Устройство для очистки биологических жидкостей

Устройство для очистки биологических жидкостей

Реферат

Изобретение относится к области медицинской техники, предусматривающей очистку биологической жидкости (крови, плазмы, лимфы) организма пациента от токсических продуктов метаболизма и экзогенных ядов путем фильтрации с помощью электромеханических устройств. Среди современных методов, используемых для лечебной детоксикации организма, хорошо известны: гемосорбция, лимфосорбция, энтеросорбция.

Наряду с отработанными методами очистки крови или выделенной из нее плазмы, в последнее время стали широко применять метод экстракорпоральной детоксикационной лимфосорбции (или лимфофильтрации).

Лимфатическая система имеет особое значение не только в поддержании водного равновесия организма, но и в удалении из очага воспаления микроорганизмов, патологических агентов, а также токсических метаболитов и клеточных остатков. Лимфа обладает высокой ферментативной активностью, принимает активное участие в резорбции и транспорте мочевины, билирубина, креатинина. Токсические вещества скапливаются в больших количествах в межклеточном пространстве в результате нарушения микроциркуляции, что обусловливает нарастание общей эндогенной интоксикации (статья «Особенности лечебной тактики при высокой и низкой тонкокишечной непроходимости», http://www.medn.ru/statyi/Osobennostilechebnoitakti.html). Уровень токсичности лимфы определяется наличием в ней средних молекул с молекулярной массой от 1000 до 5000 D, так как известно, что значительной патогенетической ролью обладают молекулы, имеющие среднюю молекулярную массу. Определение молекулярной массы выглядит так: МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА - масса молекулы, выраженная в относительных единицах, называемых а.е.м. или D (дальтон). Эта величина введена для удобства, поскольку действительная масса молекул в общепринятых единицах массы чрезвычайно мала: 1 а. е. м. =1,660538921(73)×10^-27 кг.

Именно пептиды с молекулярным весом от (500-1000) до 5000 обладают отчетливо выраженной токсичностью, так как являются в большинстве случаев токсическими осколками крупных белковых молекул, например, альбумина или гемоглобина, обладающих сходными геометрическими размерами (из описания к авторскому свидетельству SU №1674853). Наиболее приемлемым принципом определения уровня токсемии может быть тест по определению в пробе биологической жидкости молекул средней массы. Для этой цели подходит, например, аппарат Zetasizer Nano…(), который, помимо своих прочих возможностей, позволяет производить измерение размеров частиц в диапазоне 0.6…6000 нм и измерение абсолютной молекулярной массы в диапазоне 1×10³…2×10⁷ Дальтон. Аппарат пригоден для выявления в пробе лимфы наличия частиц со средней молекулярной массой, которые являются признаком отравления - чем больше таких частиц, тем выше уровень токсемии лимфы, то есть сильнее отравлен организм.

В качестве датчиков токсемии могут быть использованы и другие технические средства, способные выявить степень токсичности исследуемой биологической жидкости, работающие на других принципах, например, Осмометр Медицинский Термоэлектрический ОМТ-5 (http://www.ovespb.ru/catalog/item/Osmometr-Meditsinskij-Termoelektricheskij-OMT-5/), который предназначен для измерения методом криоскопии эффективных (осмотических) концентраций биологических жидкостей и водных растворов. Из описания этого прибора известно, чтоклиническое применение осмометрии биологических жидкостей, в частности, целесообразно для оценки уровня токсемии исследуемых проб.

