гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж

Формула изобретения

1. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж с промежуточным разбавлением, содержащий:

корпус, имеющий первый торец и противоположный второй торец и сообщающийся с впуском для крови, выпуском для крови и впуском и выпуском для диализата,

первую ступень гемодиафильтрации, включающую первый фильтрующий элемент, расположенный между первым и вторым торцами корпуса картриджа, причем впуск для крови сообщается с первым фильтрующим элементом у первого торца с обеспечением протекания крови через указанный фильтрующий элемент в сторону второго торца,

вторую ступень гемофильтрации, включающую второй фильтрующий элемент, расположенный между первым и вторым торцами корпуса картриджа, причем выпуск для крови сообщается со вторым фильтрующим элементом, и

межступенчатый соединитель, расположенный у второго торца корпуса картриджа и ограничивающий межступенчатую коллекторную полость, обеспечивающую протекание крови, выпущенной из первой ступени гемодиафильтрации, через второй фильтрующий элемент к выпуску для крови, и имеющий впускной патрубок для замещающей жидкости, предназначенный для приема раствора для разбавления крови перед ее поступлением во второй фильтрующий элемент второй ступени,

причем указанный картридж выполнен с возможностью поступления диализной жидкости из указанного впуска для диализата и протекания через первую ступень гемодиафильтрации и затем вытекания через выпуск для диализата.

2. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.1, дополнительно содержащий разделительную стенку, расположенную в корпусе и разделяющую его на первое отделение, связанное с указанной первой ступенью, и второе отделение, связанное с указанной второй ступенью.

3. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.1, в котором каждый из указанных фильтрующих элементов, первый и второй, содержит полупроницаемые полые волокна с высокой пропускной способностью.

4. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.2, в котором указанные первый и второй фильтрующие элементы отделены разделительной стенкой вдоль всей их длины.

5. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.2, в котором разделительная стенка имеет отверстие для обеспечения прохождения диализата из первого отделения через второе отделение перед выходом через выпуск для диализата.

6. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.5, в котором указанное отверстие расположено, по существу, на одной оси с выпуском для диализата.

7. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.1, в котором первый торец корпуса закрыт первой коллекторной крышкой, в которой выполнены указанные впуск и выпуск для крови.

8. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.7, в котором первая коллекторная крышка имеет внутренний стеновой элемент для разделения внутренней коллекторной полости на первую коллекторную полость и вторую коллекторную полость.

9. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.8, в котором первая коллекторная полость обеспечивает протекание крови в первые фильтрующие элементы первой ступени только из указанного впускного патрубка для крови, а вторая коллекторная полость обеспечивает протекание крови в выпускной патрубок для крови только из вторых фильтрующих элементов.

10. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.8, в котором благодаря внутреннему стеновому элементу, предотвращающему поступление крови во вторую коллекторную полость, исключено попадание во вторые фильтрующие элементы крови, поступающей в первую коллекторную полость через впуск для крови.

11. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.2, в котором первый торец корпуса закрыт первой коллекторной крышкой, которая имеет внутренний стеновой элемент, ограничивающий первую коллекторную полость и вторую коллекторную полость и совмещенный с разделительной стенкой.

12. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.11, в котором внутренний стеновой элемент выполнен за одно целое с первой коллекторной крышкой и содержит два уплотнительных кольца для создания уплотнения между указанной крышкой и корпусом картриджа в месте крепежного стыка этих элементов.

13. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.1, в котором первый торец корпуса закрыт первой и второй коллекторными крышками, при этом первая крышка включает впуск для крови и ограничивает первую коллекторную полость, сообщающуюся только с первым фильтрующим элементом, а вторая крышка включает выпуск для крови и ограничивает вторую коллекторную полость, сообщающуюся только со вторым фильтрующим элементом.

14. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.5, в котором размеры указанного отверстия имеют такую величину, что диализат в первом отделении находится под первым давлением, а во втором отделении он находится под вторым давлением, превышающим указанное первое давление.

15. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж с промежуточным разбавлением, содержащий кожух, в первой ступени которого происходит гемодиафильтрация, а во второй ступени происходит гемофильтрация, при этом первая ступень гемодиафильтрации имеет первый фильтрующий элемент, а вторая ступень гемофильтрации имеет второй фильтрующий элемент, и обе ступени расположены в одном кожухе, включающем межступенчатую часть, в которой выполнен впускной патрубок для замещающий жидкости, предназначенный для поступления раствора для разбавления крови, выпускаемой из первой ступени гемодиафильтрации, перед поступлением крови во второй фильтрующий элемент второй ступени гемофильтрации, причем кожух включает впуск для крови, сообщающийся с первой ступенью, выпуск для крови, сообщающийся со второй ступенью, и впуск и выпуск для диализной жидкости.

16. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.15, в котором впуск для диализата сообщается с первой ступенью, а выпуск для диализата сообщается со второй ступенью, при этом кожух имеет разделительную стенку, разделяющую его на указанные первую и вторую ступени, а указанный картридж выполнен с возможностью протекания диализной жидкости из первой ступени во вторую через отверстие, выполненное в разделительной стенке.

17. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.16, в котором кровь через первый фильтрующий элемент протекает под первым гидростатическим давлением, а через второй фильтрующий элемент - под вторым гидростатическим давлением, которое меньше указанного первого давления, причем давление в первом отделении, ограничивающем первую ступень, превышает давление во втором отделении, ограничивающем вторую ступень.

18. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.17, в котором размеры указанного отверстия имеют такую величину, что давление в первом отделении превышает давление во втором отделении.

19. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж, содержащий:

корпус, имеющий первый торец и противоположный второй торец и сообщающийся с впуском для крови, выпуском для крови и впуском и выпуском для диализата,

первую ступень гемодиафильтрации, включающую первый фильтрующий элемент, расположенный между первым и вторым торцами корпуса картриджа, причем впуск для крови сообщается с первым фильтрующим элементом у первого торца с обеспечением протекания крови через указанный фильтрующий элемент в сторону второго торца,

вторую ступень гемофильтрации, включающую второй фильтрующий элемент, расположенный между первым и вторым торцами корпуса картриджа, причем выпуск для крови сообщается со вторым фильтрующим элементом, и

межступенчатый соединитель, расположенный у второго торца корпуса картриджа и ограничивающий межступенчатую коллекторную полость, обеспечивающую протекание крови, выпущенной из указанной первой ступени гемодиафильтрации, через второй фильтрующий элемент к выпуску для крови,

причем указанный картридж выполнен с возможностью поступления диализной жидкости в корпус картриджа через впуск диализата и протекания через первую ступень гемодиафильтрации и затем вытекания через выпуск для диализата.

20. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.19, дополнительно содержащий разделительную стенку, расположенную в корпусе и разделяющую его на первое отделение, связанное с указанной первой ступенью гемодиафильтрации, и второе отделение, связанное с указанной второй ступенью гемофильтрации, причем разделительная стенка имеет отверстие, выполненное с возможностью протекания через него диализной жидкости из первой ступени гемодиафильтрации во вторую ступень гемофильтрации.

21. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.19, в котором указанные впуск и выпуск для крови выполнены в первой коллекторной крышке, расположенной на первом торце корпуса, а межступенчатый соединитель ограничен второй коллекторной крышкой, расположенной на втором торце корпуса, причем первая коллекторная крышка выполнена с обеспечением сообщения впуска для крови только с первой ступенью гемодиафильтрации и сообщения выпуска для крови только со второй ступенью гемофильтрации.

22. Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж по п.20, в котором указанное отверстие по существу расположено на одной оси с выпуском для диализата для ограничения зоны второго отделения, выполненного с возможностью протекания через него диализной жидкости.

23. Способ гемодиафильтрации/гемофильтрации в одном картридже, включающий:

прием поступающего потока крови,

диафильтрацию указанного потока в первой ступени с получением вытекающего потока крови, прошедшей частичную диафильтрацию и имеющей первую концентрацию токсинов,

смешивание указанного вытекающего потока крови с замещающей жидкостью в межступенчатой части с образованием смеси из крови и замещающей жидкости,

гемофильтрацию указанной смеси во второй ступени с получением крови, имеющей вторую концентрацию токсинов, которая меньше указанной первой концентрации, причем диафильтрация и гемофильтрация происходят в одном картридже, и

пропускание диализной жидкости через впуск для диализата в первую ступень, причем диализная жидкость протекает в первой ступени перед протеканием через ограничительное отверстие и через отдельную зону второй ступени к выпуску для диализата.

24. Способ по п.23, в котором дополнительно разделяют указанный картридж с помощью разделительной стенки на первую и вторую ступени, первая из которых включает первый фильтрующий элемент, а вторая включает второй фильтрующий элемент, причем при пропускании диализной жидкости из первой ступени через вторую ступень включает пропускание этой жидкости через отверстие, выполненное в разделительной стенке.

25. Способ по п.24, в котором отверстие выполняют с такими размерами, что в зоне вокруг первых фильтрующих элементов имеется первое давление, а в зоне вокруг вторых фильтрующих элементов имеется второе давление, которое меньше первого давления.

26. Способ гемодиафильтрации/гемофильтрации в одном картридже, включающий:

прием поступающего потока крови,

диафильтрацию указанного потока в первой ступени с обеспечением вытекающего потока крови, прошедшей частичную диафильтрацию и имеющей первую концентрацию токсинов,

гемофильтрацию указанной крови, прошедшей частичную диафильтрацию, во второй ступени с получением крови, прошедшей гемодиафильтрацию/гемофильтрацию и имеющей вторую концентрацию токсинов, которая меньшей указанной первой концентрации, причем диафильтрация и гемофильтрация происходят в одном картридже, и

пропускание диализной жидкости через впуск для диализата в первую ступень, причем диализная жидкость течет в первой ступени перед протеканием через ограничительное отверстие и через отдельную зону второй ступени к выпуску для диализата.

