DE1960504C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Be handeln einer Dialysatlosung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Be handeln einer DialysatlosungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Dialysatlösung, die an der Membran einer
künstlichen Niere zur Entfernung von Harnstoff vorbeizirkuliert, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
eines derartigen Verfahrens.
Beim Stoffwechsel des Proteins wird Harnstoff als Hauptendprodukt gebildet. Harnstoff hat ein äußerst
starkes Diffusionsvermögen und verteilt sich daher im Wasser aller Gewebe. Harnstoff hat normalerweise
keine nützliche Funktion im Körper und wird fast vollständig durch die Nieren ausgeschieden. Der
Harnstoff im Plasma wird durch den (Jlomerulus der Miere, d. h. durch die Gefäßknäulchen der Nierenrinde
gefiltert. Unter normalen Bedingungen diffundieren jedoch annähernd 40% des gefilterten Anteils wieder
zurück in das Blut.
Durch eine beeinträchtigte Nierenfunktion wird eine erhöhte Harnstoffkonzentration im Blutstrom verursacht.
Eine erhöhte Harnstoffkonzentration entsteht bei einer Anzahl pathologischer Zustände auf Grund
einer erhöhten Harnstoffbildung im Laufe eines beschleunigten Proteinstoffwechsels und/oder einer beeinträchtigten
Nierenfunktion. Bei einer konstanten. Zufuhr an Protein hängt der Grad der Azotämie ab
vom Ausmaß und von der Art der Nierenschädigung. Eine Urämie (uremia) wird angezeigt durch Übelkeit,
Erbrechen. Kopfschmerzen, Schwindelanfalle, Sehstörungen und schließlich durch Koma oder Krämpfe
3 oder Tod.
Eine bevorzugte Behandlungsart dieses toxischen Zustandes ist die Nieren-Homotransplantation. In
manchen Fällen ist jedoch die Nieren-Homotransplantaiior.
auf Grund anderer medizinischer Probleme
■ ο beim Patienten nicht möglich. Außerdem muß der
Patient so lange am Leben gehalten werden, bis ein Geeigneter Spender tür das Nierentransplantat gefunden
worden ist. Man hat daher zur Beseitigung von Harnstoff Dialysen entwickelt.
ö Bei der peri'tonealen Dialyse wird eine erwärmte sterile Dialysatlösung in den peritonealen Hohlraum
eines urämischen Patienten gepumpt. Wie bereits oben erwähnt, besitzt Harnstoff ein extrem starkes
Diffusionsvermögen, so daß er in die Dialysatlösunc
im peritonealen Hohlraum diffundiert. Dadurch wild bei der Entfernung der Dialysatlösung auch ein Teil
de- Harnstoffs aus dem Körper entfernt, und dadurch wird also die Harnstoffkon/entration reduziert. Bei
den zur Zeit verwendeten peritonealen Dialyscsystemen
wird die Dialvsatlosung injiziert, die Dialysatlösung
nimmt ilen Harnstoff auf und wird dann entfernt. Bei dieser Behandlung sind große Mengen an
steriler Dialysatlösung erforderlich.
Bei einer niedrigen Harnstoffkonzentration in Fällen
chronischer Nicrenschadigungen vvird die Hämodialyse
angewendet. Dabei wird arterielles Blut dem Patienten entnommen, auf der einen Seite einer Dialysemembian
vorbeigeführt und dann wieder in die Vene des Patienten zurückgeführt. Wenn ein geringer Druckabfall
auf der Blutflußseite der Dialysemembran erzeug, wiiu, verursacht der Blutdruck allein eine Zirkulationt
Jedoch erfordert ein geringer Druckabfall große und iaüge Führungswege, und vnn das Volumen des
Blutes, das sich außerhalb des Patienten befindet, im Oberschuß ist, muß Blut von einem Spender zugeführt
werden. Dadurch entstehen Gefahren für das Blut des Spenders, wie beispielsvu >e bei der Transfusion. Auf
der anderen Seite der Dialysemembran befindet sich die Dialysatlösung, in die Harnstoff aus dem Blutstrom
diffundiert. Bei den bisherigen Vorrichtungen fließt die Dialysatlösung entlang der Dialysemembran
und vvird so lange verwendet, bis die Harnstoffkonzentration in der Dialysatlösung die Diffusion des
Harnstoffes aus dem Blut beeinträchtigt. Anschließend vvird die Dialysatlösung durch eine frische Lösung
ersetzt. Die Diffusionsrate von Harnstoff in die Dialysatlösung nimmt mit steigender Harnstoff konzentration
in der Dialysatlösung ab, so daß zur Gewährleistung möglichst hoher Diffusionsraten ein häufiger
Wechsel der Dialysatlösung erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels der
die an der Membran einer künstlichen Niere vorbeizirkulierende Dialysatlösung so behandelt vvird, daß
die Harnstoffkonzentration auf einem niedrigen Wert verbleibt und die Dialysatlösung daher fortlaufend
verwendet werden kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Behandeln einer
Dialysatlösung, die an der Membran einer künstlichen Niere zur Entfernung von Harnstoff vorbeizirkuliert,
das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß Urease und ein Zirkoniumphosphät-Ionenaustau-
scher mit der Dialysatlösung /usanin-iigehracht
werden. Durch die Urease %ird der in d;j Dialvsatlösun.c
eingewanderte Harnstoff /u Ammoniumionen
abgebaut, die durch den Zirkoniumphosphat-IonenaustausJier
aus der Dialysatlösung entfernt werden Durch das Verfahren nach der Erfindung wird also die
Harns:.^konzentration der Dialysatlösung im wesentliche!.!uf
Höhe gehalten, so daß mc fortlaufend weiter verw.-.i-Jet werden kann. Der Zirkoniumphosphat-Ionen..":stauscher
wird zvveckmäßigcrweise in Form von Tauchen der Dialjsatlösung zugesetzt. Die Urease
wird /weckmäßigerweise in der Diaiysatlö.-un« aufgelöst.
