Способы и устройство для перитонеального диализа - RU2426561C2

Чертежи

Описание

Область техники

Областью техники, к которой относится изобретение, является перитонеальный диализ.

Уровень техники

Пациентам с неадекватной функцией почек для выживания требуется либо диализ, либо трансплантация почки. При успешной трансплантации почки это является наиболее идеальной формой лечения, так как это восстанавливает постоянную функцию почек и возвращает пациентов к обычной или почти обычной жизни. Однако главными проблемами при трансплантации являются увеличивающаяся нехватка донорских почек при относительном увеличении числа пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности, и ухудшении функции трансплантата вследствие причин, к которым относятся отторжение, хроническая (трансплантат) нефропатия аллотрансплантата и рецидивирование первоначального заболевания почек. Существует также пожизненная потребность во множестве медикаментов с токсическими побочными эффектами.

В США большинство пациентов переведены на диализ, при том, что приблизительно 90% проводится лечение с помощью гемодиализа (HD). Этот способ требует циркуляции большого количества крови вне тела пациента, через герметично закрытую камеру, сконструированную из искусственных мембран (диализатор, также известный как искусственная почка) и обратно к пациенту. Свежий диализат, генерируемый с помощью устройства, закачивается через другую сторону камеры, извлекая водорастворимые метаболические отходы и лишнюю текучую среду из крови при прохождении через искусственную мембрану. Использованный диализат, выходящий из диализатора, удаляется как отходы. Пациентам проводят лечебную процедуру в течение от трех до четырех часов, два или три раза в неделю, главным образом, в специальных медицинских центрах, укомплектованных медсестрами и техниками, контролируемыми врачами. Циркулирование большого количества крови вне организма (искусственное кровообращение) требует строгой антикоагуляции и мониторинга (Продукция диализата для каждой лечебной процедуры требует приблизительно 90 галлонов (340 литров) воды для получения 30 галлонов (120 литров) диализата), и устройства со средним весом приблизительно 200 Ib (91 кг). Поскольку метаболические отходы и вода накапливаются в течение 2-3 дней между процедурами диализа и затем быстро удаляются в течение 3-4 часов, большинство пациентов чувствуют недомогание после каждой лечебной процедуры, и могут потребоваться от нескольких часов до дней для восстановления. К сожалению, к этому времени необходимо выполнять следующую лечебную процедуру.

Приблизительно 10% пациентов, находящихся на диализе, проводят лечение с помощью перитонеального диализа (PD). При PD свежий диализат (обычно 2 литра) вводят в брюшную (перитонеальную) полость пациента, которая покрыта перитонеальной мембраной пациента. Водорастворимые метаболические отходы и избыточная вода в крови, циркулирующие с другой стороны перитонеальной мембраны, перемещаются в диализат посредством диффузии и конвекции. После определенного промежутка времени отработанный диализат дренируется и удаляется. Свежий диализат доставляется в брюшную полость, чтобы начать новый цикл лечения. Пациентам, находящимся на постоянном амбулаторном перитонеальном диализе (CAPD), проводят 3-4 таких замены ежедневно во время бодрствования, и один дополнительный ночной цикл лечения, который длится 8-12 часов во время сна. Увеличивается число пациентов, которым проводят ночной диализ, применяя автоматический перитонеальный диализатор, для осуществления замены диализата. Как правило, 10-20 литров диализата применяют для 5-10 замен (2 литра на замену) во время ночного сна. Высокая стоимость диализата почти всегда приводит к субоптимальному диализу, особенно у пациентов, у которых полностью потеряна остаточная функция почек. Другой недостаток существующего в настоящего время PD состоит в том, что через перитонеальную мембрану в диализат поступает значительное количество белков крови и удаляется с использованным перитонеальным диализатом (SPD).

Действительно, многие из проблем и ограничений систем перитонеального диализа предшествующего уровня техники происходят вследствие факта, что способность регенерировать SPD либо не существует, либо, если существует, подвержена ограничениям. К таким проблемам и ограничениям относятся, например:

1) применение диализата ограничено объемом приблизительно от 10 до 20 литров свежего диализата в сутки, прежде всего из-за высокой стоимости свежего диализата. Это, в свою очередь, ограничивает количество токсинов, которые могут быть удалены у пациента;

2) белки в SPD удаляются с SPD, приводя к состоянию постоянной потери белка, у пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности, уже не получающих белок в достаточном количестве;

3) в дополнение к катетеру в систему диализа входят два или более соединительных узла;

4) концентрация натрия фиксирована посредством уровня натрия в свежем коммерческом диализате и не может быть легко отрегулирована после начала лечебной процедуры;

5) коммерческий перитонеальный диализат содержит лактат и имеет рН приблизительно 5,5, оба эти фактора могут вызвать раздражение и возможное повреждение перитонеальной мембраны;

6) коммерческий перитонеальный диализат содержит продукты разложения глюкозы, образованные во время стерилизации с помощью автоклавирования. Дополнительные продукты разложения образуются во время хранения диализата до его применения. Эти продукты разложения могут также вызывать повреждение перитонеальной мембраны. Кроме того, в доступных в настоящее время диализатах существует только три различных концентрации глюкозы, и потребность в изменении концентрации глюкозы требует замены диализата на новую порцию, содержащую глюкозу в концентрации, приближенную к необходимой;

7) с помощью существующего оборудования для перитонеального диализа невозможно легко вводить полезные агенты, такие как питательные вещества, гормоны, антибиотики, и другие терапевтические и улучшающие здоровье агенты;

8) системы предшествующего уровня техники, в которых применяется сорбентная регенерация SPD содержат слой уреазы, в котором уреаза может быть замещена белком в SPD;

9) системы предшествующего уровня техники не регулируют и не поддерживают концентрацию натрия и рН в диализате на устойчивом уровне, предписанном врачом для конкретного пациента;

10) системы предшествующего уровня техники, в которых используется сорбентная регенерация SPD для удаления мочевины с помощью уреазы и катионного обменника (такого как фосфат циркония), генерируют значительные количества углекислого газа, но не предоставляют никаких средств для удаления этого газа или других газов подобно обеспечению непроницаемости для текучих сред, одновременно поддерживая стерильность в системах, сконструированных для функционирования при различных условиях, например, в переносных системах; и

11) системы сорбентной регенерации SPD предшествующего уровня техники генерируют ионы аммония, которые появляются в текучей среде, выходящей от сорбционной установки, при истощении слоя циркония. Такие системы обычно не имеют никакого технического обеспечения для постоянного мониторинга выходящей текучей среды на содержание ионов аммония, и поэтому они не способны обеспечить слуховую, визуальную, вибрационную или другую форму тревоги и/или выключить систему в ответ на это состояние.

