DE2758679A1 - Double membrane filter for blood treatment - having layer of adsorbent material between membranes to adsorb impurities for haemopermeation and haemofiltration - Google Patents

Double membrane filter for blood treatment - having layer of adsorbent material between membranes to adsorb impurities for haemopermeation and haemofiltration

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Abstract

Blood treatment system has membrane arrangement which has blood on one side and by means of a pressure drop creates a flow to permeate on the other side. This permeate is a fraction of the blood. The membrane consists of two semi-permeable membranes with a layer between. This layer consists of a layer of adsorbent or a mixt. of adsorbent. It can also act as a holding space for molecules which have passed through the first membrane but cannot pass through the second. Used for removal of blood impurities in patients with kidney disorders. Arrangement allows the combined process of haemodialysis and haemofiltration to be carried out simultaneously in cases of liver coma.

Description

Apparat für Blutbehandlung Blood treatment apparatus

Die Erfndung bezieht sich auf einen Apparat für Elutbehandlung nach der Gattungstegriff des Anspruchs 1.Eine bekannte Methode um aus cer Plut eines Patienten Giftstoffe zu entfernen, ist die sog. I.moyerfusion bei der das Elut über ein Sorbens, z.E. Zktivkoble, stront. Iierhei nimmt das Sorbens Schadstoffe durch Absorption oder Adsorption auf. Um Blutschädigung zu vermeiden, ist das Sorbens ferner in den meisten r.l1en mit einer blutkompatiblen Schicht verzogen, die als für Schadstoffe durchlässige Membran den direkte Blutkontakt verhindert.The invention relates to an apparatus for elut treatment the generic term of claim 1. A known method to get one from cer Plut The so-called I.moyerfusion is used to remove toxins from patients a sorbent, e.g. Zktivkoble, stront. Here the sorbent picks up pollutants Absorption or adsorption. To avoid blood damage, this is sorbent furthermore, in most r.l1en warped with a blood-compatible layer, which is called A membrane permeable to harmful substances prevents direct blood contact.

Andere Methoden für das Entfernen von Giftstoffen aus den Blut sind die Hämodialyse und die H.;mofiltration (Diafiltration), die als zwei verschiedene Fun]tionsarten der künstlichen Niere bekannt sind. Bei der Bämodialyse trennt eine Membran das strömende Blut von einer ebenfalls strömenden Lösung, den sog. Dialysat. Schadstoffe diffundieren durch die @enhran aus den Blut in das Dialysat und werden vom letzteren fortgetragen. Bei der Hämofiltration wird, mit Hilfe einer Druckdifferenz über die Membran, eine Fraktion des Blutes durch die Slembran gepreßt, auf deren anderen Seite kein Dialysat mehr vorhanden sein muß. Die somit abfltrierte Fraktion, das sog. Permeat, enthalt Molktüle bis zu einer gewissen Grenze (Durchlaßarenze der Membran), aber keine Blutkcrperehen oder Proteine. Das Permeat kann nun u.U. nach einer Reinigungsbehandlung (z.B. mit Aktivkohle), dem Patienten wieder zugeführt werden - oder es wird stattdessen eine Ersatzlösung (Substitutionslösung) zugeführt, um den Flüssigkeitsverlust sowie den Verlust an Elektrolyten oder dgl. zu kompensieren.Other methods for removing toxins from the blood include hemodialysis and H.; mofiltration (diafiltration), which are considered to be two different Function types of the artificial kidney are known. In hemodialysis it separates a membrane removes the flowing blood from a likewise flowing solution, the so-called. Dialysate. Pollutants diffuse through the @enhran from the blood into the dialysate and are carried away by the latter. In hemofiltration, with the help of a pressure difference across the membrane, a fraction of the blood passes through the membrane is pressed, on the other side of which there is no longer any dialysate got to. The fraction filtered off, the so-called permeate, contains up to one molecule certain limit (permeability of the membrane), but no blood cells or proteins. The permeate can now, under certain circumstances, after a cleaning treatment (e.g. with activated carbon), be fed back to the patient - or a substitute solution will be used instead (Substitution solution) supplied to address fluid loss as well as loss To compensate for electrolytes or the like.

