NO751439L - - Google Patents

Description

Kunstig nyre.

Foreliggende oppfinnelse angår en kunstig nyre omfattende et apparat utstyrt med et selektivt permeabelt membran som gjør- det mulig samtidig å gjennomføre dialyse og ultrafiltrering.

I det amerikanske patent nr. 3.619.^23 beskrives

en kunstig nyre bestående av en kombinasjon av en bloddialysør og et ultrafilter hvorved dialysevæsken regnereres med enzymer og resirkuleres.

De nedbrytningsprodukter som oppnås ved regenerer-ingen med enzymer kan imidlertid være giftige og ha tilstrekke-lig lav molekylvekt til å kunne trenge inn-- diblodet (f. eks. "åmmbhiåkk).' Visse enzymer er farlige, og ved tilfeldig perforering av ultrafiltrets membran kan de passere inn i vene-blodet. Til slutt er det vanskelig å fjerne vann fra pasienten uten samtidig å fjerne andre nyttige bestanddeler.

Det er også foreslått (se Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs 1970, s. 107-112), at man skal gjennomføre diafil-trering, en teknikk som innebærer at en fortynningsvæske med egnet sammensetning innføres i blodet, hvoretter den oppnådde blanding ultrafiltreres under samtidig kontroll av pasientens vekt. Det er imidlertid åpenbart at store forsiktighetsfor-holdsregler må tas hva angår fortynningsvæskens sterilitet og sammensetning.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å frem-bringe en enkel og meget effektiv'apparatur, en som samtidig er meget fleksibel, og fremfor alt meget sikker å anvende.

Den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen omfatter en apparatur utstyrt med minst et dialysemembran separert av to kammere, hvorav det første er ment til å gjennomstrømmes av blod fra en pasient og det andre er ment til å gjennomstrømmes av en dialysevæske i en lukket krets med konstant volum, hvilken krets er utstyrt med sirkulasjonsorganer som umuliggjør resirkulering av avfallsprodukter, samt med innretninger for innføring og eller fjerning av på forhånd bestemte mengder væske. Denne kunstige nyre karakteriseres ved at den omfatter organer for mellom apparatenes to kammere i en første sone å opprettholde en første trykkdifferanse og samtidig i en andre sone opprettholde en andre, omvendt trykkdiffereanse.

Oppfinnelsen beskrives nærmere nedenfor under hen-visning til de ledsagende tegninger der fig. 1 skjematisk viser en krets for dialysevæske forbundet med et membranutstyrt ut-bytterapparat; fig. 2 er et diagram over blodets og dialysevæskens trykk ved passasjen gjennom apparaturen når sirkula-sjonen skjer i motstrøm; fig. 3 er et partielt tverrsnitt av en monomembranapparatur som viser en støtteanordning for membranet 1 i apparatets to soner; og fig. 4 er et partielt tverrsnitt av en dimembranapparatur som viser en annen støtte-anordning.

Den i fig. 1 viste kunstige nyre omfatter en apparatur 1 bestående av en bloddialysør utstyrt med et membran 2, hvilke separerer et kammer 3 gjennom hvilket blodet føres i pilens P1's retning ved hjelp av en pumpe-11 fra et kammer 4 gjennom hvilket dialysevæsken ledes i motstrøm mot blodet. Dialysevæsken føres i en sluttet krets 5 med konstant volum,

og denne krets omfatter en beholder 6 og en sirkulasjonspumpe 7 av i og for seg kjent type. Ved hjelp av en pumpe 8 som er tilsluttet til apparaturens 1 utløpsåpning kan man fra kretsen fjerne en på forhånd bestemt mengde dialysevæske og overføre denne mengde til en gradert beholder 9 som gjør det mulig eksagt-å kontrollere den fra kretsen fjernede væskemengde.

Beholderen 6 i den lukkede krets er på tett måte delt opp i to kammere ved hjelp av et bøyelig diafragma 10

som er deformerbart under påvirkning av en svak trykkdifferanse. Ny dialysevæske som befinner seg til venstre for diafrgamet 10, føres gjennom kammeret 4 der den blir belastet med forurens-ninger som stammer fra blodet og som har trengt gjennom membranet 2. Den forurensede dialysevæske føres deretter til den del av beholderen 6 som befinner seg til høyere for dia-fragmaet 10, hvorved en blanding med dialysevæske unngås.

