Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte
Möhlstraße 37 Baxter Travenol Laboratories, Inc. D-8000München80
Deerfield, 111., V.St.A. Tel-089/982085-87
Telex: 0529802 hnkld
Telegramme: ellipsoid
18. Oht. 1978
Zentrifugen-Blutbehandlungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Zentrifugenbehandlung
von Flüssigkeiten und betrifft insbesondere eine konstruktiv und funktionsmäßig verbesserte Vorrichtung zum
zentrifugierenden Trennen von Flüssigkeiten in Fraktionen unterschiedlicher Dichten. Die Erfindung bezieht sich speziell
auf die Trennung von Komponenten von Gesamtblut, und die folgende Beschreibung behandelt speziell diesen Anwendungsfall,
obgleich die Erfindung selbstverständlich auch auf die Behandlung von anderen Flüssigkeiten und sogar
halbflüssigen Massen anwendbar ist.
Die in vivo-Blutbehandlung (intervivos blood processing),
bei welcher das Blut einem lebenden Blutspender entnommen, mittels einer Verarbeitungsanlage in seine verschiedenen
Bestandteile aufgetrennt und dann zum Spender zurückgeleitet wird, hat in den letzten Jahren zunehmende Verbreitung
gefunden. Bei der Verarbeitung oder Behandlung werden vorbestimmte Anteile der abgetrennten Blutkomponenten, einschließlich
Plasma, roter und weißer Blutzellen bzw. -körperchen und -plättchen sowie unter Unteranteilen (sub-
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divisions) dieser allgemeinen Kategorie, wie Lymphozyten,
Granulozyten und Reticulozyten, entweder für die Aufbewahrung oder zur Übertragung auf einen anderen Patienten
zurückbehalten oder zum Spender zurückgeführt. Die üblicherweise derart durchgeführten in vivo-Blutbehandlungsverfahren
umfassen die Thrombozytenpherese, bei welcher die Thrombozyten- bzw. Blutplättchenkomponente abgetrennt
wird, die Plasmapherese, bei der die Plasmakomponente abgetrennt wird, und die Leukö(zyten)pherese, bei der die
weiße Blutkörperchenkomponente abgetrennt wird.
Vorrichtungen zur Durchführung der in vivo-Blutbehandlung
umfassen typischerweise eine Trennkammer, in welcher das vom Spender stammende Gesamtblut einer Flieh- bzw. Zentrifugalkraftwirkung
unterworfen wird. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten setzen sich die Blutkomponenten in
Zonen innerhalb verschiedener radialer Abstände vom Drehmittelpunkt der Trennkamraer ab. Über 3ammelöffnungen in
der Trennkammer werden die Komponenten aus diesen Zonen für die Aufbewahrung oder Rückführung abgenommen.
Ein Erfordernis für kontinuierlich arbeitende Blutbehandlungsvorrichtungen
dieser Art besteht darin, daß das innerhalb der Vorrichtung im Verfahren befindliche Blutvolumen
möglichst klein sein muß, um dem Patienten einen zu grossen
Blutentzug möglichst zu ersparen und die Möglichkeit für ungünstige Auswirkungen bei versehentlicher Betriebsunterbrechung
der Vorrichtung möglichst gering zu halten. Außerdem müssen die die Strömungswege bildenden Teile der
Vorrichtung steril und für einmaligen Gebrauch ausgelegt sein, um die Möglichkeit einer Verunreinigung weitgehend
auszuschließen, und die Anlage mit zugeordneter Zentrifugiervörrichtung
muß einfach zu bedienen sein und darf keine ständige Überwachung durch eine Bedienungsperson erfordern.
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Bestimmte bisherige Vorrichtungen verwendeten Behandlungskammern in Form von speziell geformten Schalen oder Schüsseln,
die aufwendige Fertigungstechniken erfordern und sich nicht nach Großserien-Herstellungsverfahren fertigen ließen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet ein kleineres
Behandlungsvolumen als die bisherigen Systeme, wobei sie ohne weiteres einer Automatisierung zur Herabsetzung des
Bedienungsaufwands durch Bedienungspersonen zugänglich ist.
Ein anderes Erfordernis bei solchen Vorrichtungen besteht darin, daß die Behandlung oder Verarbeitung so wirksam wie
nur möglich und mit der höchstmöglichen Strömungs- oder Durchsatzmenge erfolgen muß, um unnötige Unbequemlichkeit
für den Patienten zu vermeiden. Bisher erforderte die Gewinnung von zehn Standardeinheiten Blutplättchen (nach den
Vorschriften des Bureau of Biologies, U.S. Food and Drug Administration) 2,5 - 4 h, während bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung typischerweise weniger als 1,5 h für die Gewinnung derselben Blutplättchenmenge erforderlich sind.
Weiterhin müssen die mittels der Behandlungsvorrichtung getrennten Komponenten von gleichbleibend hohem Reinheitsgrad
sein. Bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art unterlagen die getrennten Blutkomponenten oftmals einer gegenseitigen
Vermischung, und zwar zum Teil aufgrund von durch die Drehung der Behandlungskammer eingeführten Coriolis-Strömen
und zum Teil infolge des unvermeidlich niedrigen Wirkungsgrads des Trennverfahrens. Diese Vermischung bedingte, daß
ein Teil der abgetrennten Komponenten verworfen werden mußte, wodurch die Ausbeute der Vorrichtung entsprechend verringert
wurde. Typischerweise war bei den bisherigen Thrombozytenpherese-Anwendungsfällen
in der gewonnenen Thrombozyten- bzw. Blutplättchenkomponente eine weiße Blutkörperchenkomponente
von 15 - 2096 enthalten. Die e rf indungs gemäße Vorrich-
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tung gewährleistet dagegen eine erhebliche Verbesserung
des Reinheitsgrads der Blutplättchenkomponente, nämlich die Gewinnung einer solchen Komponente, die typischerweise
weniger als 2% "Verunreirigung" enthält.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer verbesserten
in vivo-Blutbehandlungsvorrichtung sowie der darin vorgesehenen Behandlungs- oder Trennkammern für die
durch Zentrifugieren erfolgende Abtrennung von roten Blutkörperchen-
und Thrombozytenkomponenten aus dem Gesamtblut.