Известно устройство очистки плазмы, выделенной из крови пациента сепарацией (Jp, з 3-59706 от 24.02.1984), опубл. 11.09.1991), которое обеспечивает циркуляцию порции плазмы по контуру очистки, включающее в себя мембранный фильтр, в котором происходит разделение компонентов плазмы на высокомолекулярные (крупные молекулы) и низкомолекулярные (мелкие молекулы). Крупные молекулы, составляющие токсичные вещества, отфильтровываются, а очищенная плазма возвращается пациенту. В устройстве предусмотрено поддержание количественного соотношения между отобранной и возвращенной плазмой, но не предусмотрен автоматический контроль за качеством очистки плазмы после каждого цикла. Известно устройство для очистки биологических жидкостей по авторскому свидетельству SU №1674853, в котором имеется емкость для накапливания биологической жидкости, куда также подается антикоагулянт и раствор для разведения, имеются перфузионные насосы и контуры очистки с ультрафильтрами, причем один ультрафильтр благодаря своему размеру пор обеспечивает очистку от средних молекул (с молекулярной массой не более 5000), а второй ультрафильтр позволяет не задерживать полезные соли и электролиты - его поры задерживают молекулы с минимальной молекулярной массой от 500 до 1000. Это устройство обеспечивает очистку биожидкостей в автоматическом режиме с заранее заданным количеством циклов, после чего лабораторными методами производят анализ на степень очистки от токсичных молекул. Недостатком является отсутствие обратной связи в функциональной схеме устройства, которая могла бы обеспечить автоматическую установку оптимального количества циклов очистки с тем, чтобы не травмировать дополнительно форменные элементы биожидкостей и не увеличивать напрасно продолжительность процедуры.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является устройство для очистки биологических жидкостей по патенту РФ №2118178. Устройство содержит:

накопитель биологической жидкости, контур очистки(один или несколько), накопитель фильтрата, контур возврата полезных элементов фильтрата, реинфузионную емкость, емкость возмещающих растворов, блок управления, в составе которого имеется вычислитель поддержания водно-солевого баланса), а также перфузионные насосы, гидротракты и распределители потоков, связывающие функциональные блоки устройства.

Устройство-прототип работает в автоматическом режиме, позволяет фиксировать объем отобранной для очистки биологической жидкости, производить точный отбор фильтрата для дальнейшей обработки за счет заранее заданного количества элементарных доз, обеспечить сохранение водно-солевого баланса, объема и состава биологической жидкости.

Недостаток - отсутствие контроля качества очистки биологической жидкости в процессе процедуры. Это снижает эффективность эфферентной терапии и может в ряде случаев повлечь за собой необходимость отбора проб для проверки очищаемой биологической жидкости лабораторными методами с целью корректировки заданных установок на количество циклов очистки в каждой реинфузии, что является нежелательным фактором по соображениям септики.

Цель изобретения - автоматизировать процесс очистки биологической жидкости для повышения качества и безопасности ее обработки, что положительно повлияет на эффективность лечения. Технической задачей является обеспечение устройства очистки биологических жидкостей автоматизированным контролем по степени очистки.

Раскрытие изобретения

Устройство для очистки биологических жидкостей включает в себя ряд функциональных блоков: накопитель биологической жидкости; контур очистки, содержащий рабочую емкость и фильтр; накопитель фильтрата; контур возврата полезных элементов фильтрата, реинфузионную емкость. Функциональные блоки связаны между собой гидравлическими трактами и имеют электрическую связь с блоком управления, координирующим работу устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря введению ряда функциональных блоков устройство обеспечивается постоянной обратной связью по степени очистки биологической жидкости в процессе циклического фильтрования отобранной порции, которая позволяет обеспечить необходимое количество циклов очистки до получения оптимального эффекта детоксикации, т.е. в процессе циркуляции по контуру очистки происходит оценка степени очистки биологической жидкости по отношению к ее первоначальному состоянию до начала лечения. Для этого в устройство введены: первый и второй датчики токсемии, определяющие степень токсемии в биологической жидкости, а также - связанные с ними соответственно - первый и второй амплитудные преобразователи, преобразующие выходные данные с датчиков токсемии в амплитудный электрический сигнал. Первый датчик токсемии расположен между накопителем биологической жидкости и рабочей емкостью контура очистки. Сигнальный выход этого датчика соединен с первым амплитудным преобразователем. Второй датчик токсемии расположен между выходом фильтра и рабочей емкостью контура очистки. Сигнальный выход второго датчика соединен с вторым амплитудным преобразователем. Выходы обоих амплитудных преобразователей заведены на введенную в устройство схему сравнения, которая сравнивает эти сигналы, а результирующий сигнал в виде разницы амплитуд поступает на введенный в устройство пороговый элементе заранее установленным пороговым потенциалом. Выход порогового элемента подключен к одному из входов блока управления, который на основании полученной информации формирует управляющий сигнал для введенного в устройство управляющего вентиля, гидравлически соединенного с рабочей емкостью контура очистки, через который очищенная биологическая жидкость поступает в реинфузионную емкость, откуда возвращается пациенту.

