Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Beschreibung Steuer- oder Regelvorrichtung für eine Blutbehandlungsvorrichtung zur Regelung der Clearance bei der Dialyse Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Blutbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Blutbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, weiter ein digitales Speichermedium gemäß Anspruch 11, ein Computerprogramm-Produkt gemäß Anspruch 12 sowie ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13 bzw. gemäß jeweils der Oberbegriffe oder Gattungsbegriffe dieser Ansprüche. Bei der mittels einer Blutbehandlungsvorrichtung durchgeführten Hämodialyse kann die Effizienz der Blutreinigung mittels des Blutfilters, oder Dialysators, durch das Maß der Clearance angegeben werden. Die Clearance wird vor allem durch die Eigenschaften der Membran des Blutfilters, durch Parameter des Blutfilters, sowie den Blutfluss in der Blutkammer und den Dialysatfluss in der Dialysierflüssigkeitskammer des Blutfilters bestimmt. Die dem Patienten zugutekommende Blutreinigung wird patientenseitig durch die Rezirkulation gemindert, die den Anteil des bereits im Blutfilter gereinigten Blutes beschreibt, der nach Rückgabe über eine venöse Leitung in das Gefäßsystem des Patienten wieder in die arterielle Leitung gelangt, ohne dass eine Equilibrierung mit dem Gesamtkörperreservoir stattgefunden hat. Gründe hierfür können die cardiopulmonare Rezirkulation oder eine direkte
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Rezirkulation im Gefäßzugang bzw. zentralvenösen Katheter sein. Wenn hierin von einem „Patienten“ die Rede ist, so ist damit eine Person gemeint, deren Blut einer Behandlung bedarf. Aus dieser Schreibweise geht keinerlei Information hervor, welches Geschlecht oder andere Merkmale diese Person hat. In der Hämodialyse (HD) erfolgt der Stoffaustausch bzw. Entzug von Urämietoxinen vorwiegend durch Diffusion. Diese wird durch den Konzentrationsgradienten zwischen Blut und Dialysierflüssigkeit und die Clearance bestimmt. Dieser Mechanismus ist besonders bei kleinen Molekülen wie Harnstoff sehr wirksam. Da die Diffusionsgeschwindigkeit mit steigender Molekülgröße sinkt, ist die Diffusion für größere Moleküle weniger wirksam. Hier ist der konvektive Entzug über die Ultrafiltration wirksamer. Dieses Verfahren wird in der Hämofiltration (HF) verwendet. Hämodialyse und Hämofiltration können zur Hämodiafiltration (HDF) kombiniert werden. Durch die Wahl der Betriebsparameter in der HDF können der stoffspezifische Anteil von Diffusion und Konvektion in gewissen Grenzen eingestellt werden. Die insgesamt in einer Dialysebehandlung erreichte Dialysedosis wird durch den Parameter Kt/V beschrieben. Hierbei ist K die Harnstoffclearance im Blutfilter in der Einheit [ml/min], t die Behandlungszeit in Minuten [min] und V das Harnstoffverteilungsvolumen bzw. das Körperwasser des Patienten in der Einheit [ml]. Alle Aussagen, die hierin über den Harnstoff gemacht werden, treffen erfindungsgemäß auch auf andere Urämietoxine zu.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Im Allgemeinen ist es vorteilhalft, die Dialyseparameter so zu wählen, dass eine möglichst hohe Dialysedosis erreicht wird. Jedoch können durch den Stoffaustausch im Blutfilter auch unerwünschte Nebenwirkungen auftreten. Hierzu gehört vor allem das Dialyse-Disequilibrium-Syndrom. Dieses tritt auf, wenn die Entfernung von hauptsächlich niedermolekularen Urämie-Toxinen, die in relativ hohen Konzentrationen (ca. 1 – 100 mmol/L) vorliegen können, zu schnell erfolgt. Ein Schadmechanismus ist hierbei, dass sich die Konzentration der Toxine in verschiedenen miteinander im Austausch befindenden Körperkompartimenten in der Zeit vor der Dialyse angeglichen hat. Da die Entfernung durch die Dialyse direkt nur aus einem der Kompartimente (extrazelluläres Kompartiment) erfolgt, bewirkt der so entstehende Konzentrationsunterschied zu anderen Kompartimenten, insbesondere zum intrazellulären Kompartiment und dem Gehirn, osmotisch bedingte Volumenverschiebungen. Diese können zu neurologischen Symptomen führen. Hierfür ist besonders die Harnstoffkonzentration verantwortlich. Betroffen hiervon sind vor allem Patienten, die neu mit der chronischen Hämodialyse behandelt werden, oder bei Dialysen nach längerer dialysefreier Zeit, z. B. nach ausgefallenen Dialysesitzungen. Vergleichbare Effekte werden aber auch bei der Akutdialyse nach akutem Nierenversagen oder auch bei der Behandlung von Vergiftungen, z. B. im Zusammenhang mit der Entfernung von Alkohol nach Alkoholintoxikation, beobachtet. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann es sein, eine weitere Steuer- oder Regelvorrichtung zum Steuern oder Regeln
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH einer Blutbehandlungsvorrichtung und eine weitere Blutbehandlungsvorrichtung anzugeben. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Blutbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Blutbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Zudem wird sie gelöst mittels eines digitalen Speichermediums mit den Merkmalen des Anspruchs 11, eines Computerprogramm-Produkts mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie eines Computerprogramms mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung ist zum Steuern- oder Regeln einer extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung konfiguriert, wenn sie mit dieser in Signalverbindung verbunden ist. Die Blutbehandlungsvorrichtung dient zum extrakorporalen Behandeln des Bluts eines Patienten in einer Blutbehandlungssitzung und weist hierzu einen Blutfilter (hierin auch: Dialysator) auf, oder ist hiermit verbunden, welcher mittels einer semipermeablen Membran in eine Blutkammer und eine Dialysierflüssigkeitskammer unterteilt ist. Die Blutkammer wird während der Blutbehandlung von Blut mit einem vorgegebenen Blutfluss durchströmt, während in die Dialysierflüssigkeitskammer während der Behandlung (frische) Dialysierflüssigkeit mit einem vorgegebenen Dialysatfluss einströmt und (verbrauchtes) Dialysat ausströmt. Dieser Strom durch die Dialysierflüssigkeitskammer hindurch wird hierin als Dialysatfluss bezeichnet. Dabei kann hierin mit Dialysatfluss der in die Dialysierflüssigkeitskammer einströmende und/oder der aus dieser ausströmende Fluidstrom gemeint sein.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung ist weiter konfiguriert zum Bestimmen oder Festlegen eines Dialysatflusses für eine extrakorporale Blutbehandlung, erzeugt von oder mittels der extrakorporalen Blutbehandlungsvorrichtung. Sie ist derart konfiguriert, dass der den Dialysator der Blutbehandlungsvorrichtung durchströmende Dialysatfluss derart bestimmt oder festgelegt wird, dass sich über eine Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitintervalle (z. B. identischer oder unterschiedlicher, variabler oder konstanter Zeitintervalle) innerhalb der betrachteten Blutbehandlungssitzung jeweils ein erster Dialysatfluss und ein zweiter Dialysatfluss einander abwechseln. Hierbei ist der erste Dialysatfluss höher als der zweite Dialysatfluss, alternativ niedriger. Die Steuer- oder Regelvorrichtung kann wie vorstehend programmiert sein. Alternativ ist eine Rechen- und/oder Auswerteinheit wie beschrieben konfiguriert, also insbesondere zum Bestimmen oder Festlegen des Dialysatflusses. Die Rechen- und/oder Auswerteinheit kann ein Teil der Steuer- oder Regelvorrichtung sein, oder separat von dieser vorliegen. In letzterem Fall kann die Steuer- oder Regelvorrichtung mit der Rechen- und/oder Auswerteinheit in Signalverbindung stehen oder hierzu vorbereitet sein. Die erfindungsgemäße Blutbehandlungsvorrichtung weist eine erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung auf, ist hiermit in Signalverbindung verbunden oder hierzu konfiguriert. Ein erfindungsgemäßes digitales, insbesondere nicht- flüchtiges, Speichermedium, insbesondere in Form eines
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH maschinenlesbaren Trägers, insbesondere in Form einer Diskette, Speicherkarte, CD, DVD, EPROM, FRAM (Ferroelectric RAM) oder SSD (Solid-State-Drive), insbesondere mit elektronisch oder optisch auslesbaren Steuersignalen, kann derart mit einem programmierbaren Rechnersystem zusammenwirken, dass eine herkömmliche Steuer- oder Regelvorrichtung einer Blutbehandlungsvorrichtung in eine erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung umprogrammiert wird. Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm-Produkt weist einen volatilen, flüchtigen oder auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode oder eine Signalwelle auf, mittels welchem eine herkömmliche Steuer- oder Regelvorrichtung einer Blutbehandlungsvorrichtung in eine erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung umprogrammiert wird, wenn das Computerprogramm-Produkt auf einem Rechner abläuft. Unter einem Computerprogramm-Produkt kann erfindungsgemäß beispielsweise ein auf einem Träger gespeichertes Computerprogramm, ein Embedded System als umfassendes System mit einem Computerprogramm (z. B. elektronisches Gerät mit einem Computerprogramm), ein Netzwerk von computerimplementierten Computerprogrammen (z. B. Client/Server-system, Cloud Computing System, etc.) oder ein Computer, auf dem ein Computerprogramm geladen ist, abläuft, gespeichert ist, ausgeführt oder entwickelt wird, verstanden werden. Der Begriff „maschinenlesbarer Träger“, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Träger, der von Software und/oder Hardware interpretierbare Daten oder Informationen enthält. Der Träger kann ein Datenträger, wie eine Diskette,
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH eine CD, DVD, ein USB-Stick, eine Flashcard, eine SD-Karte und dergleichen, sowie jeder andere hierin genannte Speicher oder jedes andere hierin genannte Speichermedium sein. Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfasst einen Programmcode, mittels welchem eine herkömmliche Steuer- oder Regelvorrichtung einer Blutbehandlungsvorrichtung zu einer erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung umprogrammiert wird, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können manche, einige oder alle der folgenden Merkmale in beliebiger Kombination aufweisen, soweit dies für den Fachmann nicht erkennbar technisch unmöglich ist. Bei allen oben gemachten und bei allen folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks „kann sein“ bzw. „kann haben“ usw. synonym zu „ist vorzugsweise“ bzw. „hat vorzugsweise“ usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutern. Wann immer hierin Zahlenworte genannt werden, so versteht der Fachmann diese als Angabe einer zahlenmäßig unteren Grenze. Sofern dies zu keinem für den Fachmann erkennbaren Widerspruch führt, liest der Fachmann daher beispielsweise bei der Angabe „ein“ oder „einem“ stets „wenigstens ein“ oder „wenigstens einem“ mit. Dieses Verständnis ist ebenso von der vorliegenden Erfindung mit umfasst wie die Auslegung, dass ein Zahlenwort wie beispielsweise „ein“ alternativ als „genau ein“ gemeint sein kann, wo immer dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich ist. Beides ist von der
