DE2554062C3

DE2554062C3 - Dialyseneinheiten

Info

Publication number: DE2554062C3
Application number: DE2554062A
Authority: DE
Inventors: Shizuoka Fuji; Noboru Tokio Fujikawa; Tadaaki Furuta; Kenji Inagaki; Naoya Fuji Shizuoka Kominami; Yoshiyuki Ohita Mizoguchi
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1980-12-18
Also published as: FR2293232A1; US4075100A; FR2293232B1; IT1050745B; GB1519207A; DE2554062B2; DE2554062A1

Description

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Erfindungsge_feenstand sind die im Patentanspruch genannten Dialyseeinheitm.

Dialyseneinheiten, in den°.n folien- oder schlauchförmige Membranen oder Hohlfaserr-embranen verwendet werden, werden für die Reinigung, Konzentrierung oder Filtration von Chemikalien in der pharmazeutisehen Industrie, zur Behandlung von Abwasser sowie ferner als künstliche Niere, künstliche Leber o. dgl. zur Entfernung von Schlacken und giftigen Stoffen in der Medizin verwendet. Insbesondere hat eine Dialyseneinheit, in der Hohlfasern verwendet werden, erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil eine Riesenzah! von Hohlfasern in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden kann und hierdurch eine große effektive Dialysenfläche pro Volumeneinheit der Vorrichtung erzielbar ist.

Insbesondere ist bei der Dialyse von Blut in einer künstlichen Niere, einer künstlichen Leber usw. in der Medizin die Blutmenge, die aus dem Körper des Patienten entnommen werden kann, auf etwa 200 bis 300 ml begrenzt, obwohl dies von Patient zu Patient verschieden ist. Daher ist in Fällen, in denen mehr als die obengenannte Blutmenge entnommen werden muß, eine Bluttransfusion erforderlich. Daher ist es erforderlich, die Leistung der Dialyse bei großer Dialysenfläche und kleiner Blutmenge, die in den Dialysator gefüllt wird, zu steigern. Dialysatoren für Blut, bei denen Hohlfasern verwendet werden, sind bekannt.

Beispielsweise werden etwa 10 000 Hohlfasern von im wesentlichen gleicher Länge parallel zueinander zu einem zylindrischen Bünde! zusammengerafft. Die beiden Endteile des Bündels werden in flüssigkeitsdichter Verbindung abgebunden, ohne daß ein hohler Teil jeder Faser verschlossen oder zerdrückt wird. Das Bündel von Hohlfasern wird in einem zylindrischen oder prismenförmigen Gehäuse untergebracht, das ein möglichst kleines Volumen hat und mit einem Eintritt und einem Austritt für das Dialysat in der Nähe der beiden Endteile versehen ist. Das Bündel wird im Gehäuse so eingeschlossen, daß die hohlen Teile der Fasern parallel zu einer zentralen Achse des Gehäuses verlaufen und die beiden abgebundenen Teile des Faserbßndels flüssigkeitsdicht jeweils mit einer Stirnwand des Gehäuses verbunden sind. Die beiden Enden des Faserbündels sind flüssigkeitsdicht mit den Schläuchen für das durchzuleitende Blut verbunden, v, obei die Verbindungsstrecke möglichst kurz ist, um Verlust des Bluts zu verhindern. Das Blut wird durch das Innere der Hohlfasern geleitet, während die Flüssigkeit für die Dialyse, d.h. das Dialysat, außerhalb der Hohlfasern oder im zylindrischen oder prismenförmigen Gefäß strömt

Der übliche Dialysator des Typs, bei dem Blut mit dem Dialysat im Gegenstrom in Berührung gebracht wird, hat jedoch den folgenden Nachteil: Auch bei einer großen Zahl von Hohlfasern im Gehäuse fließt zwar das Dialysat leicht längs des äußeren Teils des Bündels, d. h. längs der Innenwand des Gehäuses, jedoch strömt das Dialysat schwierig durch den inneren Teil des Bündels, so daß ungleichmäßiges Strömen des Dialysats die Folge ist. Demgemäß wird die Dialysenleistung jeder Hohlfaser, beispielsweise der Hohlfasern im inneren Teil des Bündels, nicht genügend ausgenutzt, und die Wirksamkeit der Diajyse wird verschlechtert Wenn ein solcher Dialysator als künstliche Niere zur Blutreinigung eines Patienten mit Nierenstörungen verwendet wird, sind 5 bis 8 Stunden erforderlich. Ferner muß der Patient einer solchen langen Dialysenbehandlung zweibis dreimal in der Woche unterworfen werden. Dies ist eine große seelische und körperliche Belastung des Patienten.

Verschiedene Versuche wurden gemacht, einen mit Hohlfasern arbeitenden Dialysator mit hoher Leistung und kleinem Volumen zu entwickeln, jedoch führten diese Versuche bisher zu keiner Vorrichtung, mit der die gewünschten guten Ergebnisse erzielt werden.

Die Erfindung stellt sich daher uie Aufgabe, eine Dialyseneinheit von hoher Leistung verfügbar zu machen, in der die Vorteile der Hohlfasern aufs Äußerste ausgenutzt werden, so daß die effektive Dialysenfläche groß ist.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Dialyseeinheit gemäß Patentanspruch.

