DE4028311C1 - Extracorporal blood carbon di:oxide removal arrangement - has feeder line connected to infusion device via which acidic infusion soln. is delivered - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Entfernen von CO₂ aus einem extracorporalen Blutkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der Deutschen Medizinischen Wochenschrift Nr. 17, 110. Jahrgang (1985), S. 663-664 bekannt ist.The invention relates to a device for Removal of CO₂ from an extracorporeal blood circulation according to the generic term of claim 1, as from the German Medical Weekly No. 17, 110th year (1985), pp. 663-664 is known.
In der natürlichen Lunge diffundiert Sauerstoff ins Blut, um die Körperorgane mit Sauerstoff zu versorgen; umgekehrt diffundiert das durch den Stoffwechsel entstehende Kohlendioxid aus dem Blut in den alveolären Gasraum und wird konvektiv durch die Ventilationsbewegung aus dem Körper eliminiert.Oxygen diffuses into the natural lungs Blood to oxygenate the body organs supply; conversely, that diffuses through the Metabolism creates carbon dioxide from the blood into the alveolar gas space and is convectively through the ventilation movement is eliminated from the body.
Die Funktion der Lunge - Entfernen von CO2 aus dem Blut und Beladung mit O2 zum Transport zum Körpergewebe - kann durch künstliche extrakorporale Module übernommen werden, wenn die gesunde Lunge gewollt stillgelegt wird oder die unreife oder geschädigte Lunge Unterstützung benötigt.The function of the lungs - removing CO 2 from the blood and loading it with O 2 for transport to the body tissue - can be taken over by artificial extracorporeal modules if the healthy lung is intentionally shut down or the immature or damaged lung needs support.
Bei der Operation am offenen Herzen mittels einer Herz-Lungen-Maschine versiegt mit der Stillegung des Herzens der Blutfluß durch die Lunge; das gesamte zuvor vom Herzen geförderte Volumen - Herz-Zeit-Volumen (HZV) - muß durch einen künstlichen Kreislauf zum Gasaustauscher und zurück in den Körper gepumpt werden. Der gesamte Gasaustausch - Oxigenierung und CO2-Entfernung - muß in diesem Modul (Oxigenator) stattfinden. In open heart surgery using a heart-lung machine, the heart's blood flow dries up through the lungs; the entire volume previously supported by the heart - cardiac output (HZV) - must be pumped through an artificial circuit to the gas exchanger and back into the body. The entire gas exchange - oxygenation and CO 2 removal - must take place in this module (oxygenator).
Bei kranker Lunge kann ebenfalls der gesamte Gasaustausch im extracorporalen Kreislauf stattfinden, wie die klinischen Erfahrungen mit der extracorporalen Membranoxigenierung zeigen. Es ist aber möglich und vorteilhaft, sich auf die Entfernung des Kohlendioxid im Modul zu konzentrieren - extracorporale CO2-Entfernung (ECCO2R).In the case of a sick lung, the entire gas exchange can also take place in the extracorporeal circuit, as clinical experience with extracorporeal membrane oxygenation shows. However, it is possible and advantageous to concentrate on the removal of carbon dioxide in the module - extracorporeal CO 2 removal (ECCO 2 R).
Nur ein Teilstrom - maximal 40% des Herzminutenvolumens - reicht aus, um die gesamte CO2-Entfernung im Modul vornehmen zu können. Die im Modul mögliche Oxigenierung wird bei künstlicher Beatmung durch die Restfunktion der Lunge komplementiert oder aber der Modul dient ausschließlich der CO2-Entfernung und die gesamte Oxigenierung erfolgt über die Lunge. Dies ist möglich, weil zum einen das Herz den Blutstrom durch die Lunge aufrechterhält, zum anderen, weil wegen der größeren Effektivität des Sauerstofftransportes ins Blut auch eine Teilfunktion der Lunge für die vollständige Versorgung des Organismus mit Sauerstoff ausreicht (apnoische oder Diffusionsoxigenierung).Only a partial flow - a maximum of 40% of the cardiac output - is sufficient to be able to carry out the entire CO 2 removal in the module. The possible oxygenation in the module is complemented by the remaining function of the lungs in the case of artificial ventilation, or the module is used only for CO 2 removal and the entire oxygenation takes place via the lungs. This is possible because, on the one hand, the heart maintains the blood flow through the lungs, and on the other hand, because the greater effectiveness of oxygen transport into the blood, a partial function of the lungs is also sufficient for the complete supply of oxygen to the organism (apnotic or diffusional oxygenation).
