DE2704554A1

DE2704554A1 - Sauerstoffbehandlungsgeraet fuer blut

Info

Publication number: DE2704554A1
Application number: DE19772704554
Authority: DE
Inventors: Robert Mark Curtis
Original assignee: Shiley Laboratories Inc
Current assignee: Shiley Laboratories Inc
Priority date: 1976-02-03
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1977-08-04
Also published as: CA1072849A; US4067696A; GB1570917A; JPS583704B2; FR2340101A1; FR2340101B1; JPS52109794A

Description

Die Führung des Blutkreislaufs außerhalb des Körpers ist und war seit einigen Jahren ein Routineverfahren im Operationssaal. Ein wichtiger Bauteil zur Herstellung des Blutkreislaufs außerhalb des Körpers ist das Gerät zum Anreichern des Blutes mit Sauerstoff. Der Zweck eines solchen Sauerstoffbehandlungsgerät^ ist es, Sauerstoff in enge Berührung mit dem venösen Blut zu bringen, damit der Sauerstoff mit dem Haemoglobin mit der Folge von Absorption von Sauerstoff und Freigabe von Kohlendioxyd reagiert. Einen interessanten historischen Überblick über Sauerstoffbehandlungsgeräte für Blut gibt der in der Dezemberausgabe I96I der Zeitschrift Surgery erschienene Aufsatz " Theme And Variations Of Blood Oxygenators" von Richard A. DeWall.

Drei hauptsächliche Typen von Sauerstoffbehandlungsgeräten sind bekannt geworden:

1. Im Membran-Sauerstoffbehandlungsgerät trennt eine Membran das Blut vom Sauerstoff. Der Gasaustausch findet durch Diffusion durch die Membran statt. Eine Art dieses Geräts ist in US-PS 3 413 Ü9-3 beschrieben.

SCHWÄBISCH CMÜND GEMEINSAME KONTEN: D-8 MÜ^CHCV 70

Telefon: (07171) S6 90 IVutidit Hink Munthrn 70/37369 ( BLZ 7CO 7CO 1 Z ) Teflon: >0 S9 ) 77 89

HROETER Telegramme: Sdiroepit SJi»a!nwJi (,mund 02/00 535 ( BLZ 61 3 7CO S6) K. LEHMANN Tcli-frimmc: SJmx -?u

lic 49 Telex: 7248861 pj,;dil PoüicfcfJikonto MunAen 1679 41-8C4 l.ipowskyiinSr 1C Telex: 5 2 1 2 J48 pjwe d

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2. Ein Film-Sauerstoffbehandlungsgerät setzt einen dünnen Film von Blut einer Sauerstoffatmosph:.'re aus. Eine Art eines solchen Geräts ist in der Ausgabe vom 15. Dezember 1956 der Zeitschrift The Lancet auf Seite 1246 unter dem Titel "Design Of An Artificial Luns Using Polyvinyl Formal Sponge"

beschrieben.

3. Das Blasen-Sauerstof fbehandlungsrerät führt Blasen vor. Sauerstoff direkt in das Blut ein. Im Blasen-Sauerstoffbehandlungsgerät, das in US-PS J> 578 411 beschrieben ist, hat die Blasenkammer einen fortlaufenden gewundenen Weg, um die gegenseitige Mischung von Blut und Sauerstoff zu fördern.

In US-PS 3 8O7 958 ist ein Blasen-Sauerstoffbehänd 1 unr-sgerät beschrieben, das eine Mehrzahl vertikaler Röhren benutzt, durch die ein Gemisch aus Blut und Sauerstoff in einer trnren Strömung ansteigt. US-PS 3 898 045 beschreib , ein Blasen-S uerstoffbehandlungsgerät, welches mit einer Gittarkarirer ausgestattet ist, die mit kugelförmigen Perlen yepackt ist, um das zu erreichen, was der Patentinhaber ein "U'ischf ilrrbl astn-Sauerstoffanreicherungs-Verfahren" nennt. Bei einer weiteren Art eines Blasen-Sauerstoffbehandlungsgeräts, das in einem in der Augustaungabe 1957 der Zeitschrift Surgery unter dem Titel "Preliminary Studies On The Sponge-Oxygenator" erschienenen Aufsatz von Adriano Bencini beschrieben ist, wird eine lange, vielfach durchbohrte Nadel in ein zylindrisches

Stück eines Polyurethanschwamms eingesetzt.

Vorliegende Erfindung hat nun eine Verbesserung eines "Schwamm"-Sauerstoffbehandlunssgeräts, wie es von Doktor Bencini uns seinen Mitautoren angegeben wurde, zum Gegenstand.

Im nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführunrsbeispiei besteht die Sauerstoffanreicherungs-Kammer aus einem aufrechten Kunststoffzylinder. Blut und Sauerstoff v/erden unten an diesem

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Zylinder eingeführt, wobei das Blut in einen ringförmigen Hohlraum eintritt, der von einer Abschlußkappe gebildet wird, während der S uerstoff durch eine Sprüheinrichtung tritt, die im Blut Sauerstoffblasen erzeugt. Dieses mit den Sauerstoffblas^n versetzte, noch venöse Blut strömt aufwärts durch eine dreidimensionale, offenzellige Mischfüllung mit einem sehr beträchtlichen Anteil von leerem Raum am gesamten Volumen.· Diese Mischfüllunf füllt den freien Querschnittsbereich der Sauerstoffanreicherungs-Kammer über die Länge aus, in der sich die Mischfüllung befindet. Die Mischfüllung bewirkt, daß die Phasen gasförmigen Sauerstoffs und flüssigen Bluts gründlich vermischt werden und daß eine große Menge an Blutschaum erzeugt wird. Als Ergebnis hiervon wird COp aus dem Blut entfernt und das Blut mit Sauerstoff gesättigt.