Описание изобретения к патенту

Перекрестная ссылка на заявку, имеющую отношение к настоящей заявке

Приоритет данной заявки заявляется по предварительной заявке на патент США №60/254741, поданной 11 декабря 2000 года и полностью включенной в настоящее описание посредством ссылки.

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к гемодиафильтровальным/гемофильтровальным устройствам и способам фильтрования и в особенности к усовершенствованному гемодиафильтровальному/гемофильтровальному картриджу и способу его применения.

Предпосылки изобретения

Распространенным в настоящее время лечением терминальной стадии почечной болезни (ТСПБ) по существу является гемодиализ, при котором очищаемая кровь протекает с одной стороны полупроницаемой мембраны, а с ее другой стороны протекает физиологический раствор (например, диализат), благодаря чему находящиеся в крови токсины переносятся с одной стороны мембраны на другую. Основной движущей силой при таком лечении является диффузия. Этот процесс является эффективным, как правило, при удалении токсинов с малой молекулярной массой, таких как мочевина и креатинин. Однако этот процесс гораздо менее эффективен при удалении веществ со средней молекулярной массой, например веществ, молекулярная масса которых превышает примерно 1 кДа, из-за их низкого коэффициента диффузии.

В гораздо меньшей степени в качестве метода лечения применяется гемофильтрация. Как и при гемодиализе, в этом случае кровь протекает с одной стороны полупроницаемой мембраны, однако с другой ее стороны поток диализата отсутствует. Вместо этого по сторонам мембраны создают перепад давления, так что часть плазменной воды крови фильтруется через мембрану. Вместе с плазменной водой из крови конвекционным способом удаляются токсины. В кровь перед ее введением в гемофильтр или после ее введения в него добавляют стерильную непирогенную замещающую жидкость, которая замещает плазменную воду, фильтруемую через полупроницаемую мембрану в процессе гемофильтрации. Этот процесс по сравнению с гемодиализом является в целом менее эффективным при удалении токсинов с малой молекулярной массой, но более эффективным при удалении веществ со средней молекулярной массой.

Гемодиафильтрация представляет собой комбинацию диализа и гемофильтрации. Диализная жидкость протекает с другой стороны полупроницаемой мембраны, в результате чего происходит диффузия токсинов. Одновременно с этим поддерживается перепад давления по сторонам мембраны, что обеспечивает высокую степень фильтрации. Как и при гемофильтрации, в кровь перед ее введением в гемодиафильтровальный картридж или после ее введения в него добавляют стерильную непирогенную замещающую жидкость. В результате такой комбинации гемодиафильтрация является эффективной при удалении небольших молекул, например креатинина и мочевины, путем диффузии, а также при удалении большого количества веществ со средней молекулярной массой путем конвекции.

Конструкция имеющихся в настоящее время гемодиафильтровальных фильтров по существу эквивалентна конструкции диализаторов с высокой пропускной способностью. Такие фильтры состоят из пучка полых волокон, расположенного в цилиндрическом корпусе. Во время работы системы гемодиафильтрации замещающую жидкость вводят в кровь перед диализатором с высокой пропускной способностью (предварительное разбавление) или за ним (последующее разбавление).

Диафильтровальные устройства, в которых используются схемы с предварительным или последующим разбавлением, имеют свойственные им ограничения по эффективности. Схемы с предварительным разбавлением обеспечивают относительно неограниченную фильтрацию, однако благодаря тому, что кровь разбавляется перед ее попаданием в фильтр, общий перенос масс растворенных веществ с малой молекулярной массой путем диффузии уменьшается. Схемы с последующим разбавлением имеют преимущество, заключающееся в поддержании высокой концентрации токсинов в крови, в результате чего имеют место более эффективная диффузия и конвекция растворенных веществ, однако повышенная концентрация кровяных телец и получаемая повышенная вязкость крови во время фильтрации создают ограничение по количеству плазменной воды, которая может быть отфильтрована. Даже существующая многоступенчатая сдвоенная фильтровальная диализная система, описанная в патенте США №5194157, благодаря своей конструкции имеет такие ограничения по фильтрации.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание гемодиафильтровального/гемофильтровального картриджа, обеспечивающего более высокую степень фильтрации и более высокую эффективность удаления токсинов, чем в существующих в настоящее время гемодиафильтровальных устройствах. Предложенный картридж снижает и/или устраняет указанные выше недостатки, свойственные известным гемодиафильтровальным устройствам, путем создания схемы, в которой кровь разбавляется после ее частичной, а не полной диафильтрации. Предлагаемое изобретение сочетает в себе преимущества систем с предварительным разбавлением, такими как большая степень фильтрации, и преимущества систем с последующим разбавлением, такими как высокая диффузионная и конвекционная эффективность. Картридж, соответствующий одному варианту выполнения, может быть приспособлен для работы в комбинации с обычными устройствами для диафильтрации, включая в частности аппараты Fresenius 4008 On-Line Plus и Gambro AK 200 Ultra. Также картридж может использоваться с обычными устройствами для гемодиализа, включая в частности аппараты Fresenius 2008H, Baxter SPS 1550, Cobe Centry System 3 и так далее, в которых используется стерильная замещающая жидкость, подаваемая из внешнего источника, например из эластичных пакетов, содержащих обычный солевой раствор или соль молочной кислоты Рингера, или центральной подающей системы, описанной в Centralized on-line hemodiafiltration system utilizing purified dialysate as substitution fluid, Sato & Coga, Artif Org 22:285, 1998. Кроме того, стандартное устройство может быть модифицировано для создания источника замещающей жидкости, например насоса или клапана, который отводит диализат из тройника, установленного на основной линии диализата, и пропускает его через стерилизующие фильтры, как описано, например, в Influence of convection on small molecule clearances in on-line hemodiafiltration, Ficheux, et al., Kid Int. 57:1755, 2000.

Гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж, соответствующий одному примерному варианту выполнения, имеет впускные и выпускные патрубки для крови и диазизата. Картридж содержит отдельный корпус, например цилиндрический, в котором расположена внутренняя разделительная стенка, разделяющая корпус на первое и второе отделения, первое из которых связано с первой ступенью фильтрации, а второе - со второй ступенью фильтрации. Первая ступень фильтрации сообщается со впуском для крови, а вторая ступень фильтрации - с выпуском для крови. Следовательно, гемодиафильтровальный/гемофильтровальный картридж осуществляет диафильтрацию и гемофильтрацию в отдельном корпусе путем размещения в первом отделении первых фильтрующих элементов (первого пучка полых волокон), а во втором отделении - вторых фильтрующих элементов (второго пучка полых волокон). Таким образом, предлагаемый картридж своим внешним видом схож с обычным диализатором за исключением того, что патрубки для диализата расположены на противоположных сторонах картриджа. Впускной и выпускной патрубки для крови предпочтительно расположены на первом торце картриджа или вблизи него. Впуск и выпуск для крови могут быть выполнены в виде двух отдельных крышек или в виде одной крышки, разделенной внутренней стенкой или уплотнением, которая (которое) разделяет указанные фильтрующие элементы, первые и вторые, на первую ступень гемодиафильтрации и вторую ступень гемофильтрации.

В соответствии с одним примерным вариантом выполнения кровь поступает во впуск для крови, имеющийся в картридже, и протекает через первые фильтрующие элементы, расположенные в первом отделении (в первой ступени), в межступенчатый соединитель, расположенный на противоположном, втором торце картриджа. Этот соединитель обеспечивает протекание крови из первых фильтрующих элементов во вторые фильтрующие элементы и затем в выпуск для крови, имеющийся в картридже. Выпуск для диализата предпочтительно также расположен на первом торце картриджа или вблизи него и сообщается со вторым отделением. Диализат поступает через впускной патрубок для диализата в первое отделение и протекает противотоком потоку крови, проходящему по фильтрующим элементам первой ступени. Диализат по мере его выхода через выпускной патрубок для диализата выпускается через ограничительное отверстие, расположенное в разделительной стенке между первым и вторым отделениями.

В соответствии с этим вариантом выполнения первая ступень, таким образом, является ступенью гемодиафильтрации, а вторая ступень является ступенью гемофильтрации, и обе эти ступени расположены в одном картридже. Еще в одном варианте выполнения первая ступень также является ступенью гемодиафильтрации, а вторая ступень является ступенью гемофильтрации, однако картридж используется либо в системе с предварительным разбавлением, либо в системе с последующим разбавлением, при этом в системе с предварительным разбавлением замещающую жидкость (заменяющую жидкость) добавляют в кровь для разбавления последней перед тем, как ее подвергнут гемодиафильтрации в первой ступени, а в системе с последующим разбавлением эту жидкость добавляют в кровь после того, как ее подвергли гемофильтрации во второй ступени.

Другие свойства и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего подробного описания в совокупности с приложенными чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает поперечный разрез гемодиафильтровального/гемофильтровального картриджа с промежуточным разбавлением в соответствии с первым вариантом выполнения.

Фиг.2 изображает поперечный разрез гемодиафильтровального/гемофильтровального картриджа с промежуточным разбавлением в соответствии со вторым вариантом выполнения.

Фиг.3 изображает поперечный разрез гемодиафильтровального/гемофильтровального картриджа с предварительным или последующим разбавлением в соответствии с третьим вариантом выполнения.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

На фиг.1 схематично показан поперечный разрез гемодиафильтровального/гемофильтровального картриджа 10 с промежуточным разбавлением в соответствии с одним примерным вариантом выполнения. Картридж 10 содержит корпус 12, ограничивающий первую ступень 13 и вторую ступень 14, как более подробно описано ниже. Корпус 12, предпочтительно выполненный из жесткой пластмассы, разделен внутренней стенкой 15 на первое 17 и второе 19 внутренние отделения. Предпочтительно стенка 15 выполнена из такой же жесткой пластмассы, которая используется для изготовления корпуса 12, и может быть изготовлена с ним за одной целое (например, сформирована как его часть при формовании). Как более подробно описано ниже, первое отделение 17 в целом соответствует первой ступени 13, а второе отделение 19 - второй ступени 14.

