DE2734561A1

DE2734561A1 - Vorrichtung zur ultrafiltrationssteuerung bei der haemodialyse

Info

Publication number: DE2734561A1
Application number: DE19772734561
Authority: DE
Inventors: W Dr Ing Schael
Original assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG
Current assignee: Fresenius SE and Co KGaA
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1979-02-08
Also published as: JPS5427296A; GB2001552B; GB2001552A; US4267041A

Description

27 3 U 561 wo/st.

Dr. Eduard Fresenlue Chemisch-pharmazeutische Industrie KG Apparatebau KG Hessenring 82

6380 Bad Homburg v.d.H.

Vorrichtung zur Ultrafiltrationesteuerung bei der Hämodialyse ι

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Steuerung des FlUssigkeitsentzuges bei der Hämodialyse (künstl. Niere). Diese Vorrichtung soll sowohl als Bestandteil eines vollständigen Dialysegerätes als auch als Zusatzgerät für solche Geräte geeignet sein, die bisher ohne Steuerung des FlUssigkeitsentzuges betrieben werden.

Die Hämodialysebehandlung besteht bekanntlich in der Hauptsache darin, daß das Blut des zu behandelnden Patienten an einer Oberfläche einer semipermeablen Membran entlanggeleitet wird, während im Gegenstrom dazu auf der anderen Seite der Membran eine wäßrige Lusung geeigneter Zusammensetzung fließt. Durch Diffusion gelangen Substanzen, die normalerweise durch die Nieren ausgeschieden werden müßten, aus dem

809886/0448

Blut durch die Membran in die Dialysierlösung und werden mit \

i dieser abgeführt. Neben dieser Beseitigung harnpflichtiger |

Substanzen ist es auch notwendig, dem Patienten, dessen Nie- j

renfunktion zum Erliegen gekommen ist, eine bestimmte Menge \

Wasser zu entziehen, um seinen Flüssigkeitshaushalt zu nor- j

maliaieren. I

Bei nahezu allen bisher verwendeten Hämodialysegeräten wird dieser Flitssigkeitentzug durch Vorgabe einer Druckdifferenz zwischen Blut- und Diaysierlösungseite der semipermeablen Membran eingestellt, unter Ausnutzung der Tatsache, daß mit der Zunahme dieses Transmembrandruckes eine zunehmende Flüssigkeitsmenge durch die Membran hindurchgeht. Die Ultrafiltra- · tionsshrakteristik der Membranen d.h. der Zusammenhang zwischen Transmembrandruck und Flüssigkeitsdurchtritt pro Zeiteinheit, ist jedoch erheblichen Exemplarstreuungen unterworfen und wird außerdem von zeitlichen Veränderungen der Membrandurchlässigkeit Infolge Ablagerung von Blutbestandteilen beeinflußt, so daß schon aus diesen Gründen dieses Verfahren große Ungenauig· keiten aufweist. Hinzu kommt der Einfluß von Schwankungen des Blutdruckes, die zu entsprechenden Schwankungen des Transmembrandruckes führen.

Ein häufig angewendetes Verfahren zur Kontrolle des FlUssigkeitsentzuges besteht darin, das Gewicht des Patienten während der Behandlung kontinuierlich mit einer Bettwaage zu überwachen. Dies bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand

809886/0448

und hohe Kosten, da der Preis einer Bettwaage annähernd In der gleichen Größenordnung liegt, wie der Preis eines Hämodialysegerätes. Es sind daher verschiedene Vorschläge gemacht und zum Teil auch realisiert worden, die darauf abzielen, die Messung oder Steuerung des Flüssigkeitsentzuges in die Funktionendes Hämodialysegerätes zu integrieren.

Eines dieser bekannten Verfahren ermöglicht es, durch Betätigen einer Umschaltvorrichtung den aktuellen Wert der Flüssigkeitsentzugsrate anzuzeigen. Dies geschieht dadurch, daß der ; Zufluß der Dialysierlösung gesperrt und unter Beibehaltung des Transmembrandruckes in die Abflußleitung ein Durchflußmesser eingefügt wird, an dem die augenblickliche Flüssigkeit^ entzugsrate abgelesen werden kann. Da dies jedoch eine Unterbrechung des normalen Betriebes darstellt, ist eine kontinuie^· liehe Messung nach diesem Prinzip nicht möglich.