Blut, das den Charakter arteriellen Bluts angenommen hat, und Blutschaum fließen oben aus der Sauerstoffanreicherungs-Kammer und sind in einem Kanal enthalten, der zum Eingang der Enuschäumer-Kammer führt. Die Entschäumer-Kammer besteht vorteilhafter Weise ebenfalls aus einem aufrechten Kunststoffzylinder, innerhalb dessen ein ringförmiger Entschäumer-Filter befestigt ist. Als Folge hiervon wird ein beträchtlicher Teil der inneren Hohlraumwandoberfläche des Entschäumer-Filters von arteriellem Blut und Blutschaum berührt. Der Entschäumer-Filter bringt die Blasen im Blut zum Zusammenfallen, so daß die eingeschlossenen Gase durch die in der Entschäumer-Kamrr.er vorgesehenen öffnungen entweichen können. Das arterielle, geschlossen vorliegende Blut setzt sich unten in der Entschäumer-Kamrrer ab, von wo es zum Patienten zurückgeführt wird.

Eine wichtige Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß sie einen geringen Verbrauch an gasförmigen Sauerstoff hat, d.h., daß die Sättigung des Bluts mit Sauerstoff und die gleichlaufende Entfernung von COp daraus mit einem niedrigen Volumen.iurchsatzverhältnis von Sauerstoff zu Blut erzielt wird. So erfordern

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bestimmte, weit verbreitete Arten von Sauerstoffbehandlungr,.~erätcn zwischen zwei und zweieinhalb Liter Sauerstoff für Jeden Liter venösen Bluts, wenn Atmosphärendruck zugrunde gelebt wird. Vorliegende Erfindung arbeitet sehr wirksam und zufriedenstellend mit ungefähr einem Liter oder weniger an Gas auf jeden Liter Blut, ebenfalls bei Atmosphärendruck. Ein derart gerinner Sauer Stoffdurchsatz wird für wichtig erachtet, da in Veröffentlichungen berichtet wurde, daß eine Beziehung zwischen dem Ausmaß an Blutschädigung in Blasen-Sauerstoffbehandlungsgeräten und dem Volumendurchsatzverhältnis von Sauerstoff zu Blut hergestellt werden kann.

Obwohl noch nicht voll überblickt werden kann, worauf die verbesserte Art der Säuerstoffbeladung des Bluts mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zurückzuführen ist, wird angenommen, daß ein Grund für die durch einen verhältnismäßig niedrigen Sauerstoffdurchsatz erzielbare Sättigung mit Sauerstoff und COp-Beseitigung der ist, daß die Vermischung und kräftige Durchwirbelung des Blutes mit Sauerstoffblasen innerhalb der dreidimensionalen offenzelligen Mischfüllung eine wesentliche Zerstörung der Diffusionsgrenzschichten an den Oberflächen der Sauerstoffblasen bewirkt. Diese Mischwirkung wird weiter dadurch verstärkt, daß die Sauerstoffblasen in kleinere aufgespalten werden und zu gewundenen Wegen durch das 13Iu- gezwungen werden. Die durch die Erfindung erreichte kräftige Micchung vcn Blut und Sauerstoffblasen äußert sich in der Erzeugung einer großen Anzahl kleiner Blasen, wobei das Gemisch aus Blut und solchen Blasen ein schaumartiges Verhalten zeigt und im folgenden als Blutschaum bezeichnet wird. Wie weiter unten beschrieben wird, erfassen nach dem erfindungsgemäßen Prinzip gebaute Sauerstoffbehandlungsgeräte in wirksamer Weise den Blutschaum und bringen den gesamten Schaum, der während der gegenseitigen Durchmischung von Blut und Sauerstoff erzeugt wurde, wieder zum Zusammenfallen.

Die herkömmliche Lehre auf dem Gebiet der Blasen-Sauerstoffbehandlungsgeräte und anderer Arten solcher Geräte, wie sie

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beispielsweise im oben angegebenen Aufsatz von Doktor Bencini und Mitautoren angegeben sind, zielt darauf ab, daß das Schäumen des Bluts möglichst vermieden oder wenigstens geringstmöglich gehalten werden soll. Vorliegende Erfindung bedeutet deshalb eine wesentliche Abkehr von dem bisherigen Stand der Technik auf dem Gebiet der S-.uerstoffbehandlungsgeräte sowohl des Blasen-, als auch des Filmtyps und unterscheidet sich von diesen wesentlich dadurch, daß vorliegende Erfindung eigens so gebaut ist daß sie die Erzeugung vom Blutschaum begünstigt. Ausführliche Tierversuche mit Blasen-Sauerstoffbehandlungsgeräten gemäß der Erfindung unter Normtestbedingungen beweisen, daß die Erfindung eine Sättigung von Blut mit Sauerstoff und eine Entfernung von COp daraus mit einem erheblich herabgesetzten Sauerstoffdurchsatz erreicht, während die Unversehrtheit des Bluts im gleichen oder höheren Grad als bei anderen heute verwendeten Blasen-Sauerstoffbehandlungsgeräten gewahrt wird.