ECCO2R ist ein bekanntes und klinisch bereits erfolgreich eingesetztes Verfahren und weist gegenüber ECMO (extracorporal membrane lung oxigenation) folgende Vorteile auf (vgl. auch die eingangs zitierte Zeitschrift):ECCO 2 R is a well-known and clinically successful method and has the following advantages over ECMO (extracorporal membrane lung oxygenation) (see also the journal cited at the beginning):
- - Die Kanülierung einer Teilmenge des HZV in den extracorporalen Kreislauf (partieller Bypass) ist bedeutend einfacher zu bewerkstelligen als des gesamten HZV (kompletter Bypass). - Cannulation of a subset of the HZV in the extracorporeal circulation (partial bypass) is much easier to do than of the entire HZV (complete bypass).
- - Die Einwirkung des körperfremden Materials der Schläuche und des Moduls auf das Blut und damit Blutaktivierung und Gerinnselbildung werden verringert, da ihm nur ein Teil des Blutes ausgesetzt ist.- The influence of the foreign material of the Tubing and the module on the blood and thus Blood activation and clot formation will occur decreased because only part of his blood is exposed.
- - Es ist möglich, den extracorporalen Kreislauf kleiner auszuführen, womit er nicht nur kostenmäßig, sondern auch bezüglich der Einwirkung auf das durchfließende Blut günstiger ausfällt.- It is possible the extracorporeal circulation smaller, with which he not only in terms of cost, but also in terms of Effect on the blood flowing through more favorable fails.
- - Die globale Schädigung des Blutes durch die Pumpe im extracorporalen Kreislauf - Hämolyse - ist geringer als bei der Förderung des gesamten Herzminutenvolumens durch den künstlichen Kreislauf.- The global damage to the blood from the Pump in the extracorporeal circuit - hemolysis - is less than promoting the whole Cardiac output by the artificial Circulation.
- - Ein partieller Bypass ist gegenüber einem kompletten Bypass sicherer, falls der extracorporale Kreislauf aus technischen Gründen ausfällt.- A partial bypass is against one complete bypass safer if the extracorporeal circulation for technical reasons fails.
Aus den aufgeführten Gründen wird ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, den durch den künstlichen Kreislauf und den Austauschmodul zu fördernden Blutstrom gering zu halten. Dies kann bei Aufrechthaltung der notwendigen Eliminationsmenge dadurch erreicht werden, daß beim ECCO₂R-Verfahren die CO2-Eliminationsrate pro Volumeneinheit erhöht wird.For the reasons given, it can be seen that it is advantageous to keep the blood flow to be promoted by the artificial circuit and the exchange module low. This can be achieved by maintaining the necessary amount of elimination by increasing the CO 2 elimination rate per unit volume in the ECCO₂R process.
Die Effizienz derartiger Membranoxigenatoren bezüglich der CO2-Entfernung ist jedoch durch die beginnende Alkalose limitiert. Wenn nämlich zuviel CO2 entfernt wird, kommt es zu einer Verschiebung des Gleichgewichts der Kohlensäure (CO2+H2O) und ihrem Salz (Bicarbonat), mit der Folge, daß der pH-Wert ansteigt. Einem solchen Anstieg in den alkalischen Bereich sind jedoch Grenzen gesetzt, wobei von einer maximal zulässigen Grenze des pH-Werts von 7,8 auszugehen ist. Infolgedessen ist die CO2-Elimination stark eingeschränkt und hängt im übrigen noch von dem Ausgangs-pH-Wert des zu reinigenden Bluts ab.However, the efficiency of such membrane oxygenators with regard to CO 2 removal is limited by the beginning of alkalosis. If too much CO 2 is removed, the balance of carbonic acid (CO 2 + H 2 O) and its salt (bicarbonate) is shifted, with the result that the pH increases. However, there are limits to such an increase in the alkaline range, with a maximum permissible pH limit of 7.8 being assumed. As a result, the CO 2 elimination is severely limited and depends on the initial pH of the blood to be purified.
Die Beeinflussung des pH-Wertes von Blut oder Plasma bei in vitro-Untersuchungen durch Zugabe von Säuren oder Puffersubstanzen ist an sich bekannt. Aus der DE 34 22 407 A1 ist beispielsweise die Ausfällung von Lipoproteinen mittels Säure zu entnehmen, ohne daß jedoch auf die Entfernung von CO2 Bezug genommen worden ist.The influencing of the pH value of blood or plasma in in vitro investigations by adding acids or buffer substances is known per se. DE 34 22 407 A1, for example, shows the precipitation of lipoproteins using acid, but without reference to the removal of CO 2 .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß mit ihr eine erhöhte CO2-Entfernung möglich ist, ohne daß der kritische pH-Wert von 7,8 überschritten wird.The invention is therefore based on the object of improving the device mentioned at the outset such that an increased CO 2 removal is possible with it without the critical pH value of 7.8 being exceeded.
Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with the device according to claim 1.
Damit ist es möglich, durch Verschiebung des pH-Werts in den sauren Bereich infolge der Zuführung einer sauren Infusionslösung wesentlich mehr CO2 aus Blut in der Austauschvorrichtung zu entfernen. Dabei macht man sich des Gleichgewichts zwischen der Kohlensäure, die in CO2 und Wasser zerfällt, und ihrem Bicarbonatanion zunutze, das durch Zugabe von Säure auf die Seite der Kohlensäure und damit des CO2 verschoben wird. Insofern wird erfindungsgemäß der Bicarbonatpool als wichtigstes CO2-Reservoir nutzbar gemacht. Somit gelingt es, durch Erweiterung der pH-Spanne und damit der Erhöhung des Partialdrucks pCO2 wesentlich mehr CO2 zu entfernen, als dies bei der bisher üblichen ECCO₂R-Methode möglich war. It is thus possible to remove significantly more CO 2 from blood in the exchange device by shifting the pH value into the acidic range due to the supply of an acidic infusion solution. This takes advantage of the balance between carbonic acid, which breaks down into CO 2 and water, and its bicarbonate anion, which is shifted to the side of carbonic acid and thus CO 2 by adding acid. In this respect, the bicarbonate pool is made usable as the most important CO 2 reservoir. It is thus possible to remove significantly more CO 2 by expanding the pH range and thus increasing the partial pressure pCO 2 than was possible with the previously used ECCO₂R method.
Als saure Infusionslösung wird eine physiologisch verträgliche, vorteilhafterweise verstoffwechselbare Säure eingesetzt, beispielsweise Essigsäure, Milchsäure, Citronensäure oder dergleichen. Diese Säuren befinden sich in wäßriger Lösung, wobei deren Osmolarität üblicherweise nicht über 1000 mosm/l liegt. Des weiteren liegt der pH-Wert derartiger Lösungen aus physiologischen Gründen üblicherweise nicht unter 4, vorzugsweise zwischen 5 und 6. Die Lösungen selbst befinden sich in sterilisierten Behältern, wie Beuteln, Flaschen oder Spritzenbehältern.As an acidic infusion solution is a physiological tolerable, advantageously metabolizable Acid used, for example acetic acid, Lactic acid, citric acid or the like. These Acids are in aqueous solution, whereby whose osmolarity usually does not exceed 1000 mosm / l. Furthermore, the pH is such solutions for physiological reasons usually not below 4, preferably between 5 and 6. The solutions themselves are in sterilized containers, such as bags, bottles or Syringe containers.
Durch die Zuführung von saurer Lösung wird der physiologische pH-Wert des Bluts von ca. 7,4 in den sauren Bereich abgesenkt mit der Folge, daß hierdurch CO2 aus dem Bicarbonatpool freigesetzt wird und hierdurch der Partialdruck pCO2 im Blut ansteigt. Das derart mit CO2 angereicherte Blut strömt nun durch die Membrangasaustauschvorrichtung, bezeichnet als Membranoxigenator, in dem der Gasaustausch stattfindet. Aufgrund des pCO2-Überdrucks verläßt das überschüssige CO2 das Blut und diffundiert durch die Poren der Membran in die zweite, üblicherweise von Luft durchströmte Kammer und verläßt dann als Abgas den Oxigenator. Sofern die Strömungsrate des zugeführten Gases bekannt ist, läßt sich die Menge des abgerauchten CO2 am Ausgang des Oxigenators in einem CO2-Analysator bestimmen. Dieser Wert kann dann zur Regelung des pCO2-Werts des Bluts herangezogen werden.The addition of acidic solution lowers the physiological pH of the blood from approximately 7.4 to the acidic range, with the result that CO 2 is released from the bicarbonate pool and the partial pressure pCO 2 in the blood thereby increases. The blood enriched with CO 2 in this way now flows through the membrane gas exchange device, referred to as membrane oxygenator, in which the gas exchange takes place. Due to the pCO 2 overpressure, the excess CO 2 leaves the blood and diffuses through the pores of the membrane into the second chamber, which is usually flowed through by air, and then leaves the oxygen generator as exhaust gas. If the flow rate of the supplied gas is known, the amount of CO 2 smoked at the outlet of the oxygenator can be determined in a CO 2 analyzer. This value can then be used to regulate the pCO 2 value of the blood.