Ein anderes bekanntes Verfahren sieht vor, den gesamten DIa- ; Iysierlösungsvorrat in einen geschlossenen starren Vorratsbehälter zu füllen und die gebrauchte Dia^Bierlöung in densel·· ben Vorratsbehälter zurückzuleiten. Aus diesem volumenstarren

S System wird durch eine Pumpe mit einstellbarer Förderrate die

j gewünschte Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit abgezogen.

Aufgrund der Unnachgiebigkeit des Gesamtsystems muß diese

809886/0448

FlUssigkeitsmenge mit der FlUssigkeitsmenge, die aus dem Blut durch die Membran in den Dialysierlösungskreis gelangt, übereinstimmen. Wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch die Tatsache, daß maa zur Verfügung ste- · hende Volumen an Dialysierlösung auf das Volumen des Vorrats-i behält er s beschränkt ist, ferner die Tatsache, daß die Effek-I

tivitat im Verlaufe der Behandlung stetig absinkt, weil sich frische und gebrauchte Dialysierlösung miteinander vermischen!.

Das zuletzt beschriebene Verfahren ist dahingehend weiterentwickelt worden, daß nach dem gleichen Prinzip mit einem kleineren Behälter gearbeitet wird, dessen Inhalt in relativ kurzen Zeitabständen periodisch erneut wird. Dies geschieht, indem nach einer bestimmten Zeit der Behälter rasch entleert und neu gefüllt wird, wobei ein Pufferbehälter vorgeschaltet werden muß, um ein hinreichendes FlUssigkeitsvolumen für das rasche Füllen zur Verfügung zu halten. Der durch das Entleeren und Füllen des Behälters eintretende Zeitverlust läßt sich trotzdem nicht beleibig reduzieren und bedeutet in jedem Falle einen Nachteil.

Andere Verfahren zielen darauf ab, ein "dynamisch starres" System zu schaffen, um aus diesem wie bei dem zuvor beschriebenen starren Behälter Flüssigkeit definiert zu entziehen. Dies ist dadurch erreichbar, daß mit geeigneten technischen Mitteln eine möglichst exakte Übereinstimmung der

809886/0448

Durchflußratem la Zu- und Ablauf der Dialysierlösung erzwungen wird. Dies kann im Prinzip z.B. durch zwei gleichlaufende Pumpen in den Zu- und Abflußleitungen geschehen. Allerdings sind die Anforderungen an die Genauigkeit sehr hoch, und es ergibt sich ein erheblicher technischer Aufwand.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung der genannten Nachteile und hat zum Ziel, eine relativ einfache Vorrichtung zu schaffen, mit der der FlUssigkeitsentzug exakt vorgegeben und ständig kontrolliert werden kann, wobei diese Vorrichtung integrierter Bestandteil eines Häaodialysegerätes sein kann oder als Zusatzgerät zu Hämodialysegeräten verwendbar ist.

Die Erfindung geht dabei von einer Vorrichtung zur Ultrafiltrationssteuerung bei der Hämodialyse aus, die mit einer Vorratsmenge einer DialysierflUssigkeit arbeitet und eine Abzweigpumpe zum Entzug eines vorbestimmten Anteils der DialysierflUssigkeit aus dem Kreislauf derselben enthält. Zur Lösung der obigen Aufgabenstellung sieht die Erfindung vor, daß mehrere Vorratsgefäße parallel in den Kreislauf der DialysierflUssigkeit derart eingeschaltet sind, daß sie mittels Ventilen, die in den Zulauf und den Ablauf dieser Vorratsgefäße geschaltet sind, zeitlieh nacheinander in den Kreislauf einschaltbar sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Vorrats-

809886/0448

c

j gefäß· über Ventile einerseits mit einem Zuführgefäß und andererseits mit einem Abfluß verbunden sein.

Zur Steuerung ist zweckmäßig eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Ventile in zeitlicher vorgebbarer Abfolge steuert. Das Abzweigen der gewünschten Flüssigkeitsmenge aus dem Hauptkreislauf kann erfindungsgemäß mittels einer

Dosierpumpe erfolgen.

; Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuervor-

j richtung vorgesehen, die den Lauf einer Hauptpumpe für den ; Kreislauf steuert und den Lauf der Abzweigpumpe in Abhängig

j keit von einer Messung des abgezweigten Teils der Dialysier flüssigkeit regelt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein AusfUhrungsbeispiel ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäBen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Enden der Vorratsgefäße und

Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Steuerfunktionen, Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nach Fig. 1 der Zeichnu

809886/0448

-JT-

ist mit einer Zuführleitung 2 für eine DialysierflUssigkeit j und einer Abflußleitung 3 versehen. Die DialysierflUssigkeit i kann in üblicher Weise durch Mischen von Konzentrat und Was set· in einer Versorgungseinheit 4 hergestellt sein. Sie wird in dieser in bekannter Weise entgast und auf Körpertemperatur (37⁰CeIs.) erwärmt. Aus der Versorgungseinheit 4 wird die Flüssigkeit unter leichtem Druck, z.B. über eine Zuführpumpe 5 in die Zuführleitung 2 gespeist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist außerdem eine Ausgangsleitung 6 und eine RückfUhrleitung 7 auf, zwischen denen ein üblicher Dialysator 8 geschaltet ist. Dieser weist eine semipermeable Membran 9 Auf, die den Dialysator in zwei Räume aufteilt. Durch den einen fließt die DialysierflUssigkeit über die Leitungen 6 und 7, während durch den anderen Raum im Gegenstrom über Anschlußleitungen 10 und 11 das Blut eines Patienten geführt wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt mehrere Vorratsgefäße, in dem dargestellten Ausfürhungsbeispiel zwei Vorratsgefäße 12 und 13t dl· parallel zueinander an die Zuführleitung 2 und die Abflußleitung 3 angeschlossen sind. Der Fluß durch diese Vorratsgefäße wird durch zwei Gruppen von Ventile^ A und B gesteuert. Alle Ventile der Gruppe A werden untereinander gleichzeitig betätigt, ebenso alle Ventile der Gruppe B jedoch im entgegengesetzten Sinne wie die jeweils andere

809886/0448

Ventilgruppe. Ee let daher möglich, für die beiden Ventilgruppen je einen gemeinsamen Antrieb zu verwenden, z.B. in Form eines elektromagnetischen, elektromotorischen oder hydraulischen Antrieb.

Zur Steuerung der Ventile und noch zu beschreibender Teile ist eine Steuervorrichtung 14 vorgesehen.

In den Kreislauf des Dialysators ist eine Hauptpumpe 15 einge|- schaltet und zwar in dem dargestellten Beispiel in die Rückleitung 7. Mit dieser Rückleitung, 7 ist eine Abzweigleitung 16 verbunden, in die eine Abzweigpumpe 17 eingeschaltet ist.

Im folgenden ist nun die Arbeitsweise des AusfUhrungsbeispie] nach Fig. 1 anhand des Zeitdiagramms nach Fig. 3 erläutert.

Bs sei zunächst angenommen, daß das Gerät ausgeschaltet ist. In diesem Zustand befinden sich alle Pumpen in ihrem Ruhezustand und die Ventile der Gruppen A und B sind geschlossen

Wird nun das Gerät zu einem Zeitpunkt t₁ eingeschaltet, so beginnt die ZufUhrpumpe 5 zu arbeiten, die Flüssigkeit aus d< Versorgungseinheit 4 inüdie Leitung 2 treibt. Gleichzeitig oder unmittelbar hierauf wird ein Signal von der Steuervorri$h tung 14 über eine Steuerleitung 18 an die Ventile der Gruppe

A gegeben und diese Ventile geöffnet. Die Ventile der Gruppe

809886/0448

bleiben geschlossen. Das heißt, daß über die Leitung2 und das Ventil 2OA DialysierflUssigkeit langsam in das Vorrategefäß 12 eingeführt wird. Zu einen bestimmten Zeitpunkt wird das Gefäß gefüllt sein und die Abführleitung 3 1st über das Ventil 21Λ hinaus gefüllt sein. Die Zeitgabe in der Steuervorrichtung 14 ist so benessen, daß eine ausreichende Menge von DialysierflUssigkeit durch die Pumpe 5 gefördert worden ist, dann zu dem Zeitpunkt t^ über die Steuerleitung 18 ein Signal zum Schließen der Ventile A gegeben wird. Nun ist das Vorrategefäß A gefüllt. Für eine sehr kurze Zeitdauer bleiben nun die Ventile A und B geschlossen und es wird dann zum Zeitpunkt t, über die Steuerleitung 19 ein Signal an die Ventile der Gruppe B gegeben, die nun geöffnet werden. Nun fließt,von der Zuführpumpe 5 gefördert, die DialysierflUssigkeit über die Leitung 2 und das Ventil 22« in das Vorrategefäß 13, bis dieses gefüllt ist und ein Überschuß über das Ventil 238 ablaufen kann.

