DE2342072B2

DE2342072B2 - Tragbare künstliche Niere

Info

Publication number: DE2342072B2
Application number: DE2342072A
Authority: DE
Inventors: Heiner Dr.-Ing. 7400 Tuebingen Strathmann
Original assignee: Forschungsinstitut Berghof 7400 Tuebingen GmbH
Current assignee: Forschungsinstitut Berghof 7400 Tuebingen GmbH
Priority date: 1973-08-21
Filing date: 1973-08-21
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE2342072A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine tragbare künstliche Niere, mit einer Diafiltrations-Einheit und einer Gegenosmose-Einheit mit semipermeablen Membranen in Form von Kapillaren.

Für den Einsatz in der Diafiltrations-Einheit und der Gegenosmose-Einheit werden die Kapillaren zu Bündeln zusammengefaßt. Die Diafiltration ist eine Ultrafiltration mit Nachschicken von Lösungs- und Dispersionsmitteln.

Die bisher bekannten künstlichen Nieren sind große und teure Geräte, die nur in der Klinik eingesetzt werden. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Dialyse und entfernen höhermolekulare Giftstoffe nur unvollkommen aus dem Blut. Der Patient muß zu jeder Blutwäsche die Klinik aufsuchen. In den Zwischenzeiten konzentrieren sich die Schadstoffe im Blut jedesmal in gefährlich hohem Maße.

Es besteht deshalb schon seit einiger Zeit das Bestreben, künstliche Nieren zu entwickeln, die wirksamer, kleiner und billiger sind.

Bei einem Gerät, dem »Hollow Fiber Dialyser« der Dow Chemical Company, USA, wurde versucht, unter Beibehaltung des herkömmlichen Prinzips der Hämodialyse den Dialysator möglichst einfach und billig herzustellen. Das Gerät ist beschrieben von L i ρ ρ s, B. H., S t e w a r d. R. D.. P e r k i η s, H. Α., H ο I m e s. G. W., M c L a i n. E A. R ο 1 e s. M. R. und Oj a, P. D. unter dem Titel- »The hollow fiber artificial kidney« in Trans. Amer Soc. Artif. Intern. Organs. 13,200 (1967).

Wie bei den bisherigen künstlichen Nieren können aber auch damit die höhermolekularen Schadstoffe nur unzureichend aus dem Blut entfernt werden.

Bei einer anderen Arbeitsweise wird das Blut nach dem Prinzip der Diafiltration unter geringem Druck durch eine semipermeable Membran gedrückt. Dabei durchdringen alle Stoffe bis zu einem Molekulargewicht von etwa bis 10 000 die Membran, wahrend das Plasma zurückgehalten wird. Damit können zwar höhermolekulare Giftstoffe aus dem Blut entfernt werden das Verfahren hat aber den Nachteil, daß laufend große Mengen pyrogenfreier Flüssigkeit benötigt werden um die durch die Diafiltration aus dem Blut entfernte Flüssigkeit zu ersetzen. Das Verfahren wird beschrieben von H e η d e r s ο η et al. (Trans. Amer. Soc. of Artif Int. Organs, 13. 216 (1967; Bixler et al. rrrans Amer. Soc. of Artif. Int. Organs, 14. 99 (1968); und H a m i 11 ο η et al. (Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organ* 17.259(1971).

Das gilt auch für die in der US-PS 35 79 441 beschriebene Arbeitsweise einer Vorrichtung für die Blutreinigung, mit der zunächst eine Ultrafiltration des Blutes mit Hil^fe von Flächenmembranen oder röhrenförmigen, unter anderem auch von kapillaren Membranen durchgeführt und dann das aus dem Blut mitentfernte Wasser einer zweiten Filtration und einer Elektrodialy se unterworfen wird.

Der vorliegenden Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine künstliche Niere zu schaffen, die die Schadstoffe aus dem Blut besonders wirksam und voll ständig entfernt und deren Konstruktion vereinfacht werden soll. Das Gerät soll den Vorteil haben, daß es so kompakt und leicht ist, daß der Patient es ständig mit sich führen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei der tragbaren künstlichen Niere mit einer Diafiltrations-Einheit und einer Gegenosmose-Einheit mit semipermeablen Membranen in Form von Kapillaren die semipermeablen Membranen dieser Filtrationseinheiten einen asymmetrischen Aufbau in der Form haben, daß sich ihre semipermeable kompakte Schicht an der Innenseite der Kapillaren befindet und daß die Außenseite eine poröse Struktur hat, die als Stützmaterial dient.

Die asymmetrischen Membrankapillaren werden aus geeigneten sterilisierbaren Polymeren hergestellt, wie sie auch für die herkömmlichen Membranen verwendet werden, z. B. aus Celluloseestern, wie Celluloseacetat, oder aliphatischen oder aromatischen Polyamiden oder Polyimiden. Besonders gut eignen sich asymmetrische Membrankapillaren aus steriiisierbaren Polyamiden und Polyimiden.

Als asymmetrische Membrankapillaren für die Diafil trations-Einheiten werden zweckmäßigerweise Porenmembranen mit einer molekularen Trenngrenze von etwa 15 000 verwendet, während die asymmetrischen Kapillarmembranen für die Gegenosmose-Einheit vorteilhafterweise Membranen mit einem Rückhaltevermögen für Harnstoff von etwa 90% sind. Diese Membrankapillaren bewirken eine fast quantitative Trennung von Harnstoff und Wasser. Sie können, ebenso wie die Membrankapillaren für die Diafütrations-Einheit, als Kapillaren von etwa 0,08 cm Durchmesser ausgebildet sein.