Eine besonders bedeutende Entwicklungsaufgabe für die Anwendung der Hämoperfusion ist der Einsatz für die Lebercomatl.erapie. Leider ist bisher nur ein begrenzter Erfold damit erreicht worden. Daher wird außerdem versucht, Lekercomafälle durch Hämodialse oder IlAmofiltration zu kehandeln, was ebenfalls nicht erfolglos gewesen ist. Größerer trfols ist aus der Kmbination dieser beiden Verfahren zu erwarten, was aber bei gleichzeitiger Anwendung beider Clethoden in getrennten Apparaten aufwendig, teuer und kreislaufbelastend (wege des größeren exracorporale elutvolumens) ist.A particularly important development task for the application of the Hemoperfusion is the use for liver comatl therapy. Unfortunately so far only a limited success has thus been achieved. Therefore, attempts are also made to detect Lekercoma cases treatment by hemodialysis or ilamofiltration, which is also not unsuccessful has been. Greater success is to be expected from the combination of these two methods, but what is costly when both methods are used in separate apparatuses at the same time, is expensive and stressful for the circulation (due to the larger exracorporeal elut volume).

Die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung löst nun die Aufgabe die beiden Behandlungsverfahren - die Hämoperfusion und die Hämofiltration - in einem einzigen Apparat zu inteorieren, und zwar so, dar außerdem noch weitere funktionelle Vorteile erreicht werden, wie im folgenden an liand der Funktionsbeschreibung erläutert werden soll. Damit entfallen die aenannten Nachteile der Behandlung mit getrennten Apparaten.The invention characterized in claim 1 now solves the problem two treatment methods - hemoperfusion and hemofiltration - in one to intervene in a single apparatus, and indeed in such a way, also constitutes further functional ones Advantages can be achieved, as explained in the following in addition to the functional description shall be. This eliminates the aforementioned disadvantages of treatment with separate Apparatus.

Eine nordnuncr gemäß der Erfindung enthält im wesentlichen zwei membranen mit einer dazwischen gelagerten Schicht aus einen Sorbens - oder aus einem Gemisch verschiedener Sorbentien.A north now according to the invention essentially contains two membranes with an interposed layer of a sorbent - or a mixture various sorbents.

Diese Mehrschichteninenbran kann auch mehrfach in parallelen Anordnungen vorhanden sein, um eine große Austauschfl;che in ein kleines Volumen einzubringen.This multilayer network can also be used several times in parallel arrangements be available in order to bring a large exchange area into a small volume.

