DE2321168A1

DE2321168A1 - Vorrichtung zum abscheiden toxischer substanzen aus koerperfluiden, insbesondere zur verwendung als kuenstliche niere

Info

Publication number: DE2321168A1
Application number: DE2321168A
Authority: DE
Inventors: Clinton E Brown
Original assignee: HYDRONAUTICS; Hydronautics Inc
Current assignee: HYDRONAUTICS; Hydronautics Inc
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1974-11-21
Also published as: FR2258189B1; GB1455772A; FR2258189A1; DE2321188A1; US3825493A

Description

Dip'.-ir.—.

Dr.-: .. · . . TL jr.

β M B R cha η i.2, ilJ.iodorisir. 19

08-20.62OP(2O.621H) 26. 4. 1973

HYDRONAUTICS. INCORPORATED. Laurel. Maryland

V. St. A.

Vorrichtung zum Abscheiden toxischer Substanzen aus Körperfluiden, insbesondere zur Verwendung als künstliche Niere

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden toxischer Substanzen aus Körperfluiden, wie z. B. aus Blut oder Bauchhöhlenfluiden, insbesondere auf eine künstliche Niere.

In den letzten Jahren konnte das Leben von Menschen mit zerstörten oder nicht funktionsfähigen Nieren durch die Verwendung solcher Geräte verlängert werden. Die Physiologie der menschlichen Niere ist weitgehend erforscht und umfaßt das Entfernen nicht flüchtiger Abfallprodukte aus dem Blutkreislauf und die kontinuierliche Regulation

409847/0488

08-(HYD 12B)-Sd-r (8)

der Blutzusammensetzung, so daß die für das Leben der Zellen notwendigen Bedingungen im Körpergewebe eingehalten werden. Wenn somit Nieren nicht richtig .arbeiten, müssen diese Funktionen durch verschiedene künstliche Mittel erfüllt werden, damit es nicht zu einer Harnvergiftung und elektrolytischem Ungleichgewicht kommt. Liegt eine dieser Bedingungen vor, dann wird der Blutkreislauf vergiftet.

Künstliche Nieren sind bekannt, mit denen bei einer mehrstündigen Anwendung mehrere Male pro Woche die Konzentration der toxischen Substanzen im Blut gesenkt wird. Eine als "Waschlösung" bezeichnete Flüssigkeit, die isotonisch zu Blut sein soll, wird in diese Geräte eingeleitet, so daß bestimmte wichtige Bestandteile des Blutes, d. s. Elektrolyten, nicht verlorengehen.

Die Anwendung derartiger Geräte führt jedoch zu verschiedenen Problemen und Schwierigkeiten. Als erstes ist eine relativ große Menge an Wiederherstellungs- oder Waschlösung erforderlich. Diese große Flüssigkeitsmenge fließt im allgemeinen von einem sperrigen und stationären Behälter zu. Weiterhin arbeiten diese Geräte diskontinuierlich. Dialyseperioden von kürzer als 6 Stunden zweimal pro Woche erscheinen nicht ausreichend, und während dieser Dialyseperioden kann sich der Patient nicht bewegen. Ein weiterer unerwünschter aber unvermeidlicher Effekt der diskontinuierlichen Anwendung ist der periodische Aufbau und das Abziehen der Abfall substanzen in Intervallen. Kurz vor dem Anlegen einer künstlichen Niere ist die Konzentration der verschiedensten Schadstoffe im Blutkreislauf des Patienten abnormal hoch, und unmittelbar nach der Behandlung

409847/0488

sinkt die Konzentration im Körper, so daß sich kein Gleichgewicht einstellt, was zu verschiedenen unerwünschten Wirkungen führt. Drittens sind die bekannten Einrichtungen und Geräte außerordentlich teuer und erfordern die Hilfe von ausgebildetem Personal. -

Durch das US-Patent 3 579 hki der Anmelderin sind verschiedene Probleme und Schwierigkeiten der bekannten künstlichen Nieren grundsätzlich gelöst. Die darin beschriebene Einrichtung enthält eine Vielzahl von Filterelementen, die in Kombination die Funktionen einer normalen Niere durchführen. Arterielles Blut wird zuerst durch eine Vielzahl von hochselektiven Ultra-Filter-Membranen gefiltert, die so ausgebildet sind, daß sie die makromolekularen Blutbestandteile zurückhalten und Wasser oder toxische Substanzen von geringem Molekulargewicht durchlassen. Das aus Wasser und den Substanzen bestehende Filtrat läuft dann durch eine Vielzahl von feinen Hyperfiltriermembranen, die nur reines Wasser als Filtrat durchlassen und die toxischen Substanzen zurückhalten. Die durch die Hyperfilter zurückgehaltenen Substanzen werden als Abfallprodukte abgeführt, und das im wesentlichen aus reinem Wasser oder reinem Wasser mit Elektrolyten bestehende Filtrat wird mit den makromolekularen Blutbestandteilen am Ultrafilter zur Bildung des venösen Rückflusses gemischt. Da beim Filtrieren bestimmte Mengen an wichtigen Elektrolyten verlorengehen, muß eine bestimmte Menge an ergänzender Elektrolyt-Lösung zum gereinigten Filtrat zugegeben werden, um die isotonischen Verhältnisse wiederherzustellen.

Obgleich diese Kombination von Filtereinheiten eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den bekannten Geräten

409847/0488

-Λ - ...■■'.■■■

ergibt und eine wirksame, kontinuierlich arbeitende und am Körper zu tragende künstliche Niere, darstellt, bleiben doch noch einige Schwierigkeiten. Die Verwendung von selektiven Filtern, die beispielsweise Lösungen von geringem Molekulargewicht durchlassen und hochmolekulargewichtige Substanzen zurückhalten, kann zum Verstopfen der Membranen insbesondere bei der für den wirksamen Betrieb des Gerätes notwendigen hohen Filterleistung führen. Zwar könnte dies durch Verringerung der Filtrierleistung vermindert werden, wodurch jedoch gleichzeitig auch die Leistung des Gerätes sinken würde. Darüber hinaus ist ein

2 großer Filterflächenbereich im Ultrafilter von ca. 2000 cm notwendig, um die angestrebte effektive Filterleistung zu erreichen.

Die notwendige periodische Zugabe von ergänzender Elektrolyt-Lösung zu dem gereinigten und mit den makromolekularen Bestandteilen gemischten Filtrat kann zu einer Verunreinigung des Blutes führen, wobei auch das zur Herstellung dieser Lösung verwendete Wasser einer besonderen Behandlung unterworfen werden muß, um seine Sterilität und Pyrogenfreiheit sicherzustellen.

Bei einer Ausführung gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß die obigen Nachteile weitgehend eliminiert werden können und sich das oben beschriebene Gerät erheblich verbessern läßt, wenn die Ultrafiltrationseinrichtung durch eine Hemodialyse-Einrichtung ersetzt wird. Anstatt des Väschens des Blutes durch Durchlaufen einer Filtereinheit wie bei dem vorbeschriebenen Gerät wird das Blut durch Abziehen der toxischen Substanzen quer zur Dialysis-Membran gereinigt.

