Картридж гемодиализа

Изобретение относится к медицине и заключается в подаче электрического тока или использовании системы ионофореза некоторого типа вместе с картриджем для гемодиализа и для удаления нежелательных молекул из крови, плазмы или сыворотки, или других жидкостей организма и для повышения эффективности данного процесса. Устройство содержит мембрану, отсек для крови, предназначенный для циркулирования крови/плазмы, отсек для гемодиализного раствора, предназначенный для циркулирования гемодиализного раствора. Отсек для крови/плазмы отделен от отсека для гемодиализного раствора. В картридж введены первый электрод, расположенный непосредственно в отсеке для крови/плазмы или в его входной части, и второй электрод, имеющий противоположный заряд и расположенный непосредственно в отсеке для гемодиализного раствора или во входной части картриджа. Картридж обеспечивает перенос молекул или веществ из крови/плазмы в гемодиализный раствор с составом, подготовленным исходя из потребностей пациента. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к картриджу и/или способу, который представляет дополнительную стадию ионофореза для обычной/классической процедуры гемодиализа для пациентов с недостаточной почечной функцией. Оно повышает эффективность гемодиализа при удалении мочевины из крови с использованием электрических потенциалов. Также оно относится к процедурам, таким как перитонеальный диализ, или к процедуре, когда некоторые соединения или молекулы (заряженные или не заряженные атомы или молекулы, элементы или ионы) необходимо удалить из крови (крови, плазмы или сыворотки) в диализный раствор в случаях острого или хронического отравления. Можно повысить эффективность способа гемодиализа и сократить общий период времени, требуемого для проведения этой процедуры, путем использования предлагаемого картриджа и/или способа. До сих пор подобные процедуры и/или картриджи не использовались.

В основном, гемодиализ является процессом удаления мочевины и некоторых других токсических соединений из крови в гемодиализный раствор путем пассивной диффузии. В этой процедуре в качестве диализной мембраны используется полупроницаемая мембрана. Пока кровь постоянно циркулирует на одной стороне гемодиализной мембраны, на другой стороне также постоянно циркулирует гемодиализный раствор. В ходе этого процесса мочевина, присутствующая в крови в высокой концентрации, в зависимости от градиента концентрации, проходит через мембрану из крови в гемодиализный раствор. Таким образом, концентрация мочевины в крови с течением времени снижается. При обычных процедурах гемодиализа пациент подсоединен к аппарату гемодиализа в течение примерно четырех часов, и концентрация мочевины обычно снижается до 50% от начального уровня даже при наиболее благоприятных обстоятельствах.

При процедуре ионофореза, вследствие использования электрического тока (создания разницы электрических потенциалов), ионы (молекулы или атомы, имеющие результирующий заряд или частично заряженные) могут быть перенесены на другую сторону мембраны в зависимости от прилагаемого тока и электрического заряда, и это можно контролировать. На обеих сторонах мембраны находятся электроды или им подобные инструменты, и прилагаемый электрический ток или потенциал можно изменять, как необходимо. Ионы в растворе/крови мигрируют в зависимости от их зарядов, и их перемещение пропорционально току. Например, положительно заряженные ионы перемещаются на сторону отрицательного электрода и наоборот. Когда заряженные ионы перемещаются под действием электрического тока, они также уносят незаряженные молекулы вместе с движущимися молекулами. В этом случае переход с одной стороны мембраны на другую создает поток, имеет место турбулентность (это называется электроосмотическим потоком)[1]. Поэтому неизмененные частицы (атомы, молекулы) также могут проходить через мембрану, будучи втягиваемыми в это завихрение или в движение, и такое прохождение происходит на гораздо более высокой скорости, чем скорость пассивной диффузии.

При исследовании молекулярной структуры мочевины видно, что на молекуле присутствуют некоторые локальные заряды. Согласно экспериментам, которые мы провели, наблюдался больший перенос мочевины, чем при пассивной диффузии и катодном ионофорезе, когда мочевина присутствовала на стороне положительного электрода из-за положительных локальных зарядов на молекуле. Также существует возможность того, что электроосмотический ток частично повлиял на этот перенос. Однако во время переноса, если присутствуют другие, небольшие, но заряженные ионы, например калия и натрия, скорость переноса снижается; но все равно перенос происходит в большем объеме и быстрее, чем при классическом способе. Эти эксперименты были повторены с использованием человеческой крови, взятой у пациентов с уремией; и были достигнуты сходные результаты. Благодаря настоящему изобретению время процедуры гемодиализа сокращается при одновременном получении намного лучших результатов (более чистая кровь).