Diese Aufgabe wird bei einer Blutbehandlungsvorrichtung für die zentrifugierende Trennung der roten Blutkörperchenbzw.
Erythrozytenkomponente vom Gesamtblut erfindungsgemäß
gelöst durch eine schmale Behandlungs- bzw. Trennkammer mit zv/ei dicht nebeneinander liegenden Seitenwänden, die einen
Innenraum mit einem darin vorgesehenen Sammelbereich bilden, durch einen in der Kammer vorgesehenen Einlaß zur Einführung
von Blut, durch Auslässe zum Austragen von Flüssigkeit aus dem Sammelbereich, durch ein eine Strömungsbahn für die
Zufuhr des zu behandelnden Bluts zum Einlaß bildendes Mittel und durch eine Einrichtung mit einem in Drehung versetzbaren
Läufer bzw. Rotor, um die Kammer in Drehbewegung zu versetzen, wobei die Kammer in einer im wesentlichen senkrecht
zu einem Radius des Läufers liegenden Ebene angeordnet ist, so daß die Erythrozyten bestrebt sind, sich im
Sammelbereich zu sammeln bzw. abzusetzen.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein teilweise in Blockschaltbildform gehaltenes Funktionsschema
zur Veranschaulichung einer in vivo-Blutbehandlungsvorrichtung
gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer bevorzugten Zentrifuge für die Vorrichtung
nach Fig. 1,
Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung des Rotorteils der Vorrichtung
nach Fig. 2 zur Darstellung der Behandlungs-Kammern vor dem Einsetzen in den Rotor,
Fig. 4 eine Vorderansicht einer Kammer für die Abtrennung von roten Blutkörperchen mit dem zugeordneten Träger
der Vorrichtung,
Fig. 5 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung der Thrombozyten-Sammelkammer
mit zugeordnetem Träger,
Fig. 6 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, auseinandergezogene
perspektivische Darstellung der Erythrozyten-Sammelkammer mit zugeordnetem Träger,
Fig. 7 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,
Fig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung der Erythrozyten-Sammelkammer zur
Verdeutlichung ihrer jeweiligen Radien,
Fig. 9 eine schematische Vorderansicht der Sammelkammer nach Fig. 8 zur Verdeutlichung ihrer Arbeitsweise,
Fig.10 eine schematische Aufsicht auf die Sammelkammer
nach Fig. 8 zur Darstellung ihrer jeweiligen Radien,
Fig.11 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspekti-
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vische Darstellung der Thrombozyten-Sammelkammer zur Darstellung ihrer jeweiligen Radien,
Fig. 12 eine schematische Vorderansicht der Sammelkaimner
von Fig. 11 zur Verdeutlichung ihrer Arbeitsweise und
Fig. 13 eine schematische Aufsicht auf die Sammelkaimner nach Fig. 11 zur Darstellung ihrer jeweiligen Radien.
In den Figuren besitzen die Abkürzungen folgende Bedeutung:
PPP = an Thrombozyt arme Plasmakomponente
PRP = an Thrombozyt^eiehePlasmakomponente
RBC = Erythrozytkomponente
WB = Gesamtblut
RB = Restblut
Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung
für die Thrombozytenpherese bzw. -gewinnung (plateletpheresis) aus einem allgemein mit 11 bezeichneten,
einmal benutzbaren Strömungs- bzw. Leitungssystem aus Polyvinylchlorid
(PVC) oder einem anderen, mit Blut verträglichen Material. Die Vorrichtung ist in Verbindung mit einem
Blutspender 13, dem das Blut entnommen wird, um nach der Verarbeitung wieder zurückgeführt zu werden, und mit einer
Zentrifugiervorrichtung 12 dargestellt, in welcher Teile des Strömungssystems während der Blutverarbeitung oder -behandlung
Zentrifugalkräften ausgesetzt werden.
'Das Strömungssystem 11 umfaßt einen Nadelanschluß 14 mit
einer geeigneten (Hohl-)Nadel 15, mittels welcher das Gesamtblut dem Spender entnommen wird. Eine Antikoagulationslösung,
etwa'Säurecitratdextrose" (Acid Citrate Dextrose =
ACD) oder Heparin, wird von einem Behälter 16 aus über ein
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Schlauchsegment 17 und eine Peristaltikpumpe 18 herkömmlicher Konstruktion am Nadelanschluß 14 in das Gesamtblut
eingeleitet. Eine der Pumpe 18 vorgeschaltete, manuell bedienbare Schlauchklemme 19 ermöglicht das Auswechseln
des Behälters 16 gegen einen vollen Behälter, wenn die Antikoagulationslösung
verbraucht ist. Während der Blutbehandlung arbeitet die Pumpe 18 mit einer gleichbleibenden, geregelten
Fördermenge, die auf die Strömungsmenge des Gesamtbluts durch das System abgestimmt ist, so daß dabei eine
bemessene Menge an Antikoagulationslösung zu dem vom Patienten bzw. Spender entnommenen Blut hinzugefügt wird.
Zur Ermöglichung eines Entlüftens des Systems 11 vor Einleitung
der Blutströmung sind Vorkehrungen zum Vorfüllen des .jystems mit einer Salzlösung aus einem Behälter 22 getroffen.