In dem Bemühen, eine Dialyseneinheit zu entwickeln, die eine bemerkenswert hohe Leistung dadurch hat, daß für gleichmäßige Berührung zwischen allen Außenflächen der Hohlfasern und dem Dialysat Sorge getragen wird, wurden die folgenden Feststellungen gemacht: In einer Dialyseneinheit, die ein Bündel aus einer Riesenzahl von Hohlfasern enthält, die an beiden Endteilen zusammengerafft und mit einem Klebharz abgebunden sind, um die in die Dialyseneinheit einzuführende Menge der Flüssigkeit, z. B. Blut, so gering wie möglich zu halten, darf zur Steigerung der Leistung des Dialysats das Bündel der Hohlfasern nicht dicht und straff in das Gehäuse eingesetzt werden, vielmehr muß es locker vom Gehäuse umschlossen sein, in das und aus dem das Dialysat ungehindert strömen kann. Ferner kann eine Rührvorrichtung, z. B. ein Rührerflügel, eine Pumpe o. dgl. verwendet werden, um dem Dialysat eine Strömungsrichtung im rechten Winkel zur Längsrichtung des Faserbündels zu geben und hierdurch das Dialysat zu veranlassen, in den inneren Teil des Bündels zu dringen. Dieser Dialysatortyp wird als Dialysator mit Zwangsströmung bezeichnet.

Gemäß der Erfindung kann im Gegensatz zur

Verwendung einer Diaiysenmembran in Form einer Folie oder eines Schlauchs in einem Dialysatstrom das Dialysat wirksam mit den Oberflächen der Hohlfasern von allen Richtungen in Berührung gebracht werden, wobei der Dialysatstrom, der sich in einer Richtung im rechten Winkel zu dem Faserbündel bewegt, durch die Riesenzahl von Hohlfasern gestört wird, während die Hohlfasern gerüttelt werden, wodurch auch der Strom der sich in den inneren Teilen des Faserbündels bewegenden Flüssigkeit gestört wird. Als Folge ist eine überraschend hohe Leistung der Dialyse erzielbar.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung, die einen Bereich der Querschnittsfläche einer öffnung und den Flächenanteil der Öffnungen in einem Schutzgehäuse einer Dialyseneinheit gemäß der Erfindung zeigt;

Fig.2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Dialyseneinheit gemäß der Erfindung;

Fig.3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-A' von F i g. 2;

F i g. 4 und F i g. 5 zeigen perspektivisch und teilweise als Explosionsansicht weitere Ausführungsformen des Schutzgehäuses einer Dialyseneinheit gemäß der Erfindung;

F i g. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsforrn einer Dialyseneinheit gemäß der Erfindung, bei der ein Hohlfaserbündel an drei Stellen im Gehäuse starr befestigt ist;

F i g. 7 zeigt schematisch im Querschnitt einen mit einer erfindungsgemäßen Dialyseneinheit versehenen Dialysator mit Zwangsströmung;

F i g. 8 zeigt schematisch als Querschnitt eine andere Ausführungsform eines mit einer erfindungsgemäßen Dialyseneinheit versehenen Dialysators mit Zwangsströmung;

F i g. 9 zeigt schematisch im Schnitt einen Dialysator mit Zwangsströmung, der mit einem Absorptionsmittel in einem Gefäß und einer Dialyseneinheit gemäß der Erfindung versehen ist

Bei der in Fig.2 und 3 dargestellten Dialyseneinheit ist ein Hohlfaserbündel 1 an beiden Endteilen mit einem Klebstoff in flüssigkeitsdichter Verbindung zu einem Befestigunijsblock 2 abgebunden. Ors Hohlfaserbündel 1 ist locker von einem prismenförmigen Schutzgehäuse 8 umschlossen, das an beiden Endteilen mit Außengewinde 3 versehen ist und eine Vielzahl von Öffnungen 4, die über seine gesamte Wand verteilt sind, aufweist. Eine Verschlußkappe 6 mit Stutzen und Innengewinde 5 ist auf das Außengewinde 3 des Schutzgehäuses 8 so geschraubt, daß der Befestigungsblock 2 am Endteil des Gefäßes eng anliegt und das Faserbündel flüssigkeitsdicht an seinen Erdteilen mit einem Eintrittsstutzen 7 bzw. einem Austrittsstutzen 7' für eine zu dialysierende Flüssigkeit verbunden ist.

Wenn die vorstehend beschriebene Dialyseneinheit zum Reinigen von Blut verwendet wird, strömt das durch den Eintrittsstutzen 7 in die Dialyseneinheit eingeführte Blut durch die hohlen Teile des Hohlfaserbündels 1, das im Schutzgehäuse 8 lose eingeschlossen ist. Hierbei bildet das Gehäuse die Seitenwand der Dialyseneinheit selbst. Dialysat, das ungehindert in das Schutzgehäuse 8 und aus dem Schutzgehäuse durch die Öffnungen 4 in der Seitenwand des Gehäuses strömen kann, wirkt auf das Blut ein, aus dem die Schlacken in ausreichendem Maße entfernt werden. Das dialysierte Blut wird dann durch den Stutzen 7' aus der Dialyseneinheit abgeführt.

