DE2024635A1

DE2024635A1 - Hämodialysator

Info

Publication number: DE2024635A1
Application number: DE19702024635
Authority: DE
Inventors: Ardis Ray North Riverside; Markley Finley Warren Naperville; 111· Lavender (Y.St.A.)
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1970-12-10
Also published as: JPS495998B1; SE361600B; US3565258A; DE2024635B2; DK124013B; GB1282338A; FR2049163B1; BE750656A; CH511622A; FR2049163A1

Description

ALEXANDER R. HERZFELD 6 Frankfurt α. μ. wi3 RECHTSANWALT .OrH₁ENSTRA₁S₁₈₂ 2024635 BEI DEM LANDGERICHT FRANKFURT AM MAIN ' VVV

Anmelderin: United Stabes Atomic Energy Commission Washington D. 0., USA

Hämodi alysator

Die Erfindung betrifft einen Hamodialysator, d. h. eine Vorrichtung zur Vornahme der Hämodialyse ausserhalb des Organismus. Die Hämodialyse ist eine bewährte, lebenserhaltende Behandlung für Patienten mit chromischem Nierenschaden. Ihre Verbreitung scheiterte bisher an den hohen Kosten und der Aufwendigkeit ihrer Durchführung. Die Kosten der Hämodialyse belaufen sich auf 10.000 - 25.000 Dollar pro Jahr und Patient, sie erfordert geschultes medizinisches und medizinisch-technisches Personal und nimmt wertvollen und knappen Bettenbestand der Krankenhäuser in Anspruch. Infolgedessen können z. B. in den USA gegenwärtig nur 900 Patienten pro Jahr behandelt werden, während bei wirtschaftlicher und technischer Durchführbarkeit jährlich weiteren 50.000 Personen Hilfe zuteil werden könnte.

— 2 —

009850/1485

Eine bekannte Vorrichtung zur Hämodialyse "besteht aus einem in las Dialysab eingetauchten, eng gewundenen kellupiianrohr, durch Vielehe s das verschiedene Amino -Ve runreinigungen wie Harnstoff, Kreatinin, überschüssige Mengen von Natriumchlorid und anderen Salzen enthaltende Blut sbronib. Da die Konzentration der verschiedenen Verunreinigungen in dem Blut grosser als in. dem Dialysat ist, entsteht diircn das Zelloplianrohr ein Druckgefälle. Das Zellophan wirkt dabei als eine halbdurchlässige (semipermeable), <1. h. die Verunreinigungen aber nicht das Blut hindurchlagβ ende Membrane. Infolge der Knpe und der engen Windungen des Zellophanrohrs muss das Blut mit einer Punroe durch d«s Rohr ε-edrückt werfen. Ausser dem erwähnten Konzentrationsgefälle besteht infolge des im Vergleich zum Dialysat erösseren Druckes des Blutes in dem Rohr auch ein Druck<?efälle, welches Wasser aus dem Blut in das Dialysat br'ejbt und damit eine weitere ITierenf unkt ion erfüllt. Der höhere Blutdruck verhindert gleichzeitig auch eine Verunreinisrune- des Blutes durch Dialysat, falls das Rohr undicht wird.

Diese Vorrichtung hat eine Reihe von Nachteilen. Nachteilig ist z. B. die Notwendigkeit einer besonderen BlutpumOe, und zwar nicht nur wegen der Aufwendigkeit und Kosten, son-

009850/1455

vo" all»!!! anch wetten der Gefahr der· Bildnnp von Blut-p^l¹! ode^ Blutklumnen; es sind 'beFonde^e Vorsichte- nR«ihv". ".-Ir ",-χ der>ep Veraü1~nnp: erforderlich. Ferner ist der

o^ip» Blufbestand des Systemp "beträchtlich und ■Rl-ji-i;rfi»-iFfu3ioiien ninri ?iotw»ndi<5, um ihr. Rufrecht i-.pn. Dn nur ein Teil des Bluts wieder verwendet den kann im^i Blut teuer ist, wird das Verfahren noch, kost-