Ein damit zusammenhängender Vorteil der Sauerstoffanreicherungs-Kammer vorliegender Erfindung besteht darin, daß die darin befindliche Mischfüllung einen ganz beträchtlichen Anteil von leerem Raum am gesamten Volumen aufweist. Folglich ist das Blut nicht gezwungen, durch beengte Zwischenräume hindurchzugehen. Die Sauerstoffanreicherungs-Kammer bietet deshalb der Blutströmung einen geringen Wiederstand. Zusätzlich bleibt die Blutgeschwindigkeit an jeder Stelle innerhalb der Mischfüllung niedrig. Folglich ist es nicht erforderlich, künstlich Druck zum Fördern des Blutes aufzuwenden. Es genügt der aufgrund der Schwerkraft erfolgende Zufluß des Bluts vom Patienten zur venösen Einlaßseite des Geräts.

Ein anderer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, daß ihre Bestandteile genügend billig herstellbar sind, so daß sie nach Gebrauh verworfen werden können, wodurch die Notwendigkeit zur Sterilisierung nach Gebrauch entfällt. Die einzelnen

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Bestandteile sind leicht und billig aus Materialien herstellbar, die keine biologische Aktivität zeigen und die verträglich mit menschlichem Blut sind.

In der nachfolgenden Beschreibung sind einige Ausführungsbeispieie der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel

eines S luerstoffbehandlungsgeräts für Blut, Pig. 2 eine Draufsicht auf das Gerät gemäß der Linie 2-2 der

Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht teilweise im Schnitt nach der Linie J5-3 der Fig. 2 eines Teils des Geräts zur Veranschaulichung der Bauweise des Entschäumer-Filters,

Fig. 4 einen waagrechten Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1 zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Sauerstoffanreiche rungs -Kammer und des Entschäumer-Filters,

Fig. 5 einen vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4 zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Einlasse für Sauerstoff und venöses Blut und der Sauerstoffeinsprüheinheit,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform einer Sauerstoffanreicherungs-Kammer, die mit einer inneren zylindrischen Säule versehen ist, so daJ die Kammer Ringform annimmt,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Sauerstoffanreicherungs-Kammer mit einer mehrlagig durchlöcherten Mischfüllung,

Fig. 8 eine perspektivische Ansiht der teilweise zerlegten mehrlagig durchlöcherten Mischfüllung der Fig. 7·

Das Sauerstoffbehandlungsperät gemäß Fig. 1 bis 5 enthält eine Sauerstoffanreicherungs-Kammer 9 für die gründliche gegenseitige Durchmischung von Blut und Sauerstoff. Im gezeigten Ausführung sbeispiel besteht diese Kammer 9 aus einer Hülle lo, deren unteres Ende durch eine Abschlußkappe 11 mit mehreren Mündungen verschlossen ist. Wie insbesondere in Fig. 5 gezeigt ist,

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1st diese Abschlußkappe 11 so gestaltet, daß sie eine ringförmige innere Mulde 12 bildet, die eine erhöhte waagrechte Oberfläche 13 umgibt. In der Außenwand der Abschlußkappe 11 sind ein oder mehrere Blutzuleitungs-Mündungen vorgesehen. Wie in den Figuren 2 und 4 gezeigt, sind vorteilhafterweise zwei solcher Mündungen 14 und 15 vorgesehen, wovon eine an die Entnahmestelle venösen Bluts an Patienten und die andere an einen Cardiotomiebehälter angeschlossen sein kann, dem das von der Operationsstelle abgesaugte Blut zugeführt wird. Jede dieser Blutzuleitungsmündungen 14 und 15 hat vorteilhafterweise einen gerippten Anschluß stutzen 2o zur Erleichterung des An bringe ns von biegsamen Zuleiingischläuchen 21 und 22 für venöses Blut. In der Mitte der Abschlußkappe 11 geht durch die erhöhte waagerechte Oberfläche Ij5 eine Sauerstoff-EinlaßmUndung 2}, die ebenso vorteilhafterweise einen nach außen weisenden gerippten Anschlußstutzen 24 zur Anbringung eines biegsamen Sauerstoff-Zuleitungsschlauches 25 hat.

Im Betrieb tritt venöses Blut in die Mündungen 14 und 15 unter genügend hohem Druck ein, um die Blutströmung durch das Sauerstof f behandlungsgerät zu bewirken. Im typischen Anwendungsfall wird dieser Druck dadurch hergestellt, daß die gesamte Baueinheit auf einem Niveau unterhalb des Patienten angebracht wird.

Der durch die Einlaßmündung 23 eintretende Sauerstoff wird veranlaßt, in Form einer Mehrzahl von Sauerstcffblasen in das Blut einzuperlen, was mittels einer Sprüheinrichtung 3o geschieht, die vorteilhafterweise aus einer festen Scheibe aus vielen dicht gepackten Glasperlen in der Grüßenordnung von 0,4 mm besteht, die von der 3M Company unter der Bezeichnung Tegraglas erhältlich ist. Eine mittig Inder Unterseite der Sprühscheibe angeordnete Druckkammer 31 steht mit der Einlaßmündung 23 in Verbindung. Eine abdichtende Beschichtung 32 ist auf die obere Oberfläche der Sprühscheibe 3o aufgebracht, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Demgemäß strömt Sauerstoff unter Druck durch den Zuleitungsschlauch 25, den Anschlußstutzen 24, die Einlaiimündung 23 und durch die vielen kleinen Zwischenräume zwischen den

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dichtgepackten Glasperlen der Spriihscheibe J>o, um eine Vielzahl von Sauerstoffblasen zu bilden, die aus der äußeren Umfangsfläche J33 der SprUhscheibe ^o in zunächst etwa waagrechter Richtung herausperlen. Die durch Pfeile in den Fig. 1 und 5 versinnbildlichten Perlen strömen durch das venöse Blut, das in die ringförmige Mulde 12 eintritt. Dieses unter Druck stehende Blut steigt innerhalb der Hülle Io nach oben.