Der Behälter ist über ein Schlauchstück 23 und ein von Hand betätigbares Ventil 24 mit einem Schlauchstück 21
verbunden. Vor der Einführung des Bluts in das System wird die Lösung aus dem Behälter 22 durch das System geleitet,
um Luft auszutreiben.
Das mit der koagulationshemmenden Lösung versetzte Gesamtblut
fließt sodann durch einen verschlossenen Venenfühler 26, welcher die Flüssigkeitsströmung durch das System ständig
überwacht. Bei einer Unterbrechung oder Drosselung der Strömung, wie sie aufgrund einer zusammengedrückten Vene,
eines Blutklumpens oder einer abgeknickten Schlauchleitung vorkommen kann, unterbricht der Fühler 26 den Betrieb des
Strömungssystems bei gleichzeitiger Auslösung eines Alarms,
um das medizinische Personal von der Unterbrechung bzw. Störung zu unterrichten. Dieser Venenfühler 26 kann bezüglich
Aufbau und Arbeitsweise von herkömmlicher Art sein und beispielsweise aus einem Stück eines Silastic-Schlauches
bestehen, dessen Durchmesser durch einen Mikroschalter oder einen ähnlichen elektrischen Meßfühler überwacht wird. Im
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Fall einer Drosselung der Strömung wird dieses Schlauchstüek
unter dem im Strömungssystem herrschenden Druck verformt, wobei das vom Fühler gelieferte Ansprechsignal durch
eine nicht dargestellte Steuerschaltung für die Unterbrechung des Betriebs des Strömungssystems und für die Alarmauslösung
benutzt wird. Andere Arten von geschlossenen Venenfühler, welche dieselbe Schutzfunktion zu bieten vermögen,
können an zweckmäßigen Stellen vorgesehen sein.
Nach dem Durchgang durch den Fühler 26 strömt das Gesamtblut mit der Antikoagulationslösung durch eine zweite Peristaltikpumpe
27, die eine genau bemessene Strömungs- bzw. Durchsatzmenge durch das System festlegt. Die Pumpe 27 ist
vorzugsweise mit der Peristaltikpumpe 18 einheitlich verbunden oder anderweitig mit ihr synchronisiert, so daß die
vom Vorratsbehälter 16 zugeführte Menge an Antikoagulationslösung in einem festen Verhältnis zu der durch die Pumpe
27 bestimmten Durchsatzmenge im System bleibt. Zu diesem Zweck können die beiden Peristaltikpumpen 18 und 27 durch
einen gemeinsamen Motor 28 angetrieben werden.
Hinter der Peristaltikpumpe 27 strömt das Gesamtblut durch einen Hoch/Niederdruck-Monitor 29, welcher den Betrieb des
Strömungssystems unterbricht, wenn der darin herrschende
Druck außerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs zu liegen kommt. Vom Monitor 29 aus fließt das Blut über ein
Schlauchstück 30 zu einer Erythrozyten-Trennkammer 31>
die am Rotor einer Zentrifuge 12 montiert und im Betrieb der Vorrichtung einer Fliehkraft- bzw. Zentrifugalkraftwirkung
ausgesetzt ist. Zur Begünstigung der Strömung zwischen der rotierenden Trennkammer 31 und den feststehenden Teilen der
Vorrichtung kann ein Teil des Schlauchstücks 30 einen von mehreren Durchgängen in einem Mehrfachdurchgang-Verbindungsstück
32 umfassen, welches die Verbindung zwischen den rotie-
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renden und feststehenden Teilen der Vorrichtung herstellt.
Wie noch näher beschrieben werden wird, wird dieses Verbindungsstück von der Zentrifuge 12 so getragen, daß eine
dichtungslose Strömungsmittelverbindung ohne ein Verdrehen der Leitungen aufrechterhalten wird.
Die Aufgabe der Erythrozyten-Trennkammer 31 besteht darin,
die Erythrozyten- (rote Blutkörperchen) und Leukozyten-Komponenten
(weiße Blutkörperchen) vom Gesamtblut abzutrennen. Da der größte Teil des Trennungsprodukts aus der Erythrozytenkomponente
besteht, wird das gesamte Trennprodukt im folgenden als Erythrozytenkomponente bezeichnet. Diese abgetrennte
Komponente fließt von der Trennkammer durch ein Schlauchstück 33, das einen anderenDurchgang im Verbindungsstück
32 bildet. Das Restblut und die Antikoagulationslösung, die eine mit Blutplättchen angereicherte Plasmakomponente
bilden, fließen von der Trennkammer 31 über ein Schlauchstück 34 zu einer Pumpenanordnung 35 mit variabler Fördermenge
.
Die Aufgabe der in einer Parallelanmeldung beschriebenen Pumpenanordnung 35 besteht in der Förderung der Plasmakomponente
aus der Trennkammer 31 mit einer Durchsatzmenge, die auf die Abtrennmenge der roten Blutkörperchen abgestimmt
ist, so daß die Trennung der Plasma- und Erythrozytenkomponenten in der Trennkammer fortlaufend vor sich gehen kann.
Dies wird innerhalb der Pumpenanordnung 35 grundsätzlich durch eine Peristaltikpumpe 36 mit zugeordnetem Erythrozytenkomponenten-Detektor
37 erreicht. Diese Pumpe wird periodisch umgeschaltet, um zunächst die mit Blutplättchen angereicherte
Plasmakomponente und sodann die Erythrozytenkomponente aus der Trennkammer abzunehmen. Bei Feststellung der Erythrozytenkomponente
durch den Detektor 37 wird die Pumpe 36 abgestellt und kurzzeitig (zur Förderung in Gegenrichtung) umgeschaltet,
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um die Erythrozytenkomponente zur Trennkammer zurückzufordern
und den Trennvorgang innerhalb der Trennkammer wieder einzuleiten.