В корпусе 12 расположены продольные пучки полупроницаемых полых волокон, разделенные на первый и второй продольные пучки 16, 18. Более конкретно, первый продольный пучок 16 полупроницаемых полых волокон расположен в первом отделении 17, а второй продольный пучок 18 полупроницаемых полых волокон расположен во втором отделении 19. Волокна 16, 18 служат в качестве средств передачи токсинов, отфильтровываемых из крови. Возможно использование волокон 16, 18 любого типа из тех, что предназначены для этих нужд и имеются на рынке. Волокна 16 могут называться артериальными волокнами, а волокна 18 - венозными волокнами.

В одном примерном варианте выполнения картридж 10 предназначен для работы совместно с установкой для гемодиафильтрации, например с аппаратами Fresenius 4008 On-Line Plus или Gambro AK 200 Ultra, или с модифицированной установкой для гемодиализа, например с аппаратами Fresenius 2008H, Cobe Centry System 3 или Baxter SPS 1550.

Во время работы кровь, передаваемая от пациента с помощью насоса для перекачивания крови и кровопроводящих линий (не показаны), поступает в первую ступень 13 картриджа 10 через впускной патрубок 20, предпочтительно выполненный за одно целое с коллекторной крышкой 22, установленной на первом торце 21 картриджа 10. Крышка 22 ограничивает внутреннюю коллекторную полость 24, которая фактически разделена на первую внутреннюю коллекторную полость 25 и вторую внутреннюю коллекторную полость 26. Первая полость 25 может называться полостью для артериальной крови, а вторая полость 26 - полостью для венозной крови. Как более подробно пояснено далее, первая и вторая полости 25, 26 связаны соответственно с первой и второй ступенями 13, 14 (первым и вторым отделениями 17, 19).

Обе полости 25, 26 могут быть отделены от остального картриджа 10 первым герметизирующим компаундом 30, образующим уплотнение вокруг внешних поверхностей волокон 16, 18 у первого торца 21 корпуса 12. Крышка 22 может быть выполнена съемной, и в этом случае полости 25, 26 предпочтительно изолированы от внешней окружающей среды и друг от друга уплотнительными элементами, например уплотнительными кольцами 31, 32. Как показано на чертеже, кольцо 32 связано с первым отделением 17, а кольцо 31 - со вторым отделением 19.

Кровь поступает через патрубок 20 в первую полость 25 и затем в волокна 16 на поверхности 34 раздела, которая предпочтительно включает и ту поверхность раздела, что сформирована герметизирующим компаундом (например, полиуретаном). Первая полость 25 может быть отделена от второй полости 26 несколькими способами. Например, как показано на фиг.1, первая полость 25 может быть отделена от второй полости 26 внутренней стенкой 35, которая делит полость 24 на первую и вторую полости 25, 26. Предпочтительно стенка 35 выполнена за одно целое с крышкой 22 и создает уплотнение с кольцами 31, 32, эффективно предотвращая передачу крови между двумя коллекторными полостями (полостями 25, 26). В показанном на чертеже варианте выполнения кольца 31, 32 расположены на дистальном конце 37 стенки 35 напротив ее проксимального конца 39, который крепится к крышке 22 или отходит от нее. Кольца 31, 32 действуют как уплотнение, когда крышка 22 соединена с поверхностью 34.

Волокна 16, расположенные в первом отделении 17 (в первой ступени 13), сообщаются с первой полостью 25, а волокна 18, расположенные во втором отделении 19 (во второй ступени 14), сообщаются со второй полостью 26. Два пучка 16, 18 волокон разделены внутренней стенкой 15, концы которой оказываются заделанными у поверхности 34 при герметизации пучка волокон.

Кровь после поступления в первую полость 25 через патрубок 20 перемещается вниз внутри артериальных волокон 16 первого пучка волокон вдоль фильтровальной полости первого отделения 17 первой ступени 13, при этом с внешней стороны артериальные волокна 16 погружены в поток диализной жидкости, протекающий через первое внутреннее отделение 17. Давление диализной жидкости в отделении 17 меньше давления крови, протекающей через внутреннюю часть артериальных волокон 16, так что в первой ступени 13 через полупроницаемую мембрану (волокна 16) происходит прямая фильтрация плазменной воды со стороны, где протекает кровь, на сторону, где протекает диализат. В результате этого осуществляется первая ступень гемодиафильтрации токсинов, а именно фильтрация и диффузия, которые имеют место в отделении 17 вдоль всей длины артериальных волокон 16. В соответствии с одним вариантом выполнения существенная часть плазменной воды, например приблизительно 20-60%, предпочтительно отфильтровывается через полупроницаемую мембрану при прохождении крови через первую ступень 13. Кровь, прошедшая частичную гемодиафильтрацию и выходящая из волокон 16, поступает в межступенчатый соединитель (коллекторную полость) 46, связанный (связанную) с другим торцом 23 картриджа 10. Применяемый в настоящей заявке термин "прошедшая частичную гемодиафильтрацию" относится к крови, которая была подвергнута гемодиафильтрации, при которой некоторые токсины, содержащиеся в крови, были из нее удалены.