. Ausper rlieper Anfwendipkeit sind Bluttransfunur dirch pe schulte ■? medizinisches Personal vorzunehmen, bo dass ein Hausgebrauch ausscheidet. Die Folge ist, dass ,"jährlich, noch zahlreiche nierenkranke Patienten ΐ; !leihen und sterhen, da" einfach'nicht vs^nnm un^ "·¹ι r*» ·ί eher de finanzielle Kittel Ve^fürunr: etfihen.-

Tr ä'^v TiVaIl'⁵1 laufenden TIS-Anmeldunp· der fleichen Annelde-tMTi, Serial Ho. ?PP,44-5, wird bereit^ vo^fTe^ohlaRen, Dialyse eine Vielzahl von kurzen, τ> ar a! IeI en, halh-Rii7»=>n-Ilemliranrohren zu verwenden, wohei zur Ül>eriron Wasser und Verunreinieninren der O^uck des Blutes hr-her als der des Dialysats ist.

Hierbei soll ahrr der'Kontakt des Blutes wit scharfen Flä chen vermieden werden, und es werden infolsedensen zahl-

009850/ USS

reiche, umständliche, die Herstellung aufwendig machende Massregeln notwendig, um die Flächen ii. B. am Blut einlass abzurunden· Die Vorrichtung der Anmeldung· erfordert z, B. Einsätze in die Zellophanrohre, zwei verschiedene Schritte des Eingiessens, sowie Platten zur Erhöhung der mit den Zellophanrohren in Kontakt gelangenden Blutmenge.

Die Erfindung hat einen Hämodialysator vereinfachter Herstellung in Form einer ausserstationär (im Hausgebrauch) von iinerpschultem Personal und nach dem Gebrauch u· TJ. weprwerfbaren Vorrichtung zur Aufgabe. Die Aufgabe wird dadurch gelost, dass Mittel zur Durchleitunpr des Dialysets durch die Rohre hindurch und des Blutes um die Rohre herum vorgesehen sind.

Weitere günstige Auegestaltungen sind den Unteransprüchen 7Λ\ entnehmen·

Anhand der Zeichnungen sei die Erfindung naher erläutert. Ks »eigen: ,

Die Fifur 1 den Dialysetor der Erfindung im Längsschnitt;

#■?? Fipuren 2 und ? den Querschnitt entlang den Schnittlinien 2-2 bzw. 3-3 der Figur 1|

' - 5 -009850/U55

BAD ORIGINAL

die Figuren 4 und 5 weitere Ausgestaltungen der Erfindung in entsprechenden, vergrösserten Schnitten ähnlich der Figur 2}

die Figur 6 eine weitere Ausgestaltung des Maschenträgers im Schnitt.

Der in der Figur 1 gezeigte Dialysator 10 zeigt ein rechtwinkliges Gehäuse 11 mit den uarallelen Spiten 12, 13 xmd den Endflächen Ί4- und I¹S, dar⁷ an den T)ialysateinlass 16 und den D.i alysatauslass 1? angeschlossen ist. Durch die Seiten 1? und 12 ist der Bluteinlass 18 und der Blutauslass geführt. Mehrere halbdurchlässige Membranen in Form langer, ' flacher Zellophanrohre 21 mit einem plastischen, ungewebten Maschenträ^er 21 sind parallel zueinander in dem Gehäuse angeordnet. Die Zellophanrohre sind etwas kleiner als das Gehäuse 11, so dass Raum für die folgenden Sammelleitungen bleibt: die mit dem Einlass 16 verbundene Dialysateinlassleitung 22, die mit dem Auslass 17 verbundene Dialysatauslaosleitung 23, die mit dem Bluteinlass 18 verbundene Bluteinlassleitung ?A und die mit dem Blutauslass 19 verbundene Blutauslassleitung 23· Eine auf jeder Seite oben und unten zwischen dem Gehäuse und den Zellophanrohren aufgebrachte Epoxyharzschicht dichtet die Ein- und Auslass-

00Ö850/US5

Sammelleitungen «re pep einander a"^ und bildet zwischen ^ tftin- und -auslass eine Blntkaimier.