Рассматривается регенерация и повторное применение диализирующих растворов. Например в патенте США 4338190, Kraus et al. (июль 1982) изучается рециркулирующая система перитонеального диализа, а также в патенте США 5944684, Roberts и Lee (июнь 1999), и статье Roberts, M., от 1999 "Предложенная переносная искусственная почка на основе перитонеального диализа, Home HemodialInt, Vol.3, 65-67, 1999. (WO 2005/123230 to Rosenbaum et al.), изучается рециркулирующая система гемодиализа. Эти и все другие внешние ссылочные материалы приведены здесь в качестве ссылки в полном объеме. Если определение или применение термина в приведенной ссылке является непостоянным или противоречит определению представленного здесь термина, применяется определение термина, представленного здесь, а определение этого термина в ссылке не применяется.

Несмотря на рассмотрение регенерации, реконструкции и повторного применения диализирующих растворов, предшествующий уровень техники не описывает конкретных практических способов осуществления этой цели. Например, в патенте '190, не применяется сорбентный картридж, и поэтому представляемые устройства намного менее эффективны, чем современные системы, основанные на сорбенте. В статье Roberts и патенте рассматривается применение сорбента, но рассмотрены чрезмерно сложные устройства, которые требуют отдельной обработки, а затем рекомбинации содержащего белок и свободного от белка (ультрафильтрат) потоков. Кроме того, ни в одном из патентов предшествующего уровня техники не изучается изделие, которое при практическом применении пользователь способен носить, и это включает множество улучшений, описанных здесь. Например, в патенте '684:

1) Для инфузии и удаления диализата из брюшной полости пациента применяется один перитонеальный катетер.

2) Скорость потока диализата через брюшную полость ограничена от 2 до 3 литров в час, и задерживающийся в брюшной полости объем ограничен объемом приблизительно от 250 до 1000 мл.

3) Система регенерации размещена в едином устройстве, имеющем множество смежных камер, содержащих уреазу и сорбенты, такие как фосфат циркония, окись циркония и углерод/активированный уголь.

4) Уреаза в системе регенерации не иммобилизирована и может быть замещена белками в использованном перитонеальном диализате (SPD), таким образом необходимо, чтобы SPD был разделен на ультрафильтрат и белковый поток в целях регенерации и после этого воссоединен до его рециркуляции обратно в брюшную полость пациента.

5) В системе регенерации сорбента на основе ионного обмена уреазы/циркония, в процессе регенерации в регенерируемом диализате со временем повышается концентрация натрия и понижается концентрация водорода, таким образом приводя к прогрессивно более высокому уровню натрия и рН.

6) Никакого технического обеспечения не предусмотрено для эвакуации углекислого газа, продуцируемого во время процесса регенерации, в особенности, поскольку цель переносной почки состоит в обеспечении пациенту неограниченной активности, что требует принятия телом различных позиций.

7) Никакого технического обеспечения не предусмотрено для применения сухой глюкозы и стерилизации глюкозы in situ для немедленного применения в регуляции ультрафильтрации.

8) Никакого технического обеспечения не предусмотрено для линейного мониторинга с регуляторными опциями с "петлей обратной связи" различных компонентов регенерированного диализата.

9) Никакого технического обеспечения не предусмотрено для того, чтобы регенерированный перитонеальный диализат (RPD) был обогащен питательными веществами, терапевтическими агентами и другими полезными агентами в сухой или жидкой форме, стерилизовался in situ и вводился с запрограммированной скоростью и временными характеристиками.

10) Удаление "вредных" или нежелательных белков, например парапротеинов, требует отделения белкового потока от SPD.

11) Никакого технического обеспечения не предусмотрено для удаления среднемолекулярных уремических токсинов.

Таким образом, все еще существует потребность в улучшенных системах, которые могут функционировать в множестве форматов, включая портативные и переносные форматы, в которых перитонеальный диализат может быть регенерирован, восстановлен и повторно использован.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предоставляет устройство, системы и способы, в которых перитонеальный диализат или другая в основном не содержащая крови текучая среда удаляется из брюшной полости человека или животного (в основном упоминаемого здесь как "человек" или "пациент" или "пользователь"), текучая среда разделяется на относительно богатый белком поток и относительно безбелковый поток. Относительно богатый белком поток регенерируется с помощью обработки для удаления токсинов, необязательно восстанавливается с добавками, и затем повторно вводится в брюшную полость. Применение в основном иммобилизованной уреазы позволяет получить жидкий поток в более высоком процентном содержании относительно богатого белком потока, чем в предшествующем уровне техники. Впервые это позволяет реально коммерчески разработать портативные и даже переносные изделия для диализа.

В одном аспекте предпочтительных вариантов осуществления относительно богатый белком поток составляет в среднем 95-98 об.% от поступающего потока из брюшной полости пользователя, что означает, что только приблизительно 2-5 об.% будет включать относительно безбелковый поток. В менее предпочтительных вариантах осуществления этот процент может быть ниже, предпочтительно по меньшей мере 90 об.%, по меньшей мере 40 об.%, или даже по меньшей мере 15 об.%. Рассмотрены все применяемые на практике типы разделителей белковой текучей среды, включая, в частности, фильтры из полых волокон, но тип разделителя не должен определять этот процент. Например, для изменения или другого контроля процентного содержания относительно богатого белком потока по отношению к поступающему потоку можно применять насос.