Andere bekannte Mittel zur Erzeugung von Sauerstoffblasen können anstelle der Sprühscheibe 3o vorgesehen sein. Außerdem ist die Größe der erzeugten Blasen nicht kritisch, da die Blasen während des Vermischungsvorgangs in kleinere zerteilt werden. Die aus dem unter der Bezeichnung Tegraglas bekannten Material bestehende Sprühscheibe, die in den weiter unten beschriebenen Tierversuchen verwendet wurde, erzeugt Blasen mit Durchmessern in der Größenordnung von J> bis 5 mm, Jedoch können größere oder auch kleinere Blasengrößen im Sauerstoffbehandlungsgerät gemäß vorliegender Erfindung Anwendung finden.

Das venöse Blut und die Sauerstoffblasen werden gründlich miteinander vermischt, während sie durch das dreidimensionale, offenzellige Material der Mischfüllung 4o strömen, die oberhalb der Sprühscheibe J>o in der Kammer 9 gehalten wird und deren innerer Querschnitt soweit ganz überdeckt,wie ihre Länge in der Kammer 9 reicht. Die offenzellige Mischfüllung 4o bewirkt eine beträchtliche Vermischung und eine kräftige gegenseitige Durchwirbelung von Blut und Sauerstoffblasen. Dieses Mischen und Durchwirbeln zerstört die Diffusionsgrenzschichten, die sich an den Oberflächen der Sauerstoffblasen auszubilden bestrebt sind. Dadurch wird die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Haemoglobin des Bluts erleichtert. Außerdem zerlegt die Mischfüllung 4o die von der Sprühscheibe Jo erzeugten Blasen in noch kleinere Blasen und zwingt sie zu gewundenen Wegen durch das Blut. Es hat sich herausgestellt, daß dieser Mischvorgang eine ausgezeichnete und gründliche gegenseitige Durchmischung von Blut und Sauerstoff bewirkt und einen Blutschaum erzeugt, der oben aus der offenzelligen Mischfüllung heraustritt.

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Die offenzellige MischfUllung 4o wird innerhalb der Kammer durch zwei Halteringe 41 und 42 festgehalten, die an der inneren Wand der Hülle Io befestigt sind. Das Ausmaß, bis zu dem das Blut und der Sauerstoff gegenseitig gemischt sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wozu das Ausmaß, bis zu dem das Blut geschäumt wird, die Dicke des den Schaum bildenden Blutfilms und die Verweildauer des Blutschaums in Gegenwart von S-iuerstoff gehören. Als ein Beispiel sei angegeben, daß sich Polyurethannetzschaum vorteilhafterweise als offenzellige MischfUllung verwenden läßt. Die Art des durch den Polyurethannetzschaum erzeugten Blutschaums kann wahlweise durch Wahl der Netzrraschenweite des Schaumstoffs variiert werden. Die Verweildauer des Blutschaums wird durch die Porengröße und die Länge des Materials der MischfUllung 4o bestimmt. Eine ausgezeichnete Sättigung des Bluts mit Sauerstoff und die Beseitigung von COp kann durch Benutzung eines Schaumstoffs mit einer Porenweite in der Größenordnung von o,75 bis 5 mm und durch Variation der Gesamtlänge erzielt werden, die erforderlich ist, um die notwendige Verweildauer einzuhalten. Der Netzschaum hat einen sehr beträchtlichen Anteil von leerem Raum am gesamten Volumen, typischer Weise 85 bis 97 %. Dadurch bietet die Sauerstoffanreicherungs-Kammer dem Blutstrom einen geringen Widerstand und es ergeben sich darin geringe Blutgeschwindigkeiten. Bei den unten beschriebenen Tierversuchen hatte die Hülle Io der Kammer einen Innendurchmesser von 5o mm, eine Länge von 2^o mm und eine Wandstärke von 1,5 mm. Der Polyurethannetzschaum der Mischfüllung 4o hatte Porenweiten zwischen 1,7 bis 2,5 mm und war 5o mm hoch. Da sich herausgestellt hat, daß eine beträchtliche Schaumbildung des Bluts innerhalb der Sauerstoffanreicherungs-Kammer 9 eine erwünschte Funktion der Mischfüllung 4o ist, ist der Polyurethannetzschaum vorteilhafterweise nicht mit einem Antischaummittel behandelt.

Das arteriell gemachte Blut in Form flüssigen Bluts und Blutschaums steigt innerhalb der Hülle Io bis oben hin und wird in einem Kanal 45 eingefangen, der vom oberen Ende der Hülle Io zum Eingang 46 des Entschäumers 47 führt. Der Kanal 45 besteht

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aus einer im allgemeinen halbzylindrischen Schale 48, die mit einer ebenen Deckplatte 49 verbunden ist. Dieser Strömun^üwe»* des arteriell gemachten Bluts und Blutschaums wird durch die Pfeile 5o in Fig. 1 versinnbildlicht, wobei das arteriell gemachte Blut und der Blutschaum im allgemeinen waagrecht durch den Kanal 45 und nach unten in den Entschäumer 47 fließen. Der Entschäumer 47 hat eine zylindrische Hülle 51, die benachbart der Hülle Io der Sauerstoffanreicherungs-Kammer liegt. Das obere Ende der Hülle 51 ist mittels der Deckplatte 49 und ihr unteres Ende durch eine Abschlußkappe 52 geschlossen, die im allgemeinen die

Form eines umgestülpten Bechers hat.

