DE3030856A1

DE3030856A1 - Einrichtung und verfahren zum bestimmen rheologischer eigenschaften von biologischen fluiden.

Info

Publication number: DE3030856A1
Application number: DE19803030856
Authority: DE
Inventors: Maxime François Survilliers Hanss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-17
Filing date: 1980-08-14
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE3030856C2; FR2463927A1; GB2062249A; FR2463927B1; US4348890A; GB2062249B

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen Theologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, und zwar insbesondere zum Bestimmen der Filtrierbarkeit von Zellen in einer Suspension und der Viskosität von biologischen Flüssigkeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Verformbarkeit von roten Blutkörperchen. Die bikonkave und scheibenartige Linsenform der roten Blutkörperchen, die einen Durchmesser von ungefähr 7,5,u haben, verleiht diesen die Elastizität oder die Verformbarkeit, die erforderlich ist, damit diese die Kreislaufkanäle des Organismus, die in gewissen Fällen beinahe nicht einen Durchmesser von 2 bis 3,u überschreiten, durchlaufen können. Die Funktion der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen in der Kreislaufphysiologie und genauer in der Physiologie des Mikrokreislaufes ist bereits bekannt; manchmal ist sie das einzige Mittel, gewisse Anomalien des Bluts, die der Ursprung verschiedener Kranke heiten sind, nachzuweisen; und es ist infolgedessen sehr wichtig, diese Verformbarkeit messen zu können. Es ist immer noch erforderlich, daß diese Messung, die notwendigerweise in vitro gemacht wird, mit Genauigkeit diese wichtige Eigenschaft der roten Blutkörperchen wiedergibt und exakt an den Tag legt, und daß sie präzise, zuverlässig und reproduzierbar ist, sowie daß sie so einfach und wirtschaftlich wie möglich ist, derart, daß sie ebenso gut in großem Maßstab in den Laboratorien für biologische Analysen wie auch in den Forschungslaboratorien angewandt werden kann.

Es sind zahlreiche Verfahren zum Bestimmen und Messen der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen vorgeschlagen

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— Q —

worden. So hat man folgende Maßnahmen herangezogen: Messungen des Ansaugens und Ausfließens in Kapillarrohren und Mikropipetten; viskosimetrische Techniken; mikrosko- ■ pische Untersuchungen nach Umwandlung der Erythrozyten durch chemische Mittel; Messungen durch Beugung des Lichts; Kompressionsuntersuchungen am Zentrifugenrückstand; Sedimentations- und Zusammendrück- bzw- Verdichtungs-Messungen mittels Zentrifugieren; Dehnungsmessungen von befestigten Körperchen auf einem Mikrofaden; und Untersuchungen über das Filtrieren, oder genauer gesagt, über die FiI-trierbarkeit von roten Blutkörperchen.

Beispielsweise ist folgendes vorbekannt:

(A) Die Messung der Verformbarkeit durch die Technik des Ansaugens durch eine Mikropipette /RAND und BURTON (Bioph. J. _4, 115, 1964)7/ mit deren Hilfe man die Länge des "Fingers" bzw. "Zapfens" der Membrane des angesaugten Blutkörperchens mißt. Obwohl diese Technik hinsichtlich des Prinzips und der Ergebnisse zufriedenstellend ist, wird diese Messung wegen ihrer Schwierigkeit und ihrer Dauer, die ziemlich lang ist, immer nur in außergewöhnlicher Weise bzw. in Ausnahmefällen durchgeführt.

(B) Viskosimetrische Messungen, die mit Hilfe eines Kapillar- oder Rotationsviskosimeters durchgeführt werden:

In allgemeiner Weise beruhen alle diese vorbekannten Messungen /siehe insbesondere die Arbeiten von CHIEN und Mitarbeitern (Biorheology Λ2_, 341, 1975); von THURSTON (Biophys. J. V2.> 12o5, 1972) und von USAMI und Mitarbeitern (Biorheology 1_o, 425, 1973^7 auf dem Konzept, wonach die Viskosität von Suspensionen, die mit einem erhöhten Geschwindigkeitsgradienten gemessen wird, geringer ist, wenn die Teilchen verform-

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bar sind. Jedoch haben diese Bestiiranungsarten eine geringe Empfindlichkeit und ecfordern oft teure sowie in der Handhabung unbequeme Einrichtungen.

(C) Die Techniken der mikroskopischen Untersuchung der Blutkörperchen; diese Techniken betreffen die mikroskopische Untersuchung von Fällen in einem Ausfließen des Poiseuille¹sehen Typs, beispielsweise in einer Kapillare oder in einem transparenten kegelig-flachen Viskosimeter. Es handelt sich dabei um eine sehr heikle Technik, die eine komplizierte Apparatur erfordert und deren Ergebnisse manchmal unzuverlässig sind: die Zellen müssen im Ergebnis in einem sehr viskosen nichtphysiologischen Milieu in Suspension gebracht werden (siehe das "Rheoskop" von SCHMID-SCHÖNBEIN).

Die Ergebnisse sind auch schwierig zu interpretieren, und zwar selbst nachdem man die Form der Zellen mit Hilfe von chemischen Mitteln, wie beispielsweise GIutaraldehyd oder Acetaldehyd, fixiert hat.

(D) Die Techniken der indirekten Sichtbarmachung der Verformung durch Untersuchungen von Lichtbeugungsbildern. Diese Technik, die besonders von BESSIS und MOHANDAS /Blood Cells. 3, 229-239 (1977) und Blood Cells. 1, 3o7-313 (1975^/ untersucht worden sind, dienen ebenfalls dazu, die Dehnung von Zellen zu messen, welche Abseherungsbelastungen unterworfen sind, wobei Lichtbeugung angewandt wird, und zwar insbesondere die Beugung eines Laserstrahls, der eine Blutprobe durchsetzt.

Diese Meßverfahren erfordern, abgesehen davon, daß sie langsam und für industrielle Messungen wenig geeignet sind, darüber hinaus sehr teure Apparaturen und heikle Manipulationen: Die Zellen müssen stets in einem sehr viskosen Milieu vorgesehen werden, das sehr unterschied—

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lieh von biologischen Bedingungen ist.

(E) Verfahren, die auf der Filtrierung beruhen. Unter den sehr zahlreichen Verfahren, die zum Berechnen der Erythrozyten-Verformbarkeit verwendet werden, ist die Filtrierung vielleicht die einzige, die derzeit eine große Verbreitung erfahren hat, und zwar wahrscheinlich wegen ihrer Einfachheit.

Das allgemeine Prinzip der Bestimmung der Erythrozyten-Filtrierbarkeit besteht in der Messung des Durchsatzes, d. h. der Ausströmungsmenge in einer gegebenen Zeit, einer Suspension, die eine mehr oder weniger große Konzentration an roten Blutkörperchen hat, durch eine Membrane, deren mittlerer Porendurchmesser kleiner als der Durchmesser der roten Blutkörperchen ist. Für eine gegebene Membran und einen gegebenen Antriebsdruck ist der Durchsatz der Filtrierung um so geringer, je schwerer sich die roten Blutkörperchen verformen.

Der Durchsatz der Filtrierung wird gegeben durch die Gleichung :

in der dV das Volumen der Flüssigkeit ist, die das Filter während der Zeitdauer dt durchsetzt. Sofern dieser nicht genügend schwach ist, daß der Durchsatz konstant ist, ist der gemessene Durchsatz ein mittlerer Durchsatz, der gegeben wird durch die Gleichung:

5 -4V
^D "

Allgemeinerweise läßt sich der mittlere Durchsatz, der zwischen zwei Augenblicken t_ und t gemessen wird (wo-

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bei t~ - t₁ = At ist) durch die nachfolgende Gleichung (3) ausdrücken :

1°

tr.