Et begrenset volum ny dialysevæske, fri for avfallsprodukter, pumpes altså til apparaturen 1. Etter som den apparatur er utstyrt med selektivt permeabelt membran 2 som mulig-gjør materialeutbytte med samtidig bloddialyse og ultrafiltrering, så funksjonerer apparaturen samtidig ~som bloddiåXysør og ultrafilter.

Fig. 2 er et diagram over blodets og dialysevæskens trykk mellom innstrømningen til og utstrømningen fra en slik apparatur som apparaturen 1 i fig. 1. For enkelhets skyld antas det at trykkfallene er konstante langs hele apparaturen.

Blodet kommer inn i apparaturens ene ende med et innløpstrykk Aa og forlater .apparaturens andre ende med et utløps-trykk Bb. I apparaturen varierer altså blodtrykket i henhold til linjen AB. Trykket av dialsyevæske som strømmer motstrøms blodet, varierer på tilsvarende måte i henhold til linjen CD.

De to linjer skjærer hverandre i punktet F.

I motsetning til tidligere anvendte kunstige nyrer omfattende bloddialysører, i hvilke dialysevæsken av sikkerhets-grunner alltid har et lavere trykk enn blodet, så er blodtrykket i den ene ende av den ovenfor beskrevne apparaturehøyere enn dialysevæskens trykk og i den andre ene lavere enn dialysevæskens trykk.

Uttrykt på en annen måte innebærerddette at apparaturen 1 omfatter 2 forskjellige soner, nemlig en sone af (f er projeksjonen av F på ab cissen), der blodtrykket er høyere enn dialysevæskens trykk, og en sone fb, der dialsyevæskens trykk er høyere enn blodtrykket.

Man skulle kunne tenke seg at det er risikabelt å holde dialysevæskensved et høyere trykk enn blodet i en sone der dialysevæsken er separert ffra blodet kun ved et membran. Etter som dialysevæsken fyller den lukkede krets med konstant volum,

så vil imidlertid en tilfeldig perforering av et membran, noe som umiddelbart viser seg ved heftige forandringer av de trykk som indikereseav ikke viste manometere tilsuttet til blodkretsen og til den lukkede krets for dialysevæske, ikke føre til noen nevneverdig inntrengning av dialysevæske i blodet og heller ikke til noe større blodtap. Den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen funksjonerer altså på en meget sikker måte.

Apparaturen 1 oppfører seg som en bloddialysør i begge soner, nemlig af og fb. Dessuten oppfører den seg som et første ultrafilter i sonen af, hvorved stoffer med en molekylvekt lavere enn membranets 2 separasjonsområde, f.eks. vann, salter, karbamid, sukkertyper osv., overføres fra blodet til dialysevæsken under påvirkning av trykkdifferansen i denne sone.

Man skulle kunne venté seg en ultrafiltrering i omvendt retning i hele sonen fb. Blodet inneholder imidlertid forskjellige stoffer slik som proteiner, hvilke ikke forekommer i dialsyevæsken og hvilke på grunn av sin altfor høye molekylvekt ikke kan trenge gjennom membranet-. Disse stoffer skaper et osmotisk trykk i blodet, et trykk som må overvinnes for at ultrafiltrering fra dialysevæsken til blodet skal muliggjøres. Dette osmotiske trykk er det såkalte onkotiske trykk, og det

er konstant og omtrent lik 35 mm Hg.

Hvis man (i fig. 2) fra punktet B', viss ordinat er 35 mm Hg større enn punktets B ordinat, trekker én linje paral-lelt med linjen AB, så.vil denne linje skjære linjen CD i punkt-tet E, viss abcisse er e. Kun sonen eb vil således tilsvare en andre ultrafiltreringssone (også kalt inj eks jionssonen) , der ultrafiltrering fra dialysevæsken til blodet skjer.

I mellomsonen fé';skjer det ingen ultrafiltrering, men kun bloddialyse. I sonene af og eb skjer ved siden av bloddialyse også en ultrafiltrering i motsatte retninger. Ultra-filtreringen er i hver sone proposjonal den i fig. 2 sjatterte flater Sonen af befinner seg nær blodinnløpet og utløpet for dialysevæsken,og sonen eb befinner seg nær blodutløpet og inn-løpet for dialysevæske.

Den i fig. 1 viste kunstige nyre funksjonerer på følgende måte. Det blod som skal renses føres gjennom bloddia-lysøren 1 i pilens F-^s retning, og det føres frem på vanlig måte ved hjelp av en peristaltisk pumpe 11. Dialysevæsken pumpes av pumpen 7 gjennom bloddialysøren motstrøms blodet. •Rensing av blodet skjer ved bloddialyse og dessuten ved ultrafiltrering gjennom membranet 2.

