DE4100121A1 - Verfahren und einrichtung zur messung des absoluten blutvolumens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Mes­ sung des absoluten Blutvolumens eines lebenden Orga­ nismus und auf eine Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.

Es ist bereits bekannt, das absolute Blutvolumen ei­ nes lebenden Organismus nach der sogenannten Verdün­ nungsmethode zu messen. Dabei wird eine bekannte Men­ ge einer Substanz, die den intravasalen Raum nicht oder nur langsam verlassen kann, dem Blut hinzugefügt und nach der gleichmäßigen Verteilung dieser Substanz im gesamten zirkulierenden Blutvolumen ihre Konzen­ tration im Blut gemessen. Üblich ist die Verwendung von mit 131 Jod markiertem Albumin oder von körperei­ genen Erythrozyten, die mit 51 Chrom oder Technetium zuvor markiert wurden. Dieses Verfahren hat den Nach­ teil, daß aufgrund des Verbleibens der radioaktiven Substanzen im Blut eine Wiederholung eines solchen Verfahrens nur nach Verstreichen sehr langer Zeiträu­ me möglich ist. Zudem ist die Anwendung des Verfah­ rens an eine Lizenz zum Umgang mit radioaktiven Stof­ fen gebunden. Schließlich ist die Genauigkeit dieses Verfahrens begrenzt.

Die Messung des absoluten Blutvolumens ist beispiels­ weise immer dann angezeigt, wenn die Nieren den Flüs­ sigkeitsanteil des Organismus nicht mehr regeln kön­ nen, also beim akuten oder chronischen Versagen der Nierenfunktion. Hypo- oder Hypervolämie können in diesem Fall die Stabilität des Kreislaufs eines Pa­ tienten und unter Umständen sein Leben ernsthaft be­ drohen.

Unter diesen Bedingungen kann die zuvor beschriebene Methode zur Bestimmung des Blutvolumens nicht oder nur in verhältnismäßig seltenen Fällen eingesetzt werden, so daß sie in der Regel nicht angewandt wird. Mithin ist der Arzt im wesentlichen auf seine klini­ sche Erfahrung angewiesen, die jedoch nur einen rela­ tiv groben Beurteilungsmaßstab abgibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Mes­ sung des absoluten Blutvolumens zu konzipieren, das ohne radioaktive Substanzen auskommt und in verhält­ nismäßig kurzen zeitlichen Intervallen anwendbar ist. Das Meßverfahren soll darüber hinaus die Bestimmung des absoluten Blutvolumens mit einem möglichst gerin­ gen Fehler gestatten. Schließlich soll das Verfahren und die dazugehörige Einrichtung wenig aufwendig sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zuerst der Wert einer vorbestimmten blutspezifischen Größe des Blutes gemessen wird, danach das Blutvolumen durch Wegnahme oder Zugabe eines vorbestimmten Volu­ mens von Plasma, das nach Art und Konzentration der Kolloide und Elektrolyte dem Plasma des Organismus zumindest näherungsweise gleich ist, verändert wird, der Wert der vorbestimmten blutspezifischen Größe in dem veränderten Blutvolumen erneut gemessen wird und durch Division des zugeführten oder weggenommenen Plasmavolumens durch die prozentuale Änderung der blutspezifischen Größe das absolute Blutvolumen er­ mittelt wird. Danach kann das dem Organismus zugeführ­ te Plasma diesem wieder entnommen oder, falls dem Organismus Plasma entnommen wurde, dieses dem Organis­ mus wieder zugeführt werden, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist, wenn das Volumen des dem Organismus zugeführten oder entnommenen Plasmas verhältnismäßig klein gewählt wurde.

Insbesondere wenn zur Messung körpereigenes Plasma benutzt wird, kann das Verfahren in Zeitabständen durchgeführt werden, die lediglich von der Reaktion des Organismus auf die Entnahme und ggf. Wiederzufuhr abhängt. Sind die Plasmavolumina klein gewählt, so wird die Reaktion des Organismus auf das Meßverfahren innerhalb einer Stunde abgeklungen sein, so daß danach die Messung wiederholt werden kann.

Aus diesem Grunde wird man dem Meßverfahren mit der Entnahme körpereigenen Plasmas normalerweise den Vor­ zug vor der Verfahrensvariante mit Zufuhr körperfrem­ den Plasmas geben.

Als blutspezifische Größe, deren Wert vor und nach der Blutvolumenänderung gemessen werden soll, kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Hämoglobinkon­ zentration des Bluts herangezogen werden. Die Messung der Hämoglobinkonzentration selbst ist in der Medizin­ technik üblich und bedarf hier keiner weiteren Erläu­ terungen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann als blutspezifische Größe auch der Hämatokrit des Blutes herangezogen werden. Auch die Messung des Häma­ tokrit ist seit langem bekannt und in der Medizintech­ nik üblich.