D = —- /Ddt (3)

"1

Aus der Gleichung (3) läßt sich ersehen, daß die mittleren und augenblicklichen Durchsätze nicht identisch sind, wenn D unabhängig von der Zeit ist (Ausfließen mit konstantem Durchsatz). Bei einer Membrane ist der Durchsatz der Filtrierung gleich der Summe der elementaren Durchsätze durch jede Pore der Membrane.

Wenn d den Betrag des Durchsatzes des Ausflusses eines homogenen Fluids der Viskosität η durch eine Pore einer porösen Membrane von einer Oberflächeneinheit ist, und wenn 1 die Länge der Achse der Pore ist (die senkrecht zur Oberfläche der filtrierenden Membrane angenommen wird), welche die Dicke dieser Membrane bildet bzw. darstellt, und wenn r der Radius der Pore ist, dann erhält man die folgende Gleichung (die Poiseuille'sche Gleichung):

_d _ ff 4 AP

⁸Λ> ^λ

worin Δ P der Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Pore ist.

Wenn N die Zahl der Poren der Membrane im Augenblick t ist, dann erhält man:

Beispielsweise hat man bei einer Membrane der Handelsbe-. zeichnung "Nuclepore", die typisch ist und von der Firma General Electric Company hergestellt wird, die Werte

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— I j —

r = 2/5,U, 1 = 12.U, N_q = 4 χ 1o⁵/cm², und für eine Flüssigkeit wie Wasser von 25 C (η = o,o1 poise), erhält man

ο 2 ^

D - 1 cm /see für 1 cm der Membrane.

Auf diesen Angaben basierend ist eine erhebliche Anzahl von Verfahren und Einrichtungen für die Messung der Filtrierung oder genauer der Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen beschrieben worden; insbesondere handelt es sich um folgende Veröffentlichungen:

(a) S. CHIEN und Mitarbeiter /Biorheology 8, 163 (19712.7, die den Prozentsatz der Zellen gemessen haben, welche bei Anwendung eines Druckgradienten durch die Membrane hindurchgehen;

(b) L.S. LESSIN und Mitarbeiter /Blood Cells _3, 241-262

(1977)_7, die auch einen positiven Druck über der Membrane "Nuclepore" angewandt und dabei einen sehr komplizierten Apparat benutzt haben;

(C)SCHMID-SCHoNBEIN und Mitarbeiter /Blut (1973) 26i, 369-3797 sowie REID H.L. und Mitarbeiter /J. Clin. Pathol. (1976) 29(9), 855-8587, die hingegen eine einfache Einrichtung benutzt haben, welche es ermöglicht, ein Vakuum anzuwenden (etwa 2o cm Wasser), mit dem ein Filterträger verbunden ist, das eine Filtriermembrane "Nuclepore" aus Polycarbonat aufnehmen kann, die 13 mm Durchmesser hat und deren zylindrische Poren einen Durchmesser von 5 ,u haben. Eine Injektionsspritze von 1 ml kann am Filterträger angefügt werden. Die Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen in einer Suspension von 4o % in einem physiologischen Serum wurde berechnet, indem eine Zeitmessung der Dauer des Durchgangs von 1 ml der Suspension vorgenommen wurde;

(d) P. TEITEL /Nature (Lond.) 184, 18o8 (1959), Sangre (Barcelona) £, 282 (1964), Blood Cells 3, 55-7o (1977^7 empfiehlt sehr einfach ein Filter aus Papier (dessen

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Porendurchmesser zwischen 2o und 4o ,u schwanken), wobei der einzige angewandte Druck der Schwer'-.:-äftdruck ist und die Messung durch Bestimmung des Durchsatzes der Flüssigkeit (eine Suspension von gewaschenen roten Blutkörperchen, deren Gehalt an roten Blutkörperchen j über 9o % ist) durch das Filter vorgenommen wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung des Filters "Nuclepore" als Kapillarmodell bereits 1966 empfohlen worden ist /GREGERSEN und Mitarbeiter, "Hemorheology" (Copley Ed.) Pergamon Press, Oxford/.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, entsprechen alle nach dem Stande der Technik vorgeschlagenen Techniken nicht den Kriterien, die für eine Analyse gelten, welche gleichzeitig einfach auszuführen, wirtschaftlich, genau, reproduzierbar und zuverlässig sein soll, die die Eigenschaften der roten Blutkörperchen, welche durch deren Flexibilität, deren Elastizität und deren Verformbarkeit repräsentiert werden bzw. bedingt sind, vollkommen "mißt".

Wenn man die obige Gleichung (4) betrachtet, dann ist es klar, daß man, wenn man genaue, zuverlässige, reproduzierbare Messungen sowie sicher solche Messungen haben will, die der Realität der Tatsachen entsprechen, d. h. die mit dieser wichtigen mechanischen Eigenschaft der roten Blutkörperchen zusammenhängen, welche die Verformbarkeit darstellt, eine gewisse Anzahl von Parametern erneut betrachten und erneut präzisieren muß.

(1) Geometrische Faktoren .

In einem gut bekannten Filter kann man, und das ist nicht immer der Fall, annehmen, daß die Gesamtzahl der dem Fluid im Augenblick t zugänglichen Poren von einer Membrane zur

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anderen konstant ist. Man kann ebenso die ventuellen Variationen der Dicke der Membrane zwischen zwei Messungen vernachlässigen. Dagegen ist es erforderlich, vielmehr die Wirkung von Schwankungen des mittleren Durchmessers der Poren zu diskutieren. Diese Schwankungen können aus thermischen oder mechanischen Gründen (Dehnung der Poren durch übermäßige Spannung der Membrane) auftreten, oder aus Gründen, die auf der Herstellung selbst beruhen (beispielsweise Filter aus Papier). Eine Betrachtung des Poiseuille'sehen Gesetzes zeigt, daß r in der vierten Potenz wirkt. Wenn beispielsweise r von 2,5 auf 2,6 ,u übergeht, dann erhöht sich der Durchsatz um 17 %.

(2) Ausfließ-Antriebsdruck

Am Beginn der Filtrierung (die beispielsweise unter Vakuum um einen Druck P unter dem atmosphärischen Druck P durchgeführt wird) ist der Druck auf dem Niveau der oberen Oberfläche der Membrane gleich P + Δ P, und die Antriebskraft, die das Ausfließen der Flüssigkeit durch jede Pore be-

2
stimmt, beträgt Δ P x Kr .

Nimmt man an, daß alle anderen Faktoren konstant sind, dann kann man das Poiseuille'sehe Gesetz in der folgenden Form beschreiben:

D =| =ΚΔΡ (5)

Die Konstante K ist hierin:

2ί

Wenn in einem Augenblick t die Höhe der zu filtrierenden Flüssigkeit gleich h ist, dann erhält man Δ Ρ unter Anwendung des Pascal'sehen Gesetzes zu

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Δ P = p g (h + h¹)

worin ρ = die spezifische Masse der zu filtrierenden Flüs*- sigkeit,

g = die Erdbeschleunigung und

h¹ = der Unterdruck, ausgedrückt in cm Wasser, bedeuten.

Nun nimmt Δ ρ im Verlauf der Filtrierung konstant ab, und zwar wegen des Abfallens des Niveaus. Wenn das Rohr, das die zu filtrierende Suspension enthält, deren Niveau im anfänglichen Augenblick t = h ist, einen Querschnitt S hat, und wenn man mit V das anfängliche Volumen der zu filtrierenden Lösung und mit V das Volumen der zu filtrierenden Flüssigkeit im Augenblick t bezeichnet, dann ergibt sich für den Antriebsdruck die Gleichung:

V-V
Δ P = ρ g = + h'.