Hinter der Pumpenanordnung 35 wird die Plasmakomponente über ein Leitungsstück 38, dessen einer Abschnitt einen
weiteren Durchgang im Verbindungsstück 32 bildet, zu einer Thrombozyten-Sammel- bzw. -Trennkammer 40 geleitet. In der
Kammer 40 werden die Blutplättchen bzw. Thrombozyten von der angereicherten Plasmakomponente getrennt, so daß eine
an Thrombozyten arme Plasmakomponente zurückbleibt, die über ein Leitungsstück 41 zu einem Y-Anschluß 42 geleitet
wird, in welchem die verarmte Plasmakomponente mit der in der Trennkammer 31 abgetrennten Erythrozytenkomponente
kombiniert wird. Die resultierende Flüssigkeit, die im wesentlichen aus an Thrombozyten armem Gesamtblut besteht,
fließt über ein Leitungsstück 43 zu einem Blasendetektor und Druckwächter 44. Der Druckwächter 44, der bezüglich
Konstruktion und Arbeitsweise von herkömmlicher Art sein kann, überwacht das an Thrombozyten arme Gesamtblut im
Leitungsstück 44 ständig auf das Vorhandensein von Blasen oder auf außerhalb des vorgesehenen Bereichs liegende
Drücke, wobei er beim Auftreten eines dieser Zustände ein Steuersignal zur Beendigung der Blutverarbeitung und zur
Auslösung eines Alarms abgibt. Hinter dem Druckwächter 44 fließt die genannte Blutkomponente über ein Leitungsstück
45 zu einem elektrisch gesteuerten Ventil 46, welches beim Auftreten von Blasen oder bei einem Druckabfall die Strömung
durch das System durch Verschließen des LeitungsStücks
unterbricht. Anschließend strömt das Blut durch eine Entlüftung-Expansionskammer
47, die ein Entlüftungsventil 48 aufweist, über welches die im System enthaltene Luft über
ein Leitungsstück 49 zum Behälter 22 zurückgeleitet wird. Ein Leitungsstück 51 verbindet die Entlüftungskammer 47 mit
dem Blutspender.
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Wahlweise kann ein Infusionsbeutel bzw. -behälter 52 über ein Schlauchstück 51 mit dem Leitungsstück 55 verbunden sein,
um Durchsatzmengenschwankungen in dem an Thrombozyten armen
Gesamtblut bei der Rückführung sum Blutspender zu vermindern. Wenn ein solcher Behälter vorgesehen ist, kann im Leitungsstück 51 ein Rückschlagventil 50 vorgesehen sein, um eine
Gegenströmung vom Blutspender zu verhindern. Das Leitungsstück 51 ist mit einem zweiten Nadelanschluß 55 verbunden,
an den eine Nadel 56 angeschlossen ist, über welche das verarmte Gesamtblut zum Spender zurückgeführt wird.
Gemäß Fig. 2 kann die Blutbehandlungsvorrichtung 11 gemäß
der Erfindung in Verbindung mit einer dichtungslosen Zentrifugiervorrichtung
verv/endet werden, wi© sie beispielsweise
in der US-Patentanmeldung der. Nr.756 187 (11.2.76) beschrieben
ist. Diese Zentrifugiervorrichtung umfaßt grundsätzlich eine Rotorantriebseinrichtung 6O5 mit welcher ein Rotor bzw.
Läufer 61 mittels einer tragenden Kohlwelle 62 unter Lagerung
verbunden ist. Die Antriebsanordnung 60 ist ihrerseits mittels einer lotrechten Antriebswelle 64 in einer vorrichtungsfesten
Nabenanordnung 63 gelagert. An der Rotorantriebseinrichtung ist ein Führungs- bzw» Leitrohr 65 montiert.
Die beiden Trennkammern 31 und 40 der Vorrichtung sind auf den Rotor 61 aufgesetzt. Exzb Strömungsmittelverbindung zwischen
den beiden Trennkammern, die mit dem Rotor umlaufen, und den drehfesten Teilen der Vorrichtung erfolgt über das
fünf Durchgänge aufweisende Verbindungsstück 32, das sich von einer zentralen Stelle auf der Drehachse des Rotors abwärts
durch das Zentrum der Antriebswelle 32, über das Führungsrohr 65 radial auswärts und aufwärts zu einer festen,
axial ausgerichteten Stelle erstreckt, die durch einen Tragarm 67 bestimmt wird. Wie in der oben genannten US-Patentanmeldung
beschrieben, wird durch die Verlegung des Verbindungs-
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Stücks bzw. -schlauchs 32 in Kombination mit der Anordnung
des Rotors 61 und der Rotorantriebseinrichtung 60, die mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 gleichsinnig angetrieben
werden, eine Strömungsverbindung zu den Trennkammern
und 40 hergestellt, ohne daß sich das Verbindungsstück dabei verdreht. Das Verbindungsstück wird dabei bei der Drehung
des Rotors 61 vielmehr lediglich einer Durchbiegung oder wiederholten teilweisen Verdrehung um seine Achse über
Winkel von nicht mehr als 180° unterworfen.