Sobald das Füllen des Vorratsgefäßes 13 beginnt, wird zu einem Zeitpunkt t. die Hauptpumpe 15 eingeschaltet. Diese fördert nun über das geöffnete Ventil 21 und die anschließende Leitung 6, durch den Dialsysator 8 und über die Leitung 7, sowl« über das geöffnete Ventil 2OB Flüssigkeit aus dem Vorratege12 heraus durch den Dialysator und zurück in das VorX-

809886/0448

ratagefäß 12. Sobald dieser Hauptkreislauf dieser Dialysierj lösung in Gang gekommen ist, bvwirkt die Steuervorrichtung

: das Einschalten der Abzweigpumpe 17, die nun aus der Leitung einen geringen Anteil von Flüssigkeit über die Leitung 16 in ein Gefäß 30 fördert. Das Gefäß 30 ist mit einer Meßvorrichtung, z.B. mit einer Wiegevorrichtung 31 verbunden, die es gestattet, die Menge der abgezweigten DialysierflUssigkeit zu messen oder zu bestimmen. Bei dem dargestellten Ausführungebeispiel 1st diese Meßvorrichtung über eine Steuerleitung 32 mit der Steuervorrichtung 14 verbunden. Die Steuervorrichtung bewirkt nun, daß in Abhängigkeit von der verstreichenden Zeit vorbestimmbares Maß an verbrauchter DialysierflUssigkeit abgezweigt wird.Sobald dieser Wert zu einem Zeitpunkt erreicht ist, wird die Pumpe 17 entweder kurzzeitig abgestellt oder samer arbeiten« gesteuert. Dies ist in dem Diagramm nach Fig. 3 dadurch angedeutet, daß die Zeitkurve für die Pumpe 17 nicht al8 gerade dargestellt ist gondern als Wellenlinie, die den jeweiligen Betriebszustand, d.h. die Fördergeschwindigkeit der Pumpe 17 andeutet.

Die gewünschte Fördermenge der Pumpe 17 kann an einem Drehknopf 3$ an der Steuervorrichtung eingestellt werden.

Hier sei noch erwähnt, daß die Pumpe 5 über eine Steuerleitunj 24, die Pumpe 13 über eine Steuerleitung 25 und die Pumpe 17

8 Ü Ί H H f, / Ü A 4 8

über eine Steuerleitung 26 der Steuervorrichtung 14 verbunden ist, die über Zuleitungen 27 mit Strom versorgt wird.

Im weiteren Zeitablauf wird zu einem Zeitpunkt tg die Ventilgruppe B geschlossen und damit der Zulauf der Dialysierflüssigkeit zu dem Vorratsgefäß 13 unterbrochen und der Kreislauf zwischen dem Vorratsgefäß 12 und dem Dialysator θ unterbrochen. Zu einem kurz darauf folgenden Zeitpunkt ty wird nun das Vorratsgefäß 13 über die Ventile 22A und 23 A in den Kreislauf des Dialysators eingeschaltet und das Vorratsgefäß 12 über die Ventile 2OA und 21A an die Zuführleitung 2 und die Abflußleitung 3 angeschlossen. Dieser Zustand ist in Fig. 1 dargestellt. Hierbei wird von der Pumpe 5 über die Leitung 2 langsam zugefUhrte frische DialysierflUssigkeit in das Vorratsgefäß 12 hineingedruckt und dabei die bei dem vorhergehenden Dialysevorgang verbrauchte, jetzt in dem Vorratsgefäß 12 enthaltene DialysierflUssigkeit über die Abflußleitung 3 verdrängt.

Es ist ersichtlich, daß die Zuführung der frischen DialysierflUssigkeit so langsam erfolgen nuß, daß kein Vermischen diese)? beiden Flüssigkeiten in dem Gefäß erfolgt oder vielmehr, daß diese Vermischung nur an einer Grenzzone auftritt, die gegen finde des Füllverganges über das Ventil 21A hinaus verdrängt I wird. Dieser Vorgang setzt voraus, daß in de» Vorratsgefäß

809886/0448

laminare Strömung entsteht und Verwlrbelungen weltgehend
vermieden werden. Zu diesem Zweck ist nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die Vorratsgefäße 12 und 13 eine
langgestreckte Form besitzen, d.h. daß ihre Länge sehr viel größer als ihr Durchmesser ist. Veiter ist es erforderlich, daß die Übergangsstucke AO zwischen den Vorratsgefäßen 12 und 15 und den daran anschließenden Leitungen störungsgUnsttg ausgebildet sind. Fig. 2 zeigt ein entsprechendes AusfUhrungsbeispiel, bei dem Aas Übergangsstuck 40 eine leicht konische Ausbildung des Strömungskanals 41 aufweist, der dann in ein LeitungstUck 42 Übergeht.An das Übergangsstück 40 sind dann die AnsohlußstUoke 43 und 44 zu den Ventilen eingeschraubt, die Leitungen 45 bzw. 46 enthalten.