Кровь, поступающая в межступенчатую коллекторную полость 46, находится в гемоконцентрированном состоянии по сравнению с кровью, поступающей в картридж 10 через впуск 20, то есть показатель гематокрита крови, поступающей в полость 46, выше показателя гематокрита крови, проходящей через впуск 20. Отделение 17 первой ступени 13 и отделение 19 второй ступени 14 предпочтительно отделены от полости 46, например, вторым герметизирующим компаундом 49. Таким образом, компаунд 49 образует вторую поверхность 61 раздела.

Полость 46, служащая переходной ступенью для крови, выходящей из первой ступени 13 и входящей во вторую ступень 14, ограничена второй коллекторной крышкой 52, предпочтительно выполненной из жесткой пластмассы и прикрепленной ко второму торцу 23 корпуса 12. Полость 46 может быть изолирована от окружающей среды третьим уплотнительным кольцом 53. Как показано на фиг.1, кольцо 53 расположено между компаундом 49 и крышкой 52 с созданием между ними уплотнения. В одном варианте выполнения первая и вторая крышки 22, 52 выполнены съемными, то есть каждая из них может быть легко присоединена к корпусу 12 и снята с него. Например, корпус 12 и крышки 22, 52 могут содержать взаимодополняющую резьбу, обеспечивающую резьбовое соединение этих элементов друг с другом.

Кровь перед поступлением во вторую ступень 14, находящуюся в межступенчатой полости 46, разбавляют физиологическим стерильным раствором, который поступает в картридж 10 через коллекторный впускной патрубок 51. Стерильный раствор может вырабатываться постоянно в оперативном режиме или подаваться из резервуаров, например из пакетов с солевым раствором, что известно из уровня техники. Кровь в полости 46 является геморазбавленной по сравнению с кровью, поступающей в картридж 10 через впуск 20, то есть показатель гематокрита крови, находящейся в этой полости, понижается по сравнению с показателем гематокрита крови, поступающей через впуск 20.

Геморазбавленная кровь затем поступает в волокна 18, расположенные во второй ступени 14, а затем переносится по этим волокнам к первому торцу 21 картриджа 10. Давление геморазбавленной крови, проходящей через венозные волокна 18, выше давления текучей среды, размещенной во втором отделении 19 снаружи волокон 18, так что во второй ступени 14 через полупроницаемую мембрану (венозные волокна 18) происходит прямая фильтрация плазменной воды со стороны, где протекает кровь, на сторону, где протекает диализат. Объем плазменной воды крови, фильтруемой из геморазбавленной крови при ее протекании через вторую ступень фильтрации, таков, что показатель гемокрита крови, выходящей из картриджа 10 через выпуск 55, по существу равен показателю гематокрита крови, поступающей через впуск 20, если не считать некоторых небольших различий, которые может быть необходимы в качестве средств регулирования конечной ультрафильтрации для поддержания жидкостного баланса пациента. Плазменная вода, отфильтрованная во второй ступени 14, протекает в направлении выпуска 58 для диализата и выпускается из картриджа 10 вместе с использованным диализатом, вытекающим из первой ступени 13 через ограничительное отверстие 60. Таким образом, гемодиафильтрация происходит вдоль длины волокон 18 до тех пор, пока кровь не выйдет во вторую полость 26 (венозную полость) первой крышки 22 и из этой полости через выпускной патрубок 55, выполненный в крышке 22. Следовательно, патрубок 55 можно назвать венозным патрубком, и он может быть выполнен аналогично патрубку 20, например в виде стандартного соединителя с фиксацией посредством закручивания. Следует отметить, что венозный патрубок 55 может быть выполнен в виде соединителя другого типа.

Внешне, при таком процессе поток диализата и выполнение соединений имеют такой же вид, как и при стандартном процессе диализа. Однако внутренний поток диализата фактически служит для регулирования относительной степени фильтрации между двумя ступенями. Диализат поступает в картридж 10 через впускной патрубок 57 для диализата, например через стандартный соединитель Хансена, известный в данной области техники. Диализная жидкость в настоящем изобретении заполняет первое отделение 17, протекает через него, обтекая снаружи волокна 16 первой ступени, и выходит из картриджа 10 через выпускной патрубок 58 для диализата, расположенный с противоположной стороны стенки 15 вблизи первого герметизирующего компаунда 30 второй ступени 14. Предпочтительно патрубки 57 и 58 являются патрубками одного типа, например соединителями Хансена.