Anstelle der beiden vorgenannten blutspezifischen Größen kann auch die Blutdichte herangezogen werden. Welche der drei genannten Größen letztendlich bei dem Verfahren realisiert wird oder ob gegebenenfalls auch eine andere blutspezifische Größe zur Messung herange­ zogen wird, ist mehr oder weniger eine medizintechni­ sche Frage und davon abhängig, welche Geräte dem Medi­ ziner zur Verfügung stehen.

Da physische und psychische Einflüsse auf den Organis­ mus die Messung des absoluten Blutvolumens in erhebli­ chem Umfang beeinflussen und verfälschen können, emp­ fiehlt es sich, den Wert der vorbestimmten blutspezi­ fischen Größe zeitkontinuierlich zu messen und, vor­ zugsweise, die Meßwerte mit einem Linienschreiber aufzuzeichnen. Auf diese Weise kann ohne weiteres erkannt werden, wann ein Gleichgewichtszustand einer­ seits vor Zuführung oder Entnahme des Plasmas und andererseits nach Entnahme oder Zufuhr des Plasmas erreicht ist. Die im Gleichgewichtszustand des Orga­ nismus ermittelten Meßwerte können dann zur Errechnung des absoluten Blutvolumens herangezogen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Blutvolumen durch Wegnahme von Plasma verändert wird, wird der Organis­ mus mit einem sterilen extrakorporalen Kreislauf mit einem darin angeordneten Plasmafilter versehen, über das ein vorbestimmtes Volumen an organismuseigenem Plasma entnommen, in einem sterilen Behältnis gesam­ melt und nach einem vorbestimmten Zeitraum wieder in den Kreislauf eingebracht wird. Die Verwendung eines extrakorporalen Kreislaufs erleichtert nicht nur die Anwendung des Verfahrens an sich sondern auch in Ver­ bindung mit Dialysetherapien oder der Herzchirurgie, wo der Wert einer blutspezifischen Größe, wie bei­ spielsweise der Hämoglobinkonzentration, des Hämato­ krits oder der Blutdichte, bereits kontinuierlich aus anderen Gründen gemessen wird.

Die Ermittlung des vorbestimmten Plasmavolumens kann dadurch erfolgen, daß das Plasma im Behältnis gewogen wird. Eine andere vorteilhafte Ermittlung kann durch Verwendung eines Behältnisses mit einer Kalibrierung erfolgen.

Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine Ein­ richtung zur Ausübung des geschilderten Verfahrens. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfaßt ein in den extrakorporalen Kreislauf einfügbares Plasmafilter, dessen Plasmaausgang an den einen Eingang eines Um­ schaltventils angeschlossen ist, dessen Blutein- und -ausgänge mit dem extrakorporalen Kreislauf verbunden sind, eine an den Ausgang des Umschaltventils ange­ schlossene Schlauchpumpe, die über ein Abschaltventil mit einem Beutel verbunden ist, der mit einer Waage in Verbindung steht, sowie ein an den extrakorporalen Kreislauf angeschlossenes Meßgerät zur Messung einer blutspezifischen Größe des Blutes. In der einen Dreh­ richtung der Schlauchpumpe wird aus dem vom Blutkreis­ lauf durchströmten Plasmafilter das Plasma über das Umschaltventil abgesogen und in den Beutel gefördert. Sobald sich in dem Beutel die vorbestimmte Menge an Plasma befindet, wird das Abschaltventil betätigt, so daß kein weiteres Plasma in den Beutel gelangen kann. Gleichzeitig kann die Pumpe außer Betrieb gesetzt werden. Ist nach Entnahme des Plasmas der Gleichge­ wichtszustand im Organismus wieder erreicht, wird das Plasma nach Betätigen des Umschaltventils und Öffnen des Abschaltventils durch die wiederaktivierte und nun in entgegengesetzter Richtung umlaufende Schlauchpumpe aus dem Behälter in den extrakorporalen Kreislauf zurückgepumpt. Als Waage kann in vorteilhafterweise eine Federwaage vorgesehen werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der zuvor be­ schriebenen Einrichtung sind das Umschaltventil und das Abschaltventil elektrisch ansteuerbar ausgebildet. Ferner sind eine elektrisch steuerbare Schlauchpumpe und eine von der Waage angesteuerte elektrische Schal­ tung vorhanden, die bis zum Erreichen des vorbestimmten Plasmavolumens im Beutel die Schlauchpumpe, das Umschaltventil und das Abschaltventil im Sinne eines Beutelfüllens, bei Erreichen des vorbestimmten Plasma­ volumens das Abschaltventil im Sinne eines Absperrens und nach Ablauf einer bestimmten vorgegebenen Zeitdauer das Umschaltventil, das Abschaltventil und die Schlauchpumpe im Sinne eines Entleerens des Beutels in den extrakorporalen Kreislauf ansteuert. Mit einer solchen Einrichtung lassen sich die für eine absolute Blutvolumenbestimmung erforderlichen Werte vollautoma­ tisch ermitteln. Wird an diese Einrichtung noch ein Rechner angeschaltet, der die ermittelten Werte ver­ fahrensgemäß verknüpft, so läßt sich auch das absolute Blutvolumen vollautomatisch ermitteln.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die ein Aus­ führungsbeispiel enthält, näher erläutert.