Fig.4 zeigt eine Dialyseneinheit, bei der ein netzförmiges Schutzgehäuse verwendet wird, und in F i g. 5 ist eine Dialyseneinheit mit einem zylindrischen Schutzgehäuse dargestellt Beide Abbildungen sind teilweise Explosionsansichten.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Dialyseneinheil wird das Hohlfaserbündel 1 im Gehäuse 8 a α den Stellen 9,10 und 11 gehalten. Die Relaxationsgrade zwischen den Stellen 9 und 10 sowie zwischen den Stellen 10 und 11 werden erfindungsgemäß jeweils in einem vorbestimmten Bereich gehalten. Hierauf wird später ausführlich eingegangen.

Fig.7 zeigt eine Ausführungsform eines mit einer erfindungsgemäßen Dialyseneinheit versehenen Blutdialysators mit Zwangsströmung. Das Blut wird von einer Blutleitung 12 an der Arterienseite in den Eintritt 7 eingeführt, durch die hohlen Teile der Fasern geleitet und dann durch den Austritt T und eine Blutleitung 13 an der Venenseite in den Köiji_-r zurückgeführt. Dialysat 14 wird in einen Dialysatbehdlter 15 durch einen Eintritt 16 am unteren Teil des Behälters eingeführt Das Dialysat wird durch einen Rührflügel 18, der von einem Motor 17 angetrieben wird, zwangsweise geriihr^, wobei ein starker Flüssigkeitsstrom erzeugt wird. Die Dialyseneinheit 8 ist mit einer Halterung 21 am Dialysatbehälter 15 starr befestigt Das gerührte Dialysat tritt durch die Öffnungen 4 in die Dialyseneinheit 8 ein und wirkt auf das Hohlfaserbündel 1 ein. Überschüssiges Dialysat kann aus dem Dialysatbehälter 15 durch einen Austritt 19 überlaufen.

F i g. 8 zeigt im Querschnitt eine andere Ausführungsform eines mit einer erfindungsgemäßen Dialyseneinheit gemäß der Erfindung versehenen Blutdialysators mit Zwangsströmung. Diese Ausführungsform ist der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform ähnlich mit dem Unterschied, daß das Dialysat 14 durch den Eintritt und Austritt 16 (19) in den Behälter 15 eingeführt wild und im Behälter bleibt oder von außen unmittelbar in dsn Behälter 15 eingeführt wird, daß ein Ventil 20 während der Dialyse geschlossen ist und daß das Dialysat Ϊ4 nach Beendigung der Blutdialyse durch Öffnen des Ventils 20 abgeführt wird.

F i g. 9 zeigt den gleichen Dialysator wie F i g. 7. wobei jedoch ein Absorptionsmittelbehälter 22 feststehend im Dialysator vorgesehen ist.

Das vorstehend genannte Schutzgehäuse der Dialyseneinheit gemäß der Erfindung ist nicht auf eine spezielle Ausführungsforrn beschränkt, so lange es zu verhindern vermag, daß die Hohlfasern zerrissen werden oder aus dem Befestigungsblock als Folge ein?*· zu großen Spannung, d.e durch die Zwangsströmung des Dnlysats erzeugt wird, gleiten, und daß es ungehindertes Einströmen des Dialysats in das Gehäuse und ungehindertes Ausströmen des Dialyssts ermöglicht Einige Erläuterungen sind jedoch hinsichtlich der Öffnungen, die im Schutzgehäuse vorzusehen sind, zweckmäßig.

Wenn Öffnungen, von denen jede eine Querschnittsfläche (AcnV) in dem durch die Formel 0,001 ά X< 50 (cm²) definierten Bereich hat, gleichmäßig über die gesamte Wand des Gehäuses mit einem Öffnungsanteil (Y⁰Zo) in dem wie folgt definierten Bereich verteilt sind'

wennO,46^ A'<50,10^ K<98(%)und
wenn 0,001 ä X< 0,46, - 30 log X< Y< 98%,

dringt das Dialysat in das Hohlfaserbündel sehr

Punkte

gleichmäßig ein, wobei ein bemerkenswert hoher Tabelle

Wirkungsgrad der Dialyse erzielt werden kann. >

Fig. 1 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Größe (Xcm²) und dem Öffnungsanteil (Y⁰Za) der Öffnungen in der Wand des Schutzgehäuses gemäß der Erfindung. In der graphischen Darstellung ist als Abszisse die Größe oder Querschnittsfläche (Xcm²) einer Öffnung im logarithmischen Maßstab und als Ordinate der Öffnungsanteil (YVo) aufgetragen. Der Bereich, der von der durch die Punkte A, B, C. D, E und A gehenden Linie (mit Ausnahme der Bereiche auf einer Linie DE und einer Linie EA) umgeben ist, liegt im Rahmen der Erfindung. Die durch die Punkte A, B, C. D und E dargestellten Werte von X und Y sind in der folgenden Tabelle genannt.

10

A B C D E

Querschnitts fläche	Öffnung.« riteil
einer Öffnung
(X cm²)	(Y'U)
50	10
0,46	10
0,001	90
0,001	98
50	98

Der Anteil der Öffnungsflächen ist durch die folgende Formel gegeben:

öffnungsanteil = _--._-_

(jiiiiungcn aner riacnen in uer uenuusewana

Gesamtfläche der Gehäusewand (einschließlich öffnungsflächen)

— χ 100.