I den sone av apparatet 1 som ligger nær blodinn-løpet, passerer en del stoffer (som er nyttige eller giftige og som har en molekylvekt lavere enn membranets 2 separasjonsområde) fra blodet til dialysevæsken ved ultrafiltrering. Blodet undergår således en konsentrering som man kan drive så langt som det bedømmes akseptabelt med hensyn til blodets sirkulasjon i apparaturen.

Utenfor bloddialysøren føres ultrafiltratet til beholderen 6. Etter som den lukkede krets for dialysevæsken har konstant volum, skjer det en volumkompensering ved ultrafiltrering fra dialysevæske til blodet i den sone av apparaturen som ligger nær blodutløpet. Herved trenger i den nye dialysevæske foreliggende og nyttige (ikke-giftige) stoffer med en molekylvekt lavere enn membranets 2 separasjonsområde inn i blodet.

Den totale ultrafiltreringsbalansen tilsvarer altså ved en første tilnærming utelukkende fjerning av giftige stoffer med lav eller middels molekylvekt (slik som karbamid, urinsyre osv.) fra blodet.

Ved nøyaktig beregning må imidlertid mengden av

det andre ultrafiltratet (fra dialsyevæsken til blodet) redus-eres med den mengde dialysevæske som ved hj.elp. av pumpen 8 pumpes til beholderen 9-Denne beholder mottat et væskevolum omtrent like stort som det volumvann som man ønsker å tappe av fra pasienten under behandlingen. Man avstår altså frivilligg fra å erstatte alle de nyttige stoffer som er ultrafiltrert fra blodet.

Det er meget enkelt å anvende den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen. Hensiktsmessig anvendes det et semiperme-abelt dialysemembran som egner seg for ultrafiltrering og som fortrinnsvis gir høy ultrafiltreringsgrad og som har et separasjonsområde mellom 6000 og 60000, fortrinnsvis mellom 10000 og 40000. De membraner som er beskrevet i det franske patent nr. 2.105-502 er egnede.

For å øke ultrafiltreringsstrømmene er det hensiktsmessig at blodet og dialysevæsken har relativt høyt trykk ved innstrømning i bloddialysøren og lavt trykk ved utstrømningen fra denne. Dette kan oppnås ved hjelp av forskjellige typer vanligvis anvendte pumper. En ubetydelig hémoly se rende peri^-staltisk pumpe 11 kan anvendes for å mate inn blodet i apparaturen 1, og en pumpe- 7 kan anvendes for dialysevæskens sirkulasjon.

Det er hensiktsmessig å anvende apparaturer som gir en stor hydrodynamisk motstand mot blodstrømningen eller strøm-ningen av dialysevæske eller begge deler. Den hydrodynamiske motstand kan oppnås på en hvilken som helst kjent måte. I kam-rene 3 og 4 kan således strømriingsbanene på en lengde som er over 60 cm og fortrinnsvis 80 cm ha et tverrsnitt som er mindre enn og fortrinnsvis halvdelen av tverrsnitteteawledningene for væskene utenfor apparaturen 1. Inns-atser av forskjellige kjente typer kan fylle nevnte strømningsbaner for å øke motstanden mot væskestrømningen. Eventuelt kan trykkfallet ha forskjellig størrelse langs apparaturen. Man anvender vanligvis relativt lange og smale apparaturer. Selv om dialysevæsken vanligvis ledes gjennom apparaturen 1 ved trykk høyere enn atmosfærestrykk-et, kan man eventuelt■ta ut dialysevæsken fra apparaturen under vakuum, f.eks. ved hjelp av en ikke vist ekstra pumpe.

I den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen kan de anvendte membraner ha en hvilken som helst vanlig anvendt form. Membranene kan således være plane, rørformede eller spiralform-ede, eller de kan foreligge.i form av hule fibre. Ettersom hver apparatur inneholder minst to soner med omvendte trykkforhold, vil væsken med det høyeste trykk virke på membranets ene sideflate i den ene sone og på membranets andre sideflate i den andre sone.

I apparaturer med plane membraner eller spiralform-et anordnede membraner er membranene anbragt mellom støtteorga-ner, og hvert membran er på hver sideflate i direkte kontakt med disse støtteorganer.

