:The buffer capacity depends not only on the pH of the respective liquid, but also on its composition (on the presence of buffer compounds in this liquid and their concentration). The buffer capacity for H + ions is indicated as a numerical value with the unit "mmol/l". According to the invention, the buffer capacity for H + ions (buffer capacity in mmol/l) is determined by carrying out the following quantitative analysis, which includes four steps:

1. Этот количественный анализ применим для определения буферной емкости для ионов Н+ данной жидкости (диализной жидкости или жидкости, предполагаемой для использования в качестве диализной), имеющей значение рН в диапазоне, соответствующем диапазону значений рН диализных жидкостей, используемых в системах и способах, представленных в настоящем описании, то есть значение рН в диапазоне от 8,0 до 11,0 или в поддиапазоне этого диапазона. Таким образом, на первом шаге проверяют, находится ли значение рН данной жидкости в пределах указанного диапазона. Если это не так, то данная жидкость не является диализной жидкостью, соответствующей изобретению (в проведении дальнейших испытаний нет необходимости). Если, однако, это имеет место, то определяют буферную емкость данной жидкости путем выполнения следующих шагов 2 и 3.1. This quantitative analysis is applicable to determine the buffer capacity for H + ions of a given fluid (dialysis fluid or fluid intended for use as a dialysis fluid) having a pH value in the range corresponding to the pH range of dialysis fluids used in the systems and methods presented in the present description, that is, the pH value in the range from 8.0 to 11.0 or in a subrange of this range. Thus, in the first step, it is checked whether the pH value of the given liquid is within the specified range. If this is not the case, then the fluid is not a dialysis fluid according to the invention (no further testing is necessary). If, however, this is the case, then determine the buffer capacity of this liquid by performing the following steps 2 and 3.

2. Жидкость подвергают титрованию посредством HCl. В частности, добавляют 0,1 М HCl, встряхивают для обеспечения перемешивания, непрерывно контролируют рН и завершают титрование точно в тот момент, когда рН жидкости, подвергаемой титрованию, достигает конечного значения, равного 6,5. Другими словами, титрование останавливают, когда рН достигает значения 6,5. Исходя из количества HCl, добавленного вплоть до достижения значения рН 6,5, вычисляют буферную емкость (ионы Н+ в ммоль/л). Такая возможность обусловлена тем обстоятельством, что HCl является сильной кислотой, полностью растворяющейся, согласно общеизвестным знаниям, в водном растворе. Таким образом, 0,1 М (0,1 моль/л) HCl содержит 0,1 моль/л растворенных ионов Cl- и 0,1 моль/л растворенных ионов Н+. Исходя из объема HCl, требуемого для достижения данной жидкостью значения рН 6,5 в результате титрования, можно вычислить количество ионов Н+, буферируемое упомянутым объемом диализной жидкости. Если количество данной жидкости, использованной в ходе анализа, составляет 1 литр, то из этого непосредственно получается количество ионов Н+, буферируемое одним литром диализной жидкости (буферная емкость в ммоль/л). Если количество данной жидкости, использованной в ходе анализа, больше или меньше 1 литра, то количество ионов Н+, буферируемое одним литром диализной жидкости (буферная емкость в ммоль/л) можно получить путем простого математического вычисления.2. The liquid is titrated with HCl. In particular, 0.1 M HCl is added, shaken to ensure mixing, continuously monitor the pH, and complete the titration at the exact moment when the pH of the titrated liquid reaches a final value of 6.5. In other words, the titration is stopped when the pH reaches 6.5. From the amount of HCl added up to reaching a pH value of 6.5, calculate the buffer capacity (H + ions in mmol/l). This possibility is due to the fact that HCl is a strong acid, completely soluble, according to well-known knowledge, in an aqueous solution. Thus, 0.1 M (0.1 mol/l) HCl contains 0.1 mol/l of dissolved Cl - ions and 0.1 mol/l of dissolved H + ions. From the volume of HCl required to reach a pH of 6.5 for a given fluid by titration, the amount of H + ions buffered by said volume of dialysis fluid can be calculated. If the amount of this fluid used in the analysis is 1 litre, this directly yields the amount of H + ions buffered by one liter of dialysis fluid (buffer capacity in mmol/l). If the amount of this fluid used in the analysis is greater than or less than 1 liter, then the amount of H + ions buffered by one liter of dialysis fluid (buffer capacity in mmol/l) can be obtained by a simple mathematical calculation.

3. Буферную емкость, определенную на шаге 2 (в ммоль/л), сравнивают с референсным значением. Подходящими референсными значениями являются 10 ммоль/л, 11 ммоль/л, 12 ммоль/л, 13 ммоль/л, 14 ммоль/л, причем строго предпочтительным является значение 12 ммоль/л. В альтернативном варианте в качестве референсного значения используют буферную емкость крови человека или животного (свиньи, мыши); в этом случае буферную емкость плазмы крови определяют, как описано в вышеприведенном шаге 2.3. The buffer capacity determined in step 2 (in mmol/l) is compared with the reference value. Suitable reference values are 10 mmol/l, 11 mmol/l, 12 mmol/l, 13 mmol/l, 14 mmol/l, with 12 mmol/l being strongly preferred. Alternatively, the buffer capacity of human or animal blood (pigs, mice) is used as a reference value; in this case, the buffering capacity of the blood plasma is determined as described in step 2 above.

4. Если значение буферной емкости данного раствора (в ммоль/л) превышает референсное значение (в ммоль/л), то данный раствор определяется как имеющий буферную емкость, соответствующую системам и способам, представленным в настоящем описании.4. If the buffer capacity value of a given solution (in mmol/L) exceeds the reference value (in mmol/L), then the solution is defined as having a buffer capacity consistent with the systems and methods presented herein.

При проведении количественного анализа для определения буферной емкости все измерения рН, как и титрование, выполняют при комнатной температуре (температуре всех растворов и оборудования; температуре окружающей среды). Описанный выше количественный анализ является несложным и может быть выполнен специалистом средней квалификации в данной области с приложением минимальных усилий и на основе приведенных в настоящем описании рекомендаций и общеизвестных знаний. Следовательно, буферную емкость данной жидкости можно быстро и надежно определить без приложения чрезмерных усилий.When performing a quantitative analysis to determine the buffer capacity, all pH measurements, as well as titration, are performed at room temperature (the temperature of all solutions and equipment; ambient temperature). The quantitative analysis described above is straightforward and can be performed by one of ordinary skill in the art with minimal effort and based on the guidance provided herein and common knowledge. Therefore, the buffer capacity of a given liquid can be determined quickly and reliably without undue effort.

Образец определения буферной емкости в соответствии с процедурой, принятой в системах и способах, представленных в настоящем описании, приведен ниже в Примере 1. Как показано в этом примере, плазма крови, имеющая рН 7,45, обычно имеет буферную емкость 12 ммоль/л. Тем не менее, можно предположить, что плазма крови, полученная из других источников (других видов и/или индивидуумов), имеет отличающуюся буферную емкость. Другие возможные значения буферной емкости плазмы крови находятся в диапазоне от 3 до 30 ммоль/л, предпочтительно от 4 до 25 ммоль/л, предпочтительно от 5 до 20 ммоль/л, предпочтительно от 6 до 19 ммоль/л, предпочтительно - от 7 до 18 ммоль/л, предпочтительно - от 8 до 17 ммоль/л, предпочтительно - от 9 до 16 ммоль/л, предпочтительно - от 10 до 15 ммоль/л, предпочтительно - от 11 до 14 ммоль/л, предпочтительно - от 12 до 13 ммоль/л.An exemplary determination of buffering capacity according to the procedure adopted in the systems and methods provided herein is given in Example 1 below. As shown in this example, blood plasma having a pH of 7.45 typically has a buffering capacity of 12 mmol/L. However, it can be assumed that blood plasma obtained from other sources (other species and/or individuals) has a different buffering capacity. Other possible values for the buffering capacity of blood plasma are in the range from 3 to 30 mmol/l, preferably from 4 to 25 mmol/l, preferably from 5 to 20 mmol/l, preferably from 6 to 19 mmol/l, preferably from 7 to 18 mmol/l, preferably 8 to 17 mmol/l, preferably 9 to 16 mmol/l, preferably 10 to 15 mmol/l, preferably 11 to 14 mmol/l, preferably 12 to 13 mmol/l.

Диализная жидкость, используемая в системах и способах, представленных в настоящем описании, имеет, предпочтительно и как правило, буферную емкость, превышающую буферную емкость плазмы крови. В процессе обработки крови какого-либо индивидуума, например пациента, в соответствии со способом, предлагаемым в изобретении, буферную емкость для ионов Н+ выбирают предпочтительно таким образом, чтобы она превышала буферную емкость крови этого индивидуума, например этого пациента.The dialysis fluid used in the systems and methods described herein preferably and typically has a buffer capacity greater than that of blood plasma. When treating the blood of an individual, such as a patient, in accordance with the method of the invention, the buffering capacity for H + ions is preferably chosen such that it exceeds the buffering capacity of the blood of this individual, such as this patient.

рН диализной текучей средыdialysis fluid pH

Предпочтительные диапазоны значений рН диализной жидкости включают значения рН от 8,0 до 11, от 8,0 до 10,0, от 8,0 до 9,5 и, предпочтительно, от 8,0 до 9,0. Отсюда по меньшей мере одно значение pKa по меньшей мере одного буферного агента, присутствующего в диализной жидкости, находится в диапазоне значений рН от 7,0 до 11,0, от 8,0 до 10,5, от 8,0 до 10,0, от 8,0 до 9,5 и, предпочтительно, от 8,0 до 9,0. При наличии более чем одного буферного агента предпочтительно, чтобы каждый из них имел значение pKa, находящееся в пределах диапазона или поддиапазона, указанного выше. Если по меньшей мере один буферный агент имеет более одного значения pKa, то по меньшей мере одно из упомянутых значений pKa, предпочтительно более одного из упомянутых значений pKa находится(-ятся) в пределах диапазона или поддиапазона, указанного выше. Любой буферный агент, имеющий по меньшей мере одно значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0, является теоретически подходящим для осуществления буферизации в требуемом диапазоне рН. Тем не менее, применительно к системам и способам, представленным в настоящем описании, буферный агент должен выбираться таким образом, чтобы он не был токсичным или не вызывал нежелательных побочных эффектов у человека или животного, подвергаемого диализу. В частности, подходящими буферными агентами являются, как упоминалось выше, карбонат/бикарбонатная система, трис и водорастворимые белки (предпочтительно альбумин). Другое подходящее значение рН диализной жидкости находится в диапазоне от 7,75 до 9,0. В общем случае, предпочтительные значения рН находятся в диапазоне от 7,75 до 9,0, предпочтительно от 8,0 до 9,0, предпочтительно от 8,1 до 8,9, предпочтительно - от 8,2 до 8,8, предпочтительно - от 8,3 до 8,7, более предпочтительно - от 8,4 до 8,6 и наиболее предпочтительно составляют 8,5 или около того. Важно подчеркнуть, что эти диапазоны и поддиапазоны являются предпочтительными в общем случае. Для конкретных случаев, например для обработки крови конкретной подгруппы пациентов, могут оказаться предпочтительными, как описано ниже, альтернативные, отличающиеся или частично не совпадающие диапазоны. Значение рН можно регулировать путем изменения количества или концентрации буферных веществ, таких как бикарбонат и гемоглобин, в пределах диапазонов, указанных в настоящем описании, и/или путем добавления кислоты или щелочи, например соляной кислоты или гидроокиси натрия.Preferred dialysis fluid pH ranges include pH 8.0 to 11, 8.0 to 10.0, 8.0 to 9.5, and preferably 8.0 to 9.0. Hence, at least one pKa value of at least one buffering agent present in the dialysis fluid is in the pH range of 7.0 to 11.0, 8.0 to 10.5, 8.0 to 10.0 , from 8.0 to 9.5 and preferably from 8.0 to 9.0. If more than one buffering agent is present, it is preferred that each of them has a pKa value within the range or subrange indicated above. If at least one buffering agent has more than one pKa value, then at least one of said pKa values, preferably more than one of said pKa values, is(are) within the range or subrange indicated above. Any buffering agent having at least one pKa value in the range of 7.0 to 11.0 is theoretically suitable for buffering within the desired pH range. However, with respect to the systems and methods described herein, the buffering agent must be chosen so that it is not toxic or causes undesirable side effects in the human or animal being dialyzed. In particular, suitable buffering agents are, as mentioned above, the carbonate/bicarbonate system, tris and water-soluble proteins (preferably albumin). Another suitable dialysis fluid pH is in the range of 7.75 to 9.0. In general, preferred pH values are in the range of 7.75 to 9.0, preferably 8.0 to 9.0, preferably 8.1 to 8.9, preferably 8.2 to 8.8, preferably 8.3 to 8.7, more preferably 8.4 to 8.6, and most preferably 8.5 or so. It is important to emphasize that these ranges and subranges are generally preferred. For specific cases, for example for processing the blood of a particular subgroup of patients, alternative, different or overlapping ranges, as described below, may be preferred. The pH value can be adjusted by changing the amount or concentration of buffer substances, such as bicarbonate and hemoglobin, within the ranges specified in the present description, and/or by adding an acid or alkali, such as hydrochloric acid or sodium hydroxide.

Бикарбонат и катионы водорода, равно как и другие небольшие молекулы, включающие ионы или вещества, могущие оказывать влияние на рН водной жидкости, могут проходить сквозь полупроницаемую мембрану в ходе процесса, предлагаемого в изобретении. Следовательно, значение рН диализной жидкости не обязательно остается постоянным на протяжении шага этого процесса, включающего контакт крови с диализной жидкостью. Поэтому рН диализной жидкости предпочтительно определяют, в точном соответствии со сказанным в настоящем описании, на шаге, непосредственно предшествующем контакту с кровью, например на шаге, где диализная жидкость поступает во вторую камеру диализного устройства как указано в настоящем описании.Bicarbonate and hydrogen cations, as well as other small molecules, including ions or substances that can affect the pH of an aqueous liquid, can pass through a semi-permeable membrane during the process of the invention. Therefore, the pH value of the dialysis fluid does not necessarily remain constant throughout the step of this process involving contact of the blood with the dialysis fluid. Therefore, the pH of the dialysis fluid is preferably determined, exactly as described herein, in the step immediately preceding contact with blood, for example, in the step where the dialysis fluid enters the second chamber of the dialysis device as described herein.

Буферный агент в диализной текучей средеBuffer Agent in Dialysis Fluid

Подходящие буферные агенты, присутствующие в диализной жидкости, включают в себя, в частности, одно или более из следующего: трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и растворимые в воде белки, предпочтительно альбумин.Suitable buffering agents present in the dialysis fluid include, in particular, one or more of the following: tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and water-soluble proteins, preferably albumin.

Бикарбонат характеризуется показателем кислотности (pKa), равным 10,3 (сопряженный основный карбонат). Следовательно, в водном растворе, содержащем бикарбонат, может присутствовать, в зависимости от рН этого раствора, и карбонат. Выражение "карбонат/бикарбонат" используется в настоящем описании ради удобства применительно к бикарбонату и соответствующему ему основному карбонату, выражение "концентрация карбоната/бикарбоната" либо "(общая) концентрация карбоната/бикарбоната" и т.п. относится в контексте настоящего описания к общей концентрации карбоната и бикарбоната. Например, выражение "20 мМ карбоната/бикарбоната" относится к составу с общей концентрацией бикарбоната и его соответствующего основного карбоната, равной 20 мМ. Отношение бикарбоната к карбонату обычно зависит от рН данного состава.Bicarbonate has a pH value (pKa) of 10.3 (conjugated basic carbonate). Therefore, in an aqueous solution containing bicarbonate, depending on the pH of this solution, a carbonate may also be present. The expression "carbonate/bicarbonate" is used here for the sake of convenience in relation to bicarbonate and its corresponding basic carbonate, the expression "carbonate/bicarbonate concentration" or "(total) carbonate/bicarbonate concentration", and the like. refers in the context of the present description to the total concentration of carbonate and bicarbonate. For example, "20 mM carbonate/bicarbonate" refers to a formulation with a combined concentration of bicarbonate and its corresponding basic carbonate equal to 20 mM. The ratio of bicarbonate to carbonate usually depends on the pH of a given composition.

Бикарбонат и катионы водорода, равно как и другие небольшие молекулы, включающие ионы или вещества, могущие оказывать влияние на рН водной жидкости, могут проходить сквозь полупроницаемую мембрану в ходе процесса, предлагаемого в изобретении. Поэтому (общую) концентрацию карбоната/бикарбоната в диализной жидкости предпочтительно определяют, в точном соответствии со сказанным в настоящем описании, на шаге, непосредственно предшествующем контакту с кровью, например на шаге, где диализная жидкость поступает во вторую камеру диализного устройства как указано в настоящем описании.Bicarbonate and hydrogen cations, as well as other small molecules, including ions or substances that can affect the pH of an aqueous liquid, can pass through a semi-permeable membrane during the process of the invention. Therefore, the (total) concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is preferably determined, exactly as described herein, in the step immediately preceding contact with blood, for example, in the step where the dialysis fluid enters the second chamber of the dialysis device as described herein. .

Трис(гидроксиметил)аминометан обычно называют трисом. Трис(гидроксиметил)аминометан также известен как ТГАМ. Трис представляет собой органическое соединение, имеющее формулу (НОСН2)3CNH2. Показатель кислотности (pKa) триса равен 8,07. Трис нетоксичен и ранее использовался для лечения ацидоза in vivo (например, Каллет (Kallet) и др., Am. J. of Resp. and Crit. Care Med., 161, 1149-1153; Хосте (Hoste) и др., J. Nephrol, 18, 303-7.). В водном растворе, содержащем трис, может также присутствовать, в зависимости от рН этого раствора, соответствующее основание. Если из контекста не следует иное, то в настоящем описании термин "трис" используется, ради удобства, для обозначения как трис(гидроксиметил)аминометана, так и его соответствующего основания. Например, выражение "20 мМ триса" относится к составу с общей концентрацией триса и его соответствующего основания, равной 20 мМ. Отношение трис(гидроксиметил)аминометана к его соответствующему основанию зависит от рН данного состава. Трис и его сопряженное основание, равно как и другие небольшие молекулы, включающие ионы или вещества, могущие оказывать влияние на рН водной жидкости, могут проходить сквозь полупроницаемую мембрану в ходе реализации способов, предлагаемых в изобретении. Поэтому концентрацию триса в диализной жидкости предпочтительно определяют, в точном соответствии со сказанным в настоящем описании, на шаге, непосредственно предшествующем контакту с кровью, например на шаге, где диализная жидкость поступает во вторую камеру диализного устройства как указано в настоящем описании.Tris(hydroxymethyl)aminomethane is commonly referred to as tris. Tris(hydroxymethyl)aminomethane is also known as THAM. Tris is an organic compound having the formula (HOCH 2 ) 3 CNH 2 . The acidity index (pKa) of Tris is 8.07. Tris is non-toxic and has previously been used to treat acidosis in vivo (e.g., Kallet et al., Am. J. of Resp. and Crit. Care Med., 161, 1149-1153; Hoste et al., J Nephrol, 18, 303-7.). In an aqueous solution containing Tris, the corresponding base may also be present, depending on the pH of the solution. Unless the context dictates otherwise, the term "tris" is used herein, for the sake of convenience, to refer to both tris(hydroxymethyl)aminomethane and its corresponding base. For example, the expression "20 mM Tris" refers to a formulation with a total concentration of Tris and its corresponding base equal to 20 mM. The ratio of tris(hydroxymethyl)aminomethane to its corresponding base depends on the pH of the given composition. Tris and its conjugate base, as well as other small molecules, including ions or substances that can affect the pH of an aqueous liquid, can pass through a semi-permeable membrane during the implementation of the methods proposed in the invention. Therefore, the concentration of Tris in the dialysis fluid is preferably determined, exactly as described herein, in the step immediately preceding contact with blood, for example, in the step where the dialysis fluid enters the second chamber of the dialysis device as described herein.

Водорастворимый белок является применимым для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании, если он содержит по меньшей мере одну имидазольную цепь (боковую цепь гистидина) и/или по меньшей мере одну боковую цепь с аминогруппой (лизин) или по меньшей мере одну сульфгидрильную боковую цепь (цистеин). Эти боковые цепи обычно имеют значения pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0. Белок подпадает под определение "водорастворимый", если по меньшей мере 10 г/л этого белка может быть растворено в водном растворе, имеющем значение рН в пределах диапазона для диализной жидкости, используемой в настоящем изобретении, например рН 8,0. Как следует из нижеизложенного, строго предпочтительным водорастворимым белком, используемым в настоящем изобретении, является альбумин.A water-soluble protein is applicable for use in the systems and methods provided herein if it contains at least one imidazole chain (histidine side chain) and/or at least one amino side chain (lysine) or at least one sulfhydryl side chain (cysteine). These side chains typically have pKa values ranging from 7.0 to 11.0. A protein falls under the definition of "water soluble" if at least 10 g/l of this protein can be dissolved in an aqueous solution having a pH value within the dialysis fluid range used in the present invention, for example pH 8.0. As follows from the following, the strongly preferred water-soluble protein used in the present invention is albumin.

Альбумин является предпочтительным водорастворимым белком для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании. В общем случае, альбумин обладает хорошей буферной емкостью в требуемом диапазоне рН, обычно благодаря присутствию нескольких боковых цепей аминокислот с соответствующими значениями pKa. Альбумин, используемый в системах и способах, предлагаемых в настоящем описании, предпочтительно представляет собой сывороточный альбумин человека или животного (например, бычий сывороточный альбумин), или, в альтернативном варианте, альбумин, полученный посредством генной инженерии либо являющийся смесью вышеперечисленного. Возможно также использование смесей, содержащих альбумин и по меньшей мере одно другое вещество, выступающее в качестве носителя. В любом случае концентрация альбумина, указанная в настоящем описании, представляет собой его общую концентрацию независимо от того, используется ли альбумин одного типа (например, человеческий сывороточный альбумин) или смесь разных типов альбумина. Диализная жидкость, используемая в системах и способах, представленных в настоящем описании, содержит от 10 до 60 г/л, предпочтительно - от 15 до 30 г/л, предпочтительно - от 20 до 25 г/л, наиболее предпочтительно - 30 или около 30 г/л альбумина. Концентрацию альбумина можно также указать в процентных значениях: 20 г/л альбумина соответствует значению 2 массо-объемных процента - 2% (масс./об.). Согласно изобретению, альбумин является вторым буферным агентом в диализной жидкости. Альбумин, присутствующий в диализной жидкости, вносит вклад в ее буферную емкость и присоединяет карбонат в форме карбаминовых групп. Диапазон рН, в котором альбумин может оказывать хорошее буферное действие в жидкостях, таких как кровь, хорошо известен в данной области, например из учебных пособий по биохимии. Присутствие альбумина в диализной жидкости облегчает удаление белковосвязанных веществ из крови. Благодаря своей способности к адсорбции или присоединению веществ, таких как катионы водорода, двуокись углерода и токсины, альбумин может быть также назван, в более общем смысле, адсорбентом или молекулой адсорбента.Albumin is the preferred water soluble protein for use in the systems and methods described herein. In general, albumin has good buffering capacity in the desired pH range, usually due to the presence of several amino acid side chains with corresponding pKa values. The albumin used in the systems and methods provided herein is preferably human or animal serum albumin (eg, bovine serum albumin), or alternatively, albumin obtained through genetic engineering or a mixture of the above. It is also possible to use mixtures containing albumin and at least one other carrier substance. In any event, the concentration of albumin referred to herein is its total concentration, regardless of whether a single type of albumin (eg, human serum albumin) or a mixture of different types of albumin is used. The dialysis fluid used in the systems and methods described herein contains 10 to 60 g/L, preferably 15 to 30 g/L, preferably 20 to 25 g/L, most preferably 30 or about 30 g/l albumin. The albumin concentration can also be indicated as a percentage: 20 g/l of albumin corresponds to a value of 2% w/v - 2% (w/v). According to the invention, albumin is the second buffering agent in the dialysis fluid. The albumin present in the dialysis fluid contributes to its buffering capacity and adds carbonate in the form of carbamic groups. The pH range in which albumin can buffer fluids well, such as blood, is well known in the art, such as from biochemistry textbooks. The presence of albumin in the dialysis fluid facilitates the removal of protein-bound substances from the blood. Due to its ability to adsorb or attach substances such as hydrogen cations, carbon dioxide and toxins, albumin can also be referred to more generally as an adsorbent or adsorbent molecule.

В дополнение к способности альбумина к присоединению нежелательных веществ описанных выше типов и, следовательно, его применимости в методиках экстракорпорального удаления двуокиси углерода и регулирования рН крови, присутствие альбумина в диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, также обеспечивает или облегчает удаление белковосвязанных токсинов. Для этого может быть использовано одно из свойств альбумина, присутствующего в диализной жидкости: в общем случае альбумин, как известно, присоединяется к несвязанным токсинам, и это может принести пользу, когда альбумин присутствует в диализной жидкости, поскольку позволит связать токсины, проходящие сквозь полупроницаемую мембрану из крови в диализную жидкость. Данный способ носит название альбуминового диализа (см., например, публикацию WO 2009/071103 А1, целиком включенную в настоящую заявку посредством ссылки).In addition to the ability of albumin to attach undesirable substances of the types described above, and therefore its utility in extracorporeal carbon dioxide removal and blood pH regulation techniques, the presence of albumin in the dialysis fluid used in the systems and methods presented herein also provides or facilitates removal of protein-bound toxins. One of the properties of albumin present in the dialysis fluid can be used for this: in general, albumin is known to attach itself to unbound toxins, and this can be beneficial when albumin is present in the dialysis fluid, as it will allow the toxins to pass through the semi-permeable membrane to bind. from blood to dialysis fluid. This method is called albumin dialysis (see, for example, WO 2009/071103 A1, incorporated herein by reference in its entirety).