409847/0488

In einem Hemodialysierapparat wird ein sorgfältig vorbereitetes Dialysat, bestehend aus Wasser und einer bestimmten Konzentration an Elektrolyten, längs einer Seite der Membranen im Gegenstrom zur Blutströmung an der Gegenseite der Membranen geleitet, um eine selektive Diffusion der unerwünschten toxischen Substanzen quer zu den Membranen vom Blutstrom in das Dialysat zu erzeugen. Das Dialysat enthält vorzugsweise eine Elektrolytenkonzentration und Wasser im gleichen Wert wie das Blut, um deren Querdiffusion bei der Hemodialyse zu verhindern.

Dem gewaschenen Blut wird daher sein ursprünglicher Gehalt an Wasser, Elektrolyten oder anderer wünschenswerter Bestandteile nicht entzogen, wie dies während der Ultrafiltration geschieht, so daß es für einen unmittelbaren venösen Rückfluß geeignet ist. Das verbrauchte bzw. mit Giftstoffen angereicherte Dialysat wird regeneriert und von den toxischen Substanzen mit der gleichen Hyperfiltrationseinrichtung gereinigt, wie sie bereits bei dem älteren Gerät verwendet wird, und als wiederhergestelltes Dialysat zum Hemodialysierapparat zurückgeführt, so daß insgesamt ein kompaktes, tragbares Gerät entsteht, das dauernd und bequem vom Benutzer getragen werden kann«,

Bei dieser Vorrichtung fließt das Ergänzungselektrolyte enthaltende Dialysat in einen geschlossenen Kreislauf unabhängig vom Blutkreislauf, so daß Blutverunreinigungen vermieden werden, die bei einer direkten Zugabe von Ergärizungselektrolyten zum venösen Rücklauf eintreten können.

Da das Blut durch Ausdiffundieren der toxischen Substanzen aus dem Blut und nicht durch Abfiltrieren der Sub-

4 0 9 8 4 7/0488

stanzen mittels eines Filters gereinigt wird, können die bisher notwendigen hohen Filtrierleistungen und die großen Filterflächen erheblich verringert werden, wobei eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Größe und der Betriebsleistung bei dem erfindungsgeraäßen Gerät erreicht wird.

Eine andere Ausführung der tragbaren künstlichen Niere gemäß der Erfindung kann auch zur rezirkulierenden Bauchhöhlendialyse verwendet werden, bei welcher ein peritoneales Fluid aus der Bauchhöhle aus dem Körper abgezogen und von toxischen Substanzen, wie Harnkreatin, Harnsäure etc. gereinigt wird, die quer durch das Bauchfell aus dem Blut in das peritoneale Fluid diffundieren, wodurch sich die Konzentration dieser toxischen Substanzen im Blut absenkt. Das Körperfluid kann mit der Niere gemäß der Erfindung behandelt werden, da das Gerät für peritoneales Fluid ebenso wie für arterielles Blut geeignet ist.

Wenn die Niere zur Behandlung von peritonealem Fluid verwendet wird, werden die Kanülen in die Bauchhöhle eingesetzt, anstatt an die Arterien angelegt und eine Pumpe zum Abziehen des peritonealen Fluides und Fördern durch die Dialyseeinrichtung der Niere verwendet. Bei einer Verwendung der Niere zur Blutreinigung ist die Pumpe nicht notwendig, da das menschliche Herz den für die Blutströmung durch die Dialysiereinrichtung notwendigen Druck liefert.

Beim Durchströmen durch die Dialysiereinrichtung wird das peritoneale Fluid in der gleichen Weise wie das Blut gewaschen und auch eine Ergänzungslösung zu dem zur Dialysiereinrichtung zurückfließenden Dialysat zugegeben.

40 98 4 7/0488

Daher kann eine künstliche Niere gemäß der Erfindung in gleicher Weise entweder zum Reinigen von Bauchhöhlenflüssigkeit oder Blut ohne wesentliche Änderung der Konstruktion des Gerätes verwendet werden,

. Ein vorteilhaft weitergebildetes Gerät gemäß der Erfindung umfaßt eine Dialyseeinrichtung, eine Dialyset-Filtriereinheit, eine Hochdruckpumpe, eine Meßpumpe und einen kleinen Behälter für die ergänzende Elektrolyt-Lösung. Die Kombination dieser Elemente ergibt ein kompaktes Gerät, welches am Körper mit einer äußerst geringen Beeinträchtigung des Schlafes, der freien Bewegung, der täglichen Toilette, sexueller Aktivitäten etc. getragen werden kann.

Im einzelnen wird arterielles Blut oder Bauchhöhlenflüssigkeit aus dem Peritoneum abgezogen und an eine Seite der Membranen der Dialyseeinrichtung gefördert. Ein wäßriges, von toxischen Substanzen des Blutes weitgehend freies Dialysat wird im Gegenstrom zu dem Körperfluid entlang der anderen Seite der Dialysemembranen geleitet, um einen Konzentrationsabfall und durch diesen eine Diffusion der toxischen Substanzen in das Dialysat zu erzeugen. Das Dialysat fließt kontinuierlich durch die Dialyseeinrichtung, so daß die Konzentration der toxischen Substanzen im Dialysat niemals ein Gleichgewicht zu der des behandelten Körperfluides gelangt und ein starkes Konzentrationsgefälle dauernd quer zu den Membranen aufrechterhalten bleibt.

Das Dialysat wird sorgfältig hergestellt, damit es nicht nur frei von toxischen Bestandteilen ist, sondern auch Substanzen enthält, die im Blut verbleiben sollen, so daß diese Substanzen mit denen im Blut enthaltenen dm

4 09847/0488

Gleichgewicht stehen. Solche Substanzen sind z. B. Glucose, Natriumchlorid, Natriumbicarbonat, Kalium und andere Elektrolyten. Das Dialysat enthält somit keinen Konzentrationsunterschied dieser Substanzen gegenüber dem Blut, um deren Verlust aus dem Körperfluid zu verhindern.

Das die Giftstoffe enthaltende verbrauchte Dialysat wird dann von der Dialyseeinrichtung mittels einer Hochdruckpumpe zu einer Dialysatfiltriereinheit gepumpt, welche vorzugsweise nur für Wasser und Elektrolyten durchlässig ist. Der Zweck dieser Dialysatfiltration ist die Entfernung der toxischen Substanzen, wie z. B. Harnstoff, Harnsäure, Kreatin u. dgl., aus dem verbrauchten Dialysat. Das entstehende Filtrat enthält somit relativ reines Wasser und ist zur Rückführung für die Verwendung bei der Präparierung des Dialysates für die Dialyseeinrichtung geeignet. Der von der Filtereinheit zurückgehaltene Rückstand besteht aus Abfall- und Giftstoffen und wird in einem kleinen periodisch zu entleerenden Kanister gesammelt.

Durch den Betrieb werden die meisten Elektrolyten zusammen mit dem Wasser durch den Filter abfließen und mit den Abfallprodukten abgeschieden. Daher wird eine geringe Menge einer hochkonzentrierten wäßrigen Lösung aus Elektrolyten von einem Ergänzungsspeicher abgezogen und mit dem gereinigten Dialysatfiltrat in einer Meßpumpe gemischt, um die für den Einsatz in der Dialyseeinrichtung notwendige Dialysetzusammensetzung zu erhalten. Die Meßpumpe liefert eine bestimmte Menge an hochkonzentrierter wäßriger Lösung solcher Elektrolyten, wie Natriumchlorid, Kalium, Natriumbicarbonat etc., um das gereinigte Dialysat auf ein

409 8 4 7/0488

isotonisches Verhältnis zu bringen. In den meisten Fällen besteht die Ergänzungslösung aus einer konzentrierten Salzlösung.