Wenn man diesen Ausdruck für AP in die Gleichung (5) einsetzt, dann erhält man einen Ausdruck, der das ausgeflossene Volumen V in jedem Augenblick.angibt, nämlich:

-fpg t

Dieser Ausdruck zeigt, daß sich das ausgeflossene Volumen immer weniger schnell vergrößert, d. h., daß der Durchsatz während der gesamten Länge der Filtrierung gesetzmäßig abnimmt.

(3) Probleme, die mit der Oberflächenspannung zusammenhängen -_

Es ist bekannt, daß, wenn man eine leere Kapillare mit ^: dem Innendurchmesser r in eine Flüssigkeit eintaucht, das Niveau von demjenigen der Flüssigkeit, die sich auf

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der Außenseite des Rohrs befindet, unterschiedlich ist. Wenn die Flüssigkeit die Wand benetzt, dann steigt die Flüssigkeit in der Kapillare, im gegenteiligen Fall fällt sie. Der erzielte endgültige Niveauunterschied h wird durch das Gesetz von Jurin gegeben:

h - 2A . ^{cos Θ}

S-J>g

worin die einzelnen Formelzeichen folgendes bedeuten:

γ = spezifische Masse

A = Oberflächenspannung der Flüssigkeit θ = Verbindungswinkel zwischen der Flüssigkeit und der Innenwand der Kapillare. Wenn θ = ο ist, dann benetzt die Flüssigkeit den Festkörper vollständig; wenn θ =■ 1 8o° ist, dann ist die Benetzung Null. Der Winkel θ hängt von der Art der Flüssigkeit und der Kapillare ab; für Kunststoffe (wie Polycarbonat) und Wasser liegt θ oberhalb von 9o°.

Wenn man^ein .Rohr aus Kunststoff,· das. einen innendurchmesser von 1 mm hat, in Wasser taucht, dann stellt man fest, daß tu in der Größenordnung von 1 cm und negativ ist. Das bedeutet, daß es erforderlich ist, einen Unterdruck von 1 cm Wasser auszuüben, um den Niveauunterschied zu unterdrükken. Wenn man das Gesetz von Jurin auf eine Elementarpore der Membrane anwendet, und wenn man die vorstehenden Zahlen heranzieht, dann ergibt sich, daß der Druckunterschied, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit durch diese Pore ausfließen zu lassen, ungefähr 2oo cm Wasser (bzw. Wassersäule) beträgt. In Wirklichkeit wird dieser Extremwert durch verschiedene Faktoren vermindert; diese Zahl zeigt trotzdem die sehr wichtige Wirkung, welche die Grenzflächenphänomene bei der Filtrierung haben.können. Durch dieses Ergebnis erhält man die Erklärung, warum es manchmal notwendig ist, einen kurzen überdruck an-

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zuwenden, um das Ausfließen anlaufen zu lassen. Wenn dieses bee" ,nt, dann breitet sich die Flüssigkeit über die andere Fläche der Membrane aus, und das Gesetz von Jürin wird nicht mehr auf Kapillaren von 5 ,u Durchmesser angewandt, sondern auf einen Kanal, der einen schlecht bestimmbaren Querschnitt hat, der durch die kleinen Zwischenräume zwischen der Membrane und dem Membranträger sowie durch den Querschnitt der öffnungen des Membranträgers repräsentiert wird. Gewisse wesentliche Abweichungen, die beim Filtrieren mit mehrfacher Wiederbenutzung der gleichen Probe beobachtet wurden, können durch die Unterschiede der Position der Membrane bezüglich ihres Trägers von Analyse zu Analyse erklärt werden.

Eine andere Konsequenz des Oberflächenphänomens ist die Blockierung des AusfHeßens durch Mikroblasen im Inneren der Poren oder zwischen der unteren Fläche der Membrane und ihrem Träger. In der-Tat ist es, wenn eine Gasblase einen Teil der Kapillare füllt, erforderlich, überdies

2A einen zusätzlichen Druck auszuüben, der gleich — ist, um die Flüssigkeit zum Ausfließen zu bringen. Dadurch erklärt sich, warum gewisse Autoren empfehlen, die Filtrationsmessungen auszuführen, indem die Einrichtung in ein großes Volumen von entgastem Wasser eingetaucht wird.

Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß das Phänomen der Kapillarität in der Form einer Verkleinerung von Jg h' in die Gleichung (5) eingefügt werden kann:

Δ p = p-g h + (h¹ - ■— cose) .

Wenn man auf die Gleichung (6) zurückgeht, dann stellt man nun fest, daß die Fehler wesentlich werden können, die gemacht werden _r wenn man t₁ und t' vertauscht (t' ist die wirkliche Zeit der Entleerung des Rohrs, das die Flüssig-^

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keit enthält, und f.. ist die Entleerungszeit des Rohrs, wenn Δ Ρ konstant ist). Darüber hinaus hängen diese Fehler vom Zufall ab bzw. sind unsicher, weil der Zustand der Kapillarität von wenig kontrollierbaren Faktoren abhängt, wie von dem Zustand der Oberfläche der Membranen, von den Poren, vom Membranträger, von der Position der Membrane bezüglich des Trägers, etc.

(4) Anzahl der wirksamen Poren

In der Poiseuille¹sehen Gleichung, d. h. der Gleichung (4), bedeutet N die Zahl der Poren pro Oberflächeneinheit der Membrane.

Dieser Faktor ist im Verlaufe der Filtrierung nicht konstant, und es ist zweckmäßig, die Ursache und die Folge dieser Änderungen zu untersuchen.

(a) Ρ£2^1εΐηθ^_^ι§_ΐη1^_α^_ΤΓ§3§Γ_α§3_Γΐ1^6Γ5_zusammenhängen

In allgemeiner Weise wird die Membrane auf einem Träger angeordnet. Dieser verschließt einen Anteil et der Poren in der Weise, daß die Anzahl der tatsächlich im Augenblick t benutzten Poren (1-OC) N ist. Es ist in gewissen Fällen möglich, daß sich Ou von einem Versuch zum anderen unterscheidet (beispielsweise infolge von Falten der Membrane, oder von Deformationen des Trägers., oder aufgrund der Qualität des letzteren).

Daraus ergeben sich dann Änderungen der Filtrierzeit, wobei alle Dinge sonst gleich sind.

Gewisse Zellen der Suspension können die Poren des Filters verstopfen. Diese beginnen progressiv die Anzahl

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(1 —oc) N zu vermindern.

Anders gesagt bedeutet das, daß der Durchsatz eine äbneh mende Funktion der Zeit ist.

.Wenn c¹ die Konzentration der in Frage stehenden Zellen ist, und wenn man annimmt, daß in der Poiseuille¹sehen Gleichung (4) alle Faktoren außer N konstant sind, dann kann man schreiben D = K₁ N.

Wenn man annimmt, daß sich jedesmal eine Pore verstopft, wenn damit eine Zelle in Eingriff tritt, dann ist die Zahl der Poren, die sich während der Zeitdauer dt verstopfen, dN = c¹ dV oder dN = c¹ dt. Die Änderung des Durchsatzes läßt sich dann ableiten zu:

dD =-K₁ c¹ D dt.

Der Durchsatz ist infolgedessen eine Funktion der Zeit, Wenn D- der Anfangswert ist, dann wird der Durchsatz im Augenblick t wiedergegeben durch eine Gleichung der Art:

D_t-D_o;e-^K1 ^c' * . (8)

^K1 "V ^ί1Λ) 4 ^ΔΡ

Die Ursache der Verstopfung kann variabel sein. Die roten Blutkörperchen gehen nur sehr schwierig durch die üblicherweise verwendeten Poren, und es ist wesentlich, sie in der Weise auszuschalten, daß die gemessenen Filtrierzeiten nur für die roten Blutkörperchen charakteristisch sind.