I fig. 3 vises det et partielt tverrsnitt av en monomembranapparatur. Membranet 30 separerer blodet som sirku-leres i to spor 12 fra dialysevæsken, som sirkulerer i motstående spor 13. Membranet er i direkte kontakt med motstående støtteorganer 14 og 15, og dette muliggjør samtidig anvendelse av membranet både i sonen I der blodtrykket er høyere ennndia-lysevæskens trykk, og i sonen'II der blodtrykketf er~lavére~"enn dialysevæskens trykk. Membranet er bøyet til forskjellige retninger i sonene I og II.

I fig. 4 vises det et partielt tverrsnitt av en dimembranapparatur. Membranene 16 og 17 mellom hvilke blodet sirkulerer bærer av støtteorganer l8og 19 utstyrt med spor 20 og 21 i hvilke dialysevæsken sirkulerer. Membranene skilles fra hverandre ved et mellomlegg som vanligvis består av et gitter dannet av to korslagte rader av varmsveisede parallelle tråder 22 og 23. Dette gitter muliggjør samtidig anvendelse av membranet både i sonen I der blodtrykket er høyere enn dialysevæskens trykk og i sonen II der blodtrykket er lavere enn dialysevæskens trykk.

Apparaturen ifølge oppfinnelsen kan hensiktsmessig oppdeles i minst.to undergrupper tilsvarende de to ultrafiltrer-ingssoner, hvorved de motsvarende 'kammere i hver undergruppe seriekobles. Hver undergruppe har en bestemt struktur og bestemte funksjoner. Når man anvender tre undergrupper, er disse funksjoner f.eks. bloddialyse og ultrafiltrering;•bloddialyse; og bloddialyse og injeksjon (ultrafiltrering i-motsatt retning mot den førstnevnte ultrafiltrering). Undergruppene kan være forenet ved ledninger, ved behov utstyrt med organer for regulering av tverrsnittet (f.eks. ventiler) for eventuell økning av de totale trykkfall.

Man foretrekker i apparaturene ifølge oppfinnelsen

å anvende et antall hule fibre som membraner, hvorved det ikke er nødvendig med noen spesiell membranstøtte. Man kan anvende kjente typer apparaturer med hule fibre og alle kjente typer av hule fibre med semipermeabel vegg.

Man foretrekker å anvende slike apparaturer med hule fibre der disse fibre er forenet til parallelle knipper, hvorved endene av hvert knippe hører til soner med omvendte trykkforhold.

I fig. 1 vises en dialysekrets uten noen organer

for resirkulering av dialysevæsken. Por å forflytte dialysevæsken kan man anvende organer likeverdige de som er vist i fig. 1; et stempel kan f.eks. forskyve dialysevæske fra den ene ende til den andre av en beholder 6 i form av en sylinder.

Hvis ønskelig kan man gjennomføre resirkulering av dialysevæsken under forutsetning av at den først renses slik at den er fullstendig renset når den tilbakeføres til apparaturen 1. ■■ For dette formål kan man anvende kjente metoder for regenerering av dialysevæske. Man kan spesielt anvende aktivt karbon for å binde avfallsprodukter som stammer fra blodet. Det er særskilt hensiktsmessig å plassere minst en del av det aktive karbon i apparaturen 1 i det kammer 4 som gjennomstrømmes av dialysevæske. Det aktive karbon binder herved en fylling som. øker motstanden mot dialysevæskens strømning.

Resirkuleringen av dialysevæske etter rensing gjør det mulig til pasienten å tilbakeføre i det minste kvalitativt, alle de nyttige stoffer med lav eller middels molekylvekt som er fjernet fra blodet i den første ultrafiltreringssone. De hittil kjente metoder muliggjør kun en kompensering som ofte er utilstrekkelig eller uegent.

I en utførelsesform av den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen kan blodet og dialysevæsken sirkulere medstrøms i bloddialysøren.

Hvis dialysevæskens trykk ved innløpet til bloddia-lysøren er høyere enn blodtrykket pluss det onkotiskte trykk, så bør blodtrykket være høyere enn dialysevæskens trykk ved ut-løpet fra bloddialysøren. I dette tilfelle skjer det således først en ultrafiltrering fra dialysevæsken til blodet som altså til å begynne med spes ut, hvoretter blodet underkastes en ultrafiltrering hvorved avfallsproduktene i blodet passerer gjennom membranet og ut i dialysevæsken.

