DE3207174A1

DE3207174A1 - Oxygenator zur sauerstoffanreicherung von blut

Info

Publication number: DE3207174A1
Application number: DE19823207174
Authority: DE
Inventors: Heinz-Gerhard Dipl.-Chem. Dr. 3402 Dransfeld Köhn
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1982-02-27
Filing date: 1982-02-27
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3207174C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Oxygenator zur Sauerstoffanreicherung von Blut mit einer gasdurchlässigen, selektiv permeablen und mikroporösen Membran als Gehäusetrennwand zwischen einem Blutkompartement und einem Sauerstoffkompartee ment.
Derartige Oxygenatoren dienen in der Medizintechnik beim Blutaustausch bzw. bei akuten Vergiftungen des Blutes mit Kohlendioxyd zur Anreicherung des Patientenblutes mit Sauerstoff. In Verbindung mit einer Herz-Lungen-Maschine dienen derartige Oxygenatoren ebenfalls zur Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff während bzw. nach der Operation einschließlich einer gleichzeitigen oder nachfolgenden gezielten Temperierung des Blutes mit Hilfe eines eingebauten Wärmetauschers bei Operationen an lebensnotwendigen Organen einschließlich Nieren, Herz, Gehirn und Leber. Bei derartigen Operationen ist der Wärmetauscher in Verbindung mit dem Oxygenator ein wichtiges Bauteil zur Herstellung eines Blutkreislaufs außerhalb des Körpers, der dazu verwendet wird, die Temperatur des Blutes vor und während eines chirurgischen Eingriffes herabzusetzen und anschließend das Blut wieder auf die normale Körpertemperatup anzuwärmen. Das abgekühlte Blut verursacht eine Hypothermie, die den Sauerstoffverbrauch des Patienten wesentlich herabsetzt.
Von den in der Fachliteratur beschriebenen, verschiedenen Oxygenator-Typen haben sich im wesentlichen zwei Bauformen als brauchbar erwiesen. Bei der einen Bauform überströmt der Sauerstoff im wesentlichen drucklos die eine Seite einer hydrophoben, mlkroporösen Membran, während die andere Seite der Membran vom durch Kohlendioxyd verseuchten Blut überströmt wird. Aufgrund eines Sauerstoffkonzentrationsgefälles zwischen dem Sauerstoffkompartement und dem Blutkompartement kommt es zu einer Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff nach dem Prinzip der Diffusion. Diese Art der Oxygenatoren sind prinzipiell genauso aufgebaut wie Dialysatoren. Anstelle des Dialysats überströmt die Membranflächen Sauerstoff. Die Membranflächen können dabei Flachmembranen sein, die spulentörmig aufgewickelt, plattenförmig übereinanderliegen oder zickzackförmig gefaltet sind.
Kapillarmernbranen sind ebenfalls gängig. Die nachfolgenden Druckschriften zum Stand der Technik, z.B. US-PS 3 892 533, US-PS 3 489 647, DE-OS 29 02 498, und EP-OS 5 866 sind Beispiele für diese Bauform.
Diesen, nach dem Diffusionsprinzip arbeitenden Oxygenatoren ist als Nachteil gemeinsam, daß sehr große Membranflächen notwendig sind und ein sehr langer Zeitraum notwendig ist, um einen effektiven Stoffaustausch zwischen Blut und Sauerstoff zu erreichen, bis das Blut wieder bis zu einem gewünschten Maß mit Sauerstoff angereichert ist.
Die andere Bauform, die in der Praxis neben den Diffusionseinrichtungen besteht, ist der sogenannte Bubble-Oxygenator. Hierbei wird in ein strömendes Blutkompartement mit Hilfe einer durch Sauerstoff beaufschlagten Siebfläche oder eines porösen Rohrkörpers Sauerstoff in Bläschenform eingeblasen, so daß Blutschaum entsteht, welcher in einer nachfolgenden Entgasungsstrecke mit Hilfe von grobporigem Filterschaum, grobporigem Gewebe oder einer Filterwatte aus Kunststoffäden wieder entgast wird, indem sich die Luftbläschen an diesen Strukturen auflösen und das mit Sauerstoff angereicherte Blut als arterielles Blutreservoir wieder zur Verfügung des Patienten steht. Oxygenatoren dieser Bauart sind z.B. bekannt durch DE-PS 22 08 868, DE-AS 23 14 644, DE-AS 23 32 445, DE-OS 30 34 223, DE-OS 30 01 018 und DE-OS 28 54 244.