Der Eingang 46 des Entschäumers 47 besteht im allgemeinen aus einem Einlaßzylinder 53, der mit seinem oberen Ende an der Deckplatte 49 befestigt ist und zum Kanal 45 hin offen ist. Wie am Taesten aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, ist der Flüssigkeitsweg durch den Einlaßzylinder 53 teilweise lurch eine Scheibe 54 unterbrochen, die sich senkrecht zur Achse des Einlaßzylinders 53 erstreckt. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, enthält die Scheibe 54 drei bogenförmige Öffnungen 55, die von der Mitte der Scheibe 54 einen solchen Abstand haben, daß sowohl der mittlere Teil als auch der Teil der Scheibe 54, der sich nächst der Hülle Io befindet, geschlossen sind. Wie unten beschrieben wird, lenken die offenen und geschlossenen Teile der Scheibe 54 das arteriell gemachte Blut und den Blutschaum in geeigneter Weise in den Entschäumer.

Der Einlaüzylinder 53 und die untere Abschlußkappe 52 dienen auch dazu, einen ringförmigen Entschäumer-Filter 6o zu halten. Der Einlaßzylinder 53 weist einen Ringflansch 6l auf, über den das obere Ende des Entschäumer-Filters 6o gezogen ist (Fig. 3), während die untere Abschlußkappe 52 einen Profilring 62 aufweist, unter dem das untere Ende des Entschäumer-Filters 6o festgemacht ist. Eine zylindrische Säule 63 erstreckt sich zwischen dem Einlaßzylinder 53 und der unteren Abschlußkappe 52 innerhalb des Entschäumer-Filters 60. Die entsprechenden Enden dieser Säule 63 sind gegen den Einlaßzylinder 53 und die Abschlußkappe 52 abgedichtet, so daß der Strömungsweg des Bluts vollständig außerhalb der Säule 63 verläuft. Die Säule 63 dient der konstruktiven

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Aussteifung und einem verbesserten Strömungsverhalten durch den Entschäumer-Filter 60.

Das arteriell gemachte Blut und der Blutschaum_; die durch die Pfeile 5o angedeutet sind, strömen durch die öffnungen 55 in den inneren Ringraum 64, der durch die Säule 6j> und den Entschäumer-Filter 60 begrenzt ist. Das untere Ende dieses Ringraums 64 wird durch die Innenwand der unteren Abschlußkappe 52 abgedichtet. Im Betrieb konzentrieren sich Blut und Blutschaum in demjenigen Abschnitt des Entschäumer-Eingangs 46, der der Sauerstoffanreicherungs-Kammer 9 am nächsten liegt. Um zu verhindern, daß Blut und Blutschaum nur einen begrenzten Abschnitt der inneren Wand oberfläche des Entschäumer-Filters 60 bestreichen., ist der Abschnitt der Scheibe 54, der sich am nächsten an der Sauerstoffanreicherungs-Kammer 9 befindet, geschlossen, wie in den Figuren 1 und 4 dargestellt ist. Als Folge hiervon wird Blut und Blutschaum mittels der bogenförmigen Öffnungen 55 gleichmäßiger über den gesamten Umfang der inneren Wandoberfläche des Entschäumer-Filters 60 verteilt.

Der größte Teil des in den inneren Ringraum 64 eintretenden flüssigen Bluts wird durch die Säule 6} so gelenkt, daß er den unteren Teil des Ringraums 64 auffüllt. Dieses flüssige Blut fließt durch den Entschäumer-Filter 60 etwa so ab, wie dies durch die unten im Ringraum 64 eingezeichneten Pfeile angedeutet ist. Blut und Blutschaum treten am oberen Ende des Entschäumer-Filters 60 so ein, daß ein erheblicher Anteil der inneren Wandoberfläche des Filters 60 in Berührung mit dem Blutschaum gelangt. Demgemäß wird ein ebenso beträchtlicher Teil des Entschäumer-Filters 60 zur Trennung des Blutschaums von eingeschlossenen Gas benutzt, so daß der Schaum in sich zusammenfällt und flüssiges Blut in den Ringbehälter 67 zwischen dem Filter und der Innenwand der Hülle 51 der Entschäumer-Kammer fließt und sich unten In dieser Kammer und in der Abschlußkappe 52 absetzt, wie dies in Fig. 1 durch die Bezugsziffer 68 angedeutet; ist. Die eingeschlossenen Gase- hauptsächlich Sauerstoff und CO₀-

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die der Entschäumer-Filter 60 abtrennt, sind in der Zeichnung durch gestrichelte Pfeile angedeutet und entweichen aus der Hülle 51 der Entschäumer-Kammer durch drei Entlüftungsöffnungen 69 (Fig. 4), die sich nahe dem oberen Ende dieser Kammer befinden. Polglich sammelt sich geschlossen vorliegendes^ flüssiges Blut im Ringbehälter 67. Dieses mit Sauerstoff angereicherte, gefilterte, geschlossen vorliegende Blut geht durch eine Auslaßmündung 75 im untersten Teil der unteren Abschlußkappe und wird zum Patienten mittels eines biegsamen Schlauches 76 für arterielles Blut zurückgeleitet.