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH vorliegenden Erfindung umfasst und gilt für alle hierin verwendeten Zahlenworte. Wann immer hierin von Raumangaben, wie z. B. von „oben“, „unten“, „links“ oder „rechts“, die Rede ist, versteht der Fachmann hierunter die Anordnung in den hier angehängten Figuren und/oder im Gebrauchszustand. „Unten“ ist dem Erdmittelpunkt oder dem unteren Rand der Figur näher als „oben“. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen. Wenn hierin von einer Ausführungsform die Rede ist, so stellt diese eine erfindungsgemäße, beispielhafte Ausführungsform dar, die nicht als beschränkend zu verstehen ist. Wenn hierin offenbart ist, dass der erfindungsgemäße Gegenstand ein oder mehrere Merkmale in einer bestimmten Ausführungsform aufweist, so ist hierin jeweils auch offenbart, dass der erfindungsgemäße Gegenstand genau dieses oder diese Merkmale in anderen, ebenfalls erfindungsgemäßen Ausführungsformen ausdrücklich nicht aufweist, z. B. im Sinne eines Disclaimers. Für jede hierin genannte Ausführungsform gilt somit, dass die gegenteilige Ausführungsform, beispielsweise als Negation formuliert, ebenfalls offenbart ist. Wenn hierin Verfahrensschritte genannt sind, so ist die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung in einigen Ausführungsformen konfiguriert, um eine, mehrere oder alle dieser Verfahrensschritte, insbesondere wenn dies automatisch
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH durchführbare Schritte sind, in beliebiger Kombination auszuführen oder entsprechende Vorrichtungen, welche sich vorzugsweise namentlich an die Bezeichnung des jeweiligen Verfahrensschritts anlehnen (z. B. „Ermitteln“ als Verfahrensschritt und „Vorrichtung zum Ermitteln“ für die Vorrichtung, usw.) und welche ebenfalls Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung(en) sein oder hiermit in Signalverbindung verbunden sein können, entsprechend anzusteuern. Wenn hierin von programmiert oder konfiguriert die Rede ist, so können diese Begriffe in manchen Ausführungsformen gegeneinander austauschbar sein. Wenn hierin von einer Signal- oder Kommunikationsverbindung zweier Komponenten die Rede ist, so kann hierunter eine im Gebrauch bestehende Verbindung zu verstehen sein. Ebenso kann hierunter zu verstehen sein, dass eine Vorbereitung zu einer solchen (kabelgebundenen, kabellosen oder auf andere Weise umgesetzten) Signalverbindung besteht, beispielsweise durch eine Kopplung beider Komponenten, etwa mittels pairing, usw. Unter pairing versteht man einen Prozess, der im Zusammenhang mit Rechnernetzwerken erfolgt, um eine anfängliche Verknüpfung zwischen Rechnereinheiten zum Zwecke der Kommunikation herzustellen. Das bekannteste Beispiel hierfür ist das Herstellen einer Bluetooth-Verbindung, mittels welcher verschiedene Einrichtungen (z. B. Smartphone, Kopfhörer) miteinander verbunden werden. Pairing wird gelegentlich auch als bonding bezeichnet. Die Steuer- oder Regelvorrichtung kann die Ausführung aller oder im Wesentlichen aller hierin genannter
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Verfahrensschritte veranlassen. Das hierin offenbarte Verfahren kann im Wesentlichen oder vollständig von der Steuer- oder Regelvorrichtung ausgeführt werden. Es kann teilweise von der Steuervorrichtung ausgeführt werden, insbesondere können jene Schritte von der Steuervorrichtung ausgeführt werden, welche ein menschliches Zutun und/oder ein Bereitstellen nicht erfordern oder betreffen. Die Steuervorrichtung kann als reine Steuervorrichtung oder auch als Regelvorrichtung dienen. In einigen Ausführungsformen liegt die Steuer- oder Regelvorrichtung in oder an der Blutbehandlungsvorrichtung vor, etwa gemeinsam mit weiteren Komponenten oder Vorrichtungen der Blutbehandlungsvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse der Blutbehandlungsvorrichtung. In manchen Ausführungsformen weist die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Messeinrichtung zum Messen von mindestens einer für die Clearance charakteristischen Größe auf, oder ist hiermit in Signalverbindung verbunden bzw. hierzu vorbereitet. Die Steuer- oder Regelvorrichtung ist in diesen Ausführungsformen konfiguriert, um die Höhe oder den Wert des ersten Dialysatflusses und/oder des zweiten Dialysatflusses auf der Grundlage der mindestens einen charakteristischen Größe für die Clearance zu ermitteln. Alternativ ist sie konfiguriert, um auf der Grundlage der mindestens einen charakteristischen Größe einen Zielwert für den ersten Dialysatfluss und/oder den zweiten Dialysatfluss zu ermitteln. In einigen Ausführungsformen weist die Steuer- oder Regelvorrichtung statt der Messeinrichtung eine Abschätzeinrichtung zum Abschätzen der Clearance auf. Dies
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH kann z. B. bei Kenntnis des Dialysatorparameters K
0A und der eingestellten oder gemessen Flüsse auf einfache Weise erfolgen. Dieser Fall ist insbesondere für „low-cost-Geräte“ oder Akutgeräte ohne Clearance-Messung von wirtschaftlicher Bedeutung. In manchen Ausführungsformen ist eine Kommunikationsvorrichtung vorgesehen, über welche der Nutzer zur Ermittlung der Clearance Eingaben machen kann. Solche Eingaben können beispielsweise eine mittels der Behandlungssitzung zu erzielen beabsichtigte, zuvor festgelegte, mittlere Clearance oder Ziel-Clearance K_target (bezogen auf die gesamte Behandlungssitzung oder einzelne Zeitintervalle), der Parameter des Blutfilters, sein effektiver Wert, der Shuntfluss des Patienten, sein Cardiac Output, die aus früheren Behandlungen bekannte Rezirkulation, sowie Ergebnisse von Clearancebestimmungen aus früheren Behandlungen des aktuell behandelten Patienten oder anderer Patienten sein oder solche umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Steuer- oder Regelvorrichtung konfiguriert, um jeweils für ein betrachtetes Zeitintervall aus der Vielzahl von Zeitintervallen, einen ersten Zeitanteil zu bestimmen oder festzulegen, während welchem innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Dialysierflüssigkeit mit dem ersten Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gefördert wird. Ergänzend oder alternativ ist sie konfiguriert, um einen zweiten Zeitanteil zu bestimmen oder festzulegen, während welchem innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Dialysierflüssigkeit mit dem zweiten Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gefördert wird.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH In manchen Ausführungsformen kann der erste Dialysatfluss in jedem Zeitintervall derselbe, also konstant, sein. Er kann alternativ in einigen oder allen der Zeitintervalle der Blutbehandlungssitzung unterschiedlich sein. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Dialysatfluss in jedem Zeitintervall derselbe, also konstant, sein. Er kann alternativ in einigen oder allen der Zeitintervalle der Blutbehandlungssitzung unterschiedlich sein. In einigen Ausführungsformen legt die Steuer- oder Regelvorrichtung ein Schema fest oder bestimmt dieses, in welchem der Dialysator abwechselnd mittels des ersten Dialysatflusses und des zweiten Dialysatflusses durchströmt wird. In manchen Ausführungsformen legt die Steuer- oder Regelvorrichtung die Zeitpunkte für, z. B. periodisch aufeinanderfolgende, Schaltvorgänge zwischen dem ersten Dialysatfluss und dem zweiten Dialysatfluss fest oder bestimmt diese. In manchen Ausführungsformen kann der erste Dialysatfluss ein an der Blutbehandlungsvorrichtung maximal einstellbarer Dialysatfluss sein. Alternativ oder ergänzend kann der zweite Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gleich Null sein. Ein solcher Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gleich Null kann erreicht werden beispielsweise durch Ausschalten der Dialysierflüssigkeitsproduktion oder ihrer Förderung, oder durch Leiten der Dialysierflüssigkeit an der Dialysierflüssigkeitskammer vorbei, etwa mittels einer Bypassleitung.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH In einigen Ausführungsformen der Steuer- oder Regelvorrichtung können der erste Zeitanteil, während welchem innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Dialysierflüssigkeit mit dem ersten Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gefördert wird, und der zweite Zeitanteil, während welchem innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Dialysierflüssigkeit mit dem zweiten Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer des Blutfilters gefördert wird, derart bestimmt werden, dass das während des betrachteten Zeitintervalls durch die Blutkammer geförderte Blut bei seiner Passage durch die Blutkammer des Blutfilters innerhalb des betrachteten Zeitintervalls mit einer zuvor festgelegten, mittleren Clearance gereinigt wird. In manchen Ausführungsformen ist die Steuer- oder Regelvorrichtung konfiguriert, um im Gebrauch mit einem oder mehreren Sensoren einer Messvorrichtung in Signalverbindung zu stehen und/oder aus den Signalen, die ihr von den Sensoren oder auf andere Weise übermittelt wurden, die Clearance zu ermitteln. In einigen Ausführungsformen ist die Steuer- oder Regelvorrichtung konfiguriert, um den ersten Zeitanteil, während welchem innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Dialysierflüssigkeit mit dem ersten Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gefördert wird, und/oder den zweiten Zeitanteil, während welchem innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Dialysierflüssigkeit mit dem zweiten Dialysatfluss durch die Dialysierflüssigkeitskammer gefördert wird, basierend auf den von den Sensoren ermittelten, insbesondere gemessenen, Werten derart zu
