DE2754220C2 - Dialysator - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dialysator mit einem Gehäuse und daran angeordneten Zu und Ableitungen für Blut und Dialysat und mit in dem Gehäuse angeordneten, einzelnen, aufeinandergestapelten semipermeablen Schlauchabschnitten, die jeweils in ihrem Innern eine Membraneinlage aufweisen und bei denen innen der Strömungspfad für das Dialysat und zwischen sich der Strömungspfad für das Blut gebildet ist, wobei die Strömungspfade durch eine wasserdichte Verklebung gegeneinander abgedichtet sind und zwei gehäuseseitige Abdichtungen des Stapels der einzelnen Schlauchabschnitte vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft somit einen Dialysator nach der Stapelbauweise, nicht dagegen Kapillar, Spulen, Plissee oder Plattendialysatoren.

Sowohl im technischen als auch im medizinischen Bereich gewinnt der Stoffaustausch durch Diffusion bzw. Dialyse immer mehr an Bedeutung. Dies bezieht sich sowohl auf FlüssigFlüssigSysteme als auch auf FlüssigGasförmigSysteme. Dabei kann es sich sowohl um Reinigungs als auch um Anreicherungsverfahren handeln. Speziell auf dem Gebiet der künstlichen Niere besteht aufgrund der weltweiten rapiden Zunahme der Patientenzahl und des immer stärker werdenden Kostendrucks das dringende Bedürfnis nach einem Dialysator, der bei kostengünstiger Herstellung einfachste Handhabung bei höchster Funktionssicherheit gewährleistet. Aus hygienischen und Sicherheitsgründen kann es sich dabei nur um eine bis zu ihrem Gebrauch sterile Wegwerfeinheit handeln.

Ein Dialysator der eingangs beschriebenen Art ist von (,5 HOELTZENBEIN als in der Zukunft durchzuführender Vorschlag beschrieben worden (Prof. Dr. J. Hoeltzenbein «Die künstliche Niere« Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1969, Seiten 161, 162). Dort werden Überlegungen angestellt, Zelluloseschlauchstücke von etwa 25 bis 30 cm Länge und einer Flachbreite von 45 bis 100 mm zu verwenden. Als Membraneinlage sollen Formkörper eingesetzt werden, die auf beiden Seiten schrägversetzte Riefen nach dem Prinzip der Kreuzriefenprofilhalterung aufweisen. Das Einführen dieser relativ aufwendigen Formkörper in die einzelnen Schlauchabschnitte, die herstellungsbedingt Toleranzen aufweisen, ist aufwendig und umständlich. Darüber hinaus bilden sich im Strömungspfad des Dialysats infolge des Kreuzriefenprofils weitgehend voneinander abgeschlossene Strömungspfade. Diese Ausbildung verhindert eine Durchmischung des Dialysats. Es wird von Hoeltzenbein weiterhin erwähnt, gänzlich auf eine Membranhalterung zu verzichten und statt dessen die Strömungskanäle in die Membran selbst einzuritzen. Dieses Vorgehen führt aber nicht weiter, weil das Einritzen von Strömungskanälen in die Membran eine vergrößerte Membrandicke voraussetzt. Dies wäre nachteilig für das Hindurchtreten der Substanzen durch die semipermeable Wandung. Praktisch würde in einem solchen Stapelaufbau jegliche Elastizität fehlen, so daß auch die Strömungspfade des Blutes nicht definiert sind. Dies bedeutet, daß die Strömungspfade, und zwar sowohl für das Blut als auch für das Dialysai, im Stapel dann sehr unterschiedliche Breiten annehmen können, so daß eine optimale Wirkung des Dialysators nicht mehr erwartet werden kann.

In demselben Buch »Die künstliche Niere«, und zwar auf den Seiten 36 bis 42, sind Membranhalterungen für die verschiedenen Bauarten der Dialysatoren beschrieben. Die Membranhalterung macht es möglich, die Flüssigkeitsverteilung und die lokale Strömungsgeschwindigkeit zu beeinflussen. Diese Strömungscharakteristika bestimmen neben den Membraneigenschaften die Leistungsfähigkeit eines Dialysators. Mit Blickrichtung auf die Ausbildung des Strömungspfades für das Diaiysat wird darauf hingewiesen, daß die Membranhalterung grundsätzlich porös sein muß. Die Membranhalterung kann aber auch gitterförmig ausgebildet sein oder durch ein feinmaschiges Gewebe realisiert werden.