Insbesondere können der Dialysatlösuns Teilchen zugesetzt werden, die aus Zirkoniumphosphatloneri.iustauscher
bestehen, ,n dem Urease absorbiert ist.
Dv Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens rau.· der F: "findung ist gekennzeichnet durch ein Zirkulation
wem für eine Harnstoff aufnehmende Oialysai
.ng. in dem Urease und ein /irkoniiimphosphat-Ιοί.
; .:iistauscher vorgesehen sind. Zv-eckmäßiger-
ν,α-- ^i im Zirkulations.systeni ei-: mit Zirkoniumpli,·
ι hat-Ionenaustauschcr geschichtete Säule ange-
or·· : Insbesondere kann im Zirkulation^stem ein
Z\r. 1 ■ niumphosphat-Ioneraustauscher vorgesehen sein, 2-an
-.!em Urease absorbiert i.st. Im Zirkulationssystem
ka:· < in einer zu der nut Zirkoniumphosphat-lonenauv
iiischer beschichteten Säule eine Zirkulationspui;;pe
angeordnet sein.
Die Windung wird nun an Hand der Zeichnung
näher erläutert, die eine bevorzugte Ausfiihrungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung zeigt.
.'ie in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10
enthält einen herkömmlichen Dialysator 12, insbesontiere einen herkömmlichen Hüniodialysator. Bei den
herkömmlichen Hämodialysatoren wird die Dialysatlösung vom Blut mittels einer Dialysemembran getrennt.
An Stelle des Hämodialysators 12 können auch Einleitung^- und Herausleitungshohlnadeln verwendet
werden mit Kanülen für das Anzapfen des peritonealen Hohlraums. Die Rezirkulierungsvorrichtung nach der
Erfindung kann bei der Peritonealdialyse verwendet werden. Da sie jedoch vorzugsweise bei der Hämodialyse
verwendet wird, wird auch die Beschreibung an Hand der Hämodialyse durchgeführt.
Bei der obenerwähnten Hämodialysevorrichtung wird der Blutstrom vom Patienten durch den Dialysator
12 gefühlt, wobei der Dialysator eine Dialysemembrane
besitzt, die das Blut vom Dialysat trennt. Dazu wird eine geeignete Dialysatlösung verwendet,
die sich für eine dialytische Wanderung der Vennreinigungen
im Blutstrom vom Blutstrom durch die Membran in das Dialysat eignet. Während eine Anzahl
von Faktoren im Blut in den Fällen der chronischen Urämie entfernt werden müssen, sind die Vorrichtung
und das Verfahren nach der Erfindung auf die Entfernung von Harnstoff gerichtet, so daß sich das hier
diskutierte Dialysat insbesondere zu diesem Zweck eignet. Das Dialysat ist daher vorzugsweise eine
Natriumchlorid-Giukose-Wasserlösung im sterilen Zustand. Das Dialysat, das praktisch keinen Harnstoff
und keine Ammoniumionen enthält, passiert in den Dialysator 12 aus der Einlaßleitung 14. Der Harnstoff
wird vom BlutSuomfluß auf der einen Seite der Membran
in das Dialysat mit einer Dialysiergeschwindigkeit geführt, die von der Harnstoffkonzentration im
Blutstrom, von den Membraneigenschaften und von der Dialysatart abhängt. Die Harnstoffkonzentration
im Dialysat besitzt einen höheren Stickstoffwert, wenn das Dialysat den Dialysator 12 durch die Ausführungsleitung 16 verläßt. Die Zirkulation durch den Dialysator
12 wird mittels der Pumpe 20 durchgeführt, die so verbunden ist, daß sie vom Dialysator ansaugt.
