Brevet FR2010267A1 — publié le 19700213

La présente invention concerne le transfert d'un matériau à travers une membrane. Elle vise notamment un procédé et un appreil de dialyse et d'ultrafiltration tel qu'un rein artificiel. De nombreux problèmes relatifs au transfert d'un maté— 5 riau à travers une membrane concernent les reins artificiels qui comprennent une membrane du type dialyseur ou ultrafiltre0 C'est-à-dire qu'un rein artificiel efficace doit débarrasser le sang circulant hors du corps des substances dissoutes qu'il contient par dia Il existe deux types de reins artificiels» Dans le premier type, on fait passer une seule fois un liquide de lavage qui constitue le dialysat sur un système de mem-15 brane qui constitue le rein artificiel, sous pression négative» puis on l'élimine. Un système sous pression négative est particulièrement avantageux car il permet d'obtenir une ultrafiltration satisfaisante sans nécessiter de pompe à sang. Pour établir la pression négative, une pompe est disposée dans le trajet du fluide en 20 aval du système de membrane, c'est-à-dire dans le trajet de l3af= fluent. Un système sous pression négative classique diminue le irau~ matisme causé eu sang-grâce à 1'ultrafiltration mais il présente l'inconvénient de consommer beaucoup de fluide dialyseur. Aucun procédé ni appareil ne permettent jusqu'à présent de conserver et de 25 remettre le dialysat en circulation dans un système sous pression négative. Pas; pression négative, il faut entendre ici une pression inférieure à la pression atmosphérique. Dans le deuxième type de rein artificiel, on conserve un peu le fluide dyaliseur en agitant une partie du dialysat au 30 voisinage de la membrane d'un rein artificiel mais on ne conserve pas l'affluent et on ne le remet pas en circulation. La- circulation du liquide de lavage dans un rein artificiel du deuxième type est effectuée sous pression par une pompe disposée en amont du rein artificiel. 35 Dans aucun de ces deux types de rein artificiel la pres sion du fluide et la quantité de fluide dialyseur frais ne peuvent varier indépendamment l'une de l'autre. Dans un systèjne du premier type la pression du fluide et le taux d'admission du fluide dialyseur frais sont fonction directe l'un de l'autre, tandis que dans un système du deuxième type, la pression du fluide reste sensible— 69 18496 2 2010267 ment constante# L'efficacité des systèmes connus est donc loin d'être parfaite car il n'existe pas-de relation directe entre l'excès d'eau dans 1e sang et la quantité en excès de substances solu— bles qu'il contient. L'élimination de 1!excès d'eau du sang est une 5 fonction du gradient de la pression du liquide à travers la membrane d'un rein artificiel. D'autre part l'élimination des substances solubles dépend de leur gradient de concentration à travers la membrane. Il est donc souhaitable que la pression du fluide dans le svs.= terne et la concentration des substances solubles dans le dialysat 10 puissent etre réglées indépendammEnto La présente invention a pour but un appareil comportant des moyens pour conserver le fluide de lavage par remise en circulation de l'effluent dans un système sous pression négatives et des moyens de contrôle indépendants de la pression du fluide et du taux 15 d'admission du fluide dialyseur frais» Dans l'appareil suivant 1'invention, on peut contrôler indépendamment (1) la pression différentielle entre un fluide de lavage et le sang, (2) le volume de fluide dialyseur frais ajouté eu fluide de lavage dans un système circulatoire pour ultrafiltre et 20 dialyseur tel qu'un rein artificiel0 A cet effet» des organes permettent de faire circuler io fluide de lavage d'un coté d'une membrane sélectivement perméable pour recueillir le matériau qui a traversé la membrane et provient d'un autre fluide s'écoulant de l'autre coté de la membrane. En ou-25 tre, des organes permettent d'éliminer .une partie- de l'effluent et de renvoyer le reste dans le système de circulation. D'autres organes permettent d'introduire, du liquide dialyseur- frais dans le système de circulation en volume correspondant .s la quantité, d'effluent éliminé» On peut d'autre part (1) faire varier le volume de fluide 3û dialyseur frais introduit dans le système de circulation quelle que soit.la pression et (2) faire varier la pression quel que soit le •taux d'admission de fluide. dialyseur fraisp" . L'invention sera r.ieux comprise à la lecture de la description, détaillée, qui suit et à l'examen du dessin annexé qui re-35 présente à titre d'.exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. ... . . ... La .figure 1 représente schéma iniquement un rein artificiel et son système de circulation. La figure 2 est une vue en coupe suivant la. Higns- 2-2 40 de la figure 1. Qad original 69 18496 3 2010267 j I Sur les dessins on a représenté un dispositif pour faire passer un matériau d'un côté à l'autre d'une membrane sélectivement perméable, tel qu'un hémodialyseur ou rein artificiel 10 qui comprend un système de circulation 12» Le rein artificiel 10 peut être 5 construit en serpentin comme décrit dans la demande de brevet américain sér0 5B2.896 déposée le 29 septembre 1966 et cédée à la demanderesse. Bien que les détails de construction du rein artificiel ne soient pas critiques, il doit comporter une membrane appropriée 16 qui ultra-filtre et dialyse le sang. 10 La membrane 16, dans l'exemple représenté est constituée par un élément tubulaire 22 qui forme des circonvolutions 24 et définit un serpentin dont les extrémités opposées sont reliées de façon appropriée à un conduit d'admission 18. et à un conduit d'évacuation 20» Les conduits 18 et 20 comprennent avec l'élément tubulaire 15 22 des organes qui définissent un trajet fermé pour fairs circuler un premier fluide ou matériau tel que du sang» d'un côté de la membrane 16 par exemple par l'ouverture de l'élément tubulaire 22. Un élément support 26 qui dans l'exemple est constitué par des brins entrecroisés, est disposé entre les circonvolutions 24 et assure 20 entre elles un trajet pour l'écoulement d'un fluide de lavage au fluide dialyseur, de l'autre côté de la membrane, le long de la surface externe de l'élément tubulaire 16. Le rein artificiel 10 est disposé au milieu d'une chambre de dialyse 2B qui est délimitée par un récipient 30 étanche aux 25 fluides et complètement fermé, qui ne communique avec l'extérieur que par des passages qui seront décrits ultérieurement. Deux passages espacés 32 sont montés dans la paroi supérieure 56 du récipient 30 pour recevoir de façon étanche les conduits 18 et 20 par lesquels le sang pénètre dans le récipient 30 pour subir un traite-30 ment extra-corporel, et en sort. Le rein artificiel 10 est logé dans un carter ou boîtier 34 qui comporte une ouverture supérieure 42 et une paroi cylindrique verticale 36 d'où part un fond 38 en forme d'entonnoir qui fait corps avec la paroi 36. le carter 34 est avantageusement logé 35 dans la chambre 28 de manière que sa paroi 36 soit concentrique à la paroi latérale 44 du récipient 30. Les proportions respectives des pièces sont telles que le rein artificiel est supporté par en dessous par un anneau 39 de la portion supérieure du fond 38 à une certaine distance d'une ouverture 40 formée au sommet de l'entonnoir, estv 40 ou extrémité inférieure du fond 380 Une chambre BB/délimitée par le 18496 4 2010267 fond 38 et l'extrémité inférieure du rein 10. Le rein 10 est maintenu contre l'anneau 39 par des organes de retenue appropriés: non représentés » Un conduit d'admission ou conduit à liquide de lavage 46 délivre le liquide de lavage au récipient 3D. A cet effet l'extrémité aval 46 du conduit 46 débcuche dans la chambre 28 par un passage é— tanche formé dans la paroi inférieure 50 du récipient 3£j. Un conduit de sortie 52 évacue l'effluent du récipient 3G. A cet effet, l'extrémité amont 54 du conduit 52 débouche dans la chambre 28 par un passage étanche formé dans la paroi latérale 44 du récipient 30 au voisinage de sa parci supérieure 56. L'agencement est tel que les conduits à liquide de levage et à effluent sont disposés en association aval-amont et peuvent être considérés comme étant respectivement en aval et en