Wenn ein Schutzgehäuse mit einem Anteil der Öffnungsfläche von weniger als 10% verwendet wird, können durch eine Zwangsströmung entstehende nachteilige Einflüsse auf die Hohlfasern verhindert werden, jedoch ist es schwierig, den Wirkungsgrad oder die Leistung der Dialyse zu verbessern. Wenn die Querschnittsfläche jeder öffnung im Schutzgehäuse zu groß ist, kann mit einem ausreichenden Schutz der Hohlfasern in der Zwangsströmung der Flüssigkeit nicht gerechnet werden, und die Hohlfasern können zuweisen während des Transports oder während der Vorbereitung für die Dialysenbehandlung beschädigt werden. Ein solches Gehäuse ist daher als Schutzgehäuse unbrauchbar. Die obere Grenze der Größe einer Öffnung kann bis 50 cm² betragen, ist jedoch verschieden in Abhängigkeit von der Form der Öffnung. Die obere Grenze des Flächenanteils der Öffnungen kann zwar bis zu 98% betragen, so lange das Gehäuse als Schutz brauchbar ist, ist jedoch verschieden in Abhängigkeit von der Form, vom Werkstoff usw. des Gehäuses. Je kleiner die Größe der Öffnungen ist, um so höher muß der Flächenanteil der öffnungen sein. Dies wird in F i g. 1 durch die Linie BCveranschaulicht Wenn die Querschnittsfläche kleiner ist als 0,001 cm², kann das Dialysat nicht in ausreichendem Maße in das Gehäuse eintreten und aus dem Gehäuse austreten, so daß der gewünschte hohe Wirkungsgrad oder die Leistung der Dialyse nicht erzielbar ist.

Die Dicke der Wand des Gehäuses ist nicht entscheidend wichtig, jedoch sollte sie möglichst dünne sein, und zwar so dünn, wie es die Festigkeit zuläßt Ein netzförmiges Material mit ausreichender Festigkeit kann verwendet werden. Die öffnungen können rund, quadratisch oder rechteckig sein oder beliebige andere Formen haben. Es ist jedoch zweckmäßig, daß alle Öffnungen im wesentlichen die gleiche Größe haben und gleichmäßig über die gesamte Wand des Gehäuses verteilt sind. Wenn die Öffnungen ungleichmäßig verteilt sind, wird auch die Strömung des Dialysats ungleichmäßig, so daß der Wirkungsgrad der Dialyse nicht verbessert wird. Bevorzugt als Werkstoffe für das Schutzgehäuse werden beispielsweise synthetische Hochpolymere, z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Poiymethyimethacryiat, ABS-Harze, Poiycarbonate, Acrylnitril-Styrol-Copolymerisate, Polyesterharze und Polyamidharze.

Die Zahl der Hohlfasern im Bündel kann über 6000 betragen und liegt im allgemeinen bei etwa 8000 und in gewissen Fällen über 12 000. In diesem Fall ist eine starke Avangsströmung erforderlich, damit das Dialysat gleichmäßig in den mittleren Teil des Faserbündels strömt.

Gemäß der Erfindung ist das Schutzgehäuse mit Öffnungen, die eine Querschnittsfläche von je 0,46 bis 50 cm² und eine Länge von 15 cm haben, versehen, und die Öffnungen sind im wesentlichen gleichmäßig bei einem Flächenanteil der Öffnungen von 10 bis 95% verteilt. Günstig ist eine Querschnittsfläche einer Öffnung von 0,46 bis 10 cm², eine maximale Länge von 10 cm oder weniger und ein Flächenanteil der öffnungen von 10 bis 90%. Wenn das Schutzgehäuse mit einer Vielzahl von Öffnungen mit einer Querschnittsfläche von je 0,46 bis 10 cm² verwendet wird,

kann mehr Dialvsat rfurrh Hpn mittlprpn Tpil Hps Bündels strömen, und selbst bei heftiger Strömung des Dialysats kann eine Schädigung der Fasern verhindert werden.

Als Hohlfasern, die als semipermeable Membranen dienen, eignen sich Fasern aus regenerierter Cellulose, veresterter Cellulose und synthetischen polymeren Materialien. Beispielsweise können Hohlfasern aus Reyon, die nach dem Kupferreyonverfahren hergestellt werden, Acetylcellulose, Polyacrylnitril und Polyiuethylmethacrylat verwendet werden. Der Innendurchmesser der Hohlfasern beträgt im allgemeinen etwa 100 bis 1000 μ und die Länge der Hohlfasern 150 bis 500 mm und die Zahl der Hohlfasern in einem Bündel 6000 bis 20 000. Zum Abbinden und Festlegen der beiden Endteile des Bündels können flüssige Klebstoffe auf Basis von Epoxyharzen, Polyurethanharzen, Siliconharzen usw. verwendet werden.

Das Hohlfaserbündel kann seine Funktion erst in genügendem Maße ausüben, wenn es vom Schutzgehäuse lose umschlossen wird. Wie beispielsweise Fig.2 zeigt, ist es erforderlich, das Bündel in einer solchen Weise im Gehäuse fest einzuspannen, daß der durch die folgende Gleichung definierte Durchhang (relaxation rate) 3 bis 30%, günstig 5 -15% beträgt:

Durchhaue =100-

Direkter Abstand zwischen den Haltepunkten α und b mittlere Länge der Hohifasern zwischen den Haltepunkten α und b

χ 100.