Außer Plättchenanhäufungen, die mit den weißen Blutkörperchen ausgeschaltet sind, können auch die erythrözytalen

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Rollen und Anhäufungen im Prinzip Poren verschließen. In diesem Fall kann eine Verlängerung der Filtrierzeit von Wechselwirkungen zwischen Zellen herkommen und nicht von Abwandlungen ihrer rheologischen Eigenschaften. Die Wichtigkeit dieses Mechanismus des Verstopfens ist jedoch sehr schwierig zu bestimmen, weil die Abscherbelastungen am Eintritt einer Pore ausreichend sein können, um diese Anhäufungen zu zerbrechen.

Schließlich kann die Verstopfung von einer erhöhten Steifigkeit der roten Blutkörperchen herrühren. Nur in diesem Fall ist die progressive Verminderung des Durchsatzes eine für die Messung interessante Größe, die für die erythrozytäre Rheologie signifikant ist. Aber es ist noch erforderlich, zu unterstreichen, daß dieses Phänomen nur dann von Interesse ist, wenn man dafür Sorge getragen hat, die anderen Ursachen der Verstopfung auszuschalten.

(5) Funktion der Viskosität

In der Poiseuille'sehen Gleichung (4) ist der Durchsatz der Viskosität des Fluids umgekehrt proportional. Für übliche Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, das physiologische Serum sowie für das Plasma, gilt, daß die Viskosität stark von der Temperatur T abhängt; Die Viskosität nimmt um ungefähr 2 % ab, wenn sich die Temperatur um 1°C erhöht. Es ist daher geboten, Temperaturunterschiede, die von einem Betrieb zum anderen oberhalb von 5 C liegen, zu vermeiden, wenn man erreichen will, daß der Temperaturfehler unterhalb von 1o % bleibt.

Wenn man einen Filtriervorgang makroskopisch betrachtet, dann vermindert das Vorhandensein von roten Blutkörperchen in einem Fluid den Gesamtdurchsatz.

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Man kann das durch eine Erhöhung des Widerstandes des AusfHeßens aufgrund einer Vergrößerung der Viskosität des Milieus ausdrücken.

(6) Funktion der Sedimentation

Der Durchsatz der Filtration hängt von der wirksamen Konzentration in der Nähe der Poren (c) ab. Man kann sie mit der mittleren Konzentration der Suspension nur im Augenblick der Füllung des Filtrierrohrs gleichsetzen oder auch noch, wenn ein wirksames Rühren während der gesamten Zeitdauer der Filtrierung erfolgt, was praktisch niemals der Fall ist.

Dieser Effekt ist noch wichtiger, wenn man das Gesamtblut mit erhöhter Sedimentationsgeschwindigkeit (VS) untersucht. Bei verdünntem. Blut bewirkt die Erhöhung von VS des Bluts weniger Änderungen der Filtrierzeiten, weil die roten Blutkörperchen viel unabhängiger voneinander ohne Bildung von Rollen und Anhäufungen sedimentieren. Nichtsdestoweniger sowie selbst im letzteren Fall führt die Sedimentation dazu, daß sie in kurzer Zeit eine Ansammlung von roten Blutkörperchen auf der oberen Oberfläche der Membrane zu bewirken beginnt (in einer Zeit, die typischerweise in der Größenordnung von einigen zehn Sekunden liegt). Daraus ergibt sich, daß alle Messungen, die auf der Filtrierung eines wesentlichen Volumens von Blut (und infolgedessen einer langen Filtrierung) basieren,durch dieses Phänomen in variablen und unkontrollierbaren Verhältnissen beeinflußt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll infolgedessen eine Einrichtung zum Messen der Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen zur Verfügung gestellt werden, die den Notwendigkeiten der Praxis besser entspricht als die für

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diesen Zweck vorgesehenen bisher bekannten Einrichtungen, und zwar insbesondere insofern, als sie die Messung reproduzierbar und vollkommen zuverlässig macht, unempfindlich gegen eine fortschreitende Verstopfung des Filters sowie unempfindlich gegen Sedimentation ist, die auf der Oberfläche des Filters stattfindet; insofern, als sie es ermöglicht, die Messungen mit einer guten Genauigkeit auszuführen; insofern, als sie einen leichten Zugang und eine leichte Handhabbarkeit ermöglicht; insofern, als sie eine Verstopfung eines Teils der Membrane, der nicht mehr in Kontakt mit einem starren Träger ist, wie das in den Einrichtungen nach dem Stand der Technik der Fall war, vermeidet; insofern, als sie das Phänomen der Mikroblasen vermeidet, die in dem größten Teil der Einrichtungen nach dem Stande der Technik zwischen der unteren Fläche der filtrierenden Membran und der oberen Fläche des Trägers entstehen; insofern, als sie das Ausfließen der Flüssigkeit begünstigt und den Einfluß von Änderungen der Temperatur und der Viskosität des Lösungsmittels beträchtlich vermindert; insofern, als sie eine mehrfache Wiederbenutzung von filtrierenden Membranen gestattet, indem dadurch die Kosten der Messung vermindert werden; und insofern, als sie es ermöglicht, außer der Deformierbarkeit auch andere rheologische Eigenschaften, beispielsweise die Viskosität, zu messen, und zwar auch bei sonstigen biologischen Fluiden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, und zwar insbesondere der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen, zur Verfügung gestellt, die sich dadurch auszeichnet, daß sie in Kombination bzw. Zusammensetzung folgendes umfaßt: einen ersten transparenten, oberen Block, der in seinem Zentrum eine Kapillare enthält, deren Innendurchmesser zwischen 1 und 1o mm beträgt, wobei

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dieser Block mit zwei Niveaudetektoren versehen ist; einen zweiten, unteren transparenten Block, der mit einem mittigen Kanal versehen ist, welcher der Kapillare des oberen Blocks gegenüberliegt und in dessen Innerem eine Tropfen-. zieheinrichtung angeordnet ist, wobei dieser Kanal einerseits mit einem Auslaßkreis bzw. einer Auslaßleitung verbunden ist, sowie andererseits mit einem Druckregulier-, kreis; eine zwischen den beiden Blöcken angeordnete Filtriermembran; und ein Haltegestell der Einrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ruht die Filtriermembran auf einem Filterpapier bzw. Papierfilter, dessen Durchmesser ein wenig größer als derjenige der Filtriermembrane ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung sind die beiden Niveaudetektoren so angeordnet _r daß sich einer unter dem anderen befindet und ihre Abstände voneinander ungefähr 1 bis 2ο mm betragen.

Gemäß einer speziellen Abwandlung dieser Ausführungsform sind die Niveaudetektoren optische Detektoren, die von einem Lichtstrahler und einem Lichtempfänger, insbesondere einer Photodiode oder einem Phototransistor, gebildet sind.

Gemäß einer anderen Abwandlung wird der optische Detektor von einer optischen Faser gebildet, die mit einer Licht*- quelle verbunden ist, und von einer optischen Faser, die mit einem Lichtdetektor bzw. -empfänger, insbesondere einer Photodiode oder einem Phototransistor, verbunden ist.

Gemäß der Erfindung können die beiden Niveaudetektoren elektronisch mit einem Zeitmesser zum Messen der Filtrierzeit

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in der Weise verbunden sein, daß der obere Niveaudetektor den Zeitmesser in Gang setzt, während der untere Niveaudetektor den Zeitmesser anhält.