Der Entschäumer-Filter 60 wird vorteilhafterweise aus einer ebenen Lage aus Schaumstoff mit einer Porenweite zwischen o,5 bis 2,5 mm und typischerweise mit einer Dicke in der Gegend von 25 mm hergestellt, die mit einem dünnen Film einer Silikonverbindung behandelt ist. Die Lage wird entlang ihr«r Mittellinie gefaltet und die beiden Enden zusammengebracht. Dieses Bauelement wird dann umgestülpt, so daß es den ringförmigen Filter 60 bildet, der in den Zeichnungen dargestellt ist. Dieser ringförmige Filter wird mit einem fein gewebten Filtertuch 80 bedeckt, wobei das eine Ende des Filtertuchs um den Einlaßzylinder 53 gezogen und oberhalb des Ringflansches 6l durch eine Kunststoffbinde 8l gesichert ist. Der untere Teil des Filtertuchs 80 ist in gleicher Weise durch eine Kunststoffbinde 82 innerhalb der ringförmigen Einschnürung gesichert, die vom Profilring 62 und einem Vorsprung 83 in der Abschlußkappe 52 gebildet wird. Die Binden 8l und 82 dienen auch dazu, um den ringförmigen Filter 60 am Einlaßzylinder 53 und der Abschlußkappe 52 körperlich zu sichern. Das Filtertuch 80 stellt sicher, daß irgendwelche angesammelten Blutbruchstücke, Teilchen usw.im Blut am Eintritt in den Ringbehälter 67 gehindert werden.

Der Riuminhalt des Entschäumer-Filters sollte ausreichend sein, den Schaum zum Zusammenfallen zu bringen, der erzeugt wird, während ( i ) des höchsten während einer Perfusion möglichen Blut-und Sauerstoffdurchsatzes, (ii) der längstmöglichen Zei*;-

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dauer einer Perfusion. Nur als Beispiel sei angegeben, daß bei den unten beschriebenen Tierversuchen der Entschäumer-Filter aus einer Lage aus Polyurethanschaum von 25 rnm Dicke und 1,3 ^mm Porenweite bestand. Diese Lage war zu einem 267 mm lanzen Ring geformt und in einer zylindrischen Hülle 51 von 127 mm Durchmesser, 3o5 mm Lange und einer Wandstärke von 1,5 mm gehalten. Die innere Säule 63 hatte einen Außendurchmesser von 25 mm.

Für den Gebrauch wird das Sauerstoffbehandlungsgerät für Blut mit einer Erstfüllung unversehrten Bluts versehen, um einen Ausgleich für das Blutvolumen zu schaffen, das dem Patienten entnommen wird und während des Abzweigverfahrens im Kreislauf ex vivo gehalten wird. Wie weiter unten beschrieben wird, besteht die Hülle 51 vorteilhafterweise aus einem klaren Kunststoff. Eine Skaleneinteilung an der Seite der Hülle 51, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, erlaubt auf diese Weise die Erstfüllung mit einer genau bemessenen Menge von Blut. Zusätzlich kann damit die im Entschäumer befindliche Blutmenge jederzeit kontrolliert werden, so daß sowohl übermäßige als auch ungenügende Blutpegel im System vermieden werden können.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält ein Befestigungsständer 9° eine vertikale Säule 91, die mit dem Boden eines becherförmigen Elements 92 verbunden ist, das seinerseits in den nach oben ragenden Teil der Abschlußkappe 52 paßt. Die Säule 91 geht durch eine Mittenöffnung einer Scheibe 93» deren Umfang mit der unteren Kante des becherförmigen Elements 92 verbunden ist. Der Befestigungsständer 9o kann seinerseits an einer (nicht gezeigten) Befestigungskonsole angebracht sein. Eine weitere (nicht gezeigte) Befestigungskonsole kann zum Halten einer in der oberen Wand der Schale 48 befindlichen Ausstülpung 9^ vorgesehen sein.

Eine abgeänderte Ausführungsform einer Sauerstoffanreicheffngs-Kammer ist in Fig. 6 gezeigt. Der Durchmesser der in Fig. 6 gezeigten Sauerstoffanreicherungs-Kammer loo ist im allgemeinen

größer als der der Kammer 9» wie sie oben unter Bezugnahme

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auf die Fieren 1 bis 5 beschrieben wurde. Die Kammer 1 oo hat eine aufrechte zylindrische Hülle lol, in der koaxial eine Säule Io2 befestigt ist. Die Säule Io2 ist oben durch die Scheibe Io3 und unten durch ihre Verbindung mit der abdichtender: Beschichtung 32 der Sprühscheibe 3o abgedichtet.Um die Säule Io2 herum befindet sich Neztschaum in ringförmiger Anordnung, so da;3

er den gesamten Querschnitt des Ringraumes zwischen der S?iulc; Ιοί; und der inneren Wand der zylindrischen Hülle lol einnimmt. Dac Volumen des Schaumstoffs bei dieser abgeänderten Ausführ ungsfcrm einer S uerstof fanreichemgs-Kammer kann dem der Kammer 9 der Fig. 1 durch einen größeren Durchmesser der Hülle lol und/ oder durch Vergrößerung der Länge des Schaumstoffmaterials angeglichen werden. Abgesehen von dieser Änderung an der Sauerstoffanreichunks· Kammer ist das Sauerstoffbehandlungsgerät gleich dem des in den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Beispiels.

E±ie weitere Ausführungsform einer Sauerstoffanreicherungs-Karrmer ist in den Figuren 7 und 8 gezeigt. Diese Kammer Ho kann eine äußere Gestalt gleich der Kammer 9 der Fig. 1 haben. Die offenzellige Mischfüllung 111, durch die innerhalb der Kammer Ho das venöse Blut und der Sauerstoff strömen, besteht hier aus einem durchlöcherten Element , das ebenfalls einen sehr beträchtlichen Anteil von leerem Raum am gesamten Volumen aufweist und zwischen zwei Halteringen 112 und 113 aufgenommen ist. Der Aufbau dieses Elements besteht vorteilhafterweise aus einer Mehrzahl durchlöcherter Scheiben 115 aus feinmaschigem Kunststoffsieb. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist die Orientierung der sich jeweils rechtwinklig kreuzenden Kunststofffäden in jeder der Scheiben 115a, 115b, 115c und 115d zu der einer anderen versetzt, wodurch die Sauerstoffblasen gezwungen werden, einen gewundenen Weg durch das Blut zu nehmen. Diese Bauweise bewirkt ebenfalls eine Zerlegung der Sauerstoffblasen in kleinere, was eine kräftige Durchmischung von Sauerstoff und Blut und eine Erzeugung von Blutschaum zur Folge hat.

