DE60120761T2

DE60120761T2 - Hämodiafiltration/hämofiltrations-patronen

Info

Publication number: DE60120761T2
Application number: DE60120761T
Authority: DE
Inventors: R. Gregory Monroe COLLINS; James Hillsdale SUMMERTON; Edward Bronx SPENCE
Original assignee: Nephros Inc
Current assignee: Nephros Inc
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: CN1479641A; BR0116519A; US20040127842A1; KR100604460B1; DE60120761T3; RU2003120805A; EP1351751B2; EP1351751A1; AU2002227332A1; WO2002047785A1; US7285106B2; KR20030066704A; ES2262704T3; RU2292225C2; BR0116519B1; CA2431155C; ATE329672T1; JP2004524065A; JP4053421B2; ES2262704T5

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Vorrichtungen und -Verfahren und insbesondere auf eine weiterentwickelte Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette und ihr Verwendungsverfahren.
Hintergrund der Erfindung
Die gegenwärtige Behandlung der Nierenerkrankung im Endstadium (ESRD, End Stage Renal Disease) besteht im Wesentlichen aus einem Hämodialyseprozess, in dem zu reinigendes Blut auf einer Seite einer semipermeablen Membran fließt und eine physiologische Lösung (z. B. ein Dialysat) auf der anderen Seite der Membran fließt, wodurch Toxine in dem Blut von einer Seite zur anderen übertragen werden. Die Haupttreibkraft bei dieser Behandlung ist die Diffusion. Dieser Prozess ist im Allgemeinen beim Entfernen von Toxinen mit einem kleinen Molekulargewicht (MW) wie etwa Harnstoff und Kreatinin wirksam. Jedoch ist dieser Prozess beim Entfernen von Substanzen mit einem MW im mittleren Bereich, z. B. von Substanzen, die ein Molekulargewicht besitzen, das höher als etwa 1 kDA ist, wegen eines niedrigen Diffusionskoeffizienten solcher Substanzen weniger wirksam.
Die Hämofiltration wird in viel geringerem Maße als Behandlungsweise verwendet. Wie bei der Hämodialyse fließt Blut auf der einen Seite der semipermeablen Membran, jedoch besteht auf der anderen Seite kein Dialysatfluss. Stattdessen ist ein Druckgradient an der Membran gebildet, so dass ein Teil des Blutplasmawassers herausgefiltert wird. Mit dem Plasmawasser werden Toxine konvektiv aus dem Blut entfernt. Dem Blut wird entweder vor oder nachdem seinem Eintritt in ein Hämofilter steriles, nicht pyrogenes Ersatzfluid hinzugegeben. Das Ersatzfluid ersetzt das Plasmawasser, das während des Hämofiltrationsprozesses durch die semipermeable Membran herausgefiltert wird. Im Allgemeinen ist dieser Prozess im Vergleich zur Dialyse beim Entfernen der Toxine mit kleinem MW weniger wirksam, jedoch beim Entfernen der Substanzen mit mittlerem MW wirksamer.
Die Hämodiafiltration kombiniert die Dialyse mit der Hämofiltration. Auf der anderen Seite der semipermeablen Membran fließt Dialysat, was zur Diffusion von Toxinen führt. Gleichzeitig wird ein Druckgradient an der Membran aufrechterhalten, was zu einer hohen Filtrationsrate führt. Wie bei der Hämofiltration wird dem Blut entweder vor oder nach seinem Eintritt in eine Hämodiafiltrationskassette steriles, nicht pyrogenes Ersatzfluid hinzugegeben. Als Ergebnis dieser Kombination ist die Hämodiafiltration beim Entfernen kleiner Moleküle, z. B. von Kreatinin und Harnstoff, durch Diffusion sowie beim Entfernen großer Mengen von Substanzen mit einem MW im mittleren Bereich durch Konvektion wirksam.
Stand-der-Technik-Entwürfe für Hämodiafiltrations-Filter sind im Wesentlichen zu jenen von Hochdurchfluss-Dialysatoren gleichwertig. Solche Filter bestehen aus einem Hohlfaserbündel in einem zylindrischen Gehäuse. Während des Betriebs des Hämodiafiltrations-Systems wird entweder auf der Einlassseite (Vorverdünnung) oder auf der Auslassseite (Nachverdünnung) des Hochdurchfluss-Dialysators Ersatzfluid in das Blut injiziert.