Das Übersetzungsverhältnis von 2:1 zwischen dem Rotor und der Antriebseinrichtung 60 wird durch zwei an der Antriebseinrichtung
60 gelagerte leerlaufende bzw. Zwischenriemenscheiben 68 und einen Antriebsriemen 69 hergestellt. Der
Antriebsriemen ist über diese beiden Riemenscheiben geführt und an der einen Seite um eine feststehende, ringförmige
Riemenscheibe 70 und an der anderen Seite um eine Rotor-Antriebsriemenscheibe 71 herumgelegt, die vom unteren Ende
der Rotor-Antriebswelle 62 getragen wird. Wenn die Rotor-Antriebseinrichtung 60 durch einen Motor 72 und einen die
Welle 64 antreibenden Treibriemen 73 im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt wird, führt der Treibriemen 69 eine im
Uhrzeigersinn erfolgende Drehung des Rotors 61 ein. Wenn die feststehende Riemenscheibe 70 und die Rotor-Antriebsriemenscheibe
71 jeweils denselben Durchmesser besitzen, beträgt die Drehzahl des Rotors 61 genau das Doppelte der
Drehzahl des Rotorantriebs 60, und zwar aufgrund des direkten 1:1-Antriebsverhältnisses zwischen den Riemenscheiben
70 und 71 sowie der Planetenbewegung der Riemenscheiben 68 um die Drehachse des Rotorantriebs 60.
Die erfirdungsgemäße Blutbehandlungsvorrichtung wird vorzugsweise
als einheitliches, einmal benutzbares Gerät hergestellt, in welchem das Verbindungsstück 32 enthalten ist.
Für den Einbau dieser Vorrichtung in die Zentrifugenvor-
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richtung kann das freie Ende des Verbindungsstücks bzw. -schlauchs vom Tragarm 67 her nach unten durch das hohle
Führungsrohr 65 hindurch und dann durch die Rotor-Hohlwelle 62 hindurch aufwärts hindurchgeführt werden. Sodann wird
das andere Ende des Verbindungsstücks mit den anderen Bauteilen der Vorrichtung verbunden. Da die Vorrichtung im
montierten Zustand geschlossen bzw. abgedichtet ist, wird jede Beeinträchtigung der Sterilität der Vorrichtung vermieden.
Nach Gebrauch kann das gesamte Strömungssystem von der Zentrifugenvorrichtung getrennt und verv/orfen werden.
Gemäß Fig. 3 wird Einbau und Ausbau der Blutbehandlungs- bzw. Trennkammern 31 und 40 in den bzw. aus dem Läufer 61
der Zentrifuge erfindungsgemäß dadurch vereinfacht, daß
zugeordnete Träger 80 und 81 für diese Trennkammern vorgesehen sind. Diese Träger, die jeweils zwei im wesentlichen
rechteckige Platten umfassen, zwischen denen die betreffende Trennkammer angeordnet ist, werden in entsprechende Taschen
82 bzw. 85 im Rotor bzw. Läufer 61 eingesetzt. Diese Taschen können, wie dargestellt, entweder paarweise in oberen und
unteren, parallelen waagerechten Rotorplatten vorgesehen oder als Teil eines massiven Rotorkerns ausgebildet sein.
In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Taschen und Trägerplatten aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
wie Aluminium, bestehen, so daß sich die Temperatur des die Trennkammern durchströmenden Bluts leichter regeln
läßt. Zu diesem Zweck kann ein Widerstandsheizelement 86 (Fig. 1) oder ein anderes aktives thermisches Element, etwa
ein Heißluftgebläse, in thermischer Verbindung mit dem Rotor
angeordnet sein, um die Trägerplatten während der Verarbeitung oder Behandlung auf eine gewünschte Temperatur, typischerweise
die Körpertemperatur von 37°C, zu erwärmen. Hierdurch wird eine gleichbleibendere und wirksamere Absetzung
gewährleistet, während gleichzeitig die Möglichkeit für Wärmeschocks bei der Rückführung des behandelten Bluts in den
Spender weitgehend ausgeschaltet wird.
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Gemäß den Fig. 4 und 6 bis 8 besteht die Erythrozyten-Trennkammer
31 aus zwei Lagen bzw. Folien 8? a und 87b aus Polyvinylchlorid oder einem and@rens mit Blut verträglichen
Kunststoff, die auf passende Weise längs einer Naht 108 miteinander verbunden sind und zwischen sich eine Kammer 89
bilden, die einen vergleichsweise schmalen, abgerundeten Unterteil und einen vergleichsweise breiten Oberteil aufweist.
Das zu behandelnde Gesamtblut wird über das Leitungsstück 30 in den gemäß Fig. 4 unteren Abschnitt dieser Kammer
über einen Durchgang 90 eingeleitet, der durch eine Innenwand 95 längs der einen Seite der Kammer gebildet sein kann,
und zwar entweder durch Zusammendrücken der Folien 87a und 87b durch an den Innenflächen der Ti-ägerplatten vorgesehene
Rippen 93a bzw. 93b oder durch Anordnung einer Schweiß- oder Klebenaht zwischen den Folien«, Wahlweise kann der Durchgang
durch ein Schlauchstück gebildet sein, das -vom Schlauchstück
30 in die Kammer hinein abgeht0
Unter dem Einfluß einer Flieh- bzw. Zentrifugalkraft wird das in der Trennkanmier befindliche Gssamtblut in seine Bestandteile
getrennt, wobei sich die schwereren roten und weißen Blutkörperchenkomponeaten innerhalb der Trennkammer
in Sammelbereichen absetzen^ welche den Stellen größter radialer Entfernung von der Drehachse des Läufers entsprechen,
d.h. bei der dargestellten Ausführungsform den oberen
linken und rechten Ecken oder Schultern der Trennkammer. Die weniger dichte, an Blutplättchen reiche Plasmakomponente
verbleibt im wesentlichen außerhalb dieser Sammelbereiche, nämlich in einem Bereich, der sich von der zwischen den
Schulterteilen verlaufenden oberen Grenze der Trennkammer nach unten erstreckt.