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Das Sauerstoffbehandlungsgerät für Blut gemäß vorliegender Erfindung kann billig aus Materialien hergestellt werden, die physiologisch verträglich mit dem Blut sind. So können die Kuller. der Sauerstoffanreicherungs-Kammer und des Entschäumers, die Abschlußkappen und die Bauteile im Inneren der Entschäumer-Kern:' -τ durch Spritzgießen oder Formen aus klarem Polykarbonat herzet*.,.! sein. Diese Elemente können mittels bekannter Techniken, wie Kleben, Schweißen usw. miteinander verbunden sein.

Das oben beschriebene und im Zusammenhang mit den Figuren 1 bi^ '.:· erläuterte Sauerstoffbehandlungsgerät für Blut wurde im Tierversuch erfolgreich benutzt, Blutsauerstoffpegel einzuhalten, während das Versuchstier im wesentlichen gelähmt war, um die Eigenatmung durch die Lungen auszuschalten. Zum Beispiel wurde in einem Versuch ein 91 kg schweres Schaf mittels Ketarin beruhigt und während der gesamten Perfusionszeit im wesentlicne:: gelähmt gehalten. Während der Versuche blieb die Temperatur des Tieres konstant bei J57 ⁰C. . Abzweigkanülen wurden an der Nackenvene und an der Nackenarterie eingesetzt. Das Abzwei.-■;-system des Sauerstoffbehandlungsgeräts und der Wärmetauscher wurden mit einer Erstfüllung von 2000 ml Blut aus einem anderen Tier versehen. Ein weiterer Liter an Blut wurde während des Versuches noch dazugegeben. Die während des Versuchs orhaltür-Daten sind in Tabelle I zusammengestellt. Zur Zeit t = l6jJ0 wurde die mechanische Beatmung abgeschaltet, worauf das Sauerei.of behandlungsgerät allein die Versorgung des Tiers mit Sauerstoff und die COp-Beseitigung für die Dauer der Perfusioriibernahm. .

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TABELLE I (Teil 1)

Zeit

σ (O co ω	1430 1530 1630 1700 1720
/081¹	1735 1750
■«j	18IO
	1835
	1850
	1902
	1910

Art

Erstfüllung

teilweise Sauerstoffbehandlung

vollständige Sauerstoffbehandlung

erste arterielle Blutprobe

erste venöse Blutprobe

zweite arterielle Probe

zweite venöse Probe

dritte arterielle Probe

dritte venöse Probe

vierte arterielle Probe

vierte venöse Probe

fünfte arterielle Probe

fünfte venöse Probe

sechste arterielle Probe

sechste venöse Probe

siebte arterielle Probe

siebte venöse Probe

achte arterielle Probe

achte venöse Probe

Pumpe aus

Blutdurch satz (l/min)	Sauerstoff durchsatz (l/min)
6,0 5,1 5,1	5,8 3,7 3,4
4,5	2,2
5,2	1,5
4,8	1,5
5,1	4,3
3,6	2,0
3,6	1,4
4,5	2,1

Volumendurchsatzverhältnis Säuerstoff/Blut

0,97 0,73 0,67

0,49 0,29 0,31 0,84

0,56 0,39 0,47

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Kn-s-15

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Weiterhin wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, um die Möglichkeiten des Arbeitens mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zu erproben. Der vorhergehend beschriebene Versuch war hierfür ein Beispiel, weitere Versuchsreihen wurden durchgeführt, wozu eine Plasmahaemoglobin-Analyse zur Bestimmung des Ausmaßes der durch die Sauerstoffbehandlung verursachten Haemolyse gehörte. Bei einem dieser Versuche wurde ein 72 kg schweres Schaf einer Perfusion unterworfen und die dabei erhaltenen Daten in der Tabelle II zusammengestellt.

Versuche, wie sie oben im einzelnen angegeben sind, beweisen, daß die Sättigung des Bluts und die CO₂-Beseitigung mit niedrigen Sauerstoffdurchsätzen erzielbar ist. Im typischen Fall können Perfusionen nach der Erfindung bei einem Volumendurchsatzverhältnis von Sauerstoff zu Blut gleich 1:1 oder weniger durchgeführt werden. Darüber hinaus ist das Ausmaß der durch Plasmahaemoglobinmessungen bestimmten Haemolyse bei 'er Erfindung ziemlich niedrig, wie sich aus den Daten der Tabelle II, Teil B ergibt, womit erwiesen ist, daß das Sauerstoffbehandlungsgerät für Blut gemäß der Erfindung die Unversehrtheit des Bluts gleich oder besser als die zur Zeit in klinischem Gebrauch befindlichen Blasen-Sauerstoffbehandlungsgeräte, wenn dem Vergleich Regelwerte zugrunde gelegt werden, bewahrt.