Подходящая общая концентрация карбоната/бикарбоната (совокупная концентрация обоих веществ) составляет от 0 до 40 ммоль/л. Присутствие карбоната/бикарбоната в диализной жидкости вносит вклад в буферную емкость этой диализной жидкости. Тем не менее, чем ниже концентрация карбоната/бикарбоната, тем лучше осуществляется удаление СО2 из крови. Следовательно, может быть предпочтительным использование диализной жидкости, в которой отсутствует или в которую не добавляется карбонат/бикарбонат. Диапазон рН, в котором бикарбонат может оказывать хорошее буферное действие в жидкостях, таких как кровь, хорошо известен в данной области, например из учебных пособий по биохимии. В процессе приготовления диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, бикарбонат может быть добавлен в форме какой-либо из его солей, такой как бикарбонат натрия, бикарбонат калия и другие, либо, в альтернативном варианте, добавлен непосредственным образом путем введения двуокиси углерода, в некоторых случаях в присутствии карбоангидразы, и регулирования рН в соответствии с необходимостью путем добавления подходящего основания, такого как гидроокись натрия или гидроокись калия, причем использование гидроокиси натрия является строго предпочтительным. В случае добавления в форме соли строго предпочтительным является использование бикарбоната натрия или карбоната натрия. В альтернативных вариантах могут быть добавлены соли калия или смеси солей натрия и калия. В частности, карбонат натрия или карбонат калия подходят для добавления в диализную жидкость при высоком значении рН (например, до рН 11). В общем случае, предпочтительные (совокупные) концентрации карбоната/бикарбоната в диализной жидкости на шаге введения во вторую камеру в ходе процесса, предлагаемого в системах и способах, представленных в настоящем описании, находятся в диапазоне от 10 до 40 ммоль/л, более предпочтительные - от 15 до 35 ммоль/л, еще более предпочтительные - от 20 до 30 ммоль/л, а наиболее предпочтительные составляют 30 или около 30 ммоль/л. Важно подчеркнуть, что эти диапазоны и поддиапазоны являются предпочтительными в общем случае. Для конкретных случаев, например для обработки крови конкретной подгруппы пациентов, могут оказаться предпочтительными, как описано ниже, альтернативные, отличающиеся или частично не совпадающие диапазоны. Альтернативные подходящие (совокупные) концентрации карбоната/бикарбоната находятся в диапазоне от 0 до 40 ммоль/л или более, предпочтительные - от 5 до 35 ммоль/л, еще более предпочтительные от 10 до 30 ммоль/л, еще более предпочтительные - от 15 до 25 ммоль/л, а наиболее предпочтительные составляют 25 или около 25 ммоль/л. В случае рециркуляции диализной жидкости определяют (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната и корректируют ее по мере необходимости до введения диализной жидкости во вторую камеру. Из-за возможных побочных эффектов использование (совокупных) концентраций карбоната/бикарбоната, превышающих 40 ммоль/л, в общем случае является нежелательным.A suitable total concentration of carbonate/bicarbonate (the combined concentration of both substances) is between 0 and 40 mmol/l. The presence of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid contributes to the buffering capacity of that dialysis fluid. However, the lower the concentration of carbonate/bicarbonate, the better the removal of CO 2 from the blood. Therefore, it may be preferable to use a dialysis fluid that does not contain or does not contain carbonate/bicarbonate. The pH range in which bicarbonate can be a good buffer in fluids such as blood is well known in the art, for example from biochemistry textbooks. During the preparation of the dialysis fluid used in the systems and methods described herein, the bicarbonate may be added in the form of any of its salts such as sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, and others, or alternatively added directly by introducing carbon dioxide, in some cases in the presence of carbonic anhydrase, and adjusting the pH as necessary by adding a suitable base such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, the use of sodium hydroxide being strongly preferred. When added in the form of a salt, the use of sodium bicarbonate or sodium carbonate is strongly preferred. Alternatively, potassium salts or mixtures of sodium and potassium salts may be added. In particular, sodium carbonate or potassium carbonate is suitable for addition to dialysis fluid at high pH (eg up to pH 11). In general, the preferred (cumulative) concentrations of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid at the step of introducing into the second chamber during the process proposed in the systems and methods presented in the present description, are in the range from 10 to 40 mmol/l, more preferred - from 15 to 35 mmol/l, even more preferably from 20 to 30 mmol/l, and most preferably 30 or about 30 mmol/l. It is important to emphasize that these ranges and subranges are generally preferred. For specific cases, for example for processing the blood of a particular subgroup of patients, alternative, different or overlapping ranges, as described below, may be preferred. Alternative suitable (cumulative) concentrations of carbonate/bicarbonate are in the range of 0 to 40 mmol/l or more, preferred 5 to 35 mmol/l, even more preferred 10 to 30 mmol/l, even more preferred 15 to 25 mmol/l, and the most preferred are 25 or about 25 mmol/l. In the case of dialysis fluid recirculation, the (cumulative) carbonate/bicarbonate concentration is determined and adjusted as necessary prior to introducing the dialysis fluid into the second chamber. Due to possible side effects, the use of (cumulative) carbonate/bicarbonate concentrations in excess of 40 mmol/l is generally undesirable.

Подходящие концентрации триса находятся в диапазоне от 0 до 40 ммоль/л или до более чем 30 ммоль/л, предпочтительные - от 5 до 25 ммоль/л, более предпочтительные от 10 до 20 ммоль/л, еще более предпочтительные составляют около 15 ммоль/л. Альтернативные подходящие концентрации триса находятся в диапазоне от 0 до 38 ммоль/л или от 0 до 20 ммоль/л.Suitable Tris concentrations range from 0 to 40 mmol/l or up to more than 30 mmol/l, preferred is from 5 to 25 mmol/l, more preferred is from 10 to 20 mmol/l, even more preferred is about 15 mmol/l l. Alternative suitable Tris concentrations are in the range of 0 to 38 mmol/L or 0 to 20 mmol/L.

Подходящая концентрация альбумина составляет от 10 до 60 г/л (то есть от 1 до 6 г/100 мл). В настоящем описании г/л и г/100 мл означает отношение количества в граммах к объему (конечному объему альбуминсодержащей жидкости). Альбумин предпочтительно не является единственным буферным агентом, присутствующим в диализной жидкости. Так, предпочтительным является присутствие, наряду с альбумином, карбоната/бикарбоната либо триса. Диализная жидкость, соответствующая системам и способам, представленным в настоящем описании, предпочтительно содержит (I) карбонат/бикарбонат и (II) альбумин либо (I) трис и (II) альбумин. В частности, в отсутствие добавки карбоната/бикарбоната в диализной жидкости (то есть концентрация карбоната/бикарбоната в диализной жидкости равна 0 ммоль/л или близка к 0 ммоль/л) предпочтительным является присутствие в диализной жидкости как триса, так и альбумина. В альтернативном варианте трис представляет собой единственный буферный агент, содержащийся в диализной жидкости.A suitable albumin concentration is 10 to 60 g/l (ie 1 to 6 g/100 ml). In the present description, g/l and g/100 ml means the ratio of the amount in grams to the volume (final volume of the albumin-containing liquid). Albumin is preferably not the only buffering agent present in the dialysis fluid. Thus, the presence, along with albumin, of a carbonate/bicarbonate or tris is preferred. The dialysis fluid according to the systems and methods described herein preferably contains (I) carbonate/bicarbonate and (II) albumin, or (I) tris and (II) albumin. In particular, in the absence of carbonate/bicarbonate additive in the dialysis fluid (i.e., the concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is 0 mmol/l or close to 0 mmol/l), the presence of both tris and albumin in the dialysis fluid is preferred. Alternatively, Tris is the only buffering agent contained in the dialysis fluid.

В системах и способах, представленных в настоящем описании, все вышеуказанные диапазоны и концентрации триса, карбоната/бикарбоната и альбумина являются комбинируемыми.In the systems and methods provided herein, all of the above ranges and concentrations of tris, carbonate/bicarbonate, and albumin are combinable.

Прочие свойства диализной текучей средыOther Properties of the Dialysis Fluid

Диализная текучая среда обычно содержит воду. Как правило, более 50% (об./об.), более 60% (об./об.), более 70% (об./об.), более 80% (об/об.) или более 90% (об./об.) диализной жидкости составляет вода. В диализной жидкости могут также содержаться другие, смешивающиеся с ней, жидкости.The dialysis fluid typically contains water. Typically more than 50% (V/V), more than 60% (V/V), more than 70% (V/V), more than 80% (V/V), or more than 90% (V/V). v/v) of the dialysis fluid is water. The dialysis fluid may also contain other fluids that are miscible with it.

В системах и способах, представленных в настоящем описании, предлагается не только процесс для удаления нежелательных веществ, но и собственно диализная жидкость, подходящая для этой цели. Любая и каждая конкретная диализная жидкость, упомянутая в настоящем описании, представляет собой предмет настоящего изобретения.The systems and methods presented herein provide not only a process for removing unwanted substances, but also a proper dialysis fluid suitable for this purpose. Any and every specific dialysis fluid mentioned in the present description is the subject of the present invention.

Альбумин предпочтительно не является единственным буферным агентом, присутствующим в диализной жидкости. Так, предпочтительным является присутствие, наряду с альбумином, карбоната/бикарбоната либо триса. Диализная жидкость, соответствующая системам и способам, представленным в настоящем описании, предпочтительно содержит (I) карбонат/бикарбонат и (II) альбумин либо (I) трис и (II) альбумин. В альтернативном предпочтительном варианте трис представляет собой единственный буферный агент, содержащийся в диализной жидкости, то есть последняя не содержит добавок карбоната/бикарбоната или альбумина. В общем случае карбонат/бикарбонат, альбумин и трис являются буферными агентами и, следовательно, все они могут вносить вклад в удержание рН в пределах требуемого диапазона. Эти буферные агенты могут иметь по меньшей мере одно значение pKa в пределах диапазона рН, указанного выше.Albumin is preferably not the only buffering agent present in the dialysis fluid. Thus, the presence, along with albumin, of a carbonate/bicarbonate or tris is preferred. The dialysis fluid according to the systems and methods described herein preferably contains (I) carbonate/bicarbonate and (II) albumin, or (I) tris and (II) albumin. In an alternative preferred embodiment, Tris is the only buffering agent contained in the dialysis fluid, ie the latter does not contain carbonate/bicarbonate or albumin additives. In general, carbonate/bicarbonate, albumin and tris are buffering agents and hence can all contribute to keeping the pH within the desired range. These buffering agents may have at least one pKa value within the pH range indicated above.

Нет необходимости постоянно поддерживать значение рН диализной жидкости на требуемом уровне с самого начала ее воздействия на кровь (поступления во вторую камеру). В частности, в случае рециркуляции диализной жидкости значения рН и (совокупной) концентрации карбоната/бикарбоната могут изменяться со временем, как описано ниже. Тем не менее, на шаге введения во вторую камеру уровни рН и концентрации бикарбоната/альбумина в диализной жидкости корректируют с целью приведения в соответствие с требуемыми значениями. Например, рН может измеряться с помощью по меньшей мере одного устройства, предназначенного для этой цели, до поступления диализной жидкости во вторую камеру. По выбору может осуществляться дополнительное измерение рН с помощью по меньшей мере одного устройства, предназначенного для этой цели.There is no need to constantly maintain the pH value of the dialysis fluid at the required level from the very beginning of its exposure to the blood (entering the second chamber). In particular, in the case of dialysis fluid recirculation, the pH and (cumulative) carbonate/bicarbonate concentrations may change over time, as described below. However, during the step of introduction into the second chamber, the pH levels and bicarbonate/albumin concentrations in the dialysis fluid are adjusted to match the desired values. For example, pH can be measured using at least one device designed for this purpose, before the dialysis fluid enters the second chamber. Optionally, an additional pH measurement can be carried out using at least one device designed for this purpose.

Первая конкретная диализная жидкость, используемая в изобретении, содержит от 0 до 40 ммоль/л (предпочтительно от 10 до 40 ммоль/л) карбоната/бикарбоната, от 10 до 60 г/л (то есть от 1 до 6 г / 100 мл) альбумина и имеет значение рН в диапазоне от 7,75 до 11,0, предпочтительно от 8,0 до 10,0, более предпочтительно от 8,0 до 9,0. Предпочтительные концентрации карбоната/бикарбоната были указаны выше.The first particular dialysis fluid used in the invention contains 0 to 40 mmol/l (preferably 10 to 40 mmol/l) carbonate/bicarbonate, 10 to 60 g/l (i.e. 1 to 6 g/100 ml) albumin and has a pH value in the range of 7.75 to 11.0, preferably 8.0 to 10.0, more preferably 8.0 to 9.0. Preferred carbonate/bicarbonate concentrations have been indicated above.

Вторая конкретная диализная жидкость, используемая в системах и способах, представленных в настоящем описании, содержит от 0 до 40 ммоль/л (предпочтительно от 1 до 20 ммоль/л) триса, от 10 до 60 г/л (то есть от 1 до 6 г / 100 мл) альбумина и имеет значение рН в диапазоне от 7,75 до 11,0, предпочтительно - от 8,0 до 10,0, более предпочтительно - от 8,0 до 9,0. Предпочтительные концентрации триса были указаны выше.The second particular dialysis fluid used in the systems and methods provided herein contains 0 to 40 mmol/L (preferably 1 to 20 mmol/L) Tris, 10 to 60 g/L (i.e. 1 to 6 g/100 ml) of albumin and has a pH value in the range of 7.75 to 11.0, preferably 8.0 to 10.0, more preferably 8.0 to 9.0. Preferred Tris concentrations have been indicated above.

Третья конкретная диализная жидкость, используемая в системах и способах, представленных в настоящем описании, содержит от 0 до 40 ммоль/л (предпочтительно от 1 до 20 ммоль/л) триса. Предпочтительные концентрации триса были указаны выше. Подходящая буферная емкость в общем случае обеспечивается для диализной жидкости, имеющей трис в качестве буфера, при сравнительно высоком значении рН. Поэтому в случае отсутствия дополнительных буферных агентов, таких как карбонат/бикарбонат и альбумин, значение рН диализной жидкости является, в частности, соответственно высоким, например от 8,5 до 11,0 или от 9,0 до 10,5, предпочтительно от 9,0 до 10,0.The third specific dialysis fluid used in the systems and methods presented in the present description, contains from 0 to 40 mmol/l (preferably from 1 to 20 mmol/l) Tris. Preferred Tris concentrations have been indicated above. A suitable buffer capacity is generally provided for a dialysis fluid having Tris as a buffer at a relatively high pH. Therefore, in the absence of additional buffering agents such as carbonate/bicarbonate and albumin, the pH value of the dialysis fluid is in particular suitably high, for example 8.5 to 11.0 or 9.0 to 10.5, preferably 9 .0 to 10.0.

Диализная жидкость может также содержать другие небольшие молекулы, например глюкозы, могущие проходить в кровь сквозь мембрану. Диализная жидкость предпочтительно содержит ионы кальция (Са2+). В отличие от диализной жидкости, соответствующей уровню техники, которая содержит только свободные ионы кальция, типичная диализная жидкость, используемая в системах и способах, представленных в настоящем описании, характеризуется тем, что ионы кальция по меньшей мере частично связаны с альбумином. В общем случае при высоких значениях рН большая часть кальция присоединяется к альбумину, а меньшая остается свободной для участия в обмене с кровью. Поэтому общее содержание кальция в альбуминсодержащей диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, характеризуется более высокими концентрациями кальция, чем у известных диализных жидкостей, соответствующих уровню техники. В частности, концентрация ионов кальция в альбуминсодержащей диализной жидкости равна 1,7 ммоль/л или более. Это требуется, чтобы обеспечить наличие свободного кальция в достаточном количестве, то есть чтобы не происходило уменьшение концентрации свободных ионов кальция в крови (см. Пример 3).The dialysis fluid may also contain other small molecules, such as glucose, which can pass through the membrane into the blood. The dialysis fluid preferably contains calcium ions (Ca 2+ ). Unlike the dialysis fluid of the prior art, which contains only free calcium ions, the typical dialysis fluid used in the systems and methods presented herein is characterized in that the calcium ions are at least partially bound to albumin. In general, at high pH values, most of the calcium is attached to albumin, while the smaller part remains free to participate in the exchange with the blood. Therefore, the total calcium content of the albumin-containing dialysis fluid used in the systems and methods described herein has higher calcium concentrations than prior art dialysis fluids. Specifically, the concentration of calcium ions in the albumin-containing dialysis fluid is 1.7 mmol/L or more. This is required to ensure that there is sufficient free calcium, ie that there is no decrease in the concentration of free calcium ions in the blood (see Example 3).

Диализная жидкость предпочтительно содержит от 2 до 4 ммоль/л, более предпочтительно - от 2,4 до 2,6 ммоль/л ионов кальция (Са2+). Ионы кальция могут быть добавлены в форме любой подходящей соли, например хлорида кальция. Добавление кальция в диализную жидкость целесообразно, поскольку кровь тоже содержит кальций. Присутствие кальция в диализной жидкости предотвращает нежелательный результирующий поток (переток) ионов кальция из крови в диализную жидкость. Хотя известно, что ионы кальция могут осаждаться при рН, соответствующем сильнощелочной среде, присутствие кальция не является несовместимым с системами и способами, представленными в настоящем описании, принимая во внимание максимальное значение рН диализной жидкости, равное 9,0 на шаге введения ее в контакт с кровью через полупроницаемую мембрану. Если рН диализной жидкости превышает 10, то некоторые ионы, такие как ионы кальция (и другие), являются нерастворимыми. Следовательно, если диализная жидкость имеет рН выше 9, то предпочтительным является отсутствие ионов кальция (и других нерастворимых ионов). Если диализная жидкость имеет рН в этом диапазоне, то чтобы не лишить организм пациента таких ионов, их следует вводить непосредственно в кровь пациента посредством инфузии.The dialysis fluid preferably contains 2 to 4 mmol/l, more preferably 2.4 to 2.6 mmol/l calcium ions (Ca 2+ ). The calcium ions may be added in the form of any suitable salt such as calcium chloride. Adding calcium to the dialysis fluid is useful because the blood also contains calcium. The presence of calcium in the dialysis fluid prevents the unwanted net flow (flow) of calcium ions from the blood into the dialysis fluid. Although it is known that calcium ions can precipitate at a pH corresponding to a highly alkaline environment, the presence of calcium is not incompatible with the systems and methods presented in the present description, taking into account the maximum pH of the dialysis fluid of 9.0 at the step of introducing it into contact with blood through a semipermeable membrane. If the pH of the dialysis fluid exceeds 10, then some ions, such as calcium ions (and others), are insoluble. Therefore, if the dialysis fluid has a pH greater than 9, then the absence of calcium ions (and other insoluble ions) is preferred. If the dialysis fluid has a pH in this range, then in order not to deprive the patient of such ions, they should be injected directly into the patient's blood by infusion.

Диализная жидкость предпочтительно имеет осмолярность, по существу идентичную осмолярности крови, подвергаемой диализу.The dialysis fluid preferably has an osmolarity substantially identical to that of the blood being dialyzed.

В дополнение к вышесказанному, в диализную жидкость может быть добавлен или может присутствовать в этой жидкости фермент карбоангидраза. Карбоангидраза представляет собой фермент, ускоряющий обратимую реакцию с участием двуокиси углерода и образованием бикарбоната (НСО3 -) и ионов водорода Н+. Карбоангидраза может быть добавлена в кровь в экстракорпоральном контуре. Карбоангидраза может быть также нанесена в качестве покрытия на внутреннюю поверхность первой или второй камеры. В общем случае и в качестве дополнения к сказанному выше: диализная жидкость, подходящая для физиологических процедур с использованием систем и способов, представленных в настоящем описании, предпочтительно содержит требуемые электролиты, питательные вещества и буферные агенты в достаточных концентрациях, позволяющих корректировать их уровни в крови пациента, доводя их, например, до нормальных физиологических, требуемых или заданных значений. Дополнительные компоненты диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, включают электролиты, выбираемые предпочтительно из Сахаров и/или солей (анионы/катионы/цвиттер-ионы). Типичные катионы включают ионы кальция, магния, калия и натрия, типичные анионы хлориды, НСО3 -, Н2СО3, НРО4 2-, Н2РО4 -, типичные цвиттер-ионы - аминокислоты (например, гистидин) и пептиды или соли фруктовых кислот.In addition to the above, the enzyme carbonic anhydrase may be added to or present in the dialysis fluid. Carbonic anhydrase is an enzyme that accelerates a reversible reaction involving carbon dioxide and the formation of bicarbonate (HCO 3 - ) and hydrogen ions H + . Carbonic anhydrase can be added to the blood in an extracorporeal circuit. Carbonic anhydrase can also be applied as a coating to the inner surface of the first or second chamber. In general, and in addition to the above: dialysis fluid suitable for physiological procedures using the systems and methods presented in the present description, preferably contains the required electrolytes, nutrients and buffering agents in sufficient concentrations to adjust their levels in the patient's blood , bringing them, for example, to normal physiological, required or specified values. Additional dialysis fluid components used in the systems and methods presented herein include electrolytes, preferably selected from sugars and/or salts (anions/cations/zwitterions). Typical cations include calcium, magnesium, potassium and sodium ions, typical chloride anions, HCO 3 - , H 2 CO 3 , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , typical zwitter ions - amino acids (for example, histidine) and peptides or salts of fruit acids.

Диализная жидкость предпочтительно не содержит добавок уксусной кислоты и ацетата. Совокупная концентрация уксусной кислоты в диализной жидкости составляет предпочтительно менее 4 ммоль/л, менее 3 ммоль/л, менее 2 ммоль/л, менее 1 ммоль/л, наиболее предпочтительно - 0 ммоль/л.The dialysis fluid is preferably free of acetic acid and acetate additives. The total concentration of acetic acid in the dialysis fluid is preferably less than 4 mmol/L, less than 3 mmol/L, less than 2 mmol/L, less than 1 mmol/L, most preferably 0 mmol/L.

Адаптация диализной текучей среды к способамAdapting Dialysis Fluid to Methods

С точки зрения общей адаптивности диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, то есть ее применимости для регулирования рН крови и непосредственного или опосредованного удаления из нее двуокиси углерода, равно как и для комбинаций перечисленного, диализная жидкость может быть рассчитана на решение, в основном или в первую очередь, какой-либо конкретной задачи. Например, диализная жидкость может быть рассчитана на решение задачи регулирования рН крови или задачи удаления, непосредственного или опосредованного, двуокиси углерода. В контексте настоящего описания термины "рассчитана" и "адаптирована" являются взаимозаменяемыми и относятся к диализной жидкости непосредственно перед ее воздействием на кровь через полупроницаемую мембрану, то есть на шаге ее введения во вторую камеру.In terms of the overall adaptability of the dialysis fluid used in the systems and methods presented herein, i.e. its applicability to regulate blood pH and directly or indirectly remove carbon dioxide from it, as well as combinations of the above, the dialysis fluid can be designed for solution, mainly or primarily, of a particular problem. For example, the dialysis fluid may be designed for the task of regulating the pH of the blood or the task of removing, directly or indirectly, carbon dioxide. As used herein, the terms "designed" and "adapted" are used interchangeably and refer to the dialysis fluid just prior to its exposure to the blood through the semi-permeable membrane, i.e. at the step of its introduction into the second chamber.

Например, в случае, когда кровь субъекта, страдающего метаболическим ацидозом, требуется подвергнуть процессу, предлагаемому в настоящем изобретении, обычно возникает необходимость регулирования рН, тогда как удаление двуокиси углерода может быть нежелательно или не показано. В случае предпочтительного удаления ионов Н+ СО2 служит в качестве источника продукции бикарбоната. В другом примере, когда кровь субъекта, страдающего респираторным ацидозом, требуется подвергнуть воздействию с использованием систем и способов, представленных в настоящем описании, обычно требуется регулирование рН и удаление двуокиси углерода. Диализную жидкость, используемую в предлагаемых системах и способах, можно адаптировать к решению таких задач в рамках общих принципов, изложенных в отношении этой жидкости в настоящем описании.For example, in the case where the blood of a subject suffering from metabolic acidosis is to be subjected to the process of the present invention, pH adjustment will typically be necessary, while removal of carbon dioxide may be undesirable or not indicated. In the case of preferential removal of H + CO 2 ions, it serves as a source of bicarbonate production. In another example, when the blood of a subject suffering from respiratory acidosis is required to be exposed using the systems and methods provided herein, pH adjustment and carbon dioxide removal are typically required. The dialysis fluid used in the proposed systems and methods can be adapted to such tasks within the framework of the general principles set forth in relation to this fluid in the present description.

В зависимости от концентрации бикарбоната (НСО3 -) в диализной жидкости и крови, бикарбонат может быть удален из крови вдоль градиента концентрации между диализной жидкостью, находящейся по одну сторону полупроницаемой мембраны, и кровью, находящейся по другую сторону этой мембраны. Другими словами, пока (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната в диализной жидкости ниже (совокупной) концентрации карбоната/бикарбоната в крови, бикарбонат будет переходить из крови в диализную жидкость вдоль градиента концентрации. Если удаление бикарбоната из крови не требуется или не показано, то (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната в диализной жидкости выбирают таким образом, чтобы она была не ниже (совокупной) концентрации карбоната/бикарбоната в крови, причем в контексте настоящего описания "не ниже" означает "равно или выше", например "немного выше", но обычно означает "приблизительно равно" или "равно".Depending on the concentration of bicarbonate (HCO 3 - ) in the dialysis fluid and blood, bicarbonate can be removed from the blood along the concentration gradient between the dialysis fluid on one side of the semipermeable membrane and the blood on the other side of this membrane. In other words, as long as the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is lower than the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the blood, bicarbonate will move from the blood into the dialysis fluid along the concentration gradient. If the removal of bicarbonate from the blood is not required or indicated, then the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is chosen so that it is not lower than the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the blood, and in the context of the present description "not lower" means "equal to or higher", e.g. "slightly higher", but usually means "approximately equal to" or "equal to".

В общем случае диализная жидкость, приготавливаемая для обработки крови субъекта, страдающего метаболическим ацидозом, содержит бикарбонат в предпочтительном диапазоне концентрации от 16 до 40 ммоль/л. В ходе обработки концентрация в предпочтительном варианте медленно возрастает во избежание ацидоза клеток. Предпочтительная (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната для этой цели находится в диапазоне от 25 до 35 ммоль/л или составляет (приблизительно) 30 ммоль/л.In general, dialysis fluid prepared to treat the blood of a subject suffering from metabolic acidosis contains bicarbonate in the preferred concentration range of 16 to 40 mmol/L. During treatment, the concentration is preferably slowly increased to avoid acidosis of the cells. The preferred (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate for this purpose is in the range of 25 to 35 mmol/l, or (approximately) 30 mmol/l.

С другой стороны, диализная жидкость, приготавливаемая для обработки крови субъекта, страдающего респираторным ацидозом, содержит в общем случае бикарбонат в предпочтительном диапазоне концентрации от 0 до 40 ммоль/л либо, в альтернативном варианте, от 5 до 40 ммоль/л или от 10 до 40 ммоль/л. Предпочтительная (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната для этой цели находится в диапазоне от 15 до 35 ммоль/л, от 20 до 30 ммоль/л или составляет (приблизительно) 25 ммоль/л.On the other hand, dialysis fluid prepared for treating the blood of a subject suffering from respiratory acidosis generally contains bicarbonate in the preferred concentration range of 0 to 40 mmol/L or alternatively 5 to 40 mmol/L or 10 to 10 40 mmol/l. The preferred (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate for this purpose is in the range of 15 to 35 mmol/L, 20 to 30 mmol/L, or (approximately) 25 mmol/L.