Die abgetrennte Erythrozytenkomponente wird aus der Trennkammer
31 über 'zwei an deren oberem Rand angeordnete Sammel-
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auslasse S1 und 92 abgeführt, die ralt den Saamelbereichen
der Trennkammer in "verbindung steheno Bisse Auslässe
sind jeweils über kurze Schlauchstüoks mit einer !-Kupplung
(Fig. 8) und über diese mit einem Sohiauohstück 33 verbunden.
Ein zusätzlicher, mittig tischen den Auslässen
91 und 92 angeordneter und gegenüber der Oberkante der
Trennkammer geringfügig versetzter Auslaß dient sum Austragen
der mit Blutplättchen angersicherten Plasmakomponente
aus der Trennkamnier über ein Schläuchetück 34.
Obgleich die S amine Ibe reiche? in denen sich bei der- dargestellten
Ausführ-ungsform der Erfindung die Erythrazytenkomponente
sammelt, aufgrund der Konfiguration der Trennkammer an deren beiden oberen Ecken bswo Schultern angeordnet
sind, können sie ersichtlioheri-;eise bei anderen
Trennkammerkonfigurationeii an anderer Stelle liegen. Im
Fall einer im wesentlichen rechteckigen Trennkammer, die
ohne Neigung zur Drehachse im i-jesentlichen senkrecht zu
einem Radi\is des Rotors bzw. Läufers angeordnet ist, liegen
die SammeIbereiche beispielsweise an den beiden lotrechten
Rändern der Kammer.
Gemäß den Fig. 5 und 11 bis 13 besteht die Blutplättchenbzw.
Thrombozyten-Trennkaminer 40 aus zwei Folien 97a und
97b eines mit Blut verträglichen Kunststoffs, die unter Bildung einer Innenkammer 94 von im wesentlichen rechteckiger
Form miteinander verbunden sind. Ein an der einen oberen Ecke der Trennkammer vorgesehener Einlaß 98 dient zur
Einführung der an Blutplättchen reichen Plasmakomponente vom Leitungsstück 38 her in die Tremkammer, während über
einen an der anderen oberen Ecke vorgesehenen Auslaß 99 die an Blutplättchen arme Plasmakomponente über ein Leitungsstück
41 aus der Trennkamraer austragbar ist. Eine in der Trennkammer 40 vorgesehene Trennwand 88, die entweder
durch eine Klebe- oder Schweißnaht zwischen den Folien oder durch Zusammenpressen der Folien mittels entsprechend ange-
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ordneter Rippen an den Trennkammer-Trägerplatten gebildet sein kann, legt innerhalb der Trennkammer eine gewundene
Strömungsbahn zwischen den Zulassen 98 und 99 fest. Auf diese Weise wird die Effektivlänge der Strömungsbahn vergrößert,
so daß hierdurch der Auffangwirkungsgrad der Trennkammer erhöht wird.
Gemäß den Fig. 6 und 7 besteht der Trennkammer-Träger 80
aus zwei rechteckigen Platten 100 und 101 aus Metall oder einem anderen Werkstoff mit hohem Wärmeleitvermögen. Die
Platten 100 und 101 besitzen in ihren Innenflächen Vertiefungen 102 bzw. 103, die bei gegeneinander angesetzten
Platten Aufnahmeräume für die Trennkammer 31 bilden. Mehrere
in den Innenflächen dieser Platten ausgebildete Hüten 107 bilden Durchgänge für die der Trennkammer zugeordneten
Leitungsstücke.
Wenn die Trennkammer 31 mit Blut gefüllt wird, dehnen sich die Folien 87a und 87b in die Vertiefungen 102 bzw. 103
hinein aus, so daß die endgültigen Abmessungen der Trennkammer durch diese Vertiefungen bestimmt werden. Der hierbei
auf die Naht 108 einwirkende Druck wird durch eine an der Platte 100 vorgesehene innere Rippe 109 gemildert, welche
um die Vertiefung 102 umläuft. Diese Rippe preßt die Folien 87a und 87b um die Ränder der Vertiefungen 102 und
103 gegeneinander, so daß unabhängig von Maßabweichungen der Trennkammer-Schweißnaht infolge von Autoklavenbehandlung
oder Fertigungstoleranzen der Umriß des Trennraums 89 innerhalb der Schweißnaht 108 genau festgelegt wird.
Wenn die Trennkammer 31 in die Taschen 82 und 84 eingesetzt ist, liegt sie im allgemeinen in einer Ebene, welche den
Rotor 61 tangiert bzw. senkrecht zu einem Radius desselben liegt und unter einem Winkel ß gegenüber der Rotor-Drehachse
geneigt ist. Infolgedessen kommen die in den Schulterbereichen liegenden Sammelbereiche der Trennkammer gegenüber der
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Drehachse auf einen Radius R-, zu liegen, der größer ist
als die Achse R^ zum Plasmasammelauslaß 96 und als der
Radius R2 am Unterteil der Trennkammer. Beim Zentrifugieren
setzen sich somit die schwereren Erythrozytenkomponenten des Gesamtbluts in den Schulterbereichen der Trennkammer
ab, während das Gesamtblut über den Durchgang 90 gefördert wird. Im Laxfe der Zeit verlagert sich diese Komponente
unter Absetzung in einen Bereich, der von den Schultern der Trennkammer längs deren Seiten verläuft, so daß eine
Grenze 110a (Fig. 9) zwischen den Erythrozyten-und den
Plasmakomponenten gebildet wird. Die Erythrozytenkomponente wird über die Auslässe 91 und 92 abgenommen, während die
verbleibende, vergleichsweise leichtere Plasmakomponente über den Auslaß 96 ausgetragen wird.
Aufgrund der Grenze 110a, die ziemlich genau dem Profil der Trennkammerwände angepaßt ist, wird zur Gewährleistung
eines maximalen Abtrennwirkungsgrads eine größtmögliche Grenzfläche zwischen den beiden Blutkomponenten erzielt.