Wird Bauchhöhlenflüssigkeit verwendet, dann sollte die dem zur Dialysiereinrichtung zurückfließenden Dialysat zugesetzte Ergänzungslösung Dextrose und/oder Sorbitol in einer Konzentration von ca. 1 Gew.-% enthalten. Die Dextrose oder das Sorbitol dringt dufch die Membran in der Dialysiereinrichtung in die Bauchhöhlenflüssigkeit und führt - wie allgemein bekannt - zu einem osmotisch eingeleiteten Abziehen von Wasser aus dem Körper in das peritoneale Fluid. Dies ist erforderlich, weil die Niere gemäß der Erfindung Wasser abscheidet und dieses Wasser durch Abziehen von Wasser aus dem Körper in die Bauchhöhlenflüssigkeit ersetzt werden muß.

Das Zusammenwirken aller Elemente gemäß der Erfindung ahmt die Funktion einer normalen Niere durch Abführen von Stickstoffabfallstoffen und Rückhalten von Plasma, Wasser und Elektrolyten im Blut nach. In einigen Fällen kann gelöster Zucker verlorengehen, der jedoch oral ersetzt werden kann.

Es ist offensichtlich, daß die obige allgemeine Beschreibung ebenso wie die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen exemplarisch zu werten ist und keine Beschränkung der Erfindung darstellt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung genauer beschrieben.

Es zeigen:

409847/0488

Fig. 1 A - -D schematische Darstellungen des Gerätes gemäß der Erfindung, wobei Fig. 1 A eine Grundausführung und

Fig. 1 B, 1 C und 1 D verschiedene Variationen dieser GrundausFührung sind,

Fig. 2 eine teil-perspektivische Ansicht der Dialyseeinrichtung gemäß der Erfindung,.

Fig. 3 A einen Querschnitt durch einen Teil des Hyperfilters für das Dialysat,

Fig. 3 B eine andere Ausführung des Hyperfilters in perspektivischer Explosionsdarstellung,

Fig. h eine Draufsicht auf den Motor, die Hochdruckpumpe und die Meßpumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Schnittlinie 5-5 in Fig. k,

Fig. 6 eine teilgeschnittene Seitenansicht des Gerätes nach Figo k,

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt durch das Gerät nach Fig. k längs der Schnittlinie 7-7,

Fig. 8 die künstliche Niere gemäß der Erfindung in perspektivischer Explosionsdarstellung.

> Zum besseren Verständnis wird die Funktionsweise der er f indungs gemäßen Einrichtung für die Reinigung von ar-

409847/0488

teriellem Blut beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß - wie oben beschrieben - auch Bauch-Fluid aus der Bauchhöhle anstatt Blut in der künstlichen Niere gemäß der Erfindung behandelt werden kann.

Unter Bauch-Fluid ist das natürliche, in der Bauchhöhle befindliche Fluid zu verstehen, das, falls gewünscht, zur Vergrößerung seines Volumens mit herkömmlichen peritonealen Dialyselösungen ergänzt werden kann. Eine eingehende Beschreibung der peritonealen Dialyse als ein Mittel zur Durchführung der Funktion einer natürlichen Niere und der besonderen peritonealen Rezirkulations-Dialyse ist in dem Aufsatz von J. H. Shinaberger, L. Shear und K. G. Barry, mit dem Titel "Increasing Efficiency of Peritoneal Dialysis" der American Society of Artificial Internal Organs, 1965» Seiten 76 - 82, beschrieben.

Bei dem Gerät nach den Fig. 1 A und 8 wird arterielles Blut aus dem Körper durch eine herkömmliche Kanüle 10 abgezogen und durch die Pumpwirkung des Herzens in die Dialyseeinrichtung bzw. den Hemodialyse-Apparat 12 gedrückt. Gleichzeitig strömt frisches Dialysat 14 durch den Hemodialyse-Apparat 12 im Gegenstrom zum Blut. Das verbrauchte Dialysat 16 wird aus dem Apparat zur Niederdruckseite einer Hochdruckpumpe 81 abgezogen. Fig. 2 zeigt Konstruktionseinzelheiten des Hemodialyse-Apparates 12, der unten genauer beschrieben wird.

Das verbrauchte Dialysat 16 wird dann durch die Pumpe 81 geleitet und über die Zulaufleitung 21 durch die Hochdruckseite der Pumpe zum Hyperfilter 60 (60 in Fig. 8) gedrückt. Das den Hyperfilter 60 verlassende Filtrat 17

409847/048 8

besteht weitgehend aus reinem Wasser und Elektrolyten, wohingegen die zurückgehaltenen Lösungen 15 in einem abnehmbaren Ürinbehälter 151 gesammelt werden.

Wie in den Fig. 3-A und 3 3 gezeigt, wird das Hyperfiltrat 17 aus dem Hyperfilter 6© schräg und kontinuierlich an den Filterflächen 63 abgezogen, während der Einlauf 21 aus unter Druck stehendem verbrauchtem Dialysat sich durch den Hyperfilter parallel zu den Filterflächen 63 bewegt und als konzentrierte Lösung bei 15» bestehend aus Lösungen von geringen Molekulargewichten, z.B. Harnstoff, Kreatin, Harnsäure und Elektrolyten abgezogen wird. Der Druck im Hyperfilter βθ wird durch die Pumpe Si und ein Druckbegrenzungsventil 153 in der Urinabflußleitung 15 auf einem geeigneten Wert gehalten. Das Begrenzungsventil ist so ausgelegt, daß eine kontinuierliche Strömung von verbrauchtem Dialysat durch den Hyperfilter 60 und ein gleichmäßiger Abfluß der Abfallösung zum Urinbehälter 151 erhalten wird. Wegen des großen Volumens des rückgewonnenen Wassers 17 steht das Volumen der Abfallösung 15 in einem günstigen Verhältnis, so daß der Urinbehälter 151 nur in gewissen Zeitabständen abgenommen und entleert «erden muß.

Die Pumpe 81 liefert den Quer-Druck im Hyperfilter 60. Die Pumpe und das Meßsystem 93 werden durch einen Gleich- oder Wechselstrommotor 82 angetrieben, wobei ein Gleichstrommotor bei einem tragbaren System bevorzugt wird; sowie von einer Energieeinheit 182 gespeist, die vorzugsweise aufladbare Batterien enthält. Die Saugseite des Meßsystems 93 saugt das Hyperfiltrat 17 und eine geregelte Menge an konzentrierter elektrolytischer Ergän-

409847/0488

zungslösung 195 aus dem Speicher 193 und drückt sie bei 196 in die gleiche Abflußleitung, um ein wiederaufgebautes Dialysat 14 mit der gewünschten Konzentration von Natrium, Kalium, Bikarbonat, Phosphat, Chlorid und SuI-fationen u. dgl. für den Rückfluß zum Hemodialysierapparat 12 zu bilden. Das gewaschene Blut kehrt über die Venen 18 in den Körper zurück.