Die Pumpe 20 wird auf der Säule 22 entleert, in der der Stickstoffaktor bei der Zirkulation aus dem Dialysat
entfernt wird.
Die Urease ist ein Enzym, das durch verschiedene Mikroorganismen gebildet wird und die Umwandlung
von Harnstoff in Ammoniumkarbonat hervorrufen kann. Die Urease wird in der Vorrichtung in zwei
Arten verwendet. Bei der ersten wird die Urease im Dialysat aufgelöst, so daß der Harnstoff nach dem
Passieren der Membran in das Dialysat in Ammoniumkarbonat umgewandelt wird. Das Ammoniumkarbonai
wird in dem Dialysat aufgelöst und ionisiert, und die Ammoniumionen müssen entfernt werden, um den
Stickstoffgehalt des Dia!" ats ausreichend niedrig zu
halten, damit Harnstoff durch die Dialysemembran weiter aufgenommen werden kann. Weiterhin stören
die Ammoniumionen in der Einlaßleitung zum Dialysator 12, weil die Ammoniumioiien in den Blutstrom
zurückdiffundieren können.
Um die Ammoniumionen zu entfernen, ist die Säule 22 mit Zirkoniumphosphat gefüllt. Das Zirkoniumphosphat
hat Austauscheigenschaften und bindet und tauscht die Ammoniumionen aus der
Lösung aus gegen Natriumionen, die ursprünglich aus dem Austauscher absorbiert waren. Wenn das Dialysat
durch die Säule 22 läuft, werden die Ammoniumionen gebunden und Natriumionen freigemacht. Die Natriumionen
sind im Dialysat in großen Mengen vorhanden, wirken sich aber nicht nachteilig auf die
Hämodialyse des Harnstoffs aus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird Urease verwendet,
die auf dem Zirkoniumphosphat absorbiert ist. Es ist festgestellt worden, daß Urease auf dem Zirkoniumphosphat
absorbiert werden kann, indem eine wäßrige Lösung von Urease mit Zirkon;umphosphatkristallen
geschüttelt wird. Das Ausmaß der Absorption ist eine Funktion der Ureasekonzemration, der Schüttelzeit,
der Temperatur und der anschließenden Behandlung des Zirkoniumphosphats. Beispielsweise wird eine
Lösung von 20 mg Urease in 100 ml destilliertem Wasser mit 5 g Zirkoniumphosphatkristallen über einen
Zeitraum von 2 Stunden bei 220C geschüttelt. Das Absorbat wurde dreimal mit destilliertem Wasser
gespült. Dadurch erhielt man 67% der ursprünglichen Ureaseaktivität auf dem Zirkoniumphosphat. Bei
dieser bevorzugten Ausführungsform wird das Zirkoniumpnosphat mit der absorbierten Urease in der
Säule 22 gepackt, so daß die Umbildung des Harnstoffs zu Ammoniumkarbonat in der Säule stattfindet zugleich
m;t der sofortigen Fixierung der Ammoniumionen.
Falls notwendig, wird die Säule 22 entlüftet, um Kohlendioxidgas zu entfernen. Bei dieser bevorzugten
Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung erhält man ein Dialysat, das am Eingang des Dialysators
12 im wesentlichen eine Nullkonzentration an Ammoniuittionen besitzt.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung werden 2 1 Dialysatlösung verwendet,
zu denen 2 g Urease und 1000 g Zirkoniumphosphat (Sieböffnung 0,149 bis 0,074 mm) zugesetzt wurden.