Кроме того, устройство содержит блок объемного возмещения, в резервуаре которого содержится жидкость (например, физраствор), предназначенная для обеспечения водно-солевого баланса между отобранной и возвращенной пациенту биологической жидкости. Этот блок объемного возмещения гидравлически соединен с реинфузионной емкостью, а управляется блоком управления, точнее, входящим в его состав вычислителем водно-солевого баланса.

Первый и второй датчики (идентичны), первое и второе устройство определения токсемии (идентичны) предназначены для оценки выраженности токсемии лимфы, которая характеризуется амплитудой электрического сигнала, т.е. степень токсемии лимфы пропорциональна амплитуде электрического сигнала на выходе устройства определения токсемии.

Для оценки выраженности токсемии и контроля за динамикой ее развития известны различные тесты, так, например, интегральные показатели токсичности лимфы - лейкоцитарный индекс интоксикации и индекс сдвига нейтрофилов. Кроме того, парамецийный (или тетрахименовый) тест, основанный на измерении времени выживания одноклеточных (парамеций или тетрахимен) в лимфе. Наиболее приемлемым принципом работы датчика и устройства определения токсемии может быть тест определения молекул средней массы, который возможно реализовать с помощью аппарата Zetasizer Nano (компания Malvern), который осуществляет разные типы измерений: размер частиц, дзета-потенциал и абсолютная молекулярная масса. Штаб-квартира компании Malvern Instruments Ltd находится в городе Малверн (Великобритания); подразделения - в крупнейших странах Европы, Северной Америке, Китае, Корее, Японии и т.д. (1. Диссертация Кунгурцева Е.В., Москва, 1994 г., ученая степень кандидата медицинских наук, ВАК РФ 14.00.27. 2. Монография «Эфферентная терапия в хирургической клинике», авт. А.Г. Рожков, В.И. Карандин, 2010 г., с.26-30).

В качестве датчиков токсемии могут быть использованы и другие датчики, способные выявить степень токсичности исследуемой биологической жидкости, работающие на других принципах, которые будут доступны для использования.

На графической фигуре представлена функциональная схема заявляемого устройства для очистки биологических жидкостей.

Осуществление изобретения

Устройство для очистки биологических жидкостей включает в себя, прежде всего, накопитель 1, приспособленный для подсоединения к катетеру, являющемуся средством отбора биологической жидкости от пациента. Накопитель 1 предусматривает подачу в него также антикоагулянта (например, гепарина) и разбавителя (например, физраствора) и включает в себя средство измерения количества поступающей биологической жидкости. В заявляемое устройство также входит контур очистки 2, который содержит рабочую емкость 3, куда с помощью управляемого перфузионного насоса (на фигуре не показан) поступает собранная в накопителе 1 порция биологической жидкости, проходя через первый датчик токсемии 4, установленный для оценки степени отравления биологической жидкости токсическими продуктами метаболизма (или экзогенными ядами). Рабочая емкость также должна быть снабжена не показанным на иллюстрации электромеханическим средством по учету количества или веса находящейся в ней жидкости. В контуре очистки 2 рабочая емкость 3 вместе с фильтром 5 и соединяющими их гидротрактами образует контур, по которому при помощи управляемых насосов, не показанных на иллюстрации, циркулирует очищаемая биологическая жидкость. Фильтр 5 имеет три патрубка: входной (5.1), выходной (5.2) и фильтратный (5.3). Рабочая емкость 3 гидравлически соединена с реинфузионной емкостью 6 через управляющий вентиль 7. Реинфузионная емкость 6 может быть выполнена в виде стандартной капельницы, через которую очищенная биологическая жидкость возвращается пациенту в кровеносное русло.