Diafiltrationsvorrichtungen, die Vorverdünnungs- oder Nachverdünnungsanordnungen verwenden, haben von Natur aus Leistungsgrenzen. Vorverdünnungsanordnungen ermöglichen eine relativ unbegrenzte Filtration, jedoch ist aufgrund dessen, dass das Blut verdünnt wird, bevor es das Filter erreicht, die Gesamtmassenübertragung von kleinen gelösten Stoffen durch Diffusion geringer. Nachverdünnungsanordnungen haben den Vorteil, dass die Toxinkonzentrationen im Blut hoch gehalten werden, was zu einer wirksameren Diffusion und Konvektion von gelösten Stoffen führt, jedoch setzen die erhöhte Konzentration von Blutzellen und die sich ergebende höhere Blutviskosität während der Filtration der Menge an Plasmawasser, das gefiltert werden kann, eine Grenze. Auch das existierende mehrstufige, gepaarte Filtrations-Dialyse-System, das in dem US-Patent 5.194.157 offenbart ist, muss sich wegen seines Entwurfs mit denselben Filtrationsgrenzen abfinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der Anmelder, eine Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette zu schaffen, die eine höhere Toxinbeseitigungsrate und ein höheres Toxinbeseitigungsvermögen als jene von Hämodiafiltrations-Kassetten im Stand der Technik besitzt. Die vorliegende Kassette verkleinert und/oder beseitigt die oben erwähnten Nachteile von Hämodiafiltrations-Vorrichtungen im Stand der Technik, indem eine Anordnung vorgesehen ist, bei der Blut verdünnt wird, nachdem es teilweise, jedoch nicht vollständig diagefiltert worden ist. Die vorliegende Erfindung kombi niert die Vorteile von Vorverdünnungsanordnungen, z. B. die hohe Filtrationsrate, mit den Vorteilen von Nachverdünnungsanordnungen, z. B. den hohen Diffusions- und Konvektionsleistungen. Die Kassette gemäß einer Ausführungsform kann so beschaffen sein, dass sie in Verbindung mit herkömmlichen Diafiltrationsmaschinen einschließlich, jedoch nicht ausschließlich einer Fresenius 4008 On-Line Plus oder einer Gambro AK 200 Ultra arbeitet. Alternativ kann die Kassette mit einer herkömmlichen Hämodialysemaschine einschließlich, jedoch nicht ausschließlich einer Fresenius 2008H, einer Baxter SPS 1550, einem Cobe Centry System 3 usw., das steriles Ersatzfluid von einer extern versorgten Quelle wie etwa aus elastischen Beuteln, die gewöhnliche Salzlösung oder Ringer-Laktat enthalten, oder einem zentralen Abgabesystem, wie es bei Centralized on-line hemofiltration system utilizing purified dialysate as substitution fluid, Sato & Koga, Artif Org 22: 285, 1998 beschrieben ist, verwendet, verwendet werden. Ferner kann eine Standardmaschine so modifiziert sein, dass sie eine Quelle von Ersatzfluid, z. B. eine Pumpe oder ein Ventil, darstellt, die Dialysat von einem Abzweig in dem Haupt-Dialysatstrom dosiert und es durch eine Reihe von Sterilisationsfiltern leitet, beispielsweise wie bei Influence of convection on small molcule clarances in on-line hemodiafiltration, Ficheux et al., Kid Int. 57: 1755, 2000.
Eine Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und enthält Ein- und Auslassanschlüsse für Blut und für Dialysat. Die Kassette umfasst einen einzigen Kassettenkörper, beispielsweise ein zylindrisches Gehäuse, mit einer inneren Trennwand, die das Gehäuse in ein erstes und ein zweites Fach unterteilt, wobei das erste Fach einer ersten Filtrationsstufe zugeordnet ist und das zweite Fach einer zweiten Filtrationsstufe zugeordnet ist. Die erste Filtrationsstufe steht mit dem Bluteinlass in Verbindung, während die zweite Filtrationsstufe mit dem Blutauslass in Verbindung steht. Demgemäß vollzieht die Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette die Diafiltration und die Hämofiltration durch Anordnen erster Filterelemente (eines ersten Hohlfaserbündels) in dem ersten Fach und zweiter Filterelemente (eines zweiten Hohlfaserbündels) in dem zweiten Fach in einem einzigen Gehäuse. Die vorliegende Kassette hat somit das Aussehen eines herkömmlichen Dialysators, mit Ausnahme, dass sich die Dialysatanschlüsse auf gegenüberliegenden Seiten der Kassette befinden. Die Bluteinlass- und Blutauslassanschlüsse befinden sich vorzugsweise an einem ersten Ende der Kassette oder in der Nähe von diesem. Der Bluteinlass und der Blutauslass können die Form zweier getrennter Kappen oder einer durch eine innere Wand oder Dichtung getrennten einzigen Kappe besitzen, die die zwei Filter elemente in eine erste Hämodiafiltrationsstufe und eine zweite Hämofiltrationsstufe trennen.
Gemäß der Erfindung tritt Blut durch den Bluteinlass der Kassette ein und fließt durch die in dem ersten Fach (der ersten Stufe) angeordneten Filterelemente zu einem Zwischenstufenverbinder bzw. Verbinder zwischen den Stufen, der an einem gegenüberliegenden zweiten Ende der Kassette angeordnet ist. Der Zwischenstufenverbinder lässt das Fließen des Bluts von den ersten Filterelementen zu den zweiten Filterelementen und dann zu dem Blutauslass der Kassette zu. Der Dialysatauslass befindet sich vorzugsweise ebenfalls an dem ersten Ende der Kassette oder in der Nähe von diesem und steht mit dem zweiten Fach in Verbindung. Das Dialysat tritt durch den Dialysateinlassanschluss in das erste Fach ein und fließt im Gegenstrom zum Blutfluss in den Filterelementen der ersten Stufe. Das Dialysat wird durch eine eingeengte Öffnung in der Trennwand zwischen dem ersten Fach und dem zweiten Fach gesaugt, wenn es durch den Dialysatauslassanschluss austritt.