Das Blut strömt an der einen Seite dieser dreischichtigen Anordnung vorbei und eine Fraktion des Blutes wird mit Hilfe eines Druckgradienten als Permeat durch die drei Schichten aeprert: durch die blutseitige Membran, durch die Sorbensschicht und durch die permeatseitige flembran, in der cienannten Reihefolge. flei der Passaqe durch die Sorbensschicht wird das Permeat von Schadstoffen befreit, die dort aufgenommen werden. Diese Funtion entspricht der übliche Mämoperfusionsbehandlung. Meiter ist vorsesehen, daß die permeatseitiqe Membran eine kleinere Durchlaßgrenze als die blutseitige Membran hat. Dadurch werden größere Moküle, die die letztere Memdran passieren und doch nicht genügend sor-Liert werden, ander permeatseitiqen Membran zurückgehal die .lolekülgröne iiher deren Durchlaßbereich liegt. Somit werden in dieser dreischichtigen Anordnung nicht nur dicionigen Substanzen zurückachalten, die sorbiert werden, sondern außerden auch diejenicren, die die erste, aber nicht die zweite embran passieren können. Hierdurch ist ein weiterer funltioneller Vorteil erreicht, der bei Kombination mit getrennten Apparaten für Hämoperfsion und Hämofiltratio nicht vorliegt. Noch ein zusätzlicher Vorteil wird dadurch erreicht, daß das Sorbenskörncen (oder die Sorbentien) in der Zwischenschicht nicht beschichtet sein müssen. Somit ist die Sorrtionsfähigkeit nicht durch eine trennende Schicht einaeschränkt, sondern die Sorbenskörner werden unmittelbar vom Permeat der blutseitigen Membran überströmt. Bei der üblichen Hämoperfusionsanordnung wird beschichtete Aktivkohle von Blut überströmt und die sortierten Substanzen müssen durch Diffusion durch die Beschichtung an die Kohle aelangen.In der Dreischichtenanordnung gelangen die sorbierten Substanzen nicht nur durch Diffusion, sondern zusätzlich und hauptsächlich durch Konvektion (Mitschwemmen mit dem filtrat) direkt an das Sorhens.The blood flows on one side of this three-layer arrangement pass and a fraction of the blood is called permeate using a pressure gradient aeprert through the three layers: through the blood-side membrane, through the sorbent layer and through the membrane on the permeate side, in the order mentioned. flei of the Passaqe the permeate is freed of pollutants through the sorbent layer, which are absorbed there will. This function corresponds to the usual hemoperfusion treatment. Is more provide that the permeation side membrane has a smaller permeability limit than that has blood-sided membrane. This creates larger molecules, which the latter memdran happen and yet are not sufficiently sor-lated on the permeation-side membrane retained the .lolekülgröne over whose transmission range lies. Thus, in this three-layer arrangement not only retard dicionic substances, which are sorbed, but also those who are the first, but not the second embran can happen. This is another functional advantage achieved when combined with separate devices for hemoperfion and hemofiltratio not available. Yet another advantage is achieved in that the sorbent granules (or the sorbents) do not have to be coated in the intermediate layer. Consequently the sorption capacity is not restricted by a separating layer, but the sorbent grains are immediately overflowed by the permeate of the blood-side membrane. With the usual hemoperfusion arrangement, blood flows over coated activated carbon and the sorted substances must reach the by diffusion through the coating The sorbed substances get into the three-layer arrangement not only through diffusion, but also and mainly through convection (Floating along with the filtrate) directly to the Sorhens.

Hiermit liegen wesentlich vorteilhaftere Verhltnisse vor als bei der üblichen Hämoperfusion, obwohl auch hier an sich eine Membran Sorbens und Blut trennt. Der Unterschied liegt also hier in einem aktiven Transport durch diese Membran, die bei der üblichen Hämoperfusion nicht erreicht werden kann.This means that the situation is much more advantageous than with the usual hemoperfusion, although here, too, a membrane separates the sorbent and blood. The difference here is therefore an active transport through this membrane, which cannot be achieved with conventional hemoperfusion.

Das Permeat der gesamten Anordnung, das also auch die perneatseifige membran passiert hat, kann nun dem Patienten wieder zugeführt weraen, oder dem Patienten wird stattdessen eine Substitutionslösung zugeführt.The permeate of the entire arrangement, including the perneatseifige has passed through the membrane, it can now be fed back to the patient, or to the patient a substitution solution is added instead.

Ein besonderes Problem bei der Hämoperfusion mit beschichteten Sorbenskörnern (und noch mehr, falls unbeschichtete venzendet werden) ist erfahrungsgemäß der Abfall des Thrombozytennehaltes im Patientenblut durch Adsorption von Thrombozyten an den Sornern, oder durch Eildung von Thrombozytenaavregaten oder Blutoerinsel. Die Dialyse und die Hämofiltration haben diesen Nachteil nicht. Da die Blutführung in der neuen Anordnung mit der bei Hämofiltration übereinstimmt, wird weiter noch der Vorteil einer Elimination der iatrogenen Thrmbozytopenie gewonnen.A particular problem in hemoperfusion with coated sorbent grains (and even more, if uncoated ones are used), experience has shown that waste the platelet content in the patient's blood by adsorption of platelets on the Sorners, or by the formation of platelet avregates or blood islands. Dialysis and hemofiltration do not have this disadvantage. Since the blood flow in the new Arrangement with which coincides with hemofiltration is further advantageous an elimination of iatrogenic thrombocytopenia.