Фильтр 5 может быть выполнен, например, в виде ультрафильтра с порами, задерживающими молекулы с молекулярной массой до 5000, которые относятся к средним молекулам, обладающим наибольшей токсичностью. Фильтратный патрубок 5.3 соединен гидротрактом с накопителем фильтрата 8, откуда с помощью очередного не показанного на схеме перфузионного насоса отфильтрованная жидкость поступает в контур возврата 9 полезных элементов фильтрата, содержащий фильтр, поры которого имеют определенный размер, например под размер молекул с молекулярной массой 500, и задерживают все молекулы, имеющие молекулярную массу больше этого значения. Остальные молекулы, с меньшей молекулярной массой, к которым относятся полезные соли и электролиты биологических жидкостей, отправляются в реинфузионную емкость 6 для последующего возврата пациенту.

Выходной патрубок 5.2 фильтра контура очистки 2 кроме связи с рабочей емкостью 3 имеет выход на второй датчик токсемии 10, который может быть полностью идентичным первому датчику токсемии 4 и также предназначен для оценки степени загрязнения биологической жидкости токсическими продуктами метаболизма (или экзогенными ядами), но уже жидкости, прошедшей через фильтр 5.

Сигнальные выходы с каждого датчика токсемии заведены на соответствующие амплитудные преобразователи: первый датчик токсемии 4 соединен с первым амплитудным преобразователем 11, а второй датчик токсемии 10 соединен с вторым амплитудным преобразователем 12. Электрические выходы с обоих амплитудных преобразователей заведены на электрические входы схемы сравнения 13, выход которой соединен с входом порогового элемента 14. Устанавливает порог срабатывания сформированный сигнал с блока управления 15 по выходному сигналу от порогового элемента 14. Кроме того, блок управления 15 имеет электрическую связь с управляющим вентилем 7, со всеми перфузионными насосами устройства и прочими электромеханическими средствами. Частью блока управления 15 является вычислитель водно-солевого баланса 15.1, позволяющий вычислить количество разбавителя возвращаемой биологической жидкости (например, физраствора), требуемого для подачи в реинфузионную емкость 6 из блока объемного возмещения 16. Целью является повышения эффективности лечения, так как состояние организма пациента на момент проведения процедуры требует корректировки водно-солевого баланса (например, пациенты могут обладать излишним количеством межтканевой жидкости, и это можно исправить, уменьшив объем возвращаемой жидкости по сравнению с забранным объемом, или, наоборот, при обезвоживании организма целесообразно увеличить объем реинфузионной жидкости).

Описание работы устройства для очистки биологических жидкостей приведем на примере очистки лимфы от токсических продуктов метаболизма.

Процедуре очистки с помощью заявляемого устройства предшествует хирургическая манипуляция по канюляции грудного лимфатического протока, осуществляемой, например, по методике, изложенной в описании изобретения по патенту РФ №2266059, после которой катетер, вставленный в канюлю, закрепленную в разрезе лимфатического сосуда, можно подсоединить к накопителю 1 лимфы в устройстве для очистки биологических жидкостей. Лимфа накапливается самотеком в течение нескольких часов, ее объем (или вес) отслеживается каким-то измерительным устройством, сопряженным с накопителем биологической жидкости 1 и блоком управления 15. Накопленная до заданного объема порция лимфы направляется в рабочую емкость 3 контура очистки 2 через первый датчик токсемии 4. В качестве этого датчика может быть использован, например, упомянутый выше аппарат Zetasizer Nano компании Malvern Instruments Ltd. В эту же рабочую емкость 3 подается разбавитель в виде физраствора, обеспечивающий разбавление порции лимфы и антикоагулянт. Общий объем отслеживается, например, весоизмерительным датчиком с герконами, например, типа КМ-10, связанным электрически с блоком управления 15. В контуре очистки 2 лимфа циркулирует по контуру: рабочая емкость 3 - фильтр 5 - рабочая емкость 3. Выходной патрубок 5.2 фильтра 5 имеет соединение с вторым датчиком токсемии 10, который идентичен первому датчику токсемии 4. Преобразованные по амплитуде амплитудными преобразователями 11 и 12, электрические сигналы с упомянутых датчиков сравниваются схемой сравнения 13 (можно использовать любой известный компаратор на микросхеме), а результирующий сигнал в виде разницы амплитуд подается на пороговый элемент 14. Величину порога можно установить вручную с блока управления 15. При превышении разницы в амплитуде порогового значения с порогового устройства п14 проходит сигнал на один из входов блока управления 15. По этому сигналу блок управления 15 формирует управляющий сигнал для управляющего вентиля 7, который открывает заслонку гидротракта и очищенная лимфа из рабочей емкости 3 перекачивается в реинфузионную емкость 6. Во время циркуляции лимфы по контуру очистки 2, через патрубок 5.3 фильтра, отфильтрованная жидкость с молекулами, относящимися к высокомолекулярным соединениям продуктов метаболизма (фильтр заранее подбирается с размерами пор, обеспечивающими задержку токсических молекул), оправляется в накопитель фильтрата 8, также снабженный весоизмерительным датчиком, соединенным с блоком управления 15, а оттуда, по команде с блока управления 15 - в контур возврата 9, где по аналогии с контуром очистки лимфа фильтруется циркуляцией через фильтр с другими характеристиками, позволяющими отфильтровать низкомолекулярные полезные соли и электролиты и отправить их в реинфузионную емкость 6. Кроме того, блок управления 15 включает в себя вычислитель водно-солевого баланса 15.1, который в зависимости от физического состояния пациента, по установкам врача, вычисляет объем разбавителя очищенной лимфы, находящейся в реинфузионной емкости 6, и выдает сигнал в блок объемного возмещения 16, из которого откачивается рассчитанный объем физраствора в реинфузионную емкость 6 с тем, чтобы общий объем возвращаемой пациенту лимфы был оптимальным.