Gemäß der Erfindung ist somit die erste Stufe eine Hämodiafiltrationsstufe, während die zweite Stufe eine Hämofiltrationsstufe ist, wobei beide in der einzigen Kassette gebildet sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung gelesen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine Querschnittsdarstellung einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
3 ist eine Querschnittsdarstellung einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit Vor- oder Nachverdünnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Genaue Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Es wird Bezug auf 1 genommen, die schematisch eine Querschnittsansicht einer Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette 19 mit mittlerer Verdünnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt. Die Kassette 10 umfasst einen Kassettenkörper 12, der eine erste Stufe 13 und eine zweite Stufe 14 definiert, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird. Der Kassettenkörper 12 ist vorzugsweise aus einem steifen Kunststoff gebildet. Der Kassettenkörper 12 ist durch eine Innenwand 15 in ein erstes und ein zweites Innenfach 17 bzw. 19 unterteilt. Vorzugsweise ist die Innenwand 15 aus demselben steifen Material, das zum Herstellen des Kassettenkörpers 12 verwendet wird, gefertigt, wobei die Innenwand 15 einteilig mit dem Kassettenkörper 12 (z. B. als Teil eines gegossenen Elements) ausgebildet sein kann. Wie im Folgenden noch näher beschrieben wird, entspricht das erste Fach 17 im Allgemeinen der ersten Stufe 13, während das zweite Fach 19 im Allgemeinen der zweiten Stufe 14 entspricht.
In dem Kassettenkörper 12 sind longitudinale Bündel aus semipermeablen Hohlfasern angeordnet, die in ein erstes longitudinales Bündel 16 und ein zweites longitudinales Bündel 18 unterteilt sind. Genauer ist das erste longitudinale Bündel aus semipermeablen Hohlfasern 16 in dem ersten Fach 17 angeordnet, während das zweite longitudinale Bündel aus semipermeablen Hohlfasern 18 in dem zweiten Fach 19 angeordnet ist. Die semipermeablen Hohlfasern 16, 18 dienen als Mittel zum Übertragen der Toxine, die aus dem Blut gefiltert werden. Die semipermeablen Hohlfasern 16, 18 können von irgendeinem für diese Art von Anwendung geeigneten Typ sein, wobei sie im Handel von mehreren Quellen erhältlich sind. Die semipermeablen Hohlfasern 16 können als arterielle Fasern bezeichnet werden, während die semipermeablen Hohlfasern 18 als venöse Fasern bezeichnet werden können.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Kassette 10 so beschaffen, dass sie in Verbindung mit einer Hämodiafiltrationsmaschine wie etwa der Fresenius 4008 On-Line Plus oder der Gambro AK 200 Ultra oder einer modifizierten Hämodialysemaschine wie etwa der Fresenius 2008H, dem Cobe Centry System 3 oder der Baxter SPS 1550 arbeitet.
Während des Betriebs tritt Blut, dass mittels einer Blutpumpe und Blutleitungen (nicht gezeigt) von dem Patienten übertragen wird, durch einen Einlassanschluss 20, der vorzugsweise in eine am ersten Ende 21 der Kassette angebrachten Kopfkappe 22 integriert ist, in die erste Stufe 13 der Kassette 10 ein. Die Kopfkappe 22 definiert einen inneren Kopfraum 24, der eigentlich in einen ersten inneren Kopfraum 25 und einen zweiten inneren Kopfraum 26 unterteilt ist. Der erste innere Kopfraum 25 kann als arterieller Blutraum bezeichnet werden, während der zweite innere Kopfraum 26 als venöser Blutraum bezeichnet werden kann. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, sind die ersten und zweiten inneren Kopfräume 25, 26 den ersten und zweiten Stufen 13, 14 (bzw. den ersten und zweiten Fächer 17, 19) zugeordnet.
Die ersten und zweiten inneren Kopfräume 25, 26 können beide durch eine erste Vergussmasse 30, die eine Dichtung um die außen liegenden Oberflächen der semipermeablen Hohlfasern 16, 18 an dem ersten Ende 21 des Kassettenkörpers 12 bildet, von der übrigen Kassette 10 getrennt sein. Die Kopfkappe 22 kann abnehmbar sein, wobei in einem solchen Fall die ersten und zweiten inneren Kopfräume 25, 26 vorzugsweise durch Dichtungselemente wie etwa O-Ringe 31, 32 von der äußeren Umgebung und gegenseitig abgekapselt sind. Wie gezeigt ist, ist der O-Ring 32 dem ersten Fach 17 zugeordnet, während der O-Ring 31 dem zweiten Fach 19 zugeordnet ist.
Blut dringt durch den Einlassanschluss 20 in den ersten inneren Kopfraum 25 und dann in die semipermeablen Hohlfasern 16 an einer Grenzfläche 34 ein. Die Grenzfläche 34 umfasst vorzugsweise eine Vergussmassen-Grenzflächenstruktur (z. B. eine Polyurethan-Grenzflächenstruktur). Der erste innere Kopfraum 25 kann durch verschiedene Techniken von dem zweiten inneren Kopfraum 26 getrennt sein. Wie beispielsweise in 1 gezeigt ist, kann der erste innere Kopfraum 25 durch eine Innenwand 35, die den inneren Kopfraum 24 in die ersten und zweiten Räume 25, 26 unterteilt, von dem zweiten inneren Kopfraum 26 getrennt sein. Vorzugsweise ist die Innenwand 35 als integraler Teil der Kopfkappe 22 ausgebildet. Die Innenwand 35 dichtet an den O-Ringen 31, 32 ab, was jegliche Blutverbindung zwischen den beiden Kopfräumen (den ersten und zweiten inneren Kopfräumen 25, 26) ausschließt. In der gezeigten Ausführungsform sind die O-Ringe 31, 32 an einem distalen Ende 37 der Innenwand 35 angeordnet, das zu einem proximalen Ende 39 der Innenwand 35 entgegengesetzt ist, das an der Kopfkappe 22 befestigt ist oder sich von dort erstreckt. Die O-Ringe 31, 32 sorgen somit für eine abdichtende Wirkung, wenn die Kopfkappe 22 mit der Grenzfläche 34 verbunden ist.