Gemäß der Erfindung kann der untere Block beweglich sein und längs zweier Führungsstangen verschoben werden, die beiderseits des mittigen Hohlraums bzw. Kanals angeordnet sind; wobei diese Führungsstangen einerseits auf bzw. in dem unteren Teil des oberen Blocks, der fest mit dem Gestell verbunden ist, gehaltert sind, wobei dieser untere Teil bezüglich des Körpers des oberen Blocks erweitert ist bzw. nach den Seiten zu vorspringt, während die Führungsstangen andererseits mit ihrem unteren Ende auf bzw. in dem Gestell der Einrichtung gehaltert sind.

Die Führungsstangen können einfach in zwei Öffnungen in der Basis des Gestells gehalten sein, und sie können sehr leicht herausgezogen werden, so daß dadurch der untere Block leicht freigemacht werden kann, wenn er gereinigt werden soll.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der untere Teil der Kapillare erweitert, und zwar auf einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich demjenigen des mittigen Hohlraums bzw. Kanals des unteren Blocks ist bzw. von dessen der Kapillare zugewandten Öffnung, und der ein wenig kleiner als der Durchmesser der Filtriermembrane ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Abwandlung ist der erweiterte Teil der Kapillare und/oder die obere Fläche des unteren Blocks mit einer Dichtung bzw. Dichtungen für das Fest- bzw. Gegenhalten der Filtriermembrane versehen.

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Gemäß der Erfindung können zwei Federn jeweils mit einem ihrer Enden am unteren Bloc'⁵: befestigt sein, während das jeweils andere Ende dieser beiden Federn in einem Haken ausläuft, der in zwei kleinen Hakenhaltern (einer pro Feder) , insbesondere kleinen Aus- bzw. Einschnitten, Löchern, Schlitzen oder Aussparungen, Nuten o. dgl./ angeordnet werden kann, die zu diesem Zweck im bzw. am oberen Block, insbesondere im unteren, erweiterten Teil des oberen Blocks, vorgesehen sind.

Die beiden während der Vorgänge des Filtrierens gespannten Federn stellen die Dichtigkeit des Systems sicher, sowie die Stabilität der Einrichtung, und sie erleichtern außerdem die Vorgänge des Filtrierens, Die Zusammenstellung der Führungsstangen mit den Federn, die leicht an Ort und Stelle angebracht und weggenommen werden können, ermöglicht ein schnelles und sicheres Funktionieren der Filtriereinrxchtung, und dadurch wird es ermöglicht, zu vermeiden, daß die Filtriermembrane Scherbelastungen oder der Gefahr von Verschiebungen während der Annäherung der beiden Blöcke (des unteren und oberen) ausgesetzt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Tropfenzieheinrichtung von einer Stange aus Glas, aus Kunststoff, aus Metall oder einem analogen Material gebildet, die fest mit dem unteren Block verbunden und auf dem Boden dieses unteren Blocks mittels einer Dichtung und/oder einem Ring aus elastischem und dichtem Material befestigt ist.

Diese Stange kann alle gewünschten Formen haben, insbesondere kann sie in einem Punkt, einer Kugel, einer Wölbung, welche die Form eines Pilzes hat, etc. , enden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Abwandlung ist die Tropfenziehstange auf ihrem oberen Teil, der sich in Kon-

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takt mit der Filtriermembrane befindet, mit einer Zunge bzw. Lasche aus Filterpapier bedeckt, die rittlings auf dem äußersten Ende dieser Stange sitzt.

Gemäß einer anderen besonderen Abwandlung wird die Tropfenziehstange von einem Zylinder gebildet, der seitlich mit zahlreichen Löchern versehen ist bzw. von zahlreichen Löchern durchsetzt ist, die mit einem hydrophilen Material gefüllt sind.

Die Einrichtung gemäß den vorstehenden Ausbildungen ermöglicht es, das Filtrieren zu erleichtern, die Anfangszeit der Filtrierung so kurz wie möglich zu machen, und sie bewirkt, daß die Filtrierung im Falle der Untersuchung von roten Blutkörperchen von nichts anderem als dem Verformbarkeitsvermögen der untersuchten roten Blutkörperchen abhängt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Druckregulier- bzw. -steuerkreis aus folgendem zusammengesetzt:

(a) einem Dreiwegeventil, insbesondere einem Dreiwegehahn, womit der mittige Kanal des unteren Blocks entweder mit einem Überdruck-Ballastbehälter oder mit einem Kreis bzw. einer Leitung "Messen" verbunden wird;

(b) einem Ballastbehälter, dessen Fassungsvermögen zwischen o,1 und 5 1 beträgt.und der mit einer Einrichtung versehen ist, die es ermöglicht, einen leichten Überdruck (o bis 5o cm Wasser bzw. Wassersäule) zu erzeugen, welche eine Spritze bzw. Injektionsspritze oder eine Birne bzw. zusammendrückbare Birne, die jeweils mit einem Ventil versehen sind, sein kann, oder ein mit Flüssigkeit gefüllter Behälter, der hochgehoben werden kann, oder eine analoge Einrichtung;

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(c) einen Kreis bzw. eine Leitung "Messung", der bzw. die entweder von einem einfachen Rohr gebildet ist, das nach der Atmosphäre offen ist, sofern man mit dem alleinigen hydrostatischen Druck der Flüssigkeit, die die Kapillare des oberen Blocks füllt, filtern will; oder die von einem Rohr gebildet sein kann, das mit einem zweiten Ballastbehälter von o,1 bis 5 1 verbunden ist, der mit einer Vakuumzuführungsleitung versehen ist, sofern man mit einem Unterdruck filtrieren will. Das teilweise Vakuum kann auch mit Hilfe einer Spritze bzw. Injektionsspritze oder einer Birne bzw. zusammendrückbaren Birne, die jeweils mit einem Ventil ausgerüstet sind, mittels eines mit Flüssigkeit gefüllten, absenkbaren Behälters oder mittels einer analogen Einrichtung erhalten werden.

Gemäß der Erfindung ist die Einstellung des Dreiwegeventils nach dem Kreis bzw. der Leitung "Messung" elektronisch mit dem Zeitmesser zum Zählen bzw. Messen der Filtrierzeit verbunden, um diesen automatisch auf Null zu stellen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung bildet die im Zentrum des oberen Blocks befindliche Kapillare einen integralen Teil der Masse dieses oberen Blocks und wird bei der Herstellung desselben erzeugt.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die im Zentrum des oberen Blocks befindliche Kapillare in einen größeren Kanal eingeführt, der zu diesem Zweck vorgesehen ist, und an der Wand dieses Kanals festgeklebt oder in sonstiger Weise befestigt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen

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Fluiden zur Verfügung gestellt, und zwar insbesondere ein Verfahren zum Messen der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen, welches mittels der Einrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann, und dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man zunächst die anfängliche mittlere Zeitdauer des Ausfließens des
Lösungsmittels (physiologisches Serum, Plasma oder analoges Lösungsmittel) bestimmt, daß man danach die anfängliche mittlere Zeitdauer des Ausfließens eines Volumens der zu untersuchenden Suspension gegebener Konzentration bestimmt, und daß man die Filtrierbarkeit unter Anwendung
der nachstehenden Gleichung (9) bestimmt:

^Jf -

f - ts χ H

worin die einzelnen Formelzeichen folgendes bedeuten:

I.p = Filtrierbarkeitskennwert

ts = mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließens des
Lösungsmittels,

tg = mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließens der
zu untersuchenden Suspension der Körperchen, insbesondere der roten Blutkörperchen, und

H = volumetrische Konzentration (V/V) der Körperchen,

insbesondere der roten Blutkörperchen, in der Suspension, insbesondere in der hämatologischen bzw. hämatokritischen Suspension.

Außer, den vorstehenden Einrichtungen umfaßt die Erfindung noch andere Einrichtungen, die sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergeben.

Die nachfolgende weitere Beschreibung, die zum besseren
Verständnis der Erfindung dient, bezieht sich auf Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.