В одном варианте выполнения настоящего изобретения диализная жидкость протекает противотоком крови, протекающей в первой ступени 13. Эта жидкость по мере ее приближения к первому торцу 21 картриджа 10 выпускается через щель или отверстие 60 в разделительной стенке 15. Таким образом, отверстие 60 создает проточное сообщение между первым 17 и вторым 19 внутренними отделениями (первой 13 и второй 14 ступенями). Размер отверстия 60 может изменяться в зависимости от конкретного применения, а также от других параметров. Диализат затем выпускается через выпускной патрубок 58 для диализата, связанный со второй ступенью 14. Предпочтительно отверстие 60 расположено вблизи патрубка 58, так что поток диализата во второй ступени 14 (гемофильтрации) является минимальным, обеспечивающим требуемый эффект. Более конкретно, отверстие 60 в целом предпочтительно расположено на одной оси с патрубком 58, так что диализная жидкость просто протекает через второе отделение 19 к патрубку 58, через который она выходит из картриджа.

Фильтрация из крови в диализат происходит через полупроницаемые стенки волокон 16, 18. Общая степень фильтрации является функцией вытекающего потока диализата и поступающего потока замещающей жидкости, и преимущественно существенно превышает степень, которая достигается при обычной гемодиафильтрации с последующим разбавлением. В соответствии с одним вариантом выполнения общая степень фильтрации предпочтительно составляет примерно 25-85%, более предпочтительно 40-60% от расхода крови. Указанные потоки могут регулироваться насосами, входящими в состав обычной установки для гемодиафильтрации (не показаны).

Относительную степень фильтрации в первой 13 и второй 14 ступенях можно регулировать с помощью относительного баланса трансмембранного давления (ТМД) между отделениями для крови и отделениями для фильтрата. Давление на стороне крови является функцией расхода крови и вязкости крови в каждом отделении для крови (которая является функцией величины гемоконцентрации и геморазбавления в каждом отделении для крови). Поскольку кровь протекает последовательно из первой ступени 13 во вторую ступень 14, давление крови в первой ступени 13 выше давления крови во второй ступени 14. В обычном аппарате для диализа давление в отделении для диализата регулируется насосом, расположенным за выпуском для диализата. В этом варианте выполнения давление в отделении 19 снаружи венозных волокон 18 второй ступени 14 регулируется таким же способом. Давление в отделении 17 (первом отделении) снаружи артериальных волокон 16 первой ступени 13 является, главным образом, функцией давления в выпуске 58 для диализной жидкости, расхода диализной жидкости через отверстие 60, вязкости этой жидкости и размера отверстия 60, расположенного между двумя ступенями. В первом приближении давление диализной жидкости в первом отделении 17 выше давления диализной жидкости во втором отделении 19 на величину, равную перепаду давления в отверстии 60, соединяющем отделения картриджа.

Кровь в первой ступени 13 является гемоконцентрированной, но находится под высоким давлением, в то время как кровь во второй ступени 14 является геморазбавленной и находится под низким давлением. Для максимального увеличения общей фильтрации в обеих ступенях 13, 14 необходимо, чтобы давление в отделении 17 в первой ступени 13 превышало давление в отделении 19 во второй ступени 14. Это достигается благодаря правильному выбору размеров отверстия 60. Давление диализата падает при его протекании через отверстие 60 из первого отделения 17 во второе отделение 19. Таким образом, давление диализата в первом отделении 17 превышает давление во втором отделении 19. При заданном диапазоне расхода диализата, который обычно составляет примерно 500-1000 мл/мин, отверстие 60 может иметь такие размеры, при которых создается перепад давления, обеспечивающий необходимые относительные степени фильтрации между двумя ступенями 13, 14. Например, может возникнуть необходимость в максимальном увеличении общей степени фильтрации обеих ступеней 13, 14. Для осуществления этого в каждой ступени поддерживают относительно высокое трансмембранное давление. Поскольку давление крови в первой ступени 13 превышает давление крови во второй ступени 14 на некоторую величину, зависящую от расхода крови, размер отверстия 60 должен быть таким, чтобы перепад давления в этом отверстии 60 при заданном расходе диализата уравнивал трансмембранное давление в ступенях фильтрации.

Повторное использование картриджа 10 аналогично повторному использованию обычных диализаторов в том, что патрубки 20, 55, 57, 58 присоединяют к установке повторного использования. Во время повторного использования впускной патрубок 51 для замещающей жидкости закрыт.

Для иллюстрации стрелками 62 показан поток крови внутри картриджа 10 в соответствии с одним вариантом выполнения.

Следует отметить, что корпус 12 и крышки 22, 52 могут быть выполнены за одно целое в виде единого элемента (кожуха), и такой кожух будет иметь выполненные в нем впуск 20, выпуск 55, впуск 57 и выпуск 58, а также межступенчатую соединительную часть, ограничивающую межступенчатую полость 46. Использование термина "торцевая крышка" не является ограничивающим, а представляет собой только лишь пример одного варианта выполнения, в котором торцевые крышки прикреплены к кожуху, образуя целый картридж 10. Термин "кожух" может использоваться для названия всей конструкции, которая включает корпус 12 и торцевые крышки 22, 52 и которая может быть либо сборной, либо выполненной за одно целое.