Die semipermeablen Hohlfasern 16 in dem ersten Fach 17 (der ersten Stufe 13) stehen mit dem ersten inneren Kopfraum 25 in Verbindung, während die semipermeablen Hohlfasern 18 in dem zweiten Fach 19 (der zweiten Stufe 14) mit dem zweiten inneren Kopfraum 26 in Verbindung stehen. Die beiden Faserbündel 16, 18 sind durch die Innenwand 15 getrennt. Die Enden der Innenwand 15 können während des Faserbündel-Vergießprozesses in der Grenzfläche eingeschlossen werden.
Wenn Blut durch den Einlassanschluss 20 in den ersten inneren Kopfraum 25 eintritt, läuft es an der Innenfläche der arteriellen Fasern 16 (des ersten Faserbündels) hinab entlang eines Filtrationsraums des ersten Fachs 17 der ersten Stufe 13, wobei die Außenflächen der arteriellen Fasern 16 in einen fließenden Strom von Dialysatfluid durch das erste innere Fach 17 getaucht werden. Der Druck des Dialysatfluids in dem ersten inneren Fach 17 ist kleiner als der Druck des mitten durch die arteriellen Fasern 16 fließenden Bluts, so dass eine Vorwärtsfiltration von Blutplasma durch die semipermeable Membran (arteriellen Fasern 16) von der Blutseite zur Dialysatseite erfolgt. Dies führt zu einer Erststufen-Hämodiafiltration von Toxinen, d. h. sowohl zu einer Filtration als auch einer Diffusion, die auf der gesamten Länge der arteriellen Fasern 16 in dem ersten Fach 17 stattfindet. Gemäß einer Ausführungsform wird vorzugsweise ein wesentlicher Teil, z. B. etwa 20% bis 60%, des Plasmawassers durch die semipermeable Membran gefiltert, wenn das Blut durch die erste Stufe 13 fließt. Partiell hämogefiltertes Blut verlässt die arteriellen Fasern 16 und tritt in einen dem anderen Ende 23 der Kassette 10 zugeordneten Zwischenstufenverbinder (Kopfraum) 46 ein. Der Begriff "partiell hämogefiltert", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Blut, das einen Hämodiafiltrationsprozess, der bewirkt, dass ein Teil der in dem Blut enthaltenen Toxine daraus entfernt werden, erfahren hat.
Das Blut, das in den Zwischenstufen-Kopfraum 46 eintritt, ist gegenüber dem Blut, dass an dem Bluteinlass 20 in die Kassette 10 eintritt, in einem blutkonzentrierten Zustand, d. h., dass der Hämatokrit des Bluts, das in den Zwischenstufenraum 46 eintritt, größer als jener an dem Bluteinlass 20 ist. Das erste Fach 17 der ersten Stufe 13 und das zweite Fach 19 der zweiten Stufe 14 sind vorzugsweise von dem Zwischenstufen-Kopfraum 36 getrennt, beispielsweise durch eine zweite Vergussmasse 49. Somit bildet die zweite Vergussmasse 49 eine zweite Grenzfläche 61.
Der Zwischenstufen-Kopfraum 46, der als Übergangsstufe für Blut, das aus der ersten Stufe 13 austritt und in die zweite Stufe 14 eintritt, dient, ist als zweite Kopfkappe 52 definiert, die vorzugsweise aus einem steifen Kunststoff gefertigt und an dem zweiten Ende 23 des Kassettenkörpers 12 befestigt ist. Der Zwischenstufen-Kopfraum 46 kann mit einem dritten O-Ring 53 von der äußeren Umgebung abgekapselt sein. Wie in 1 gezeigt ist, ist der dritte O-Ring 53 zwischen der zweiten Vergussmasse 49 und der zweiten Kopfkappe 52 angeordnet, wodurch eine Dichtung dazwischen geschaffen ist. In einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Kopfkappen 22, 52 insofern vom abnehmbaren Typ, dass jede ohne weiteres an den Kassettenkörper 12 angefügt und von diesem abgenommen werden kann. Beispielsweise können der Kassettenkörper 12 und die ersten und zweiten Kopfkappen 22, 52 komplementäre Gewinde enthalten, um über Gewinde miteinander gekoppelt zu werden.
Das in dem Zwischenstufen-Kopfraum 46 vorhandene Blut wird, bevor es in die zweite Stufe 14 eintritt, mit einer physiologischen, sterilen Lösung, die über einen Kopf-Einlassanschluss 51 in die Kassette 10 eintritt, verdünnt. Die sterile Lösung kann "on-line" ständig erzeugt werden oder aus Vorratsbehältern, z. B. Salzlösungsbeuteln, geliefert werden, wie es an sich bekannt ist. Das Blut in dem Zwischenstufen-Kopfraum 20 ist gegenüber dem Blut, dass an dem Bluteinlass 20 in die Kassette 10 eintritt, blutverdünnt, d. h., dass der Bluthämatokritpegel kleiner als jener des Bluts an dem Bluteinlass 20 ist.