Der Einblaskörper für Sauerstoff nach der DE-OS 30 34 223 besteht z.B. aus porösem, hydrophoben Material mit einer Mindestporengröße von etwa 150 Wm aus gesinderten Glasperlen, poröser Keramik- oder dergleichen. Das Blut strömt dabei auf der Außenseite des hydrophoben Einblaskörpers vorbei und reißt die auf der Oberfläche austretenden Sauerstoffblasen mit, so daß Blutschaum entsteht.
Allen diesen bekannten Bubble-Oxygenatoren ist als Nachteil gemeinsam, daß die Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff nur unbefriedigend erfolgt, da das Blut in einer zu großen Schichtdicke an den gelochten oder porösen Einblasröhrchen für den Sauerstoff vorbeiströmen und auch zu große Luftblasen bzw. zu grober Blutschaum entsteht, wodurch eine Haemolysegefahr gegeben ist. Die Entgasung des Blutschaumes erfolgt nicht zwangsläufig sondern vielmehr durch Schwerkraft indem der Blutschaum durch das grobporöse Entschäumungsmedium in das arterielle Blutreservoir absinkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Oxygenatoren der eingangs genannten Bauarten so zu verbessern, daß einerseits eine schnelle und ausreichende Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff in schonender Weise möglich ist, ohne daß die Gefahr einer Haemolyse auftritt und andererseits eine schnelle Entgasung des Blutschaumes und tiberführung dieses Blutschaumes in ein dem Patienten wieder zur Verfügung stehenden Blutkompartement zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran streckenweise und flächig die Trennwand eines mit Druck beaufschlagten Sauerstoffreservoirs und dem Blutkompartement ist und die Membran zusätzlich streckenweise flächig nachfolgend in Reihe und/oder parallel angeordnet die Trennwand zwischen einer mit Vakuum beaufschlagten Entgasungskammer und dem auf der Sauerstoffanreicherungsstrecke in Blutschaum übergegangenen Blutkompartement ist. Das Blut fließt dabei vorzugswetbe in einer Schichtdicke von 5 mm und kleiner über die Membranflächen. Mit Hilfe eines Druckregulierventils in dem Sauerstoff reservoir läßt sich die Oxygenierleistung auf einfache Weise regulieren.
Der Erfindungsgedanke ist in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Dabei zeigt: Fig. 1 in einer Schnittdarstellung den Oxygenator in Nombination mit einem Wärmetauscher, einem Blutfilter und Kardiotomiereservoir und Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1.
Die Baueinheit besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse 1 aus Kunststoff, deren Einzelteile zu einer baueinheit zusammengefügt sind und aus Sterilitätsgründen nur einmal Verwendung finden. Das Gehäuse 1 hat einen Einlaß 2 für Sauerstoff, welcher in eine flächige Sauerstoffkammer 7 übergeht, die parallel zur Oberfläche der mikroporösen Membran 19 verläuft und in einem Druckregulierventil 18 endet. Die andere Seite der Membran 19 ist von einer Vielzahl von parallel zum Blutfluß verlaufender Stützrippen 9 abgestützt. Zwischen den Stützrippen 9 verlaufen die Kanäle 8, so daß das blut in einer Vielzahl von dünnen Strömungskanälen aufgefächert über die Membran 19 fließt. Der Einlaß 6 dient zur Einführung des mit Sauerstoff anzureichernden venösen Blutes. Die Membran l9 trennt damit leckdlcht das Sauerstoffreservoir 7 vom Blutkompartement in den Kanälen 8. Die Membran 19 hat dabei eine Porengröße von 0,01 pm bis 150 Um und ist vorzugsweise hydrophob, so daß der in die hammer 7 mit Druck eingepreßte Sauerstoff 02 durch die mikroporösen Poren hindurch in das Blut B eintritt und dieses in Blutschaum umwandelt, der in einer Kontaktstrecke 22 sich beruhigen kann und anschließend ebenfalls in einem engen Kanal zwischen der Membran 19' und einer parallel dazu verlaufenden Trennwand 23 fließt und durch die Öffnung 24 in einen Entschäumunrsraum tritt. Die andere Seite der Membran 19' ist gleichermaßen wie die Membran 19 auf der Seite des Druckgefälles durch Stützrippen 9 abgestützt, deren Zwischenräume 8' über den Anschluß 3 an eine Vakuumquelle V angeschlossen sind.