Während die RiefenMembranhalterungen den Nachteil haben, daß das Dialysat in mehrere voneinander abgetrennte parallelgeführte Strömungspfade unterteilt wird, weist die Vielpunkthalterung aus pich kreuzenden Riefen bei plattenförmigen Membranhalterungen diesen Nachteil nicht auf. Dafür kommt es allerdings an der Membran bei Entstehen von Unterdruck im Dialysat zu erheblichen Durchwölbungen und Aussacken der Membran, was dazu führen kann, daß in Verbindung mit einer Gasabscheidung die strömende Dialysatmenge ganz erheblich eingeschränkt wird und im Grenzfall sogar unterbrochen wird. Es wird auf S. 42 des genannten Buches darauf hingewiesen, daß eine Membranhalterung aus einem gewobenen Netz, das in Leinenbindung erstellt ist, im Prinzip eine Vielpunkthalterung darstellt. Auch die Auswirkungen der verschiedenen Membranhalterungen auf die Blutfilmverteilung sind unterschiedlich. Bei Schlauchdialysatoren und bei den meisten Foliendialysatoren kommt es darauf an, durch Riefen und Vielpunktprofile, die sich kreuzend angeordnet sind, viele kurze gleichförmige Blutwege parallelzuschalten. Zur Stabilisierung der Membranhalterungen werden entsprechende Abstandshalter eingesetzt. Die Membranhalterung kann auch aus einem knotenlosen Kunststoffdrahtnetz bestehen, die eigent-

lieh kein Gewebe darstellt, weil die beiden parallelen Fadenlagen in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und einander nicht durchschlingen. One solche Membranhalterung ist auch aus der DEOS 2024635 bekannt und wird dort als ungewebter Maschenträger bezeichnet Dabei kommt es zu erheblichen Durchsakkungen der Membran, was auch nacht-iiig unterschiedliche Blutfilmdicken — örtlich gesehen — zur Folge hat

Die DEOS 25 27 255 zeigt einen plissierten Dialysator, bei dem die Membran und die Membranhalteiiing aus einem Stützelement und einem flexiblen Netz bzw. Sieb abwediselnd flachgefaltet aufeinandergelegt werden. Ein auf diese Weise gebildeter Stapel aus aneinanderhängenden Bahnen wird mit Hilfe eines aufblasbaren Elementes, welches um den Stapel herumgelegt ist unter Druck gesetzt

In dem aufblasbaren Element befindet sich eine Einlage aus einem gewebten, vinylbeschichteten Glasfasernetz, das als Mittel zur Begünstigung einer gleichmäßigen Gasstromverteilung innerhalb des aufblasbaren Elementes dient Auf die Ausbildung der Membranhalterung im Sinne einer Membraneinlage hat dies keinen Einfluß.

Die DEOS 19 03 885 wie auch die DEAS 21 25 862 zeigen plissierte Dialysatoren, bei denen als Membranhalterung ein strömungsdurchlässiges Netz oder Gitter aus sich kreuzenden, miteinander verwobenen oder nicht verwobenen Strängen Verwendung findet Dabei werden offenbar als Membranhalterung in Leinenbindung erstellte Gewebe eingesetzt, die einlagig in Verbindung mit Verstärkungslagen (DEAS 21 25 862) oder mehrlagig (DEOS 19 03 885) im Dialysatweg angeordnet werden. Durch die zusätzliche Verwendung von Verstärkungslagen oder durch die mehrlagige Verwendung eines in Leinenbindung erstellten Gewebes wird dem zu weiten Durchhängen der Membran bei Unterdruck im Dialysatweg und damit der Gefahr der gegenseitigen Berührung von Membranteilen entgegengewirkt.

Die Forderungen, die aufgrund physikalischer und klinischer Überlegungen an einen Dialysator zu stellen sind, sind folgende:

1. Das Blutsystem muß volumenmäßig klein gehalten werden bei möglichst geringem Unterschied zwischen statischem und dynamischem Füllvolumen. Dies ist für die Kinderdialyse von besonderer Bedeutung. Weiter werden hierdurch Kreislaufbelastungen und ein Vorfüllen mit Fremdblut vermieden.

2. Minimierung der Spülmenge bei der Blutrückgabe nach der Dialyse, um Kreislaufüberladungen zu vermeiden.

3. Völlige Entleerung des Systems nach der Dialyse, um Blutverluste zu vermeiden.

4. Der innere Widerstand der Blutwege muß möglichst gering sein, um hohen Druck und dadurch bedingte Hämolyse zu vermeiden.