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH verändern, dass die zuvor festgelegte, mittlere Clearance innerhalb des betrachteten Zeitintervalls erzielt wird. In manchen Ausführungsformen weist die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Kommunikationsvorrichtung auf oder steht mit dieser in Signalverbindung oder ist hierzu vorbereitet, mittels welcher ein oder mehrere Wert(e) eingegeben werden können, beispielsweise Werte für Zeitanteile, Zeitdauern bzw. -intervalle, die Höhe der mittleren Clearance, die Clearances im ersten Zeitanteil oder im zweiten Zeitanteil oder dergleichen. Diese Werte sind insbesondere geeignet oder vorgesehen, um die Dialysatflüsse zu bestimmen oder festzulegen, welche für die extrakorporale Blutbehandlung erforderlich sind. In manchen Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Blutbehandlungsvorrichtung einen Dialysator auf oder ist mit einem solchen verbunden. Der Dialysator ist seinerseits mittels einer semipermeablen Membran unterteilt in eine Blutkammer, und eine Dialysierflüssigkeitskammer, wobei die Blutkammer von Blut mit einem vorgegebenen Blutfluss und die Dialysierflüssigkeitskammer von Dialysierflüssigkeit mit einem vorgegebenen Dialysatfluss durchströmt werden kann. In einigen Ausführungsformen ist die Blutbehandlungsvorrichtung als Dialysevorrichtung, Hämodialysevorrichtung, Hämofiltrationsvorrichtung oder Hämodiafiltrationsvorrichtung, insbesondere als eine Vorrichtung für die akute, die chronische Nierenersatztherapie oder für die kontinuierliche Nierenersatztherapie (CKRT = continuous kidney replacement therapy) ausgestaltet.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH In manchen Ausführungsformen wird eine Änderung der Clearance nicht durch Veränderung des Blutflusses bewirkt. Bewirkt eine Veränderung des Blutflusses jedoch eine Veränderung der Clearance, so ist die Steuer- oder Regelvorrichtung nicht konfiguriert, mittels Veränderung des Blutflusses auf die Clearance gezielt einzuwirken. Der Blutfluss spielt, anders ausgedrückt, in diesen Ausführungsformen keine Rolle bei der Berechnung von Flüssen mittels der Steuer- oder Regelvorrichtung zum Erzielen der gewünschten oder zuvor festgelegten, mittleren Clearance, insbesondere nicht für das jeweilige Zeitintervall. Die Steuer- und Regelvorrichtung ist in einigen Ausführungsformen nicht konfiguriert, um eine Differenz zwischen einer Clearance basierend auf mit den Sensoren gemessenen Werten und der zuvor festgelegten, mittleren Clearance, insbesondere für das jeweilige Zeitintervall, zu ermitteln. Insbesondere ist sie nicht konfiguriert, um basierend auf der Berechnung der Differenz eine Erhöhung oder Verringerung des Dialysatflusses zu veranlassen. Unter einer Vielzahl aufeinanderfolgender Zeitintervalle wird in manchen Ausführungsformen mindestens 2, mindestens 5, höchstens 6, höchstens 10, höchstens 15, höchsten 100, höchstens 500 und/oder Kombinationen hieraus, z. B. mindestens 2 aber höchstens 5, verstanden. Die Gesamtdauer der (aufaddierten) Zeitintervalle ist nicht länger als die Dauer der Behandlungssitzung. In bestimmten Ausführungsformen ist die Länge des Zeitintervalls aus der Vielzahl der Zeitintervalle jeweils vor Beginn des betrachteten Zeitintervalls bekannt oder vor
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Beginn des betrachteten Zeitintervalls durch die Steuer- oder Regelvorrichtung festgelegt. In manchen Ausführungsformen ist die Länge des ersten Zeitanteils und/oder des zweiten Zeitanteils des betrachteten Zeitintervalls jeweils vor Beginn des betrachteten Zeitintervalls bekannt oder vor Beginn des betrachteten Zeitintervalls durch die Steuer- oder Regelvorrichtung festgelegt. Die Länge des Zeitintervalls kann in einer Speichervorrichtung hinterlegt sein. In einigen Ausführungsführungsformen hat ein Zeitintervall eine vorbestimmte Dauer. Diese kann vorab bekannt sein. Wird das Zeitintervall während der Behandlung verlängert, oder wird dem Zeitintervall ein weiteres Zeitintervall derart angehängt, dass über die Grenze zwischen dem betrachteten Zeitintervall und dem angehängten, weiteren Zeitintervall hinweg mit demselben Dialysatfluss behandelt wird, so ist dies kein Widerspruch zur sonstigen hierin gemachten Offenbarung. In bestimmten Ausführungsformen ist die Steuer- oder Regelvorrichtung nicht konfiguriert, um die Länge des ersten und/oder zweiten Zeitanteils des Zeitintervalls von dem Ergebnis der Messung der Clearance abhängig zu machen. Wenn hierin von einem „Bestimmen“ die Rede ist, so kann dieser Begriff in einigen Ausführungsformen durch „Festlegen“ oder „Festsetzen“ ersetzt werden. Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, dass sich eine Reduktion der Clearance K ohne die bisherigen Nachteile, oder unter deren Verminderung, erreichen lässt. Für den Dialysebetrieb sind i. d R. aus technischen Gründen oft Mindestförderraten nötig. Soll mittels der vorliegenden Erfindung Einfluss auf die Clearance K genommen werden, können Änderungen des Blutflusses mittels meist manueller Anpassungen durch den Anwender oder herstellerseitig aufwendiger Anpassungen des Überwachungssystems der Blutbehandlungsvorrichtung, welche unpraktisch sind, vorheilhaft entfallen. Eine weitere Möglichkeit zur Reduktion der Clearance K ist die Anordnung im Gleichstromprinzip, d. h. Blut und Dialysierflüssigkeit durchströmen den Blutfilter in der gleichen Richtung, wodurch eine Reduktion um ca. 20% erreicht werden kann. Während der Behandlung des Patienten ist dann ein Wechsel zum effizienteren Gegenstromprinzip, in welchem Blut und Dialysierflüssigkeit den Blutfilter in gegengesetzten Richtungen durchströmen, aber praktisch nicht möglich. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, dass auch im effizienteren Gegenstromprinzip eine Reduktion der Clearance K erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, vorteilhaft eine Hämofiltration (ohne diffusiven Austausch), bei welcher sich (bei typischerweise bei den für die Hämofiltration ausgestatteten Geräten) niedrige konvektive Flüsse und damit niedrige Clearances K einstellen lassen, zu umgehen. Das Verfahren der Hämofiltration ohne diffusiven Austausch ist wegen des erhöhten technischen
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Aufwands und der damit verbundenen Kosten nur auf einem kleinen Bruchteil der am Markt befindlichen Geräte verfügbar. Mittels der vorliegenden Erfindung lassen sich somit sowohl der erhöhte technische Aufwand umgehen als auch die damit verbundenen wesentlich höheren Kosten einsparen. Außerdem ist die Verfügbarkeit der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Verfahren der Hämofiltration (ohne diffusiven Austausch) signifikant erhöht. Blutbehandlungsvorrichtungen mit festen Flussraten sind weniger komplex und kostengünstiger. Aus diesem Grund ist aus technischen Gründen der Dialysatfluss in den Blutbehandlungsvorrichtungen des Stands der Technik ebenfalls nicht beliebig regulierbar, sondern oft auf nur wenige feste Flussraten, z. B. 300 und 500 ml/min, oder bestimmte Mindestflussraten, festgelegt. Mittels der vorliegenden Erfindung kann auch dieses Problem der fehlenden Regulierbarkeit auf der Dialysatseite bei der Reduktion der Clearance K vorteilhaft umgangen werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, dass es damit möglich wird eine Medikamentenzugabe im arteriellen Zweig des Systems durchzuführen, statt wie in der gängigen Praxis im venösen Zweig. Da hierdurch die Zugabe auf der Unterdruckseite des extrakorporalen Systems erfolgen kann, sind Vorrichtungen möglich, mittels welchen die Entnahme aus einem das zuzuführende Medikament enthaltenden Vorratsgefäß allein durch den arteriellen Unterdruck des extrakorporalen Systems erfolgen kann. Dies kann helfen, Zeit einzusparen und den Personaleinsatz zu verringern. Ferner kann vorteilhaft auf eine Infusionspumpe der Blutbehandlungsvorrichtung (oder auf eine externe Pumpe für diesen Zweck) verzichtet werden.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Alle mit den hierin genannten Verfahrensschritten erzielbaren Vorteile lassen sich in bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ungeschmälert auch mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen erzielen. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren rein exemplarisch beschrieben. In ihnen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten. Es gilt: Fig. 1 zeigt schematisch vereinfacht einen Fluidleitungsaufbau einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung in einer ersten Ausführungsform im Gebrauch; Fig. 3 zeigt den zeitlichen Ablauf eines clearancegesteuerten Wechsels des Dialysatflusses während der Behandlung eines Patienten mittels einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung, aufweisend eine erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung, in einer weiteren Ausführungsform; Fig. 4 zeigt ein kinetisches 2-Pool-Modell für den Stoffaustausch zwischen Körperkompartimenten IC und EC.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Fig. 5a zeigt eine Simulation des stofflichen Konzentrationsverlaufs unter Annahme einer Interkompartimente-Clearance von 800 ml/min; Fig. 5b zeigt eine Simulation des stofflichen Konzentrationsverlaufs unter Annahme einer Interkompartimente-Clearance von 100 ml/min; Fig. 6a zeigt einen möglichen Konzentrationsverlauf auf der Dialysatseite stromab des Blutfilters ohne Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration; und Fig. 6b zeigt einen möglichen Konzentrationsverlauf auf der Dialysatseite stromab des Blutfilters mit Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration. Fig. 1 zeigt einen Fluidleitungsaufbau einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung 100 in einer ersten Ausführungsform. Die Blutbehandlungsvorrichtung ist in Fig. 1 nur durch einzelne, schematisch zum Teil stark vereinfachte Komponenten dargestellt. Die Blutbehandlungsvorrichtung 100, die in einem zumindest teilweise aufgerüsteten Gebrauchszustand gezeigt ist, ist verbunden mit einem extrakorporalen Blutkreislauf 300, welcher zu einer Behandlung mittels Double-Needle-Zugangs, oder unter Verwendung z. B. eines zusätzlichen Y-Verbinders (Bezugszeichen Y) wie in Fig. 1 gezeigt, mittels Single- Needle-Zugangs mit dem Gefäßsystem des nicht dargestellten Patienten verbunden werden kann und optional nicht zur Blutbehandlungsvorrichtung 100 zählt, in anderen Ausführungsformen hingegen schon. Der Blutkreislauf 300 kann
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH optional in Abschnitten hiervon in oder auf einer Blutkassette vorliegen. Pumpen, Aktoren und/oder Ventile im Bereich des Blutkreislaufs 300 sind mit der erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung 100 bzw. mit einer von dieser z. B. umfassten Steuer- oder Regelvorrichtung 150 in Signalverbindung verbunden, wo zur Steuerung oder Regelung erforderlich. Der Blutkreislauf 300 weist eine arterielle Patientenschlauchklemme 302 und eine arterielle Konnektionsnadel (in Fig. 1 nicht gezeigt) eines arteriellen Abschnitts oder einer arteriellen Patientenleitung, Blutentnahmeleitung oder ersten Leitung 301 auf (oder ist hiermit verbunden). Der Blutkreislauf 300 weist ferner eine venöse Patientenschlauchklemme 306 und eine venöse Konnektionsnadel (in Fig. 1 nicht gezeigt) eines venösen Abschnitts, einer venösen Patientenleitung, Blutrückgabeleitung oder zweiten Leitung 305 auf (oder ist hiermit verbunden). Eine Blutpumpe 101 ist in oder an der ersten Leitung 301 vorgesehen, eine optionale Substituatpumpe 111 ist z. B. mit einer Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 zum Fördern von frischer Dialysierflüssigkeit, welche in einer Filterstufe (Filter F2) gefiltert wird (Substituat), verbunden. Eine optionale Substituatleitung 105 kann fluidisch z. B. mit einer Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 verbunden sein. Mittels der Substituatpumpe 111 kann Substituat per Prädilution, über ein optionales Prädilutionsventil 107, oder