Im weiteren Zeitablauf werden dumdie Ventile A wieder geschlossen und die Ventile B geöffnet, so daß das Vorratsgefäß 13 gefüllt wird, während zugleich das Vorratsgefäß 12 in den Hauptkreislauf des Dialysators eingeschaltet wird.
Diese Vorgänge wiederholen sich, selbsttätig gesteuert
durch die Steuervorrichtung 14 bis zum Ende des Dialysiervorganges zu dem das Gerät abgeschaltet wird.

Es ist ersichtlich, daß statt der in Fig. 1 schematisoh angedeuteten Wiegevorrichtung 31 für das Gefäß 30 auch eine optisch, z.B. mit Meßschranken arbeitende Meßvorrichtung vorgesehen werden kann.

809886/0448

Die Erfindung iat demgemäß nicht auf das dargeatellte und beschriebene AusfUhrungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind im Rahmen des Erfindungsgedankens weitere AusfUhrungsbeispiele möglich.

Die vorstehend als "Vorratagefäße" bezeichneten Gefäße 12, haben bei einer durchzusetzenden Gesamtmenge von ca. 4L.DialysierflUssigkeit ein Volumen bis zu max. 0,2 L. Han würde sie daher besser als "Arbeitsgefäße" bezeichnen.

809886/0448

e e rs eι \ e

Claims

Ansprüche: !

1. ' Vorrichtung zur Ultrafiltrationssteuerung bei der Hämodialyse, die mit einer Vorratsmenge einer DialyslerflUssigkeit arbeitet und eine Abzweig-Pumpe zum Entzug eines vorbestimmten Anteils der Dialysierflüssigkeit aus dem Kreislauf enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorratsgefäße (12,13) parallel in den Kreislauf der Dialysierflüssigkeit derart eingeschaltet sind, daß sie mittels Ventilen, die in den Zulauf und den Ablauf dieser Vorratsgefäße geschaltet sind, zeitlich nacheinander in den Kreislauf einschaltbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Vorratsgefäße (12,13) über Ventile einerseits mit einem Zuführgefäß (4) und andererseits mit einem Abfluß (3) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (14) die die Ventile in zeitlich vorgebbarer,Abfolg· steuert. (Fig. 3)

809886/0448
OWGlNAL INSPECTED

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (14), die den Lauf einer Hauptpumpe (15) für den Kreislauf steuert und den Lauf der Abzweigpumpe (17) in Abhängigkeit von einer Messung des abgezweigten Anteils der DialysierflUssigkeit regelt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung die Ventile zeitlich nacheinander derart steuert, daß jeweils ein Vorratsgefäß in den Kreislauf und ein Vorratsgefäß an das Zuführgefäß angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsgefäße (12, 13) im Verhältnis zu ihrer Länge einen kleinen Durchmesser aufweisen und Aber strömungsgünstige Übergangsstücke (40) mit den Ventilen verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen (A, B) von Ventilen je auf der Einlaufseite (2OA, 2OB, 22 A, 22 B) und auf der Auslaufseite (21 A, 21 B; 23 A, 23 B) vorgesehen sind, von denen die eine Gruppe (A) jeweils dann geschlossen ist, wenn die andere Gruppe (B) geöffnet ist, und daß die Verbindung

809886/0448

■it dem Zufuhr bzw. Erneuerunge-Durchlauf für ein erstes Vorratsgefäß (12) mit einer ersten Gruppe (2OA, 21A) und für das andere Vorratsgefäß (13) alt einer zweiten Gruppe (22B, 23B) gesteuert ist, wahrend die Verbindung alt dea Hauptkreislauf für das erste VorratsgeflB (12) alt der
zweiten Gruppe (2OB, 21B) und das andere Vorratsgefäß alt der ersten Gruppe (22A, 23A) gesteuert ist.

8. Vorrichtung nach elnea der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigpuape (17) als
Dosierpumpe ausgebildet ist.

809886/0448