Der als dünner Film zwischen der Membran 19' und der Trennwand 23 fließende Blutschaum wird auf dieser Strecke entgast, wobei das Kohlendioxyd C02 aus dem Blut entfernt wird, da C02 im Blut ungebunden ist, währenddessen der Sauerstoff °2 am Hämoglobin gebunden ist.
Soweit sich am Ende der Entgasungsstrecke 20 noch Gasbläschen im Blut befinden, werden diese durch den nachgeschalteten Entschäumungsraum 16 aufgelöst. In diesem befindet sich ein Paket aus Gewebe 17 bzw. ein Tiefenfilter aus monofllen Kunststofffäden oder ein grobporöser Schaumstoff.
Das durch Schwerkraft absinkende Blut sickert durch dieses Entschäumungsmedium 17 und durch die Lochplatte 10 in das arterielle Blutreservoir 12 und wird in diesem durch den Wärmetauscher 11 gekühlt bzw. erwärmt, Je nach Erfordernis.
Der Wärmetauscher 11 in Form einer spiralig angeordneten Schlauchleitung mit großer Außenfläche hat mindestens zwei Anschlüsse 4 und 5, welche an eine Kalt- oder Warmwasserleitung angeschlossen werden können.
Stromabwärts gelegen ist am unteren meil des arteriellen Blutreservoirs 12 ein arterielles Blutfilter 13 angeordnet, welches Mikroembolien aus dem Blut ausfiltert. Der Filter 13 besteht aus eirer mikroporösen Membran, die von einem Sützgerippe 14 abgestützt ist. Das durch den Filter 13 hindurchgedrungene Blut kann aus der Auslaßkammer 15 durch den Aus -laß 21 dem Patienten wieder zugeführt werden. Der arterielle Filter 13 hat z.B. eine Porengröße von 10-60 tun.
Zusätzlich dient ein Kardiotomiereservoir 25 zum Auffangen und Sammeln von abgesaugtem Blut aus Wunden, welches durch einen nicht dargestellten Bypass bei Bedarf in den Bluteinlaß 6 eingespeist werden kann.
Der Oxygenator nach Fig. 2 ist entsprechend aufgebaut. Abweichend zur vorher beschriebenen Ausführungsform ist parallel zur Sauerstoffanrelcherungsstrecke 7,8 und parallel zur Filtermembran 19' eine weitere Filtermembran 19'?, gegebenenfalls in etwas größerem Abstand, angeordnet und durch eine Membran stütze 27 z.B. in Form eines Stützgewebes auf der Gehäusewand 26 abgestützt. Der von der Membranstütze 27 gebildete Freiraum zwischen der Filtermembran 19 " und der Gehäusewand 26 ist über die Unterdruckleitung 28 mit der Unterdruckquelle V verbunden, wobei ein in der Unterdruckleitung 28 angeordnetes Absperr- und Drosselventil 29 eine Regulierung des Unterdruckes für diese Seite der Filtermembran 19'' ermöglicht.
Der durch die Filtermembran 19 dringende Sauerstoff wandert quer bzw. diagonal stromabwärts in Richtung der gegenüberliegenden Filtermembran 19'', so daß teilweise bereits eine Entschäumung am Ende der Sauerstoffanreicherungsstrecke 8 und teilweise ein Entzug von Kohlendioxyd eintritt. Das Absperr-und Drosselventil 29 läßt eine patientenindividuelle Betriebsweise des Oxygenators zu.