Hvis derimot•dialysevæskens trykk ved innløpet til bloddialysøren er lavere enn. blodtrykket, så bør dialysevæskens trykk ved utløpet fra bloddialysøren være høyere enn blodtrykket pluss det onkotiske trykk. I dette tilfellet skjer.det først en ultrafiltrering fra blodet til dialysevæsken (blodet konsentrer-es altså til å begynne med på samme måte som i apparaturen ifølge fig. 1 og 2), hvoretter det skjer:en ultrafiltrering fra dialysevæsken til blodet.

Ved anvendelse av den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen er det ikke nødvendig først å innføre en spesielt frem-stilt og sterilisert fortynningsvæske til blodet. De ønskede trykkfall er lette å oppnå ved sirkulasjon av blod og dialysevæske med relativt høye hastigheter, og disse hastigheter for-bedrer "også "omblåndingen og forhindrer ti It et ting av 'membranet'. Hvis ønskelig kan imidlertid den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen, utstyres med-organer for periodisk omkasting av dialysevæskens og/eller blodets strømningsretning i den hensikt å unngå en eventuelt tilsetting av membranet.

Effektiviteten i den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen avhenger delvis av at det foruten bloddialyse skjer en ultrafiltrering i to retninger, noe som spesielt muliggjør en utmerket overføring av middelsstore molekyler. Den totale ultrafiltrering fjerner altså parktisk talt bare giftige stoffer og den kan reguleres uavhengig av de lokale ultrafiltreringer. Pasientens vektreduksjon kan således bestemmes på forhånd. Den kunstige nyre ifølge oppfinnelsen egner seg spesielt godt for avgifting. Hvis ønskelig kan man dessuten ved hjelp av en ikke vist doseringspumpe, injisere kjente mengder oppløsning i dialysevæsken før denne føres inn i bloddialysøren. Det kan til slutt påpekes at kun en ny eller eventuelt regenerert dialysevæske kan ultrafiltreres mot blod.. Denne ultrafiltrering bidrar til det gode resultat som oppnås med. apparaturen ifølge oppfinnelsen .

Claims (8)

1. Kunstig nyre omfattende et apparat utstyrt med minst et dialysemembran hvilket skiller to kammere hvorav det første er ment å gjennomstrømmes av blod fra en pasient og den andre er ment å gjennomstrømmes av en dialysevæske som befinner seg i en lukket krets med konstand-volum, hvilken krets er utstyrt med sirkulasjonsorganer som umuliggjør resirkulering av avfallsprodukter samt med organer for innføring og/eller fjerning av på forhånd bestemte mengder væske, karakterisert ved at den omfatter organet for mellom apparatens to kammere i en første sone å opprettholde en første trykkdifferanse og samtidig i en andre sone å opprettholde en andre og omvendt trykkdifferanse.

2. ■ Kunstig nyre ifølge krav 1, karakterisert ved at hver og en av de to soner befinner seg nær to åp-ninger for innløp og/eller utløp av blod og dialysevæske.

3. Kunstig nyre ifølge krav l[~ elléf~ 2~ s "'omfattende organgér for å føre blodet og dialysevæsken i motstrøm gjennom apparatet, karakterisert ved at den omfatter organer for å oppnå at blodets innløpstrykk blir høyere enn dialysevæskens utløpstrykk og for å oppnå at dialysevæskens innløpstrykk blir høyere enn blodets utløpstrykk pluss det onkotiske trykk.

4. Kunstig nyre ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at den omfatter pumper for sirkulasjon av blodet og dialysevæsken gjennom apparatet, og at apparatet for å gi en stor hydrodynamisk motstand mot blodstrømingen og/eller strømningen av dialysevæske omfatter strømingsbaner viss tverrsnitt på en lengde på minst 60 cm er mindre enn tverrsnittet av ledningene for væsken utenfor apparatet.

5. Kunstig nyre ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at apparatet er utstyrt med selvbærende membraner bestående av et antall hule fibre.

6. ■ Kunstig nyre ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at hvert membran i apparatet er i kontakt med støtteorganer på begge sideflater.

7. Kunstig nyre ifølge krav 1, karakterisert ved at membranet og tilsvarende støtteorganer er oppdelt i minst to undergrupper tilsvarende de to soner, hvorved de motsvarende kamre i hver undergruppe er seriekoblet, enten direkte eller gjennom en ledning utstyrt med-organer for regulering av disses gj ennomstrømnings.tverrsnitt.

8. Kunstig nyre ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7 omfattende organer for resirkulering og regenerering av dialsyevæsken, karakterisert ved at aktivt karbon er anbragt i apparatets andre kammer.