Подходящая сорбентная система регенерирует богатый белком поток, удаляя по меньшей мере один токсин. Сорбентная система предпочтительно содержит уреазу или другой фермент(ы), который иммобилизирован на субстрате с помощью более чем Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения. Эта иммобилизация уреазы предотвращает ее смещение с помощью белков в поступающий богатый белком жидкий поток. В предыдущих системах, включая собственную систему заявителя, использовалась уреаза, которая была не адекватно иммобилизирована, что означает, что только очень малый поток (например, 2-3%) текучей среды мог быть обработан как богатая белком текучая среда, и что большая часть текучей среды, повторно введенной в пользователя, была получена из части, не содержащей белка.

Сорбенты предпочтительно содержатся в устройствах, заменяемых пользователем, состоящих по меньшей мере из 100 граммов сорбентов (сухой вес). Предполагается, что устройство может содержать один или более из фосфата циркония, гидратированного оксида циркония и углерода/активированного угля. Сорбентное устройство может дополнительно или в альтернативном варианте прицельно удалять один или более специфичных белков из по меньшей мере части относительно богатого белком потока (диализ форез) и один или более среднемолекулярных уремических токсинов, применяя дополнительные сорбенты.

В предпочтительных вариантах осуществления осуществляется по меньшей мере некоторая другая обработка богатого белком потока. Например, линия обработки может содержать катионный и/или анионный обменник, который изменяет концентрацию в по меньшей мере части относительно безбелкового потока по меньшей мере одного из Н⁺, О^-, CO3^- и НСО3^-. Стабилизация концентрации водородных ионов может также быть усилена при помощи слоя фосфата циркония как заключительный модуль в сорбентном картридже.

Линия обработки может также предпочтительно содержать один или более стерилизаторов и газовых экстракторов. Газовые экстракторы могут быть такими простыми как вентиляционное отверстие (для портативных систем), или более сложными, такими как гидрофильный/гидрофобный мембранный фильтр (для переносных систем).

Относительно безбелковый поток (ультрафильтрат) может обрабатываться просто как отходы, но в предпочтительных вариантах осуществления имеет три других возможных варианта. Часть безбелкового потока может проходить через ионный обменник (анионный, катионный или смешанный слой), часть потока может проходить через фильтр обратного осмоса, и/или часть потока может применяться для промывания обратным потоком разделителя. В этих последних трех случаях, текучая среда затем добавляется обратно к относительно богатого белком потока.

Измерительные устройства и петли обратной связи рассмотрены для поддержания характеристики системы, и для формирования предупреждения или отключения системы, когда измеряемая характеристика попадает вне желаемого диапазона. В особенности рассмотрен мониторинг и обратная связь для концентрации натрия и рН. Мониторинг и возможное отключение в особенности рассмотрены для концентрации аммиака.

Предпочтительные варианты осуществления также содержат по меньшей мере один модуль обогащения, который восстанавливает богатый белком поток, добавляя по меньшей мере один компонент из глюкозы, калия, кальция и магния. Кроме того, предполагается, что питательные вещества для длительного питания и введения медикаментов (например, антибиотиков, химиотерапевтических средств), микронутриенты, витамины, гормоны и любые другие терапевтические и поддерживающие здоровье и стимулирующие агенты и добавки могут быть добавлены к богатого белком потока как способ введения их в организм пациента (обратный диализ). Доставка может быть запрограммирована непрерывным образом или по требованию, например, посредством сенсорного механизма петли обратной связи. Ультразвуковой вибратор или другие устройства можно применять для поддержания добавок во взвешенном состоянии, и/или облегчения их сольватации. Линия подачи текучей среды, которая вводит регенерированную и восстановленную текучую среду обратно в брюшную полость может использовать либо одно и то же отверстие, либо отличное от применяемого для извлечения текучей среды, и может применяться одновременно или периодически с линией экстракции текучей среды.

Для портативных систем сухой вес всей линии обработки (исключая заменяемое пользователем сорбентное устройство) составляет предпочтительно не более 5 кг. Предполагается, что сухой вес заменяемых пользователем сорбентных устройств должен быть не более 5 кг.

Для переносных систем сухой вес всей линии обработки (исключая заменяемый пользователем сорбентный картридж) составляет предпочтительно не более 1 кг. Предполагается, что в таких системах сухой вес заменяемых пользователем сорбентных устройств должен быть не более 1 кг. Переносные системы в основном также нуждаются в автономном электропитании. Такое обеспечение должно быть достаточным для функционирования линии обработки непрерывно по меньшей мере в течение 8 часов, но могут быть рассчитаны на работу в течение больших или меньших периодов. Для дальнейшего улучшения возможности переноски внутренняя и внешняя структура, функциональность и материал модулей системы могут быть также предпочтительно спроектированы для: 1) оптимизации эстетических качеств и безопасности; 2) оптимизации регенерации диализата и гидравлики потока; и 3) максимизации регенерационной способности и функциональной долговечности каждого модуля. В связи с этим, предполагается, что особенно предпочтительные модули должны быть сформированы в виде нежестких ремней, узлов или снаряжения. Использованное регенерирующее устройство или его отдельные компоненты могут быть удалены и замещены легко и безопасно (имея в виду пациентов с нарушенной чувствительностью и моторными возможностями), применяя механизмы, поддерживающие стерильность при отсоединении ("snap-out") и присоединении ("snap-in").