Wenn der Durchhang weniger als 3% beträgt, neigen die Fasern dazu, dicht aneinander zu haften, so daß der Wirkungsgrad der Dialyse verschlechtert wird. Wenn der Durchhang mehr als 30% beträgt, kann das Bündel verdreht werden, wodurch die Leistung der Dialyse verschüchtert wird.

Der Durchmesser des Gehäuses beträgt das 1,5- bis 6fache, zweckmäßigerweise das 2- bis 4fache des engsten Paekungsdurchmessers des Bündels. Wenn der Durchmesser des Gehäuses unter der unteren Grenze liegt, ist die Ausbreitung des Faserbündels ungenügend; das Dialysat kann nur schwierig in den mittleren Teil des Bündels eindringen, und der Wirkungsgrad der Dialyse wtrd verschlechtert. Wenn andererseits der Durchmesser des Gehäuses über der oberen Grenze liegt, unterliegen die Fasern einer zu hohen Spannung, wodurch sie brechen und aus dem Befestigungsblock gleiten, wodurch die Flüssigkeit ausläuft und die Dialyseneinheit weitgehend unbrauchbar werden kann.

Die Dialyseneinheit ist nicht auf die in Fig.2 dargestellte langgestreckte Form begrenzt, vielmehr kann das Hohlfaserbündel in gekrümmter Form verwendet werden. In diesem Fall wird das Bündel zwar an mehreren Stellen fest eingespannt, jedoch muß der Durchhang oder die Relaxation zwischen zwei benachbarten Befestigungspunkten im Bereich von 3 bis 30% liegen, um die wirksamste Dialysenbehandlung zu erreichen.

Nachstehend wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Dialyseeinheit in einem Dialysator beschrieben. Die vorstehend beschriebene Dialyseneinheit wird in einem Dialysatbad 15 angeordnet, das mit einem Mechanismus 18 zur Erzeugung einer Zwangsströmung im Dialysat versehen ist. Günstig für den Dialysatbehälter ist ein Volumen von 5 bis 120 I.

Zur Erzeugung der Zwangsströmung im Dialysat werden gebräuchliche Vorrichtungen, z. B. Pumpen und Rührer verwendet. Geeignet sind ferner Rührflügel in Form eines Stabes, Propellers, eines Schaufelrades o. dgl- die beispielsweise durch einen Motor angetriehatten, wurden zu einem Bündel zusammengerafft. Das Bündel, dessen beide Ehdteile in flüssigkeitsdichter Verbindung abgebunden waren, wurde mit einer Relaxation von 6% in dem in Fig.2 dargestellten prismenförmigen Schutzgehäuse befestigt, das einen Außendurchmesser von 90 mm hatte. In dieser Weise wurde die Dialyseneinheit hergestellt.

Zur Herstellung eines Dialysators wurde die Dialyseneinheit in einem Dialysatbehälter angeordnet, der ein Volumen von 100 I hatte, mit einem Rührerflügel und einem Motor, einer öffnung als Eintritt und Austritt für das Dialysat und einem Ventil versehen war, wie in Fig. 8 dargestellt. Die Dialyseneinheil wurde so in den Badbehälter eingesetzt, daß sie vollständig in das Dialysat tauchte.

Dialysenversuche, bei denen die Vorrichtung als Blutdialysator verwendet wurde, wurden unter Verwendung verschiedener Schutzgehäuse mit verschiedenen Flächenanteilen der Öffnungen und verschiedenen Öffnungsgrößen, die in Tabelle 2 genannt sind, durchgeführt.

In den Behälter wurden 801 eines im Handel erhältlichen Dialysats, das am Anmeldetag unter dem Handelsnahmen »Renasole« bekannt war, hergestellt durch 35fache Verdünnung von unverdünnter Renasole-Lösung das Natrium, Kalium. Chlor, Magnesium. Calcium. Glucose und destilliertes Wasser enthält, gegeben und mit 500 UpM mit einem Rührer mit zwei Flügeln mit einem Außendurchmesser von je 200 mm unter Ausbildung einer Zwangsströmung gerührt. An Stelle von Blut wurde eine wäßrige Lösung mit einer Harnsloffkonzentration von ICO mg/dl mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 200 ml/Min, in Bewegung versetzt. Die Dialyse wurde bei 37°C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 genannt.

In einem Vergleichsversuch wurden 8000 Hohlfasern aus Cellulose, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden war, mit einem Innendurchmesser von 260 μ, einem Außendurchmesser von 300 μ und einer Länge von 350 mm in axialer Richtung zu einem Bündel

schwindigkeit von 50 bis 10 000 UpM hat, ist ein hoher Wirkungsgrad der Dialyse erzielbar.

Der Dialysatbehälter ist mit zwei Öffnungen oder mit einer Öffnung und einem Schaltventil zum Einführen und Abführen des Dialysats versehen.

Bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform ist der Behälter mit zwei Öffnungen 16 und 19 versehen. Da die Dialyse durchgeführt werden kann, während das Dialysat 14 einströmt und ausströmt, kann der Behälter ein Volumen von 5 bis 50 I, zweckmäßigerweise von 5 bis 1Oi haben.

Bei dem in Fig.8 dargestellten Dialysator ist der Behälter mit einer Öffnung 16 (19) und einem Schaltventil 20 versehen. Bei diesem Dialysator wird die Dialyse im geschlossenen System durchgeführt, so daß der Behälter zweckmäßig ein größeres Volumen von 50 bis 1201, besonders zweckmäßig von 70 bis 1001 hat

Die Erfindung und die mit ihr erzielbaren Effekte werden in den folgenden Beispielen ausführlich erläutert

Beispiel 1

8000 Hohlfasern aus Cellulose (kleinster Packungsdurchmesser 30 mm), die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden waren und einen Innendurchmesser von 260 μ, einen Außendurchmesser von 300 μ, eine Wandstärke von 20 μ und eine Länge von 350 mm des Bündels wurden mit einem Klebstoff abgebunden. Das Bündel wurde in ein zylindrisches Gehäuse eingesetzt das mit einem Eintritt und einem Austritt für das Dialysat versehen war, so daß das Dialysat mit dem Blut im Gegenstrom in Berührung gebracht werden konnte. Auf diese Weise wurde ein Dialysator vom Wärmeaustauschertyp, wie er üblicherweise verwendet wird, erhalten. Eine wäßrige Harnstofflösung mit einer Harnstoffkonzentration von 100 mg/dl wurde als Blutersatz durchgeleitet Ein im Handel erhältliches Dialysat wurde in einer Menge von 500 ml/Min, durchgeleitet Die Dialyse würde bei 37° C durchgeführt Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 genannt

Tabelle 2

Versuch	Querschnitts	Flächen	Entfernte
Nr.	fläche einer	anteil der	Harnstoff
	Öffnung,	Öffnungen,	menge 5 Min.
	cm²	%	nach Versuchs
			beginn
1	2,0	14	81
2	3,2	19	83
3	3,2	30	86
4	3,0	95	89

Fortsetzung

Versuch
Mr.

Querschnittsflä'che einer
Örfnung,
cm²

Fliichenanteil der ÖfTnungen,

Entfernte llarnsloffmenge 5 Min. nach Versuchsbeginn

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

1.5

0,94

0,80

0,50

0,20

0,05

0,02

0,015

0,008

5,0

0,50

0,20

0,10

0,05

0,04

0,02

0,007

0,002

76
95
80
50
15
80
40
80
63
50
55
68
75
5
8

20
20
32
40
40
60
70

87 91 87 87 86 90 86 84 86 83 83 84 81 76 75 78 74 77 78 72 76 70 75

IO chen des Modellbluts, das durch Bruch odei Herausrutschen der Höhlfasern verursacht sein könnte, wurde nicht festgestellt.

Versuche wurden in der gleichen Weise wiederholt, wobei jedoch die Relaxation des Faserbündels verändert wurde. Die bei jedem Versuch entfernte durchschnittliche Harnstoffmenge ist nachstehend in Tabelle 3 genannt, in der auch die Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben sind.

Tabelle 3

Die Versuche 1 bis 17 wurden gemäß der Erfindung durchgeführt.

Die Versuche 18 bis 26 sind Vergleichsversuche außerhalb des Rahmens der Erfindung.

Der Versuch Nr. 27 wurde in einem üblichen Dialysator durchgeführt Querschnittsfläche und Flächenanteil der Öffnungen in jedem Versuch sind in F i g. 1 dargestellt.

Beispiel 2

Eine Dialyseneinheit wurde wie folgt hergestellt: 8000 Hohlfasern aus Cellulose, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden war (engster Packungsdurchmesser 30 mm), mit einem Innendurchmesser von 260 μ, einem Außendurchmesser von 300 μ und einer Länge von 350 mm wurden zu einem Bündel zusammengefaßt, dessen beide Endteile mit einem Klebstoff abgebunden und flüssigkeitsdicht in einen Bluteintritt und einen Blutaustritt eingesetzt wurden. Das Faserbündel wurde mit einem zylindrischen Schutzgehäuse abgedeckt, das einen Durchmesser von 70 mm hatte. Das Gehäuse war mit einer Vielzahl von Öffnungen einer Größe von 20 χ 40 mm versehen. Der Flächenanteil der Öffnungen betrug 50% und die Relaxation oder der Durchhang des Bündels 6%.

Die Dialyseneinheit wurde in das gleiche Bad, wie es bei dem in Beispiel 1 beschriebenen Versuch verwendet wurde, mit einem Volumen von 1001 eingesetzt, worauf eo die Blutdialyse durchgeführt wurde.

Als Modellblut wurde eine wäßrige Lösung mit einer Harnstoffkonzentration von 100 mg/dl in einer Menge von 200 ml/Min, umgewälzt 801 desselben Dialysats wie in Beispiel 1 wurden bei 37°C gehalten. Ds? Dialysat wurde mit einem Rührer in Zwangsströmung gehalten.