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH per Postdilution, über ein optionales Postdilutionsventil 109, über optionale, zugehörige Leitungen 107a bzw. 109a in Leitungsabschnitte, beispielsweise in den arteriellen Leitungsabschnitt 301 bzw. in den venösen Leitungsabschnitt 305 (hier zwischen einer Blutkammer 303b eines Blutfilters 303 und einer venösen Luftabscheidekammer bzw. einem venösen Blasenfänger 329) des Blutkreislaufs 300 eingebracht werden. Der Blutfilter 303 weist die mit dem arteriellen Leitungsabschnitt 301 und mit dem venösen Leitungsabschnitt 305 verbundene Blutkammer 303b auf. Eine Dialysierflüssigkeitskammer 303a des Blutfilters 303 ist mit der zur Dialysierflüssigkeitskammer 303a führenden Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 und einer von der Dialysierflüssigkeitskammer 303a wegführenden Dialysatablaufleitung 102, welche Dialysat, also verbrauchte Dialysierflüssigkeit, leitet, verbunden. Hierzu dienen geeignete Konnektoren an der Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 bzw. an der Dialysatablaufleitung 102 einerseits und an den Dialysatports des Blutfilters 303 andererseits, welche, insbesondere lösbar, miteinander verbunden werden können. Dialysierflüssigkeitskammer 303a und Blutkammer 303b sind durch eine zumeist semi-permeable Membran 303c voneinander getrennt. Sie stellt die Trennscheide zwischen der Blutseite mit dem extrakorporalen Blutkreislauf 300 und der Maschinenseite mit dem Dialysierflüssigkeits- bzw. Dialysatkreislauf dar, die in Fig. 1 links der Membran 303c gezeigt ist.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Die Anordnung der Fig. 1 umfasst einen optionalen Detektor 315 zum Detektieren von Luft und/oder Blut. Die Anordnung der Fig. 1 umfasst optional ferner einen oder zwei Drucksensoren PS1 (stromauf der Blutpumpe 101) und PS2 (stromab der Blutpumpe 101, er misst den Druck stromauf des Blutfilters 303 („prä-Hämofilter“)) an den in Fig. 1 gezeigten Stellen. Weitere Drucksensoren können vorgesehen sein, z. B. der Drucksensor PS3 stromab des venösen Blasenfängers 329. Eine optionale Single-Needle-Kammer 317 kommt in Fig. 1 als Puffer- und/oder Ausgleichsbehälter bei einem Single-Needle- Verfahren zum Einsatz, bei welchem der Patient mittels nur einer der zwei Blutleitungen 301, 305 mit dem extrakorporalen Blutkreislauf 300 verbunden ist. Eine Zugabestelle 325 für Heparin oder ein anderes, insbesondere lokales, Antikoagulans, kann optional vorgesehen sein. Links in Fig. 1 ist eine optionale Anmischvorrichtung 163 gezeigt, welche aus den Behältern A (für A-Konzentrat über die Konzentratversorgung 166) und B (für B Konzentrat über die Konzentratversorgung 168) eine vorbestimmte Mischung für die jeweilige Lösung zur Verwendung durch die Blutbehandlungsvorrichtung 100 bereitstellt. Die Lösung enthält Wasser aus der Wasserquelle 155 (online, z. B. als Umkehrosmosewasser oder aus Beuteln), welches z. B. in der Heizvorrichtung 162 angewärmt wird. Eine optionale Pumpe 171, welche als Konzentratpumpe oder Natriumpumpe bezeichnet werden kann, ist mit der Anmischvorrichtung 163 und einer Quelle mit Natrium, etwa dem
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Behälter A, fluidisch verbunden und/oder fördert hieraus. Eine optionale Pumpe 173, welche dem Behälter B, etwa für Bicarbonat, zugeordnet ist, ist zu erkennen. Weiter ist in Fig. 1 ein Abfluss 153 für das Effluent zu erkennen. Ein optionaler Wärmetauscher 157 und eine optionale erste Flusspumpe 159, die zur Entgasung geeignet ist, ergänzen die gezeigte Anordnung. Der optionale Drucksensor PS4 stromab des Blutfilters 303 auf der Wasserseite, jedoch vorzugsweise stromauf einer optionalen Ultrafiltrationspumpe 131 in der Dialysatablaufleitung 102 kann zum Messen des Filtratdrucks oder Membrandrucks des Blutfilters 303 vorgesehen sein. Die Ultrafiltrationspumpe 131 stellt ein Mittel zum exakten Entfernen eines durch den Anwender und/oder durch die Steuer- oder Regelvorrichtung 150 vorgegebenen Flüssigkeitsvolumens aus dem bilanzierten Kreislauf dar. Blut, das den Blutfilter 303 verlässt, durchströmt einen optionalen venösen Blasenfänger 329, welcher eine Entlüftungseinrichtung 318 aufweisen und mit dem Drucksensor PS3 in Fluidverbindung stehen kann. Die in Fig. 1 gezeigte exemplarische Anordnung weist die erfindungsgemäße Steuer- oder Regelvorrichtung 150 auf. Letztere kann mit jeder der hierin genannten Komponenten - jedenfalls oder insbesondere mit der Blutpumpe 101 - in kabelgebundener oder kabelloser Signalverbindung zur Steuerung oder Regelung der Blutbehandlungsvorrichtung 100 stehen.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Mittels der Vorrichtung zur Online-Mischung der Dialysierflüssigkeit ist eine Variation deren Natriumgehalts, gesteuert durch die Steuer- oder Regelvorrichtung 150, in bestimmten Grenzen möglich. Hierzu können insbesondere die mittels Leitfähigkeitssensoren 163a, 163b ermittelten Messwerte einbezogen werden. Sollte sich dabei eine Anpassung des Natriumgehalts der Dialysierflüssigkeit (Natriumkonzentration) oder des Substituats als erforderlich oder gewünscht ergeben, so kann dies durch Anpassen der Förderrate der Natriumpumpe 171 erfolgen. Darüber hinaus umfasst die Blutbehandlungsvorrichtung 100 Mittel zur Förderung von frischer Dialysierflüssigkeit sowie von Dialysat. Ein optionales erstes Ventil V24 kann zwischen der ersten Flusspumpe 159 und dem Blutfilter 303 vorgesehen sein, welches eingangsseitig den Zulauf zum Blutfilter 303 öffnet bzw. schließt. Eine zweite, optionale Flusspumpe 169 ist z. B. stromabwärts des Blutfilters 303 vorgesehen, welche Dialysat zum Abfluss 153 fördert. Ein zweites Ventil V25 kann zwischen dem Blutfilter 303 und der zweiten Flusspumpe 169 vorgesehen sein, welches ausgangsseitig den Ablauf öffnet bzw. schließt. Weiterhin umfasst die Blutbehandlungsvorrichtung 100 optional eine Vorrichtung 161 zur Bilanzierung des in den Dialysator 303 ein- und ausströmenden Flusses auf der Maschinenseite. Die Vorrichtung 161 zur Bilanzierung ist vorzugsweise in einem Leitungsbereich zwischen der ersten Flusspumpe 159 und der zweiten Flusspumpe 169 angeordnet. Sensoren wie die optionalen Leitfähigkeitssensoren 163a, 163b dienen der Bestimmung der, in manchen Ausführungsformen
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH temperaturkompensierten, Leitfähigkeit sowie des Flüssigkeitsstroms stromauf und stromab des Dialysators 303. Optionale Temperatursensoren 165a, 165b können einzeln oder zu mehreren vorgesehen sein. Von ihnen gelieferte Temperaturwerte können erfindungsgemäß zum Ermitteln einer temperaturkompensierten Leitfähigkeit genutzt werden. Ein Leckagesensor 167 ist optional vorgesehen. Er kann alternativ auch an anderer Stelle vorgesehen sein. Weitere Flusspumpen, ergänzend oder alternativ zu z. B. jener mit dem Bezugszeichen 169, können ebenfalls vorgesehen sein. Eine Reihe von optionalen Ventilen ist in Fig. 1 jeweils mit V bezeichnet. Bypassventile sind mit VB bezeichnet. Ein Drucksensor PS5 zum Messen des Drucks in der Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 kann vorgesehen sein. Basierend auf den Messwerten der vorgenannten, optionalen Sensoren ermittelt in einigen Ausführungsformen die Steuer- oder Regelvorrichtung 150 die Elektrolyt- und/oder Flüssigkeitsbilanz. Filter F1 und F2 können in Serie geschaltet vorgesehen sein. Der Filter F1 dient hier exemplarisch dazu, mittels der Anmischvorrichtung 163 selbst unter Nutzung von nicht-reinem Wasser ausreichend reine Dialysierflüssigkeit zu erzeugen, welche anschließend, z. B. im Gegenstromprinzip, durch den Blutfilter 303 strömt.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Der Filter F2 dient hier exemplarisch dazu, aus der ausreichend reinen Dialysierflüssigkeit, welche den ersten Filter F1 verlässt, durch Filtern von z. B. pyrogenen Stoffen steriles oder ausreichend gefiltertes Substituat zu generieren, welches bedenkenlos dem extrakorporal strömenden Blut des Patienten und damit letztlich dem Körper des Patienten zugeführt werden kann. Die Blutbehandlungsvorrichtung 100 ist in Fig. 1 zwar optional als Vorrichtung zur Hämo(dia)filtration gezeigt. Hämodialysevorrichtungen fallen jedoch ebenfalls unter die vorliegende Erfindung, obgleich nicht eigens mittels Figur dargestellt. Die in Fig. 1 gezeigten Pfeilspitzen geben in Fig. 1 allgemein jeweils die Strömungsrichtung an. Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Blutbehandlungsvorrichtung 100 mit einer erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung 100 in einer ersten Ausführungsform im Gebrauch. Mittels einer Blutpumpe 101 wird über den Gefäßzugang des Patienten Pa über eine arterielle (erste) Konnektionsnadel Blut entnommen und über eine erste Leitung 301 einem Blutfilter oder Dialysator 303 zugeführt. Die Blutpumpe 101 kann Bestandteil einer Blutbehandlungsvorrichtung 100 oder in einem Disposable integriert sein. Zur Förderung können beliebige geeignete Verfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise eine Förderung mittels Peristaltikpumpen oder mittels Impellerpumpen.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Bei dem Blutfilter 303 kann es sich um eine beliebige Einheit zur Durchführung von Hämodialyse (HD), Hämofiltration (HF), Hämodiafiltration (HDF), oder einer Kombination hieraus handeln. Die Vorrichtung weist Mittel zur Dialysierflüssigkeitszubereitung auf, beispielsweise wie zu Fig. 1 ausgeführt, wobei die frische Dialysierflüssigkeit mittels einer geeigneten regelbaren Flusspumpe 169 über die Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 zum Blutfilter 303, insbesondere in dessen Dialysierflüssigkeitskammer 303a, gefördert wird. Hierbei kann die Flusspumpe 169 auch als „Ladepumpe“ betrachtet und auch so bezeichnet werden, über welche der Dialysierflüssigkeitsfluss anhand der Drehzahl der Flusspumpe 169 eingestellt werden kann. Die Vorrichtung zur Bilanzierung 161 liefert über eine geeignete Schaltung von Ventilen zyklisch frische Dialysierflüssigkeit über den Filter F1 und das Dialysatorventil V24, hierin auch kurz: Ventil, in den Dialysator 303. Die Vorrichtung zur Bilanzierung 161 sorgt im Wechseltakt dafür, dass das Volumen der Dialysierflüssigkeit, welches in den Dialysator 303 einfließt, gleich dem Volumen ist, welches über die Bilanzkammern der Vorrichtung zur Bilanzierung 161 zurückfließt. Ein Drucksensor zwischen der Flusspumpe 169 und der Vorrichtung zur Bilanzierung 161 erkennt durch den Druckanstieg eine gefüllte Bilanzkammer und ändert entsprechend die Ventilstellung (auf/zu).