In Fig. 2 ist der wichtige innere Aufbau der Hemodialysiereinrichtung 12 dargestellt. Diese perspektivische Ansicht zeigt fragmentarisch nur zwei vollständige arterielle Blutkanäle 45 und Dialyset-Kanäle 53, In Wirklichkeit enthält die Hemodialysiereinrichtung gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Blut- und Dialysatkanälen. Die dargestellte Ausführung ist flächen- bzw. plattenförmig ausgebildet; es können jedoch auch andere Anordnungen, z. B. Röhrchen, getroffen werden, in welchen das Blut und das Dialysat im Gegenstrom und parallel zu den Längsachsen der Röhrchen strömt. In jedem Fall ist die Polarisation der Flächen der Blutkanäle vernachlässigbar, wenn ausreichend kleine Dimensionen eingehalten werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht die Schichtkonstruktion aus einer Serie von Membranen 43, einer Serie poröser, die Dialysatkanäle bildender Träger und einer Serie paralleler Reihen von zylinderförmigen Abstandhaltern 4i, die alle so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen den' Flächen zweier benachbarter Membranen 43 einen Blutkanal 45 bildet.

Als Membranelemente 43 können verschiedene bekannte, für die Hemodialyse geeignete Membranen eingesetzt werden.

409847/0488

Solche Membranen enthalten: Zelluphan, Cuprophan, Polyvinylalkohol und Zelluloseacetat. Bei der Auswahl der . Membranen werden solche bevorzugt, in denen Heparin oder andere Anti-Gerinnungs-Substanzen eingelagert sind. Die sonstigen, mit dem Blut in Berührung kommenden Materialien der Hemodialysiereinrichtung 12 sollten möglichst anti-thrombogen sein, d. h. nicht zur Gerinnung des Blutes führen. Bevorzugte anti-thrombogene Materialien sind heparinisierte Polytetrafluoräthylene, heparinisierte medizinische Silikonsorten und dgl. Für die Abstandhalter 41 werden einfaserige Polytetrafluorethylene bevorzugt, die von der du Pont Company unter dem Warennamen "Teflon TFE" oder "Teflon FEP" hergestellt werden. Die die Dialysatkanäle 53 bildenden porösen Trägermaterialien können aus Nylontuch od. dgl. bestehen, da diese Kanäle nicht unmittelbar mit dem Blut in Berührung kommen.

Die bevorzugte Dicke der Kanäle 53 liegt zwischen ca. 50 - 150 Mikron. Die Blutkanäle 45 zwischen den Membranen **3 sind vorzugsweise so klein wie möglich, bis zu ca. 7 Mikron - der Größe der roten Blutkörperchen. Demzufolge bewegt sich der Bereich der Kanäle 45 von 7 bis ca, 100 Mikrons.

Wenn das arterielle Blut durch die Kanäle 45 parallel zu den Abstandhaltern ¹H und im Gegenstrom zu dem Dialysat in den Dialysatkanälen 53 strömt, diffundieren die toxischen Blutbestandteile mit einem Molekulargewicht von kleiner als 10.000 quer zur Blutströmung durch Membranen ■ 4'3 in die Dialysatkanäle 53, aus denen das verbrauchte, diese Bestandteile enthaltende Dialysat 16 gleichförmig am gegenüberliegenden Ende der Hemodialysiereinrichtung

409847/0488

abgezogen wird» Die oben beschriebene Anordnung der gesamten Hemodialysier-Einneit kann in einem rechteckigen Kasten von 16 χ 6 χ 0,8 cm untergebracht werden. Der Kern der Bialyalereinheit hat ein. Volumen von 15 x 5 * 0,5 ca. Die gesamte Baueinheit wiegt ca. 100 g.

» 3 zeigt Einzelheiten des Hyperfilters 60, der ähnlich wi« der schichtförraige Hemodialyalerapparat 12 Aufgebaut ist, jedoch mehr ale FiI te rays tem denn als Dialysesystem funktioniert« Di© Baueinheit besteht aus einer Serie von Spalträumen 65, die durch poröse Platten 67 und von diesen gehaltenen Membranen 63 gsbild&t 'werden, Zwi~ sehen jedea Satz poröser Platten 6? befindet sich ein weiterer Spaltraum 69, aus welchem das Hyperfiltrat durch dan Abfluß abgezogen wird. Dieses Hyperfiltrat 17 besteht im wesentlichen aus reinem Wasser oder reinem Wasser und Elektrolyt eil. Durch dea Einlauf© tuisen 21 strömt das von dem Heatodialysierapparat 12 unveh. d±'& Pumpe 81 abgezogene verbrauchte Dialysat in die Rätäsis 65· Baθ reine Wasser oder das Wasser mit den Elektrolyten gelangt durch die Membranen 63 in die Räume 69, und zwar annähernd senkrecht zur Strömung durch die Räume 65. Das aus den Räumen 65 in den Ablaufstutsen abgesogene Material 15 1st hochkonzentriert und enthält die schädlichen Abfallprodukte, wie Harnstoff, Harnsäure„ Kreatin, etc.

Da der Hyperfilter 60 mit dem Blut nicht in Kontakt gelangt, brauchen bei seiner Konstruktion auch keine antithrombogenen Materialien verwendet werden. Das bevorzugte Material für die Membranen 63 ist Zelluloseacetat. Diese Membranen werden durch Lösen von Zelluloseacetat in Aceton und einem Befeuchtungsmittel, im allgemeinen Formamide,

409847/0488

- . Ί6 -

hergestellt. Die Lösung wird zu dünnen Scheiben geformt, und nach einer vorläufigen kurzen Luftverdarapfung wird das Material in kaltes Wasser getaucht und so das Aceton und das Formamid entfernt und das Zelluloseacetat in ein Gel überführt. Danach wird der Film einer Wärmebehandlung von 70-90 C unterworfen. Die Flächen der Membranen 63 in Kontakt mit den Spalträumen 65 stehen unter hohem Druck. Bei der Grundausführung wird ein Druck von mindestens 42 kp/cm (600 psi) bevorzugt. Der gesamte wirksame Bereich dieser Flächen kann schwanken; es wird jedoch insgesamt eine ε
zugt.

2 eine aktive Membranfläche von ca. 1000 bis 3OOO cm bevor-

Die Membranen einer fertigen Packung können verschiedene Abmessungen haben, wobei jedoeh eine Länge von 15 cm, einer Breite von 5 cm und einer Stärke von 1 cm den Vorzug gegeben wird. Dies würde bedeuten, daß der gesamte Hyperfilter aus 22 Membranen 63 besteht, wobei die Spalträume 65 ca. 50 - 3OO Mikrons sein sollten.