Применимость для регулирования рНApplicability for pH regulation

Наряду с эффективным удалением из крови метаболитов, таких как СО2 и ионы бикарбоната, системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют регулировать рН крови, доводя его до требуемого уровня. Это применимо, например, в случае обработки "кислой" крови, например крови пациентов, страдающих ацидозом. При этом желательно, чтобы показатель рН крови был скорректирован до заданного значения или заданного диапазона значений от 6,8 до 8,5. Значения рН вне этого диапазона являются неприемлемыми из-за нежелательных побочных эффектов, таких как денатурация белков и/или осаждение компонентов крови. В общем случае регулирование значения или диапазона значений рН крови означает, что кровь характеризуется этим скорректированным значением или диапазоном значений на шаге выхода из первой камеры.In addition to efficient removal of metabolites such as CO 2 and bicarbonate ions from the blood, the systems and methods provided herein allow the blood pH to be adjusted to the desired level. This applies, for example, in the case of treating "acidic" blood, such as the blood of patients suffering from acidosis. At the same time, it is desirable that the blood pH be adjusted to a predetermined value or a predetermined range of values from 6.8 to 8.5. pH values outside this range are unacceptable due to undesirable side effects such as protein denaturation and/or precipitation of blood components. In general, regulation of the pH value or range of blood means that the blood is characterized by this adjusted value or range of values at the step of leaving the first chamber.

Принимая во внимание, что кровь в организме здорового человека обычно имеет значение рН в диапазоне от 7,35 до 7,45, то есть составляющее приблизительно 7,40, в некоторых вариантах осуществления изобретения желательно скорректировать рН крови до диапазона значений, охватывающего указанный диапазон, то есть от 7 до 8,5, от 7,0 до 7,8, от 7,2 до 7,6 или от 7,3 до 7,5. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения в случае необходимости доведения рН крови до значения, близкого к уровню, характерному для крови в организме здорового человека, желательно скорректировать рН крови до значения или диапазона значений от 7,35 до 7,45, предпочтительно - от 7,36 до 7,44, более предпочтительно - от 7,37 до 7,43, еще более предпочтительно - от 7,38 до 7,42, еще более предпочтительно - от 7,39 до 7,41, а наиболее предпочтительно до значения, равного приблизительно 7,40.Given that blood in a healthy human body typically has a pH value in the range of 7.35 to 7.45, i.e. approximately 7.40, in some embodiments of the invention it is desirable to adjust the pH of the blood to a range of values covering the specified range, that is, 7 to 8.5, 7.0 to 7.8, 7.2 to 7.6, or 7.3 to 7.5. In preferred embodiments of the invention, if it is necessary to bring the blood pH to a value close to the level characteristic of blood in a healthy person, it is desirable to adjust the blood pH to a value or range of values from 7.35 to 7.45, preferably from 7.36 up to 7.44, more preferably from 7.37 to 7.43, even more preferably from 7.38 to 7.42, even more preferably from 7.39 to 7.41, and most preferably up to a value equal to approximately 7.40.

Как подробно описано ниже, системы и способы, представленные в настоящем описании, применимы, в частности, для лечения пациентов, страдающих ацидозом, а именно метаболическим и/или респираторным ацидозом. В вариантах осуществления изобретения, предназначенных или подходящих для обработки крови таких пациентов, может быть желательным выполнить коррекцию рН крови до диапазона или значения, превышающего 7,40 (соответствующего более щелочной среде) и составляющего от более чем 7,40 до 8,0, от 7,5 до 7,9 или от 7,6 до 7,8, предпочтительно в пределах диапазона от 7,65 до 7,75, например 7,7.As detailed below, the systems and methods provided herein are applicable in particular to the treatment of patients suffering from acidosis, namely metabolic and/or respiratory acidosis. In embodiments intended or suitable for treating the blood of such patients, it may be desirable to adjust the blood pH to a range or value greater than 7.40 (corresponding to a more alkaline environment) and greater than 7.40 to 8.0, from 7.5 to 7.9 or 7.6 to 7.8, preferably within the range of 7.65 to 7.75, such as 7.7.

Регулирование рН крови в системах и способах, представленных в настоящем описании, является технически осуществимым благодаря буферной емкости используемой диализной жидкости и проницаемости полупроницаемой мембраны для ионов Н+ и ОН-. Таким образом, регулирование рН крови можно осуществить с помощью буферированной диализной жидкости. Ионы Н+ и ОН- могут проходить сквозь полупроницаемую мембрану вдоль соответствующего градиента концентрации.The regulation of blood pH in the systems and methods presented herein is technically feasible due to the buffering capacity of the dialysis fluid used and the permeability of the semi-permeable membrane to H + and OH - ions. Thus, regulation of blood pH can be accomplished with buffered dialysis fluid. Ions H + and OH - can pass through the semi-permeable membrane along the corresponding concentration gradient.

Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, можно предположить, что ионы Н+ удаляются из крови главным образом благодаря превосходной буферной емкости диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании. Кроме того, есть основания полагать, что незначительные количества ионов Н+ удаляются в результате реакции с ионами ОН-, присутствующими в диализной жидкости, с какой-либо стороны или с обеих сторон полупроницаемой мембраны. Удаление из крови не только двуокиси углерода, но и ионов Н+ (в результате реакции с ионами ОН-), позволяет осуществить регулирование кислотно-щелочного баланса крови. Как подробно описано ниже, диализную жидкость, используемую в системах и способах, представленных в настоящем описании, можно адаптировать к потребностям, например к потребностям пациента, подвергаемого лечению с помощью диализа. Таким образом, системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют выполнить предпочтительное удаление двуокиси углерода или предпочтительное регулирование рН крови либо и то, и другое. Такая адаптивность дает возможность регулирования рН диализной жидкости и регулирования концентрации в ней буферных веществ (в частности, альбумина и бикарбоната) независимо друг от друга и в пределах общих диапазонов, указанных в настоящем описании.Without wishing to be bound by any particular theory, it can be assumed that H + ions are removed from the blood mainly due to the excellent buffering capacity of the dialysis fluid used in the systems and methods presented herein. In addition, there is reason to believe that minor amounts of H + ions are removed by reaction with OH - ions present in the dialysis fluid on either side or both sides of the semipermeable membrane. Removal from the blood of not only carbon dioxide, but also H + ions (as a result of reaction with OH - ions), allows the regulation of the acid-base balance of the blood. As detailed below, the dialysis fluid used in the systems and methods described herein can be tailored to the needs, for example, the needs of the patient being treated with dialysis. Thus, the systems and methods provided herein allow for preferential removal of carbon dioxide or preferential regulation of blood pH, or both. This adaptability makes it possible to control the pH of the dialysis fluid and control the concentration of buffer substances (in particular, albumin and bicarbonate) in it independently of each other and within the general ranges specified in the present description.

Применимость для удаления токсиновApplicability for removing toxins

Некоторые варианты осуществления изобретения обеспечивают возможность удаления из крови других или дополнительных нежелательных веществ. В этих вариантах осуществления изобретения такими нежелательными веществами являются токсины, например белковосвязанные токсины. Эти варианты осуществления изобретения нацелены на удаление из крови по меньшей мере двух нежелательных веществ, например по меньшей мере одного нежелательного вещества из упомянутых выше и дополнительно какого-либо токсина. В контексте настоящего описания термин "токсин" не подразумевает каких-либо особых ограничений и относится к любому веществу, токсичному для организма человека или животного, включая метаболиты, например билирубин, желчные кислоты, медь; другие вещества, такие как гормоны или лекарственные препараты, скапливающиеся при печеночной недостаточности. Токсины в крови человека или животного обычно связаны с белками. В общем случае белковосвязанные токсины плохо удаляются с помощью гемодиализа. Присутствие альбумина в диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, позволяет выполнить или улучшить удаление белковосвязанных токсинов: присутствующая в крови в свободной форме небольшая доля растворенных белковосвязанных токсинов может диффундировать через полупроницаемую мембрану в диализное устройство и присоединиться к свободным центрам связывания в адсорбенте (альбумине), содержащемся в диализной жидкости.Some embodiments of the invention provide the ability to remove other or additional unwanted substances from the blood. In these embodiments, such unwanted substances are toxins, such as protein-bound toxins. These embodiments of the invention are aimed at removing at least two undesirable substances from the blood, for example at least one undesirable substance from those mentioned above and additionally any toxin. In the context of the present description, the term "toxin" does not imply any particular limitation and refers to any substance that is toxic to the human or animal body, including metabolites, such as bilirubin, bile acids, copper; other substances such as hormones or drugs that accumulate in liver failure. Toxins in the blood of a person or animal are usually associated with proteins. In general, protein-bound toxins are poorly removed by hemodialysis. The presence of albumin in the dialysis fluid used in the systems and methods provided herein allows for or improved removal of protein-bound toxins: a small proportion of dissolved protein-bound toxins present in the blood in free form can diffuse across the semi-permeable membrane into the dialysis device and attach to free binding sites. in the adsorbent (albumin) contained in the dialysis fluid.

Полупроницаемая мембрана и устройство, содержащее такую мембрануSemi-permeable membrane and a device containing such a membrane

Устройство, применимое для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании, содержит первую камеру, подходящую для приема диализной жидкости. Первая и вторая камеры разделены по меньшей мере одной полупроницаемой мембраной.An apparatus suitable for use in the systems and methods described herein comprises a first chamber suitable for receiving dialysis fluid. The first and second chambers are separated by at least one semi-permeable membrane.

Первая камера соответствующим образом разделена на несколько первых камер. Термин "несколько" означает любое целое число больше единицы. Таким образом, в типичном варианте осуществления изобретения устройство содержит несколько первых камер. Каждая первая камера предпочтительно находится в контакте со второй камерой через полупроницаемую мембрану. Первые камеры предпочтительно имеют форму капилляров. Это позволяет крови проходить по капиллярам, находясь в контакте с диализной жидкостью через полупроницаемую мембрану.The first chamber is suitably divided into several first chambers. The term "several" means any integer greater than one. Thus, in a typical embodiment of the invention, the device comprises a plurality of first chambers. Each first chamber is preferably in contact with the second chamber through a semi-permeable membrane. The first chambers are preferably in the form of capillaries. This allows blood to pass through the capillaries while in contact with the dialysis fluid through a semi-permeable membrane.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предусматривается наличие в устройстве нескольких вторых камер. Каждая вторая камера предпочтительно находится в контакте с первой камерой через полупроницаемую мембрану.In some embodiments, the invention provides for the presence of multiple second cameras in the device. Every second chamber is preferably in contact with the first chamber through a semi-permeable membrane.

Соотношение общего объема второй камеры (нескольких вторых камер) и общего объема первой камеры (нескольких первых камер) в устройстве может находиться в диапазоне от 10:1 до 1:10. Общий объем второй камеры (нескольких вторых камер) предпочтительно превышает общий объем первой камеры (нескольких первых камер). Предпочтительное соотношение составляет приблизительно 2:1.The ratio of the total volume of the second chamber (multiple second chambers) to the total volume of the first chamber (multiple first chambers) in the device may range from 10:1 to 1:10. The total volume of the second chamber (multiple second chambers) preferably exceeds the total volume of the first chamber (multiple first chambers). The preferred ratio is approximately 2:1.

Таким образом, в системах и способах, представленных в настоящем описании, переход по меньшей мере одного нежелательного вещества из крови в диализную жидкость происходит через полупроницаемую мембрану. Эта мембрана является идеально проницаемой для кислорода, двуокиси углерода, бикарбоната, ионов Н+ и жидкостей. В устройстве, содержащем первую камеру для приема крови и вторую камеру для приема диализной жидкости, полупроницаемая мембрана расположена между первой и второй камерами. Это позволяет веществам, способным проходить сквозь мембрану, переходить из первой камеры во вторую или из второй камеры в первую. Как правило, такие вещества, способные проходить сквозь мембрану, предпочтительно перемещаются вдоль градиента их концентрации.Thus, in the systems and methods described herein, the passage of at least one unwanted substance from the blood into the dialysis fluid occurs through a semi-permeable membrane. This membrane is ideally permeable to oxygen, carbon dioxide, bicarbonate, H + ions and liquids. In a device containing a first chamber for receiving blood and a second chamber for receiving dialysis fluid, a semi-permeable membrane is located between the first and second chambers. This allows substances capable of passing through the membrane to pass from the first chamber to the second or from the second chamber to the first. As a rule, such substances capable of passing through the membrane preferentially move along their concentration gradient.

Полупроницаемая мембрана является непроницаемой для белков, размеры или свойства которых характерны для альбумина. Тем не менее бикарбонат и катионы водорода, а также другие небольшие молекулы, включая ионы или вещества, способные влиять на рН водной жидкости, могут проходить сквозь полупроницаемую мембрану в ходе процесса, предлагаемого в изобретении. Следовательно, рН диализной жидкости не обязательно остается постоянным на протяжении шага этого процесса, характеризующегося вступлением крови в контакт с диализной жидкостью. Поэтому, говоря точнее, рН и (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната диализной жидкости предпочтительно определяют, в соответствии со сказанным выше, на шаге, непосредственно предшествующем этому контакту, то есть на шаге вхождения диализной жидкости во вторую камеру. Другими словами, входя во вторую камеру, диализная жидкость имеет значение рН в диапазоне от 8,0 до 11,0 (или, в соответствии со сказанным в настоящем описании, в любом предпочтительном поддиапазоне этого диапазона).A semi-permeable membrane is impermeable to proteins whose size or properties are characteristic of albumin. However, bicarbonate and hydrogen cations, as well as other small molecules, including ions or substances capable of affecting the pH of an aqueous liquid, can pass through a semi-permeable membrane during the process of the invention. Therefore, the pH of the dialysis fluid does not necessarily remain constant throughout the step of this process characterized by blood coming into contact with the dialysis fluid. Therefore, more specifically, the pH and the (total) carbonate/bicarbonate concentration of the dialysis fluid are preferably determined, in accordance with the above, in the step immediately preceding this contact, i.e. in the step of entering the dialysis fluid into the second chamber. In other words, upon entering the second chamber, the dialysis fluid has a pH value in the range of 8.0 to 11.0 (or, as described herein, in any preferred sub-range of this range).

Поскольку переход (транспорт) веществ через полупроницаемую мембрану является пассивным, то есть происходит вдоль градиента концентрации, кровь и/или диализная жидкость предпочтительно приводятся в движение, например путем пропускания постоянного потока каждой из этих жидкостей через соответствующую камеру и, по выбору, путем взбалтывания, встряхивания, создания перепада давления (вызывающего конвекцию) или посредством других подходящих механических действий. Считается, что подобные механические действия увеличивают эффективность вхождения веществ в контакт с поверхностью полупроницаемой мембраны и, следовательно, прохождения сквозь эту мембрану.Since the passage (transport) of substances across a semipermeable membrane is passive, i.e. occurs along a concentration gradient, the blood and/or dialysis fluid is preferably set in motion, for example by passing a constant stream of each of these fluids through a respective chamber and, optionally, by agitation, shaking, creating a pressure difference (causing convection) or by other suitable mechanical action. It is believed that such mechanical actions increase the efficiency of substances coming into contact with the surface of a semi-permeable membrane and, therefore, passing through this membrane.

В типичном варианте осуществления изобретения устройство, подходящее для использования в системах и способах, представленных в настоящем описании, может иметь площадь подвергающейся воздействию (открытой) поверхности полупроницаемой мембраны, находящуюся в диапазоне между 0,01 и 6 м2. В случае параллельного использования двух диализных модулей (совокупная) площадь поверхности обычно составляет до 6 м2. Такое параллельное использование двух диализных модулей предусмотрено в одном из вариантов осуществления изобретения для систем и способов, представленных в настоящем описании. Площадь открытой поверхности в любом из диализных модулей обычно находится в диапазоне между 0,01 и 3 м2, например между 0,1 и 2,2 м2. В общем случае площади поверхности в нижней части этих диапазонов являются особенно подходящими для лечения детей. Выражение "площадь открытой поверхности" относится к области полупроницаемой мембраны, открывающейся с одной стороны в первую камеру и одновременно с другой стороны - во вторую камеру. Любые дополнительные участки мембраны, не открывающиеся одновременно в обе камеры, а, например, зафиксированные в каком-либо крепежном средстве или перекрываемые иным образом, не считаются частью площади открытой поверхности. В системах и способах, представленных в настоящем описании, возможно использование более одной такой мембраны в том же диализном модуле или более чем в одном диализном модуле. Если число диализных модулей превышает единицу, то эти диализные модули могут располагаться последовательно или параллельно относительно движения потока крови в экстракорпоральном контуре. Предпочтительно используются два диализных устройства, каждое из которых имеет площадь открытой поверхности, описанную выше.In an exemplary embodiment, a device suitable for use in the systems and methods described herein may have an exposed (open) surface area of the semi-permeable membrane between 0.01 and 6 m 2 . In the case of parallel use of two dialysis modules, the (cumulative) surface area is typically up to 6 m 2 . Such parallel use of two dialysis modules is provided in one of the embodiments of the invention for the systems and methods presented in the present description. The open surface area in any of the dialysis modules is typically in the range between 0.01 and 3 m 2 , for example between 0.1 and 2.2 m 2 . In general, surface areas in the lower part of these ranges are particularly suitable for treating children. The expression "open surface area" refers to the area of the semi-permeable membrane opening on one side into the first chamber and simultaneously on the other side into the second chamber. Any additional areas of the membrane that do not open simultaneously into both chambers, but, for example, are fixed in any fastener or otherwise overlap, are not considered part of the open surface area. In the systems and methods described herein, it is possible to use more than one such membrane in the same dialysis module or in more than one dialysis module. If the number of dialysis modules exceeds one, then these dialysis modules may be arranged in series or in parallel with respect to the flow of blood in the extracorporeal circuit. Preferably, two dialysis devices are used, each having an open surface area as described above.

Таким образом, системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают переход двуокиси углерода и других веществ, таких как катионы водорода и бикарбонат, в диализную жидкость (в результате прохождения сквозь диализную мембрану). Поэтому системы и способы, представленные в настоящем описании, можно назвать системами и способами жидкостно-жидкостного диализа, подходящими для удаления СО2. Они позволяют более эффективно, чем существующие способы, удалять из крови метаболиты, такие как СО2.Thus, the systems and methods provided herein allow carbon dioxide and other substances such as hydrogen cations and bicarbonate to pass into the dialysis fluid (by passing through the dialysis membrane). Therefore, the systems and methods presented herein may be referred to as liquid-liquid dialysis systems and methods suitable for removing CO 2 . They make it possible to remove metabolites, such as CO 2 , from the blood more efficiently than existing methods.

Хотя карбаминогемоглобин и растворенная двуокись углерода находятся в равновесии с ионной парой бикарбонат (НСО3 -)/Н+, для быстрой конверсии требуется присутствие фермента карбоангидразы. В некоторых вариантах осуществления изобретения полупроницаемая мембрана может быть выполнена как источник карбоангидразной активности. Это может быть достигнуто путем нанесения карбоангидразы в качестве покрытия на сторону мембраны, обращенную к крови и/или к диализной жидкости.Although carbaminohemoglobin and dissolved carbon dioxide are in equilibrium with the bicarbonate (HCO 3 - )/H + ion pair, the presence of the enzyme carbonic anhydrase is required for rapid conversion. In some embodiments, the semipermeable membrane may be configured as a source of carbonic anhydrase activity. This can be achieved by applying carbonic anhydrase as a coating to the side of the membrane facing the blood and/or dialysis fluid.

С каждой стороны полупроницаемой мембраны может быть предусмотрена одна камера, то есть первая камера с одной стороны полупроницаемой мембраны и вторая камера с другой стороны этой мембраны. Другими словами, используемое устройство содержит два компартмента, разделенные полупроницаемой мембраной. Первая камера, полупроницаемая мембрана и вторая камера предпочтительно предусматриваются в одном устройстве. Таким образом, кровь находится в первой камере, а диализная жидкость - во второй камере, отделенной от первой камеры упомянутой полупроницаемой мембраной. Может быть также предусмотрено нанесение на полупроницаемую мембрану покрытия, содержащего фермент карбоангидразу.One chamber may be provided on each side of the semi-permeable membrane, ie a first chamber on one side of the semi-permeable membrane and a second chamber on the other side of the membrane. In other words, the device used contains two compartments separated by a semi-permeable membrane. The first chamber, the semi-permeable membrane and the second chamber are preferably provided in one device. Thus, the blood is in the first chamber, and the dialysis fluid is in the second chamber, separated from the first chamber by said semi-permeable membrane. It may also be envisaged to coat the semi-permeable membrane with the enzyme carbonic anhydrase.

Может быть предусмотрено несколько первых камер, каждая из которых находится в контакте со второй камерой через полупроницаемую мембрану. Эти первые камеры могут иметь форму капилляров, по которым в ходе процесса, реализуемого в данном варианте осуществления изобретения, проходят потоки крови.Several first chambers may be provided, each of which is in contact with the second chamber through a semi-permeable membrane. These first chambers may be in the form of capillaries through which blood flows during the process of this embodiment.

Хотя использование систем и способов, представленных в настоящем описании, в статическом режиме то есть когда кровь постоянно присутствует в первой камере, не протекая (входя, проходя и выходя) через эту камеру, а диализная жидкость постоянно присутствует во второй камере, не протекая (входя, проходя и выходя) через эту камеру, не является невозможным, предпочтительными являются варианты осуществления изобретения, предусматривающие полустатический и нестатический режимы. В нестатическом режиме кровь протекает (входит, проходит и выходит) через первую камеру, а диализная жидкость протекает (входит, проходит и выходит) через вторую камеру. Полустатическим режимом называется режим, предусмотренный в вариантах осуществления изобретения, в которых только одна из указанных жидкостей протекает через свою соответствующую камеру, тогда как другая жидкость постоянно присутствует в своей соответствующей второй камере, не протекая (входя, проходя и выходя) через эту камеру. Таким образом, в системах и способах, представленных в настоящем описании, кровь предпочтительно протекает через первую камеру, а диализная жидкость одновременно протекает через вторую камеру. Следовательно, предпочтительным является вариант, когда кровь проходит через компартмент крови (первую камеру), а диализная жидкость - через компартмент диализной жидкости (вторую камеру).Although the use of the systems and methods presented herein is in a static mode, that is, when blood is constantly present in the first chamber without flowing (entering, passing and exiting) through this chamber, and dialysis fluid is constantly present in the second chamber without flowing (entering passing and exiting) through this chamber is not impossible, embodiments of the invention providing for semi-static and non-static modes are preferred. In non-static mode, blood flows (enters, passes, and exits) through the first chamber, and dialysis fluid flows (enters, passes, and exits) through the second chamber. Semi-static mode refers to the mode provided in embodiments of the invention in which only one of these fluids flows through its respective chamber, while the other fluid is constantly present in its respective second chamber, without flowing (entering, passing and exiting) through this chamber. Thus, in the systems and methods described herein, blood preferably flows through the first chamber and dialysis fluid simultaneously flows through the second chamber. Therefore, it is preferred that the blood passes through the blood compartment (first chamber) and the dialysis fluid through the dialysis fluid compartment (second chamber).

Системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют эффективно удалять одно или более нежелательных веществ, указанных выше, включая СО2, без необходимости использования газового потока (вытесняющего газа), предусмотренного в соответствии с уровнем техники. В частности, они не предусматривают и не требуют перевода нежелательной СО2 в газовую фазу. Типичный диализный модуль, используемый в системах и способах, представленных в настоящем описании, не содержит камеры с газом (вытесняющим газом), контактирующим с кровью через мембрану (например, газообменную мембрану).The systems and methods provided herein effectively remove one or more of the undesirable substances mentioned above, including CO 2 , without the need for a gas stream (propellant gas) provided in the prior art. In particular, they do not provide for and do not require the conversion of unwanted CO 2 into the gas phase. A typical dialysis module used in the systems and methods described herein does not include a chamber with a gas (propellant gas) in contact with blood through a membrane (eg, a gas exchange membrane).

Устройство, содержащее первую камеру, вторую камеру и полупроницаемую мембрану, представляет собой диализный модуль, входящий в разных вариантах в состав диализатора. Диализный модуль содержит первую камеру согласно настоящему описанию, вторую камеру согласно настоящему описанию и полупроницаемую мембрану, а также средство ввода текучей среды (например, крови) в первую камеру (впуск) и вывода ее из первой камеры (выпуск) и средство ввода текучей среды (например, диализной жидкости) во вторую камеру (впуск) и вывода ее из второй камеры (выпуск). Таким образом, первая камера содержит впуск и выпуск и вторая камера содержит впуск и выпуск. Следовательно, в системах и способах, представленных в настоящем описании, диализный модуль содержит компартмент биологической текучей среды (первую камеру), представляющий собой часть контура биологической текучей среды, компартмент диализной жидкости (вторую камеру), представляющий собой часть контура диализной жидкости, и полупроницаемую мембрану, разделяющую компартмент биологической текучей среды и компартмент диализной жидкости. При использовании диализного модуля кровь проходит через первую камеру, а диализная жидкость проходит через вторую камеру. В альтернативном варианте устройство представляет собой устройство для ультрафильтрации (ультрафильтрационное устройство). В ходе реализации способов, представленных в настоящем описании, вторая камера не содержит, предпочтительно и по существу, никакой газовой фазы, то есть заполнена по существу лишь диализной текучей средой в жидкой фазе. Следовательно, контакт газа с кровью может быть полностью исключен или сведен к минимуму, а необходимость в нем может возникнуть только в определенных обстоятельствах, например при использовании пузырьковой ловушки или аналогичного устройства.The device containing the first chamber, the second chamber and a semi-permeable membrane is a dialysis module included in different versions of the dialyzer. The dialysis module contains a first chamber according to the present description, a second chamber according to the present description and a semi-permeable membrane, as well as a means for introducing fluid (for example, blood) into the first chamber (inlet) and withdrawing it from the first chamber (outlet) and a means for introducing fluid ( e.g., dialysis fluid) into the second chamber (inlet) and out of the second chamber (outlet). Thus, the first chamber contains an inlet and outlet and the second chamber contains an inlet and outlet. Therefore, in the systems and methods described herein, the dialysis module comprises a biological fluid compartment (first chamber) that is part of the biological fluid circuit, a dialysis fluid compartment (second chamber) that is part of the dialysis fluid circuit, and a semi-permeable membrane. separating the biological fluid compartment and the dialysis fluid compartment. When using a dialysis module, blood passes through the first chamber and dialysis fluid passes through the second chamber. Alternatively, the device is an ultrafiltration device (ultrafiltration device). During the implementation of the methods presented in the present description, the second chamber does not contain, preferably and essentially, no gas phase, that is, filled essentially only dialysis fluid in the liquid phase. Therefore, the contact of gas with blood can be completely eliminated or minimized, and the need for it may arise only in certain circumstances, for example, when using a bubble trap or similar device.