Asymmetrische Membranen in Form von Kapillaren

dieser Art werden aus der Lösung eines für die Herstellung von semipermeable.n Membranen geeigneten Polymeren in einem für das betreffende Polymere geeigneten Lösungsmittel durch eine Fällungsreaktion in der Weise hergestellt, daß man die Polyn Erlösung durch eine aus einer Doppelkapillare bestehenden Spinndüse so extrudiert, daß man an der Außenseite der Doppelkapillaren die Polymerlösung und in deren Innern üas Fällungsmittel herabfließen läßt, wodurch man am Ausgang der Düse das Fällungsmittel mit der Polymerlösung in Kontakt bringt und so die semipermeable Membranschicht in der gebildeten Kapillare von innen nach außen fällt.

Die Kapillaren werden für die Verwendung in der Diafiltrations-Einheit und der Gegenosmose-Einheit zu Bündeln von mehreren Tausend in einer Filtrationseinheit i.usarnmengefaßt. Bei einer Blutmenge von etwa 25 Litern pro Tag wird eine Membranfläche von etwa 5000 cm² benötigt. Diese Fläche ergibt eine Diafiltrations-Einheit mit einem Volumen von etwa 0,5 Liter. Dasselbe Volumen nimmt auch die Gegenosmose-Einheil ein. Rechnet man die für das Gerät erforderlichen Pumpen, Monitorsysteme und Durchflußmesser hinzu, die einen Raumbedarf von vielleicht 2 Litern haben, so ergibt sich für die künstliche Niere gemäß der Erlindung ein Gesamtraum von etwa 3 Litern.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von Diafiltration und Gegenosmose unter Verwendung von asymmetrischen Membranen in Form von Bündeln von Kapillaren ist es nunmehr möglich geworden, eine künstliche Niere in einer so kompakten und leichten Bauweise preiswert herzustellen, daß, abgesehen von besonders schweren Fällen, eine stationäre Hämodialyse nicht mehr erforderlich ist. Der Patient kann die Blutreinigung zu Hause oder sogar am Arbeitsplatz ausführen. Ein weitgehend kontinuierlicher Betrieb verhindert eine schädliche Konzentration der Giftstoffe in den Behandlungszwischenräumen. Vor allem werden durch den verhältnismäßig geringen Anschaffungspreis und die unkomplizierte Handhabung des Geräts die Kosten für die laufende Behandlung erheblich verringert.

Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert:

Das zu reinigende Blut aus dem Kreislauf wird über eine Dosierpumpe 1 der Diafiltrations-Einheit 2 zugeführt, deren Membrankapillaren als Porenmembranen mit einer wirksamen Gesamtfläche von etwa 5000 cm² und einer molekularen Trenngrenze von etwa 15 000 ausgebildet sind. Das Filtrat, welches alle Schadstoffe, gelöste Salze und Wasser enthält, wird mittels einer Hochdruckpumpe 3 zur Gegenosmose-Einheit 4 befördert, deren Membrankapillaren mit einer wirksamen Gesamtfläche von 5000 cm² als Membranen mit einem Rückhaltevermögen für Harnstoff von etwa 90% ausgebildet und so gestaltet sind, daß sie praktisch alle gelösten Stoffe aus dem Filtrat entfernen, die dann als Urin über ein Ventil 5 in einen Behälter 6 abgeführt werden. Das Konzentrat aus der Diafiltrations-Einheit 2 wird über den Durchflußmesser 7 und das Regelventil 8 unter Zufuhrung einer physiologischen Salzlösung aus dem Behälter 9 mittels einer Dosierpumpe 10 mit dem aus der Gegenosmose-Einheit 4 über Durchflußmesser 11 und Regelventil 12 kommenden Filtrat an der Stelle 13 vereinigt, und die vereinigten Filtrate werden dann über den Blasenfänger 14 in den Blutkreislauf zurückgeführt.

Das Bezugszeichen 15 stellt schematisch die zentrale Steuervorrichtung dar, und die gestrichelten Linien stehen für die Stromzuleitungen zu den einzelnen elektrisch gesteuerten und angetriebenen Vorrichtungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tragbare künstliche Niere mit einer Diafiltralions-Einheit und einer Gegenosmose-Einheit mit semipermeablen Membranen in Form von Kapillaren, dadurch gekennzeichnet, daß die semipermeablen Membranen dieser Filtrationseinheiten einen asymmetrischen Aufbau in der Form haben, daß sich ihre semipermeable kompakte Schicht ic an der Innenseite der Kapillaren befindet und daß die Außenseite eine poröse Struktur hat, die als Stützmaterial dient.

2. Tragbare künstliche Niere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrischen Membrankapillaren in der Diafiltrations-Einheit und in der Gegenosmose-Einheit jeweils zu bündeln von einer Vielzahl von einzelnen Kapillaren zusammengefaßt sind.

3. Tragbare künstliche Niere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrischen Membrankapillaren für die Diafiltrations-Einheit aus Porenmembranen mit einer molekularen Trenngrenze von etwa 15 000 und die asymmetrischen Membrankapillaren für die Gegenosmose· Einheit aus Membranen mit einem Rückhaltevermögen für Harnstoff von etwa 90% bestehen.

4. Tragbare künstliche Niere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung einer Blutmenge von 25 Litern pro Tag eine Membranfläche von etwa 5000 cm² je für die Diafiltrations-Einheit und für die Gegenosmose-Einheit in Form der zu Bündeln vereinigten asymmetrischen Membrankapillaren angeordnet ist.

5. Tragbare künstliche Niere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrischen Membrankapillaren aus Polyamiden oder Polyimiden bestehen.