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Die Flusspumpe 169 sorgt dafür, dass Dialysat vom Dialysator 303 kommend in die Bilanzkammern der Vorrichtung zur Bilanzierung 161 zugeführt wird. Insbesondere weisen die Mittel zur Dialysierflüssigkeitszubereitung ihrerseits Mittel zur Änderung der Dialysierflüssigkeitszusammensetzung durch Änderung des Mischungsverhältnisses der an der Online- Dialysierflüssigkeitserzeugung beteiligten Komponenten auf, beispielsweise wie zu Fig. 1 ausgeführt. Über eine Dialysatablaufleitung 102 gelangt das verbrauchte Dialysat wieder zurück zu einem optionalen Mittel zur Dialysataufbereitung 160. Hierzu können optional die zweite Flusspumpe 169 und/oder andere Mittel zum Flüssigkeitsentzug mittels Ultrafiltration dienen, die in der Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 104 oder der Dialysatablaufleitung 102 vorgesehen sein können. Ebenso können Mittel zur vorzugsweise kontinuierlichen Messung des Dialysatflusses in einer dieser Leitungen 102, 104 enthalten sein. In manchen Ausführungsformen kann die Blutbehandlungsvorrichtung 100 weiter Mittel aufweisen, um aus dem insgesamten Dialysat nach der Vorgabe der Steuer- oder Regelvorrichtung 150 einen Teilstrom zum Zweck der Substitution abzuzweigen, so dass unter Verwendung einer Vorrichtung zur Bilanzierung 161 (siehe Fig. 1) eine HF- oder HDF- Behandlung in Prä- oder Postdilution durchgeführt werden kann. Der Teilstrom wird hier exemplarisch aus dem Strom, kommend von der Vorrichtung zur Bilanzierung 161 und dem Filter F1, über den Filter F2 in die nachfolgende Fluidleitung gebracht und mittels der Substituatpumpe 111
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH über die Prä- 107a und/oder Postdilutionsleitung 109a in den extrakorporalen Blutkreislauf 300 eingeleitet. Die Blutbehandlungsvorrichtung 100 weist im Beispiel der Fig. 2 je zwei blutseitige Sensoren 402a, 402b und zwei dialysatseitige Sensoren 400a, 400b auf, welche jeweils stromauf bzw. stromab des Blutfilters 303 angeordnet sind. Diese Sensoren 400a, 400b, 402a, 402b sind dazu geeignet und vorgesehen, die Konzentration eines im Blut bzw. im Dialysat enthaltenen Stoffes, z. B. Natrium, oder einer damit korrelierenden Größe durch ein beliebiges Verfahren zur kontaktbehafteten oder kontaktlosen Messung zu bestimmen. Insbesondere kann es sich hierbei um ionenselektive Elektroden, Leitfähigkeitssensoren oder spektroskopische Vorrichtungen zur Messung im infraroten, sichtbaren oder UV- Bereich handeln. Hierbei wird wenigstens ein Sensor 400b, 402b, welcher stromab des Blutfilters 303 auf der Blut- oder Dialysatseite angeordnet ist, verwendet. Die gleichartigen oder verschiedenartigen Sensoren können derart eingesetzt werden, dass es durch Kombination der oder basierend auf den Messwerte(n) der unterschiedlichen Sensoren bzw. Stoffkonzentrationen oder mit Stoffkonzentrationen korrelierenden Größen mittels der erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung 150 möglich wird, die Clearance K (bzw. Dialysance) eines oder mehrerer Stoffe oder von Stoffgruppen zu berechnen. Hierzu können sowohl Verfahren, die nicht in den Ablauf der Behandlung eingreifen als auch Verfahren, die zum Zweck der Clearancebestimmung Variationen an der Dialysierflüssigkeitszusammensetzung oder den Flüssen durchführen, zählen.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Die Verbindung der Sensoren 400a, 400b, 402a, 402b mit den blut- bzw. dialysatseitigen Messstellen kann fest in der Blutbehandlungsvorrichtung 100 installiert sein. Alternativ können die Sensoren ganz oder teilweise erst beim Vorbereiten der Blutbehandlungsvorrichtung 100 platziert bzw. eingesetzt werden. Insbesondere können die Sensoren 400a, 400b, 402a, 402b Bestandteil von Disposables auf der Blut- und/oder Dialysatseite sein. Die Verbindung zwischen den Sensoren 400a, 400b, 402a, 402b und der Steuer- oder Regelvorrichtung 150 kann leitungsgebunden oder drahtlos sein. Die Steuer- oder Regelvorrichtung 150 ist in manchen Ausführungsformen programmiert bzw. konfiguriert, auf Basis der Messwerte der Sensoren 400a, 400b, 402a, 402b und weiterer Mess- und Stellgrößen der Blutbehandlungsvorrichtung 100, insbesondere blut- und dialysatseitige Flüsse, eine Clearance K, eine Dialysedosis Kt bzw. Kt/V, zu berechnen. Statt der momentan ermittelten Werte oder ergänzend zu diesen können über ein Zeitintervall gemittelte Werte verwendet werden. Handelt es sich bei den Sensoren 400a, 400b, 402a, 402b um Leitfähigkeitssensoren oder ionenselektiv messende Sensoren, so kann die Steuer- oder Regelvorrichtung 150, z. B. unter Verwenden der bekannten oder hierin genannten Formeln, die blutseitigen Konzentrationen der Stoffe von Interesse berechnen, die sich sowohl aus der unmittelbaren Berechnung als auch unter Zuhilfenahme eines kinetischen Modells für den Austausch über verschiedene Körperkompartimente, insbesondere in Zeiten ohne Dialysatfluss, ergeben.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Über eine Anzeigevorrichtung 500 und/oder eine Kommunikationsvorrichtung 600 können die, die Clearance K, die Dialysedosis Kt oder Stoffkonzentration betreffenden, Größen an den Anwender oder einen externen Beobachter ausgegeben werden. Weiter kann es mittels der Anzeigevorrichtung 500 und der Kommunikationsvorrichtung 600 möglich sein, eine Vorgabe für den gewünschten zeitlichen Verlauf der Clearance K vorzugeben. Diese Vorgabe wird mittels der Blutbehandlungsvorrichtung 100 umgesetzt. Weiter kann es mittels der Anzeigevorrichtung 500 und der Kommunikationsvorrichtung 600 möglich sein, Parameter einzugeben bzw. zu empfangen, welche es ermöglichen, einen Näherungswert der Clearance K bei den verschiedenen verwendeten Dialysatflüssen Qd zu berechnen. Hierzu gehören insbesondere der Dialysatorparameter K
0A bzw. sein effektiver Wert, der Shuntfluss des Patienten, seine cardiopulmonare Rezirkulation, sein Cardiac Output, die aus früheren Behandlungen bekannte Rezirkulation, sowie die Ergebnisse von Clearancemessungen aus früheren Behandlungen des aktuell behandelten Patienten oder anderer Patienten. Fig. 3 zeigt den zeitlichen Ablauf eines clearancegesteuerten Wechsels des Dialysatflusses während der Behandlung eines Patienten Pa mittels einer erfindungsgemäßen Blutbehandlungsvorrichtung 100 aufweisend eine erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung 150 in einer weiteren Ausführungsform.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Es wird auf die Bezugszeichen in den vorausgegangenen Figuren Bezug genommen. Der Einfachheit halber wird für die folgenden Ausführungen zu Fig. 3 ein 1-Pool-Modell zugrunde gelegt, d. h. der interne Austausch zwischen Intravasalraum (Gefäßsystem), interstitiellem Raum (Zwischenzellraum) und intrazellulärem Raum wurde hier nicht berücksichtigt. Bei der Berechnung der Dialysedosis Kt/V wird in diesen Modellen davon ausgegangen, dass direkt nach der Dialyse des Patienten Pa die Harnstoffkonzentration in seinem ganzen Körper gleich niedrig ist, was aber beim realen Patienten Pa nicht der Fall ist (siehe hierzu auch die Erläuterungen zum 2-Pool-Modell, welche hierin ausgeführt sind). Das Entfernen eines nicht in der Dialysierflüssigkeit enthaltenen Stoffes mit Konzentration ^, der im Patienten in einem stoffspezifischen Verteilungsvolumen ^ gleichmäßig verteilt ist, mittels eines Reinigungsverfahrens mit Clearance ^ lässt sich im 1-Pool-Modell wie folgt beschreiben: ^
^^^^ = −^^^^^^^ (Formel 1) Bei konstantem K und V ist die zeitabhängige Lösung für die Konzentration:
(Formel 2) Wenn sich ^ im Laufe der Behandlung ändert, lässt sich die gesamte Behandlung in ^ aufeinanderfolgende Abschnitte mit Dauer ^
^ und jeweils zugehöriger Clearance ^
^ einteilen. Mit ^ =
∑^ ^
^^ ^
^ ergibt sich für die Konzentration zum Zeitpunkt ^:
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH (Formel 3)
Somit hängt bei konstantem Verteilungsvolumen ^ die Endkonzentration ^^^^ nur von der Summe ∑
^ ^
^^
^ ab, so dass stattdessen auch die über die bisherige Behandlungsdauer ^
^^^^ gemittelte Clearance 〈
^ 〉 = ^ !
"#$ ∑ ^ ^^^^ = ^ !