Das blutverdünnte Blut dringt dann in die in der zweiten Stufe 14 angeordneten venösen Fasern 18 ein und wird dann durch die venösen Fasern 18 zum ersten Ende 21 der Kassette 10 transportiert. Der Druck des die venösen Fasern 18 durchquerenden blutverdünnten Bluts steht gegenüber dem Fluiddruck in dem zweiten inneren Fach 19, das sich außerhalb der venösen Fasern 18 befindet, unter einem höheren Druck, so dass eine Vorwärtsfiltration von Blutplasmawasser (Hämofiltration) durch die semipermeable Membran (venösen Fasern 16) von der Blutseite zur Dialysatseite der zweiten Filtrationsstufe 14 erfolgt. Das Volumen von Blutplasmawasser, das aus dem blutverdünnten Blut gefiltert wird, wenn es durch die zweite Filtrationsstufe 14 fließt, ist derart, dass der Hämatokrit des Bluts, das die Kassette 10 an dem Blutauslass 55 verlässt, im Wesentlichen gleich dem Hämatokrit an dem Bluteinlass 20 ist, mit Ausnahme, dass als Mittel zum Steuern der reinen Ultrafiltration zur Aufrechterhaltung des Fluidgleichgewichts des Patienten einige kleine Unterschiede erforderlich sein können. Das durch die zweite Filtrationsstufe 14 herausgefilterte Plasmawasser fließt zu dem Dialysatauslass 58 und wird zusammen mit dem verbrauchten Dialysat, das durch die eingeengte Öffnung 60 aus der ersten Filtrationsstufe 13 fließt, aus der Kassette 10 abgegeben. Die Hämofiltration findet somit über die Länge dieser venösen Fasern 18 statt, bis das Blut in den zweiten inneren Kopfraum 26 (den venösen Raum) der ersten Kopfkappe 22 übergeht und aus einem in der ersten Kopfkappe 22 gebildeten Auslassanschluss 55 austritt. Der Auslassanschluss 55 wird daher als venöser Anschluss bezeichnet. Der venöse Anschluss 55 kann vom selben Typ wie der Einlassanschluss 20, z. B. ein Standard-Drehverschlussverbinder, sein. Selbstverständlich kann der venöse Anschluss 55 aus einem anderen Verbindertyp gebildet sein.
Von außen gesehen gleichen der Dialysatfluss und die Dialysatverbindungen jenen bei Standard-Dialyseprozessen. Jedoch dient der innere Dialysatfluss eigentlich zum Regulieren der relativen Filtrationsraten zwischen den zwei Stufen. Dialysat tritt durch einen Dialysateinlassanschluss 57, z. B. durch einen Standard-Hansen-Verbinder, wie er an sich bekannt ist, in die Kassette 10 ein. Das Dialysatfluid durchtränkt das erste innere Fach 17 um die Außenfläche der semipermeablen Hohlfasern 16 der ersten Stufe und fließt durch dieses hindurch. Das Dialysatfluid verlässt die Kassette 10 durch einen Dialysatauslassanschluss 58, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Wand 15 in der Nähe der ersten Vergussmasse 30 der zweiten Stufe 14 befindet. Vorzugsweise sind der Dialysateinlassanschluss 57 und der Dialysatauslassanschluss 58 vom gleichen Anschlusstyp, z. B. ein Hansen-Verbinder.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verläuft das Dialysatfluid in der ersten Stufe 13 im Gegenstrom zu dem Blut. Das Dialysatfluid wird, wenn es sich dem ersten Ende 21 der Kassette 10 nähert, durch ein Loch oder eine Öffnung 60, die in der Trennwand 15 ausgebildet ist, gesaugt. Die Öffnung 60 stellt somit eine Fluidverbindung zwischen dem ersten inneren Fach 17 (der ersten Stufe 13) und dem zweiten inneren Fach 19 (der zweiten Stufe 14) her. Die Abmessung der Öffnung 60 kann in Anhängigkeit von der genauen Anwendung und anderen Parametern unterschiedlich sein. Das Dialysat wird dann aus dem Dialysatauslassanschluss 58, der der zweiten Stufe 14 zugeordnet ist, abgesaugt. Vorzugsweise befindet sich die Öffnung 60 in der Nähe des Dialysatauslassanschlusses 58, so dass in der zweiten Stufe (der Hämofiltrationsstufe) 14 ein effektiv minimaler Dialysatfluss vorhanden ist. Genauer ist die Öffnung 60 im Allgemeinen auf den Dialysatauslassanschluss 58 ausgerichtet, so dass das Dialysatfluid einfach durch das zweite Fach 19 zu dem Dialysatauslassanschluss 58 fließt, wo es austritt.
Die Filtration von dem Blut zu dem Dialysat findet durch die semipermeablen Wände der Hohlfasern 16, 18 statt. Die Gesamtfiltrationsrate hängt von dem Dialysatfluidausfluss und dem zufließenden Ersatzfluid ab und ist vorteilhafterweise wesentlich größer, als dies bei der herkömmlichen Hämodiafiltration mit Nachverdünnung erreichbar wäre. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Gesamtfiltrationsrate vorzugsweise etwa 25% bis etwa 85% und stärker bevorzugt etwa 40% bis etwa 60% des Blutdurchflusses. Diese Flüsse können durch Pumpen in einer herkömmlichen Hämodiafiltrationsmaschine (nicht gezeigt) gesteuert werden.