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sowie auf ein Beispiel der Messung der Verformbarkeit der roten Blutkörperchen.

Die nachstehend beschriebenen und in den Figuren der Zeichnung dargestellten Einrichtungen sowie das Beispiel einer Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind nur zur Erläuterung sowie zur Beschreibung bevorzugter Ausführungen gegeben, stellen jedoch keine Beschränkung der Erfindung dar.

Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, mit der· :. rheologische Eigenschaften von biologischen Fluiden bestimmt werden können und mit der insbesondere die Verformbarkeit der roten Blutkörperchen durch Filtrierung gemessen werden kann, sei nachstehend anhand einiger in den Fig. 1 bis 6c der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 eine schematische Darstellung der drei Hauptteile einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung, nämlich des oberen Blocks, des unteren Blocks und der Einrichtung zur Steuerung des Drucks;

Fig. 4 und 5 die bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung in Vorderansicht, und zwar in geöffneter Position, in der die beiden Blöcke getrennt sind (Fig. 4) und in geschlossener Position, in der sie gebrauchsfertig ist (Fig. 5); und

Fig. 6 drei verschiedene Abwandlungsformen der Tropfenziehstange.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den oberen Block 1,

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der aus transparentem Kunststoff besteht und in dessen Zentrum bzw. Mittelteil sich die Kapillare 2 befindet, deren erweiterter unterer Teil 3 mit einer ringförmigen Dichtung 4 versehen ist, die sich gegen die Filtriermembrane und den unteren Block anlegt. Führungsstangen 6 sind im unteren, erweiterten Teil 5 des oberen Blocks 1 verschiebbar, und dieser erweiterte Teil 5 umfaßt zwei Löcher 7, in denen Haken des oberen Endes von Haltefedern angeordnet werden können. Niveaudetektoren 8 und 9 sind in dem oberen Teil des oberen Blocks 1 angeordnet; mit 8a und 9a sind Lichtstrahler bezeichnet, während 8b und 9b Empfänger für das ausgestrahlte Licht sind (Dioden oder optische Fasern). Der Abstand zwischen dem oberen Lichtdetektor und dem unteren Lichtdetektor variiert zwischen 1 und 2o mm, und er ist eine Funktion der Viskosität der zu filtrierenden Flüssigkeit, der Dimensionen der Niveaudetektoren und der Auflösung des Zeitmessers.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den unteren Block 1o aus transparentem Kunststoff, der einen mittigen Kanal 11 hat, welcher einerseits mit einem Abfluß 12 und andererseits mit einem Drucksteuerkreis 13 verbunden ist. Eine Tropfenziehstange 14 ist in der Mitte des Kanals angeordnet und am unteren Block mittels eines Abdichtungsorgans

15 befestigt. Eine Filtriermembrane .16 und eine Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier, die unter der Filtriermembrane

16 vorgesehen ist, sind über dem Kanal 11 angeordnet, der eine leichte Verengung 18 aufweist. Zwei Haltefedern 19 sind am unteren Teil des unteren Blocks Io befestigt und an ihren freien Enden mit zwei Haken versehen, nämlich dem Haken 2o, der in dem Loch 7 angeordnet wird, das zu diesem Zweck im oberen Block 1 vorgesehen ist, und dem Greif- bzw. Griffhaken 21. Die beiden Führungsstangen 6 sind beiderseits des mittigen Kanals 11 angeordnet und ermöglichen eine Längsverschiebung des unteren Blocks 1o,

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derart, daß er an den oberen, ortsfesten Block 1, der fest mit dem Gestell 31 verbunden ist, angenähert oder davon entfernt werden kann.

Die Fig. 3 zeigt schematisch die Drucksteuereinrichtungi13. Sie besteht im wesentlichen aus einem Dreiwegeventil 22, das entweder mit dem Kreis bzw. der Leitung 26 "Messen" verbunden werden kann, oder über einen Ballastbehälter und ein Ventil 24 mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung bzw. einer Spritze bzw. Injektionsspritze 25 (von 2 bis 5o ml Fassungsvermögen). Mittels dieser Xnjektionsspritze 25 wird in der Einrichtung ein Überdruck erzeugt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Injektionsspritze beispielsweise durch eine Birne bzw. eine zusammendrückbare Birne ersetzt werden kann, oder auch einfach durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter, der hochgehoben bzw. erhöht angeordnet werden kann.

Die elektronische Schaltung, welche den für die Messung verwendeten Zeitmesser mit dem Ausgang "Messen" 26 des Ventils 22 sowie mit den beiden Niveaudetektoren 8 und 9 verbindet, ist in den .Figuren nicht dargestellt.

In Fig. 4 ist die Einrichtung nach der Erfindung in Vorderansicht dargestellt, und zwar im geöffneten Zustand, in dem die beiden Federn 19 auf der Basis des Gestells 31 liegen und die beiden Blöcke 1 und 1o getrennt sind. Der Block 1 ist ortsfest und mit dem Gestell 31 fest verbunden, während der Block 1o längs der Führungsstangen 6 gleiten kann; diese Führungsstangen sind in zwei Öffnungen gehaltert, die in der Basis des Gestells 31 vorgesehen sind. Der Block 1o ruht in der geöffneten Position der Einrichtung auf zwei Tragfedern 27. In Fig. 4 ist eine Art des Anordnens der Filtriermembrane 16 über bzw. auf dem unteren Block 1o veranschaulicht. Der erweiterte

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Teil 3 der Kapillare 2 legt sich im Augenblick des Schließens der Einrichtung gegen die Fxltriermembrane 16 an.

Die Fig. 5 zeigt die Einrichtung gemäß der Erfindung gebrauchsfertig in geschlossenem Zustand. Die beiden Federn 19 sind gespannt, wobei jeder Haken 2o in dem entsprechenden Loch 7 angeordnet ist, und die beiden Blöcke 1 und liegen aneinander an.

In Fig. 6 sind drei Abwandlungen von Tropfenziehstangen dargestellt, auf die jedoch die Ausführung der Tropfenziehstange nicht beschränkt ist.

Die Fig. 6a zeigt eine Stange 14 aus rostfreiem Stahl, die in einer Schrägfläche bzw. einer durch Abschrägungen gebildeten oberen Kante ausläuft, auf der rittlings eine Zunge bzw. Lasche 28 aus Filterpapier angeordnet ist. Die Fig. 6b zeigt eine Stange 14 in der Form eines zylindrischen Rohrs, das mit Löchern 29 versehen ist, die mit hydrophilen Fasern gefüllt sind. Die Fig. 6c zeigt eine Stange 14 aus Glas, die in einem erweiterten Teil 3o endet, der im wesentlichen eiförmig ist und gegen die Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier, die unter der Fxltriermembrane 16 angeordnet ist, zur Anlage gebracht wird. Selbstverständlich sind auch noch andere Formen möglich.