Die entfernte Harnstoffmenge, die 5 Minuten nach Versuchsbeginn bestimmt wurde, betrug 92%. Entwei-Relaxation, %

15

20

25 Entfernte Harnstoffmenge 5 M'n. nach Versuchsbeginn

Versuch
1
2
3
4
5

10
15
20
30

Vergleichsversuch

1 1

2 40

3 60

85
90
88
85
83

78
76
62

30

Beispiel 3

Der gleiche Dialysenversuch wie in Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß ein zylindrisches Schutzgehäuse mit einem Durchmesser von 120 mm verwendet wurde und die Relaxation des Faserbündels 6% betrug. Die durchschnittliche entfernte Harnstoffmenge betrug 91%, bestimmt 5 Minuten nach Versuchsbeginn. Entweichen des Modellbluts wurde nicht festgestellt

Zum Vergleich wurde der gleiche Dia>ysenversuch durchgeführt, wobei jedoch ein zyiiftdfiscfcäs Schutzgehäuse mit einem Durchmesser von 35 mm verwendet wurde und die Relaxation 6% betrug. 5 Minuten nach Versuchsbeginn betrug die entfernte Harnstoffmenge durchschnittlich 78%.

Ein weiterer Vergleichsversuch wurde auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise durchgeführt, wobei jedoch das Hohlfaserbündel nicht vom Schutzgehäuse umgeben war. Die durchschnittliche Harnstoffentfernung betrug 92%, jedoch entwichen etwa 15% des Modellbluts als Folge eines Bruchs der Hohlfasern oder des Herausrutschens der Fasern aus dem Befestigungsblock.

Beispiel 4

8000 Hohlfasern aus Cellulose, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden waren, mit einem Innendurchmesser von 260 μ, einem Außendurchmesser von 300 μ und einer Länge von 350 mm wurden zu einem Bündel zusammengerafft dessen beide Endteile mit einem Klebstoff abgebunden und flüssigkeitsdicht in einen Bluteintritt und -austritt eingesetzt wurden. Das Bündel war von einem zylindrischen Schutzgehäuse mit einem Durchmesser von 70 mm umgeben, das mit einer Vielzahl von Öffnungen einer Größe von 10x80 mm versehen war. Die Relaxation des Bündels betrug 6%. Auf diese Weise wurde eine Dialyseneinheit gebildet Die Dialyseneinheit wurde in ein Dialysatbad, das ein

Volumen von 10 1 hatte und oben mit einem Austritt und unten mit einem Eintritt für das Dialysat versehen war, wie in Fig. 7 dargestellt, so eingesetzt, daß die Einheit vollständig in das Dialysat tauchte. Versuche zur Blutdialyse wurden in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt. Destilliertes Wasser mit einer Harnstoffkonzentration von 100 mg/dl wurde als Modellblut in einer Menge von 200 ml/Min, durchgeleitet, während außerhalb der Dialyseneinheit ein im Handel erhältliches Dialysat (35fach verdünnte Renasole-Lösung wie in Beispiel 1) in einer Menge von 500 ml/Min, bei 37°C umgewälzt wurde. Das Dialysat wurde mit einem zweiflügligen Rührer, der im Dialysatbehälter angeordnet war und einem Außendurchmesser von 40 mm pro Flügel hatte, mit 2000 UpM gerührt. Bei dem in dieser Weise durchgeführten Dialvsenversuch wurden durchschnittlich 90% Harnstoffentfernt

Beispiel 5

6000 Hohlfasern aus Cellulose, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden waren und einen Innendurchmesser von 260 μ, einen Außendurchmesser von 300 μ und eine Länge von 500 mm hatten, wurden zu einem Bündel zusammengerafft, dessen beide Endteile mit einem Klebstoff abgebunden und flüssigkeitsdicht in einen Bluteintritt und einen Blutaustritt eingesetzt wurden. Das Bündel wurde feststehend in ein Schutzgehäuse, das mit einer Vielzahl von Öffnungen mit einer Querschnittsfläche von je etwa 3,2 cm² bei einem Flächenanteil der Öffnungen von 30% versehen war, auf die in F i g. 6 dargestellte Weise eingesetzt. Der mittlere Teil des Bündels wurde in einem ringförmigen Halter 11 befestigt, und die beiden Enden wurden in Halterungen 9 und 10 befestigt Die Relaxation des Faserbündels zwischen den Halterungen 9 und 11 und den Halterungen 11 und 10 betrug 10%.

Die in dieser Weise hergestellte Dialyseneinheit wurde in ein Dialysatbad eingesetzt, das ein Volumen von 10 1 hatte und mit zwei Offnungen für den Eintritt und den Austritt des Diaiysats auf die in Fig./ dargestellte Weise versehen war. Mit diesem Dialysator wurde die Dialyse durchgeführt

Als Modellblut wurde eine Lösung von Harnstoff in dest Wasser, die eine Harnstoffkonzentration von 100 mg/dl hatte, in einer Menge von 200 ml/Min, durchgeleitet, während das Dialysat in einer Menge von 500 ml/Min, bei 37° C im Bad umgewälzt und mit einem zweiflügeligen Rührer mit einem Durchmesser von 40 mm pro Flügel mit 200 UpM gerührt wurde. Bei dem in dieser Weise durchgeführten Dialysenversuch wurden 87% des Harnstoffs entfernt