Die relativen Filtrationsraten der ersten Stufe 13 und der zweiten Stufe 14 werden durch den relativen Ausgleich des transmembranen Drucks (TMP, transmembrane pressure) zwischen den Blutfächern und den Filtratfächern gesteuert. Der Druck auf der Blutseite hängt von dem Blutdurchfluss und der Blutviskosität in jedem Blutfach (die vom Grad der Hämokonzentration und Hämodilution in jedem Blutfach abhängt) ab. Da das Blut aufeinander folgend von der ersten Stufe 13 zur zweiten Stufe 14 fließt, ist der Druck des Bluts in der ersten Stufe 13 größer als der Druck des Bluts in der zweiten Stufe 14. Bei einer typischen Dialysemaschine wird der Dialysatfachdruck durch eine Pumpe hinter dem Dialysatauslass gesteuert. Bei dieser Ausführungsform wird der Druck des inneren Fachs 19 außerhalb der venösen Fasern 18 der zweiten Stufe 14 in dieser Weise gesteuert. Der Druck des inneren Fachs 17 (des ersten Fachs) außerhalb der arteriellen Fasern 16 der ersten Stufe 13 hängt hauptsächlich von dem Dialysatfluid-Auslassdruck 58, dem Durchfluss des Dialysatfluids durch die Öffnung 60, der Viskosität des Dialysatfluids und der Größe der Öffnung 60 zwischen den zwei Stufen ab. Mit anderen Worten, der Dialysatfluiddruck in dem ersten Fach 17 ist um einen Betrag, der gleich dem Druckabfall oder dem Druckverlust an der zwischen den Fächern befindlichen Öffnung 60 ist, höher als der Dialysatfluiddruck in dem zweiten Fach 19.
Das Blut in der ersten Stufe 13 ist blutkonzentriert, jedoch bei einem höheren Druck, während das Blut in der zweiten Stufe 14 bei niedrigem Druck blutver dünnt ist. Um die Gesamtfiltration beider Stufen maximal zu machen, sollte der Druck des Dialysatfachs 17 in der ersten Stufe 13 höher sein als der Druck des Dialysatfachs 19 in der zweiten Stufe 14. Dies wird durch eine zwischen den Fächern befindliche Öffnung 60, die richtig bemessen ist, erreicht. Wenn Dialysat aus dem ersten Fach 17 durch die Öffnung 60 zu dem zweiten Fach 19 fließt, erfährt es einen Druckabfall. Somit ist der Dialysatdruck in dem ersten Fach 17 höher als in dem zweiten Fach 19. Für einen gegebenen Dialysatflussbereich von typischerweise 500–1000 ml/min kann die Öffnung 60 so bemessen sein, dass sich ein Druckabfall ergibt, der zu den gewünschten relativen Filtrationsraten zwischen den zwei Stufen 13, 14 führt. Beispielsweise kann erwünscht sein, die kombinierte Filtrationsrate der zwei Filtrationsstufen 13 und 14 maximal zu machen. Um dies zu vollbringen, wird jede Stufe bei einem relativ hohen transmembranen Druck betrieben. Da der Blutdruck in der ersten Filtrationsstufe 13 um einen Betrag, der von dem Blutdurchfluss abhängt, höher als jener der zweiten Filtrationsstufe 14 ist, sollte die Größe der Öffnung 60 so bemessen sein, dass der Druckabfall an der Öffnung 60 bei einem gegebenen Dialysatdurchfluss dazu führt, dass der transmembrane Druck jeder Filtrationsstufe gleich ist.
Die Wiederverwendung der Kassette 10 gleicht insofern den Standard-Dialysatoren, dass der Bluteinlassanschluss 20 und der venöse Anschluss 55 sowie die Dialysateinlass- und Dialysatauslassanschlüsse 57, 58 mit einer Wiederverwendungsmaschine verbunden sind. Während einer Wiederverwendungsanwendung ist der Substitutionseinlassanschluss 51 mit einer Kappe versehen.
Zur Veranschaulichung ist der Blutfluss in der Kassette 10 gemäß einer Ausführungsform durch Pfeile 62 angegeben.
Selbstverständlich können der Kassettenkörper 12 und die Endkappen 22, 52 einteilig als ein einziges Element (ein Gehäuse) ausgebildet sein, womit der Bluteinlass 20, der Blutauslass 55, der Dialysateinlass 57 und der Dialysatauslass 58 sowie der Zwischenstufen-Verbindungsabschnitt, der den Zwischenstufen-Kopfraum 46 definiert, in dem Gehäuse ausgebildet sind. Die Verwendung des Begriffs "Endkappe" ist nicht einschränkend, sondern lediglich beispielhaft für eine Ausführungsform, bei der Endkappen an einem Gehäusekörper angebracht sind, um die komplette Kassette 10 zu bilden. Der Begriff "Gehäuse" kann somit verwendet werden, um die gesamte Struktur einschließlich des Kassettenkörpers 12 und der Endkappen 22, 52 entweder als zusammengesetztes Element oder als einteiliges, einheitliches Element zu bezeichnen.
Nun wird Bezug auf 2 genommen, die schematisch eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer allgemein bei 70 angegebenen Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung zeigt. Der Entwurf gleicht der ersten Ausführungsform, wobei die hauptsächliche Änderung die Trennung des Bluteinlasses und -auslasses in getrennte erste und zweite Köpfe 76, 77 anstelle jener mit einer Trennwand, wie in 1 gezeigt ist, ist. Bei dieser Ausführungsform kann der erste Kopf 76 als Bluteinlasskopf 76 bezeichnet werden, während der zweite Kopf 77 als Blutauslasskopf 77 bezeichnet werden kann.