Предпочтительные сорбентные устройства регенерируют относительно высокий процент текучей среды для пользователя за относительно длительный период времени, в настоящее время предпочтительные варианты осуществления, например, будут регенерировать по меньшей мере 80-90% в основном не содержащей крови текучей среды как содержащую белок очищенную текучую среду в течение 4 часов, и более предпочтительно по меньшей мере 80-90% в течение 8 часов. Используя другие единицы измерения, в настоящее время предпочтительные варианты осуществления будут рециркулировать по меньшей мере 20 литров в основном не содержащей крови текучей среды как очищенную текучую среду в течение 10 часов, и более предпочтительно по меньшей мере 48 литров в течение 24 часов. Используя еще одну единицу измерения, в настоящее время предпочтительные варианты осуществления обеспечивают осуществление накопительного процессинга в течение по меньшей мере 40 часов за период в семь последовательных дней, и более предпочтительно 48, 56, 70, 126 или даже почти 168 часов (основное время за исключением замещения энергии и химических составляющих).

В основном, предмет изобретения преодолевает различные недостатки предшествующего уровня техники с помощью предоставления портативной (и даже переносной), автоматизированной системы перитонеального диализа, основанной на регенерации содержащего белок диализата. Поскольку система основана на перитонеальном диализе, она является "бескровной", а вследствие того, что SPD непрерывно регенерируется, она является "безводной". Кроме того, используя регенерацию сорбента в портативной искусственной почке, перитонеальные белки в SPD могут быть возвращены пациенту.

Различные цели, свойства, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более доступными из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, наряду с прилагаемыми чертежами, в которых цифры обозначают соответствующие компоненты.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлено схематическое изображение портативного устройства, соединенного с брюшной полостью пациента, подходящего для периодического удаления и повторного введения диализата.

На Фиг.2 представлен вид в разрезе, показывающий структуру сорбентного устройства Фиг.1.

На Фиг.3 представлено схематическое изображение линейного мониторинга и других процессов контроля потоков текучей среды в устройстве Фиг.1.

Подробное описание

На Фиг.1 использованная перитонеальная текучая среда удаляется из брюшной полости пользователя/пациента 10 через катетер 110А и обрабатывается на линии обработки, которая включает разделитель 20, устройство для транспортировки ультрафильтрата 30, сорбентное устройство 40, и один или более ионных обменников 50, дополнительный модуль хранения 60, специальный модуль 70, модуль глюкозы 80 и модуль обогащения 90. Затем текучая среда закачивается обратно в брюшную полость через наполняющий катетер 11 ОВ с помощью насоса 99. Все компоненты Фиг.1, за вычетом катетеров 110А, 110 и брюшной полости 10, иногда упоминаются здесь как искусственная почка 1.

Катетеры 110А, 110 необходимо интерактивно интерпретировать либо как два физически отдельных катетера, либо как один катетер с одной или более полостями. Все катетеры, различные насосы 14, 32, 72, 82, 92 и 99, и различные трубки, проводящие текучую среду 112, 114, 116А, 116В, 116С, 116D, 118, 120, 122, 124А, 124В, 126А, 126В, 126С, 130, 132А, 132В, 132С, 132D, 134А, 134В, 134С, 136А, 136В, и 136С могут быть полностью обычными. С другой стороны, важно, чтобы компоненты все вместе поддерживали достаточную пропускную способность рециркулирующей текучей среды. Например, предполагается, что в основном не содержащая крови текучая среда может быть рециркулирована как очищенная текучая среда со скоростью, достаточной для предоставления по меньшей мере 18 литров очищенной текучей среды за период 10 часов, более предпочтительно по меньшей мере 20 литров, 30 литров, 40 литров и 48 литров за тот же интервал времени. Предполагается, что за период 24 часа в основном не содержащая крови текучая среда может быть рециркулирована как очищенная текучая среда со скоростью, достаточной для предоставления по меньшей мере 48 литров очищенной текучей среды, более предпочтительно по меньшей мере 60 литров, еще более предпочтительно по меньшей мере 72 литров, еще более предпочтительно по меньшей мере 84 литров и еще более предпочтительно по меньшей мере 96 литров.

Предполагается, что для осуществления этих целей различные компоненты должны быть достаточно устойчивыми к обработке, осуществляемой по меньшей мере в течение 40 часов за период в семь последовательных дней, что соответствует 5 ночам по 8 часов за ночь. Более предпочтительные варианты осуществления предусматривают осуществление обработки по меньшей мере в течение 56 или 70 часов за период в семь последовательных дней. 70-часовая фигура соответствует 7 ночам по 10 часов за ночь. Подобным образом различные компоненты по меньшей мере некоторых вариантов осуществления должны быть достаточно устойчивыми к обработке, осуществляемой в течение по меньшей мере 126 часов за период в семь последовательных дней, что соответствует 7 суткам по 22 часа в сутки.

Разделитель 20 включает полое волокно или другой материал, который способен разделять поступающую текучую среду по меньшей мере на два потока, предпочтительно на относительно богатый белком поток и относительно безбелковый поток. Особенно предпочтительно, чтобы относительно богатый белком поток ("богатый белком поток" для простоты) составляла значительно больший процент от протекающей текучей среды, чем предусматривалось в предшествующем уровне техники. Например, вместо богатого белком потока, составляющей только 2-5 об.% от входной потока, и безбелкового потока (ультрафильтрат), составляющей 98-95 об.% (как в предшествующем уровне техники), разделитель 20 может преимущественно поддерживать концентрацию богатого белком потока относительно входной потока в среднем по меньшей мере 15 об.%. В более предпочтительных вариантах осуществления фильтр 60 может поддерживать концентрацию богатую белком потока относительно входной потока в среднем по меньшей мере 40 об.%, по меньшей мере 60 об.%, по меньшей мере 80 об.%, по меньшей мере 90 об.%, по меньшей мере 95 об.% и даже по меньшей мере 98 об.%, где средние числа взяты за существенный период обработки в течение часа или более.