Vorteilhafterweise wird der Säure-Base-Status des Bluts stromauf und stromab des Oxigenators mit Hilfe von Probenahmestellen (sampling ports), die in den extracorporalen Blutkreislauf eingeschaltet sind, ermittelt. Hierdurch kann sichergestellt werden, daß sich die Blutwerte innerhalb zulässiger Grenzen (pH = ca. 6,9-7,8) bewegen, wobei diese wiederum zur Regelung des Infusionsflusses herangezogen werden können. Anstelle derartiger Probenahmestellen können auch Sensoren stromauf oder stromab in den extracorporalen Blutkreislauf eingeführt sein, mit denen eine in-line-Messung des pH-Werts oder des pCO2-Werts möglich ist. Diese Werte können unmittelbar an ein Steuergerät gegeben werden, das wiederum die Infusionsrate steuert.The acid-base status of the blood upstream and downstream of the oxygenator is advantageously determined with the aid of sampling points (sampling ports) which are connected to the extracorporeal blood circuit. This can ensure that the blood values are within permissible limits (pH = approx. 6.9-7.8), which in turn can be used to regulate the infusion flow. Instead of such sampling points, sensors can also be introduced upstream or downstream into the extracorporeal blood circuit, with which an in-line measurement of the pH value or the pCO 2 value is possible. These values can be sent directly to a control unit, which in turn controls the infusion rate.
Die Zuführung der schwachen organischen Säure ist dabei so vorzunehmen, daß keine Blutschädigung, insbesondere Hämolyse erfolgt. Dies kann etwa durch eine geeignet ausgeführte, großflächige Verteilung der Zugabe erreicht werden, beispielsweise in einer Mischkammer, in der die zugeführte Infusionsflüssigkeit intensiv mit Blut gemischt wird. Die entstehende metabolische Acidose wird durch Metabolisierung der organischen Säure ausgeglichen. Die Grenzen dieser Behandlungsmethode liegen dabei in der Metabolisierungsfähigkeit des Organismus hinsichtlich der zugeführten Säure. Hierbei kann auf die Daten der Hämodialyse oder chronisch ambulanten Peritonealdialyse zurückgegriffen werden, bei denen üblicherweise acetathaltige Dialysierflüssigkeiten zur Behandlung von Patienten eingesetzt werden.The supply of the weak organic acid is make sure that there is no blood damage, hemolysis in particular. This can be done by a suitably designed, large-area distribution the addition can be achieved, for example in a Mixing chamber in which the supplied Infusion liquid mixed intensively with blood becomes. The resulting metabolic acidosis will through metabolism of organic acid balanced. The limits of this treatment method lie in the metabolizability of the Organism with regard to the acid supplied. This can be based on the data of hemodialysis or chronic outpatient peritoneal dialysis to be resorted to, usually Dialysis fluids for treatment containing acetate used by patients.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below using a Embodiment explained in more detail. It shows
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Entfernen von CO2 aus einem extracorporalen Blutkreislauf und Fig. 1 shows schematically a first embodiment of a device for removing CO 2 from an extracorporeal blood circuit and
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Weise. Fig. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention in a schematic manner.
Gemäß Fig. 1 ist mit 10 eine Vorrichtung zum Entfernen von CO2 bezeichnet. Diese Vorrichtung 10 weist eine Austauschvorrichtung 12 für Gase auf, die durch eine mikroporöse Membran 14 in eine erste Kammer 16 und eine zweite Kammer 18 geteilt ist. Es lassen sich als Austauschvorrichtung 12 zunächst Membranoxigenatoren einsetzen, die eine geschlossene, jedoch für einige Gase durchlässige Oberfläche aufweisen. Das Blut tritt hier nicht in direkten Kontakt mit dem Gaskompartiment (zweite Kammer 18) des Oxigenators.Referring to FIG. 1, a device is referred to for the removal of CO 2 at 10. This device 10 has an exchange device 12 for gases, which is divided by a microporous membrane 14 into a first chamber 16 and a second chamber 18 . First, membrane oxygenators can be used as the exchange device 12 , which have a closed surface that is permeable to some gases. The blood does not come into direct contact with the gas compartment (second chamber 18 ) of the oxygenator.