Fig. 3 B zeigt eine andere Ausführung 60 eines Hyperfilters gemäß der Erfindung. Die Membranrohre 63' werden durch Einbringen eines Pfropfens aus Zelluloseacetatlösung in Aceton in ein Rohr von geeignetem Durchmesser und Verblasen des Pfropfens mittels einer Luftkolumne unter Druck hergestellt. Die fortschreitende Luftsäule drückt die Zelluloseacetatlösung gegen die Wände des Tragrohres und formt sie zu einem dünnen zylinderförmigen Rohr konzentrisch zu der Tragwand. Ein der Luft folgender Wasserstrom entfernt das Aceton aus der Mischung und koaguliert das Zelluloseacetat zu einem festen Rohr. Röhrchen mit einem Durchmesser von weniger als 500 Mikron können auf diese Weise leicht

409847/04 8 8

hergestellt werden. Der bevorzugte Durchmesser beträgt ca. 250 Mikron. Die in der Zeichnung dargestellten Rohre sind somit zum Zweck einer besseren Demonstration erheblich vergrößert dargestellt. Die Rohre selbst haben eine geringe mechanische Eigenfestigkeit und werden durch nicht dargestellte, poröse Stützrohre aus gesintertem rostfreiem Stahl, Inconel, Silber, Tantal od. dgl. gehalten. Nichtmetallische Materialien zur Herstellung von Tragröhrchen sind glasfiberversteifte Epoxy- oder Polyesterharze, gewebtes Nylon oder mit Harzen und Füllern versteifte Glaszöpfe, gesinterte Keramiken oder gesinterte Gläser. Die Röhrchen sollten einen Außendurchmesser von ca. 500 Mikron haben, mikroporös sein, hohe Innendrücke aushalten können und gegenüber Blutfluiden inert sein, und zwar im Sinne der Korrosionsfestigkeit und keiner Abgabe von toxischen Substanzen.

Die obige Aufzählung an Materialien ist nicht erschöpfend, so daß auch andere, diese Forderungen erfüllende Materialien verwendet werden können. Die rohrförmige Membraneinheit sollte das gleiche Volumen wie der flache Plattenbausatz haben, nämlich 15 cm Länge, 1,7 cm Durchmesser und ein Gesamtgewicht von 100 - 150 g. Beide Hyperfilter 60 und 6O¹ sind zur Verringerung der Polarisation auf ein vernachlässigbares Minimum ausgebildet.

Die Fig. h, 5, 6 und 7 zeigen Einzelheiten einer bevorzugten Ausführung der Hochdruck-Mikropumpe und des Meßsystems 81 gemäß der Erfindung. Der Bausatz ist auf einem steifen Rahmen 100 montiert und umfaßt eine Welle 86, die von einem geeigneten E-Motor 82 über eine Buclisenkupplung 83 zu der Mikropumpe und den Meßteilen des Bausatzes führt

409847/0488

und vorzugsweise mit einer Drehzahl von 36OO rpm angetrieben wird. Die Welle wird von zwei Wellenaufhängern 85» 85.1 getragen, die Kugellager 87, 87.1 und Halteringe 84, 84.1 umgeben. Mit der Welle 86 läuft ein kugelgelagertes Nockensystem um, welches die Drehbewegung der Welle in eine hin- und hergehende Bewegung umsetzt. In Fig. 5 ist ein exzentrisch angetriebener Nocken 89 und ein Kugellager 88 für diesen Nocken gezeigt.

Die hin- und hergehende Bewegung des Antriebsnockens 89 wird auf einen Kolben 99 einer Pumpenkammer 90 (Fig. 5) übertragen, wo eine silastische Pump-Membran 91 alternierend zur Erzeugung einer Pumpwirkung beaufschlagt und gelöst wird. Eine Rückholfeder 92 ist zur Rückführung des Kolbens 99 in seine Ausgangslage, zur Begrenzung der Rückholkraft des Kolbens und somit zur Steuerung des in der Kammer 90 erzeugten Saugdruckes vorgesehen. Auf diese Weise wird die Kaviation an der Saugseite der Pumpe reguliert. Mehrere Prüfventile 96, 96.1, 96.6 und 96,7 regeln die Strömung und verhinfern einen Rückfluß während des Pumpzyklus.

Der in Fig. 6 gezeigte Meßteil des Bausatzes 81 besteht aus Pumpen 9^ und 94.T,' die durch einen Regulierarm 95 gekoppelt sind. Die Meßpumpe 9^·1 wird von einem kugelgelagerten Nockensystem 88.2 und durch eine Rückholfeder 93 in der gleichen Weise wie die Pumpe 90 angetrieben, so daß auch die Pumpe 9h über den Regulierärm 95 von dem Antriebsnocken 88.2 betätigt wird. Der Arm 95 ist auf dem Block 100 gelagert und wird von einer Feder 1O1 in Kontakt mit dem Nocken 88.2 gehalten. Die Pumpe 9k fördert die konzentrierte elektrolytische Lösung und, obwohl ihre

409847/0488

Förderleistung einstellbar ist, fördert sie 1/4O der Leistung der Pumpe 94."1. Die zwei Pumpen sind mechanisch so miteinander gekoppelt, daß ein festes Verhältnis der Förderleistung erhalten bleibt, auch wenn das gepumpte Volumen durch die oben beschriebene Saugdruckbegrenzung abnimmt.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Pumpen-

satz für einen Druck von ca. 42 - 49 kp/cm (600 - 700 psi)

ausgelegt und auf einen Saugdruck von -0,35 kp/cm begrenzt ist. Die Pumpen 90 der Einrichtung fördern annähernd 21 ml/min an verbrauchtem Dialysat 16 aus der Hemodialysiereinrichtung 12, wobei das Herz des Patienten den Druck zur Förderung des Blutes in die Hemodialysiervorriehtung und zurück zur Venenkanüle 18 liefert. Die Mikro-Pumpen 90 fördern das verbrauchte Dialysat zu der Hyperfiltrationseinrichtung in einer Menge von ca. 21 ml/min. Das Meßpumpensystem ist zur Bewältigung eines vollen 21-ml/min-Flusses ausgelegt, so daß der Ablauf ständig von der Filterstation gepumpt werden kann und sie immer in der Sauggrenze arbeitet. Dies führt zu einem stabilen Betrieb des gesamten Hochdruck-Mikropumpen-Meßsystems. Die Zuordnung zwischen der Pumpenkammer 90, den Einlaß- und Auslaß-Mehrfachventilen 96 und 96.7 und dem kugelgelagerten Nockensystem kann Fig. 7 entnommen werden. Das Federglied 92 hält den Kolben 99 in seiner obersten Position und hindert ihn an einem Folgen des Nockens, falls die Saugdruckgrenze überschritten wird, so daß dadurch auch ein Ablösen unterbunden wird. Das Diaphragma 91 ist durchgehend mit der Basis der Kammer 90 und dem Kolben 99 verbunden, jedoch an seinen Seiten frei beweglich. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen können mit der Kam-

409847/0488

mer 90 getrennt oder über einen gemeinsamen Kanal 108 kommunizieren, da die Mehrfachprüfventile 96 und 96.7 die Bewegungsrichtung des gepumpten Fluides steuern.

Die Pumpe ist fortlaufend in Betrieb, so daß eine äußerst leistungsfähige Pumpe mit langer Lebensdauer bevorzugt wird, die einen fehlerfreien Betrieb von einem Jahr und mehr erlaubt. Es wurde bereits ausgeführt, daß 35 - ^9 kp/cm (500 - 7OO psi) der bevorzugte maximale Druck zur Überwindung des osmotischen Rückdruckes ist. Derartige Drücke im Bereich von 35 - 50 kp/cm (500 bis 700 psi) sind auch für die Lebensdauer der Membran optimal. Eine Strömungsmenge von 21 ml/min ist zur Reinigung von 30 1 Dialysat pro Tag erforderlich. Diese Menge von 30 1 pro Tag ist unter Berücksichtigung der technischen Ausbildung und der Ausführungsbedingungen gewählt worden, das einer gewünschten Reinigungsgeschwindigkeit des Blutes äquivalent isto Physiologisch kann ein Bereich von 20 - 90 1 Blut pro Tag akzeptiert werden, wobei 8-24 g/Tag Harnstoff - als Standard - aus dem Blutstrom abgeschieden wird.