In der Praxis wird dies in erster Linie durch den Neigungswinkel ß erreicht, der so gewählt ist, daß die Grenzlinie
im wesentlichen parallel zu den Seitenwänden der Trennkammer zu liegen kommt. Bei einer bevorzugten, bereits gebauten
Ausführungsform der Erfindung liefert ein Winkel ß von etwa 1° gute Ergebnisse bei einer Trennkammer von 76 mm Breite
und 138 mm Höhe auf einem Radius von 10 cm.
Durch die Pumpenanordnung 35 wird die sich im Bereich des Auslasses 96 sammelnde, an Blutplättchen reiche Plasmakomponente
aus der Trennkammer abgesaugt, so daß sich dieser Plasma-Sammelbereich, wie durch die Grenzlinien 110a - 110c
angedeutet, fortlaufend verkleinert. Wenn die Fördermenge größer ist als die Abtrenngröße dieser Plasmakomponente,
ist letztere schließlich vollständig entleert worden, worauf die Erythrozytenkomponente über den Auslaß 96 abgesaugt wird.
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Wenn diese Komponente durch den Detektor 37 festgestellt wird, wird, wie erwähnt, die Pumpe so lange umgeschaltet,
bis diese Erythrozytenkomponente 2ur Trennkamnier zurückgeführt
worden ist, worauf der Trernivorgang wieder eingeleitet
wird.
Der Sammelauslaß 96 kann auf einem kleineren Radius als die Auslässe 91 und 92 angeordnet sein, um die Komponententrennung
dadurch zu verbesserns daß ein größerer Prozentsatz der Plasmakomponente abgezogen wird, bevor die Erythrozytenkomponente
ausgetragen wird. Dies xfird dadurch erreicht,
daß die Erythrozytenkomponente aufgrund ihrer größeren Dichte bestrebt ist, sich an der Rückwand der Trennkaramer
anzusammeln.
Durch den flachen Querschnitt und die tangentiale Anordnung
der Trennkammer 31 v/erden die Auswirkungen von Coriolis-Kräften
innerhalb der Trennkammer weitgehend vermindert. Gemäß Fig. 10 wirkt der sich zwischen den Schultern und der
Trennkammermitte fortschreitend vergrößernde Radius der Trennkammer einer durch deren Rotation eingeführten Umwälzung
des Strömungsmittels entgegen* Diese Tatsache läßt sich durch die auf den Radien R, und R^+ liegenden Kreisbögen
118 bzw. 119 verdeutlichens die über die Trennkammerwände
nach außen ragen«, Die für eine Coriolis-Zirkulation
in der Trennkammer erforderliche radiale Strecke ist somit nicht vorhanden, so daß nur eine minimale Vermischung zwischen
den abgesetzten Erythrozyten- und Plasmakomponenten eintritt.
Ein weiteres Erfordernis für optimale Ausbeute und Reinheit
besteht darin, daß Absetzgeschwindigkeit und Verweilzeit innerhalb der Trennkammer genau geregelt werden. Da die Absetzgeschwindigkeit
eine Funktion der Größe der Zentrifugalkraft ist, während die Gesamtmenge der abgesetzten Erythrozytenkomponente
bei einer Trennkammer eines vorgegebenen VoIu-
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/ Γ Of1 (
^ ο ο b 4
men3 von der Verweilseit des Bluts zm Fliehkraftfeld abhängt,
müssen sowohl Durchs atzgeschvrindigkeit als auch
Drehzahl genau geregelt bzw. gests^sr-t- werden, wenn optimale
Ergebnisse erzielt werden sollsno Ia bevorzugter Äusführungsform
der Erfindung v;±rd b©i einer !Trennkaaraer mit
einer Breite von 76 mm, einer Höhe ron 133 skü und einem
Volumen von 45 ml sowie einer- Eotordrshsahl von 1400 U/min
und einem Radius R,. von etvja 10 cm die durch die Trennkammer
fließende Flüssigkeit einer Fliehkraft von etwa 220 α unterworfen.
Bei einer Strömungs- bzw» Durclisatzmenge von 33 ml/min
wird
Blut*
18 ml an mit Blutplättchen angereicherter Plasmakoaponente
realisiert.
d unter optimalen Bedingungen im Fall eines typischen. ts mit einem""' " " " von 42 eins Ausbeute von etwa
Gemäß Fig. 11 I-;ann dis Blutpl-ättehsn-bzwo Throiabozyten-Trennkammer
40 einen bogenförmigen Querschnitt mit konstantem
Radius R^ zur Drehachse des Rotors besitzen. Bei dieser
Anordnung v;ird die mit Blutplättchsii angereicherte Plasmakomponente
bei ihrer Strömung vom Einlaß 98 zum Auslaß 99 mit einer praktisch gleichmäßigen Zentrifugalkraft beaufschlagt.
Infolgedessen erfolgt die Absetzung längs der in der Trennkaiamer festgelegten, gstruadenen Ströaungsbahn
gleichmäßig, so daß sich die Blutplättchen gleichmäßig an den Kammerwänden ablagern«
Der Trennkammer-Träger 81 besteht aus zwei gewölbten Platten 114 und 115, die in die Taschen 83 und 85 des Läufers
bzw. Rotors 61 einsetzbar sind. Die Kammer 40 wird in einen zwischen diesen Platten durch in diesen ausgebildete Vertiefungen
festgelegten Aufnahmerauia eingesetzt« Die Oberkante
der Trennkammer 40 kann unter ©inesn Winkel ac zur Drehachse des Läufers bzw. Rotors geneigt sein, so daß der
Radius Rg an ihrer Unterseite größer ist als der Radius R^
an ihrer Oberseite. Hierdurch werden in der Trennkammer ein-
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geschlossene Blasen zur Oberseite der Trennkammer gedrängt, von wo aus sie leichter aus der Anlage entfernt werden
können.