"#$ % !"#$ ^ ^ ^ ^ ^^ (Formel 4) verwendet werden kann:
(Formel 5) Der zeitliche Verlauf von ^ ist also für die Endkonzentration unerheblich. ^
^ hängt insbesondere vom Dialysatfluss &
^,^ ab, wobei ^
^&
^ = 0
^ = 0 ist. Neben einem oder mehreren verschiedenen Werten für den Dialysatfluss &
^ lässt sich bei jeder Blutbehandlungsvorrichtung der Dialysatfluss &
^ durch den Dialysator 303 durch Ausschalten der Dialysierflüssigkeitsproduktion oder durch zeitweises Umleitung der Dialysierflüssigkeit am Dialysator 303 vorbei (Bypass) auf Null setzen. Während online HDF-Verfahren, bei denen die online produzierte Dialysierflüssigkeit sowohl den Dialysator 303 für den diffusiven Stoffaustausch durchströmt als auch durch Abzweigen eines Teilflusses als Substituat verwendet wird, kann der Dialysatfluss &
^ durch den
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Dialysator 303 dadurch reduziert werden, indem der für die Substitution verwendete Anteil erhöht wird. Durch Umschalten zwischen zwei Werten &
^,^ und &
^,( innerhalb eines Zeitintervalls ^
^ lässt sich durch Wahl des Zeitanteils ) = , wobei ^
^ die Dauer bezeichnet, in der der Dialysatfluss mit &
^,^ eingestellt ist, und umgekehrt, jede gemittelte Clearance ^
+ zwischen ^
^und ^
( erzeugen: ^
+ = )^^ + ^1 − )^^( (Formel 6) Für &
^,( = 0 (d. h. Dialysatfluss aus) mit ^
( = 0 ist also ^
+ = )^
^. Für einen quasikontinuierlichen Betrieb lässt sich die gesamte Behandlung in ^ aufeinanderfolgende Abschnitte . mit Dauer ^
^ und einer vorgegebenen, über die Dauer ^
^ zu erzielenden mittleren Clearance ^
+ ^ einteilen. ^
+ ^ wird durch Umschalten gemäß Formel 1 realisiert, also im einfachsten Fall durch Ausschalten des Flusses durch die Dialysierflüssigkeitskammer 303a des Dialysators 303 nach der Zeitdauer )
^^
^, was hier ebenfalls als Zeitpunkt ^
^ bezeichnet werden kann. Zur Bestimmung von ) ist die Kenntnis von ^
^ und ^
( erforderlich. Diese können aus einem Modell des Dialysators 303 als Funktion des Dialysatorparameters K
0A und der Flüsse abgeschätzt werden. In der Literatur (z.B. Sargent & Gotch, „Principles and Biophysics of Dialysis“ in „Replacement of renal function by dialysis“) sind Modelle beschrieben, mit denen bei Kenntnis
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH des Dialysatorparameters K
0A und der Flüsse am Dialysator 303 die Clearance ^ berechnet werden kann. 0
^^11 = &2^ ^3 − 1
&^ − &2^ (
Formel 7) ^
3 −
& , 5 = 6 ^ 7 &2 & & 4 ^ ^ ^ Hierbei bezeichnen 0
^^11 den diffusiven Anteil der Clearance ^ im Dialysator 303 &
2^ den gesamten Strom am Bluteingang Es gilt &
2^ = &
4 bei Behandlungen mit HD und HDF-Postdilution; &
2^ = &
4 + &
8 bei Behandlungen mit HDF-Prädilution, wobei &
8 die Substitutionsrate ist. Die gesamte erwartete Clearance ergibt sich dann unter Berücksichtigung des verwendeten Dialyseverfahrens
wobei &
1 die Netto-Ultrafiltrationsrate bezeichnet, d. h. den Flüssigkeitsentzug mittels Ultrafiltration (in der Einheit [ml/min]). Hierbei ist zu berücksichtigen, dass für ^
^7 ein effektiver Wert ^^
^7^
:11 des Dialysatorparameters verwendet werden muss, der wesentlich von den aus Labormessungen stammenden Herstellerangaben abweicht (z. B. Depner „Dialyzer Performance in the HEMO Study: In Vivo K
0A and True Blood Flow Determined from a Model of Cross-Dialyzer Urea Extraction“, ASAIO Journal 2004) und die realen
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Bluteigenschaften und Eigenschaften des Blutkreislaufs berücksichtigt. Zum anderen ist es aber auch möglich, ^
^ und ^
( während der Behandlung durch blut- oder dialysatseitige Messungen zu bestimmen, um so auf sich ggf. während der Behandlung ändernde Bedingungen reagieren zu können. Aus Formel 6 folgt (Formel 9)
Vorteilhafterweise ist die Intervalldauer ^. so gewählt, dass hierin eine Messung von ^
^, und bei &
^,( > 0 zusätzlich von ^
( möglich ist. Ebenfalls ist es möglich, innerhalb der einzelnen Intervalle nur ^
( oder ^
^ zu messen und den Messwert dann im darauffolgenden Intervall weiterzuverwenden, bzw. die Länge der Intervalle so anzupassen, dass auf ein längeres Intervall mit Clearancemessung ein kürzeres Intervall ohne Clearancemessung folgt. Zu Beginn der Behandlung soll für die Dauer ^
^ eine mittlere Clearance von ^
+ ^ erzielt werden. Die Blutbehandlungsvorrichtung 100 verfügt dabei hier über zwei diskrete Dialysatfluss-Einstellungen &
I,^ und &
I,(, wobei &
I,( bevorzugt Null sein kann. Die Behandlung beginnt mit einem initialen Dialyierflüssigkeitsfluss &
I,^. Basierend auf der Kenntnis des Blutflusses und einer Schätzung des effektiven Dialysatorparameters ^^
^7^
:11 können nun Schätzungen der Clearances ^
^ und ^
( gemäß Formel 3 erfolgen, wobei bevorzugt ^
( = 0 ist. Hieraus kann nun gemäß
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Formel 4 der Zeitanteil )
^ ermittelt werden, also der Anteil am Zeitintervall ^
^, in dem der Dialysatfluss
eingestellt sein soll. Vorteilhafter Weise erfolgt sobald wie möglich eine Messung J
^,^ zum Bestimmen von ^
^ und eine anschließende Ermittlung von ^
^ wie in Fig. 2 gezeigt, um einen präziseren (Ziel-)Wert für )
^ bestimmen zu können. Nach Ende dieser Messung J
^,^ zum Bestimmen von ^
^ wird in manchen Ausführungsformen über das weitere Vorgehen im Intervall ^
^ entschieden: Bei &
I,( = ^
( = 0 wird die Behandlung solange mit Dialysatfluss &
I,^ fortgesetzt, bis die Zeitdauer )
^^
^ verstrichen ist, danach wird &
I =
eingestellt. Im Falle, dass die Messung so lange gedauert hat, dass das ) > 1 ist, wird ^
^ so verlängert, dass nach Ablauf des nun verlängerten ^
^ hierdurch die mittlere Clearance ^
+ ^ verabreicht wurde. In diesem Fall können die Dauer des folgenden Zeitintervalls sowie die Vorgabe für die im folgenden Zeitintervall zu erreichende mittlere Clearance angepasst werden. Sind &
I,( und damit ^
( > 0, so wird unmittelbar nach Ende der Messung von ^
^ der Dialysatfluss &
I,( eingestellt und eine Messung J
(,( mit anschließender Ermittlung von ^
( durchgeführt. Wie für den Fall von &
I,( = ^
( = 0 wird nun über eine Verlängerung von ^
^ mit Ausgleich im folgenden Intervall entschieden. Für den Fall, dass ^
^ > ^
+ ^ ist, wird &
I,( = 0 gesetzt. In den folgenden Intervallen werden nun die im ersten Intervall ermittelten Clearances bei &
I,^ und &
I,( als Grundlage für die Berechnung von ) genommen, da angenommen werden kann, dass sich bei konstanten Flussverhältnissen die Clearance nur wenig ändert.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Für jedes Zeitintervall kann ein separater Vorgabewert für die mittlere Clearance ^
+ K existieren. In den einzelnen Intervallen können aber durch weitere Messungen mit anschließender Ermittlung der Clearance Aktualisierungen dieser Werte erfolgen, wobei jeweils nur einer der Werte oder beide Werte ermittelt werden können. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, beliebig kleine Werte der diffusiven Clearance kontrolliert einzustellen. Fig. 4 zeigt ein kinetisches 2-Pool-Modell für den Stoffaustausch zwischen Körperkompartimenten IC und EC. Mittels des bisher betrachteten 1-Pool-Modells lässt sich der in der Klinik beobachtete Effekt, dass unmittelbar nach dem Ende der Dialyse die Stoffkonzentration, z. B. von Harnstoff, im Blut wieder ansteigt, nicht erklären. Dieser Effekt wird als „Rebound“ bezeichnet und lässt sich mittels eines 2-Pool- Modells erklären (siehe z. B. Gotch, „Replacement of Renal Function by Dialysis“), in welchem der interne Austausch zwischen interzellulärem Raum, der den Intravasalraum (Gefäßsystem) mit umfasst, und interzellulärem Raum berücksichtigt wird. Für die Dialyse ist nur der extrazelluläre Raum EC zugänglich, d. h. ein Stoffaustausch muss über die interne Clearance ^
LM mit dem intrazellulären Raum IC erfolgen. Dieser Stoffaustausch setzt sich auch nach Ende der Dialyse solange fort, bis sich die Konzentration in allen Kompartimenten EC und IC auf den Wert ^
:N angeglichen hat. Das Modell der Fig. 4 zeigt den inter- und intrazellulären Raum IC, welcher ein Volumen ^
LM und eine Stoffkonzentration
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH ^
LM aufweist. Mittels der internen Clearance ^
LM werden die Stoffkonzentration ^
LM im interzellulären Raum IC und die Stoffkonzentration ^
OM des extrazellulären Raums EC, welcher seinerseits ein Volumen ^
OM aufweist, nach dem Prinzip der Diffusion angeglichen. Mittels der während der Behandlungssitzung erfolgenden Clearance ^
^^^^ findet während der Behandlungssitzung ein Stoffentzug aus dem Blut des Patienten in Abhängigkeit von der Konzentration ^
^^ statt. (
Formel 10)
Die Dialysedosis Kt/V lässt sich nach Umstellen von Formel 5 aus dem Verhältnis der blutseitigen Stoffkonzentration zu Beginn der Behandlung ^
^ und der Endkonzentration ^
:X^ berechnen, wobei im 1-Pool-Modell ^ der mittleren Clearance 〈^〉 während der Dialyse entspricht:
(Formel 11) Da der Patient aber ein 2-Pool-Verhalten zeigt, steigt nach Ende der Behandlungssitzung im Blut die Konzentration von nicht in der Dialysierflüssigkeit enthalten Substanzen wieder an, so dass ^
:N > ^
:X^ ist. Daher ist die aus der equilibrierten Konzentration berechnete Dialysedosis
stets niedriger als der Wert aus dem 1-Pool-Modell
^^^/^
^ cd, welcher in guter Näherung demjenigen Wert entspricht, der durch eine geräteseitige kontinuierliche Messung und darauf basierender Ermittlung der Clearance erhalten wird.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Für die klinische Praxis werden Verfahren zur Umrechnung zwischen ^^^/^^
:N und ^^^/^^
cd angeboten (siehe z. B. Daugirdas „Solute Solver“, verfügbar auf http://www.ureakinetics.org/). Die equilibrierte Dialysedosis wird durch das hierin offenbarte intermittierende Verfahren nicht beeinflusst, so dass die verwendeten Umrechnungsmodelle weiterhin gültig sind (siehe Fig. 5a und Fig. 5b). Fig. 5a zeigt eine numerische Simulation des stofflichen Konzentrationsverlaufs einer Substanz wie Phosphat unter Annahme einer hohen Interkompartimente-Clearance von 800 ml/min. Mittels numerischer Simulationen kann beispielsweise gezeigt werden, dass