Im allgemeinen sollte die Hemodialysiervorrichtung eine Diffusion von Lösungen mit einem Molekulargewicht von kleiner als 5000 ermöglichen, wobei sie jedoch auch auf einfache Weise zum Durchdiffundieren von Lösungen mit höheren Molekulargewichten als 30.000 ausgelegt werden kann. Die Blutkanäle in der Hemodialysiereinrichtung sollten einen so hohen Fluß zulassen, wie er mit der niedrigen Polarisation und mit der Erhaltung der Blutthrombozyten und der roten Blutkörperchen vereinbar ist.

40 9847/0488

Einer der besonderen Vorteile der Erfindung ist das geringe für die Ergänzungslö-sung benötigte Volumen, die ca. 200 - 300 g Feststoffe pro Tag an das Dialysat zur Wiederauffüllung liefert, welches durch den Hyperfilter als Abfallösung abgeschieden ist, und durch die. eine Konzentration an Elektrolyten in dem Dialysat aufrechterhalten wird, welche gleich der im Blut ist, so daß ein Abscheiden von Elektrolyten aus dem Blut während der Dialyse verhindert wird. Die Ergänzungslösung kann eine Konzentration von ca. 200 - 400 mg/ml haben, so daß nur eine oder zwei tägliche Füllungen des kleinen (geringer als 1 l) Ergänzungsbehälter notwendig sind. Zwei Füllungen pro Tag von ca. 100 g Feststoffen und 300 ml Lösung werden bevorzugt. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Ergänzungslösung nur dem Dialysat zugeführt und nie mit dem Blut des Patienten gemischt wird, so daß dadurch die ständige Gefahr einer Verunreinigung des Blutes durch diese Lösung eliminiert wird.

In der in Fig. 1 B gezeigten Ausführung werden zuerst die Elektrolyten aus dem gebrauchten Dialysat 16 entfernt und danach mit den geringmolekulargewichtigen Lösungen als Abfall entleert, um die Belastung am Hyperfilter 6o zu verringern.

Das verbrauchte Dialysat 16 strömt anstatt direkt durch den Filter 60 zuerst durch einen Niedrigdruckelektrodialysierapparat mit Membranen 2. Das Ladungsdifferential in dem Elektrodialysier-Apparat trennt die Elektrolyten von den nicht elektrolytischen Lösungen mit Hilfe der Membranen. Die elektrodialysierte wäßrige Lösung 21 der ursprünglichen nicht elektrolytischen Lösungen strömt

409847/0488

dann durch die Pumpe 81 in den Hyperfilter 60. Das vom Hyperfilter zurückgehaltene Material 15 wird dann zum Elektrodialysier-Apparat als Elektrodialysat zur Abscheidung der Elektrolyten aus dem Dialysat 16 zurückgeführt. Durch die Elektrodialyse wird die Konzentrationsdifferenz der Elektrolyten zwischen der Filtrierseite 6.9 des Hyperfilters und der Seite 6.5 der zurückgehaltenen Stoffe erheblich verringert. Dadurch kann das abgeschiedene und im Urinbehälter gesammelte Material 25 erheblich höher in Form von Abfallprodukten und Elektrolyten konzentriert werden, als es bei dem Ablauf des Hyperfilters der Grundausführung der Fall ist.

Der osmotische Querdruck im Hyperfilter, welcher das Wasser von den Seiten 6.9 zu 6.5 und Lösungen von 6.5 zu 6.9 drückt, ist entsprechend verringert. Als Ergebnis kann auch der Druck der Pumpe und dadurch die notwendige Energie reduziert werden, und eine geringe Wassermenge geht mit dem Ablauf 25 verlustig. Die beim Pumpen eingesparte Kraft kann für die Elektrodialyse-Einheiten zur Erzielung des Ladungsdifferentials verwendet werden.

Bei der oben beschriebenen Grundausführung, d. h. der nach Fig. 1 A₉ sind Drücke im Bereich von 35 bis 50 kp/cm zum Drücken des Wassers durch den Hyperfilter notwendig. Dies ist darauf zurückzuführen, weil die Zelluloseacetatmembranen dicht genug sind, um einen Durchfluß von kleinsten gelösten Stoffen zu verhindern, und erheblicher Druck zum Durchdrücken des Wassers erforderlich ist. Ein wesentlicher Faktor ist jedoch der hohe osmotische Rückdruck, der überwunden werden muß, bevor das Wasser von der konzentrierten Seite 6.5 zur Frischwasserseite 6.9 fließen

409847/0488

kann. Für ein Konzentrationsverhältnis von beispielsweise 6 würde der osmotische Rückdruck an der konzentrierten Seite 6.5 ca. 38,7 kp/cm (550 psi) betragen. Bei dieser Ausführung kann die Menge des erhaltenen Filtrates 17 vergrößert werden, ohne notwendige Überwindung des vergrößerten osmotischen Druckes an der Filterseite 6.9 des Hyperfilters. Unter diesen Bedingungen wird die Abfalllösung oder der Urin 25 so hoch konzentriert, daß nur zwei Liter pro Tag dieser Abfallflüssigkeit gebildet werden. Es leuchtet jedoch ein, daß die größere Urinbildung in der Grundausführung keinen wesentlichen Nachteil darstellt, da der Patient durch Trinken von durchschnittlich einer Tasse pro Stunde leicht 5 Liter Flüssigkeit pro Tag austauschen kann.

Wie aus Fig. 1 C ersichtlich, sind bei dieser weiteren Ausführung die Vorteile der Ausführung nach Fig. 1 B beibehalten worden, während die von dem verbrauchten Dialysat abgetrennten Elektrolyten zur Wiederherstellung des reinen Dialysats verwendet werden. Bei dieser Ausführung strömt die elektrodialysierte, wäßrige Lösung 21 der ursprünglich nicht elektrolytischen aufgelösten Stoffe durch den Hyperfilter 6o, und das FiItrat 17 wird zur Elektrodialyse-Behandlung mehr als Elektrodialyset als das durch den Hyperfilter zurückgehaltene Material zurückgeführt. Nach Verlassen der Elektrodialysier-Einrichtung werden die Elektrolyte im gereinigten Filtrat 17 anstatt zum Urinbehälter, wie bei der vorigen Ausführung, zur Meßpumpe 93 zum Mischen mit den Ergänzungselektrolyten und zum Hemodialysator 12 als wiederhergestelltes Dialysat zurückgeführt. Die vom Hyperfilter 15 zurückgehaltene Abfallflüssigkeit ist daher vorzugsweise Harnstoff, Kreatin,

409847/0488

- Zk -

Harnsäure, Zucker und dgl. Der Abfluß 25 des Elektrodialysier-Apparates ist frei von toxischen Substanzen, wie z. B. Harnstoff und dadurch zur Wiederverwendung besonders •geeignet.

Wie bei der Ausführung nach Fig. 1 B wird der osmotische Druck von der Filtratseite 6.9 des Hyperfilters und der Konzentratseite 6.5 durch Abziehen der Elektrolyten in dem El,ektrodialysierapparat verringert, und die Menge an Urinprodukti'on wird wiederum auf ca. 2 1 pro Tag vermindert. Da die abgeschiedenen Elektrolyten bei dieser Ausführung weiterverwendet werden, ist eine geringere Menge an Ergänzungslösung erforderlich.