В течение нескольких часов разделение на относительно богатую белком и относительно безбелковую упомянутые потока является важным фактором в определении, какое количество в основном не содержащей крови текучей среды рециркулируется как очищенная текучая среда. В настоящее время предпочтительные варианты осуществления рециркулируют по меньшей мере 80% в течение периода в 4 часа, более предпочтительно по меньшей мере 80% в течение периода в 4 часа, и еще более предпочтительно по меньшей мере 80% в течение периода в 8 часов.

В отличие от предшествующего уровня техники предпочтительные варианты осуществления способны удерживать почти все аутологичные белки в богатого белком потока, таким образом минимизируя или устраняя потерю белка. Такие белки, конечно, не вызывают сенсибилизацию, а также имеют преимущество в обеспечении онкотического давления для замедления чрезбрюшной реабсорбции (текучей среды), уменьшении или устранении потребности в добавлении глюкозы к текучей среде, повторно вводимой в брюшную полость 10.

Распределением текучей среды между относительно богатой белком и относительно безбелковой потоками можно контролировать различным образом, включая применение насосов и клапанов. В варианте осуществления Фиг.1, насос 32 можно применять для изменения этого распределения, по меньшей мере до некоторой степени. Для этой цели можно применять клапан 21.

Устройство для перемещения ультрафильтрата 30 рассмотрен, чтобы всегда содержать техническое обеспечение для того, чтобы устранить ненужную текучую среду от системы, но может дополнительно содержать устройство для необязательного перемещения безбелковой жидкой текучей среды. На Фиг.1 представлен насос 32 для ультрафильтрата, который перекачивает текучую среду к клапану 33, приводя к четырем результатам.

1) Некоторая и, наиболее вероятно, наибольшая часть безбелкового потока будет перекачана в контейнер для отходов 34. Большая часть от всей текучей среды в контейнере для отходов 34 будет удаляться, возможно в мочеприемник или унитаз.

2) Часть безбелкового потока может перекачана через изделие обратного осмоса 35 для предоставления растворителя, который может быть добавлен обратно в богатый белком поток.

3) Часть безбелкового потока может быть перекачана через заменяемый пользователем модуль ионного обменника 36 (анионный, катионный или смешанный слой) для изменения рН и, возможно, других факторов. Выходной продукт из модуля ионного обменника 36 может также быть добавлен обратно в богатый белком поток.

4) Часть потока может быть применена для промывания обратным потоком разделителя с помощью насоса 32 для закачивания текучей среды в контейнер для отходов 34 обратно через разделитель 20.

Сорбентное устройство 40 подробно описано ниже со ссылкой на Фиг.2.

Выходной поток из сорбентного устройства 40 является одним или более измерительными устройствами (сенсорами) 202, 212, 222, 232, 242 и 252, все из которых более полно описаны со ссылкой на Фиг.3.

Ионный обменник 50 соединен параллельно с трубопроводом для текучей среды 122 посредством шунтирующих трубопроводов для текучей среды 124А и 124В. Ионный обменник 50 может включать анионный обменник, катионный обменник или обменник смешанного действия, и может преимущественно изменять концентрацию одного, двух, трех или всех четырех ионов из Н+, ОН^-, СО3^- и НСО3^- в текучей среде, проходящей через обменник, а также других желательных ионов. Одним важным применением ионного обменника 50 является уменьшение количества натрия, образующегося в результате конверсии мочевины в сорбентном устройстве 40. Поскольку продукция натрия будет изменяться с течением времени, контролирующий клапан 52 контролирует, какой поток поступает от сорбентного устройства 40 в теплообменник 50.

Модуль хранения 60 является абсолютно необязательным. Как в переносных, так и в портативных изделиях, например, текучая среда может непрерывно извлекаться из брюшной полости 10, обрабатываться и затем повторно вводиться в полость 10, без какой-либо потребности в хранении повторно вводимой текучей среды. Но когда желательна периодическая обработка, модуль хранения 60 преимущественно удерживает обработанную (или полуобработанную) текучую среду до тех пор, пока она не будет повторно введена. Рассматриваемая емкость запоминающего устройства находится в диапазоне от приблизительно 500 мл до приблизительно 3 литров. Если в контекстной формулировке не указано иначе, все диапазоны здесь должны интерпретироваться как включающие их предельные значения.

Изделие для удаления газов 65 является необходимым, поскольку конверсия мочевины в карбонат аммония, обмен ионов аммония на ионы водорода и реакция ионов водорода с карбонатом в сорбентном устройстве 40 продуцирует значительные количества диоксида углерода. Поскольку CO₂ (и любые другие газы в линии обработки) могут создавать проблемы, их необходимо удалять из системы. В портативных системах удаление может осуществляться просто с помощью вентиляции, и изделие для удаления газов 65 необходимо интерпретировать как простое вентиляционное отверстие. Однако в переносных системах вентилирование не является целесообразным, потому что пользователь/пациент может время от времени принимать положение, при котором вентиль будет принимать перевернутое положение. В таких случаях удаление газа может осуществляться с помощью гидрофобного или комбинированного гидрофобного/гидрофильного фильтра, и изделие для удаления газов 65 необходимо интерпретировать, как включающее такой фильтр(ы). Клапаны 62, 64 контролируют перемещение текучей среды в модуль хранения и из него соответственно. Может также применяться дополнительный насос (не показан).

Специальный модуль 70 предназначен здесь для обеспечения дополнительной обработки, не осуществляемой другими модулями. Например, специальный модуль 70 может обеспечивать функциональные свойства диализа фореза, удаляя один или более специфичных белков из текучей среды. Насос 72 можно применять для контроля количества текучей среды, проходящей к специальному модулю 70, а фильтр 74 фильтрует текучую среду, возвращающуюся к главному потоку обработки.