5. Der blutführende Innenraum des Dialysators muß möglichst glatt und ohne vorstehende Ecken und Kanten sein, da diese zur Fibrinabscheidung und Gerinnung führen.

6. Die Flächen müssen gleichmäßig überströmt werden, um Ablagerungen zu vermeiden und die Dialysefläche optimal auszunutzen. ^b5

7. Die Verweildauer des Blutes außerhalb des Körpers muß möglichst kurz gehalten werden, was durch eine hohe Durchströmungsgeschwindigkeit und ein geringes Füllvolumen erreicht wird.

8. Das Blutvolumen im Dialysator muß im Verhältnis zur Dialysefläche klein sein, um sehr dünne Blutfilme zu erhalten, was die Möglichkeit bietet, auch ein kleines Blutminutenvoiumen weitgehend au&zudialysieren.

9. Der Dialysator muß miniaturisiert werden, um Material, Transport und Lagerkosten zu reduzieren.

10. Der Dialysator muß eine billige Wegwerf einheit sein, die steril und pyrogenfrei angeliefert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dialysator mit kurzen Blutwegen und dünnen gleichmäßigen Blutfilmdicken zu schaffen, bei dem auf der Dialysatseite eine schnelle Durchmischung der Schadstotfe mit dem Dialysat erfolgt, der bei seiner Herstellung ein Minimum an Material benötigt eine kleine Baugröße aufweist und damit wirtschaftlich hergestellt und sicher eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Dialysator der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Membraneinlage aus einem in Köperbindung ausgeführten Gewebeabschnitt besteht

Die Köperbindung ist eine der drei Grundbindungsarten, bei der im Gegensatz zur Leinenbindung mindestens zwei nebeneinanderliegende Kettfaden beim Eintragen des Schußfadens gehoben oder gesenkt werden, wobei die Bindungspunkte von Schußfaden zu Schußfaden um einen Kettfaden gegeneinander versetzt sind.

Die Verwendung eines in Köperbindung ausgeführten Gewebeabschnittes als Membraneinlage auf der Dialysatseite erfüllt Mehrfachfunktionen und ist daher auch in überraschender Weise in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Durch die besondere Gewebeausbildung der Membraneinlage wird eine schnelle Durchmischung der Schadstoffe mit dem Dialysat, also auf der Dialysatseite, erreicht. Bei Gasabscheidung an einer solchen speziellen Membraneinlage ergibt sich im Vergleich zu der Verwendung einer gewebten Membraneinlage in Leinenbindung ein den Fachmann überraschender vergleichsweise wesentlich geringerer Druckverlust. Auch die Verwendung von zusätzlichen Stützeinlagen oder die mehrlagige Anordnung der Gewebe wird bei Verwendung eines Gewebeabschnittes in Köperbindung entbehrlich. Der in Köperbindung erstellte Gewebeabschnitt als Membraneinlage bringt jedoch nicht nur Vorteile für die Dialysatseite, sondern bestimmt auch formgebend den Strömungspfad für das Blut, d. h. es werden dünne, gleichmäßige Blutfilmdicken im Strömungspfad des Blutes gebildet. Die Köperbindung erbringt ein optimales Verhältnis der vorteilhaften Gestaltung des Strömungsweges für das Blut einerseits und für das Dialysat andererseits. Der in Köperbindung erstellte Gewebeabschnitt weist eine natürliche Elastizität auf, die in Verbindung mit der Stapelbauart auch dazu beiträgt, daß gleichmäßig dicke Blutfilmpfade an allen Stellen des Stapels auch bei unterschiedlichen Betriebsdrücken erreicht werden. Die natürliche Elastizität der Gewebeabschnitte besteht in den drei Raumrichtungen. Daneben wirkt der Gewebeabschnitt auch als Stützkörper für jeden Schlauchabschnitt, d. h. er bestimmt die flachgefaltete Form des Schlauches, so daß sich damit die Möglichkeit der Stapelung und der Paketierung der einzelnen Schlauchabschnitte aufeinander ergibt. Dabei stützt diese Membraneinlage die Membran selbst weitgehend punktförmig ab, was mit