^^^/^
^ :N =
^〈^
〉^/^
^ :N (
〈^
〉 : mittlere Clearance gemäß Formel 4) in guter Näherung unabhängig von x und T ist. Die Fig. 5a zeigt die Konzentrationskurve Ck bei kontinuierlicher Clearance hinter der Konzentrationskurve Ci50 bei intermittierender Clearance mit einem Zeitanteil x = 50 % und der Konzentrationskurve Ci75bei intermittierender Clearance mit einem Zeitanteil x = 75 %. Dies sind die Konzentrationsverläufe im Intravasalraum EC (Gefäßsystem) des Patienten, welcher der Dialyse unmittelbar zugänglich ist. Über diesen Kurven sind in der Fig. 5a die Konzentrationskurve CkIC bei kontinuierlicher Clearance hinter der Konzentrationskurve Ci
IC50 bei intermittierender Clearance mit einem Zeitanteil x = 50 % und der Konzentrationskurve CiIC75bei intermittierender Clearance mit
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH einem Zeitanteil x = 75 %. Dies sind die Konzentrationsverläufe im inter- und intrazellulärem Raum IC. In der Simulation wurde ein periodischer Wechsel zwischen einem Zustand mit Dialysatfluss Qd,1und ohne Dialysatfluss (Qd,2=0) so angenommen, dass
〈^
〉 in allen Fällen gleich war. Der intermittierende Verlauf der „Reinigung“ des Intravasalraums EC zeigt sich am wiederkehrenden Anstieg der Konzentration zu Zeiten ohne Dialysatfluss (Q
d,2=0). Insgesamt zeigt sich, dass der Konzentrationsverlauf bei den intermittierenden Verfahren nicht wesentlich vom Konzentrationsverlauf bei kontinuierlicher Clearance abweicht, so dass sich, gemessen aneinander, nach Ende der Behandlungssitzung durch oder nach dem Rebound fast identische Konzentrationen einstellen. Damit sind die für den kontinuierlichen Fall entwickelten Umrechnungsverfahren zwischen
^^^/^
^ :N und
^^^/^
^ cd weiterhin anwendbar. Fig. 5b zeigt eine numerische Simulation des stofflichen Konzentrationsverlaufs einer Substanz wie Phosphat analog zu Fig. 5a unter Annahme einer niedrigen Interkompartimente- Clearance von 100 ml/min. Es wird auf die Ausführungen zur Fig. 5a Bezug genommen. Es zeigt sich, dass der Konzentrationsverlauf bei den intermittierenden Verfahren nicht wesentlich vom Konzentrationsverlauf bei kontinuierlicher Clearance
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH abweicht, so dass sich auch hier nach Ende der Dialyse im Rebound fast identische Konzentrationen einstellen. Fig. 6a zeigt einen möglichen Konzentrationsverlauf auf der Dialysatseite stromab des Blutfilters 303 bei intermittierendem Dialysatfluss ohne Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration. Es wird auf die Bezugszeichen und Ausführungen zu den vorausgegangenen Figuren Bezug genommen. Im Graphen ist die Konzentration c in willkürlicher Einheit (arbitrary unit [a.u.]) über der Zeit t in [min] dargestellt Im Folgenden wird der Fall betrachtet, dass zwischen nur einem aktiven Dialysatfluss Q
d,1 und ausgeschaltetem Dialysatfluss (Q
d,2=0) gewechselt wird. Bei aktivem Dialysatfluss Q
d,1 lässt sich die blutseitige Stoffkonzentration (Index „bi“) aus den dialysatseitigen Konzentrationen (Index „di“: Dialysierflüssigkeitszulaufleitung, „do“: Dialysatablaufleitung) bestimmen (siehe z. B. Sargent & Gotch, „Principles and biophysics of dialysis“ in „Replacement of renal function by dialysis“)
(Formel 12) Zugleich ist erkennbar, dass für &
^,( = 0 und gleichzeitigem ^
( = 0 keine Messung möglich ist. In erster Näherung (1-Pool- Modell) kann jedoch angenommen werden, dass sich bei ^
( = 0 die Stoffkonzentration nicht ändert. Daher kann für die Zeiten mit &
^,( = 0 statt eines Aussetzens der Anzeige
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH weiterhin der zuletzt bei aktivem Dialysatfluss Q
d,1 bestimmte Wert, beispielsweise auf der Anzeigevorrichtung 500, angezeigt werden. Dies gilt insbesondere für das Plasmanatrium. Für Fälle, in denen ein hoher Konzentrationsunterschied zwischen Blut und Dialysierflüssigkeit bzw. Dialysat besteht, kann alternativ der Konzentrationsverlauf im 2-Pool-Modell gemäß Formel 10 numerisch genähert und angezeigt werden. Eine Möglichkeit zur Bestimmung der Clearance K ist die spektroskopische Messung des Konzentrationsverlaufs einer Markersubstanz im verbrauchten Dialysat, also in der Dialysatablaufleitung, bzw. einer mit ihr korrelierenden Größe (z. B. „Adimea“, BBraun) unter Verwendung eines Sensors 400a und Formel 11. Bei laufendem Dialysatfluss Qd,1 ist die Stoffkonzentration im abfließenden Dialysat stets geringer als im Blut. Wird der Fluss durch den Dialysator 303 abgeschaltet, so steigt die Stoffkonzentration des sich noch Dialysator 303 befindlichen Dialysats durch Diffusion auf die Stoffkonzentration im Blut des Patienten an. Wird der Dialysatfluss durch Sensor 400a komplett gestoppt, so ändert sich dort die Konzentration nicht, wird hingegen nur der Dialysatfluss durch den Dialysator 303 gestoppt und stattdessen die frische Dialysierflüssigkeit in einer Bypass-Schaltung direkt zum Sensor 400a geleitet, so sinkt die Konzentration dort auf Null bzw. auf die Konzentration in der frischen Dialysierflüssigkeit. Wird nun der Dialysatfluss Q
d wieder eingeschaltet, so fließt das Dialysat mit der erhöhten Stoffkonzentration zum
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Sensor 400a. Bei vollständiger Equilibrierung in der Stillstandszeit ist dann kurzzeitig die dialysatseitige Konzentration am Sensor gleich der blutseitigen Konzentration. Dies ist schematisch in Abbildung 6a gezeigt. In den Phasen 1.1, 2.1., 3.1, 4.1 sinkt die dialysatseitige Konzentration gemäß dem in Formel 12 beschrieben Verhältnis zur blutseitigen Konzentration. In diesen Phasen ist eine Bestimmung der Dialysedosis Kt/V möglich. In den Phasen 1.2, 2.2, 3.2 ändert sich bei abgeschaltetem Dialysatfluss (Q
d,2=0) ohne Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration die dialysatseitige Konzentration nicht mehr. In dieser Phase sind sehr präzise Messungen der Stoffkonzentration möglich, da eine Messdauer von mehreren Minuten zur Verfügung steht. In den Phasen 1.3, 2.3, 3.3 erhöht sich die dialysatseitige Konzentration kurzfristig maximal auf die blutseitige Konzentration. Aus der Spitzenkonzentration kann also direkt die blutseitige Konzentration entnommen und angezeigt werden. Andererseits ist in diesem Bereich eine Bestimmung der Dialysedosis Kt/V nicht möglich, da ein Konzentrationsanstieg einer negativen Clearance entsprechen würde. Aus diesem Grund ist das Verfahren zur Messung von Kt/V mittels Konzentrationsmessung um ein Verfahren zu ergänzen, welches unter Kenntnis der Zeit und Dauer des Stillstands des Dialysatflusses die Phasen j.2 und j.3 (j = 1, …, N) von der Berechnung ausnimmt und erst dann wieder fortführt, wenn sich in Phase j.1 wieder ein Gleichgewicht zwischen der Stoffkonzentration in Blut und Dialysat eingestellt hat. Dies
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH kann z. B. nach einer dialysatflussabhängigen Wartezeit der Fall sein. Fig. 6b zeigt einen möglichen Konzentrationsverlauf auf der Dialysatseite stromab des Blutfilters 303 bei intermittierendem Dialysatfluss mit Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration. Es wird auf die Bezugszeichen und Ausführungen zu den vorausgegangenen Figuren, insbesondere zu Fig. 6a, Bezug genommen. Findet während des Stillstands des Dialysatflusses (Qd,2=0) ein Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration statt, so wird bei hinreichend hohem UF-Volumenstrom das Dialysat am Sensor 400a durch das Ultrafiltrat verdrängt, so dass hier schließlich die gleiche Konzentration wie im Blut vorliegt, die somit direkt gemessen werden kann. Der hierfür benötigte Volumenentzug entspricht ungefähr dem dialysatseitigen Volumen des Dialysators 303, also ca. 100 ml. Soll daher dieses Verfahren zur dialysatseitigen Messung der blutseitigen Konzentration verwendet werden, ist es vorteilhaft, die Ultrafiltrationsrate in der Zeit des Dialysatstillstands zu erhöhen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, in der Phase mit Dialysatfluss Qd,1 die Ultrafiltration komplett auszuschalten und in der Zeit ohne Dialysatfluss nachzuholen, so dass die gesamte mittlere UF- Rate unverändert bleibt. Die Kenntnis des Dialysatorvolumens kann durch Eingabe, beispielsweise mittels der Kommunikationsvorrichtung 600, oder durch geräteseitige Messungen, z. B. der Laufzeit einer stromauf gegebenen Leitfähigkeitsänderung bis zum Erreichen an Sensor 400a, erlangt werden. Damit kann das System entscheiden, ob ein
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH hinreichend hohes Ultrafiltrationsvolumen gefördert wurde und damit eine zuverlässige Bestimmung der blutseitigen Konzentration möglich ist. Das hierin beschriebene Verfahren zur Messung von Stoffkonzentrationen kann auch in dem Fall eingesetzt werden, wenn sich der zu bestimmende Stoff bereits in der frischen Dialysierflüssigkeit befindet. Insbesondere trifft dies auf die Messung von Elektrolytkonzentrationen, hier besonders von Natrium, mittels Leitfähigkeitszellen oder ionenselektiven Elektroden zu. Hier ergeben die Peak-Konzentrationen in den Phasen 1.3, 2.3, 3.3 ohne Flüssigkeitsentzug (siehe Fig. 6a) bzw. bei Flüssigkeitsentzug durch Ultrafiltration die Konzentrationen am Ende der Phasen 1.3, 2.3, 3.3 die Konzentrationen, die mit der blutseitigen Konzentration im Plasmawasser im sog. Donnan-Gleichgewicht stehen. Für Kationen wie Natrium gilt: (Formel 13)
j ist der Donnan-Faktor. Dieser ist von der Proteinkonzentration im Blut abhängig und beträgt typischerweise 0,95. Soll stattdessen, was eher den medizinischen Gepflogenheiten entspricht, die Konzentration bezogen auf das gesamte Plasma angegeben werden, so ist das Volumen der im Plasma enthaltenen Proteine zu berücksichtigen, welches ca. 5% beträgt. In diesem Fall gilt: ^4^,^f^^^ g^.