Wie die Figuren 1 und ? reiben, sind an beiden Enden und auf beiden Seiten jeden ZelloOhar.rohre«? PO die ".UrUiI: pe falteten Laschen 2ⁿ mit verjüngten und abgerundeten Rändern 28 vorgesehen und durch eine Perle 29 aus Epoxyharz mit der Lasche des jeweils benachbarten Zellophanrohres abdichtend verbunden. Die Epoxyharzperle wird zweckmässig so angebracht, dass eine Abdichtung über die gesamte Breite der Rohre 20 entsteht.

Der Naschenträger 21 soll aus uöglichst dünnem, ungewebtem Material bestehen, damit die durch das Druckgefälle zwischen Blut und üialysat erzeugte Terformung der Zellophanrohre 20 eine Blutströmung durch die Haschen hervorrufen kann.

Eine weitere Ausgestaltung des Haschenträgers 21 isb in der Figur 6 gezeigt. Der Träger besteht hier aus einer dünnen Plastikfolie in Form abwechselnd umgekehrter Hohlpyramiden oder -kegel 31 solcher Anordnung, dass jeweils eine mit der Spitze nach oben zeigende Pyramide 32 auf vier Seiten-von mit der Spitze nach unten zeigenden Pyramiden 33 umgeben ist.

— 7 — 009850/U55 ·_χ

BAD ORiGlMAL

. COPY . ■ .. ··:"

Im Betrieb de"¹* Vorrichtunp; strönt Pint über den Einlass 18 und die Sanm^lleitune ?4- über die Zellophanrohre' 20 und tritt über die Spmraelleitunp 23 und den Auslass 19 bms dem Dialy^-n-hor. Das üin!y!=^pr ■fliegst über den Einlass 16 und rii» Ρ.ητηπιρ1 leitur.fr 7.2 durch die Zellophanrohre ?O und ver-Imρch d«n "Dialyffitor üb«r die SaTrunplleitunp; ?⁷ und den AuplnFs 17. Die Strömung sri ob tun ι? von Blut und Dialysnt ist also p-efrenüber der TJS AnmelduriK Serial Uo. 7??,^-^^c um-. qber der Druckabfall vom Bluteinl.wp 18 ζη.τη Blutpr; 1^Q bleibt vernpoblässiffber klein und das Blutfülle^ b'.w. der Blntbestpr.d im Dialysator sind sopa^ pre- ·^. infnT iredp^RPH sind Blu+'t^aipfusionen und »»ntbebrl i^h .

Tn -ia" Blut zur Austreibung von V/οsser aus dem Blut in dpp Dial7^r/?at einen höheren Druck besitzt als das Dialysat, werden die Zellophanrohre 20 in der in der Fipnren 4 xxnd ^ fezeipten Woi se xira und in die Haschen von flaschenträger 21 verformt bzw. iredrückt. Da die Rohre zusammengedrückt werden, bis der Abstand zwischen den Bohren theoretisch null ist, entsteht hierdurch eine Bahn für den Blutstrom. Die im G-eo-pnpgt7. tut oMgen Anmeldung nicht vorhandenen Einsätze-, macher- auch Tl at ten zur Erhöhung der mit den Rohren ?0 in Kr»ntnk:t gelangenden Blutmenfre en+:behrlich.

0088S0/U65 fBADORIGINAU

Tn der Firnis 4 °ind die ZeIIo^-Dhanrobre P.Q an b°iden rr teinnrder durch eine EpoxyharzOerle 29 ohne Laschen ?7 verbunden. Da^ Dialyeat fliesst in Richtung der Pfeile 3^ und das Blut senkrecht zur Zeichenebene zu oder von dieser, während, das Blut einen Druck in Richtung der Pfeile ?5 ausübt. Dp die Zellophanrohre ?0 an der Btoßstelle 36 zwischen dem einzelnen Rohr und der Fpoxyharzperle infolge des zwischen dem Dialysat und dem ^] _ut herrschenden Druckpefälles ve""formt werden, übt das Blut an der Stoßstelle P¹^f d»n Rohr eine Scherkraft ens, die das Rohr leicht von de·** Dichtunpgperle ablöst und damit die Abdichtung ?erptört. Di esp ßoherkraftbelastunF beriiht hauptsächlich auf dem an d^r Btοß«*.+:eile 3^a herrschenden ?v-^ri Hohen dem B]ut und dem