einer Vergrößerung der wirksamen Oberfläche der Membran verbunden ist. Andererseits aber spannt und streckt der Gewebeabschnitt in Köperbindung den Schlauchabschnitt in gewissem Grade und schafft damit zwei weitgehend glatte, aneinanderliegende Flächen zur > Definition des Strömungspfades für das Blut. Schließlich sorgt auch die Ausbildung der Membranhalterung als Gewebeabschnitt dafür, daß die Schlauchabschnitte gespannt und insbesondere bei Feuchtigkeitseinwirkung, d.h. bei dem Durchfluß des Dialysats nachge- in spannt werden. Außerdem besteht in einfacher Weise die Möglichkeit, die Breite der Gewebeabschnitte durch entsprechendes Schneiden an die Breite der Schlauchabschnitte anzupassen, die ja herstellungsbedingt Toleranzen aufweisen. Die Verwendung eines in der Länge durchgehenden Gewebeabschnittes als Membraneinlage ergibt den weiteren Vorteil, daß die Schlauchabschnitte auch einfach gegen Schrumpfen in Längsrichtung und Druckunterschiede im Gehäuse des Dialysators zu halten sind. 2»

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Sofern der Gewebeabschnitt in Zwei/ZweiKöperbindung erstellt ist, ergibt sich der Vorteil einer besonders glatten Oberfläche der Membraneinlage, was sich günstig auf die Gleichmäßigkeit der dünnen Blutfilmpfade auswirkt. Durch diese Ausbildung wird auch die Durchmischung des Dialysats begünstigt, indem die einzelnen Fäden des Gewebes gleichsam immer wieder Stolperstellen für Umlenkungen, Verengungen und Erweiterungen für das Dialysat bilden. Die Gewebeabschnitte können insbesondere aus Polyäthylenfäden bestehen, so daß damit eine vergleichsweise billige Herstellung der Membraneinlage möglich ist.

Wenn die Hauptrichtungen des Gewebes parallel zu den Achsen der Schlauchabschnitte angeordnet sind, wird die Elastizität des Gewebeabschnittes in dieser Richtung verbessert.

Es ist aber auch möglich, die Hauptrichtungen des Gewebes schräg zu der Längsachse des Schlauchabschnittes anzuordnen, um auf diese Weise eine größere Eiastizität in seitlicher Richtung zu erreichen, so daß die Nachspannwirkungen verbessert sind.

Die Gewebeabschnitte weisen durch die Köperbindung Elastizität auf und können zusätzlich unter Vorspannung in die Schlauchabschnitte eingesetzt sein. Damit ist eine Spannung und Nachspannung der Schlauchabschnitte gewährleistet, was sich in gleichmäßig über die Stapelhöhe verteilten Blutfilmdicken konstanter Breite äußert. Die Schlauchabschnitte und die Gewebeabschnitte weisen z. B. gleiche axiale Länge auf, so daß die Schlauchabschnitte in ihrer ganzen Länge gleichmäßig abgestützt sind. Bewährt haben sich Schlauchabschnitte, die zwischen sich einen Blutweg von < 60 mm bildea

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des Dialysators weiter beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils des Dialysators aus Schlauchabschnitten in Stapelbau- t>o weise,

F i g. 2 einen Schnitt durch den vollständigen Dialysator gemäß der Linie HII in F i g. 3,

Fi g. 3 einen Schnitt durch den Dialysator gemäß der Linie IIHIIm F ig. 2 und fts

Fig.4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig.2 mit versetzter Stapelanordnung der Schlauchabschnitte. In Fi g. 1 ist nur ein Ausschnitt aus dem Dialysator in Stapelbauart dargestellt. In jedem einzelnen Schlauchabschnitt 1 aus semipermeablen Material, insbesondere Zellulose, befindet sich als Membraneinlage ein Gewebeabschnitt 2, hergestellt in Köperbindung. Die Schlauchabschnitte 1 und die Gewebeabschnitte 2 können beispielsweise eine Breite von 45 mm und eine Länge von 150 mm aufweisen. In den Endbereichen der stirnseitigen Enden sind die Schlauchabschnitte 1 über eine wasserdichte Klebung 3 miteinander verbunden. Die Gewebeabschnitte 2 hingegen sind insbesondere mit Vorspannung in die Schlauchabschnitte 1 eingesetzt. Es handelt sich um einen Querstromdialysator. Das Dialysat bewegt sich gemäß Pfeil 4 in dem Innern der Schlauchabschnitte 1, also in dem Innenraum um die Gewebeabschnitte 2 herum. Der Strömungspfad für das Blut verläuft gemäß den Pfeilen 5 in senkrechter Richtung dazu, also im Querstrom.