С полупроницаемой мембраной, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, не связаны особые ограничения, поскольку она является проницаемой для воды и молекул неорганических веществ, растворимых в воде. Подходящая полупроницаемая мембрана позволяет пройти сквозь нее по меньшей мере одному нежелательному веществу. Мембрану можно выбрать, например, из обычных полупроницаемых мембран, используемых в настоящее время, например для гемодиализа. Можно, однако, также рассмотреть возможность использования мембран с более крупными порами, чем у применяемых для диализа в настоящее время. Диффузия сквозь мембрану в ряде случаев может быть поддержана конвективным переносом, обеспечиваемым фильтрацией.The semi-permeable membrane used in the systems and methods described herein is not particularly limited as long as it is permeable to water and water-soluble inorganic molecules. A suitable semi-permeable membrane allows at least one unwanted substance to pass through. The membrane can be selected, for example, from conventional semi-permeable membranes currently used, for example for hemodialysis. One can, however, also consider using membranes with larger pores than those currently used for dialysis. Diffusion through the membrane can in some cases be supported by convective transport provided by filtration.

Диализатор содержит, как упоминалось выше, диализный модуль и дополнительные трубки (впускные и выпускные), соединенные с соответствующими средствами подачи текучей среды в первую и вторую камеры и вывода этой среды из этих камер: трубки, соединяемые с первой камерой (со впуском и выпуском), применимы для соединения с кровеносной системой человека или животного. По существу, диализатор содержит две камеры, которые разделены диализной мембраной и к каждой из которых подсоединена система трубок для используемых текучих сред. Трубки, соединенные со второй камерой (со впуском и выпуском) могут быть, по выбору, подсоединены к модулю регенерации. Последний позволяет осуществить регенерацию (рециркуляцию, повторное использование) диализной жидкости как описано ниже, а также в публикациях WO 03/094998 А1 и WO 2009/071103 А1, каждая из которых целиком включена в настоящую заявку посредством ссылок. С диализаторами, используемыми в системах и способах, представленных в настоящем описании, не связаны особые ограничения, и они могут представлять собой обычные диализаторы, используемые в настоящее время, например для гемодиализа. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения используется система HepaWash® (Пример 2).The dialyzer contains, as mentioned above, a dialysis module and additional tubes (inlet and outlet) connected to the corresponding means for supplying fluid to the first and second chambers and removing this medium from these chambers: tubes connected to the first chamber (with inlet and outlet) , applicable for connection with the circulatory system of a human or animal. Essentially, the dialyzer comprises two chambers, which are separated by a dialysis membrane, and to each of which is connected a tubing system for the fluids to be used. The pipes connected to the second chamber (with inlet and outlet) can optionally be connected to a regeneration module. The latter allows for the regeneration (recirculation, reuse) of the dialysis fluid as described below, as well as in publications WO 03/094998 A1 and WO 2009/071103 A1, each of which is fully incorporated into this application by reference. The dialyzers used in the systems and methods described herein are not particularly limited and may be conventional dialyzers currently used, for example for hemodialysis. In one embodiment of the present invention, the HepaWash® system is used (Example 2).

Прочие особенности и параметры процессаOther features and process parameters

Прочие особенности и параметры, описываемые ниже, относятся к использованию диализного модуля, то есть устройства, содержащего первую камеру, вторую камеру и полупроницаемую мембрану. Обычные компоненты диализатора, такие как манометры, детекторы воздуха, насосные устройства, такие как гепариновые насосы, перфузионные насосы и т.д., образуют часть средства или устройства, предлагаемого в изобретении.Other features and parameters described below relate to the use of a dialysis module, ie a device comprising a first chamber, a second chamber and a semi-permeable membrane. Conventional dialyzer components such as pressure gauges, air detectors, pumping devices such as heparin pumps, infusion pumps, etc. form part of the tool or device of the invention.

Одноразовое использованиеOne time use

После выхода из второй камеры (выпуск) диализную жидкость можно утилизировать. Процесс ее использования в таких вариантах осуществления изобретения называют "одноразовым" или "однопроходным". Одноразовое использование требует добавления свежей диализной жидкости (во впуск второй камеры) на протяжении по существу всего процесса. Хотя возможность одноразового использования подразумевается в контексте настоящего описания, такое использование не является применимым в той же степени, что и рециркуляция, описанная ниже. Поэтому в контексте настоящего изобретения одноразовое использование является менее предпочтительным.After leaving the second chamber (outlet), the dialysis fluid can be disposed of. The process of its use in such embodiments of the invention is called "one-time" or "single pass". Single use requires the addition of fresh dialysis fluid (to the inlet of the second chamber) throughout essentially the entire process. Although the possibility of a single use is implied in the context of the present description, such a use is not applicable to the same extent as the recycling described below. Therefore, in the context of the present invention, single use is less preferred.

Рециркуляцияrecycling

В отличие от одноразового использования диализной жидкости можно также осуществить ее рециркуляцию ("повторное, или многократное, или многопроходное, использование"). С этой целью диализную жидкость ("отработанную диализную жидкость"), вышедшую из второй камеры (выпуск), собирают и возвращают во вторую камеру (впуск). Альбумин имеет сравнительно высокую стоимость. Поэтому обычно бывает желательно выполнить рециркуляцию альбуминсодержащей диализной жидкости. Другими словами, рециркуляция может обеспечить значительную экономию средств. Кроме того, рециркуляция позволяет поддерживать высокую скорость потока диализной жидкости, доходящую до 4000 мл/мин.In contrast to disposable use, dialysis fluid can also be recycled ("repeated or multiple or multiple use"). To this end, the dialysis fluid ("waste dialysis fluid") exiting the second chamber (outlet) is collected and returned to the second chamber (inlet). Albumin has a relatively high cost. Therefore, it is generally desirable to recirculate the albumin-containing dialysis fluid. In other words, recycling can provide significant cost savings. In addition, recirculation allows you to maintain a high flow rate of dialysis fluid, reaching up to 4000 ml/min.

Рециркуляция диализной жидкости обычно требует ее очистки или регенерации. Очистка или регенерация выполняется в рамках шага обработки по меньшей мере одного типа с целью удаления нежелательных веществ из диализной жидкости (то есть отработанной диализной жидкости) до ее повторного вхождения во вторую камеру. Этот шаг обычно выполняется вне второй камеры, то есть на участке, отличном от участка контакта с кровью. По меньшей мере один шаг обработки может включать в себя одно или более воздействий посредством (I) адсорбента и/или (II) диафильтрации и/или (III) кислой среды с соответствующим уровнем рН и/или щелочной среды с соответствующим уровнем рН и/или (IV) проницаемой или полупроницаемой мембраны (то есть мембраны, отличной от мембраны, расположенной в диализном модуле между первой и второй камерами). Адсорбент обычно представляет собой вещество, отличное от альбумина, то есть в случае альбуминсодержащего диализата используется другой или дополнительный адсорбент. В некоторых вариантах осуществления изобретения адсорбент способен присоединять ионы натрия (Na+) или ионы хлоридов (Cl-).Recirculation of dialysis fluid usually requires its purification or regeneration. Purification or regeneration is performed within at least one type of treatment step to remove unwanted substances from the dialysis fluid (ie dialysis waste fluid) prior to its re-entry into the second chamber. This step is usually performed outside the second chamber, i.e. at a site other than the blood contact site. At least one treatment step may include one or more exposures by (I) an adsorbent and/or (II) diafiltration and/or (III) an acidic medium with an appropriate pH level and/or an alkaline medium with an appropriate pH level and/or (IV) a permeable or semi-permeable membrane (ie, a membrane other than the membrane located in the dialysis module between the first and second chambers). The adsorbent is usually a substance other than albumin, ie, in the case of an albumin-containing dialysate, a different or additional adsorbent is used. In some embodiments of the invention, the adsorbent is capable of attaching sodium ions (Na + ) or chloride ions (Cl - ).

Один или более таких шагов обработки могут выполняться последовательно или параллельно (то есть путем разделения потока диализной жидкости). Может быть предусмотрено, что диализная жидкость будет подвергаться обработке или очистке после контакта с кровью через полупроницаемую мембрану, то есть после выхода из второй камеры. Подходящие средства обработки или очистки диализной жидкости включают один или более модулей адсорбции, один или более модулей изменения рН и/или один или более модулей диафильтрации. Эти модули не являются несовместимыми и могут располагаться последовательно или параллельно. В частности, рециркуляция диализной жидкости в системах и способах, представленных в настоящем описании, может также включать, в качестве необходимого шага, регулирование (совокупной) концентрации карбоната/бикарбоната и/или рН с целью обеспечения соответствия рН диализной жидкости, повторно вводимой в первую камеру, значениям, требуемым согласно изложенному в настоящем описании. Выражение "повторно вводимая" означает введение после рециркуляции.One or more of these processing steps may be performed sequentially or in parallel (ie, by splitting the dialysis fluid stream). It can be envisaged that the dialysis fluid is treated or purified after contact with blood through the semi-permeable membrane, ie after leaving the second chamber. Suitable means for treating or purifying the dialysis fluid include one or more adsorption modules, one or more pH change modules, and/or one or more diafiltration modules. These modules are not incompatible and can be placed in series or in parallel. In particular, dialysis fluid recycling in the systems and methods described herein may also include, as a necessary step, adjusting the (cumulative) carbonate/bicarbonate concentration and/or pH to match the pH of the dialysis fluid being reintroduced into the first chamber. , the values required as set forth in the present description. The expression "re-introduced" means the introduction after recycling.

Скорости потокаFlow rates

Кровь проходит через первую камеру, а диализная жидкость - через вторую камеру. Выбираемая скорость потока крови и диализной жидкости может быть постоянной или варьироваться (изменяться) со временем.The blood passes through the first chamber and the dialysis fluid through the second chamber. The selected flow rate of blood and dialysis fluid can be constant or vary (change) over time.

В общем случае, скорость потока крови в экстракорпоральном контуре может регулироваться между 50 и 7000 мл/мин. Тем не менее, в системах и способах, представленных в настоящем описании, скорость потока крови обычно составляет приблизительно 2 л/мин или менее, например приблизительно 1 л/мин или менее, приблизительно 0,5 л/мин или менее и в любом случае по меньшей мере 50 мл/мин. Скорость потока крови обычно контролируют и регулируют, так что она может быть скорректирована в соответствии условиями обработки и скоростью потока диализной жидкости. Так, системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают возможность поддержки легких до 100% при максимальных скоростях потока крови на середине дыхательного движения без использования другого вентиляционного устройства. При этом обычные устройства экстракорпоральной поддержки легких, работающие в режиме поддержки на середине дыхательного движения, не могут обеспечить такую же хорошую поддержку легких. Это означает, что обеспечивается достаточно хорошая поддержка легких на середине дыхательного движения, что упрощает работу специалиста, выполняющего процедуру, и является менее опасным для пациента. Кроме того, это позволяет обойтись без использования протективной искусственной вентиляции легких (протективной ИВЛ), что является обычной практикой для других устройств, работающих в режиме поддержки на середине дыхательного движения.In general, the blood flow rate in the extracorporeal circuit can be adjusted between 50 and 7000 ml/min. However, in the systems and methods provided herein, the blood flow rate is typically about 2 L/min or less, such as about 1 L/min or less, about 0.5 L/min or less, and in any case at least 50 ml/min. The blood flow rate is usually monitored and regulated so that it can be adjusted according to the processing conditions and the flow rate of the dialysis fluid. Thus, the systems and methods provided herein provide the ability to support the lungs up to 100% at maximum blood flow rates in the middle of the respiratory movement without the use of another ventilation device. However, conventional extracorporeal lung support devices operating in support mode in the middle of the respiratory movement cannot provide the same good lung support. This means that the lungs are sufficiently well supported in the middle of the respiratory movement, which simplifies the work of the specialist performing the procedure and is less dangerous for the patient. In addition, this avoids the use of protective mechanical ventilation (protective ventilation), which is a common practice for other devices operating in support mode in the middle of the respiratory movement.

В системах и способах, представленных в настоящем описании, скорость потока диализной жидкости может находиться в диапазоне между 10 и 11000 мл/мин (то есть от 0,1667 до 183,333 мл/час). В более типичных случаях скорость потока диализной жидкости в диализаторе выбирают из следующих значений: низкая (1-2 л/час), нормальная (25-60 л/час) и средняя (от более чем 2 до менее чем 25 л/час). Скорость потока может быть, таким образом, адаптирована к потребностям. В общем случае скорость потока крови предпочтительно является более низкой, чем скорость потока диализной жидкости. Благодаря этому может быть выполнена эффективная обработка крови.In the systems and methods described herein, the dialysis fluid flow rate can range between 10 and 11,000 ml/min (ie, 0.1667 to 183.333 ml/hour). In more typical cases, the flow rate of dialysis fluid in the dialyzer is selected from the following values: low (1-2 l/h), normal (25-60 l/h) and medium (greater than 2 to less than 25 l/h). The flow rate can thus be adapted to the needs. In general, the blood flow rate is preferably lower than the dialysis fluid flow rate. Due to this, an efficient blood treatment can be performed.

В диализном модуле, то есть в устройстве, содержащем первую камеру, вторую камеру и полупроницаемую мембрану, кровь и диализная жидкость обычно движутся в противотоке, но возможно и их прямоточное движение. Тем не менее, в общем случае предполагается, что кровь и диализная жидкость могут проходить через диализное устройство в одном и том же направлении или в противотоке.In a dialysis module, that is, in a device containing a first chamber, a second chamber and a semi-permeable membrane, blood and dialysis fluid usually move in countercurrent, but cocurrent movement is also possible. However, it is generally assumed that blood and dialysis fluid can flow through the dialysis device in the same direction or in countercurrent.

Удаление СО2 из диализной текучей средыRemoval of CO 2 from dialysis fluid

В системах и способах, представленных в настоящем описании и соответствующих предпочтительному варианту осуществления изобретения, двуокись углерода и/или углекислота и/или продукты диссоциации последней (Н+/НСО3 -) могут быть удалены ("удаление") из диализной жидкости. В идеале это происходит в рамках отдельного шага, а именно шага, последующего за выходом диализной жидкости из второй камеры (выпуск). Средства, используемые для этих целей, не связаны с особыми ограничениями, кроме применимости. С этой точки зрения двуокись углерода и/или углекислота и/или продукты диссоциации последней (Н+/НСО3 -) могут быть надлежащим образом удалены из диализной жидкости посредством дегазации (снижения давления, нагрева или охлаждения, ультразвуковой обработки, мембранной дегазации, замещения инертным газом, добавления восстановителя, циклического процесса "охлаждение-откачка-нагрев", снижения рН, центрифугирования или использования дегазирующих добавок), фильтрации, сорбции или химического связывания. Например, удаление может быть осуществлено посредством дегазации (например, снижения давления, нагрева или охлаждения, ультразвуковой обработки, мембранной дегазации, замещения инертным газом, добавления восстановителя, циклического процесса "охлаждение-откачка-нагрев", снижения рН, центрифугирования или использования дегазирующих добавок), фильтрации, сорбции или химического связывания и/или комбинации вышеперечисленного. Обеспечивается идеальная возможность для измерения концентрации двуокиси углерода и/или углекислоты и/или гидрокарбоната и/или измерения рН в диализной жидкости после выхода последней из второй камеры. Удаление двуокиси углерода и/или углекислоты и/или продуктов диссоциации последней является особенно эффективным в вариантах осуществления изобретения, предусматривающих рециркуляцию диализной жидкости как описано ниже.In the systems and methods described herein and in accordance with a preferred embodiment of the invention, carbon dioxide and/or carbon dioxide and/or dissociation products of the latter (H + /HCO 3 - ) can be removed ("removal") from the dialysis fluid. Ideally, this occurs within a separate step, namely the step following the exit of the dialysis fluid from the second chamber (outlet). The means used for these purposes are not subject to special restrictions other than applicability. From this point of view, carbon dioxide and/or carbon dioxide and/or dissociation products of the latter (H + /HCO 3 - ) can be properly removed from the dialysis fluid by degassing (pressure reduction, heating or cooling, ultrasonic treatment, membrane degassing, replacement with an inert gas, reducing agent addition, cool-pump-heat cycling, pH reduction, centrifugation or use of degassing agents), filtration, sorption or chemical bonding. For example, removal can be accomplished by degassing (e.g., depressurization, heating or cooling, sonication, membrane degassing, inert gas displacement, addition of a reducing agent, cool-pump-heat cycling, pH reduction, centrifugation, or the use of degassing additives) , filtration, sorption or chemical bonding and/or combinations of the above. This provides an ideal opportunity to measure the concentration of carbon dioxide and/or carbonic acid and/or bicarbonate and/or measure the pH in the dialysis fluid after the latter has left the second chamber. Removal of carbon dioxide and/or carbon dioxide and/or dissociation products of the latter is particularly effective in embodiments of the invention involving recycling of dialysis fluid as described below.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагаемый в нем процесс протекает таким образом, что рециркуляция включает подкисление (ацидификацию) диализной жидкости до получения рН, соответствующего кислой среде, для образования двуокиси углерода и удаление последней из диализной жидкости через проницаемую для двуокиси углерода мембрану. Эта мембрана является газопроницаемой, и двуокись углерода удаляется в газовой фазе.In a particularly preferred embodiment of the invention, the process proposed therein proceeds in such a way that recycling comprises acidification (acidification) of the dialysis fluid to an acidic pH to form carbon dioxide and removal of the latter from the dialysis fluid through a carbon dioxide-permeable membrane. This membrane is gas permeable and carbon dioxide is removed in the gas phase.

Кислотная/щелочная обработкаAcid/alkaline treatment

Альбумин может быть приобретен на рынке, но является сравнительно дорогим. Поэтому использование диализной жидкости на основе альбумина может быть сопряжено с большими расходами. В публикациях, отражающих уровень техники, рециркуляция альбуминсодержащей диализной жидкости описана для случая диализа применительно к печени, например в публикации WO 2003/094998, целиком включенной в настоящую заявку посредством ссылки. Как указано в WO 2003/094998, рециркуляция альбумина может быть основана на том принципе, что на связывающую способность белков-носителей (таких как альбумин) в отношении присоединяемых веществ, таких как токсины, можно повлиять определенными способами, такими как изменение рН. Селективное понижение и последующее повышение (или наоборот) рН диализной жидкости, содержащей альбумин, способствует эффективному удалению присоединенных веществ посредством диализа (диффузии) или фильтрации (конвекции) либо комбинации обоих процессов, называемой ниже диафильтрацией. В общем случае диафильтрация представляет собой процесс разбавления, включающий удаление или отделение, в зависимости от размера молекул, компонентов (проникающих молекул таких веществ как соли, небольшие белки, растворители и т.д.) раствора с помощью фильтров, проницаемых для этих компонентов. Удаление таких компонентов с помощью диафильтрации позволяет осуществить последующую рециркуляцию альбумина. Как указано в публикациях, отражающих уровень техники, регенерацию альбумина можно эффективно осуществить в диализном модуле регенерации, предусматривающем разделение диализной жидкости на два параллельных потока, а именно кислый и щелочной потоки, пути прохождения которых являются параллельными (см. публикацию WO 2009/071103, целиком включенную в настоящую заявку посредством ссылки). Процесс и устройство (например, модуль регенерации диализной жидкости, диализный модуль), описанные в WO 2009/071103, являются также применимыми для рециркуляции альбуминсодержащей диализной жидкости в системах и способах, представленных в настоящем описании.Albumin can be purchased on the market, but is relatively expensive. Therefore, the use of albumin-based dialysis fluid can be expensive. In publications reflecting the state of the art, the recycling of albumin-containing dialysis fluid is described for the case of dialysis in relation to the liver, for example in the publication WO 2003/094998, incorporated herein by reference in its entirety. As stated in WO 2003/094998, albumin recycling can be based on the principle that the binding capacity of carrier proteins (such as albumin) to attachable substances, such as toxins, can be influenced in certain ways, such as by changing the pH. Selectively lowering and then raising (or vice versa) the pH of a dialysis fluid containing albumin promotes efficient removal of attached substances by dialysis (diffusion) or filtration (convection) or a combination of both processes, referred to below as diafiltration. In general, diafiltration is a dilution process involving the removal or separation, depending on the size of the molecules, of the components (penetrating molecules such as salts, small proteins, solvents, etc.) of a solution using filters that are permeable to these components. Removal of such components by diafiltration allows subsequent recycling of the albumin. As stated in the publications reflecting the prior art, albumin regeneration can be effectively carried out in a dialysis regeneration module, providing for the separation of the dialysis fluid into two parallel streams, namely acid and alkaline streams, the flow paths of which are parallel (see publication WO 2009/071103, in full incorporated into this application by reference). The process and apparatus (eg, dialysis fluid regeneration module, dialysis module) described in WO 2009/071103 are also applicable to the recycling of albumin-containing dialysis fluid in the systems and methods described herein.

На шаге обработки (очистки, регенерации) диализной жидкости при измененном рН возможно удаление токсинов, присоединенных, например, к альбумину. Для эффективного удаления таких токсинов в модуле регенерации диализной жидкости (соответствующем системам и способам, представленным в настоящем описании) предусмотрено два канала прохождения потока, расположенных параллельно друг другу и сообщающихся по текучей среде. Диализная жидкость, подлежащая регенерации, разделяется на два потока, движущихся по этим каналам. В первом канале прохождения потока к диализной жидкости добавляют кислую текучую среду (из соответствующего устройства ее подачи). В случае токсинов, растворимых в кислом растворе, концентрация свободных токсинов в растворе возрастает. В устройстве детоксификации, расположенном по потоку после устройства подачи кислой текучей среды, происходит удаление свободных токсинов из подкисленной диализной жидкости, движущейся по первому каналу прохождения потока. Добавление кислой текучей среды в диализную жидкость облегчает удаление токсинов, растворимых в этой среде. Кроме того, в результате снижения рН может происходить, например, осаждение токсинов, растворимых в щелочной среде, и, следовательно, их удаление из диализной жидкости. Во втором канале прохождения потока, простирающемся параллельно первому каналу, к диализной жидкости, проходящей по этому каналу, добавляют щелочную текучую среду (из соответствующего устройства ее подачи). Из-за повышения рН возрастает концентрация свободных токсинов, растворимых в щелочной среде, благодаря чему облегчается удаление таких токсинов. Эти токсины удаляются вторым устройством детоксификации, расположенным по потоку после устройства подачи щелочной текучей среды. Второе устройство детоксификации выполнено с возможностью удаления токсинов из подщелоченной диализной жидкости, движущейся по второму каналу прохождения потока. Кроме того, в результате повышения рН может происходить, например, осаждение токсинов, растворимых в кислой среде, и, следовательно, их удаление из диализной жидкости. Наличие канала прохождения потока с кислой средой и канала прохождения потока с щелочной средой, расположенных параллельно, позволяет эффективно удалять из диализной жидкости токсины, растворимые в кислой среде, и токсины, растворимые в щелочной среде. Поэтому модуль регенерации диализной жидкости, используемый в системах и способах, представленных в настоящем описании, обеспечивает эффективное удаление белковосвязанных токсинов. В контексте настоящего описания термин "токсин" имеет очень широкое значение и охватывает все белковосвязанные вещества, даже если их в обычном понимании не относят напрямую к токсинам, например лекарственные средства, электролиты, Н+, гормоны, жиры, витамины, газы и продукты метаболического распада, такие как билирубин. На выходе устройства кислотной обработки и устройства щелочной обработки, вместе называемых "устройствами обработки с коррекцией рН" (или устройствами детоксификации), регенерированная подкисленная диализная жидкость из первого канала прохождения потока сливается с регенерированной подщелоченной диализной жидкостью из второго канала прохождения потока, в результате чего подкисленная диализная текучая среда из первого канала прохождения потока и подщелоченная диализная текучая среда из второго канала прохождения потока по меньшей мере частично нейтрализуют друг друга. Таким образом, в результате слияния потока подкисленной диализной жидкости из первого канала прохождения потока с потоком подщелоченной диализной жидкости из второго канала прохождения потока может быть получен поток регенерированной диализной жидкости с физиологическим значением рН.At the step of processing (purification, regeneration) of the dialysis fluid at a changed pH, it is possible to remove toxins attached, for example, to albumin. To efficiently remove such toxins, the dialysis fluid recovery module (corresponding to the systems and methods described herein) has two flow paths arranged parallel to each other and in fluid communication. The dialysis fluid to be regenerated is divided into two streams moving through these channels. In the first flow path, an acidic fluid is added to the dialysis fluid (from a suitable fluid delivery device). In the case of toxins soluble in an acidic solution, the concentration of free toxins in the solution increases. The detoxification device downstream of the acidic fluid supply device removes free toxins from the acidified dialysis fluid flowing through the first flow path. The addition of an acidic fluid to the dialysis fluid facilitates the removal of toxins soluble in the fluid. In addition, as a result of lowering the pH, for example, precipitation of toxins soluble in an alkaline medium can occur, and therefore their removal from the dialysis fluid. In a second flow channel extending parallel to the first channel, an alkaline fluid (from a suitable feeder) is added to the dialysis fluid flowing through this channel. Due to the increase in pH, the concentration of free toxins that are soluble in an alkaline environment increases, thereby facilitating the removal of such toxins. These toxins are removed by a second detoxification device located downstream of the alkaline fluid supply device. The second detoxification device is configured to remove toxins from the alkalized dialysis fluid moving through the second flow path. In addition, as a result of the increase in pH, for example, the precipitation of acid-soluble toxins can occur, and hence their removal from the dialysis fluid. The presence of an acidic flow path and an alkaline flow path arranged in parallel makes it possible to efficiently remove acid-soluble toxins and alkali-soluble toxins from the dialysis fluid. Therefore, the dialysis fluid regeneration module used in the systems and methods described herein provides efficient removal of protein-bound toxins. In the context of the present description, the term "toxin" has a very broad meaning and covers all protein-bound substances, even if they are not usually referred to directly as toxins, for example, drugs, electrolytes, H + , hormones, fats, vitamins, gases and metabolic breakdown products. such as bilirubin. At the outlet of the acid treatment device and the alkaline treatment device, collectively referred to as "pH-corrected treatment devices" (or detoxification devices), the regenerated acidified dialysis fluid from the first flow path is merged with the regenerated alkalized dialysis fluid from the second flow path, whereby the acidified the dialysis fluid from the first flow path and the alkalized dialysis fluid from the second flow path at least partially neutralize each other. Thus, by fusing the acidified dialysis fluid stream from the first flow path with the alkalized dialysis fluid stream from the second flow path, a regenerated dialysis fluid stream with physiological pH can be obtained.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, кислая текучая среда, добавляемая из первого устройства подачи, содержит по меньшей мере одно из следующего: соляную кислоту, серную кислоту и уксусную кислоту. В предпочтительном варианте осуществления изобретения первое устройство подачи выполнено с возможностью регулирования значения рН диализной жидкости в первом канале прохождения потока между 1 и 7, предпочтительно - между 2,5 и 5,5.According to a preferred embodiment of the invention, the acidic fluid added from the first feeder contains at least one of the following: hydrochloric acid, sulfuric acid, and acetic acid. In a preferred embodiment of the invention, the first delivery device is configured to adjust the pH value of the dialysis fluid in the first flow path between 1 and 7, preferably between 2.5 and 5.5.