Nachstehend sei nun ein Beispiel einer Messung der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gegeben, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

I. Beispiel der Bestimmung der Filtrierbarkeit von roten Blutkörperchen

Im geöffneten Zustand der Einrichtung, in dem die beiden

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Blöcke 1 und Ίο voneinander getrennt sind, legt man eine kleine Zunge 28 aus i'i, terpap_er (4 nun Breite und 7 cm Länge) rittlings auf das obere Ende der Tropfenziehstange 14. Diese Zunge aus Filterpapier wird vorher mit dem Lö- . sungsmittel (beispielsweise pyhsiologisches Serum mit ei-' nem pH-Wert von 7,4) befeuchtet. Dann ordnet man eine Unterlegscheibe 17 aus Filterpapier mit einem Durchmesser von 2o mm (ebenfalls mit pyhsiologischem Serum befeuchtet) über dem mittigen Hohlraum 11 an, und dann über dieser Unterlegscheibe 17 die Filtriermembrane 16.(vom Typ "Nuclepore" mit einem Durchmesser von 13 mm, wobei der Porendurchmesser dieser Membrane 5.u beträgt). Dann läßt man den unteren Block 1o längs den Führungsstangen 6 gleiten, und danach werden die beiden Blöcke miteinander vereinigt und mit Hilfe der Federn 19 geschlossen bzw. in geschlossenem Zustand gehalten. Dann wird die Kapillare 2 (von 2,5 mm Durchmesser und 6 cm Länge) mit dem gleichen für die Messung vorgesehenen Lösungsmittel (pyhsiologisches Serum mit einem pH-Wert von.7,4) gefüllt, das man frei ausfließen läßt, um die Leitungen und die Membrane durchzuspülen. Danach schließt man das Absperrventil in der Auslaßleitung 12, und stellt das Dreiwegeventil nach dem Ballastbehälter für den Überdruck ein, und man erzeugt mittels der Injektionsspritze 25 einen Überdruck von ungefähr 8 cm Wassersäule. Daraufhin füllt man die Kapillare mit dem gleichen für die Messung bestimmten Lösungsmittel in der Weise, daß das Niveau des Lösungsmittels ungefähr 5 mm über dem oberen Niveaudetektor 8 ist. Dann stellt man das Dreiwegeventil 22 nach dem Kreis bzw. der Leitung 26 "Messen" ein. Der zur Messung vorgesehene Zeitmesser (der elektronisch verbunden bzw. geschaltet ist) stellt sich automatisch auf die Position Null. Die Flüssigkeit beginnt auszufließen: sobald das Niveau der Flüssigkeit den oberen Detektor 8 erreicht, beginnt der elektronisch mit dem Empfänger 8b verbundene Zeitmesser zu laufen. Der Zeitmesser

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stoppt, sobald das Niveau der Flüssigkeit den unteren Detektor 9 erreicht, der in einem Abstand von 8 mm vom Detektor 8 vorgesehen ist. Dann wird das Ausfließen gestoppt, indem das Dreiwegeventil 22 erneut zum Ballastbehälter für den Überdruck hin verstellt wird. Die vom Zeitmesser angezeigte Zeitdauer wird notiert, und die Kapillare 2 wird mit dem gleichen zur Messung vorgesehenen Lösungsmittel erneut gefüllt, und es wird der gleiche Vorgang fünf aufeinanderfolgende Male durchgeführt, wobei man jedesmal die Zeitdauer des AusfHeßens notiert. Die vom Zeitmesser angezeigten Zeitdauern waren die folgenden:

Erste Messung: o,69 Sekunden

Zweite Messung: o,52 Sekunden

Dritte Messung: o,42 Sekunden

Vierte Messung: o,42 Sekunden

Fünfte Messung: o,42 Sekunden.

Die anfängliche Zeitdauer ts des Ausfließens des Lösungsmittels beträgt o,42 Sekunden.

Nun läßt man die Kapillare und den unteren Block vollständig auslaufen, ohne daß man die Einrichtung öffnet und ohne daß man die Membrane und das Filterpapier austauscht, und man beginnt von neuem die gleichen Tätigkeiten, wobei jedoch das für die Messung vorgesehene Lösungsmittel durch eine Suspension roter Blutkörperchen von 8 % (Vol/Vol) in dem gleichen Lösungsmittel (physiologisches Serum mit pH = 7,4) ersetzt ist. Es wird dreimal hintereinander filtriert, und die drei vom Zeitmesser angezeigten Zeitdauern werden.notiert.

Erste Messung: o,83 Sekunden Zweite Messung: o,85 Sekunden Dritte Messung: o,87 Sekunden.

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Die anfängliche Zeit tg des Ausfließens der Suspension roter Blutkörperchen ist gleich ο,85 Sekunden.

Die Filtrierbarkeitskennziffer ist gleich

I* = x 1oo = 12. r ts · a

Wenn die Messung beendet ist, saugt man den Rest der in der Kapillare enthaltenen Suspension mit Hilfe einer Injektionsspritze ab und öffnet die Einrichtung, die man sorgfältig durchspült, währendmandie Filtriermembrane zum Zwecke der Wiederverwendung in einer Chromschwefelsäure-Mischung wäscht. · ·

II. Beispiel der Messung der Filtrierbarkeit der roten Blutkörperchen eines Diabetikers

Man verfährt genauso, wie im Beispiel I beschrieben. Man findet ts = ο,35

tg = o,98 und

I_f =22,5

Wie man aus der vorstehenden Beschreibung ersieht, werden mit der Erfindung, wie auch immer die angenommenen Arten der Durchführung, der Ausführungsformen und der Anwendungen sein mögen, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der rheologischen Eigenschaften von biologischen Fluiden zur Verfügung gestellt, die gegenüber den Einrichtungen und Verfahren, wie sie nach dem. Stande der Technik zu demselben Zweck vorgesehen sind, wesentliche Vorteile haben, und zwar insbesondere den Vorteil, daß eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Messungen sichergestellt wird, sowie den Vorteil einer großen Einfachheit der Funktionsweise, und den Vorteil, daß man eine Einrichtung zur Verfügung hat, deren Kosten relativ niedrig sind und die

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es ermöglicht, Messungen zu Kosten durchzuführen, die verhältnismäßig niedrig sind.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend genauer beschriebenen Durchführungsarten, Ausführungsformen und Anwendungen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfältiger Weise mit Erfolg verwirklichen.

Kurz zusammengefaßt.betrifft die Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der rheologischen Eigenschaften von biologischen Fluiden. Die Einrichtung umfaßt einen oberen, ersten transparenten Block, der in seinem Zentrum eine Kapillare enthält, deren Innendurchmesser zwischen 1 und To mm beträgt, wobei dieser Block mit zwei Niveaudetektoren versehen ist; einen unteren, zweiten transparenten Block, der mit einem mittigen Kanal versehen ist, welcher der Kapillare des oberen Blocks zugewandt ist und in dessen Innerem eine Tropfenzieheinrichtung untergebracht ist, wobei dieser Kanal einerseits mit einer Entleerungsleitung bzw. einem Entleerungskreis und andererseits mit einer Druckregulierleitung bzw. einem Druckregulierkreis verbunden ist; eine Filtriermembrane, die zwischen den beiden Blöcken angeordnet ist; und ein Einrichtungshaltegestell.

Die Erfindung ist insbesondere zur Bestimmung der Deformierbarkeit von roten Blutkörperchen anwendbar.