Die Kassette 70 umfasst einen Kassettenkörper 72 mit einer inneren Trennwand 75, die längs des Kassettenkörpers 72 verläuft. An einem Bluteinlass- und Blutauslassende (einem ersten Ende 21) des Kassettenkörpers 72 oder in der Nähe von diesem, unterteilt sich die Wand 75 in zwei getrennte Wände mit Befestigungen für den ersten Kopf 76 und den zweiten Kopf 77. Mit anderen Worten, die Wand 75 besitzt Haltemerkmale, die das Befestigen der Wand 75 an dem ersten Kopf 76 und den zweiten Kopf 77 ermöglichen. Ein Vorteil dieser zweiten Ausführungsform ist, dass für die Herstellung und die Vorrichtungswiederverwendung der erste Kopf 76 und der zweite Kopf 77 ohne weiteres angebracht und abgenommen werden können. Die Kassette 70 arbeitet in einer gleichen oder im Wesentlichen gleichen Weise wie die Kassette 10 der ersten Ausführungsform.
Selbstverständlich kann das Dialysat bei einer anderen Ausführungsform so eingerichtet sein, dass es im Mitstrom zu den semipermeablen Hohlfasern 16 der ersten Stufe 13 fließt; jedoch führt die bevorzugte Ausführungsform, bei der das Dialysat im Gegenstrom zu den semipermeablen Hohlfasern 16 der ersten Stufe 13 fließt, zu einer wirksameren Entfernung von Toxinen. Der Gegenstromfluss in der ersten Stufe 13 bewahrt einen maximalen Konzentrationsgradienten von urämischen Toxinen, was einen hohen Diffusionsspielraum von gelösten Stoffen mit kleinem Molekulargewicht (MW) schafft. Die Konzentration von gelösten Stoffen mit kleinem MW am Eingang zur zweiten Stufe 14 ist relativ niedrig, wobei jegliche Steigerung des Spielraums durch Diffusion minimal sein dürfte. Jedoch kann die Konzentration von gelösten Stoffen mit mittlerem MW nach einer partiellen Diafiltration noch ziemlich hoch sein. Da eine gesteigerte Entfernung von beidem hauptsächlich durch Konvektion geschieht, ist in der zweiten Stufe 14 kein Dialy satfluss erforderlich. Sein Fehlen besitzt einen geringen Einfluss auf die Gesamtleistung der Entfernung. Die zweite Stufe 14, die als Hämofilter dient, bietet außerdem den Vorteil, dass sie die relativen Filtrationsraten der ersten und zweiten Stufen 13, 14 über die Öffnung 60 zwischen den Filtratfächern 17, 19 der zwei Stufen 13, 14 in der Nähe des Dialysatauslasses 58 steuern kann.
Fachleuten auf dem Gebiet ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung soweit beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette (10) mit mittlerer Verdünnung, die umfasst: – einen Kassettenkörper (12) mit einem ersten Ende (21) und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (23), wobei der Kassettenkörper (12) mit einem Bluteinlass (20) und einem Blutauslass (55) sowie mit einem Dialysateinlass (57) und einem Dialysatauslass (58) in Verbindung steht; – eine erste Hämodiafiltrationsstufe (13), die ein erstes Filterelement enthält, das zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (21, 23) des Kassettenkörpers (12) angeordnet ist, wobei der Bluteinlass (20) mit dem ersten Filterelement an dem ersten Ende (21) in Verbindung steht, so dass Blut durch das erste Filterelement zu dem zweiten Ende (23) fließt; – eine zweite Hämofiltrationsstufe (14), die ein zweites Filterelement enthält, das zwischen dem ersten und dem zweite Ende (21, 23) des Kassettenkörpers (12) angeordnet ist, wobei der Blutauslass (55) mit dem zweiten Filterelement in Verbindung steht; – eine Trennwand (15), die zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (21, 23) des Kassettenkörpers (12) angeordnet ist und den Körper (12) in die erste Hämodiafiltrationsstufe (13) und die zweite Hämofiltrationsstufe (14) unterteilt, wobei die Trennwand (15) eine in ihr ausgebildete Öffnung (60) besitzt, um einen Durchgang von der ersten Hämodiafiltrationsstufe (13) zu der zweiten Hämofiltrationsstufe (14) zu schaffen; und – einen Zwischenstufenverbinder (46), der an dem zweiten Ende (23) des Kassettenkörpers (12) angeordnet ist und einen Zwischenstufenkopfraum definiert, der zulässt, dass Blut, das von der ersten Hämodiafiltrationsstufe (13) ausgegeben wird, durch das zweite Filterelement zu dem Blutauslass (55) fließt, wobei der Zwischenstufenverbinder (46) einen Ersatzfluid-Einlassanschluss (51) besitzt, um eine Lösung für die Verdünnung des Blutes zu empfangen, bevor das Blut in das Filterelement der zweiten Stufe (14) eintritt, wobei Dialysatfluid von dem Dialysateinlass (57) eintritt und durch die erste Hämodiafiltrationsstufe (13), die dem Dialysateinlass (57) zugeordnet ist, durch die Öffnung (60) und dann aus dem Dialysatauslass (58), der der zweiten Hämofiltrationsstufe (14) zugeordnet ist, fließt.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 1, bei der sowohl das erste als auch das zweite Filterelement semipermeable Hohlfasern mit hohem Durchfluss umfassen.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sowohl das erste als auch das zweite Filterelement auf ihrer gesamten Länge durch die Trennwand (15) getrennt sind.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Öffnung (60) axial auf den Dialysatauslass (58) ausgerichtet ist.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste Ende (21) des Kassettenkörpers (12) durch eine erste Kopfkappe (22) abgedichtet ist, in der der Bluteinlass (20) und der Blutauslass (55) ausgebildet sind.