In einem extrakorporalen Kreislauf 1, der einerseits an eine Arterie und andererseits an eine Vene oder einen chirurgisch angelegten Gefäßzugang, wie bei­ spielsweise eine A-V-Fistel oder einen sribner shunt, eines menschlichen Körpers angeschlossen ist und der zur Hämodialyse vorgesehen ist, befindet sich eine erste Schlauchpumpe 2, die das Blut aus der Arterie in den extrakorporalen Kreislauf 1 fördert. Im Kreislauf hinter der Schlauchpumpe 2 ist ein Meßgerät 3 zur Messung der Hämoglobinkonzentration an den Kreislauf angeschlossen. Daran schließt sich ein Plasmafilter 4 an, dessen Plasmaausgang 5 über ein Umschaltventil 6 mit einer weiteren Schlauchpumpe 7 in Verbindung steht, die das Plasma aus dem Plasmafilter 4 zieht und über ein Abschaltventil 8 in einen Beutel 9 fördert. Der Beutel 9 hängt an einer Federwaage 10. Das Umschaltven­ til ist über einen Ausgang mit dem extrakorporalen Kreislauf verbunden und zwar mit dem oberstromseitigen Teil des Kreislaufs, so daß gewisse Verunreinigungen des in den Kreislauf zurückgeführten Plasmas in der anschließenden Hämodialyse herausgefiltert werden können.

Die des weiteren dargestellten Anzeigeinstrumente, Ventile etc. sind für die Hämodialyse von Bedeutung und haben mit dem Verfahren zur Messung des absoluten Blutvolumens unmittelbar nichts zu tun, weshalb sie nicht näher erläutert sind.

Die Messung des absoluten Blutvolumens erfolgt nun durch kontinuierliche Aufzeichnung der Hämoglobinkon­ zentration mittels eines im Meßgerät 3 vorhandenen Linienschreibers. Dem durch das Plasmafilter strömenden Blut wird durch den von der Schlauchpumpe 7 erzeugten Unterdruck Plasma entzogen und durch den Plasmaausgang 5 und das auf Durchlaß gestellte Umschaltventil 6, die Schlauchpumpe 7 und das offene Abschaltventil 8 in den Beutel 9 gefördert. Anstelle des Abschaltventils 8 kann auch eine Schlauchklemme verwendet werden.

Sobald die Waage 10 anzeigt, daß sich im Beutel 9 die vorbestimmte Plasmamenge - beispielsweise 300 ml - befindet, wird das Abschaltventil 8 in seine Sperr­ stellung gebracht und die Pumpe 7 abgeschaltet.

Ist am Meßgerät 3 erkennbar, daß sich der Organismus nach der Plasmaentnahme wieder in einem Gleichgewichts­ zustand befindet, wird die Schlauchpumpe, die als Bi- Druck-Pumpe ausgebildet ist, in einer zur vorigen Richtung entgegengesetzter Richtung angetrieben. Gleichzeitig wird das Abschaltventil 8 wieder geöffnet und das Umschaltventil 6 umgeschaltet, so daß das im Beutel 9 befindliche Plasma mittels der Pumpe 7 hinter dem Plasmafilter in den extrakorporalen Kreislauf zurückgepumpt wird.

Aus einem der im Gleichgewichtszustand vor der Entnahme des Plasmas gemessenen Hämoglobinkonzentrationswerte und einem der Hämoglobinkonzentrationswerte, die im Gleichgewichtszustand nach der Entnahme des Plasmas ermittelt wurden, kann die prozentuale Änderung der Hämoglobinkonzentration errechnet werden. Das Verhält­ nis des entnommenen Plasmavolumens zu der prozentualen Änderung der Hämoglobinkonzentration ist dann das absolute Blutvolumen der untersuchten Personen.