In beiden Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 11 auch auf der venösen Seite des Blutkompartements also vor dem Bluteinlaß 6 angeordnet sein.

Claims

Oxygenator zur Sauerstoffanreicherung von Blut Ansprüche: Oxygenator zur Sauerstoffanreicherung von Blut mit einer gasdurchlässigen, selektiv permeablen und mikroporösen Membran als Gehäusetrennwand zwischen einem Blutkompartement und einem Sauerstoffkompartement, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19,19') streckenweise und flächig die Trennwand (19) eines mit Druck beaufschlagten Sauerstoffreservoirs (2,7) und dem Blutkompartement (6) ist.
2. Oxygenator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19,19') zusätzlich streckenweise und flächig die nachfolgend in Reihe angeordnete Trennwand (19') zwischen einer mit Vakuum (V) beaufschlagten Entgasungskammer (3,8') und dem auf der Sauerstoffanreicherungsstrecke (7,8) in Blutschaum übergegangenen Blutkompartement ist
3. Oxygenator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blut in einer Schichtdicke von vorzugsweise 5 mm und kleiner über die Membranflächen (19) fließt.
4. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranstruktur der Membran (19,19') eine Porengröße von 0,01 m bis 150 pin aufweist.
5. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffreservoir (2,7) zur Regulierung der Oxygenierleistung ein Druckregulierventil (18) aufweist.
.6. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der mikroporösen Membran (19') gebildeten Entgasungsstrecke (20) eine mit einem grobporigen Schaumstoff, Gewebe (17) oder Tiefenfilterwatte aus Kunststoffäden gefüllte zusätzliche Entschäumungskammer (16) folgt.
7. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Entschäumungskammer (16) ein arterielles Blutreservoir (12) mit Wärmetauscher (11) anschließt und dieses von der Auslaßkammer (15) durch ein Blutfilter (13) getrennt ist.
8. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß - die Sauerstoffanreicherungsstrecke, (7,8), die Entgasungsstrecke (8',20), das arterielle Blutreservoir (12) mit Wärmetauscher (11), Blutfilter (13) und Auslaßkammer (15) eine kompakte Einheit bilden.
9. Oxygenator nach dem Bubble-Prinzip zur Sauerstoffanreicherung von Blut, mit einem porigen und hydrophoben Einblaskörper für den Sauerstoff, dessen dem Blutkompartement zugewandte Oberfläche vom Blut überströmt und dessen abgewandte Fläche an eine Sauerstoffdruckmittelquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß - der Einblaskörper durch eine mikroporöse und flächenhafte Filtermembran (19) gebildet ist, die vom Sauerstoff (02) durchströmt und von einem dUnnen Blutfilm (B) auf der Blut-Seite überströmt wird und parallel vis a vis und/oder stromabwärts eine weitere mikroporöse Filtermembran (lgltsl9t) zwischen dem Blutkompartement (B) und einer Unterdruckquelle (V) angeordnet ist und ein Entschäumungs- und ein Kohlendioxydtrenn-Element bildet, wobei die Membrane (19,19',19'') mindestens auf der Seite des Druckgefälles abgestützt sind.
10. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungsstrecke durch eine parallel zur Sauerstoffanreicherungsstrecke (7,8) und parallel zu deren Filtermembran (19) angeordnete zweite Filtermembran (19") gebildet ist,,deren vom Blut (B) nicht überströmte Seite an die Unterdruckquelle (V) angeschlossen ist.
11. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Unterdruckquelle (V) zur Rückseite der Filtermembran (19 ") führenden Unterdruckleitung (28) ein Absperr- und Drosselventil (29) angeordnet ist.
12 Oxygenator nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (11) auf der venösen Blutseite bzw. vor der Sauerstoffanreicherungsstrecke (7,8) angeordnet ist.
13. Oxygenator nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit ein Kardiotomiereservoir (25) aufweist, welches durch einen Bypass mit dem venösen Bluteinlaß (6) verbindbar ist.