Weiterhin können mikroporöse Flachmembran- oder Hohlfasermembranoxigenatoren eingesetzt werden, die an ihren Poren einen direkten Kontakt des Blutes mit der Gasphase herstellen, so daß ein Gasaustausch an diesen Kontaktflächen stattfindet. Vorteilhafterweise werden geschlossene Membranoxigenatoren eingesetzt, die eine ausreichende Langzeitstabilität aufweisen. Eine derartige Austauschvorrichtung 12 ist bekannt und wird üblicherweise als Oxigenator bei Herz-Lungen-Maschinen eingesetzt.Furthermore, microporous flat membrane or hollow fiber membrane oxygenators can be used, which produce a direct contact of the blood with the gas phase at their pores, so that a gas exchange takes place at these contact surfaces. Closed membrane oxygenators are advantageously used which have sufficient long-term stability. Such an exchange device 12 is known and is usually used as an oxygenator in heart-lung machines.
Die erste Kammer 16 ist mit Anschlüssen 20 und 22 versehen, wobei ein extracorporaler Blutkreislauf 24 durch die erste Kammer 16 gelegt ist. The first chamber 16 is provided with connections 20 and 22 , an extracorporeal blood circuit 24 being laid through the first chamber 16 .
Dieser extracorporale Blutkreislauf 24 besteht aus einem Schlauchsystem, das eine Zuführungsleitung 26 und eine Abflußleitung 28 aufweist. Die beiden Enden der Leitungen 26 und 28 sind jeweils mit Kathetern 30 und 32 versehen, die - wie bei der ECCO₂R-Methode üblich - an das Kreislaufsystem des Patienten angeschlossen werden können. Diese beiden Nadeln können auch zu einem einzigen Kathether (single needle) unter Ausbildung einer y-Form zusammengefaßt sein. In einem solchen Fall kann Blut dem Patienten nur diskontinuierlich entnommen bzw. zurückgegeben werden.This extracorporeal blood circuit 24 consists of a tube system which has a supply line 26 and a drain line 28 . The two ends of the lines 26 and 28 are each provided with catheters 30 and 32 which - as is customary with the ECCO₂R method - can be connected to the patient's circulatory system. These two needles can also be combined to form a single catheter (single needle) with the formation of a y-shape. In such a case, blood can only be withdrawn or returned to the patient discontinuously.
Die Zuführungsleitung 26 ist mit dem Anschluß 20 und die Abflußleitung 28 mit dem Anschluß 22 verbunden und bildet somit ein geschlossenes kreisförmiges System mit der ersten Kammer 16 der Austauschvorrichtung 12.The feed line 26 is connected to the connection 20 and the drain line 28 to the connection 22 and thus forms a closed circular system with the first chamber 16 of the exchange device 12 .
Stromauf der Austauschvorrichtung ist in die Zuführungsleitung 26 eine peristaltische Blutpumpe 34 eingeschaltet, die in ihrer Förderleistung variierbar sein kann.Upstream of the exchange device, a peristaltic blood pump 34 is switched into the feed line 26 , and its delivery rate can be varied.
Die Zuführungsleitung 26 weist weiterhin eine Abzweigung 36 auf, an die eine Infusionseinrichtung 38 angeschlossen ist. Diese Einrichtung 38 weist einen Behälter 40 auf, der mit Infusionslösung 42 gefüllt ist und von dem eine Verbindungsleitung 44 abgeht, die mit der Abzweigung 36 verbunden ist. Die Infusionseinrichung 38 weist weiterhin eine Fördereinrichtung 46 auf, die im Beispielsfalls als peristaltische Pumpe ausgebildet sein kann, sofern eine kontrollierte Zuführung der Infusionsflüssigkeit erfolgen soll. Sofern die Flüssigkeitsförderung per Schwerkraft erfolgt, kann die Fördereinrichtung 46 auch als variable Klemme ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung einer Pumpe, deren Förderrate variierbar ist.The feed line 26 also has a branch 36 , to which an infusion device 38 is connected. This device 38 has a container 40 which is filled with infusion solution 42 and from which a connecting line 44 leads, which is connected to the branch 36 . The infusion device 38 also has a conveying device 46 which, in the example, can be designed as a peristaltic pump if the infusion liquid is to be supplied in a controlled manner. If the liquid is conveyed by gravity, the conveying device 46 can also be designed as a variable clamp. However, it is preferred to use a pump whose delivery rate can be varied.