Щелочная текучая среда, добавляемая из второго устройства подачи, предпочтительно содержит по меньшей мере одно из следующего: раствор гидроокиси натрия и раствор гидроокиси калия. В предпочтительном варианте осуществления изобретения второе устройство подачи выполнено с возможностью регулирования значения рН диализной жидкости во втором канале прохождения потока между 7 и 13, предпочтительно - между 8 и 13, более предпочтительно между 8 и 11.The alkaline fluid added from the second feeder preferably contains at least one of sodium hydroxide solution and potassium hydroxide solution. In a preferred embodiment of the invention, the second supply device is configured to adjust the pH value of the dialysis fluid in the second flow path between 7 and 13, preferably between 8 and 13, more preferably between 8 and 11.

Кроме того, кислую текучую среду и щелочную текучую среду предпочтительно выбирают таким образом, чтобы в процессе нейтрализации происходило образование соответствующих "физиологических" продуктов. Например, образовавшиеся продукты нейтрализации могут уже так или иначе присутствовать в определенной концентрации в соответствующей биологической текучей среде. Например, при использовании водного раствора соляной кислоты и водного раствора гидроокиси натрия в процессе нейтрализации подкисленного и подщелоченного потоков образуется NaCl в определенной концентрации. NaCl обычно также присутствует в биологической текучей среде, такой как кровь или сыворотка крови.In addition, the acidic fluid and the alkaline fluid are preferably chosen such that the corresponding "physiological" products are formed during the neutralization process. For example, the resulting neutralization products may already somehow be present in a certain concentration in the corresponding biological fluid. For example, when using an aqueous solution of hydrochloric acid and an aqueous solution of sodium hydroxide, NaCl is formed in a certain concentration in the process of neutralizing acidified and alkalized streams. NaCl is usually also present in a biological fluid such as blood or blood serum.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, в результате снижения рН диализной жидкости в первом канале прохождения потока соотношение концентраций комплекса токсин-носитель и свободного токсина и свободного вещества-носителя сдвигается в сторону свободного токсина по меньшей мере для некоторых токсинов, присутствующих в диализной жидкости, вследствие чего концентрация свободных токсинов в диализной жидкости возрастает. В результате снижения рН диализной жидкости в первом канале прохождения потока растворимость токсинов, растворимых в кислой среде (таких как, например, магний или медь), возрастает, тогда как способность к связыванию токсинов, растворимых в кислой среде, и веществ-носителей снижается. Это приводит к соответствующему росту концентрации свободных токсинов в растворе.According to one of the preferred embodiments of the invention, as a result of lowering the pH of the dialysis fluid in the first flow path, the concentration ratio of the toxin-carrier complex and free toxin and free carrier substance shifts towards free toxin for at least some of the toxins present in the dialysis fluid, as a result, the concentration of free toxins in the dialysis fluid increases. By lowering the pH of the dialysis fluid in the first flow path, the solubility of acid-soluble toxins (such as, for example, magnesium or copper) increases, while the binding capacity of acid-soluble toxins and carrier substances decreases. This leads to a corresponding increase in the concentration of free toxins in the solution.

Кроме того, устройство детоксификации предпочтительно выполнено с возможностью по меньшей мере частичного удаления упомянутых свободных токсинов. С ростом концентрации свободных токсинов может возрастать и степень удаления этих токсинов.In addition, the detoxification device is preferably configured to at least partially remove said free toxins. With an increase in the concentration of free toxins, the degree of removal of these toxins can also increase.

Далее, в результате снижения значения рН диализной жидкости в первом канале прохождения потока может происходить, например, осаждение некоторых токсинов, растворимых в щелочной среде, и последующее удаление их из диализной жидкости.Further, as a result of lowering the pH value of the dialysis fluid in the first flow path, for example, some alkali-soluble toxins can precipitate and then be removed from the dialysis fluid.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в результате роста рН диализной жидкости во втором канале прохождения потока соотношение концентраций комплекса токсин-носитель и свободного токсина и свободного вещества-носителя сдвигается в сторону свободного токсина по меньшей мере для некоторых токсинов, присутствующих в диализной жидкости, вследствие чего концентрация свободных токсинов в диализной жидкости возрастает. В результате роста рН диализной жидкости во втором канале прохождения потока растворимость токсинов, растворимых в щелочной среде (таких как, например, билирубин), возрастает, тогда как способность к связыванию токсинов, растворимых в щелочной среде, и веществ-носителей снижается. Это приводит к соответствующему росту концентрации свободных токсинов в растворе.In a preferred embodiment of the invention, as a result of an increase in the pH of the dialysis fluid in the second flow path, the concentration ratio of the toxin-carrier complex and free toxin and free carrier substance shifts towards free toxin for at least some of the toxins present in the dialysis fluid, whereby the concentration free toxins in the dialysis fluid increases. By increasing the pH of the dialysis fluid in the second flow path, the solubility of alkaline soluble toxins (such as, for example, bilirubin) increases, while the binding capacity of alkaline soluble toxins and carrier substances decreases. This leads to a corresponding increase in the concentration of free toxins in the solution.

Кроме того, другое устройство детоксификации предпочтительно выполнено с возможностью по меньшей мере частичного удаления упомянутых свободных токсинов. С ростом концентрации свободных токсинов может возрастать и степень удаления этих токсинов.In addition, another detoxification device is preferably configured to at least partially remove said free toxins. With an increase in the concentration of free toxins, the degree of removal of these toxins can also increase.

Далее, в результате снижения значения рН диализной жидкости во втором канале прохождения потока может происходить, например, осаждение некоторых токсинов, растворимых в кислой среде, и последующее удаление их из диализной жидкости.Further, as a result of lowering the pH value of the dialysis fluid in the second flow path, for example, some acid-soluble toxins can precipitate and then be removed from the dialysis fluid.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения, в результате роста температуры диализной жидкости соотношение концентраций комплекса токсин-носитель и свободного токсина и свободного вещества-носителя сдвигается в сторону свободного токсина по меньшей мере для некоторых токсинов, присутствующих в диализной жидкости, вследствие чего концентрация свободных токсинов в диализной жидкости возрастает. Соответственно возрастает и степень удаления свободных токсинов устройствами детоксификации.According to another preferred embodiment of the invention, as a result of an increase in the temperature of the dialysis fluid, the concentration ratio of the toxin-carrier complex and free toxin and free carrier substance shifts towards free toxin for at least some of the toxins present in the dialysis fluid, whereby the concentration of free toxins in dialysis fluid increases. Accordingly, the degree of removal of free toxins by detoxification devices also increases.

Другие аспекты рециркуляции альбуминсодержащей диализной жидкости описаны в публикации WO 2009/071103, целиком включенной вместе с иллюстрациями в настоящую заявку посредством ссылки. Дополнительно к изложенному в WO 2009/071103, в настоящем описании также подчеркивается вклад альбумина в превосходную буферную емкость диализной жидкости, предлагаемой в изобретении.Other aspects of the recycling of albumin-containing dialysis fluid are described in WO 2009/071103, which is hereby incorporated in its entirety, together with the illustrations, by reference. In addition to what is stated in WO 2009/071103, the present disclosure also highlights the contribution of albumin to the superior buffering capacity of the dialysis fluid of the invention.

Адсорбционная обработка/АдсорбцияAdsorption treatment/Adsorption

Для выполнения экстракции, или удаления, нежелательных веществ, таких как электролиты (например, катионы, такие как катионы калия, натрия и кальция, либо анионы, такие как анионы хлоридов, карбонатов или бикарбонатов), можно ввести в контакт с диализной жидкостью адсорбент. В общем случае адсорбент способен адсорбировать по меньшей мере одно нежелательное вещество, присутствующее в крови пациента (например, мочевину, мочевую кислоту, электролиты, катионы натрия, кальция или калия, анионы хлоридов). Адсорбент обычно помещают в модуль адсорбции, то есть в стационарное устройство, через которое проходит диализная жидкость. Тип, состав или материал адсорбента не связаны ни с какими особыми ограничениями, если только этот адсорбент способен связывать по меньшей мере одно вещество, подлежащее удалению из диализной жидкости. В данной области известны адсорбенты разных типов. Описываемый процесс можно адаптировать к актуальным потребностям, например, отдельного пациента, выбрав соответствующий адсорбент. Использование адсорбента является, в частности, целесообразным в вариантах осуществления изобретения, предусматривающих рециркуляцию диализной жидкости.To perform extraction, or removal, of unwanted substances such as electrolytes (eg, cations such as potassium, sodium and calcium cations, or anions such as chloride, carbonate or bicarbonate anions), an adsorbent may be brought into contact with the dialysis fluid. In general, the adsorbent is capable of adsorbing at least one undesirable substance present in the patient's blood (eg, urea, uric acid, electrolytes, sodium, calcium or potassium cations, chloride anions). The adsorbent is usually placed in an adsorption module, that is, in a stationary device through which the dialysis fluid passes. The type, composition or material of the adsorbent is not associated with any particular restrictions, as long as this adsorbent is capable of binding at least one substance to be removed from the dialysis fluid. Various types of adsorbents are known in the art. The described process can be adapted to the actual needs of, for example, an individual patient by selecting the appropriate adsorbent. The use of an adsorbent is particularly advantageous in embodiments of the invention involving recirculation of dialysis fluid.

Особенности регенерации диализной жидкостиFeatures of dialysis fluid regeneration

Избыточные нежелательные вещества могут быть удалены из диализной жидкости (отработанной диализной жидкости) через мембрану, а именно через проницаемую или полупроницаемую мембрану. Например, газы и/или вещества /ионы, растворенные в диализной жидкости, могут быть удалены с помощью такой мембранной обработки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения двуокись углерода может удаляться либо как газ, либо будучи растворенной в жидкости. Один из особенно подходящих способов удаления двуокиси углерода заключается в введении диализной жидкости в контакт с мембраной, проницаемой для двуокиси углерода. Диализная жидкость имеет определенное давление p1, которое выше давления р2 текучей среды (жидкости или газа), находящейся на другой стороне упомянутой мембраны, то есть р2<p1. Цель, заключающаяся в удалении СО2 из отработанной диализной жидкости, может быть также достигнута (в альтернативном варианте), если парциальное давление СО2 имеет более низкое значение для текучей среды, находящейся на другой стороне мембраны. Аналогичным образом можно удалить гидрокарбонат вдоль градиента концентрации, а именно путем введения отработанной диализной жидкости в контакт с мембраной, проницаемой для бикарбоната, при условии, что (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната в текучей среде (жидкости) на другой стороне мембраны ниже (совокупной) концентрации карбоната/бикарбоната отработанной диализной жидкости. Во всех случаях используемая мембрана является непроницаемой для альбумина. Это может быть достигнуто путем выбора мембраны с подходящим размером пор. Такая мембранная обработка является особенно полезной в вариантах осуществления изобретения, предусматривающих рециркуляцию.Excess unwanted substances can be removed from the dialysis fluid (waste dialysis fluid) through the membrane, namely through a permeable or semi-permeable membrane. For example, gases and/or substances/ions dissolved in the dialysis fluid can be removed by such a membrane treatment. In a preferred embodiment of the invention, carbon dioxide can be removed either as a gas or dissolved in a liquid. One particularly suitable method of removing carbon dioxide is by contacting the dialysis fluid with a carbon dioxide permeable membrane. The dialysis fluid has a certain pressure p 1 which is higher than the pressure p 2 of the fluid (liquid or gas) on the other side of said membrane, ie p 2 <p 1 . The goal of removing CO 2 from the spent dialysis fluid can also be achieved (alternatively) if the CO 2 partial pressure is lower for the fluid on the other side of the membrane. Similarly, it is possible to remove bicarbonate along a concentration gradient, namely by bringing the spent dialysis fluid into contact with a bicarbonate-permeable membrane, provided that the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the fluid (liquid) on the other side of the membrane is lower (cumulative) the carbonate/bicarbonate concentration of the spent dialysis fluid. In all cases, the membrane used is impermeable to albumin. This can be achieved by selecting a membrane with an appropriate pore size. Such membrane treatment is particularly useful in recirculating embodiments of the invention.

Диализные модулиDialysis modules

Диализ предпочтительно выполняется с помощью двух устройств, или диализных модулей, используемых в параллельной конфигурации. Это позволяет увеличить площадь подвергающейся воздействию поверхности мембраны и, следовательно, способствует более эффективному обмену одного или более нежелательных веществ через полупроницаемую мембрану.The dialysis is preferably performed with two devices, or dialysis modules, used in a parallel configuration. This allows for an increase in the exposed surface area of the membrane and therefore allows more efficient exchange of one or more unwanted substances across the semi-permeable membrane.

Терапевтическое использованиеTherapeutic use

Системы и способы, представленные в настоящем испытании, можно и желательно использовать в медицинских целях для достижения благотворных результатов. Любые действия, направленные на исцеление организма человека или животного путем хирургического или терапевтического вмешательства и ставящие своей целью, в частности, предотвращение ухудшения состояния живого субъекта или улучшение этого состояния, то есть имеющие медицинское назначение, могут называться медицинским способом или медицинским применением. В контексте настоящего описания термины "способ" и "процесс" в общем случае используются взаимозаменяемым образом. Тем не менее в ряде случаев термин "способ" используется для обозначения конкретных медицинских способов, которые предлагаются в настоящем изобретении и которые могут включать, во всех аспектах, описанный выше процесс удаления какого-либо нежелательного вещества из крови. В частности, в изобретении предлагается способ экстракорпоральной обработки крови пациента, нуждающегося в подобной обработке. Кровь в экстракорпоральном контуре подвергается процессу диализа, представленному в настоящем описании, то есть воздействию диализной жидкости через полупроницаемую мембрану. С этой целью кровь выводится из субъекта, подвергаемого воздействию с использованием систем и способов, представленных в настоящем описании, и соответствующим образом опять вводится этому субъекту. В общем случае в ходе процесса, соответствующего изобретению, производится забор у пациента венозной крови, которую вводят в первую камеру. Это позволяет выполнить обработку крови в соответствии со всеми аспектами, характерными для систем и способов, представленных в настоящем описании. Затем кровь ("обработанная кровь") выходит из первой камеры и может быть снова введена пациенту. В наиболее типичном случае обработанную кровь вводят в вену пациента, но в альтернативном варианте она может быть введена в артерию, хотя последний вариант соответственно ограничен процессами, в ходе которых кровь также подвергают оксигенации. Все эти аспекты, охватывающие процесс от момента забора крови из организма пациента до момента введения обработанной крови пациента обратно в его организм, носят общий характер в отношении всех показаний, упомянутых в настоящем описании, и соответствующих способов консервативного лечения по этим показаниям.The systems and methods presented in this trial can and should be used for medical purposes to achieve beneficial results. Any action aimed at healing the human or animal body by surgical or therapeutic intervention and aiming, in particular, at preventing the deterioration of the condition of a living subject or improving this condition, that is, having a medical purpose, can be called a medical method or medical use. In the context of the present description, the terms "method" and "process" are generally used interchangeably. However, in some cases, the term "method" is used to refer to specific medical methods that are offered in the present invention and which may include, in all aspects, the process described above for removing any unwanted substance from the blood. In particular, the invention provides a method for the extracorporeal treatment of the blood of a patient in need of such treatment. The blood in the extracorporeal circuit is subjected to the dialysis process described herein, that is, exposure to dialysis fluid through a semi-permeable membrane. To this end, blood is withdrawn from the subject exposed using the systems and methods presented in the present description, and appropriately re-introduced to this subject. In general, the process according to the invention draws venous blood from the patient and injects it into the first chamber. This allows the processing of blood in accordance with all aspects specific to the systems and methods presented in the present description. The blood ("processed blood") then exits the first chamber and can be reintroduced to the patient. Most typically, treated blood is injected into a patient's vein, but alternatively, it can be injected into an artery, although the latter is accordingly limited to processes in which the blood is also oxygenated. All of these aspects, covering the process from the moment the blood is taken from the patient's body to the moment the patient's treated blood is introduced back into the patient's body, are general in relation to all the indications mentioned in the present description, and the corresponding methods of conservative treatment for these indications.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, являются применимыми для осуществления терапевтического воздействия на организм человека или животного (обычно называемого медицинским использованием). Терапевтическое воздействие, предлагаемое в изобретении, может быть адаптировано к специфическим и актуальным потребностям соответствующего пациента. Хотя процесс газообмена в природе не ограничивается организмами, имеющими легкие, а протекает также в организмах, имеющих жабры, таких как рыбы, терапевтическое использование изобретения сфокусировано на задаче поддержки легких, то есть на лечении или профилактике определенных состояний организмов, имеющих легкие, предпочтительно - млекопитающих, более предпочтительно - людей. Поэтому жабры и организмы, имеющие жабры, не являются предметом детального обсуждения в настоящем описании.The systems and methods provided herein are applicable to the implementation of a therapeutic effect on the human or animal body (commonly referred to as medical use). The therapeutic effect of the invention can be adapted to the specific and actual needs of the respective patient. Although the process of gas exchange in nature is not limited to organisms that have lungs, but also occurs in organisms that have gills, such as fish, the therapeutic use of the invention is focused on the task of supporting the lungs, that is, the treatment or prevention of certain conditions of organisms that have lungs, preferably mammals. , more preferably people. Therefore, gills and organisms having gills are not the subject of detailed discussion in the present description.

В терапевтических способах диализная жидкость предпочтительно характеризуется осмолярностью, по существу идентичной осмолярности крови биологического субъекта (например, человека), подвергаемой диализу в диализном устройстве.In therapeutic methods, the dialysis fluid preferably has an osmolarity substantially identical to that of the blood of the biological subject (eg, human) being dialyzed in the dialysis device.

Хотя системы и способы, представленные в настоящем описании, и являются применимыми для экстракорпоральной обработки крови, в некоторых случаях они не включают шаг, представляющий собой инвазивную процедуру (инвазивный шаг), шаг, подразумевающий существенное физическое вмешательство в организм, шаг, требующий профессиональной медицинской компетенции при его выполнении, и шаг, несущий существенный риск для здоровья, даже если он выполняется с надлежащей профессиональной тщательностью и компетенцией. Системы и способы, представленные в настоящем описании, предпочтительно не включают инвазивный шаг, подразумевающий существенное физическое вмешательство в организм, требующий профессиональной медицинской компетенции при его выполнении и несущий существенный риск для здоровья, даже если он выполняется с надлежащей профессиональной тщательностью и компетенцией. Например, системы и способы, представленные в настоящем описании, в некоторых случаях не включают инвазивный шаг подсоединения диализной системы к организму человека или животного или соответствующего ее отсоединения. В другом примере введение экстракорпорального устройства в контакт с венозной кровью живого субъекта и, следовательно, реализация соответствующего медицинского способа не влечет существенного риска для здоровья.Although the systems and methods presented herein are applicable to extracorporeal blood processing, in some cases they do not include a step that is an invasive procedure (invasive step), a step that involves significant physical intervention in the body, a step that requires professional medical competence when it is performed, and a step that carries a significant risk to health, even if performed with due professional care and competence. The systems and methods provided herein preferably do not include an invasive step that involves a significant physical intervention in the body, requires professional medical competence in its implementation and carries a significant risk to health, even if it is performed with due professional care and competence. For example, the systems and methods provided herein, in some cases, do not include the invasive step of connecting the dialysis system to the human or animal body, or correspondingly disconnecting it. In another example, the introduction of an extracorporeal device into contact with the venous blood of a living subject and, therefore, the implementation of the corresponding medical method does not entail a significant risk to health.

Терапевтические способы, предлагаемые в изобретении, являются применимыми или подходящими для лечения по меньшей мере одного из состояний, включающих респираторный ацидоз, метаболический ацидоз, легочную недостаточность, почечную недостаточность, полиорганную недостаточность и любые комбинации вышеперечисленного. Эти терапевтические способы можно оптимизировать в соответствии с состоянием или с конкретным пациентом, подлежащим лечению (персонализированная медицина). Хотя в нижеследующих разделах описывается лечение этих состояний, представленные способы равным образом охватывают и соответствующие профилактические меры.The therapeutic methods of the invention are applicable or suitable for the treatment of at least one of the conditions, including respiratory acidosis, metabolic acidosis, pulmonary insufficiency, renal insufficiency, multiple organ failure, and any combination of the above. These therapeutic methods can be optimized according to the condition or the specific patient to be treated (personalized medicine). While the following sections describe the treatment of these conditions, the methods presented equally cover appropriate preventive measures.

Все эти способы лечения включают забор венозной крови у субъекта в экстракорпоральный контур, в котором, как изложено в настоящем описании, кровь вводится в контакт с диализной жидкостью через полупроницаемую мембрану, после чего обработанная таким образом кровь вводится обратно в организм того же субъекта, предпочтительно в вену, менее предпочтительно - в артерию последнего. Ниже описаны отдельные конфигурации.All of these treatments involve drawing venous blood from a subject into an extracorporeal circuit in which, as described herein, the blood is brought into contact with dialysis fluid through a semi-permeable membrane, after which the thus treated blood is injected back into the body of the same subject, preferably into vein, less preferably - in the artery of the latter. The individual configurations are described below.

Лечение респираторного ацидозаTreatment of respiratory acidosis

Системы и способы, представленные в настоящем описании, применимы для лечения пациентов, страдающих острым или хроническим респираторным ацидозом. Группы таких пациентов включают субъектов, страдающих гиповентиляцией, опухолями легких, астмой, мышечной дистрофией или эмфиземой, особенно эмфиземой на поздней стадии. Для лечения субъектов, страдающих респираторным ацидозом, диализная жидкость имеет на входе во вторую камеру (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната в диапазоне от 0 до 40 ммоль/л. Известно, что в случае респираторного ацидоза (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната предпочтительно имеет как можно более низкое значение, то есть 0 ммоль/л или выше. Поддиапазоны включают значения от 1 до 35 ммоль/л, от 2 до 30 ммоль/л, от 3 до 25 ммоль/л, от 4 до 20 ммоль/л, от 5 до 15 ммоль/л, например 10 ммоль/л.The systems and methods provided herein are applicable to the treatment of patients suffering from acute or chronic respiratory acidosis. Such patient populations include subjects suffering from hypoventilation, lung tumors, asthma, muscular dystrophy, or emphysema, especially advanced emphysema. For the treatment of subjects suffering from respiratory acidosis, the dialysis fluid has a (cumulative) carbonate/bicarbonate concentration in the second chamber inlet in the range of 0 to 40 mmol/L. It is known that in the case of respiratory acidosis, the (cumulative) carbonate/bicarbonate concentration is preferably as low as possible, ie 0 mmol/l or higher. Subranges include 1 to 35 mmol/L, 2 to 30 mmol/L, 3 to 25 mmol/L, 4 to 20 mmol/L, 5 to 15 mmol/L, such as 10 mmol/L.

В общем случае (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната на нижнем конце указанного диапазона или поддиапазона обеспечивает эффективное удаление из крови нежелательных веществ, таких как бикарбонат, СО2 и карбонат.In general, the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate at the lower end of the specified range or subrange provides effective removal of undesirable substances such as bicarbonate, CO 2 and carbonate from the blood.

В случае, когда (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната в диализной жидкости находится на низком уровне (например, равна 0 или составляет от 0 до 10 ммоль/л), надлежащая буферизация достигается благодаря присутствию в диализной жидкости достаточного количества других буферных агентов, обычно альбумина и/или триса. В частности, в отсутствие в диализной жидкости добавок карбоната/бикарбоната (то есть при концентрации карбоната/бикарбоната в диализной жидкости, равной или близкой к 0 ммоль/л), предпочтительным является присутствие в диализной жидкости и триса, и альбумина. Концентрации этих буферных агентов выбирают таким образом, чтобы буферная емкость была выше буферной емкости плазмы крови. Это позволяет эффективно регулировать рН крови.When the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is at a low level (e.g., 0 or 0 to 10 mmol/L), proper buffering is achieved by the presence of sufficient other buffering agents, usually albumin, in the dialysis fluid. and/or trisa. In particular, in the absence of carbonate/bicarbonate additives in the dialysis fluid (i.e., when the concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is equal to or close to 0 mmol/l), the presence of both tris and albumin in the dialysis fluid is preferred. The concentrations of these buffering agents are chosen such that the buffering capacity is higher than the buffering capacity of the blood plasma. This allows you to effectively regulate the pH of the blood.

В ходе лечения можно также повысить (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната. Это позволяет адаптировать лечение к потребностям конкретного пациента (персонализированная медицина).It is also possible to increase the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate during treatment. This allows treatment to be tailored to the needs of the individual patient (personalized medicine).

Кровь, подвергнутая воздействию такой диализной жидкости через полупроницаемую мембрану, обычно имеет значение рН в диапазоне от 7,40 до не более чем 8,0, от 7,5 до 7,9, от 7,6 до 7,8 или от 7,65 до 7,75, например 7,7. Такая кровь вводится обратно в организм субъекта.Blood exposed to such a dialysis fluid through a semi-permeable membrane typically has a pH in the range of 7.40 to no more than 8.0, 7.5 to 7.9, 7.6 to 7.8, or 7. 65 to 7.75, for example 7.7. Such blood is injected back into the subject's body.

Диализная жидкость подвергается утилизации или, в предпочтительном варианте, направляется на рециркуляцию. В последнем случае диализную жидкость предпочтительно подвергают мембранной обработке. С помощью мембранной обработки можно полностью или частично удалить двуокись углерода и/или бикарбонат и/или карбонат и/или углекислоту. Это позволяет осуществить рециркуляцию диализной жидкости. Для удаления двуокиси углерода мембранную обработку предпочтительно выполняют при низком рН, то есть после подкисления диализата.The dialysis fluid is disposed of or preferably recycled. In the latter case, the dialysis fluid is preferably subjected to a membrane treatment. Membrane treatment can completely or partially remove carbon dioxide and/or bicarbonate and/or carbonate and/or carbonic acid. This allows the dialysis fluid to be recirculated. To remove carbon dioxide, the membrane treatment is preferably performed at low pH, ie after acidification of the dialysate.