Es ist auch möglich, nur den Effekt des Einfangen von cukstanzen zwischen den beiden ríembranen auszunUtzen, der hei solchen molekülen vorliegt, die die zweite liemFran nicht passieren können. In diesem Fall muß die Zwischenschicht kein Sorbens enthalten, sondern nur genügend Speichervolumen für die zurückgehaltenen Moleküle aufweisen.It is also possible to just have the effect of trapping cukstanzen between to take advantage of the two membranes present in such molecules as the second liemFran not can happen. In this case the intermediate layer must contain no sorbent, but only sufficient storage volume for the retained ones Having molecules.

Es liegt in der Natur der Erfindung, daß diese in vielen gleichwertiqen Formen ausgeführt werden kann. So können 1) zwei Plembranen mit Zwischenlagerung von Sorbens aneinandergelegt werden, 2) eine einfache Membran und eine doppelschichtige Membran mit Sorbensschicht aneinandergelegt werden, 3) eine dreischichtige Membran (Zwischenschicht mit Sorbens) auf einmal, zusamenhängend erzeugt werden.It is in the nature of the invention that these are equivalent in many ways Shapes can be run. So 1) two diaphragms with intermediate storage of sorbent placed next to each other, 2) a single membrane and a double layer Membrane with sorbent layer are placed against each other, 3) a three-layer membrane (Intermediate layer with sorbent) can be produced at once, coherently.

Die Art des Sorbens, ob Kohle, Harz oder eine andere Substanz oder auch ein Gemisch, ist grundsätzlich ohne Bedeutung. Auch kann die permeatseitiqe Membran die gleiche oder eine größere Durchlaßgrenze haben, verglichen mit der blutseitigen, falls nur die Sorption von Interesse ist.The type of sorbent, whether charcoal, resin or some other substance or also a mixture, is basically irrelevant. The permeation side can also Membrane have the same or a larger permeability limit compared to the blood-side, if only sorption is of interest.

Die rt, in welcher diese dreischichtige Membrananordnung in einen Apparat eingebaut ist, ist ebenfalls ohne Bedeutung.The rt, in which this three-layer membrane arrangement in one Apparatus is built in is also irrelevant.

Es i&rimen alle existierenden und neuartigen Bau formen von Dialysatoren und Hämoflt in Frage, sofern darin eine dreishichtige Membrananordnung enthalten ist.It covers all existing and new types of dialyzer and Haemoflt in question if they contain a three-layer membrane arrangement is.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.Some exemplary embodiments of the invention are based on the following the drawing explained.

Fig. 1 zeigt schematisch den stark vergrößerten Querschnitt einer ebenen Membrananordnung und Fig. 2 den ouerschnitt einer dreischichtigen Hohlfaser.Fig. 1 shows schematically the greatly enlarged cross section of a planar membrane arrangement and FIG. 2 shows the cross section of a three-layer hollow fiber.

Die in Fig. 1 dargestellte Membrananordnunq 1 befindet sich in einem Apparat bekannter Art für Blutbehandlung und bildet die Trennwand zwischen zwei Räumen 2 und 3. Im Raum 2 wird die Membrananordnung 1 von einem Blutstrom 4 überströmt, während im Raum 3 ein Unterdruck gegenüber dem Raum 2 herrscht. Die Membrananordnung 1 besteht aus drei Schichten, nämlich zwei semipermeablen Membranen 5 und 6 und einer Zwischenschicht 7.The membrane arrangement 1 shown in Fig. 1 is in one Apparatus of a known type for blood treatment and forms the partition between two Rooms 2 and 3. In room 2, the membrane arrangement 1 is flowed over by a blood stream 4, while in room 3 there is a negative pressure compared to room 2. The membrane assembly 1 consists of three layers, namely two semipermeable membranes 5 and 6 and an intermediate layer 7.

Die Zwischenschicht 7 besteht aus Sorbenskörnern 8, beispielsweise aus Aktivkohle. Vorzugsweise hat die dem Raum 2 zugewandle Membran 5 eine höhere Durchlaßgrenze als die dem Raum 3 zugewandte Membran 6.The intermediate layer 7 consists of sorbent grains 8, for example made of activated carbon. The membrane 5 facing the space 2 preferably has a higher one Passage limit than the membrane 6 facing the space 3.