In der Abzweigungsleitung 36 kann weiterhin eine nicht gezeigte Mischeinrichtung vorgesehen sein, die eine innige Vermischung der beiden Flüssigkeiten Blut und Infusionslösung gewährleistet.In the branch line 36 , a mixing device (not shown) can also be provided, which ensures intimate mixing of the two liquids blood and infusion solution.
Stromab der Abzweigung 36 ist eine Probennahme- oder Sensoreinrichtung 48 vorgesehen, mit der entweder Proben aus dem zuführten Flüssigkeitsstrom abgezogen werden können oder aber Parameter (pH-Wert, pCO2-Wert) direkt mit Hilfe selektiver Sensoren ermittelt werden können.A sampling or sensor device 48 is provided downstream of the branch 36 , with which either samples can be taken from the supplied liquid flow or parameters (pH value, pCO 2 value) can be determined directly with the aid of selective sensors.
Eine weitere Probennahmestelle/Sensoranordnung 50 kann stromab der Austauschvorrichtung 12 in der Abflußleitung 28 vorgesehen sein. Sofern derartige Probennahmestellen 48 und 50 zum Einsatz kommen, sind diese über Leitungen 52, 54 mit einem Analysator 56 verbunden.A further sampling point / sensor arrangement 50 can be provided downstream of the exchange device 12 in the drain line 28 . If such sampling points 48 and 50 are used, they are connected to an analyzer 56 via lines 52 , 54 .
Die zweite Kammer 18 weist ebenfalls zwei Anschlüsse 60 und 62 auf, wobei der erste Anschluß 60 mit einer Luftzuführungsleitung 64 und der zweite Anschluß 62 mit einer Abzugsleitung 66 verbunden ist, über die die abgeförderten Gase in die Umwelt gelangen konnen.The second chamber 18 also has two connections 60 and 62 , the first connection 60 being connected to an air supply line 64 and the second connection 62 being connected to an exhaust line 66 , via which the discharged gases can get into the environment.
In die Luftzuführungsleitung 64 ist eine Gasförderpumpe 68 eingeschaltet, die in ihrer Förderleistung variierbar ist. Des weiteren kann stromab der Gasförderpumpe 68 ein Gasdurchflußmesser 70 angeordnet sein, mit dem die durchfließenden Gasmengen ermittelt werden können.A gas feed pump 68 is switched into the air supply line 64 and its delivery rate can be varied. Furthermore, a gas flow meter 70 can be arranged downstream of the gas feed pump 68 , with which the gas quantities flowing through can be determined.
Schließlich kann in der Abzugsleitung 66 ein Gasanalysator 72 vorgesehen sein, mit dem die Zusammensetzung der abgeförderten Gase und deren Menge ermittelt werden können.Finally, a gas analyzer 72 can be provided in the exhaust line 66 , with which the composition of the discharged gases and their quantity can be determined.
Weiterhin ist eine Steuer- und Regeleinheit 74 vorgesehen, die über die Steuerleitung 76 mit der Fördereinrichtung 46, die Steuerleitung 78 mit der Blutpumpe 34, die Steuerleitung 80 mit der Gasförderpumpe 68, die Datenleitung 82 mit dem Gasdurchflußmesser 70, die Datenleitung 84 mit dem Gasanalysator 72 und mit der Datenleitung 86 mit dem Analysator 56 verbunden ist.Furthermore, a control and regulating unit 74 is provided, which via the control line 76 with the delivery device 46 , the control line 78 with the blood pump 34 , the control line 80 with the gas delivery pump 68 , the data line 82 with the gas flow meter 70 , the data line 84 with the gas analyzer 72 and connected to the data line 86 with the analyzer 56 .
Schließlich ist eine Eingabeeinrichtung 88 vorgesehen, die über eine Dateneingabeleitung 90 mit der Einheit 74 verbunden ist und mit der beliebige Soll-Werte eingegeben werden können.Finally, an input device 88 is provided, which is connected to the unit 74 via a data input line 90 and with which any desired values can be input.