Модуль глюкозы 80 добавляет глюкозу к обрабатываемой текучей среде посредством трубопровода для подачи глюкозы 134. Реверсивный насос 82 облегчает этот процесс и фактически обеспечивает переменный контроль концентрации глюкозы в отличие от современного уровня техники, в которой доступны только три концентрации глюкозы. Фильтр 84 устраняет нежелательные частицы и обеспечивает стерилизацию.

Модуль обогащения 90 может добавлять в основном любой желательный обогащающий материал, включая, например, один или более одного компонентов из глюкозы, калия, кальция и магния. Такие материалы могут быть добавлены к обрабатываемой текучей среде посредством трубопровода для подачи обогащающего материала 136А, применяя реверсивный насос 92. Предполагается, что медикаменты (например, антибиотики, химиотерапевтические средства), микронутриенты, витамины, гормоны и любые другие терапевтические и поддерживающие здоровье и стимулирующие агенты и добавки, могут также быть введены в организм пользователя/пациента через возвращаемую текучую среду. Введение таких дополнительных субстанций известно как обратный диализ.

Один или более компонентов из глюкозы и обогащающих материалов могут подаваться как сухой порошок, а затем растворяться в обрабатываемой текучей среде. Это считается предпочтительным, потому что сухая глюкоза и другие материалы имеют склонность устранять продукты разложения, которые имеют тенденцию к присутствию в стерилизованных с помощью нагревания текучих средах. В варианте осуществления Фиг.1, сухая глюкоза может быть растворена в обрабатываемой текучей среде и затем профильтрована через стерилизующий фильтр 84. Подобным образом сухие химические обогащающие вещества могут быть растворены в обрабатываемой текучей среде и затем профильтрованы через стерилизующие фильтры 94. Каждый из элементов 70, 80 и 90 может необязательно содержать устройство, такое как ультразвуковой вибратор (75, 85 и 95 соответственно), который помогает растворять и/или суспендировзть добавляемый материал.

В типичном примере периодической обработки, приблизительно два литра подходящего электролитного раствора необходимо вводить в организм пациента при первой лечебной процедуре. После установленного периода ожидания (например, 0-1 часа), насос для откачивания из брюшной полости 14 начинает откачивать то, что теперь является SPD, по направлению первой части линии обработки и в модуль хранения 60 с малым потоком, направляемым в модуль 30. Когда модуль хранения 60 заполняется приблизительно до двух литров, модуль хранения 60 закрывается в области клапана 62. Клапан выходного потока из модуля хранения открывается, начинают функционировать насос специального модуля 72, насос глюкозы 82, обогащающий насос 92 и насос для закачивания в брюшную полость 99, и обработанные потоки текучей среды поступают обратно в организм пользователя/пациента до тех пор, пока модуль хранения не опустеет. Затем процесс повторяется. Если необходимо, ненужная текучая среда в контейнере для отходов 34 удаляется.

В типичном примере непрерывной обработки, система, содержащая приблизительно 2 литра подходящего электролитного раствора, вводится в пациента для первой лечебной процедуры. Вместо одномоментного введения всего количества в организм пациента, для запуска процесса необязательно вводится меньший болюс текучей среды (например, 500-1500 мл), и затем текучая среда медленно закачивается в организм пациента, предпочтительно со скоростью 34-67 мл/минуту. В то же время текучая среда медленно извлекается из брюшной полости с приблизительно той же скоростью для обработки как описано здесь.

По сравнению с существующей в настоящей время технологией применения 10-20 литров свежего диализата для лечебной процедуры в течение 8-10 часов, лечебная процедура с применением устройства Фиг.1 может предоставить 20-40 (или больше) литров восстановленного диализата за тот же интервал времени. Это приведет к двукратному или большему увеличению диалитической эффективности. Далее, восстановление перитонеальных белков в SPD будет фактически устранять потерю белка и, впервые, удалять связывающие белок токсины без потери белка. Рециркуляция восстановленных белков также обеспечивает онкотическое давление и уменьшает или устраняет количество глюкозы, требуемой для удаления текучей среды. После запуска, настоящее изобретение не требует никакого дополнительного свежего диализата, так как диализат будет восстанавливаться из SPD так долго, насколько это необходимо (теоретически, постоянно). Кроме того, регенерируемый диализат будет иметь физиологический рН (7,4) и будет содержать обычное для организма основание (бикарбонат). Оба эти факта считаются преимуществами в поддержании обычного физиологического состояния организма и в сохранении перитонеальной мембраны. Доступный в настоящее время диализат является кислым и содержит лактат, показано, что оба этих фактора являются вредными для перитонеальной мембраны.

В частности, предполагается, что вся линия обработки, которая включает все компоненты между катетерами 110А и 110В, должна быть преимущественно сконструирована для компактности и даже возможности переноски. Таким образом, например, вся линия обработки, исключая заменяемый пользователем сорбентный картридж, может быть создана таким образом, чтобы весить не более 8 кг, более предпочтительно не более 4 кг, и наиболее предпочтительно не более 2 кг.

На Фиг.2 сорбентное устройство 40 включает в непрерывной последовательности потока: фибриновый фильтр 41; слой очистки 42; слой связывания уреазы 43; слой фосфата циркония 44 слой гидратированного оксида циркония 45; слой активированного угля 46; буферный слой 47 для стабилизации рН; сорбентный слой для средних молекул 48 и наконец фильтр для частиц 49. Специалистам в области техники ясно, что один или более слоев может необязательно быть удален, и, в действительности, различные материалы, расположенные слоями в одном устройстве, могут быть размещены в отдельных модулях или картриджах, и/или содержаться в последовательностях, отличных от точно показанных здесь.

Предпочтительные фибриновые фильтры будут способны фильтровать другие твердые частицы (например слизь, полутвердые и твердые частицы).