Известно, что у субъектов, страдающих респираторным ацидозом (то есть избытком растворенной СО2 в физиологических жидкостях вследствие недостаточного удаления в легких), почки часто реагируют на это с некоторой задержкой, например в 3 недели, вырабатывая повышенные количества бикарбоната. Системы и способы, представленные в настоящем описании, позволяют оказывать помощь субъектам, страдающим респираторным ацидозом, на всем протяжении болезни, то есть на ранних стадиях, когда требуется, в основном, удаление избытка СО2 из физиологических жидкостей, и на поздних стадиях, когда необходимо (дополнительное) удаление из физиологических жидкостей избытка бикарбоната. Кроме того, на всех стадиях болезни возможно удаление из физиологических жидкостей избытка ионов Н+. В ходе лечения врач может изменять состав и рН диализной жидкости в соответствии с рекомендациями, приведенными в настоящем описании.It is known that in subjects suffering from respiratory acidosis (ie, excess dissolved CO 2 in body fluids due to insufficient removal in the lungs), the kidneys often respond with some delay, for example 3 weeks, producing increased amounts of bicarbonate. The systems and methods provided herein allow for the care of subjects suffering from respiratory acidosis throughout the course of the disease, that is, in the early stages, when removal of excess CO 2 from body fluids is mainly required, and in the later stages, when it is necessary (additional) removal of excess bicarbonate from body fluids. In addition, at all stages of the disease, it is possible to remove excess H + ions from physiological fluids. During treatment, the physician may change the composition and pH of the dialysis fluid in accordance with the recommendations given in this description.

Лечение метаболического ацидозаTreatment of metabolic acidosis

Для лечения субъектов, страдающих острым или хроническим метаболическим ацидозом, в случае нормального функционирования легких диализная жидкость имеет на входе во вторую камеру (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната в диапазоне от 20 до 40 ммоль/л, предпочтительно - от 25 до 35 ммоль/л, более предпочтительно - составляет, точно или приблизительно, 30 ммоль/л.For the treatment of subjects suffering from acute or chronic metabolic acidosis, in the case of normal functioning of the lungs, the dialysis fluid has a (cumulative) carbonate/bicarbonate concentration in the second chamber inlet in the range of 20 to 40 mmol/l, preferably 25 to 35 mmol/l , more preferably is exactly or approximately 30 mmol/L.

Для лечения субъектов, страдающих острым или хроническим метаболическим ацидозом, в случае нарушений функционирования легких диализная жидкость предпочтительно не содержит добавок карбоната/бикарбоната. Диализная жидкость, подходящая для пациентов этого типа, имеет (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната в диапазоне от 0 до 5 ммоль/л (предпочтительно 0 ммоль/л), а в буферную емкость вносят вклад альбумин и трис, имеющие концентрацию в диапазонах, указанных выше. Например, если (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната в диализной жидкости идентична (совокупной) концентрации карбоната/бикарбоната в крови пациента, то это не предполагает результирующего перехода бикарбоната.For the treatment of subjects suffering from acute or chronic metabolic acidosis in the event of impaired lung function, the dialysis fluid preferably does not contain carbonate/bicarbonate additives. A dialysis fluid suitable for this type of patient has a (cumulative) carbonate/bicarbonate concentration in the range of 0 to 5 mmol/l (preferably 0 mmol/l) and the buffering capacity is contributed by albumin and tris having a concentration in the ranges indicated above. For example, if the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid is identical to the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the patient's blood, then this does not imply a net conversion of bicarbonate.

Желательно, чтобы значение рН диализной жидкости было высоким, например находилось в диапазоне от 8,0 до 11,0, предпочтительно - от 9,0 до 10,0. Буферная емкость диализной жидкости выше буферной емкости плазмы крови. Сочетание высокого значения рН диализной жидкости и высокой буферной емкости этой жидкости позволяет эффективно регулировать рН крови и обеспечивает минимальный результирующий выход из крови (полностью или частично) таких веществ как бикарбонат, СО2 и карбонат. В частности, этот поток может быть увеличен по сравнению со стандартными методиками диализа.Desirably, the pH of the dialysis fluid is high, eg in the range of 8.0 to 11.0, preferably 9.0 to 10.0. The buffer capacity of dialysis fluid is higher than the buffer capacity of blood plasma. The combination of the high pH value of the dialysis fluid and the high buffering capacity of this fluid makes it possible to effectively regulate the blood pH and ensure a minimal net exit from the blood (in whole or in part) of substances such as bicarbonate, CO 2 and carbonate. In particular, this flow can be increased compared to standard dialysis techniques.

Кровь, подвергнувшаяся воздействию такой диализной жидкости через полупроницаемую мембрану, обычно имеет рН в диапазоне, получаемом в результате регулирования рН крови и охватывающем желательные диапазоны или значения, а именно от 7,0 до 7,8, от 7,2 до 7,6, от 7,3 до 7,5, от 7,35 до 7,45, в наиболее предпочтительном случае точно или приблизительно 7,40.Blood exposed to such a dialysis fluid through a semi-permeable membrane will typically have a pH in the range resulting from regulation of blood pH and covering the desired ranges or values, namely 7.0 to 7.8, 7.2 to 7.6, 7.3 to 7.5, 7.35 to 7.45, most preferably exactly or about 7.40.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, также позволяют проводить лечение в случае состояния, характеризующегося сочетанием респираторного и метаболического ацидозов. Это обеспечивается благодаря возможности регулирования, в соответствии с индивидуальными потребностями, параметров диализной жидкости, в частности ее рН и (совокупной) концентрации в ней карбоната/бикарбоната.The systems and methods provided herein also allow treatment of a condition characterized by a combination of respiratory and metabolic acidosis. This is ensured by the possibility of adjusting, according to individual needs, the parameters of the dialysis fluid, in particular its pH and its (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate.

Лечение легочной недостаточностиTreatment of pulmonary insufficiency

Системы и способы, представленные в настоящем описании, применимы для лечения пациентов, страдающих острой или хронической респираторной (легочной) недостаточностью. У субъектов, страдающих легочной недостаточностью, но не сопровождающейся, как правило, недостаточностью других органов, таких как почки или печень, развивается респираторный ацидоз или возникает риск развития респираторного ацидоза. Это обусловлено тем, что выведение двуокиси углерода не протекает так же эффективно, как у здоровых субъектов, или не происходит вовсе. Данная группа пациентов включает пациентов, страдающих астмой, гиповентиляцией, легочными заболеваниями, такими как рак легких, осложнениями, связанными с курением и воздействием других токсинов или частиц, присутствующих в воздухе, либо мышечной дистрофией или эмфиземой, особенно эмфиземой на поздней стадии. Многие пациенты, страдающие такими легочными заболеваниями, имеют полностью работоспособные почки (полностью эффективную ренальную функцию). Системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают поддержку легких. С их помощью субъекты, страдающие вышеуказанными состояниями, получают требуемое лечение, описанное в разделе, посвященном лечению респираторного ацидоза.The systems and methods provided herein are applicable to the treatment of patients suffering from acute or chronic respiratory (pulmonary) insufficiency. Subjects suffering from pulmonary insufficiency, but not usually accompanied by insufficiency of other organs, such as kidneys or liver, develop respiratory acidosis or are at risk of developing respiratory acidosis. This is due to the fact that the excretion of carbon dioxide does not proceed as efficiently as in healthy subjects, or does not occur at all. This group of patients includes those suffering from asthma, hypoventilation, lung diseases such as lung cancer, complications associated with smoking and exposure to other toxins or particles present in the air, or muscular dystrophy or emphysema, especially advanced emphysema. Many patients suffering from these lung diseases have fully functioning kidneys (fully efficient renal function). The systems and methods provided herein provide lung support. With their help, subjects suffering from the above conditions receive the required treatment, described in the section on the treatment of respiratory acidosis.

Лечение комбинированной недостаточности органов: комбинированная поддержка легких, печени и почекTreatment of combined organ failure: combined lung, liver and kidney support

Во многих случаях у субъектов, страдающих легочной недостаточностью, также присутствует нарушение функций печени или почек. К этим субъектам также применимы способы лечения, предлагаемые в изобретении и обеспечивающие поддержку этих органов.In many cases, subjects suffering from pulmonary insufficiency also present with impaired liver or kidney function. These subjects are also applicable to the methods of treatment proposed in the invention and providing support for these organs.

Figure 00000010
Лечение комбинированной недостаточности легких и почек Системы и способы, представленные в настоящем описании, также позволяют обеспечить лечение субъектов, страдающих острой или хронической (ренальной) почечной недостаточностью (ХПН). Почки играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного гомеостаза здоровых субъектов путем регулирования рН плазмы крови: основные функции включают реабсорбцию бикарбоната из мочи и выведение в мочу катионов водорода. Эти функции почек имеют важное значение для поддержания кислотно-щелочного баланса и могут также вносить вклад в контроль рН крови. У пациентов, страдающих почечной недостаточностью, нормальное функционирование почек нарушается. Данная группа пациентов включает пациентов, страдающих почечными заболеваниями, такими как рак почек, а также осложнениями, связанными с интоксикацией и воздействием некоторых лекарственных препаратов.
Figure 00000010
Treatment of Combined Lung and Kidney Insufficiency The systems and methods provided herein also allow for the treatment of subjects suffering from acute or chronic (renal) renal insufficiency (CRF). The kidneys play an important role in maintaining acid-base homeostasis in healthy subjects by regulating blood plasma pH: the main functions include the reabsorption of bicarbonate from the urine and the excretion of hydrogen cations into the urine. These kidney functions are essential for maintaining acid-base balance and may also contribute to blood pH control. In patients suffering from renal insufficiency, the normal functioning of the kidneys is impaired. This group of patients includes patients suffering from kidney diseases such as kidney cancer, as well as complications associated with intoxication and exposure to certain drugs.

Заместительная почечная терапия (ЗПТ) широко используется для лечения таких пациентов в современных отделениях интенсивной терапии (ОПТ). У пациентов, находящихся в отделении интенсивной терапии (ОИТ-пациентов) в постоперационном состоянии и после интервенционного исследования, то есть уже являющихся чувствительными к факторам риска, часто возникает острая почечная недостаточность (ОПН) как часть синдрома полиорганной недостаточности (СПОН). В общем случае ОИТ-пациенты нуждаются в поддержке разных органов, например в проведении непрерывной заместительной почечной терапии (НЗПТ), диализа печени и механической вентиляции. В отличие от методик, соответствующих уровню техники и традиционно требующих использования по меньшей мере трех разных устройств для лечения почечной, печеночной и легочной недостаточности у таких пациентов (или использования, в дополнение к устройству для лечения печеночной недостаточности, комбинированного трехкамерного устройства для лечения почечной/легочной недостаточности - PrismaLung™, DE 102009 008601 Al; Novalung, WO 2010/091867; эти публикации целиком включены в настоящую заявку посредством ссылок), системы и способы, представленные в настоящем описании, являются существенно усовершенствованными.Renal replacement therapy (RRT) is widely used to treat these patients in modern intensive care units (ICUs). Patients in the intensive care unit (ICU) in the postoperative state and after an interventional study, that is, who are already sensitive to risk factors, often develop acute renal failure (ARF) as part of the multiple organ failure syndrome (MOS). In general, ICU patients require various organ support, such as continuous renal replacement therapy (CRRT), liver dialysis, and mechanical ventilation. In contrast to prior art techniques that traditionally require the use of at least three different devices for the treatment of renal, hepatic and pulmonary insufficiency in such patients (or the use, in addition to the device for the treatment of liver failure, of a combined three-chamber device for the treatment of renal/pulmonary insufficiency - PrismaLung™, DE 102009 008601 Al; Novalung, WO 2010/091867; these publications are incorporated herein by reference in their entirety), the systems and methods presented herein are substantially improved.

В число параметров, выбираемых применительно к ситуациям, описанным выше для случаев респираторного или метаболического ацидоза (предпочтительно), входят (совокупная) концентрация карбоната/бикарбоната в диализной жидкости, входящей во вторую камеру, рН крови, выходящей из первой камеры, и т.д. Это параметры дополнительно и предпочтительно включают в себя, как в целом описано выше, параметры адсорбента. Адсорбент применяется для связывания или адсорбции по меньшей мере одного нежелательного вещества, присутствующего в крови пациента, с целью экстракции жидких или растворенных веществ (мочевины, мочевой кислоты, электролитов, катионов натрия, кальция или калия, анионов хлоридов). Например, у пациентов, страдающих почечной недостаточностью, обычным является нарушение способности почек поддерживать физиологические концентрации катионов натрия, кальция или калия и/или анионов хлоридов в крови. Эти нарушения устраняются с помощью систем и способов, представленных в настоящем описании.Parameters to be selected for the situations described above for cases of respiratory or metabolic acidosis (preferably) include the (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate in the dialysis fluid entering the second chamber, the pH of the blood leaving the first chamber, etc. . These parameters additionally and preferably include, as generally described above, adsorbent parameters. The adsorbent is used to bind or adsorb at least one unwanted substance present in the patient's blood in order to extract liquid or dissolved substances (urea, uric acid, electrolytes, sodium, calcium or potassium cations, chloride anions). For example, in patients suffering from renal insufficiency, it is common to impair the ability of the kidneys to maintain physiological concentrations of sodium, calcium or potassium cations and/or chloride anions in the blood. These violations are eliminated using the systems and methods presented in the present description.

Figure 00000011
Лечение комбинированной недостаточности почек, печени и легких Системы и способы, представленные в настоящем описании, также позволяют обеспечить лечение субъектов, страдающих острой или хронической печеночной недостаточностью в дополнение к легочной недостаточности, почечной недостаточности либо того и другого. Типичная методика лечения с помощью систем и способов, представленных в настоящем описании, включает экстракорпоральное удаление токсинов. Для лечения таких субъектов способы, описанные в публикациях WO 2009/071103 и/или WO 03/094998, целиком включенных в настоящую заявку посредством ссылок, или способы, разработанные компанией HepaWash® GmbH (Мюнхен, Германия), можно модифицировать таким образом, чтобы диализная жидкость соответствовала основным требованиям, предъявляемым к диализной жидкости в системах и способах, представленных в настоящем описании, или в любом варианте осуществления настоящего изобретения. В этих способах альбумин выполняет двойную, или синергичную, функцию: он не только связывает токсины (что способствует устранению причин печеночной недостаточности), но и оказывает буферное воздействие на диализную жидкость наряду с карбонатом (что способствует устранению причин легочной недостаточности). Это означает, что дополнительно к функциональным возможностям, описанным в WO 2009/071103 и WO 03/094998, можно осуществить поддержку легких и/или коррекцию рН крови до физиологического или иного желаемого уровня. Эта методика позволяет объединить в одном устройстве диализ почек, диализ печени и поддержку легких, включающую удаление двуокиси углерода и оксигенацию крови. Модификации или конфигурации, описанные выше применительно к лечению почечной недостаточности (например, присутствие адсорбента), равным образом применимы и к данному варианту осуществления изобретения.
Figure 00000011
Treatment of Combined Renal, Hepatic, and Lung Insufficiency The systems and methods provided herein also allow for the treatment of subjects suffering from acute or chronic liver failure in addition to pulmonary insufficiency, renal insufficiency, or both. A typical method of treatment using the systems and methods presented in the present description, includes extracorporeal removal of toxins. For the treatment of such subjects, the methods described in publications WO 2009/071103 and/or WO 03/094998, incorporated herein by reference in their entirety, or methods developed by HepaWash ® GmbH (Munich, Germany), can be modified so that the dialysis the fluid met the basic requirements for dialysis fluid in the systems and methods presented in the present description, or in any embodiment of the present invention. In these methods, albumin performs a dual, or synergistic, function: it not only binds toxins (which helps to eliminate the causes of liver failure), but also buffers the dialysis fluid along with carbonate (which helps to eliminate the causes of pulmonary insufficiency). This means that, in addition to the functionality described in WO 2009/071103 and WO 03/094998, lung support and/or blood pH adjustment to a physiological or other desired level can be performed. This technique allows you to combine kidney dialysis, liver dialysis and lung support, including removal of carbon dioxide and oxygenation of the blood, in one device. The modifications or configurations described above in relation to the treatment of renal failure (eg, the presence of an adsorbent) are equally applicable to this embodiment of the invention.

В ходе лечения можно также постепенно повышать (совокупную) концентрацию карбоната/бикарбоната в пределах диапазона, указанного в настоящем описании (от 0 до 40 ммоль/л).The (cumulative) concentration of carbonate/bicarbonate can also be gradually increased during treatment within the range specified in the present description (from 0 to 40 mmol/l).

Автоматическое и адаптированное к пациенту удаление СО2 Automatic and patient-adapted CO2 removal

Системы и способы, представленные в настоящем описании, могут быть адаптированы для автоматического измерения некоторых значений для газа, присутствующего в биологической текучей среде, такой как кровь, например рН, рСО2 крови и концентрации бикарбоната в ней, без вхождения в контакт с этой биологической текучей средой. В соответствии с этим можно простым, быстрым и автоматическим образом адаптировать к потребностям состав текучей среды - диализата.The systems and methods provided herein can be adapted to automatically measure certain values for a gas present in a biological fluid, such as blood, such as the pH, pCO 2 of the blood, and its bicarbonate concentration, without coming into contact with that biological fluid. environment. Accordingly, the composition of the dialysate fluid can be adapted to the needs in a simple, quick and automatic manner.

Транспорт СО2 в крови происходит, главным образом, в форме Н+ + НСО3 -. Для удаления СО2 или устранения проблемы, связанной с отсутствием или нарушением кислотно-щелочного баланса, полностью в жидкой фазе необходимо удалить Н+ и НСО3 - из биологической текучей среды, такой как кровь пациента, посредством самой диализной текучей среды. Значение рН диализной текучей среды должно быть выше значения рН крови, а концентрация НСО3 - в диализной текучей среде должна быть ниже соответствующей концентрации в крови. Присутствие ОН в диализате исключает присутствие протонов в крови. Как показано на фиг. 1 и 2, концентрацию бикарбоната в диализной системе можно регулировать, добавляя разные количества бикарбоната в потоки текучих сред, например в точках 21 и 22, либо удаляя жидкость (такую как растворенный бикарбонат) или газ (бикарбонат Н+ → СО2, так что в канале прохождения потока с кислой средой бикарбонат можно удалить, удаляя газ) через фильтры 30 и 31 с помощью насосов 32 и 33 в дренажные мешки 36 и 37.The transport of CO 2 in the blood occurs mainly in the form of H + + HCO 3 - . To remove CO 2 or eliminate the problem of lack or imbalance of acid-base balance completely in the liquid phase, it is necessary to remove H + and HCO 3 - from the biological fluid, such as the patient's blood, by means of the dialysis fluid itself. The pH value of the dialysis fluid must be higher than the pH value of the blood, and the concentration of HCO 3 in the dialysis fluid must be lower than the corresponding concentration in the blood. The presence of OH in the dialysate excludes the presence of protons in the blood. As shown in FIG. 1 and 2, the concentration of bicarbonate in the dialysis system can be controlled by adding different amounts of bicarbonate to the fluid streams, for example at points 21 and 22, or by removing liquid (such as dissolved bicarbonate) or gas (bicarbonate H + → CO 2 , so that at bicarbonate can be removed by venting) through filters 30 and 31 using pumps 32 and 33 into drain bags 36 and 37.

При известных значениях для газа в крови субъекта, подвергаемого лечению, системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают возможность автоматического регулирования параметров диализной текучей среды, таких как рН и концентрация бикарбоната, в соответствии с целями лечения и для удовлетворения потребностей этого субъекта. Поэтому в системах и способах, представленных в настоящем описании, может быть предусмотрен сравнительно непрерывный показ значений для газа в крови пациента. Это эффективно исключает необходимость в повторном заборе крови с целью определения значений для газа в крови пациента.With known values for the blood gas of a subject being treated, the systems and methods provided herein allow automatic adjustment of dialysis fluid parameters, such as pH and bicarbonate concentration, in accordance with the goals of treatment and to meet the needs of that subject. Therefore, the systems and methods described herein can provide a relatively continuous display of values for a patient's blood gas. This effectively eliminates the need for a second blood draw to determine the patient's blood gas values.

Состав диализной текучей среды и предпочтительные значения приведены в настоящем описании. Для диализной текучей среды, соответствующей системам и способам, представленным в настоящем описании, следующие значения являются известными фактически в начале проведения процедур по данной методике: рН, рСО2, НСО3 -, концентрация бикарбоната и буферная емкость. Прочие значения могут быть легко вычислены специалистами средней квалификации в данной области с помощью уравнения Гендерсона-Хассельбаха.The composition of the dialysis fluid and preferred values are given in the present description. For dialysis fluid according to the systems and methods presented herein, the following values are actually known at the start of this procedure: pH, pCO 2 , HCO 3 - , bicarbonate concentration, and buffer capacity. Other values can be easily calculated by those of ordinary skill in the art using the Henderson-Hasselbach equation.

Как показано на фиг. 1 и 2, рН жидкости из организма субъекта можно измерить с помощью различных рН-метров 11, 12, 13, 14 и 15. Концентрацию бикарбоната можно измерить путем обратного титрования диализной текучей среды. Бикарбонат действует как важный буфер в диализате наряду с альбумином. Концентрация альбумина и его буферная емкость при различных значениях рН являются известными величинами, поскольку диализная система,представленная в настоящем описании, является замкнутой системой, и концентрация альбумина известна уже в начале проведения процедур в соответствии с методикой диализа.As shown in FIG. 1 and 2, the pH of the fluid from the body of the subject can be measured using various pH meters 11, 12, 13, 14 and 15. The bicarbonate concentration can be measured by back titration of the dialysis fluid. Bicarbonate acts as an important buffer in the dialysate along with albumin. The concentration of albumin and its buffering capacity at different pH values are known values, since the dialysis system presented in the present description is a closed system, and the concentration of albumin is already known at the beginning of the procedures in accordance with the dialysis technique.

Как показано на фиг. 1 и 2, удаление жидкости может осуществляться через фильтры 30 и 31. Альбумин не может пройти ни через полупроницаемую мембрану этих фильтров, ни через мембрану 6. Поток 4 диализата из диализатора 5 с известным рН (датчики 12, 13) проходит к точке 16, где разделяется на два потока. Приготовленный кислый раствор 21 смешивается с осмотической водой 20, в результате чего образуется текучая среда 25 с определенной и известной концентрацией Н+, которая в точке 27 смешивается с диализной текучей средой. Известная скорость потока текучей среды 25 определяется в соответствии с требуемым значением рН для жидкости на участке 3, измеряемым посредством рН-датчика 11. Значение рН, измеряемое рН-датчиком 14, обязательно должно поддерживаться на относительно постоянном уровне (например, рН 3), чтобы обеспечить надлежащее удаление токсинов. Требуемое значение рН достигается путем изменения скорости потока с помощью насоса 17. Таким образом, можно регулировать поток для достижения определенного рН и добавления на участке 25 протонов в известной концентрации, измеряя скорость потока посредством датчика 14 и внося, в случае необходимости, коррективы с помощью насоса 17. Буферную емкость диализной текучей среды можно вычислить, поскольку единственным неизвестным буфером в жидкости является бикарбонат. Вычисление включает определение уменьшения рН от значений, измеряемых датчиками 12 и 13, до значения, измеряемого датчиком 14, определение объема жидкости, подаваемой насосом 17, и определение концентрации Н+ на участке 25.As shown in FIG. 1 and 2, fluid removal can be carried out through filters 30 and 31. Albumin cannot pass through either the semi-permeable membrane of these filters or through membrane 6. The flow 4 of dialysate from dialyzer 5 with a known pH (sensors 12, 13) passes to point 16, where it splits into two streams. The prepared acidic solution 21 is mixed with osmotic water 20, resulting in the formation of a fluid 25 with a certain and known concentration of H + , which at point 27 is mixed with the dialysis fluid. The known flow rate of the fluid 25 is determined in accordance with the desired pH value for the liquid in section 3, measured by the pH sensor 11. The pH value measured by the pH sensor 14 must necessarily be maintained at a relatively constant level (for example, pH 3) in order to ensure proper removal of toxins. The desired pH value is achieved by changing the flow rate using pump 17. Thus, it is possible to adjust the flow to reach a certain pH and add 25 protons at a known concentration in the area by measuring the flow rate using sensor 14 and making adjustments if necessary using the pump 17. The buffer capacity of the dialysis fluid can be calculated since the only unknown buffer in the fluid is bicarbonate. The calculation includes determining the decrease in pH from the values measured by sensors 12 and 13 to the value measured by sensor 14, determining the volume of liquid supplied by pump 17, and determining the concentration of H + in section 25.