Обратимся теперь к фиг.2, которая схематично показывает поперечный разрез второго варианта выполнения гемодиафильтровального/гемофильтровального картриджа, в целом обозначенного номером 70 позиции. Конструкция этого варианта аналогична первому варианту выполнения, за исключением главного различия, заключающегося в разделении впуска и выпуска для крови на отдельные первый и второй коллекторы 76, 77 в отличие от показанного на фиг.1 одного коллектора, имеющего разделительную стенку. В этом варианте выполнения первый коллектор 76 может быть назван впускным коллектором 76 для крови, а второй коллектор 77 может быть назван выпускным коллектором 77 для крови.

Картридж 70 включает корпус 72, имеющий внутреннюю разделительную стенку 75, проходящую по всей длине корпуса 72. На торце со стороны впуска и выпуска крови (первом торце 21) или вблизи этого торца стенка 75 делится на две отдельных стенки с крепежными приспособлениями для первого и второго коллекторов 76, 77. Другими словами, стенка 75 имеет удерживающие средства, которые обеспечивают крепление стенки 75 к первому и второму коллекторам 76, 77. Преимущество второго варианта выполнения заключается в том, что коллекторы 76, 77 могут быть легко прикреплены и сняты при изготовлении устройства и для его повторного использования. Картридж 70 работает аналогично или по существу так же, как картридж 10, соответствующий первому варианту выполнения.

Очевидно, что еще в одном варианте выполнения поток диализата может быть направлен по направлению потока в волокнах 16 первой ступени 13, однако в предпочтительном варианте выполнения, где диализат протекает противотоком волокнам 16 первой ступени 13, удаление токсинов происходит более эффективно. Противоток в первой ступени 13 поддерживает максимальный градиент концентрации уремических токсинов, обеспечивая высокое диффузионное очищение от растворенных веществ с малой молекулярной массой. Концентрация этих веществ на входе во вторую ступень 14 является относительно низкой, и любое увеличение очищения путем диффузии будет, скорее всего, минимальным. Однако после частичной диафильтрации концентрация растворенных веществ со средней молекулярной массой будет все еще достаточно высокой. Поскольку повышенное удаление веществ с малой и средней молекулярной массой осуществляется в основном путем конвекции, нет необходимости в потоке диализата во второй ступени 14. Его отсутствие оказывает очень небольшое влияние на общую эффективность удаления токсинов. Вторая ступень 14, действующая как гемофильтр, имеет также преимущество, заключающееся в возможности регулирования относительных степеней фильтрации первой и второй ступеней 13, 14 с помощью отверстия 60, расположенного между отделениями 17, 19 двух ступеней 13, 14 вблизи выпуска 58.

На фиг.3 показан еще один примерный вариант выполнения, в котором картридж 10' имеет конструкцию, по существу аналогичную конструкции картриджа 10, показанного на фиг.1, за исключением того, что картридж 10' не является гемодиафильтровальным/гемофильтровальным картриджем с промежуточным разбавлением, а предназначен для применения в системе с предварительным разбавлением или с последующим разбавлением. Для ясности и простоты иллюстрации элементы на фиг.3, аналогичные элементам, показанным на фиг.1, обозначены одинаковыми номерами позиций. В системе с предварительным разбавлением кровь разбавляют замещающей жидкостью или чем-либо подобным перед поступлением разбавленной крови во впуск 20. Затем разбавленная кровь в первой ступени 13 подвергается гемодиафильтрации перед попаданием в полость 46 после прохождения частичной диафильтрации. Из-за разности давлений между первой и второй ступенями 13, 14 кровь, прошедшая частичную диафильтрацию, поступает во вторую ступень 14, где она затем подвергается гемофильтрации при протекании во вторых фильтрующих элементах 18 перед окончательным выпуском через выпуск 55. Характеристики крови, выпускаемой через выпуск 55 в системе с предварительным разбавлением, предпочтительно те же самые, что и характеристики крови, выпускаемой через выпуск 55 в системе с промежуточным разбавлением, показанной на фиг.1 и 2.

Как отмечается выше, картридж 10', показанный на фиг.3, может также использоваться в системе с последующим разбавлением. В системах такого типа кровь поступает через впуск 20, подвергается в первой ступени 13 гемодиафильтрации, протекает в полость 46 и через нее после прохождения частичной диафильтрации, затем поступает во вторую ступень 14, где кровь, прошедшая частичную диафильтрацию, подвергается гемофильтрации. Кровь после гемофильтрации во второй ступени 14 выпускается через выпуск 55. Выпускаемая кровь затем разбавляется (например, замещающую жидкость смешивают с выпускаемой кровью) и таким образом возвращается в требуемое состояние перед тем, как она будет вновь введена в тело пациента.

Специалисту в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение не ограничено вариантами выполнения, описанными выше со ссылками на приложенные чертежи. Наоборот, оно ограничено только прилагаемой формулой изобретения.