Особенно интересно то, что уреаза в сорбентном устройстве иммобилизирована на матрице таким образом, что позволяет легко осуществлять стерилизацию без значительной потери ее активности и делает фермент устойчивым к смещению белками в обрабатываемой текучей среде. Приведенное здесь определение иммобилизации означает, что уреаза присоединена к субстрату с силой, большей, чем силы Ван-дер-Ваальса, и может встречаться в любом количестве вариантов, включая возможно ковалентную и/или ионную связь уреазы с субстратом.

Слой сорбента средних молекул 48 может включать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Концепция среднемолекулярных уремических токсинов и материалов для удаления средних молекул обсуждена в: Winchester, James F. et al., Потенциальное применение сорбентов при перитонеальном диализе, Contributions to Nephrology, Vol.150, 336-43, 2006; Vanholder, R. et al., Обзор уремических токсинов, Классификация, Концентрация и интер-индивидуальная вариабельность, Kidney International, Vol.63, 1934-1943, 2003; and Chiu A, et al., Система лечения пациентов с печеночной недостаточностью на основе рециркуляции молекулярного адсорбента: опыт Гонконга, Liver International, Vol.26, 695-702, 2006.

Сорбентные устройства 40 могут быть предоставлены во многих различных размерах. В большинстве примеров предполагается, что индивидуальные устройства будут содержать по меньшей мере 100 г сорбента, с большими размерами в зависимости от намеченного применения, все примеры веса даны из расчета на сухой вес. Например, сорбентные устройства для портативных изделий могут весить не более 2,0 кг и более предпочтительно не более 15 кг. Это можно сравнить положительно с обычными сорбентными устройствами для гемодиализа, которые весят приблизительно 2,5 кг. Для переносных изделий сорбентные устройства желательно должны весить не более 2 кг, более предпочтительно не более 1 кг и наиболее предпочтительно не более 0,5 кг.

Сорбентные устройства 40 могут также быть представлены во многих различных формах. Для портативных изделий форма не особенно важна, но для переносных изделий предполагается, что устройства должны быть относительно плоскими и возможно даже немного вогнутыми на одной стороне для облегчения переноски устройств на ремне.

На Фиг.3 искусственная почка 1, действие клапанов и активация/дезактивация насосов, а также полный контроль системы и способов настоящего изобретения преимущественно управляются микрокомпьютером 200, так, что различные действия/лечебные процедуры происходят автоматически. Среди прочего, такой контроль включает измерительные устройства и петли обратной связи, которые поддерживают концентрации выбранных компонентов в пределах желательных диапазонов, и возможно отключают изделие при выявлении некоторых специфических состояний.

С этой целью, микрообрабатывающее устройство 200 может принимать сигналы от измерительного устройства натрия 202 и 212, и через петли обратной связи 204 и 214, контрольные клапаны ионного обменника 33 и 52, соответственно поддерживать среднюю концентрацию натрия в по меньшей мере части относительно богатого белком потока в пределах желательного диапазона в течение по меньшей мере 1 часа. Предпочтительные концентрации натрия в любой текучей среде, повторно вводимой в организм пользователя/пациента, составляют 135-145 мэкв/л, и наиболее предпочтительно 140 мэкв/л.

Подобным образом микрообрабатывающее устройство 200 может получать сигналы от измерительного устройства 222 и через петлю обратной связи 224 контролировать насос 32 для поддержания рН в пределах желательного диапазона в течение по меньшей мере 1 часа. В настоящее время предпочтительный рН составляет от 6,5 до 8 и наиболее предпочтительно приблизительно 7,4.

Микрообрабатывающее устройство 200 также предпочтительно получает сигналы от детектора аммиака 232 и петли обратной связи 234, которая предпринимает действие, если концентрация аммиака по меньшей мере в части относительно богатого белком потока становится больше желательного верхнего предела, например 2 мг %. Наиболее вероятным действием является отключение системы с помощью указания насосу 14 и 99 о прекращении активности, и/или включение звукового сигнала тревоги 300, потому что наличие аммиака означает, что сорбентное устройство отработано и его необходимо заменить. Отключение системы может быть осуществлено любым подходящим способом.

Микрообрабатывающее устройство 200 может также получать сигналы от детектора глюкозы 242 и через петлю обратной связи 244 контролировать насос 82 для поддержания средней концентрации глюкозы в пределах желательного диапазона в течение по меньшей мере 1 часа. В настоящее время предпочтительные концентрации глюкозы составляют от 1,5 до 4,25 г/дл, и наиболее предпочтительно приблизительно 2 г/дл. Также предполагается, что пользователь/пациент способен контролировать концентрацию глюкозы вручную по меньшей мере в некоторой степени.

Кроме этого, микрообрабатывающее устройство 200 может получать сигналы от детекторов калия, кальция или магния, одновременно 252, и через петлю обратной связи 254 контролировать насос 92 для поддержания средних концентраций одного или более из этих элементов в пределах желательного диапазона в течение по меньшей мере 1 часа. В настоящее время предпочтительная концентрация калия составляет от 0 до 4 мэкв/л, и наиболее предпочтительно приблизительно 1 мэкв/л. В настоящее время предпочтительная концентрация кальция составляет от 2,5 до 4 мэкв/л, и наиболее предпочтительно приблизительно 3,5 мэкв/л. В настоящее время предпочтительная концентрация магния составляет от 1 до 3 мэкв/л, и наиболее предпочтительно приблизительно 2,5 мэкв/л.

Источник энергии 400 является источником энергии, который питает искусственную почку и связанную электронику. Это главным образом электрическая линия, предназначенная для портативного изделия, и заменяемый пользователем комплект перезаряжаемых батарей для переносного изделия. В любом случае, на Фиг.3 источник энергии показан в виде батареи, потому что даже портативные изделия могут преимущественно содержать комплект батарей, который действует как источник бесперебойного питания. Источник энергии 400 должен предпочтительно иметь достаточную энергию для постоянной работы линии обработки в течение по меньшей мере 5 часов, более предпочтительно по меньшей мере 8 часов, и еще более предпочтительно по меньшей мере 12 часов. В некоторых случаях может быть желательно, чтобы срок службы батареи составлял по меньшей мере 15, и в других случаях по меньшей мере 24 часа. Эти интервалы времени объясняются тем, что пользователь/пациенты с переносными изделиями вероятно будут производить замену их сорбентных устройств приблизительно каждые четыре часа в течение дня, и до 10 часов во время ночного сна. В других случаях пользователь/пациенты может находиться в поездке или иметь некоторые другие обстоятельства, при которых может быть желателен более продолжительный срок службы батареи.