Таким образом, заявленное устройство путем введения элементов контроля по степени очистки обеспечивает автоматизацию процесса очистки биологической жидкости. Благодаря тому что во время процедуры автоматически анализируется и сравнивается состояние биологической жидкости сточки зрения наличия в ней токсических молекул - до начала очистки и после каждого цикла фильтрации в контуре очистки, - обеспечивается оптимизация процесса лечения через выполнение строго требуемого количества циклов фильтрования. Это позволяет уменьшить травмирование форменных элементов биологической жидкости при перекачке насосами через фильтры. К тому же это техническое решение исключает необходимость вторжения в гидротракт с биожидкостью инструментов извне, для взятия проб на анализ. В целом предложенное изобретение повышает качество и безопасность лечения пациентов с тяжелыми формами отравлений токсическим продуктами метаболизма и экзогенными ядами.

1. Устройство для очистки биологических жидкостей, включающее в себя последовательно соединенные гидротрактами функциональные блоки: накопитель биологической жидкости; контур очистки, содержащий рабочую емкость и фильтр; накопитель фильтрата; контур возврата полезных элементов фильтрата, реинфузионную емкость, причем все функциональные блоки имеют электрическую связь с координирующим их работу блоком управления, отличающееся тем, что содержит датчики токсемии, фиксирующие уровень токсичности биологической жидкости, и попарно связанные с ними амплитудные преобразователи, преобразующие выходные данные с датчиков токсемии в амплитудный электрический сигнал; а также содержит схему сравнения и пороговый элемент; при этом один датчик токсемии, сигнальный выход которого соединен с первым амплитудным преобразователем, расположен между накопителем биологической жидкости и рабочей емкостью контура очистки, другой датчик токсемии, сигнальный выход которого соединен с вторым амплитудным преобразователем, расположен между выходом с фильтра контура очистки и его рабочей емкостью, а сигнальные выходы с каждого амплитудного преобразователя заведены на входы схемы сравнения, выход которой соединен с пороговым элементом, кроме того, устройство содержит управляющий вентиль, соединенный гидротрактами с рабочей емкостью контура очистки и реинфузионной емкостью, обеспечивающий перекачку очищенной биологической жидкости из контура очистки в реинфузионную емкость по сигналу с блока управления, один из выходов которого заведен на сигнальный вход этого управляющего вентиля.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит блок объемного возмещения, управляемый электрическим сигналом и гидравлически соединенный с реинфузионной емкостью, а в состав блока управления входит вычислитель водно-солевого баланса, выход которого подключен к сигнальному входу блока объемного возмещения.