Проведенные ранее эксперименты по диффузии были повторены с перистальтическим насосом при использовании человеческой крови, гемодиализного раствора и гемодиализного картриджа согласно новой предложенной конструкции. При анализе проб, взятых из крови, которая прошла через картридж, обнаружено, что уровень мочевины в крови при использовании процедуры ионофореза показал скорость убывания в 3-5 раз быстрее по сравнению с результатами классического гемодиализа. Другими словами, тогда как процедура классического гемодиализа занимает 4 часа, предлагаемая нами процедура ионофореза сокращает время процесса до примерно 30 минут при намного лучших результатах (Фиг.1).

Если картридж для классического гемодиализа и предлагаемая процедура ионофореза должны использоваться вместе, такая система показана на Фиг.2. Картридж, используемый в качестве гемодиализного картриджа для удаления мочевины из крови, просто содержит удерживающий отсек (Фиг.2, поз.1, и Фиг.3, поз.1); и из-за того, что в картридж помещены электроды (Фиг.2, поз.А и В, Фиг.3, поз.А и В), может быть подан электрический ток, и такая система также рассчитана на использование картриджа для классического гемодиализа.

Соответственно, на этом чертеже позиция 1 указывает вход крови, и позиция 2 указывает выход крови. Позиции 3 и 4 показывают места входа и выхода гемодиализного раствора. Позицией 5 обозначена мембрана гемодиализного картриджа. Позицией В показан положительный электрод, позицией А - отрицательный электрод. Таким образом, когда система приведена в действие, кровь и гемодиализный раствор постоянно циркулируют, подается электрический ток, и в конце мочевина может быть перенесена в гемодиализный раствор с гораздо большей скоростью. Позициями А и В обозначены электроды, выполненные из серебра и хлористого серебра; для той же цели они также могут быть выполнены в другой форме или иметь другой химический состав. При необходимости можно использовать серебро для электрода в позиции В и хлористое серебро для электрода в позиции А. Для стерилизации электродов можно использовать ультрафиолет или оксид этилена.

С другой стороны, хотя предпочтительно стерилизуемые электроды (Фиг.2, поз.А и В, и Фиг.3, поз.А и В) должны быть выполнены из серебра/хлористого серебра для предотвращения эффекта рН электродов, они также могут быть выполнены из платины, меди, золота, стали, графита, ванадия, вольфрама и т.д. Состав, форма, конструкция, точка соединения и место электродов в картридже и внутри его определяющими не являются и особые свойства электродам не придают. Можно использовать некоторые аппараты, которые используются для образования градиента потенциала.

В экспериментах с применением процедуры электрогемодиализа анализировались уровни натрия и калия в крови и в гемодиализных растворах. При использовании этой процедуры уровни натрия и калия в крови также снижались. Этот результат вероятно будет таким же для некоторых других ионов и неизменившихся молекул. Для предотвращения некоторых возможных сложностей ионы и другие составляющие в гемодиализном растворе необходимо регулировать. Гемодиализные растворы должны готовиться исходя из потребностей пациента. Или кровь, которая выходит из гемодиализного картриджа, может быть подведена к другому картриджу, и ионы могут быть восполнены путем использования обратного тока; тем самым проблема может быть решена. Гемодиализные растворы (для начальной процедуры и при дополнительных процедурах) могут быть приготовлены исходя из реальных потребностей пациента, чтобы избежать возможных осложнений.

Кроме того, при таких осложнениях (такие проблемы, как несбалансированность электролитов и/или осмотическое давление, или подобные нежелательные результаты после ионофореза) проблемы могут быть сняты путем применения мембраны с меньшим размером пор. Когда две мембраны объединены в один блок, первая пропускает нежелательную мочевину, а другие молекулы задерживаются второй мембраной из другого материала. Путем подачи электрического тока на обе части составной мембраны или путем применения классических способов к второй мембране (используя только градиент концентрации) можно избежать возможных проблем.

До сих пор не были опубликованы никакие сведения о каких-либо исследованиях и экспериментах, и применение электрического тока или потенциала и постепенный электрический эффект не был опробован для гемодиализа или перитонеального диализа, или удаления нежелательных молекул, ионов и т.д. из крови или другой жидкости организма с использованием системы, сходной с предлагаемой нами в настоящем документе. В данном исследовании добавление процедуры ионофореза в смысле сокращения времени процедуры и улучшения результата является революционным форматом, который является передовым в известной медицинской технологии. В литературных источниках нет упоминания об исследованиях, проведенных в данном отношении.