von unpewebten Haschen trägern in den en bevo raupte" Au Arrest altung zeirt die ^igur 5· Die ?n-

teten Iarohen. 27 sind miteinnrider durch die Epoxye ?°i verbunden, so dpss an der Stoßntelle 37 ^^ron le und. den Laschen ein DrUo¹Wefalle über Asp

hi.n fehlt, da "ich ,ip auf beiden Seiten der Lay?ehe Blut befindet. Infolgedessen treten auch die schäd- !■>ohpr> F>chorkräfte an der Stelle der Epoxyharziperle nicht auf. Durch die Iapchen 27 v^rird eine im Rahmen der vorpe-

^009850/uss

nominellen Versuche dauerhafte Abdichtung erreicht, -während Vorrichtungen mit Maschenträgern 21 aber ohne die Laschen 27 bereits 1.1/2 Stunden nach "Versuchsbeginn unbrauchbar wurden.

Andererseits sind die Laschen 27 bei Verwendung der Ausgestaltung des Maschenträgers pO entbehrlich, da die Pyralaiden 31 so dicht aneinander liegen, dass nennenswerte Scherkräfte zwischen der Epoxyharzperle und dem Rohr 20 infolge der nur geringen Verformung an der Stoßsbelle von Sohl· und Abdichtungsperle nicht entstehen.

Mehrere erfindungsgemässe Vorrichtungen zur Hämodialyse mit 0,5 mm (20 mil) dicken Maschenträgern wurden durch Versuche in vitro sowie 'Tierversuche (Hunde) geprüft. Obwohl auch Ilaschenträger einer Dicke von 1,5 nun (60 mil) brauchbar sind, wird die Zahl der pro Volumeneinheit verfügbaren Rohre- umso grosser, je dünner die Maschen sind. Die Versuche in vitro wurden mit Künstlichen Blutlösungen mit einem Gehalt bekannter Mengen von Verunreinigungen geführt. In allen Versuchen wurde der Durchfluss von Blut und Dialysat in mm/Min, aufgezeichnet. Es wurden Blutproben entnommen, analysiert und die Dialysanz verschiedener Verunreinigungen in mm/Min, berechnet, nach der Formel -T-JrJ x Blutdurch-

- 10 -

0OI85Q/U55 bad original

¹ -ίο- 202A635

fluss, v/orin

A. = die Konzen bration der Verunreini ντανν c1«^ct. in den Dial7^r-

sator einfliessenden Bluts,
V = die Konzentration der Verunreinigung des aus ilen Dia-

lysator av.sfliessenden Bluts
D = die Konzentration der Verunreinigung des in den Dialy-

sator eintretenden Dialysa^s · ■bezeichnet.

Alle Versuche wurden bei Zimmertemperatur lurchpeführt. Mit Ausnahme der Versuche an Ttunden wurde der Di nlypatordurchfluss mit Pumpen konstanter Leistune- eia^estei It.

Die Vers\iohserge"bnisse sind in den folgenden T>=>be3-] en wiedergegeben.

- 11 -

009850/U55

'- 11 -

1 T^**i '""-^ ml/Fin. = 1 mm H

= ^. τ·1 ■OberΠ liehe = 0.648 m 80 Rollte·, ° cm TjHr^io"e "v" 4,5 cm "Breite

(ul/Hin.

Tn vi tro - Π*	^Izli;	(ml/Hin.>	Na	K
	Pis	Kreatinin	42	48
(ml/Hin.)	isimren	30	44	5.2
148	,1ν*η		52	6*
14T-.	Harnstoff	11	44	58
^•40		17	50	68
648		38	46	56
810		3⁹	61	81
1./+4.		AO	67	P7
		41	62	7q
600		43	73	88
720		41	63	70
8^0		46	66	6Q
8Λ0		40	62	»0
		44	76	QO
-..-.Q		40	7^	Q^c·
t "; *2		44.	67	QO
"PO		4Q	82	100
QO		4Q	84	Q7
o*,·,		61	68	102
' Q16		60	77	«Q
7O8		^4



3^
41
50
52
53
■51
60
66
5 Q
68
71
16
68
^Γ-Ρ.
6Q
87
82
85
80
71

144

84 124

7*5-

42

720

3P 39 3?