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TABELLE II Teil A , 1

Zeit

Art

Blutdurchsatz (l/min)

Sauerstoff -

durchsatz

(l/min)

Volumendurchsat ζ verhältnis Sauerstoff/Blut

1215 ErstfUllung, vor Abzweigbetrieb

Tier, vor Abzweigbetrieb 1305 erste arterielle Blutprobe 3,0

erste venöse Blutprobe 1320 zweite arterielle Probe 3,8

zweite venöse Probe
1335 dritte arterielle Probe 3,8

dritte venöse Probe
1348 vierte arterielle Probe 3,8

vierte venöse Probe
1405 fünfte arterielle Probe 3,8

fünfte venöse Probe
1430 sechste arterielle Probe 4,0

sechste venöse Probe
1450 siebte arterielle Probe 4,1

siebte venöse Probe
1500 achte arterielle Probe 4,0

achte venöse Probe
1520 neunte arterielle Probe 3,7

neunte venöse Probe
1540 zehnte arterielle Probe 3,6

zehnte venöse Probe
I6IO elfte arterielle Probe 3,2

elfte venöse Probe

1630 zwölfte arterielle Probe 2,9 zwölfte venöse Probe

1631 Pumpe aus

ι,ο 0,89 1,06 1,3 1,3 1,0 1,1 0,78 0,84 0,86 0,84 0,93

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709831 /081

TABELLE II
Teil B

PLASMA-HAEMOGLOBIN-ANALYSE

Probe

Zeit

Plasmahaemoglobin (#)

CD CD	1	vor	Abzweigbetrieb
CD
	2	vor	Abzweigbetrieb
		1/2	Std.
O cc	4	1	Il
—»	5	2	Il
	6	4	Il
	7	1	Tag

<8

mg. &/min

Erstfüllung	30	-	05
Abzweigbetrieb	14	-	10
Il	15,5	O,	04
Il	21,5	O,
η	25,8	O,
nach Abzweigbe -	8,0	-
trieb

Claims

ANSPRÜCHE

1. ^Sauerstoffbehandlungsgerät für Blut, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (9, 12, 3o, 4o) zum Erzeugen einer erheblichen Menge an Schaum aus Blut und Sauerstoff und eine Vorrichtung (51, 6o, 64, 67) zum Entschäumen des Bluts hintereinander geschaltet sind.

2. Sauerstoffbehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des Blutschaums eine Sprüheinrichtung (3o) zum Einsprühen des Sauerstoffs in Form von Blasen in den Zuleitungsraum (^4) für venöses Blut enthält.

3· Sauerstoffbehandlungsgrät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung (3o) in einer vertikalen Kammer (9) angeordnet ist, die zur Führung des Gemischs von Blut und Sauerstoffblasen von unten nach oben eingerichtet ist, und daß sich in dieser Kammer (9) oberhalb der Sprüheinrichtung (Jo) eine offenzellige Mischfüllung (4o) befindet, die, in dem von ihr eingenommenen Höhenabschnitt der Kammer(9)» deren Querschnitt vollständig einnimmt, dabei jedoch einen sehr beträchtlichen Anteil von leerem Raum am gesamten Volumen hat.

4. Sauerstoff behandlungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von leerem Raum am gesamten Volumen der Mischfüllung (4o) über 85# beträgt.

709831/0817 ORIGINAL INSPECTED

Kn-s-15

5. Sauerstoffbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischfüllung (4o) aus Polyurethannetzschaum besteht.

6. Sauerstoffbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung (3°) eine poröse Sinterglasscheibe ist, die eine innere Druckkamer (31) zur Zuleitung des Sauerstoffs hat und die an der der Innenwand der Kammer (9) zugewandten Umfangsflache (33) eine Vielzahl von Austrittsöffnungen für den Sauerstoff hat, während ihre übrige Oberfläche mit einer abdichtenden Beschichtung (32) versehen ist.

7. Sauerstoffbehandlungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzei chnet, daß eine ringförmige Mulde (12) zur Zuführung venösen Bluts die Sprüheinrichtung (3o) umgibt, so daß daß venöse Blut ansteigend an der Sprüheinrichtung vorbei geleitet wird.

8. Sauerstoffbehandlungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (51» 6o, 64, 67) zum Entschäumen des Bluts von oben her mit Blutschaum beaufschlagbar ist und Seite an Seite mit der Vorrichtung (9* 12, 30, 4o) zum Erzeugen des Blutschaums angeordnet ist, wobei ein oberer Kanal (45) beide Vorrichtungen verbindet.

9. Sauerstoffbehandlungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Entschäumen des Bluts einen von einen ringförmigen Entschäumer-Filter (60) umgebenen Ringraum (64) hat, der von oben her mit dem Entschäumer-Eingang (46) in Verbindung steht.

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10. Sauerstoffbehandlungsgerät nach Anspruch 9» dadurch gekennze i chnet, daß zwischen Entschäumer-Eingang (46) und Ringraum (64) eine Scheibe (54) zur über den Umfang gleichmäßig verteilten Einleitung des Blutschaums angeordnet ist.

11. Sauerstoffbehandlungsgerät nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (54) Offnungen (55) hat, die so ungleichmäßig verteilt sind, daß der offene Querschnitt an der der Kammer (9) abgewandten Sei te des Ringraums (64) größer ist, wodurch die oberhalb der Scheibe (5^) bestehende ungleichmäßige Konzentration von Blutschaum unterhalb der Scheibe ausgeglichen wird.

12. Sauerstoffbehandlungsgerate nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Entschäumer-Filter (6o) und einer äußeren Hülle (51) ein Hohlraum besteht, in dem sich unten geschlossen vorliegendes Blut zwecks Ableitung sammeln kann und aus dem oben die Gasbestandteile des Schaums durch EntlUfungsöffnungen (69) entweichen können.

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