Варианты осуществления изобретения имеют многочисленные преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники, включая например:

1) Производство регенеративного устройства из связанных модулей (либо находящихся в одном едином изделии, либо в нескольких различных изделиях) позволяет проектировщикам: (а) оптимизировать портативность, эстетические качества и безопасность; (b) оптимизировать регенерацию диализата и гидравлику потока; и (с) максимизировать регенеративную емкость и функциональную продолжительность жизни каждого модуля.

2) Рециркуляция 2-4 литров текучей среды в час может обеспечивать намного лучшее удаление токсинов, чем 10-20 литров, применяемых в настоящее время для каждой лечебной процедуры в существующих в настоящих время периодических способах.

3) Рециркуляция диализата намного дешевле, чем покупка и потребление соответствующего объема свежего диализата.

4) После начала лечебной процедуры отсутствует потребность в дополнительном введении диализата; поэтому в некоторой литературе применяется термин "безводный".

5) Белки в SPD сохраняются, вместо того, чтобы быть удаленными, таким образом улучшается удаление связывающихся с белками токсинов и обеспечивается онкотическое давление, все это без активации иммунных реакций.

6) Количество соединений может быть значительно уменьшено, например с помощью устранения соединений с источником подачи свежего диализата, которые требуются в доступных в настоящее время циклерах для перитонеального диализата.

7) Посредством включения модулей, настроенных для специфичного удаления белков, рассмотренные варианты осуществления могут обеспечивать плазмаферез вредных и нежелательных белков.

8) Концентрации натрия, глюкозы, питательных веществ, гормонов, антибиотиков и других субстанций можно контролировать во время лечебной процедуры, применяя линейные измерительные устройства, все без побочных продуктов разложения.

9) Регенерированный перитонеальный диализат, в дополнение к содержанию в нем белка, имеет уникальные свойства, проявляющиеся в обеспечении нормального уровня рН и содержит бикарбонат, а не лактата, или другие подвергаемые метаболизму анионы. Композиция из бикарбоната, натрия и других катионов и анионов может быть изменена, отдельно или в комбинации, согласно специфичным предписаниям для управления расстройствами, включая электролитные, минеральные и кислотно-щелочные отклонения.

10) Автоматизированная портативная искусственная почка настоящего изобретения делает возможным уменьшение требований к специализированным лечебным учреждениям, к лечебному персоналу и к обязательной трудоспособности пациента (таким образом, избегая развития усталости у пациента от лечебной процедуры). Нет необходимости в постоянном месте для проведения лечебной процедуры, и лечебная и техническая консультация может проводиться на регулярной основе, например, ежемесячно.

11) Участие пациента состоит главным образом в настройке портативной искусственной почки на ночной режим работы или в замене использованных картриджей и модулей глюкозы и обогащения каждые 4 часа.

Таким образом, раскрыты специфичные варианты осуществления и применение аппарата для перитонеального диализа, системы и способы. Тем не менее, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что возможно существование еще большего числа модификаций помимо уже описанных, не отступая от приведенных здесь концепций изобретения. Поэтому предмет изобретения не должен быть ограничен, за исключением сущности приложенной формулы изобретения. Кроме того, в интерпретации как описания, так и формулы изобретения, все термины необходимо интерпретировать самым широким образом, совместимым с контекстом. В частности, термины "включает" и "включение" необходимо интерпретировать как относящиеся к элементам, компонентам или стадиям без исключения, указывая на то, что упоминаемые элементы, компоненты или стадии могут присутствовать, или использоваться, или быть объединены с другими элементами, компонентами или стадиями, которые специально не упоминаются. Когда требования описания или формулы изобретения относятся по меньшей мере к одному из каких-либо элементов, выбранных из группы, состоящей из А, В, С … и N, текст необходимо интерпретировать как описывающий только один элемент из группы, а не А плюс N, или В плюс N, и т.д.

Реферат

Изобретения относятся к медицине, а именно к эфферентной и интенсивной терапии, и может быть использовано при лечении патологий, требующих проведения перитонеального диализа. Для этого предлагается способ обработки не содержащей крови текучей среды, полученной из брюшной полости пациента посредством системы, которая включает в себя следующие элементы: первый трубопровод для текучей среды, который переносит поток текучей среды из брюшной полости пользователя к разделителю, разделитель, линию обработки и второй трубопровод для текучей среды, соединенный с линией обработки для обеспечения введения по меньшей мере части текучей среды от линии обработки в брюшную полость. В разделителе осуществляют разделение не содержащей крови текучей среды на относительно богатую белком текучую среду и относительно безбелковую текучую среду. Относительно богатый белком поток составляет в среднем по меньшей мере 15 об.% от потока текучей среды. На линии обработки, присоединенной к разделителю, осуществляют обработку относительно богатой белком текучей среды с помощью сорбента, имеющего по меньшей мере в основном иммобилизованную уреазу для получения очищенной восстановленной текучей среды. Затем по второму трубопроводу, соединенному с линией обработки, осуществляют введение по меньшей мере части текучей среды от линии обработки в брюшную полость. По меньшей мере 80% потока текучей среды из брюшной полости возвращают в брюшную полость в виде текучей среды из линии обработки в течение 8 часов. Группа изобретений позволяет увеличить диализирующую эффективность за небольшой промежуток времени без потери перитонеальных

Формула