74

0098SO/USS

BAD

- 12 -

00ΡΪ

0098507

	(ml/Min	Dialysanz	.)	(ml/Min.)
(ml/Min.)	84 372 510 648 720		Kreatinin
276 276 276 276 276	84 360 528 750 956		55 47 50 55 .52
450 450 450 450 · 450	(a) BF * Cb) DF =	. 55 27 50 68 59
Anmerkung:	Blutdurchfluss Dialysatdurchfluss

- 13 Versuch IT

Druckabfall bei 600 ml/Min. ■ 4 mm Hg Füllvolumen » 15 ml _?

Oberfläche = 0,5558 m 65 Rohre; 9 cm Länge χ 4,5 cm Breite

Tn vitro - Salzlösungen

_BF(a)	(ml/Min	Dialysanz	Hund	(il/Mn.)	Dialysatdurchfluss	Na	K
(ml/Min.)	128					32	37
138	288	.) Harnstoff		Kreatinin		33	44
138	408	32		22	35	47
138	510	35		25	39	48
	672	40		21	39	51
138	144	40-		24	40	42
280	306	41		26	36	55
280	480	34		24	48	53
280	570	43		24	45	VJl¹ VJT
280	672	40		28	43	57
280	136	44		26	39	54
444	348	53		31	44	54
444	546	33		18	VJl VJ4	67
444	664	39		19	49	68
444	756	39	BlutdurchfLuss	22	54	68
444	144	44	26	51	54
600	304	52	27	52	67
600	450	53	23	47	61
600	558	69	23	51	71
600	756	59	38	60	65
600		60	37
	112	57	46
138	256
138	378	17
138	488	18
138	615	19
I38	112	19
280	252	19
280	354	24
280	492	32
280	504	41
280	204	42
444	312	52
444	368	20
444	504	32
444	(a) BW »	38
Anmerkung:	(b) m «	55

009I50/U55

- 14 -

- 14 Versuch III

Druckabfall bei 612 ml/Min. =» 12 mm Hg

Füllvolumen = 9 ml «

Oberfläche - 0,54- rsf

80 Rohre; 7»5 cm Länge χ 4,5 cm Breite

In vitro - Salzlösungen Dialysanz (ml/Min.)

450 450 450 450 450 450

Anmerkung χ

(ml/Min.) (ml/Min.) Harnstoff Kreatinin He Y

132 300 480 588 672

132

324 468 576 768

132 252 432 636 768 900

132 312 480

624 768

BF DF

47

55 61 62 48

49 60

78 75

4-5 43 68 61 60

51

37 61

63

76

78

Blutdurchfluss

Di alys atdurchfluss

46	3?	41
45	32	53
46	36	57
48	40	62
45	44	61
15	32	51
62	43	59
69	54	63
66	52	65
64	52	68
5Q	38	61
59	41	68
59	41	77
63	43	79
68	53	84
51	59	86
47	64	69
52	42	71
57-	49	79
67	62	84
80	83	88

- 15 -

009850/U55

Versuch IV

Druckabfall bei 624 ml/Min. «24 mm Hg Füllvolumen = 27 ml ρ Oberfläche * 0,6048 ar

In vitro - Salzlösungen C₈^ (-fr") Dialysanz (ml/Min.) '(ml/Min.) (ml/Min.)