Eine notwendige Funktion einer natürlichen Niere ist die Abscheidung einer geringen Menge von Kalium aus dem Blut. Wegen der Schwierigkeit einer Trennung der Natrium- und der Kaliumionen können jedoch nicht alle Elektrolyten weggelassen werden, und mit dem Durchlauf einer geringen Menge an Kalium zum Urin muß auch ein gleiches Verhältnis an Natriumionen abfließen. Es ist ein besonderer Vorteil dieser Ausführung, daß Mittel zur Durchführung der elektrolytischen Einstellung durch teilweises Abziehen der Kaliumionen vorgesehen sind. Die Menge der benötigten Ergänzungslösung wird von dem Kaliumgleichgewicht bestimmt. Eine Verringerung der Menge an Elektrolyten auf annähernd 1/2 ist möglich.

In Fig. 1 D ist eine weitere Ausführung der Erfindung schematisch dargestellt. Die Filterfläche des Hyperfilters ist eine sog. Mosaikmembrane, die aus dünnen Lappen von kationischen und anionischen Membranen besteht und Ionen

40 9 84 7 /0488

beider Polaritäten unterhalb der Konzentrationsgradienten durchläßt. An den'Lappenrändern, verhindern seitliche Flächenströmungen das bekannte Phänomen der elektrischen Polarisation. In einigen Feinstfilterelementen, wie beim Hyperfilter gemäß der Erfindung, wird die Konzentration der abgeschiedenen Feststoffe an der Filtratseite 6.9 sehr viel geringer sein als an der Rückhalteseite 6.5_t wodurch ein beträchtlicher Konzentrationsgradient quer zur Membran entsteht. Das Filtrat 17 in der Ausführung nach Fig. 1 D enthält Elektrolyte und reines Wasser, wohingegen die zurückgehaltenen Stoffe 15 Harnstoff, Kreatin, Harnsäure u. dgl. enthalten. Es ist leicht zu erkennen, daß diese Ausführung nahezu ebenso hoch entwickelt ist wie eine natürliche Niere. Wie bei der Ausführung nach Fig. 1 C wird auch bei dieser die erforderliche Menge an Ergänzungselektrolyten wesentlich verringert. Der gesamte Hyperfilter sollte aus Mosaikmembranen in Serie mit Zelluloseacetatinerabranen bestehen, um eine Kontrolle der Elektrolytpassage in den Hyperfilter zu ermöglichen.

Es liegt im Wesen der Erfindung, eine sich nicht abnutzende künstliche Niere auf der Grundlage der Hemodialyse und der Hyperfiltration in der beschriebenen Weise zu bauen, wobei die Art der Energiequelle geändert werden kann. Verschiedene elektrische Energiequellen, transportable und stationäre, können verwendet werden.

Eine große Anzahl anderer Abänderungen sind beim Er-findungsgegenstand möglich. Verschiedene Motor- und Pumpenanordnungen können ebenso wie unterschiedliche Ausbildungen der im Hemodialyser und im Filter verwendeten Membranen eingesetzt werden. Eine solche Abänderung könnte

409847/0488

·- 26 -

beispielsweise eine sog. ausfallsichere Ausbildung zum Schutz gegen Brüche, Leckstellen oder Risse in den Fluidleitungen des Systems ebenso wie gegen Verstopfung des Filters sein. Ferner können verschiedene Stell-Schalter vorgesehen sein, die automatisch auf größere Strömungsoder Konzentrationsänderungen an verschiedenen Punkten des Systems ansprechen. Ein Fühlschalter kann beispielsweise im System zwischen den Meßpumpen und dem Hemodialysierapparat eingeschaltet sein, um die ionische Leitfähigkeit des wiederhergestellten Dialysates zu messen. Sollten die Meßpumpen oder die Filter unzureichend arbeiten und das Dialysat nicht die genaue Elektrolytkonzentration haben, die durch die ionische Leitfähigkeit des Materials bestimmt wird, kann ein automatischer Abschalter für den Motor die Niere abschalten und das Entfernen dieser Elektrolyten aus dem Blut unterbrechen. Ferner kann ein ähnlicher Meßschalter zur Bestimmung der lonenleitfähigkeit der Abfallflüssigkeit im Urinbehälter vorgesehen sein. Falls überschüssiges Material als Abfall durch den Hyperfilter strömt, das durch die lonenleitfähigkeit bestimmt wird, wird der Motor automatisch abgeschaltet, der Patient über diese Fehlfunktion alarmiert und zur Überprüfung veranlaßt.

Verschiedene andere Ausbildungsmerkmale werden durch die Erfindung mit umfaßt, insbesondere hinsichtlich der Art, in welcher die kompakte künstliche Niere gemäß der Erfindung zum Tragen am Körper ausgebildet ist. Der Behälter für den Urin und die Ergänzungslösung können bei-r spielsweise an verschiedenen Körperteilen, z. B. an den Beinen oder den Hüften, getragen werden. Andere Elemente können an der Taille, in den Kleidern eingenäht oder dgl. getragen werden.

409847/04

Eine andere Modifikation der Erfindung bezieht sich, auf die Verwendung von Dextrose oder anderen Nichtelektrolyten in einem mit dem Venenrückfluß verbundenen Ergänzungsbehälter, so daß der Patient diese Substanzen nicht durch orales Einführen ersetzen muß. Erfindungsgemäß können auch Anti-Gerinnungsstoffe, wie Heparin oder Koumadin, in der künstlichen Niere als ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor gegen mögliche Gerinnungen verwendet werden.

Die Erfindung ist in ihrem Grundgedanken nicht auf die dargestellten und beschriebenen spezifischen Einzelheiten beschränkt, und es können Abweichungen von diesen Einzelheiten vorgenommen werden, ohne daß von den grundsätzlichen Vorteilen und vom Prinzip der Erfindung abgewichen wird.

409847/0488

Claims

Pa tentansprüche

ft

1,)Vorrichtung zur Entfernung toxischer Substanzen aus Körperfluiden, gekennzeichne t durch Dialysemittel (12) mit einer selektiven Membran (43) zum ■Entfernen der toxischen Feststoffe aus dem Körperfluid; durch Fördermittel für das Körperfluid zu einer Seite der Membran (43) der Dialyseeinrichtung (12); durch Fördermittel (53) für ein wäßriges, weitgehend von toxischen Feststoffen freies Dialysat entlang der anderen Seite der Membran zur Erzielung eines Konzentrationsgradienten und zur Diffusion quer durch die Membran; durch Dialysatreinigungselemente (60, 60·) bestehend aus einer Vielzahl von Membranen (63) mit Hyperfiltrier-Eigenschaften, einem mit Einfluß-(21) und Ausflußanschlüssen (21) sowie Ausflußstutzen (15 bzw. 17) für das gereinigte wäßrige Filtrat und zum Entfernen der toxischen Substanzen aus dem Dialysat; Fördermittel ^V16) für das mit toxischen Substanzen aufgeladene Dialysat von der Dialyse einrichtung (12) zur Dialysatreinigungseinrichtung (60), die ein zwischengeschaltetes Organ (81) zur Überwindung des osmotisehen Rückdruckes umfassen; und Mittel zum Rückführen des gereinigten Dialysates zur Dialyseeinrichtung (12).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (21), die Abläufe für das Filtrat und die toxischen Substanzen in der Dialysat-Reinigungseinrichtung (60) so ausgebildet sind, daß die Strömung vom Einlauf zu dem FiItratauslauf gleichmäßig und ununterbrochen parallel zu den Filterflächen der Hyperfiltriermembrane verläuft.