Der Stapel von Schlauchabschnitten 1 besteht aus einer entsprechenden Anzahl Schlauchabschnitte, die sich nach der gewünschten Austauschfläche des Dialysators richtet.

Die F i g. 2 und 3 zeigen Querschnitte durch den kompletten Dialysalor, also mit Gehäuse. Die Gehäuseteile 6 und 7 sind, nachdem das Stapelpaket aus Schlauchabschnitten 1 und Gewebeabschnitten 2 eingeführt worden ist, miteinander verschweißt bzw. sonstwie luftdicht abgeschlossen. Bei dem Einsatz des Stapels in das Gehäuse 6, 7 werden auch zwei weitere um den Stapel herumlaufende Dichtungen 8 eingebracht, die den Stapel jeweils endseitig abdichten. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Dichtungen 8 nur in F i g. 3 angedeutet. An dem Gehäuseteil 6 befinden sich die beiden Anschlußstutzen 9 und 10 für das Blut, welches gemäß den Pfeilen 11 durch den Dialysator geleitet wird. Am Gehäuseteil 7 können die Anschlußstutzen 12 und 13 für das Dialysat vorgesehen sein, welches gemäß den Pfeilen 14 durchgeleitet wird.

F i g. 4 zeigt eine ähnliche Darstellung wie F i g. 2, jedoch sind hierbei die Schlauchabschnitte 1 mit den darin befindlichen Gewebeabschnitten 2 geringfügig seitlich versetzt zueinander gestapelt, so daß sich hier Verteilungskanäle 15 und Sammelkanäle 16 für das Blut besser ausbilden können, wodurch wiederum die Blutfilmdicke zwischen den Schlauchabschnitten 1 gleichmäßiger eingehalten wird. Es ist selbstverständlich auch möglich (nicht dargestellt), die Schlauchabschnitte oder jeden zweiten Schlauchabschnitt bis zu der Seitenwandung des Gehäuses reichend anzuordnen, um auf diese Weise den Füllfaktor zu verbessern, d. h. das extrakorporale Blutvolumen möglichst klein zu halten. Dabei finden dann senkrecht in der Seitenwandung verlaufende Verteilkanäle und Sammelkanäle Anwendung.

Der beschriebene Dialysator weist in mehrfacher Hinsicht technische Vorteile auf. Er hat beispielsweise ein sehr geringes Gewicht von nur etwa 200 g, so daß der Materialeinsatz für die Wegwerfeinheit entsprechend niedrig ist Sein Füllvolumen beträgt 25 ± 10 ml. Das Füllvolumen von Plattendialysatoren oder Spulendialysatoren muß vergleichsweise mit 100 bis 200 ml angesetzt werden. Trotz der relativ großen, ohne weiteres erreichbaren Oberfläche von etwa 0,75 m² sind die Abmessungen des Dialysators mit beispielsweise 170 mm · 40 mm · 50 mm vergleichsweise sehr klein. Der Blutweg beträgt nur 45 mm. Die Rückspülmenge ohne Schlauchsystem beträgt ca. 100 mL Es findet bei einem Blutfluß von 200 ml/min ein ca. 25facher Blutwechsel in der Minute auf der Membran statt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dialysator mit einem Gehäuse und daran angeordneten Zu und Ableitungen für Blut und Dialysat und mit in dem Gehäuse angeordneten, einzelnen, aufeinandergestapelten semipermeabler! Schlauchabschnitten, die jeweils in ihrem Innern eine Membraneinlage aufweisen und bei denen innen der Strömungspfad für das Dialysat und zwischen sich der Strömungspfad für das Blut gebildet ist, wobei die Strömungspfade durch eine wasserdichte Verklebung gegeneinander abgedichtet sind und zwei gehäuseseitige Abdichtungen des Stapels der einzelnen Schlauchabschnitte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneinlage aus einem in Köperbindung ausgeführten Gewebeabschnitt (2) besteht

2. Dialysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewebeabschnitt (2) in Zwei/ ZweiKöperbindung erstellt ist

3. Dialysator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeabschnitte (2) aus Polyäthylenfäden bestehen.

4. Dialysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptrichtungen des Gewebes parallel zu den Achsen der Schlauchabschnitte angeordnet sind.

5. Dialysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebeabschnitte (2) durch die Köperbindung Elastizität aufweisen und unter Vorspannung in die Schlauchabschnitte (1) eingesetzt sind.