144 228 360 480 660

144
144

144

288

288
2BB
288

4%

4-56
4S6

.624
624
624
624
624

144 PAO

444

6?6

216

4Q2 6Q6

PM 360 480 63 2 6Q6

Harnstoff	Kreatinin	Na	K
37	21	29	28
	26	32	47
^8	27	36	50
37	32	40	S4
46		41	55
3^Q	23	₂q	40
kp		39	50
60	50	42	58
^8	30	4-9	56
70	32	58	72
37	27	^2	ur>
61	32	42	53
^»8	34	50	62
48	41	51	65
60	42	62	48
41	2*	34	37
4^	32 '	64	4Q
46	35	67	57
41	41	63	63
c,7	41		71
HA	41	6Q	77

DP Blutdurchfluss Dialysatdurchfluss

- 16 -

009850/U55

BAD ORIGINAL

Versuch V

Druckabfall "bei 600 ml/Min. « 10 mm Hg Füllvolumen - 20 ml

In vitro - Salzlösungen

_BF(a)	_D?(b)	Dialysanz	(ml/Min	0	τ
(ml/Min.)	(ml/Min.)				36
138	12Π	Freatir-in		4S
13«	240	19 '	30	53
138	396	25	36	55
138	564	29	36	65
138	900	31	41	56
300	120	35	51	"?!
300	26?	25	50	63
500		24		70
500	540	29	50	73
300	92"-	*R	55	52
468	114	37	5^	55
468	234	25	52	65
468	3^6	23	56	72
468	552	30	5?	84
468	924	41	t; r,	47
600	114	45	67	52
600	240	17		65
600	384	19	51	72
600	552	26	52	77
600	744	32	59	84
600	888	34	59
36	62

Anmerkung? (b) BF = Blutdurchfluss

(b) DF = Dialyaatdurchfluss

009850/ U55

- 17 -

Versuch YI .

Druckabfall pei 618 ml/Min. = 12 mm H^

Füllvolumen = BO ml_?

Oberfläche = 0,75 m

64 Rohre; 1? cm !ringe χ 4,5 cm Breite

In vitro - Salzlösungen

Ca")	(ml/Min.)	Dialysanz	(ml/Min.	_}	K
BF^^a; (ml/Min,)	144	Kreatinin	Na	50
492	^OO	40	46	84
492	480	42	81	89
492	660	48	65	99
492	840	45	79	98
492	960	4-5	76	97
492	144	52	73	64
618	300	49	59	84
618	456	39	70	85
618	600	53	72	84
618	792	42	75	97
618	912	52	83	87
618	35	67

Anmerkung: (a.) BF = Blutdurchfluss

(b) DF = Dialysatdurchfluss

003850/U55

Claims

Patentanspräche

.1. Hämodialysator mit einem mehrere halbdurchlässige Membranrohre in dichtgepackter paralleler Anordnung enfchalfcenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass Mibtel zur Durchleitung des Dialysats durch die Rohre hindurch und des Blutes um die Rohre herum vorgesehen sind.
2. Hämodialysator gemäss Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Rohr Maschenträger vorgesehen sind.
3. Hämodialysator gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Rohre aus Zellophan bestehen.
4. Hämodialysator gemäss Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, dass die Zellophanrohre zusammengedrückt sind und einen länglichen Querschnitt haben·
5. Hämodialysator gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenträger aus imgewebtem, plastischen Material mit einer Dicke von weniger als 1,5 mm (60 mil) bestehen.

00M60/U55 _OIMAL

BAD OBlGlNAL
6. Harnodialysator premäss irgend einem der vorhergehenden A^snrüche, dadurch ^kennzeichnet, dass an beiden Enden nr>d auf beiden S»iter> der Rohre zurücks;e faltete Laschen angebracht sind, die am einen T>>de abgerundet sind und am anderen Ende eine öffnung .für die Dialysatatröraunp bilden, deren ftrössere Abmessung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Rohre liegt.
7. Hä'Tiodial^sator ppmäss Anspruch β, dadurch feekennzeichnet, dass die "Rohre an eirem den Roh-nöffnunpeen benachbarten Punkt der Laschen vermittels Epoxyharz miteinander abdichtend verbunden nind.
8. Fämodialysa+"or pem«,rs irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenträper aus Folien einer Dicke von 25»4- /U (1 mil) bestehen.
9. Hämodialysator fremäss irpend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ecekennzeichnet, dass die Maschenträfer als abwechselnd. Txm^edrehte Hohlpyrainiden oder -ket^eü ausgebildet sind.

009850/1^55