Поток 4 диализата из диализатора 5 с известным рН (датчики 12, 13) проходит к точке 16, где разделяется на два потока. Приготовленный щелочной раствор 22 смешивается с осмотической водой 19, в результате чего образуется текучая среда 26 с определенной и известной концентрацией ОН, которая в точке 28 смешивается с диализной текучей средой. Известная скорость потока текучей среды 26 определяется в соответствии с требуемым значением рН для жидкости на участке 3, измеряемым посредством рН-датчика 11. Значение рН, измеряемое рН-датчиком 15, обязательно должно поддерживаться на относительно постоянном уровне (например, рН 11), чтобы обеспечить надлежащее удаление токсинов. Требуемое значение рН достигается путем изменения скорости потока с помощью насоса 18. Таким образом, можно регулировать поток для достижения определенного рН и добавления на участке 26 протонов в известной концентрации, измеряя скорость потока посредством датчика 15 и внося, в случае необходимости, коррективы с помощью насоса 18. Буферную емкость диализной текучей среды можно вычислить, поскольку единственным неизвестным буфером в жидкости является бикарбонат. Вычисление включает определение уменьшения рН от значений, измеряемых датчиками 12 и 13, до значения, измеряемого датчиком 15, определение объема жидкости, подаваемой насосом 18, и определение концентрации ОН на участке 26.The dialysate stream 4 from the dialyzer 5 with a known pH (sensors 12, 13) passes to point 16 where it splits into two streams. The prepared alkaline solution 22 is mixed with osmotic water 19, resulting in the formation of a fluid 26 with a certain and known concentration of OH, which at point 28 is mixed with the dialysis fluid. The known flow rate of the fluid 26 is determined in accordance with the desired pH value for the liquid in section 3, measured by the pH sensor 11. The pH value measured by the pH sensor 15 must necessarily be maintained at a relatively constant level (for example, pH 11) in order to ensure proper removal of toxins. The desired pH value is achieved by changing the flow rate using the pump 18. Thus, it is possible to adjust the flow to reach a certain pH and add a known concentration of protons in the area 26 by measuring the flow rate using the sensor 15 and making adjustments, if necessary, using the pump 18. The buffer capacity of the dialysis fluid can be calculated because the only unknown buffer in the fluid is bicarbonate. The calculation includes determining the decrease in pH from the values measured by the sensors 12 and 13 to the value measured by the sensor 15, determining the volume of liquid supplied by the pump 18, and determining the concentration of OH in section 26.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, обеспечивают возможность проведения относительно непрерывного двунаправленного титрования, позволяющего вычислить концентрацию бикарбоната в диализной текучей среде. Эта концентрация бикарбоната представляет собой его концентрацию в жидкостях 2 и 4 (см. фиг. 1 и 2). По существу, вся буферная емкость диализата является известной величиной. Н+, НСО3 - и ОН могут диффундировать и участвовать в обмене через полупроницаемую мембрану 6. Если потоки 1 и 3 движутся одновременно и с одной скоростью или известны соотношение обоих потоков и скорость обмена, то может иметь место полный обмен или приведение в соответствие концентраций. Следовательно, значение рН, измеренное датчиком 12, и вычисленная концентрация бикарбоната будут теми же, что у жидкости 2.The systems and methods provided herein allow a relatively continuous bidirectional titration to be performed to calculate the concentration of bicarbonate in the dialysis fluid. This concentration of bicarbonate is its concentration in fluids 2 and 4 (see FIGS. 1 and 2). Essentially, the entire buffer capacity of the dialysate is a known value. H + , HCO 3 - and OH can diffuse and participate in the exchange through the semipermeable membrane 6. If streams 1 and 3 move simultaneously and at the same speed or the ratio of both streams and the exchange rate are known, then a complete exchange or adjustment of concentrations can take place . Therefore, the pH value measured by sensor 12 and the calculated bicarbonate concentration will be the same as liquid 2.

Известные значения рН и концентрации бикарбоната для жидкости 2 можно использовать с целью вычисления рСО2 этой жидкости согласно уравнению Гендерсона-Хассельбаха. Это уравнение для крови имеет следующий вид:Known pH and bicarbonate concentrations for liquid 2 can be used to calculate the pCO 2 of this liquid according to the Henderson-Hasselbach equation. This equation for blood is as follows:

Figure 00000012
Figure 00000012

Можно также продублировать измерение рСО2 с помощью датчика 12. Концентрацию бикарбоната после этого легко вычислить согласно уравнению Гендерсона-Хассельбаха.It is also possible to duplicate the measurement of pCO 2 using sensor 12. The bicarbonate concentration can then be easily calculated according to the Henderson-Hasselbach equation.

Если буферная емкость диализата слишком высока или слишком различаются скорости потоков, то значения рН жидкостей 4 и 2 могут не совпадать друг с другом. Однако концентрации бикарбоната в жидкостях 2 и 4 будут при этом одинаковы (скорость потока от 2 до 4, максимум от 1 до 12). Поэтому значение рН жидкости 2 легко вычислить из вышеприведенного уравнения, где значение рСО2 измеряется посредством датчика 12 либо датчика 10. Датчик 10 может быть интегрирован в данную систему или во внешнее аналитическое устройство, значения которого вводятся в диализную систему пользователем.If the buffering capacity of the dialysate is too high or the flow rates are too different, then the pH values of the fluids 4 and 2 may not match each other. However, the concentrations of bicarbonate in fluids 2 and 4 will then be the same (flow rate from 2 to 4, maximum from 1 to 12). Therefore, the pH value of fluid 2 can be easily calculated from the above equation, where the pCO 2 value is measured by sensor 12 or sensor 10. Sensor 10 can be integrated into this system or into an external analytical device, the values of which are entered into the dialysis system by the user.

Важной задачей диализных систем и способов, представленных в настоящем описании, является регулирование кислотно-щелочного баланса жидкостей 1 и 2, например крови, взятой из организма пациента. Протоны, присутствующие в жидкостях 1, 2, могут рассматриваться как токсины. Желательно получить количественную величину для объема удаляемых токсинов. Если между жидкостями, находящимися с обеих сторон полупроницаемой мембраны, имеет место обмен, то можно измерить ΔрН между датчиками 11 и 12. Буферная емкость диализной жидкости известна благодаря непрерывному титрованию кислотой и щелочью в точках 27 и 28. Зная буферную емкость диализата и ΔрН для текучей среды, входящей в диализатор (рН-метр 11), и текучей среды, выходящей из диализатора (рН-метр 12), можно легко вычислить количество протонов, удаленных из крови. Тем самым осуществляется непрерывное измерение протонной нагрузки крови и пациента. Определив протонную нагрузку, можно скорректировать рН диализата с целью удаления большего или меньшего количества протонов из крови в соответствии с желанием или необходимостью.An important task of the dialysis systems and methods presented in the present description is the regulation of the acid-base balance of fluids 1 and 2, such as blood taken from the patient's body. The protons present in liquids 1, 2 can be considered as toxins. It is desirable to obtain a quantitative value for the amount of toxins removed. If there is an exchange between the fluids on both sides of the semi-permeable membrane, then the ΔpH between sensors 11 and 12 can be measured. the fluid entering the dialyzer (pH meter 11) and the fluid leaving the dialyzer (pH meter 12), the amount of protons removed from the blood can be easily calculated. Thus, a continuous measurement of the proton load of the blood and the patient is carried out. Once the proton load has been determined, the pH of the dialysate can be adjusted to remove more or less protons from the blood as desired or needed.

Высокое (например, рН 9) или низкое (например, рН 7,4) значение рН на входе 11 диализатора, полученное за сравнительно короткое время, определяет потенциал для удаления большего или меньшего количества протонов из крови. Следовательно, если количество удаленных протонов или значение ΔрН между входящим потоком 11 и выходящим потоком 12 невелико, то рН диализата необходимо понизить для предотвращения нежелательно высокого значения рН выходящего потока 2 физиологической жидкости, определенного датчиком 10. Если количество удаленных протонов или значение ΔрН между входящим потоком 11 и выходящим потоком 12 диализатора велико, то рН жидкости 3 можно повысить для удаления большего количества протонов из крови. Эти процедуры тестирования или определения высоких и низких значений рН можно выполнять по существу непрерывно за очень короткое время, например 1 минуту, 10 минут или 30 минут, с целью регулирования рН диализата. Для регулирования рН или вычисления количества протонов (протонной нагрузки), подлежащего удалению с одной стороны мембраны 6, необходимо учитывать скорость потока диализата через обе камеры диализатора 5 с каждой стороны мембраны 6 и буферную емкость диализата.A high (eg pH 9) or low (eg pH 7.4) dialyzer inlet 11 pH obtained in a relatively short time determines the potential to remove more or less protons from the blood. Therefore, if the amount of removed protons or the value of ΔpH between the inlet stream 11 and the outlet stream 12 is small, then the pH of the dialysate must be lowered to prevent an undesirably high pH value of the outward stream 2 of the physiological fluid detected by the sensor 10. If the number of removed protons or the value of ΔpH between the inlet stream 11 and the outflow 12 of the dialyzer is large, the pH of fluid 3 can be raised to remove more protons from the blood. These high and low pH testing procedures can be performed substantially continuously over a very short time, such as 1 minute, 10 minutes, or 30 minutes, to adjust the pH of the dialysate. To adjust the pH or calculate the amount of protons (proton load) to be removed from one side of the membrane 6, the flow rate of the dialysate through both chambers of the dialyzer 5 on each side of the membrane 6 and the buffer capacity of the dialysate must be taken into account.

Системы и способы, представленные в настоящем описании, также обеспечивают возможность вычисления избытка оснований в организме пациента. Сравнение избытка оснований с референсным диапазоном помогает определить, вызвано ли нарушение кислотно-щелочного баланса респираторной, метаболической или смешанной метаболическо-респираторной патологией. Оценка кислотно-щелочного статуса и содержания газов в крови при метаболических и респираторных нарушениях дает ценную информацию для диагностики, например, нарушения кровообращения, шока, вентиляционных нарушений, нарушения перфузии легких, почечной недостаточности, коматозных состояний, диабетических осложнений, интоксикации и нарушений функции коры надпочечников.The systems and methods provided herein also provide the ability to calculate base excess in a patient. Comparison of the base excess with the reference range helps to determine whether the acid-base imbalance is caused by respiratory, metabolic, or mixed metabolic-respiratory pathology. Assessment of acid-base status and blood gases in metabolic and respiratory disorders provides valuable information for diagnosing, for example, circulatory disorders, shock, ventilation disorders, lung perfusion disorders, renal failure, comatose conditions, diabetic complications, intoxication, and adrenal cortical dysfunction. .

Как показано на фиг. 1 и 2, рН диализата 3 регулируют путем изменения соотношения между концентрациями Н+/ОН в жидкостях 25 и 26. Обработка в данной методике предпочтительно выполняется параллельно измерению и вычислению рН жидкостей. Эти вычисления, однако, могут также выполняться и в обратном направлении, что является более распространенным для диализа. В этом случае значения рН и концентрации бикарбоната жидкостей на каждом выходе не совпадают, поскольку потоки движутся в противоположных направлениях. Тем не менее, по-прежнему сохраняется возможность вычисления протонной нагрузки, снимаемой с пациента. Из-за наличия риска получения высокого значения рН для выходящего потока 2, например для крови, вводимой обратно в организм пациента, выполняют измерение по меньшей мере одного параметра (рН, рСО2, концентрации бикарбоната НСО3 - посредством датчика 10 до того как кровь вводится обратно в организм пациента.As shown in FIG. 1 and 2, the pH of dialysate 3 is adjusted by changing the ratio between the H + /OH concentrations in fluids 25 and 26. The processing in this procedure is preferably performed in parallel with the measurement and calculation of the pH of the fluids. These calculations, however, can also be done in reverse, which is more common for dialysis. In this case, the pH and bicarbonate concentrations of the fluids at each outlet do not match because the flows are moving in opposite directions. However, it is still possible to calculate the proton load taken from the patient. Due to the risk of obtaining a high pH value for the outgoing stream 2, for example for blood injected back into the patient's body, at least one parameter (pH, pCO 2 , HCO 3 bicarbonate concentration) is measured by the sensor 10 before the blood is injected back into the patient's body.

В некоторых случаях для жидкости 3 может быть предусмотрен канал, обходящий диализатор 5. Этот обходной канал может подключаться время от времени. Назначение данного обходного канала заключается в перепроверке показаний обоих датчиков 11 и 12, если они повторяют друг друга. Это возможно при отсутствии обмена через мембрану 6, отсутствии бикарбоната за исключением добавок последнего, содержащихся в жидкостях 19, 20, 21, 22, 42, 43 или в любом другом растворе, добавляемом в диализат. В этом случае концентрацию бикарбоната в диализате можно скорректировать до определенного и известного уровня, например до нуля. Следовательно, в ходе обработки существует также возможность контроля буферной емкости диализата, относящегося в первую очередь к альбумину и исключающего бикарбонат.In some cases, the fluid 3 may be provided with a channel that bypasses the dialyzer 5. This bypass channel may be connected from time to time. The purpose of this bypass channel is to recheck the readings of both sensors 11 and 12 if they repeat each other. This is possible in the absence of exchange through the membrane 6, the absence of bicarbonate, with the exception of the latter additives contained in fluids 19, 20, 21, 22, 42, 43, or in any other solution added to the dialysate. In this case, the concentration of bicarbonate in the dialysate can be corrected to a certain and known level, for example to zero. Therefore, during processing, there is also the possibility of controlling the buffer capacity of the dialysate, related primarily to albumin and excluding bicarbonate.

Температура и потокTemperature and flow

Датчики 9 и 10, показанные на фиг. 1 и 2, могут также представлять собой датчики потока. Такие датчики потока обеспечивают более качественное выполнение обработки и более точное регулирование параметров. Точные значения скоростей потоков биологической текучей среды, или жидкости 1 и 2, в экстракорпоральном контуре не известны. Из-за использования, в большинстве случаев, перистальтических или центробежных насосов скорости потоков определяются не очень точно и зависят от давления. Датчики 9 и 10 могут также представлять собой датчики температуры. Значения рН, химические реакции и количество растворенных газов зависят от температуры.Sensors 9 and 10 shown in FIG. 1 and 2 may also be flow sensors. These flow sensors provide better processing performance and more precise control of parameters. The exact flow rates of the biological fluid, or fluids 1 and 2, in the extracorporeal circuit are not known. Due to the use, in most cases, of peristaltic or centrifugal pumps, flow rates are not very accurate and depend on pressure. Sensors 9 and 10 may also be temperature sensors. pH values, chemical reactions and the amount of dissolved gases depend on temperature.

Измерение текучих отходовLiquid Waste Measurement

Системы и способы, представленные в настоящем описании, характеризуются наличием замкнутого контура рециркуляции. В нем происходит непрерывная частичная замена диализной текучей среды. В диализный контур вводятся свежие диализные жидкости (например, как показано на фиг. 1 и 2, поз. 19, 20, 21, 22), тогда как одновременно с этим осуществляется частичное удаление рециркулирующей диализной текучей среды посредством, например, фильтров 30, 31. Преимущество использования таких фильтров заключается в поровом размере мембраны фильтров 30, 31. Предпочтительной для использования является мембрана, непроницаемая для альбумина. Такие текучие отходы могут быть измерены посредством датчиков 34 и 35. Следовательно, измерение рН и pCO2 или титрование имеют важное значение для определения концентрации бикарбоната, поскольку другой главный буфер, альбумин, отсутствует в данной жидкости. Благоприятным фактором также является то обстоятельство, что измеренная жидкость не вводится повторно в контур, так что она может быть подвергнута какой-либо другой обработке, не допустимой для жидкостей, повторно вводимых в контакт с кровью.The systems and methods presented in the present description are characterized by the presence of a closed recirculation loop. It is a continuous partial replacement of the dialysis fluid. Fresh dialysis fluids are introduced into the dialysis circuit (for example, as shown in Figs. 1 and 2, pos. 19, 20, 21, 22), while at the same time, partial removal of the recirculating dialysis fluid is carried out through, for example, filters 30, 31 The advantage of using such filters is the pore size of the filter membrane 30, 31. A membrane that is impermeable to albumin is preferred. Such waste fluids can be measured by sensors 34 and 35. Therefore, pH and pCO 2 measurement or titration is essential to determine the bicarbonate concentration because the other major buffer, albumin, is not present in the fluid. It is also advantageous that the measured fluid is not re-introduced into the circuit, so that it can be subjected to some other treatment that is not allowed for fluids re-introduced into contact with blood.

Капнография / Накожное измерениеCapnography / Skin measurement

Как показано на фиг. 1, с помощью датчика 46 можно измерить уровень СО2 в газах, выдыхаемых пациентом. Так, парциальное давление или объем СО2 в процентах можно измерить с помощью капнографии, выполняемой на основе инфракрасной спектроскопии. С помощью датчика 47 можно измерить уровень СО2 в организме пациента, например на коже. Кроме того, можно измерить рСО2, tcpCO2, SpCO2, рО2, tcpO2, SpO2, пульс и температуру. Такой накожный датчик, или датчик выдоха, можно использовать для измерения рСО2 у пациента. Эти значения могут быть проанализированы устройством 45 управления диализной системы. Отсутствующая в выдохе, например вследствие легочной недостаточности, двуокись углерода может быть выделена в экстракорпоральном диализном контуре. Зная буферную емкость диализной жидкости, скорости прохождения потоков крови и диализата через диализатор и величину разности между значением рН диализной жидкости, входящей в диализатор, и значением рН диализной жидкости, выходящей из диализатора, можно получить, путем регулирования, значения рН, необходимые для удаления точного количества кислоты из крови.As shown in FIG. 1, using the sensor 46 can measure the level of CO 2 in the gases exhaled by the patient. Thus, the partial pressure or volume of CO 2 as a percentage can be measured using capnography, performed on the basis of infrared spectroscopy. Using the sensor 47 it is possible to measure the level of CO 2 in the body of the patient, for example on the skin. In addition, you can measure pCO 2 , tcpCO 2 , SpCO 2 , pO 2 , tcpO 2 , SpO 2 , pulse and temperature. Such a skin sensor, or exhalation sensor, can be used to measure pCO 2 in a patient. These values can be analyzed by the dialysis system controller 45 . Absent in the exhalation, for example due to pulmonary insufficiency, carbon dioxide can be released in the extracorporeal dialysis circuit. Knowing the buffer capacity of the dialysis fluid, the flow rates of blood and dialysate through the dialyzer, and the magnitude of the difference between the pH value of the dialysis fluid entering the dialyzer and the pH value of the dialysis fluid leaving the dialyzer, it is possible to obtain, by regulation, the pH values necessary to remove the exact amount of acid in the blood.

ПримерыExamples

Нижеследующие примеры приведены в иллюстративных целях. Эти примеры не ограничивают объем изобретения.The following examples are provided for illustrative purposes. These examples do not limit the scope of the invention.

Пример 1: определение буферной емкости водных растворов, содержащих буферные агентыExample 1: Determination of the Buffer Capacity of Aqueous Solutions Containing Buffer Agents

Были проведены испытания с целью экспериментального определения буферной емкости различных водных растворов, содержащих один или более буферных агентов. Эти водные растворы представляли собой модельные жидкости, буферная емкость которых соответствовала диализным жидкостям (диализатам), предлагаемым в настоящем изобретении, либо диализным жидкостям (диализатам), используемым в качестве референсных.Tests were carried out to experimentally determine the buffering capacity of various aqueous solutions containing one or more buffering agents. These aqueous solutions were model fluids, the buffer capacity of which corresponded to the dialysis fluids (dialysates) proposed in the present invention, or the dialysis fluids (dialysates) used as reference.

1А: приготовление жидкостей1A: preparation of liquids

Вышеупомянутые модельные жидкости в целом готовили следующим образом. Для приготовления модельных жидкостей, соответствующих системам и способам, представленным в настоящем описании, и референсных жидкостей использовали в качестве основы чистую воду (осмотического качества) и добавляли один или более буферных агентов, соответствующих системам и способам, представленным в настоящем описании, а именно альбумин и/или бикарбонат натрия ("соду") и/или трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ). В частности, растворяли в воде альбумин (в концентрации, указанной ниже) и/или бикарбонат (в концентрации, указанной ниже) и/или трис (в концентрации, указанной ниже). После этого или одновременно с этим регулировали рН до получения значений, указанных ниже. Если необходимо, добавление альбумина и регулирование рН можно выполнять одновременно. Как показано в приведенной ниже таблице, в некоторых случаях альбумин растворяется быстрее при требуемых значениях рН или вблизи этих значений. Уровень рН проверяли при любой скорости и регулировали в случае необходимости после растворения всех буферных агентов. Регулирование рН обычно выполняют, добавляя концентрированную кислоту (водный раствор HCl) и/или концентрированную щелочь (водный раствор NaOH).The above model fluids were generally prepared as follows. For the preparation of model fluids corresponding to the systems and methods presented in the present description, and reference liquids, pure water (osmotic quality) was used as a basis and one or more buffering agents were added corresponding to the systems and methods presented in this description, namely albumin and /or sodium bicarbonate ("soda") and/or tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM). In particular, albumin (at the concentration below) and/or bicarbonate (at the concentration below) and/or Tris (at the concentration below) were dissolved in water. Thereafter, or at the same time, the pH was adjusted to obtain the values indicated below. If necessary, albumin addition and pH adjustment can be performed simultaneously. As shown in the table below, in some cases, albumin dissolves faster at or near the required pH values. The pH was checked at any speed and adjusted if necessary after dissolving all buffering agents. The pH adjustment is usually performed by adding a strong acid (HCl aqueous solution) and/or a strong alkali (NaOH aqueous solution).

В качестве референсных жидкостей готовили растворы без добавления в них буферных агентов (альбумина, карбоната/бикарбоната, триса). Значение рН этих растворов доводили, как указано в приведенной ниже таблице, соответственно до 7,45 и 9. В качестве других референсных жидкостей были приготовлены две модельные ацетатсодержащие жидкости, дополнительно включающие в свой состав бикарбонат натрия в диапазоне, указанном в публикациях, отображающих уровень техники. Более подробно это показано в таблице, приведенной ниже.As reference liquids, solutions were prepared without the addition of buffer agents (albumin, carbonate/bicarbonate, Tris). The pH of these solutions was adjusted as indicated in the table below to 7.45 and 9, respectively. As other reference liquids, two model acetate-containing liquids were prepared, additionally containing sodium bicarbonate in the range indicated in publications reflecting the state of the art . This is shown in more detail in the table below.

Кроме того, были приготовлены четыре триссодержащие модельные жидкости. Для этого приготовили два раствора триса:In addition, four Tris-containing model liquids were prepared. For this, two Tris solutions were prepared:

- трис 38 ммоль/л: начальное значение рН после растворения - 10,45,- Tris 38 mmol/l: initial pH value after dissolution - 10.45,

- трис 20 ммоль/л: начальное значение рН после растворения - 10,14.- Tris 20 mmol/l: initial pH value after dissolution - 10.14.

Добавляли HCl (0,1 М или 0,2 М) вплоть до получения значения рН, указанного в приведенной ниже таблице (соответственно 7,45 или 9,0). Таким путем были приготовлены триссодержащие модельные жидкости.HCl (0.1 M or 0.2 M) was added until the pH value indicated in the table below was obtained (7.45 or 9.0, respectively). Tris-containing model liquids were prepared in this way.

В процессе приготовления модельных жидкостей добавление карбоната (например, карбоната натрия), вообще говоря, не производилось. Тем не менее, ясно, что карбонат и бикарбонат находятся в динамическом равновесии, представляющем собой функцию рН. Следовательно, модельная жидкость, приготовленная путем добавления определенного количества бикарбоната (например, 20 ммоль/л) и регулирования рН до получения определенного значения (например, рН 9), будет содержать бикарбонат и карбонат в определенной совокупной концентрации (например, в данном случае 20 ммоль/л).Generally speaking, no carbonate (for example, sodium carbonate) was added during the preparation of model liquids. However, it is clear that carbonate and bicarbonate are in dynamic equilibrium as a function of pH. Therefore, a model fluid made by adding a certain amount of bicarbonate (e.g. 20 mmol/L) and adjusting the pH to a certain value (e.g. pH 9) will contain bicarbonate and carbonate at a certain combined concentration (e.g., in this case 20 mmol /l).

Были приготовлены следующие модельные жидкости:The following model liquids were prepared:

Figure 00000013
Figure 00000013

На фиг. 3 все эти жидкости обозначены как "диализат". Там же указаны соответствующие буферные агенты и значения рН.In FIG. 3, all of these fluids are labeled "dialysate". The appropriate buffering agents and pH values are also indicated there.

Было определено референсное значение (соответствующее международному стандарту) буферной емкости плазмы крови ("плазмы"). С этой целью было проведено следующее исследование свиной крови. Во-первых, определяли концентрацию бикарбоната и рН, в результате чего было получено, что средняя концентрация бикарбоната составляла 24,2 ммоль/л, а значение рН равнялось 7,45. Во-вторых, эту кровь подвергали центрифугированию для получения бесклеточного супернатанта. Бесклеточный супернатант был определен как плазма. На фиг. 3 он обозначен как "плазма крови".The reference value (corresponding to the international standard) of the buffering capacity of blood plasma ("plasma") was determined. For this purpose, the following study of pig blood was carried out. First, the bicarbonate concentration and pH were determined, whereby the average bicarbonate concentration was 24.2 mmol/L and the pH was 7.45. Secondly, this blood was subjected to centrifugation to obtain a cell-free supernatant. The cell-free supernatant was determined to be plasma. In FIG. 3 it is designated as "blood plasma".

1Б: определение буферной емкости1B: definition of buffer capacity

Было проведено экспериментальное исследование буферной емкости для ионов Н+ всех жидкостей, описанных в разделе 1А (модельных жидкостей согласно таблице в разделе 1А; плазмы, описанной в разделе 1А). С этой целью все жидкости (референсные модельные жидкости, модельные жидкости, соответствующие настоящему изобретению, и плазму крови) подвергали титрованию посредством HCl. В частности, добавляли 0,1 М HCl, непрерывно контролируя рН, встряхивали растворы для обеспечения перемешивания и завершали титрование по достижении конечного значения рН, равного 6,5. Другими словами, титрование останавливали, когда значение рН становилось равным 6,5. Буферную емкость (количество ионов Н+ в ммоль/л) вычисляли, исходя из количества HCl, добавленного до достижения рН 6,5.An experimental study was made of the buffer capacity for H + ions of all liquids described in section 1A (model liquids according to the table in section 1A; plasmas described in section 1A). To this end, all fluids (reference model fluids, model fluids according to the present invention, and blood plasma) were titrated with HCl. In particular, 0.1 M HCl was added, continuously monitoring the pH, shaking the solutions to ensure mixing, and completing the titration when a final pH of 6.5 was reached. In other words, the titration was stopped when the pH value became equal to 6.5. Buffer capacity (number of H + ions in mmol/l) was calculated from the amount of HCl added until a pH of 6.5 was reached.

Буферная емкость, определенная с помощью такого количественного анализа, показана на фиг. 3. Значение буферной емкости, полученное для плазмы крови, составило 12,00 ммоль/л ионов Н+. Как показал этот количественный анализ, модельные жидкости, соответствующие изобретению, предпочтительно характеризуются буферной емкостью (в ммоль/л), превосходящей буферную емкость плазмы крови. Таким образом, модельная жидкость, соответствующая системам и способам, представленным в настоящем описании, демонстрирует превосходную буферную емкость, в частности в вариантах осуществления изобретения, где значение рН модельной жидкости выше значения рН обычной крови человека.The buffer capacity determined by such assay is shown in FIG. 3. The buffer capacity value obtained for blood plasma was 12.00 mmol/l H + ions. As shown by this quantitative analysis, the model fluids of the invention preferably have a buffering capacity (in mmol/L) that is greater than that of blood plasma. Thus, the model fluid according to the systems and methods provided herein exhibits excellent buffering capacity, particularly in embodiments where the pH of the model fluid is higher than the pH of normal human blood.

Пример 2: сравнение систем и способов, представленных в настоящем описании, с референсным процессомExample 2: comparison of systems and methods presented in the present description, with a reference process

Было проведено испытание диализной жидкости, соответствующей системам и способам, представленным в настоящем описании, с помощью диализного устройства HepaWash® LK2001 производства компании HepaWash®® (Мюнхен, Германия). В качестве референсного устройства использовалось диализное устройство Nikkiso DBB-03, предлагаемое на рынке компанией Nikkiso (Япония).Dialysis fluid was tested according to the systems and methods described herein using the HepaWash® LK2001 dialysis device manufactured by HepaWash®® (Munich, Germany). A Nikkiso DBB-03 dialysis device offered on the market by Nikkiso (Japan) was used as a reference device.