In folge des im Raum 3 herrschenden Unterdrucks treten die niedermolekularen Anteile des Blutes, darunter Schadstoffe, durch die Membran 5 hindurch und durchlaufen die Zwischenschicht 7. Dort werden die Schadstoffe größtenteils an die Kohlekörner 8 adsorbiert. Die nichtadsorbierten Anteile suchen unter dem Einfluß des Unterdrucks im Raum 3 durch die Membran 6 hJndurchzutreten; dies gelingt aber nur den kleineren Molekülen, so daß weitere, aus größeren Molekülen bestehende Schadstoffe in der Zwischenschicht zurückgehalten werden, auch wenn sie nicht in der Sorbensschicbt 7 sorbiert werden. Das die Membran 6 durchdringende, von Schadstoffen befreite Permeat 9 wird gesammelt und kann dem Patienten wieder zugeführt werden -entweder direkt oder nach weiterer Behandlung irgendeiner Art.As a result of the negative pressure prevailing in room 3, the low molecular weight occurs Portions of the blood, including pollutants, pass through the membrane 5 and pass through the intermediate layer 7. There the pollutants are mostly attached to the grains of coal 8 adsorbed. The non-adsorbed fractions search under the influence of the negative pressure to pass through the membrane 6 in space 3; but only the smaller ones can do this Molecules, so that other pollutants consisting of larger molecules in the Interlayer be retained, even if it is not in the sorbent layer 7 are sorbed. The permeate which penetrates the membrane 6 and has been freed from pollutants 9 is collected and can be returned to the patient - either directly or after further treatment of any kind.

In einem ausgeführten Beispiel bestand die semipermeable Membran 5 aus Polyacrylnitril und hatte eine Dicke von ca. 20 um.In an example carried out, the semipermeable membrane 5 consisted made of polyacrylonitrile and had a thickness of approx. 20 µm.

Die Membran 6 bestand aus Cuprophan in einer Dicke von ca. 17 pur,.The membrane 6 consisted of pure cuprophane in a thickness of approx. 17.

Die obere Durchlaßgrenze der Membran 5 lag bei einem Molekulargewicht von ca. 25000, diejenige der Membran 6 bei ca. P.00a.The upper permeability limit of the membrane 5 was one molecular weight of approx. 25,000, that of the membrane 6 at approx. P.00a.

Die Zwischenschicht hatte eine Dicke von ca. 300 um und bestand aus Aktivkohlekörnern mit einer mittleren Größe von 20 µm. Bei einem Druckunterscied zwischen den Räumen 2 und 3 in Höhe von 700 Torr konnten ca. 1,5 1 Flüssigkeit pro m2 Membranfläche in der Stunde vn Schadstoffen befreit werden.The intermediate layer had a thickness of about 300 µm and consisted of Activated carbon grains with an average size of 20 µm. When there is a pressure difference between the spaces 2 and 3 in the amount of 700 Torr could about 1.5 1 liquid per m2 membrane surface are freed of pollutants per hour.

Die in Fig. 2 dargestellte Holfaser 10 ist ebenso aufgebaut wie die Membrananordnung 1 in Fig. 1. Sie besteht aus einer semipermeablen Außenwand 11, einer semipermeablen Innenwand 12 und einer Zwischenschicht 13, die mit einem Sorbens oder einem Sorbensgemisch gefüllt ist. Der Innenraum 14 der Hohlfaser dient zum Durchleiten des zu reinigenden Blutes, während im S;ußenraum 15 ein relativer Unterdruck herrscht. Dadurch werden die niedermolekularen Schadstoffe aus dem Blut abgezogen und aröFtenteils in der Zwischenschicht 13 sortiert. Das Permeat, das auch die Außenwand 11 passiert hat, sammelt sich im Außenraum 15 und kann dem Patienten zugeführt, weiter untersucht oder verworfen werden.The wood fiber 10 shown in Fig. 2 is constructed in the same way as that Membrane arrangement 1 in Fig. 1. It consists of a semipermeable outer wall 11, a semipermeable inner wall 12 and an intermediate layer 13, which is coated with a sorbent or a sorbent mixture is filled. The interior 14 of the hollow fiber is used to Passing through of the blood to be purified, while a relative negative pressure in the outer space 15 prevails. This removes the low molecular weight pollutants from the blood and sorted by type in the intermediate layer 13. The permeate, which is also the outer wall 11 has passed, collects in the outer space 15 and can be fed to the patient, further investigated or discarded.