Zur Erzielung einer wirksamen Absetzung der Erythrozytenkomponente
in der Trennkammer 31 ist es wünschenswert, eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit durch
die Trennkammer hindurch aufrechtzuerhalten; aus diesem Grund ist der Innenraum der Trennkammer vorzugsweise vergleichsweise
klein, typischerweise 45 ml groß. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden die verhältnismäßig leichten
Blutplättchen bzw. Erythrozyten der Fliehkraftwirkung nicht lange genug ausgesetzt, um eine nennenswerte Absetzung
stattfinden zu lassen, so daß praktisch alle Blutplättchen mit der Plasmakomponente aus der Trennkammer 31 abgeführt
werden. Eben diese, an Blutplättchen reiche Plasmakomponente wird durch die Pumpenanordnung 35 in den Blutplättchen-Sammelbeutel
40 gefördert. Wegen der Notwendigkeit für eine höhere Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchsatzmenge
in der Erythrozyten-Trennkammer kann in dieser eine höhere Zentrifugalkraft als in der Blutplättchen-Sammelkammer
wünschenswert sein. Infolgedessen kann die Erythrozyten-Trennkammer in einem größeren Abstand von der Drehachse
angeordnet werden als die Blutplättchen-Sammelkammer, so daß in ersterer beispielsweise eine Zentrifugal- bzw. Fliehkraft
von etwa 280 G und in letzterer eine solche von etwa 220 G erzeugt wird.
Vorzugsweise wird in der Blutplättchen- bzw. Thrombozyten-Sammelkammer
40 eine vergleichsweise niedrige Strömungsgeschwindigkeit eingehalten, um den eine vergleichsweise
geringe Masse besitzenden Blutplättchen mehr Zeit zur Verfügung zu stellen, sich unter dem Einfluß defr Fliehkraft abzusetzen.
Aus diesem Grund ist diese Sammelkammer vorzugsweise mit einem größeren Volumen ausgelegt als die Erythro-
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zyten-Trennkammer, so daß sich eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit
durch den betreffenden Beutel ergibt. Durch diese niedrigere Strömungsgeschwindigkeit wird auch die
Möglichkeit für die Entstehung von potentiell schädlichen Scherkräften zwischen den Blutplättchen beim Absetzen derselben
vermindert. Der Blutplättchen-Sammelbeutel kann typischerweise ein Volumen von etwa 160 ml besitzen, wodurch
eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet
wird, ohne daß dies zu Lasten der Gesamtaufgabe der Vorrichtung ginge, nämlich ein möglichst geringes Volumen des
zu behandelnden Bluts einzuhalten.
In der Praxis läßt sich mit einer Erythrozyten-Trennkammer
von 45 ml Volumen und einer Blutplättchen-Sammelkammer von 160 ml Volumen ein Gesamtvolumen des Systems von etwa 300 ml
realisieren. Dieser Wert liegt zufriedenstellend innerhalb der ein maximales Volumen von 600 ml verlangenden Konstruktionsvorschriften
gemäß der eingangs genannten USA-Behörde, die ein derartiges Volumen als größte Bluteinheit vorschreibt,
welche dem menschlichen Körper auf einmal entnommen werden darf.
Das gesamte Strömungssystem mit den beiden Trenn- bzw. Sammelkammern
wird vorzugsweise als verschlossenes, im voraus sterilisiertes System hergestellt, das nach einmaliger Benutzung
verworfen werden kann. Es ist vorgesehen, den Blutplättchen-Sammelbeutel 40 nach Gebrauch von den mit ihm verbundenen
Leitungsstücken 38 und 41 zu trennen bzw. abzuschneiden, um die Entnahme der gesammelten Blutplättchen bzw. Thrombozyten
zu erleichtern. Ebenso ist vorgesehen, daß die ACD- und Vorfüllösungen zur Vermeidung einer Beeinträchtigung
der Sterilität des Systems in getrennten, sterilen Behältern geliefert werden.
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Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer Anlage zur Gewinnung von Ihromfeosytsn b2Wo Blirbplättchen
beschrieben ist,, läßt sich der ErfincLungsg© danke selbstverständlich
auch auf die Durchführimg anderer· Operationen anwenden, beispielsweise auf die Plasmapherese, bei welcher
die an Blutplättchen arme Plasmakomponente nicht mit der
Erythrοzytenkomponente wiedervereinigt, sondern stattdessen
zur Aufbewahrung zu einem Behälter geleitet oder unmittelbar durch Infusion zu einem anderen Spender bzw. Patienten
übertragen wird»
Obgleich die Trexmkammern als Itoaststoffbeutel dargestellt
und beschrieben sinds die durch ©ine Schweißnaht zwischen
zwei Kunststoffolien gebildet sind, können diese Trennkammern ersichtlicherweise aiach aaoii anderer* Verfahren,
beispielsweise durch Blasfoz=Hiens hergestellt werden. Falls
sich dies als vorteilhaft ©^weisen sollte s labilen diese
Trennkaramem auch mit starren !fänden ausgebildet werden,
so daß die Notwendigkeit für die Träger 80 und 81 entfällt.
Die Blutbehandlxmgs vorrichtung und die getrennten Behandlungsbsw.
Trennkammern gemäß der Erfindung lassen sich in Verbindung mit verschl@d©n©n anderen Arten von Zentrifugenvorrichtungen
verwenden*, beispielsweise derjenigen gemäß
der eingangs genaasten USA-Pat@atasimeldung sowie denjenigen
gemäß der DT-OS „ see ... (Case A-764).
Obgleich vorstehend nur eine spezielle, derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben
ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen und
Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.
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