Настоящее изобретение, в дополнение к его скорости и качеству при лечении уремии, имеет высокий потенциал удаления нежелательных/ненужных неполярных и особенно полярных веществ в случае острого или хронического отравления; таким же образом с помощью электрического тока и при использовании картриджа нежелательные объекты/вещества в крови могут быть выведены в гемодиализный раствор. В литературных источниках мы нашли, что электрический ток плотностью меньше 0,5 мА/см² не приводит к повреждению клеток крови или организма [1]. По этой причине ток плотностью меньше 0,5 мА/см² будет приемлемым для достижения положительного результата. Величина тока может выбираться по требуемым уровням. Для описываемой системы можно применять постоянный или переменный ток, прямоугольные, синусоидальные или треугольные или даже разные частоты и/или токи. В данной системе электрический поток/ток не вступает в прямой контакт с любыми из клеток организма; поэтому уровень электрического тока, указанный в литературе, можно превысить. Однако так как существует вероятность повреждения клеток крови при приложении сильного тока, делать это не рекомендуется.

Помимо этого электроды из серебра/хлористого серебра не оказывали отрицательного влияния на уровень рН, поэтому мы предпочли их. Электроды могут быть выполнены из разных соединений, или также можно использовать сходные аппараты с аналогичными функциями. Электроды могут быть даже просто прикреплены к входным отверстиям (Фиг.3) для входа крови и раствора для гемодиализа в классических картриджах для гемодиализа. Если будет использоваться классический картридж для гемодиализа, электроды могут быть расположены в альтернативной конфигурации, как показано на Фиг.3. В этой модели электроды могут быть прикреплены к отверстию для входа крови и отверстию для входа гемодиализного раствора, как в вышеописанных случаях, и будет возможно использовать классический картридж для гемодиализа с минимальными модификациями. (В этой модели могут быть использованы электроды другого состава или какой-то аппарат с аналогичными функциями.) Сами электроды необходимо стерилизовать. Позиции 1, 2, 3, 4 и 5 на Фиг.3 соответствуют таким же позициям на Фиг.2.

В результате, настоящее изобретение позволяет пациентам с недостаточной функцией почек не быть привязанным к аппарату для гемодиализа в течение длительного времени. Оно обеспечивает улучшенное выведение мочевины, креатина и некоторых токсических соединений из крови. Помимо этого возможность удалять нежелательные элементы из потока крови пациента при острых и хронических отравлениях путем использования этой процедуры создает весьма ценное устройство в области медицины.

За исключением электродов и подобных аппаратов предлагаемый картридж, в смысле формы и размеров, весьма схож с картриджами, используемыми при классическом гемодиализе. Отличия данного картриджа, такие как площадь поверхности или его мембрана с различными размерами пор, сами по себе не являются отличительной чертой предлагаемого устройства для целей патентования. Размеры, составы или места расположения (такие как один на стороне притока крови и другой на стороне диализа или раствора) электродов и/или некоторых аппаратов с аналогичными функциями не ограничивают их применимость для целей патентных прав.

Дополнительно к вышесказанному состав гемодиализного раствора, свойства диализной мембраны (цвет, строение, латекс или биологическая ткань, размер пор, селективность и т.д.), путь, интенсивность потока и направление крови, гемодиализного раствора и количество используемых картриджей, подсоединенных до или после друг друга, также не являются определяющими и специфическими свойствами настоящего изобретения.

Источники информации

1. M.J.Pikal, "The role of electro-osmotic flow in transdermal iontophoresis," («Роль электроосмотического потока в чрескожном ионофорезе») Advanced Drug Delivery Reviews, 46, 281-305, 2001.

1. Картридж гемодиализа, содержащий мембрану, отсек для крови, предназначенный для циркулирования крови/плазмы, отсек для гемодиализного раствора, предназначенный для циркулирования гемодиализного раствора, причем упомянутый отсек для крови/плазмы отделен от упомянутого отсека для гемодиализного раствора, отличающийся тем, что в него введены первый электрод, расположенный непосредственно в отсеке для крови/плазмы или в его входной части, и второй электрод, имеющий противоположный заряд и расположенный непосредственно в отсеке для гемодиализного раствора или во входной части картриджа, имеющего возможность переноса молекул или веществ из крови/плазмы в гемодиализный раствор с составом, подготовленным исходя из потребностей пациента.

2. Картридж по п.1, отличающийся тем, что упомянутые электроды выполнены из материала, выбираемого из группы, включающей серебро, хлористое серебро, платину, медь, золото, сталь, графит, ванадий, вольфрам.

3. Картридж по п.1, отличающийся тем, что первый электрод, выполнен из серебра и второй электрод выполнен из хлористого серебра.

4. Картридж по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительную мембрану с меньшим размером пор для предотвращения попадания в гемодиализный раствор ионов и незаряженных молекул вместе с мочевиной.

5. Картридж по п.1, отличающийся тем, что второй электрод имеет положительный заряд, а первый - отрицательный.

6. Картридж по п.1, отличающийся тем, что плотность электрического тока в картридже выбрана не более 0,5 мА/см².

7. Картридж по п.1, отличающийся тем, что введен вторичный картридж, выполненный согласно п.1 формулы и подсоединенный к нему.