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BAD

Claims

KRAUS & WEiSERT 3030356

PAT ENTAN WÄ LTE

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR. WALTER KRAUS D I PLO M C H EM I K ER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DlPL-ING. FACHRICHTUNG CHl Mir IRMGARDSTRASSE 15 · D-8O00 MÜNCHEN 71 · TELEFON 069/7Θ7Ο77-79707Β · TELEX O5-2131bli k|ini <l

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2669 JS/BR

MAXIME FRANCOIS HANSS F-9547O Survilliers

Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen Theologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden

PATENTANSPRÜCHE

1y Einrichtung zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, insbesondere der Verformbarkeit von roten Blutkörperchen, dadurch gekennzeichnet , daß sie die folgende Kombination umfaßt: einen ersten, oberen transparenten Block (1), der in seinem Zentrum eine Kapillare (2) enthält, deren Innendurchmesser zwischen 1 und 1o mm beträgt, wobei dieser Block (1) mit zwei Niveaudetektoren (8, 9) versehen ist; einen zweiten, unteren transparenten Block (1o), der mit einem mittigen Kanal (11) versehen ist, welcher der Kapillare (2) des oberen Blocks (1) gegenüberliegt bzw. zugekehrt ist und in dessen Innerem eine Tropfenzieheinrichtung (14) angeordnet ist und der weiter einerseits mit einem Auslaßkreis bzw. einer Auslaßleitung (12) sowie andererseits mit einem Druckregelkreis

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bzw. einer Druckregelleitung (13) verbunden ist; eine zwischen den beiden Blöcken (1, 1o) angeordnete Filtriermembrane (16) ; und ein Haltegestell der Einrichtung.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Filtriermembran (16) auf einem Filterpapier (17) ruht, dessen Durchmesser etwas bzw. ein wenig größer als derjenige der Filtriermembran (16) ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Niveaudetektoren (8, 9) übereinander angeordnet sind und der Abstand zwischen beiden etwa 1 bis 2o mm beträgt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveaudetektoren (8, 9) optische Detektoren sind, die einen Lichtstrahler (8a, 9a) und einen Lichtempfänger (8b, 9b) , insbesondere eine Photodiode oder einen Phototransistor, umfassen.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als optische Detektoren ausgebildeten Niveaudetektoren (8, 9) je eine optische Faser, die mit einer Lichtquelle verbunden ist, und eine optische Faser, die mit einem Lichtempfänger, insbesondere einer Photodiode oder einem Phototransistor, verbunden ist, umfassen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Niveaudetektoren (8, 9) elektronisch mit einem Zeitmesser zum Messen der Filtrierzeit derart verbunden sind, daß der Zeitmesser durch den oberen Niveaudetektor (8) in

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Gang gesetzt und durch den unteren Niveaudetektor (9) angehalten wird.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Block (1o) bewegbar und längs zweier Führungsstangen (6) verschiebbar ist, die beiderseits des mittigen Hohlraums bzw. Kanals (11) angeordnet sind, wobei diese Führungsstangen (6) einerseits auf bzw. in dem unteren Teil (5) des oberen Blocks (1), der fest mit dem Chassis (31) verbunden ist, gehaltert sind,, wobei dieser untere Teil (5) bezüglich des Körpers des oberen Blocks (1) erweitert ist, und wobei diese Führungsstangen (6) andererseits mit ihrem unteren Ende auf bzw. in dem Gestell (31) der Einrichtung gehaltert sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (3) der Kapillare (2) erweitert ist und einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich demjenigen des mittigen Hohlraums bzw. Kanals (11) bzw. von dessen der Kapillare (2) zugewandten Öffnung des unteren Blocks (1o) ist, und der etwas bzw. ein wenig kleiner als der Durchmesser der Filtriermembrane (16) ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, insbesondere nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeich net, daß der erweiterte Teil (3) der Kapillare (2) mit einer oder mehreren Dichtungen (4) zum Fest- bzw. Gegenbzw. Niederhalten der Filtriermembrane (16) versehen ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die obere Fläche des unteren Blocks (1o) mit einer Dichtung zum Fest- bzw. Ge-

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gen- bzw. Niederhalten der Filtriermembrane (16) versehen ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federn (19) mit je einem ihrer Enden am unteren Block (1o) befestigt sind, und daß das jeweils andere Ende dieser beiden Federn (19) in einem Haken (2o) ausläuft, die in zwei kleinen Hakenhaltern (7), insbesondere zwei kleinen Ausbzw. Einschnitten, Löchern, Schlitzen o. dgl. oder Aussparungen, Nuten o. dgl., und zwar einer pro Feder (19), welche zu diesem Zweck in bzw. auf dem erweiterten unteren Teil (5) des oberen Blocks (1) vorgesehen sind, angeordnet bzw. eingehakt werden können.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfenzieheinrichtung (14) eine Stange aus Glas, Kunststoff, Metall o. dgl. umfaßt, die fest mit dem unteren Block (1o) verbunden und auf dem Boden dieses unteren Blocks (1o) mittels einer Dichtung (15) und/oder einem Ring aus elastischem und dichtem Material befestigt ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Tropfenziehstange (14) auf ihrem oberen Teil, der in Kontakt mit der Filtriermembrane (16) ist, mit einer Zunge bzw. Lasche (28) aus Filterpapier, die rittlings auf dem Ende dieser Tropfenziehstange (14) sitzt, bedeckt ist.
14. · Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Tropfenziehstange von einem Zylinder gebildet ist, in dem seitlich mehrere bzw. zahlreiche Löcher (29) vorgesehen, insbesondere ein- bzw. durchgebohrt, sind, welche mit einem wasseraufsaugen-

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den bzw. -anziehenden bzw. hydrophilen Material ausgefüllt sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksteuer- bzw. -regulierkreis (13) ein Dreiwegeventil (22), insbesondere einen Dreiwegehahn, sowie einen Ballastbehälter (23), dessen Fassungsvermögen zwischen o,1 und 5 1 beträgt, und eine an den Kreis (13) angeschlossene Einrichtung zum Erzeugen eines Überdrucks in dem Ballastbehälter (23), insbesondere eine Spritze, Injektionsspritze, Zylinder-Kolben-Anordnung einer Injektionsspritze, eine Birne, eine elastisch zusammendrückbare Birne o. dgl., umfaßt.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksteuer- bzw. -regulierkreis (13) einen überdruckkreis nach Anspruch 15 aufweist sowie einen Unterdruckkreis, der einen Ballastbehälter von o,1 bis 5 1 und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks, insbesondere eine Spritze, eine Injektionsspritze, eine Kolben-Zylinder-Anordnung einer Injektionsspritze, eine Birne, eine elastisch zusammendrückbare Birne, eine Unterdruck- bzw. Vakuumpumpe o. dgl., umfaßt.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Kreis (13) für den Überdruck durch ein einfaches, nach der Atmosphäre hin geöffnetes Rohr ersetzt ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, insbesondere nach den Ansprüchen 1, 15, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Umstellung des Dreiwegeventils (22) zum Kreis "Messen" elektronisch mit dem Zeitmesser zum Berechnen bzw. Anzeigen

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der Filtrierzeit derart verbunden ist, daß letzterer automatisch auf Null zurückgestellt wird.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zentrum des oberen Blocks (1) befindliche Kapillare (2) einen integralen Teil der Masse dieses oberen Blocks (1) bildet und bei der Herstellung ausgebildet wird.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zentrum des oberen Blocks (1) befindliche Kapillare (2) in einen größeren Kanal einführbar ist, der zu diesem Zweck vorgesehen ist, und daß sie an der Wand dieses Kanals anklebbar ist oder daß sie in sonstiger Weise in diesem Kanal anbringbar ist.
21. Verfahren zum Bestimmen rheologischer Eigenschaften von biologischen Fluiden, insbesondere Verfahren zum Messen der Fxltrierbarkeit von roten Blutkörperchen, mittels der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst die mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließeris des Lösungsmittels, insbesondere eine physiologischen Serums, eines Plasmas o. dgl., bestimmt, daß man danach die mittlere anfängliche Zeit des Ausfließens eines Volumens einer zu untersuchenden Suspension gegebener Konzentration bestimmt, und daß man den Filtrierbarkeitskennwert nach der nachstehenden Formel bestimmt:

τ = tg - ts
f ts χ Η

worin die einzelnen Formelzeichen folgende Bedeutung haben:
I_f: Filtrierbarkeitskennwert

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ts: mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließens des Lösungsmittels,

tg: mittlere anfängliche Zeitdauer des Ausfließens der zu untersuchenden Suspension der Körperchen, insbesondere der roten Blutkörperchen, und

H: volumetrische Konzentration (V/V) der Körperchen, insbesondere der roten Blutkörperchen, in der Suspension, insbesondere in der hämatologischen bzw. hämatokritischen Suspension.

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