Durch Verwendung elektrisch ansteuerbarer Umschalt- und Abschaltventile sowie einer elektrisch steuerbaren Bi- Druck-Pumpe bzw. Schlauchpumpe und eines der Waage 10 zugeordneten Sensors 11, der bei Erreichen des ge­ wünschten Plasmavolumens ein Signal an eine elektrische Steuerschaltung 12 abgibt, die ihrerseits die Umschalt- und Abschaltventile sowie die Bi-Druck-Pumpe bzw. Schlauchpumpe steuert, kann der zuvor beschriebene Ablauf automatisiert werden. Durch Hinzufügung eines Rechners 13, der von der elektrischen Schaltung 12 einerseits und von dem Hämoglobinkonzentrationsmeßgerät 3 andererseits angesteuert wird, kann auch die Messung des absoluten Blutvolumens vollautomatisch durchgeführt werden.

Abschließend sei bemerkt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen Einrichtung nur dann absolute Blutvolumina mit einem Meßfehler kleiner als 3 Prozent ermittelt werden können, wenn es sicher­ gestellt ist, daß die Volumenänderung isotonisch und isoonkotisch erfolgt. Dies ist dann der Fall, wenn Plasma verwendet wird, das nach Art und Konzentration von Kolloiden und Elektrolyten dem Körperplasma ent­ spricht. Letzteres ist zumindest immer dann der Fall, wenn dem Organismus Plasma eines vorbestimmten Volumens entnommen wird, so daß die Messung des absoluten Blutvolumens durch Entnahme von Plasma aus dem Organis­ mus oder einem extrakorporalen Kreislauf der anderen möglichen Messung durch Zuführung einer bestimmten Plasmamenge vorzuziehen ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messung des absoluten Blutvolumens eines lebenden Organismus, dadurch gekennzeich­ net, daß zuerst der Wert einer vorbestimmten blutspezifischen Größe des Blutes gemessen wird, danach das Blutvolumen durch Wegnahme oder Zugabe eines vorbestimmten Volumens von Plasma, das nach Art und Konzentration der Kolloide und Elektroly­ ten dem Plasma des Organismus zumindest nähe­ rungsweise gleich ist, verändert wird, der Wert der vorbestimmten blutspezifischen Größe in dem veränderten Blutvolumen erneut gemessen wird und durch Division des zugeführten oder weggenommenen Plasmavolumens durch die prozentuale Änderung der blutspezifischen Größe das absolute Blutvolumen ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als blutspezifische Größe die Hämoglo­ binkonzentration des Blutes herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als blutspezifische Größe der Hämatokrit des Blutes herangezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als blutspezifische Größe die Blutdichte herangezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der vor­ bestimmten blutspezifischen Größe zeitkontinuier­ lich gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßwerte mit einem Linienschreiber aufgezeichnet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Blutvolumen durch Wegnahme von Plasma verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Organismus mit einem sterilen extrakorporalen Kreislauf mit einem darin angeordneten Plasmafil­ ter versehen wird, über das ein vorbestimmtes Volumen an organismuseigenem Flasma entnommen, in einem sterilen Behältnis gesammelt und nach einem vorbestimmten Zeitraum wieder in den Kreislauf eingebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Ermittlung des vorbestimmten Plasma­ volumens das Behältnis mit dem darin befindlichen Plasma gewogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Ermittlung des vorbestimmten Plasma­ volumens ein Behältnis mit einer Kalibrierung vorgesehen wird.

10. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein in den extrakorporalen Kreislauf (1) einfügbares Plasma­ filter (4), dessen Plasmaausgang (5) an den einen Eingang eines Umschaltventils (6) angeschlossen ist, dessen Blutein- und ausgänge mit dem ex­ trakorporalen Kreislauf (1) verbunden sind, eine an den Ausgang des Umschaltventils (6) ange­ schlossene Schlauchpumpe (7), die über ein Ab­ schaltventil (8) mit einem Beutel (9) verbunden ist, der mit einer Waage (10) in Verbindung steht, sowie ein an den extrakorporalen Kreislauf (1) angeschlossenes Meßgerät (3) zur Messung einer blutspezifischen Größe des Blutes.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Waage eine Federwaage (10) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (6) und das Abschaltventil (8) elektrisch ansteuerbar ausgebildet sind, eine elektrisch steuerbare Schlauchpumpe (7) sowie eine von der Waage (10) angesteuerte elektrische Schaltung (12) vorgese­ hen ist, die bis zum Erreichen des vorbestimmten Plasmavolumens im Beutel (9) die Schlauchpumpe (7), das Umschaltventil (6) und das Abschaltven­ til (8) im Sinne eines Beutelfüllens, bei Errei­ chen des vorbestimmten Plasmavolumens das Ab­ schaltventil (8) im Sinne eines Absperrens und nach Ablauf einer bestimmten vorgegebenen Zeit­ dauer das Umschaltventil (6), das Abschaltventil (8) und die Schlauchpumpe (7) im Sinne eines Entleerens des Beutels (9) in den extrakorporalen Kreislauf (1) ansteuert.