Beispiel 6

8000 Hohlfasern aus Cellulose, die nach dem Cuoxamverfahren hergestellt worden waren und einen Innendurchmesser von 260 μ, einen Außendurchtiesser von 300 μ und eine Länge von 350 mm hatten, wurden zu einem Bündel zusammengerafft, dessen beide Endteile mit einem Klebstoff abgebunden und festgelegt und in flüssigkeitsdichter Verbindung in einen Bluteintritt bzw. Blutaustritt eingesetzt wurden. Das Bündel wurde zur Bildung einer Dialyseneinheit in einem Schutzgehäuse mit einer Relaxation von 6% eingeschlossen. Das Gehäuse war mit einer Vielzahl von Öffnungen mit einer Querschnittsfläche von je etwa 3,2 cm² bei einem Gesamtflächenanteil der Öffnungen von 30% versehen. Die Dialyseneinheit wurde feststehend in das in Fig. 9 dargestellte Dialysatbad eingesetzt, das ein Volumen von 101 hatte und mit einem Eintritt und Austritt für das Dialysat sowie einem Gefäß, das ein Absorptionsmittel enthielt, versehen war.

Als Absorptionsmittel wurden 300 g körnige Aktivkohle mit einer Korngröße von 0,25 bis 0,42 mm verwendet. Das Gefäß war von einem Drahtnetz aus nichtrostendem Stahl mit einer Maschenweite von 62 μ abgedeckt.
Ein Modellblut wurde durch Auflösen von 3,5 g Kreatinin in 351 destilliertem Wasser hergestellt (Kreatininkonzentration 10 mg/dl). Die Lösung wurde in einer Menge von 200 ml/Min, umgewälzt, während im Dialysatbehälter ein im Handel erhältliches Dialysat (35fach verdünnte Renasole-Lösung wie in Beispiel 1) in einer Menge von 500 ml/Min, bei 37°C umgewälzt wurde. Der Dialysenversuch wurde durchgeführt, während das Dialysat mit einem zweiflügeligen Rührer mit einem Außendurchmesser von 40 mm pro Flügel mit 2000 UpM gerührt wurde. 4 Stunden nach Versuchsbeginn betrug die Kreatininkonzentration 3,9 mg/dl.

Für einen Vergleichsversuch wurde das in Beispiel 1 beschriebene Hohlfaserbündel in einem zylindrischen Gehäuse, das mit einem Eintritt und einem Austritt für das Dialysat versehen war, so angeordnet, daß Gegenstromkontakt zwischen Blut und Dialysat erfolgte, wodurch ein üblicher Dialysator vom Wärmeaustauschertyp ausgebildet wurde. Die Dialyse wurde unter den in Beispiel 6 genannten Bedingungen durchgeführt. Nach 5 Stunden betrug die Kreatininkonzentration in der Lösung 4,2 mg/dl.

Beisoiel 7

Der in Beispiel 2 beschriebene Versuch wurde wiederholt, wobei jedoch menschliches Blut durch die Hohifasern geleitet wurde und der Blutdruck am Austritt der Dialyseneinheit auf 100 mm Hg entstellt war. Nach 4 Stunden war die Harnstoffkonzentration im Blut auf 40% und die Kreatininkonzentration auf 45% gesenkt Ferner wurden 1,6 kg Wasser durch Ultrafiltration aus dem Patienten entfernt

Wie die vorstehenden Beispiele zeigen, ist ein mit der erfindungsgemäßen Dialyseneinheit versehener Dialysator mit Zwangsströmung einem üblichen Dialysator in so bezug auf Wirkungsgrad und Leistung der Dialyse weit überlegen.

Durch die Erfindung wird eine Dialyseneinheit mit hoher Sicherheit und Zuverlässigkeit verfügbar, bei der die Hohlfasern während der Dialyse kaum brechen oder aus dem Befestigungsblock herausrutschen. Ferner ist eine Beschädigung der Dialyseneinheit während des Einbaues und des Transports kaum möglich.

Die Dialyseneinheit gemäß der Erfindung widersteht ferner auf Grund der erhöhten Sicherheit einem hohen Flüssigkeitsdruck, so daß die Ultrafiltrationsgeschwindigkeit beschleunigt und die Einheit daher zur Regelung des Wassergehalts des Patienten während der Dialysenbehandlung verwendet werden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Dialyseneinheit für Flüssigkeiten mit einem Schutzgehäuse mit einer Vielzahl von öffnungen, die zum Einführen und Abführen eines Dialysats dienen und gleichmäßig über das Schutzgehäuse verteilt sied, und ein aus semipermeablen Hohlfasern von im wesentlichen gleicher Länge bestehendes Bündel, dessen beide Endteile zusammengerafft und mit flüssigkeitsdichter Verbindung unter Bildung von Befestigungsblöcken abgebunden und unter Bildung eines Eintritts und eines Austritts für die Flüssigkeit offen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel im Schutzgehäuse (8) an wenigstens zwei Befestigungspunkten so gehalten wird, daß das Hohlfaserbündel (!) zwischen zwei benachbarten Befestigungspunkten eine Relaxation oder einen Durchhang </on 3 bis 30% hat und der Durchmesser des Schutzgehäuses (8) das 1,5- bis 6fache des engsten Packungsdurchmessers des Hohlfaserbündels (1) beträgt