409847/0488

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hyperfiltriermembranen (63) eben sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hyperfiltriermembranen (63¹) rohrförmig ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrmembranen einen Außendurchmesser von weniger als 1 mm haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl an Hyperfiltrier-Membranen (63) aus Zelluloseacetat bestehen.

7· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (60) mindestens eine homogene Membran und mindestens eine Mosaikmembran enthält, welche aus einem Flickwerk aus einzelnen Membransegmenten besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialysatreinigungseinrichtung (60) eine Elektrodialyseeinrichtung (2) mit einem Zulauf (16) für das verbrauchte Dialysat, einen Ablauf (21) für das nicht elektrolytische Produkt der Elektrodialyse, einen zweiten Zulauf und einen zweiten Ablauf umfaßt, daß die Filtereinrichtung (60) ein in einem Gehäuse mit Zulaufen, einen Filtratablauf und einen Ablauf für die toxischen Substanzen angeordnetes Hyperfiltrierelement enthält: daß die Ab-

409847/0488

laufleitung für das nicht elektrolytische Produkt und die Zulaufleitung zum Filter mit der Einrichtung zur Überwindung des osmotischen Druckes verbunden sind; daß die FiI-tratablaufleitungen mit der Leitung zur Rückführung des gereinigten -Dialysates zur.Dialyseeinrichtung verbunden sind; daß die Ablaufleitung für die toxischen Substanzen mit der zweiten Zulaufleitung zu der Elektrodialyseeinrichtung verbunden ist, so daß die toxischen Substanzen mit der durch diese Elektrodialyseeinrichtung (2) zurückgehaltenen wäßrigen Elektrolyten gemischt werden und daß die zweite Abläufleitung der Elektrolyseeinrichtung mit Mitteln zum Abführen der Elektrolyten und toxischen Substanzen verbunden ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Überwindung des osmotischen Rückdruckes (8t) zur Förderung des nichtelektrolytischen Produktes zum Filtrierzulauf (21 ) angeordnet 1st, daß der Filtratablauf mit dem zweiten Zulauf der Elektrodialyseeinrichtung verbunden ist, so daß das FiI-trat mit den wäßrigen Elektrolyten dieser Elektrodialyseeinrichtung (2) vermischt wird und daß der zweite Ablauf der Elektrodialyseeinrichtung mit den Leitungselementen zur Rückführung des gereinigten Dialysates zum Dialyseapparat in Verbindung steht.

TO. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Überwindung des osmotischen * Druckes eine exzentergetriebene, hin- und hergehende Pumpe (8i) mit SaugbegrenzungsOrganen ist.

It. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

409847/0488

net, daß die JDialyseeinrichtung (12) aus einer Vielzahl von semipermeabler Membranen (43) besteht, die einen gleichmäßigen und ununterbrochenen Strom der Körperflüssigkeit parallel zu den Membranflächen sicherstellen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen eben sind.

13· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen rohrförmig sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Behälter für einen Ergänzungs-Elektrolyten und Organen (93) zum Zuführen und Einmischen geringer Mengen dieser Ergänzungselektrolyten aus dem Behälter in das gereinigte, zur Dialyseeinrichtung (12) zurückfließende Dialysat zur Aufrechterhaltung eines Konzentrationswertes der Elektrolyten im Dialysat annähernd gleich der ^lektrolytkonzentration in der Körperflüssigkeit.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ zum Zuleiten des Ergänzungselektrolyten eine Meßpumpe (93) ist, deren Zulauf mit dem Speicherbehälter und mit dem Dialysetreiniger (60) verbunden ist und deren Abläufe zur Erzielung eines wiederhergestellten Dialysates zusammenlaufen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpumpe (93) mechanisch mit der Pumpe zur Überwindung des osmotischen Druckes (81) gekoppelt ist, die eine wesentlich größere Förderleistung als die Meßpumpe hat.

9847/0488

17· Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter für die Ergänzungselektrolyten weniger als 300 g Feststoffe in weniger als einem Liter Wasser gelöst sind.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als künstliche Niere eingesetzt wird, die aus einer Arterienkanüle (1O), einer Hemodialyseeinrichtung (12) mit semipermeablen Membranen (43) zur Entfernung der toxischen Substanzen aus dem Blut, ersten Leitungsmitteln zwischen der Kanüle (1O) und den Membranen (43) zum ununterbrochenen gleichmäßigen Leiten des arteriellen Blutes über die Membranflächen, zweiten Leitern zur gleichmäßigen und ununterbrochenen Förderung des Dialysates über die Gegenfläche der Membranen im Gegenstrom, dritte Leiter zum Abführen des verbrauchten Dialysates zu einer Hochdruckpumpe (83), aus einem für reines Wasser permeablen, für die toxischen Substanzeh impermeablen Filterelement, aus vierten Leitern zwischen der Hochdruckpumpe und dem Filterelement, aus einer Einrichtung zum Einleiten einer wäßrigen Elektrolytlösung in das vom Filterelement abströmende Filtrat, wobei die zweiten Leiter das Gemisch aus dem Filtrat und der Elektrolytlösung als wiederhergestelltes Dialysat zur Hemodialyseeinrichtung führen und aus Leitern zur Rückführung des gereinigten Blutes von der Hemodialyseeinrichtung (12) zu einer Venenkanüle (18) besteht.

19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hemodialyseeinrichtung aus einem Stapel rechteckiger Membranen (43) besteht, die durch Reihen von parallelen Strängen auf Abstand gehalten werden, wobei jedes

4098Λ7/04

Membranpaar von dem unmittelbar darüber oder darunter liegenden durch ein poröses Trägermaterial getrennt ist, das parallel zu den Membranflächen verläuft.

—2Q-.—eee aus dem Blut, gekennzeichnet durch Behandlung des arteriellen Blutes durch Hemodialyse unter Verwendung einer semipermeablen Membran und eines von toxischen Substanzen weitgehend freien Dialysats, wobei die toxl/schen Substanzen durch'die Membran in das Dialysat /diffundieren, durch Filtrieren des verbrauchten Dialysates zum Entfernen der toxischen Substanzen aus dem Dialysat, durch Mischen des gefilterten Dialysates mit einer geregelten Menge an einer Ergänzungs1ösang und durch Rückführung der Mischung aus gefilterte^» Dialysat und Ergänzungslösung zur weiteren Verwendung bei der Hemodialyse.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodialyse in Verbindung mit dem Filtrieren verwendet wird /so daß der osmotische Rückdruck von gereinigtem Dialy/satfiltrat auf die rückgehaltenen toxischen Substanzen verringert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch selektive Elektrodialyse zum Abtrennen der Elektrolyten von dem verbrauchten Dialysat und durch Zugeben dieser Elektroly/cen zum gereinigten Dialysatfilträt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 20 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reinigung von Bauchhöhlenflfuiden unter Anwendung der peritonealen Dialyse eingesetzt

409847/0488

Leersei t.e