Die Vorrichtung 10 wird auf folgende Weise
betrieben:
Nach dem üblichen Anschluß des extracorporalen
Blutkreislaufs 24 an einen Patienten wird eine
vorgegebene Menge Blut aufgrund einer vorgegebenen
Geschwindigkeit der Blutpumpe 34 durch die
Austauschvorrichtung 12 gefördert. Mit Hilfe der
Fördereinrichtung 46 wird ebenfalls eine vorgegebene
Menge an saurer Infusionslösung der Abzweigung 36
zugefördert, wo eine innige Vermischung mit dem
zugeführten Blut stattfindet. An der
Probennahmestelle 48 kann dabei der sich im Blut
gebildete Gehalt an CO2 mit Hilfe des Analysators
56 gemessen werden, der über die Datenleitung 86 den
gemessenen Wert an die Steuer- und Regeleinheit 74
meldet, in dem gegebenenfalls eine Korrektur der
Fördergeschwindigkeiten der Pumpen 34 und 46
stattfinden kann. Das mit CO2 angereicherte Blut
fließt nun durch die Austauschvorrichtung 12, wobei
es an den Membranoberflächen zu einem Austausch der
Gase CO2 und Luft kommt. Die Luft wird dabei
vorzugsweise im Gegenstrom, wie in der Figur
gezeigt, mit Hilfe der Pumpe 68 in vorbestimmter
Menge der zweiten Kammer 18 zugeführt. Über den
Durchflußmesser 70 läßt sich dabei die pro
Zeiteinheit durch die zweite Kammer 18 geförderte
Luftmenge bestimmen, so daß nach dem Vermischen mit
dem ausgetriebenen CO2 die Konzentrationen
(Partialdrücke) von CO2 oder O2 in der
Gesamtgasmenge am Ausgang 62 mit Hilfe des
Gasanalysators 72 bestimmt werden können.The device 10 is operated in the following way:
After the usual connection of the extracorporeal blood circuit 24 to a patient, a predetermined amount of blood is conveyed through the exchange device 12 based on a predetermined speed of the blood pump 34 . With the aid of the conveying device 46 , a predetermined amount of acidic infusion solution is also conveyed to the branch 36 , where an intimate mixing with the supplied blood takes place. At the sampling point 48 , the CO 2 content formed in the blood can be measured with the aid of the analyzer 56 , which reports the measured value to the control and regulating unit 74 via the data line 86 , in which, if necessary, a correction of the delivery speeds of the pumps 34 and 46 can take place. The blood enriched with CO 2 now flows through the exchange device 12 , the gases CO 2 and air being exchanged on the membrane surfaces. The air is preferably supplied in counterflow, as shown in the figure, with the aid of the pump 68 in a predetermined amount to the second chamber 18 . Via the flow meter 70 , the amount of air conveyed through the second chamber 18 per unit of time can be determined, so that after mixing with the expelled CO 2, the concentrations (partial pressures) of CO 2 or O 2 in the total amount of gas at the outlet 62 with the aid of the gas analyzer 72 can be determined.
Übliche Fördergeschwindigkeiten für Blut durch die Austauschvorrichtung sind etwa 0,2-2 l/min, während die Luftförderrate erheblich höher liegt, beispielsweise um den Faktor 10 bis 20 über dem Blutfluß.Usual delivery speeds for blood through the Exchange device are about 0.2-2 l / min, while the air flow rate is significantly higher, for example by a factor of 10 to 20 above Blood flow.
Die Grenze dieser Behandlung stellt eine beginnende Azidose des Patienten durch Absenkung des pH-Werts bzw. Verringerung des Bicarbonatpools dar.The limit of this treatment is an beginning Acidosis of the patient by lowering the pH or reduction of the bicarbonate pool.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Dabei weist diese Ausführungsform 100 zunächst sämtliche Merkmale und Teile Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 auf, so daß in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Apparateteile eingesetzt worden sind. Zusätzlich zu der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung 100 stromauf der Abzweigung 36 eine weitere Austauschvorrichtung 102 mit einer Membran 104, einer ersten Kammer 106, einer zweiten Kammer 108, einem ersten Anschluß 110 für die erste Kammer 106 und einen zweiten Anschluß 112 auf, der dem ersten Anschluß 110 gegenüberliegt und benachbart zur Abzweigung 36 angeordnet ist. Dabei ist die Kammer 106 zusammen mit den Anschlüssen 110 und 112 in die Zuführungsleitung 26 für das Blut gelegt.In FIG. 2, a second embodiment of the device according to the invention is designated by reference number 100 . This embodiment 100 initially has all the features and parts of device 10 according to FIG. 1, so that the same reference numerals have been used in FIG. 2 for the same parts of the apparatus. In addition to the device 10 according to FIG. 1, the device 100 has a further exchange device 102 upstream of the branch 36 with a membrane 104 , a first chamber 106 , a second chamber 108 , a first connection 110 for the first chamber 106 and a second connection 112 on, which lies opposite the first connection 110 and is arranged adjacent to the branch 36 . The chamber 106 is placed together with the connections 110 and 112 in the supply line 26 for the blood.