Es kann jede geeignete Dialysatlösung verwendet wer-
5 6
den, und die Lösung kann die verschiedensten Be- Form dargestellt, die man für ihre chemische Zu·
standteile für bestimmte Zwecke im Zusammenhang sammensetzung hält, jedoch sollen diese Bezeich·
mit der Blutzusammensetzung enthalten. Bei dem nungen nur eine theoretische Darstellung sein und
vorliegenden Beispiel wurde die Dialysatlösung mit keine Beschränkung. Beispielsweise kann Zirkoniumeiner
Geschwindigkeit von 200 cm3 je Minute durch 5 phosphat als Zr(HPOJ2-H2O dargestellt werden
das System zirkuliert, und man konnte feststellen, daß Bei dieser und bei ähnlichen Strukturen der Verbinausreichend
Harnstoff aus der Dialysatlösung entfernt dung kann Wasserstoff in einem Austauschprozeß ir
wurde, so daß die Lösung wieder versvendet werden einem verschiedenen Ausmaß ersetzt werden. Dahci
konnte. Die typische Gleichung für die Ureascwirkung können diese Materialien als anorganische Austauist
wie folgt: ίο schermaterialien mit aktivem Wasserstoff bezeichnel
O werden. In einer ähnlichen Weise wirken die Natrium-Ij
und die Kaliumform als Ionenaustauscher. Das hiei H2N-C-NH2 -I- Urease+(NH1),, CO.., angegebene Zirkoniumphosphat kann nach verschiedenen
Verfahren hergestellt werden. Solche Verfahren
Die Entfernung der Ammoniumionen durch das 15 sind beispielsweise beschrieben in »Synthetic Inorganic
Zirkoniumphosphat läuft nach der folgenden Gleichung Ion Exchange Materials I«, »Zirconium Phosphate«
ab: von C. B. Amphlett, L. A. McDonald and
0 NlI f j- 7WNnPD ϊ .μη M. J. Redman, Journal of Inor. Nucl. Chem.,
ζ iNi ι., ϊ- £ruw^2 nju Band 6) s 220, 1958, und in dem Buch »Inorganic Ion
->^r(.iNn4rw4;2 η2υ -f- ζ iNd ^ Exchangers<<i VQn c B Amphlett, S. 93 bis 111
Die in der Beschreibung verwendete Bezeichnung (veröffentlicht 1964 durch Elsevier Publishing Compa-
Zirkoniumphosphat betrifft Zirkoniumphosphnt- ny). Wie bereits erwähnt, soll das Zirkoniumphosphal
Ionenaustauscher im allgemeinen wie beispielsweise die Natriumionen in der Zirkoniumverbindung er-
die Zirkoniumphosphatnatriumform, wie sie in der setzen. Es können die jeweils geeigneten Konzentra-
Gleichung angegeben wird. Der Natriumgehalt des 45 tionen an Urease und Zirkoniumphosphat in der
Natriumsalzes ist auf eine Lösung eingestellt, die sich Lösung verwendet werden.
für den besonderen Zweck der Lösung eignet. Als B:i einer anderen Ausführungsform kann die
Zirkoniumphosphat-Ionenaustauscher können auch Urease in der zirkulierenden Dialysatflüssigkeit auf-
(a) die Zirkoniumphosphat-Kalium/Wassersloff-Form gelöst werden, und das Zirkoniumphosphat kann in
und (b) die Zirkoniumphosphat-Wasserstoff-Form 30 der Form von Teilchen zugesetzt werden, so daß eine
verwendet werden. Abgesehen von einigen kristallinen zirkulierende Aufschlämmung entsteht. In diesem Fall
Formen ist die genaue chemische Struktur dieser braucht die Säule 22 nicht verwendet zu werden. Bei
Materialien nicht genau bestimmt worden. Die Be- einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Urease
zeichnung Zirkoniumphosphat-Ionenaustauscher be- auf dem Zirkoniumphosphat absorbiert werden, und
trifft Zirkoniumphosphate, die sich entweder in einer 35 das so hergestellte Produkt kann der Dialysatlösung
gelatineartigen oder in einer kristallinen Form befin- zugesetzt werden, um eine zirkulierende Aufschläm-
den. Diese Verbindungen werden in einer allgemeinen mung zu erzeugen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
3601*
Claims (8)
1. Verfahren zum Behandeln einer Dialysatlösung, die an der Membran einer künstlichen Niere
zur Entfernung \on Harnstoff vorbeizirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß Urease und ein
Zirkoniumphospliat-lonenaustauscher mit der Dialysatlösung
zusammengebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zirkoniumphosphat-Ioner.austauscher in Form von Teilchen der Dialysatlösung
zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Urease in der Dialysatlösung
aufgelöst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dialysatlösung Teilchen zugesetzt
werden, die aus Zirkoniumphosphat-lonenaustauscher
bes-dien, an dem Urease absorbiert ist.
5. Diaivsevorrichtung zur Durchführung des
\ erfahren-· nach Anspruch 1, gekennzeichne; durch
ein Zirkulationssystem (10) für eine Harnstoff aufnehmende Dialysatlösung. in dem Urease und
ein Zirkoniumpho.iphat-lonenaustauseher vorgesehen
Mild.
6. vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß im Zirkulationssystem eine mit Zirkoniuinphosphat-lonenaustauscher beschickte
Sanie (22) -ipgeordnet ist.
7. Vorrictitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß im Zirl.tilationss>stem (10; ein
Zirkoniumphosphat-Ionenaustauscher vorgesehen
ist. an den; Urease adsorbier, ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Zirkulationssystem in Reihe
zu der mit Zirkoniumphosphat-Ionenaustauscher beschickten Säule eine Zirkulationspumpe (20)
angeordnet ist.
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- 1969-12-02 JP JP44096750A patent/JPS4922438B1/ja active Pending
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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