Ceeicrnete Maße einer solchen llohlfaser sind z.B.: Innendurchmesser 300 pm, Außendurchmesser 780 µm, Innenschicht und Außenschicht 20 pm dick, Sorbensschicht 200 um dick.Certain dimensions of such a hollow fiber are e.g .: inner diameter 300 μm, outer diameter 780 μm, inner layer and outer layer 20 μm thick, sorbent layer 200 µm thick.

Die Werkstoffe der einzelnen Schichten können die gleichen wie oben sein.The materials of the individual layers can be the same as above be.

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Claims (8)

Patentansprüche 1. Apparat für Blutbehandlung mit einer Membrananordnuns, die auf der einen Seite von Blut überströmt wird und auf deren anderen Seite mit Hilfe einer Druckdifferenz ein Permeat aufuefangen werden kann, das eine Fraktion des Blutes darstellt, daduch ekenzeichnet, daß die Membrananordnung aus zwei semipermeablen Membranen mit einer " ischenscllicht besteht und daß die Zwischenschicht ein Sorbens oder ein Sorbensgemisch enthält und/oder ein Speichervolumen für zwischen den Membranen eingefangene, an der permeatseitigen Membran zurückgehaltene Moleküle besitzt. Claims 1. Apparatus for blood treatment with a membrane arrangement, which has blood flowing over it on one side and with it on the other With the help of a pressure difference, a permeate can be collected, which is a fraction of the blood, daduch ekenzeich that the membrane arrangement consists of two semipermeable Membranes with a "ischenscllicht" and that the intermediate layer is a sorbent or contains a sorbent mixture and / or a storage volume for between the membranes has trapped molecules retained on the membrane on the permeate side. 2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, dar dic beide semipermeablen Membraen verschiedene Durchiaßbereich haben. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that both are semipermeable membranes have different passage areas. 3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbens aus Aktivkohle oder Harz oder einem Gemisch derselben besteht.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Sorbent consists of activated carbon or resin or a mixture thereof. 4. Apparat nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekenzeichnet, daß die dreischichtige Membrananordnung zusammenhängend gefertigt ist, so daß sie aus einer Membran mit drei Schichten besteht.4. Apparatus according to claim 1-3, characterized in that the three-layer Membrane assembly is made coherent so that it consists of a membrane with consists of three layers. 5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekenzeichnet, daß die dreischichtige Membran als Mohlfaser gestaltet ist, deren Innenwand und Außenwand semipermeable Schichten sind, während dazwischen eine Schicht mit einen Sorbens oder einem Sorbensqemisch liegt.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the three-layer The membrane is designed as a hollow fiber, the inner wall and outer wall of which are semipermeable Layers are, while in between a layer with a sorbent or a sorbent mixture lies. 6. Apparat nach Anspruch 1, dadurch aekennzeiehnet, daf> die dreischichtige Anordnung von zwei Membranen und einer speichernden, aber sorbensfreien Zwischenschicht zusamenhängend gefertigt ist.6. Apparatus according to claim 1, characterized in that> the three-layer Arrangement of two membranes and a storage, but sorbent-free intermediate layer is made coherently. 7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende dreischichtige Membrane als Hhlfaser gestaltet ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the contiguous three-layer membrane is designed as a hollow fiber. 8 Apparat nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, aß er auch ftir die Verwendung als Dialysator eingerichtet ist, so daß eine Dialysatlösung auf der Permeatseite der dreischichtigen Membrananordnung diese überströmer.8 apparatus according to claim 1 to 7, characterized in that he also ate is set up for use as a dialyzer, so that one Dialysate solution on the permeate side of the three-layer membrane arrangement overflows it. kann.can.
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