Диализное устройство HepaWash® было описано ранее, но не в сочетании с системами и способами, представленными в настоящем описании, и не применительно к задаче удаления двуокиси углерода из крови.The HepaWash® dialysis device has been described previously, but not in conjunction with the systems and methods described herein, and not in relation to the task of removing carbon dioxide from the blood.

Референсное устройство, предлагаемое на рынке компанией Nikkiso, представляет собой обычную гемодиализную систему. Это устройство относится к противоточному типу и вследствие этого предназначено для обеспечения поддержки почек (гемодиализа) и удаления из крови нежелательного вещества мочевины. Устройство соединяют напрямую с аппаратом обратного осмоса для подачи осмотической воды. Диализную жидкость используют для выполнения однопроходного процесса, то есть после одного прохода через диализатор диализную жидкость утилизируют.The reference device marketed by Nikkiso is a conventional hemodialysis system. This device is of the countercurrent type and is therefore intended to provide support to the kidneys (hemodialysis) and to remove unwanted urea from the blood. The device is connected directly to the reverse osmosis machine to supply osmotic water. The dialysis fluid is used to perform a one-pass process, that is, after one pass through the dialyzer, the dialysis fluid is discarded.

В этих устройствах (HepaWash® и Nikkiso) использовали две разные диализные жидкости. В случае гемодиализной системы Nikkiso использовали диализную жидкость с рН, равным 7,45, и со следующими характеристиками:These devices ( HepaWash® and Nikkiso) used two different dialysis fluids. In the case of the Nikkiso hemodialysis system, a dialysis fluid with a pH of 7.45 was used with the following characteristics:

Figure 00000014
Figure 00000014

В случае устройства HepaWash® использовали диализную жидкость с рН, равным 9, и со следующими характеристиками:In the case of the HepaWash® device, a dialysis fluid with a pH of 9 was used with the following characteristics:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Целью данного эксперимента было сравнение двух указанных диализных устройств. В частности, требовалось определить, какое устройство способно эффективно удалять добавленную двуокись углерода из крови. Для этого в свиную кровь непрерывно добавляли 110 стандартных кубических сантиметров СО2 в минуту (110 см /мин СО2). Кровь, содержащую СО2, подвергали диализу при следующих условиях:The purpose of this experiment was to compare the two indicated dialysis devices. In particular, it was required to determine which device is capable of effectively removing added carbon dioxide from the blood. To do this, 110 standard cubic centimeters of CO 2 per minute (110 cm/min CO 2 ) were continuously added to pig blood. Blood containing CO 2 was subjected to dialysis under the following conditions:

HepaWash®: HepaWash® :

- поток крови: 400 мл/мин- blood flow: 400 ml/min

- поток диализной жидкости: 800 мл/мин.- dialysis fluid flow: 800 ml/min.

Nikkiso:Nikkiso:

- поток крови: 350 мл/мин- blood flow: 350 ml/min

- поток диализной жидкости: 500 мл/мин.- dialysis fluid flow: 500 ml/min.

Кровь подвергали рециркуляции в обоих случаях.The blood was recirculated in both cases.

Результат эксперимента представлен на фиг. 4. График отображает сравнение значений рН крови во время ее обработки указанными разными устройствами (Nikkiso и HepaWash®). Можно видеть, что поддержание значения рН крови между 7,3 и 7,4 осуществляет только система HepaWash®, но не гемодиализная система Nikkiso, у которой значение рН обработанной ею крови быстро падает до 6,65.The result of the experiment is shown in Fig. 4. The graph shows a comparison of blood pH values during treatment with the different devices indicated (Nikkiso and HepaWash ® ). It can be seen that only the HepaWash ® system maintains the blood pH between 7.3 and 7.4, but not the Nikkiso hemodialysis system, in which the pH of the blood treated by it quickly drops to 6.65.

Как следует из фиг. 4, системы почечного диализа (гемодиализа), такие как система, предлагаемая компанией Nikkiso, оказываются не в состоянии решить проблему избыточной ацидификации крови. Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, можно предположить, что данная система удаляет из крови не только ионы Н+, но и буферный агент - бикарбонат. Удаление Н+ и бикарбоната имеет сходство с удалением СО2 в легких.As follows from FIG. 4, kidney dialysis (hemodialysis) systems, such as the system offered by Nikkiso, fail to solve the problem of excessive blood acidification. Without being limited by any particular theory, it can be assumed that this system removes from the blood not only H + ions, but also a buffering agent - bicarbonate. The removal of H + and bicarbonate is similar to the removal of CO 2 in the lungs.

Система HepaWash® обеспечивает возможность удаления избыточных ионов Н+ (появляющихся вследствие диссоциации углекислоты на бикарбонат и ионы Н+). Поэтому данная система способна эффективно предотвращать избыточную ацидификацию крови. Как упоминалось выше и известно специалистам в данной области, необходимо исключить ситуацию с уменьшением рН крови до значений ниже 6,8 (избыточную ацидификацию крови). Система HepaWash® обеспечивает решение этой задачи. С другой стороны, приведенный пример показывает, что диализное устройство, предлагаемое компанией Nikkiso, не подходит для удаления СО2 из крови с поддержанием значения ее рН.The HepaWash ® system provides the ability to remove excess H + ions (appearing due to the dissociation of carbon dioxide into bicarbonate and H + ions). Therefore, this system is able to effectively prevent excessive blood acidification. As mentioned above and known to those skilled in the art, it is necessary to rule out a situation where the blood pH falls below 6.8 (excessive acidification of the blood). The HepaWash ® system provides the solution to this problem. On the other hand, this example shows that the dialysis device offered by Nikkiso is not suitable for removing CO 2 from the blood while maintaining its pH value.

Пример 3: концентрации кальцияExample 3: Calcium Concentrations

Использовавшаяся диализная жидкость содержала кальций (ионы Са2+), а ее рН изменяли между значениями 7,45 и 9 (фиг. 5). Диализная жидкость контактировала с кровью через полупроницаемую мембрану. Было проведено определение концентрации кальция в крови. Как показано на фиг. 5, даже в случае превышения концентрацией кальция в диализной жидкости значения 1,70 ммоль/л концентрация ионов кальция в крови остается в пределах требуемого диапазона 1,00-1,70 ммоль/л. Это свидетельствует о том, что концентрация ионов кальция в диализной жидкости, используемой в системах и способах, представленных в настоящем описании, является допустимой и в диапазоне значений выше 1,70 ммоль/л.The dialysis fluid used contained calcium (Ca 2+ ions ) and its pH was changed between 7.45 and 9 (FIG. 5). The dialysis fluid was in contact with the blood through a semi-permeable membrane. The concentration of calcium in the blood was determined. As shown in FIG. 5, even if the calcium concentration in the dialysis fluid exceeds 1.70 mmol/l, the concentration of calcium ions in the blood remains within the required range of 1.00-1.70 mmol/l. This indicates that the concentration of calcium ions in the dialysis fluid used in the systems and methods presented in the present description is acceptable and in the range of values above 1.70 mmol/l.

Пример 4: материалы и методикаExample 4: Materials and Method

Как упоминалось выше, была использована диализная система, представляющая собой модифицированное диализное устройство HepaWash® LK2001 производства компании HepaWash® (Мюнхен, Германия). Диализное устройство HepaWash® было описано ранее, но не применительно как к задачам настоящего изобретения, так и к задаче удаления молочной кислоты из крови.As mentioned above, the dialysis system was used, which is a modified dialysis device HepaWash ® LK2001 manufactured by HepaWash ® (Munich, Germany). The HepaWash® dialysis device has been previously described, but not with regard to both the objectives of the present invention and the removal of lactic acid from the blood.

С устройством HepaWash® использовали диализную жидкость со следующими характеристиками:A dialysis fluid with the following characteristics was used with the HepaWash® device:

Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000017
Figure 00000018

Целью данного эксперимента было сравнение рН диализата 11 на входе, диализата 12 на выходе, крови 9 на входе и крови 10 на выходе. В частности, задача заключалась в демонстрации корреляции разных значений рН при изменении количества добавляемой молочной кислоты и рН диализата.The purpose of this experiment was to compare the pH of inlet dialysate 11, outlet dialysate 12, inlet blood 9 and outlet blood 10. In particular, the aim was to demonstrate the correlation of different pH values with changes in the amount of added lactic acid and the pH of the dialysate.

Для этого была выполнена обработка пяти литров свиной крови в экстракорпоральном контуре 39 (см. фиг. 1 и 2). Кровь подвергали диализу при следующих условиях:For this, five liters of porcine blood were processed in the extracorporeal circuit 39 (see FIGS. 1 and 2). The blood was subjected to dialysis under the following conditions:

- поток крови: 400 мл/мин,- blood flow: 400 ml/min,

- поток диализной жидкости: 800 мл/мин.- dialysis fluid flow: 800 ml/min.

Кровь подвергали непрерывной рециркуляции при температуре 37°С.The blood was subjected to continuous recirculation at a temperature of 37°C.

Через пять минут в свиную кровь стали непрерывно добавлять по 3 ммоль молочной кислоты в минуту (то есть 3 ммоль молочной кислоты / мин.). Это означает, что в свиную кровь каждую минуту непрерывно добавляли 3 ммоль молочной кислоты. Через 20 минут значение рН крови в резервуаре, измеренное рН-метром 9 (см. фиг. 1 и 2), составляло около 7,0. Затем значение рН диализной жидкости, входящей в диализатор, было доведено до 9. Значение для диализной жидкости на входе измерялось датчиком 11 (см. фиг. 1 и 2).Five minutes later, 3 mmol lactic acid per minute (that is, 3 mmol lactic acid/min.) was continuously added to the pig blood. This means that 3 mmol of lactic acid was continuously added to the pig blood every minute. After 20 minutes, the pH value of the blood in the tank, measured with a pH meter 9 (see Fig. 1 and 2), was about 7.0. Then the pH value of the dialysis fluid entering the dialyzer was adjusted to 9. The value for the dialysis fluid at the inlet was measured by the sensor 11 (see Fig. 1 and 2).

Через 55 минут количество молочной кислоты было уменьшено до 1 ммоль. В свиную кровь стали непрерывно добавлять по 1 ммоль молочной кислоты в минуту (то есть 1 ммоль молочной кислоты / мин.). Это означает, что в свиную кровь каждую минуту непрерывно добавляли 1 ммоль молочной кислоты.After 55 minutes, the amount of lactic acid was reduced to 1 mmol. 1 mmol of lactic acid per minute (that is, 1 mmol of lactic acid/min.) was continuously added to pig blood. This means that 1 mmol of lactic acid was continuously added to the pig blood every minute.

По мере того как измеряемое датчиком 12 значение рН диализной жидкости, выходящей из диализатора 5, увеличивалось, значение рН диализной жидкости, входящей в диализатор, уменьшалось (см. фиг. 1 и 2).As the pH of the dialysis fluid leaving the dialyzer 5, measured by the sensor 12, increased, the pH of the dialysis fluid entering the dialyzer decreased (see FIGS. 1 and 2).

Результатыresults

Результаты представлены на фиг. 6, где показаны значения рН крови и диализата во время обработки диализной системой, представляющей собой модифицированное диализное устройство HepaWash® LK2001 производства компании HepaWash® (Мюнхен, Германия). Как показано на фиг. 6, рН крови может изменяться при прохождении через диализатор. Между значениями рН крови и диализной жидкости имеет место прямая корреляция. Разность между значением рН жидкости, входящей в диализатор, и значением рН жидкости, выходящей из диализатора, также находится в прямой корреляции с соответствующей величиной для жидкости, контактирующей с первой через мембрану 6 (см. фиг. 1 и 2).The results are shown in FIG. 6, which shows the pH values of blood and dialysate during treatment with a dialysis system, which is a modified HepaWash ® LK2001 dialysis device manufactured by HepaWash ® (Munich, Germany). As shown in FIG. 6, the pH of the blood may change as it passes through the dialyzer. There is a direct correlation between the pH values of blood and dialysis fluid. The difference between the pH value of the fluid entering the dialyzer and the pH value of the fluid leaving the dialyzer is also in direct correlation with the corresponding value for the fluid in contact with the former through the membrane 6 (see Fig. 1 and 2).

Зная буферную емкость диализной жидкости, можно также вычислить количество удаленных протонов. Низкая концентрация протонов в крови имеет следствием меньшую разность между значениями для диализной жидкости на входе и на выходе. Следовательно, диализная система может регулировать рН диализной жидкости, входящей в диализатор, в соответствии со скоростями входящих в него потоков обеих жидкостей. Если значение рН диализной жидкости, выходящей из диализатора, меньше значения рН диализной жидкости, входящей в диализатор, или приближается к этому значению, то может быть применен алгоритм, позволяющий снизить значение рН диализной жидкости, входящей в диализатор, в соответствии со скоростями потока.Knowing the buffer capacity of the dialysis fluid, one can also calculate the number of removed protons. A low concentration of protons in the blood results in a smaller difference between the dialysis fluid inlet and outlet values. Therefore, the dialysis system can adjust the pH of the dialysis fluid entering the dialyzer according to the flow rates of both fluids entering it. If the pH of the dialysis fluid leaving the dialyzer is less than or close to the pH of the dialysis fluid entering the dialyzer, then an algorithm can be applied to lower the pH of the dialysis fluid entering the dialyzer according to the flow rates.

Диализная система, представленная в настоящем описании (такая как система HepaWash®), позволяет удалить избыточную кислоту. Поэтому диализная система, представленная в настоящем описании (такая как система HepaWash®), способна эффективно предотвращать избыточную ацидификацию крови. Как упоминалось выше и известно специалистам в данной области, ситуация с уменьшением рН крови до значений ниже 6,8 (избыточная ацидификация крови) чревата негативными последствиями и должна быть исключена. Диализная система, представленная в настоящем описании (такая как система HepaWash®), также обеспечивает возможность предупреждения роста рН крови до нежелательного уровня, например выше приблизительно 8,2. Как известно специалистам средней квалификации в данной области, превышение рН крови значения, составляющего приблизительно 8,2, наносит крови непоправимый ущерб.The dialysis system provided herein (such as the HepaWash® system) allows excess acid to be removed. Therefore, the dialysis system provided herein (such as the HepaWash® system) is able to effectively prevent excessive blood acidification. As mentioned above and known to those skilled in the art, the situation of lowering the pH of the blood to values below 6.8 (excessive acidification of the blood) is fraught with negative consequences and should be avoided. The dialysis system provided herein (such as the HepaWash® system) also provides the ability to prevent blood pH from rising to an undesirable level, such as above about 8.2. As is known to those of ordinary skill in the art, exceeding a blood pH of about 8.2 causes irreparable damage to the blood.

Claims (29)

1. Способ удаления катионов водорода (H+) из биологической текучей среды в диализной системе, включающей диализатор, включающий (а) воздействие на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану диализной текучей среды в диализаторе, в котором диализная текучая среда включает (I) значение pH, находящееся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере один буферный агент, имеющий значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0 и (III) буферную емкость, составляющую для ионов H+ по меньшей мере 12 ммоль/л, в котором способ дополнительно включает (б) автоматическое определение количества катионов водорода (H+), удаленных из биологической текучей среды, в котором количество катионов водорода (H+), удаленных из биологической текучей среды, рассчитывают на основе буферной емкости диализной текучей среды и разности между значением pH диализной текучей среды, входящей в диализатор, и значением pH диализной текучей среды, выходящей из диализатора.1. A method for removing hydrogen (H + ) cations from a biological fluid in a dialysis system comprising a dialyzer, comprising (a) exposing the biological fluid through a semi-permeable membrane to a dialysis fluid in the dialyzer, wherein the dialysis fluid comprises (I) a pH value , ranging from 8.0 to 11.0, (II) at least one buffering agent having a pKa value in the range from 7.0 to 11.0, and (III) a buffer capacity for H + ions of at least measure of 12 mmol/l, wherein the method further comprises (b) automatically determining the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the biological fluid, in which the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the biological fluid is calculated based on the buffer the capacity of the dialysis fluid; and the difference between the pH value of the dialysis fluid entering the dialyzer and the pH value of the dialysis fluid leaving the dialyzer. 2. Способ по п. 1, в котором автоматическое определение количества катионов водорода (H+), удаленных из биологической текучей среды, включает измерение значения pH диализной текучей среды до воздействия последней на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану и значения pH диализной текучей среды после контакта последней с биологической текучей средой через полупроницаемую мембрану.2. The method of claim 1, wherein automatically determining the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the biological fluid comprises measuring the pH value of the dialysis fluid prior to exposing the biological fluid through the semi-permeable membrane and the pH value of the dialysis fluid after contacting the latter with a biological fluid through a semi-permeable membrane. 3. Способ по п. 1, в котором диализная текучая среда содержит по меньшей мере один буферный агент, выбранный из группы, включающей в себя трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин.3. The method of claim 1, wherein the dialysis fluid contains at least one buffering agent selected from the group consisting of tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and albumin. 4. Способ по п. 1, дополнительно включающий (в) обработку диализной текучей среды путем воздействия на диализную текучую среду одного или более из следующего: (I) адсорбента, (II) мембраны, (III) кислой среды с соответствующим уровнем pH и (IV) щелочной среды с соответствующим уровнем pH.4. The method of claim 1, further comprising (c) treating the dialysis fluid by exposing the dialysis fluid to one or more of the following: (I) an adsorbent, (II) a membrane, (III) an acidic medium at an appropriate pH, and ( IV) alkaline environment with an appropriate pH level. 5. Способ по п. 4, в котором обработка диализной текучей среды на шаге (в) включает удаление из диализной текучей среды двуокиси углерода, H+ или HCO3 -.5. The method of claim 4 wherein treating the dialysis fluid in step (c) comprises removing carbon dioxide, H + or HCO 3 - from the dialysis fluid. 6. Способ по п. 1, дополнительно включающий (г) рециркуляцию диализной текучей среды.6. The method of claim 1 further comprising (d) recirculating the dialysis fluid. 7. Способ экстракорпоральной обработки крови субъекта – человека или животного в диализной системе, включающей диализатор, включающий:7. A method for extracorporeal processing of blood of a subject - a human or an animal in a dialysis system, including a dialyzer, including: (а) забор крови из вены или артерии субъекта,(a) drawing blood from a vein or artery of the subject, (б) воздействие на кровь через полупроницаемую мембрану диализной текучей среды в диализаторе, в котором диализная текучая среда включает (I) значение pH, находящееся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере один буферный агент, имеющий значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0 и (III) буферную емкость, составляющую для ионов H+ по меньшей мере 12 ммоль/л,(b) exposing the blood through a semi-permeable membrane to a dialysis fluid in a dialyzer, wherein the dialysis fluid comprises (i) a pH value ranging from 8.0 to 11.0, (ii) at least one buffering agent having a pKa value in the range from 7.0 to 11.0 and (III) a buffer capacity for H + ions of at least 12 mmol/l, (в) удаление катионов водорода (H+) из крови, (c) removal of hydrogen cations (H + ) from the blood, (г) возврат крови в организм субъекта, и(d) returning blood to the subject's body, and (д) автоматическое определение количества катионов водорода (H+), удаленных из крови, в котором количество катионов водорода (H+), удаленных из биологической текучей среды рассчитывают на основе буферной емкости диализной текучей среды и разности между значением pH диализной текучей среды, входящей в диализатор, и значением pH диализной текучей среды, выходящей из диализатора.(e) automatically determining the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the blood, in which the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the biological fluid is calculated based on the buffer capacity of the dialysis fluid and the difference between the pH value of the dialysis fluid entering into the dialyzer, and the pH value of the dialysis fluid leaving the dialyzer. 8. Способ по п. 7, в котором автоматическое определение количества катионов водорода (H+), удаленных из крови, включает измерение значения pH диализной текучей среды до воздействия последней на кровь через полупроницаемую мембрану и значения pH диализной текучей среды после контакта последней с кровью через полупроницаемую мембрану.8. The method of claim 7 wherein automatically determining the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the blood comprises measuring the pH value of the dialysis fluid prior to exposure of the latter to the blood through the semi-permeable membrane and the pH value of the dialysis fluid after contact with the blood. through a semipermeable membrane. 9. Способ по п. 7, в котором диализная текучая среда содержит по меньшей мере один буферный агент, выбранный из группы, включающей в себя трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин.9. The method of claim 7, wherein the dialysis fluid contains at least one buffering agent selected from the group consisting of tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and albumin. 10. Способ по п. 7, дополнительно включающий (е) обработку диализной текучей среды путем воздействия на диализную текучую среду одного или более из следующего: (I) 10 адсорбента, (II) мембраны, (III) кислой среды с соответствующим уровнем pH и (IV) щелочной среды с соответствующим уровнем pH.10. The method of claim 7, further comprising (e) treating the dialysis fluid by exposing the dialysis fluid to one or more of the following: (i) 10 adsorbent, (ii) a membrane, (iii) an acidic medium with an appropriate pH, and (IV) alkaline environment with an appropriate pH level. 11. Способ по п. 10, в котором обработка диализной текучей среды на шаге (е) включает удаление из диализной текучей среды двуокиси углерода, H+ или HCO3 -.11. The method of claim 10 wherein treating the dialysis fluid in step (e) comprises removing carbon dioxide, H + or HCO 3 - from the dialysis fluid. 12. Способ по п. 7, включающий (ж) рециркуляцию диализной текучей среды.12. The method of claim 7, comprising (g) recirculating the dialysis fluid. 13. Способ лечения субъекта, страдающего нарушением кислотно-щелочного баланса, включающий:13. A method of treating a subject suffering from an acid-base balance disorder, comprising: (а) забор биологической текучей среды из организма субъекта,(a) withdrawing a biological fluid from the subject's body, (б) воздействие на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану диализной текучей среды в диализаторе, в котором диализная текучая среда включает (I) значение pH, находящееся в диапазоне от 8,0 до 11,0, (II) по меньшей мере одним буферным агентом, имеющим значение pKa в диапазоне от 7,0 до 11,0 и (III) буферной емкостью, составляющей для ионов H+ по меньшей мере 12 ммоль/л,(b) exposing the biological fluid through the semi-permeable membrane to dialysis fluid in the dialyzer, wherein the dialysis fluid comprises (i) a pH value ranging from 8.0 to 11.0, (ii) at least one buffering agent having a pKa value in the range of 7.0 to 11.0 and (III) a buffer capacity of at least 12 mmol/l for H + ions, (в) удаление катионов водорода (H+) из биологической текучей среды,(c) removing hydrogen cations (H + ) from the biological fluid, (г) возврат биологической текучей среды в организм субъекта, и(d) returning the biological fluid to the subject's body, and (д) автоматическое определение количества катионов водорода (H+), удаленных из крови, в котором количество катионов водорода (H+), удаленных из биологической текучей среды рассчитывают на основе буферной емкости диализной текучей среды и разности между значением pH диализной текучей среды, входящей в диализатор, и значением pH диализной текучей среды, выходящей из диализатора.(e) automatically determining the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the blood, in which the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the biological fluid is calculated based on the buffer capacity of the dialysis fluid and the difference between the pH value of the dialysis fluid entering into the dialyzer, and the pH value of the dialysis fluid leaving the dialyzer. 14. Способ по п. 13, в котором автоматическое определение количества катионов водорода (H+), удаленных из биологической текучей среды, включает измерение значения pH диализной текучей среды до воздействия последней на биологическую текучую среду через полупроницаемую мембрану и значения pH диализной текучей среды после контакта последней с биологической текучей средой через полупроницаемую мембрану.14. The method of claim 13, wherein automatically determining the amount of hydrogen cations (H + ) removed from the biological fluid comprises measuring the pH value of the dialysis fluid prior to exposing the biological fluid through the semi-permeable membrane and the pH value of the dialysis fluid after contacting the latter with a biological fluid through a semi-permeable membrane. 15. Способ по п. 13, в котором диализная текучая среда содержит по меньшей мере один буферный агент, выбранный из группы, включающей в себя трис(гидроксиметил)аминометан (трис, ТГАМ), карбонат/бикарбонат и альбумин.15. The method of claim 13, wherein the dialysis fluid contains at least one buffering agent selected from the group consisting of tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris, TGAM), carbonate/bicarbonate, and albumin. 16. Способ по п. 13, дополнительно включающий (е) обработку диализной текучей среды путем воздействия на диализную текучую среду одного или более из следующего: (I) адсорбента, (II) мембраны, (III) кислой среды с соответствующим уровнем pH и (IV) щелочной среды с соответствующим уровнем pH.16. The method of claim 13, further comprising (e) treating the dialysis fluid by exposing the dialysis fluid to one or more of the following: (I) an adsorbent, (II) a membrane, (III) an acidic medium at an appropriate pH, and ( IV) alkaline environment with an appropriate pH level. 17. Способ по п. 16, в котором обработка диализной текучей среды на шаге (е) включает удаление из диализной текучей среды двуокиси углерода, H+ или HCO3 -.17. The method of claim 16 wherein treating the dialysis fluid in step (e) comprises removing carbon dioxide, H + or HCO 3 - from the dialysis fluid. 18. Способ по п. 13, также включающий (ж) рециркуляцию диализной текучей среды.18. The method of claim 13, also comprising (g) recycling the dialysis fluid. 19. Способ по п. 1, в котором буферную емкость диализной текучей среды определяют непрерывным титрованием диализной текучей среды раствором кислоты или щелочи.19. The method of claim. 1, in which the buffer capacity of the dialysis fluid is determined by continuous titration of the dialysis fluid with an acid or alkali solution.
RU2019141474A 2017-05-22 2018-05-22 Methods and systems for removal of carbon dioxide RU2783826C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762509266P 2017-05-22 2017-05-22
US62/509,266 2017-05-22
PCT/IB2018/053589 WO2018215918A1 (en) 2017-05-22 2018-05-22 Methods and systems for removing carbon dioxide

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019141474A RU2019141474A (en) 2021-06-23
RU2019141474A3 RU2019141474A3 (en) 2021-12-29
RU2783826C2 true RU2783826C2 (en) 2022-11-18

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014113740A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Removal of carbon dioxide via dialysis

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014113740A1 (en) * 2013-01-18 2014-07-24 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Removal of carbon dioxide via dialysis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108367109B (en) Method for extracorporeal lung support
US11833282B2 (en) Method for extracorporeal carbon dioxide removal
KR102695423B1 (en) Carbon dioxide removal system
RU2783826C2 (en) Methods and systems for removal of carbon dioxide