≈ ^^^
(Formel 14)
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Dagegen ist die Anionenkonzentration im Plasmawasser und im Plasma reduziert, so dass hier gilt: ^
4^,g^h = j^
^^ ^ g^. ≈ 0.95 (Formel 15) 4
^,^f^^^ j ^^^ Die Zeit während der Dialyse wird häufig auch zur Medikamentengabe genutzt, z. B. für Eisen- oder Vitaminpräparate. Bei Anwendung bei der Akutdialyse wird zusätzlich ein breites Spektrum anderer Medikamente (z. B. Schmerzmittel, Antibiotika, Steroide, etc.) verabreicht. Hier ist es vorteilhaft, diese Medikamentengaben auf Phasen ohne Dialysatfluss zu synchronisieren, um ein Herausdialysieren der verabreichten Substanzen vor einer vollständigen Verteilung im Patienten zu vermeiden. Weiterhin ist es dabei möglich, die Zugabe im arteriellen Zweig des Systems durchzuführen, statt wie in der gängigen Praxis im venösen Zweig, um ein sofortiges Herausdialysieren auf dem Weg durch den Dialysator 303 zu vermeiden. Somit kann die Zugabe auf der Unterdruckseite des extrakorporalen Systems erfolgen, so dass in bestimmten Ausführungsformen Vorrichtungen möglich sind, in denen die Entnahme aus einem das zuzuführende Medikament enthaltenden Vorratsgefäß allein durch den arteriellen Unterdruck des extrakorporalen Systems erfolgt. Die Vorgabe der in den einzelnen Zeitintervallen zu erreichenden mittleren Clearance ^
+ kann auf Basis von patientenindividuellen oder generellen Erfahrungswerten oder basierend auf kinetischen Modellen für die Änderung der
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Stoffkonzentration in den verschiedenen Körperkompartimenten erfolgen. So kann beispielsweise für einen Patienten bekannt sein, dass das Disequilibrium-Syndrom nur dann auftritt, wenn die diffusive Clearance in den ersten 30 min der Dialyse einen bestimmten Grenzwert, z. B. 100 ml/min, überschreitet. Auch kann dieser, aus der klinischen Erfahrung bestimmte, Grenzwert vom Wochentag abhängen und kann sich insbesondere am Tag nach dem langen dialysefreien Intervall (z. B. Montag oder Dienstag) von demjenigen der anderen Tage unterscheiden. Diese oder ähnliche Informationen können über die Kommunikationsvorrichtung 600 eingegeben bzw. der erfindungsgemäßen Steuer- oder Regelvorrichtung für die Berechnungen zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann basierend auf Messungen oder Schätzungen der initialen Stoffkonzentration im Blut und der Annahme einer initialen Equilibrierung zwischen den Körperkompartimenten mit Hilfe von Mehrkompartimenten-Modellen, analog zu den hierin beispielsweise als 2-Pool-Modell erläuterten, die ggf. als weiteres Kompartiment das Hirnvolumen enthalten, der zeitabhängige Konzentrationsunterschied zwischen den Kompartimenten und damit z. B. der osmotische Druck berechnet werden. Die Soll-Clearance des Dialysesystems kann dann so berechnet werden, dass ein kritischer Konzentrationsunterschied oder ein kritischer osmotischer Druck nicht überschritten wird. Dies trifft vor allem auf Moleküle wie Harnstoff oder Ethanol zu. Alternativ oder ergänzend kann die beschränkende Größe eine kritische Änderungsrate der Stoffkonzentration sein. In Bezug auf das Plasmanatrium gibt es hier z. B. Erfahrungswerte aus
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH der Intensivstation (z. B. tägliche Änderung < 6 mmol/L). Hier gilt in Anlehnung an Formel 1 und Formel 10 mit der Natriumkonzentration ^
^^^^ im frischen Dialysat: ^
^^^
d^^ ^ = −^
^^^^ ^^
d^^ ^^
^ − ^
^^^^ ^^^
(Formel 16) Bei festem Verteilungsvolumen ^ gilt somit für die zeitliche Änderung der Konzentration im Patienten (
Formel 17)
Soll ∆^
d^^ innerhalb der Zeit ^
r^s bei gegebener Natriumkonzentration im Dialysat ^
^^^^ auf den Wert ∆^
d^^,r^s beschränkt bleiben, so muss die Clearance auf den Wert ^
r^s beschränkt bleiben: (
Formel 18)
Dieses soll an folgendem Beispiel erläutert werden: Die Natrium-Konzentration im Blut eines hyponatriämischen Patienten mit V = 40 L und einem Plasmanatrium von ^
d^^^0^= 120 mmol/L soll durch eine Akutdialysebehandlung wieder in den Natrium-Normbereich (zwischen 135 mmol/L und 145 mmol/L) gebracht werden. Dabei ist die niedrigste an der Blutbehandlungsvorrichtung 100 einstellbare Dialysat- Natriumkonzentration ^
^^^^= 130 mmol/L. Innerhalb der Dauer von ^
r^s = 10 h darf die Änderung nicht mehr als ∆^
d^^,r^s= 6 mmol/L betragen. Damit ergibt sich gemäß Formel 18 eine maximale Clearance von ^
r^s= 61 mL/min. Bei dem in der Klinik verfügbaren Dialysator und den am Gerät minimal
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH einstellbaren Blutfluss von 200 ml/min und dem minimalen Dialysatfluss von 300 ml/min würde sich bei einer Abschätzung gemäß Formel 7 jedoch eine Clearance von ^
^= 122 mL/min ergeben, die zu einem zu schnellen Anstieg des Plasmanatriums führen würde. Durch periodisches Ausschalten des Dialysatflusses (=> ^
(=0) kann nun mittels der Formel 9 der Zeitanteil x berechnet werden, indem der Sollwert der Clearance ^
+ = ^
r^s gesetzt wird. Dieser Wert wird dann an die Steuer- oder Regeleinheit 150 übergeben. Im vorliegenden Fall wäre damit x = 0,5. Durch eine Messung während der Behandlung und eine daraus resultierende Bestimmung der Clearance, wie hierin beschrieben, kann im weiteren Verlauf x so angepasst werden, dass ^
+ erreicht wird.
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Bezugszeichenliste 100 Blutbehandlungsvorrichtung 101 Blutpumpe 102 Dialysatablaufleitung 104 Dialysierflüssigkeitszulaufleitung 105 Substituatleitung 107 Prädilutionsventil 107a zum Prädilutionsventil gehörige Leitung 109 Postdilutionsventil 109a zum Postdilutionsventil gehörige Leitung 111 Substituatpumpe 131 Ultrafiltrationspumpe 150 Steuer- oder Regelvorrichtung 153 Abfluss 155 Wasserquelle 157 Wärmetauscher 159 erste Flusspumpe 160 Mittel zur Dialysataufbereitung 161 Vorrichtung zur Bilanzierung 162 Heizvorrichtung 163 Anmischvorrichtung 163a Leitfähigkeitssensor 163b Leitfähigkeitssensor 165a Temperatursensor 165b Temperatursensor 166 Konzentratversorgung 167 Leckagesensor 168 Konzentratversorgung
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH 169 zweite Flusspumpe 171 Pumpe, Natriumpumpe 173 Pumpe, Bicarbonatpumpe 300 extrakorporaler Blutschlauchsatz oder Blutkreislauf 301 erste Leitung (arterieller Leitungsabschnitt) 302 arterielle Patientenschlauchklemme 303 Blutfilter oder Dialysator 303a Dialysierflüssigkeitskammer 303b Blutkammer 303c semipermeable Membran 305 zweite Leitung (venöser Leitungsabschnitt) 306 venöse Patientenschlauchklemme 315 Luftblasendetektor; Air Bubble Detector; ABD 317 Single-Needle-Kammer 318 Entlüftungseinrichtung 325 Zugabestelle für Heparin 329 (venöser) Blasenfänger 400a Messeinrichtung; Sensor, dialysatseitig 400b Messeinrichtung; Sensor, dialysatseitig 402a Messeinrichtung; Sensor, blutseitig 402b Messeinrichtung; Sensor, blutseitig 500 Anzeigevorrichtung 600 Kommunikationsvorrichtung A Behälter; A-Konzentrat; Natrium B Behälter; B-Konzentrat; Bicarbonat Ck Konzentrationskurve bei kontinuierlicher Clearance im interzellulären und intravasalen Raum
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH Ci50 Konzentrationskurve bei intermittierender Clearance im interzellulären und intravasalen Raum mit einem Zeitanteil x = 50 % Ci75 Konzentrationskurve bei intermittierender Clearance im interzellulären und intravasalen Raum mit einem Zeitanteil x = 75 % CkIC Konzentrationskurve bei kontinuierlicher Clearance im intrazellulären Raum CiIC50 Konzentrationskurve bei intermittierender Clearance im intrazellulären Raum mit einem Zeitanteil x = 50 % CiIC75 Konzentrationskurve bei intermittierender Clearance im intrazellulären Raum mit einem Zeitanteil x = 75 % EC Extrazellulärer und Intravasalraum (Gefäßsystem) des Patienten F1 Filter F2 Filter IC inter- und intrazellulärer Raum K Clearance K1 erste Clearance K2 zweite Clearance ^+ ^ (zuvor festgelegte) mittlere Clearance im Zeitintervall Tj (j=1, …, N, N∈ℕ) Mj,1 Messung beim ersten Dialysatfluss Qd,1 im Zeitintervall Tj(j=1, …, N, N∈ℕ) Mj,2 Messung beim zweiten Dialysatfluss Qd,2 im Zeitintervall Tj (j=1, …, N, N∈ℕ) Pa Patient PS1 arterieller Drucksensor (optional) PS2 arterieller Drucksensor (optional) PS3 Drucksensor (optional)
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH PS4 Drucksensor zum Messen des Filtratdrucks (optional) PS5 Drucksensor zum Messen des Drucks in der Dialysierflüssigkeitszulaufleitung Qb Blutfluss Qd Dialysatfluss Qd,1 erster Dialysatfluss Qd,2 zweiter Dialysatfluss t Zeitachse ^^ Zeitintervall (j=1, …, N, N∈ℕ) V Ventile V24 Ventil V25 Ventil VB Bypassventile xj Zeitanteil (j=1, …, N, N∈ℕ) mit erstem Dialysatfluss im Intervall ^^ 1-xj Zeitanteil (j=1, …, N, N∈ℕ) mit zweitem Dialysatfluss im Intervall ^^ Y Y-Verbinder