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 5, bei der die erste Kopfkappe (22) ein Innenwandelement (35) besitzt, um einen inneren Kopfraum (24) in einen ersten Kopfraum (25) und einen zweiten Kopfraum (26) zu unterteilen, wobei der erste Kopfraum (25) nur zulässt, dass Blut von dem Bluteinlassanschluss (20) zu den ersten Filterelementen der ersten Stufe (13) fließt, und wobei der zweite Kopfraum (26) nur zulässt, dass Blut von den zweiten Filterelementen zu dem Blutauslassanschluss (55) fließt.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 6, bei der Blut, das durch den Bluteinlassanschluss (20) in den ersten Kopfraum (25) eintritt, von dem zweiten Filterelement durch das Innenwandelement (35), das verhindert, dass das Blut in den zweiten Kopfraum (26) fließt, ausgeschlossen wird.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 6 oder 7, bei der das Innenwandelement (35) axial auf die Trennwand (15) ausgerichtet ist.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 8, bei der das Innenwandelement (35) mit der ersten Kopfkappe (22) einteilig ausgebildet ist und ein Paar O-Ringe (31, 32) aufweist, um zwischen der ersten Kopfkappe (22) und dem Kassettenkörper (12) an einer dazwischen vorhandenen Befestigungsgrenzfläche eine Dichtung zu schaffen.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das erste Ende (21) das Kassettenkörpers (12) durch eine erste und eine zweite Kopfkappe (76, 77) abgedichtet ist, wobei die erste Kopfkappe (76) den Bluteinlass (20) aufweist und einen ersten Kopfraum (25) definiert, der nur mit dem ersten Filterelement in Verbindung steht, und die zweite Kopfkappe (77) den Blutauslass (55) aufweist und einen zweiten Kopfraum (26) definiert, der nur mit dem zweiten Filterelement in Verbindung steht.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Öffnung (60) so bemessen ist, dass sie bewirkt, dass in einem ersten Fach (17), das die Hämodiafiltrationsstufe (13) definiert, ein erster Dialysatdruck herrscht und in einem zweiten Fach (19), das die zweite Hämofiltrationsstufe (14) definiert, ein zweiter Dialysatdruck, der niedriger als der erste Dialysatdruck ist, herrscht.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der Blut durch das erste Filterelement mit einem ersten Fluiddruck fließt und durch das zweite Filterelement mit einem zweiten Fluiddruck, der niedriger als der erste Fluiddruck ist, fließt und bei der einem ersten Fach (17), das die erste Hämodiafiltrationsstufe (13) definiert, ein erster Druck zugeordnet ist, der größer als ein zweiter Druck ist, der einem zweiten Fach (19) zugeordnet ist, das die zweite Hämofiltrationsstufe (14) definiert.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette mit mittlerer Verdünnung nach Anspruch 12, bei der die Öffnung (60) so bemessen ist, dass sie bewirkt, dass der erste zugeordnete Druck größer als der zweite zugeordnete Druck ist.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Zwischenstufenverbinder (46) durch eine Kopfkappe (53) definiert ist, die an dem zweiten Ende (23) des Kassettenkörpers (12) angeordnet ist.
Hämodiafiltrations-/Hämofiltrations-Kassette nach Anspruch 14, bei der die Öffnung (60) axial auf den Dialysatauslass (58) ausgerichtet ist, um die Fläche des zweiten Fachs (19), durch die das Dialysatfluid fließt, zu begrenzen.
Verfahren zur Hämodiafiltration/Hämofiltration in einer einzigen Kassette (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Aufnehmen von zufließendem Blut; – Diafiltern des zufließenden Bluts in einer ersten Stufe (13), um einen partiell diagefilterten Blutausfluss mit einer ersten Toxin-Konzentration zu schaffen; Mischen des partiell diagefilterten Blutausflusses mit einem Ersatzfluid in einem Zwischenstufenabschnitt, um ein Blut-/Ersatzfluid-Gemisch zu schaffen; und – Hämofiltern des Blut-/Ersatzfluid-Gemisches in einer zweiten Stufe (14), um Blut zu erzeugen, das eine zweite Toxin-Konzentration besitzt, wobei die erste Konzentration höher als die zweite Konzentration ist, wobei die Diafilterungs- und Hämofilterungs-Schritte in einer einzigen Kassette (10) erfolgen; und – Schicken von Dialysatfluid durch einen Dialysateinlass (57) und in die erste Stufe (13), wobei das Dialysatfluid durch die erste Stufe (13) fließt, bevor es durch eine eingeengte Öffnung (60) und durch eine diskrete Fläche der zweiten Stufe (14) zu einem Dialysatauslass fließt.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Unterteilen der einzigen Kassette (10) in die erste und die zweite Stufe (13, 14) mittels einer Trennwand (15), wobei die erste Stufe (13) ein erstes Filterelement enthält und die zweite Stufe (14) ein zweites Filterelement enthält, und wobei das Leiten des Dialysatfluids von der ersten Stufe (13) durch die zweite Stufe (14) das Leiten des Dialysatfluids durch eine in der Trennwand (15) ausgebildete Öffnung (60) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Dimensionieren der Öffnung (60) in der Weise, dass eine Fläche um die ersten Filterelemente einem ersten Druck ausgesetzt ist und eine Fläche um die zweiten Filterelemente einem zweiten Druck ausgesetzt ist, wobei der erste Druck größer als der zweite Druck ist.