Die zweite Kammer 108 weist ebenfalls einen Zuführungsstutzen 114 und einen Abführungsstutzen 116 auf, wobei der Zuführungsstutzen 114 über eine Gasleitung 116 mit der ersten Luftzuführungsleitung 64 stromab der Gasförderpumpe 68 in Strömungsverbindung steht. In diese Gasleitung 116 ist weiterhin ein Gasdurchflußmesser 118 eingeschaltet, mit dem die zugeführten Gasmengen bestimmt werden können.The second chamber 108 also has a supply connection 114 and a discharge connection 116 , the supply connection 114 being in flow connection with the first air supply line 64 downstream of the gas feed pump 68 via a gas line 116 . In this gas line 116 , a gas flow meter 118 is also connected, with which the gas quantities supplied can be determined.
Der Abführungsstutzen 116 ist über die Abgasleitung 120 mit dem Gasanalysator 72 verbunden, der über einen zweiten Eingang die Zusammensetzung des Abgases bestimmen kann und zweikanalig seinen Wert an die Steuer- und Regeleinheit 74 abgeben kann.The discharge nozzle 116 is connected via the exhaust gas line 120 to the gas analyzer 72 , which can determine the composition of the exhaust gas via a second input and can output its value to the control and regulating unit 74 via two channels.
Der Gasanschluß kann dabei in Serie oder parallel, vorzugsweise parallel erfolgen. Die Einleitstelle für die saure Infusionslösung an der Abzweigung 36 erfolgt vorteilhafterweise - wie in Fig. 2 gezeigt - zwischen den beiden Austauschvorrichtungen 12 und 102. Sie kann jedoch aber auch vor beiden Austauschvorrichtungen gelegen sein.The gas connection can be made in series or in parallel, preferably in parallel. The introduction point for the acidic infusion solution at branch 36 advantageously takes place - as shown in FIG. 2 - between the two exchange devices 12 and 102 . However, it can also be located in front of both exchange devices.
Die Vorrichtung 100 wird auf folgende Weise
betrieben:
Die im Blut stattfindende chemische Reaktion von
Bicarbonat zu Kohlendioxid ist vergleichsweise
langsam, so daß nach der Passage des Bluts durch die
Austauschvorrichtung 12 gemäß Fig. 1 in der Regel
noch erhebliche Mengen an Bicarbonat vorhanden sind,
die in Form des Kohlendioxids entfernt werden
könnten.The device 100 is operated in the following way:
The chemical reaction taking place in the blood from bicarbonate to carbon dioxide is comparatively slow, so that after the blood has passed through the exchange device 12 according to FIG. 1, there are generally still considerable amounts of bicarbonate which could be removed in the form of the carbon dioxide.
Zur Entfernung dieses überschüssigen Kohlendioxids ist die Vorrichtung gemäß 100 vorgesehen. Zunächst wird in der ersten Austauschvorrichtung 102 das Bicarbonat in Form des Kohlendioxids entfernt, wobei dem Blut Säure entzogen wird. Hierdurch steigt der pH-Wert an. Dieser gestiegene pH-Wert ausgangsseitig der ersten Austauschvorrichtung 102 gibt dann die Möglichkeit, zusätzliche Mengen an saurer Infusionslösung bei 36 dem Blut zuzufügen, ohne daß die untere physiologische Grenze des pH-Werts von 6,9 unterschritten werden muß. Die hierdurch zusätzlich mögliche Menge an Säure entspricht theoretisch genau der Säuremenge, die zuvor in der ersten Austauschvorrichtung 106 in Form von Kohlendioxid entfernt worden ist. Hierdurch kann letztlich auch eine größere Menge CO2 aus der gleichen Menge Blut entfernt werden oder es kann der extracorporale Blutfluß verringert werden, um gleiche Mengen an CO2 zu entfernen.The device according to FIG. 100 is provided to remove this excess carbon dioxide. First, the bicarbonate in the form of carbon dioxide is removed in the first exchange device 102 , acid being removed from the blood. This increases the pH. This increased pH value on the output side of the first exchange device 102 then gives the possibility of adding additional amounts of acidic infusion solution at 36 to the blood without having to drop below the lower physiological pH limit of 6.9. The additional amount of acid that is possible as a result corresponds theoretically exactly to the amount of acid that was previously removed in the first exchange device 106 in the form of carbon dioxide. As a result, a larger amount of CO 2 can ultimately be removed from the same amount of blood or the extracorporeal blood flow can be reduced in order to remove equal amounts of CO 2 .
Claims (8)
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