amont du rein artificiel qui est disposé au milieu du récipient 30 par rapport aux parois 50 et 56. Les conduits d'admission 46 et de sortie 52 ainsi que le récipient 30 sont reliés à des organes qui font circuler le liquide de lavage à l'extérieur de l'élément tubulaire 22 c'est-à—dire le long de l'autre côté de la membrane 16 pour recueillir le matériau qui traverse la membrane par dialyse et ultrafiltration. Une pompe 57 montée dans le conduit à effluent 52 impose une pression négative su fluide dans le système de circulation. Cette pompe engendre une pression élevée qui fait circuler le fluide dans le système de circulation dans le sens des flèches 58 à une vitesse moindre que celle créée par la pompe 90 qui sera décrite ultérieurement. Pour réduire le prix de revient la pompe 57 développe une vitesse constante. Cependant, on peut contrSler sélectivement la force5 c'est-à-dire la pression négative créée par la pompe 57 à l'intérieur du récipient 30,- et la modifier en réglant l'admission du fluide de lavage au moyen d'une vanne 60 qui peut être actionnée à la main et est montée sur le conduit 460 Le conduit à effluent 52 comporte une extrémité aval 64 qui débouche a l'atmosphère dans un réservoir 62. Ce dernier est disposé au-dessous de l'extrémité 64 et comporte un évent ou orifice supérieur 65 qui permet au gaz contenu dans l'effluent de s'échapper. Tout l'effluent parvient au réservoir 62. Un conduit de renvoi 66, disposé de préférence verticalement communique de façon étanche avec un orifice 70 formé dans la paroi inférieure 68 du réservoir pour renvoyer l'effluent dans le conduit 46. Un conduit horizontal de trop-plein 72 qui comprend des organes d'évacuation communique BAD ORIGINAL 69 18496 5 2010267 de façon étanche avec le réservoir 62 par un orifice 71 pratiqué dans la paroi latérale 75 de ce réservoir.. L'orifice 71 est disposé à une certaine distance au-dessus de la paroi inférieurs 68 du z*s— servoir de manière à maintenir dans le système un volume constant 5 de fluide. Cs système de circulation comporte des moyens qui permettent d'introduire dans le conduit 46 tout volume approprié de liquide de lavage ou de dialyse frais. Du fait de l'agencement qu'on vient de décrire, un volume égal de liquide usé est évacué hors du système par le conduit 72. La quantité d'effluent qui n'est pas éva= 10 cuée est renvoyée dans le système de circulation pour se mélanger au liquide de lavage. Un réservoir 74 qui contient du liquide frais de lavage ou de dialyse communique avec le conduit 46 ou un conduit 76 qui débouche à mi-chemin entre le réservoir 62 et le récipient 30, en amont 15 de la vanne 60» Le réservoir 74 peut être agencé de manière à communiquer avec le conduit 46 par la portion aval 80 du conduit 76 dont la portion amont 81 traverse de façon étanche la paroi inférieure 78 du réservoir 74. Il en résulte que, le liquide de lavage fourni au récipient 30 peut comprendre un mélange d'effluent renvoyé au con-20 duit 46 par le conduit 66 et de liquide de lavage ou de dialyse frais introduit dans le système de circulation par le conduit 76. Des moyens de'réglage, constitués par une valve ou débitmè-tre 82 réglable à la main, sont interposés dans le conduit 76 entre les portions 80 et 81 pour ajuster la composition ou le mélange du 25 liquide de lavage dont un volume constant qu'on peut modifier au moyen de la vanne 60 est aspiré dans le récipient 30 par la pompe 57. La valve 82 permet de faire varier le volume de fluide frais de lavage ou de dialyse introduit dans le système circulatoire quel que soit le degré de pression négative de ce système et la vanne 60 30 permet de faire varier la pression négative quel que soit le taux d'admission du liquide de lavage frais de sorte que dans un sens, la pression négative qui règne dans le systèçne est indépendente du volume de liquide frais introduit® A l'intérieur du système, n'importe quelle pression négative peut donc être établie pour^n'im— 35 porte quel volume de fluide frais de lavage ou de dialyse introduit. _ Dans la mesure où l'on peut remettre IJeffluent en circulation, on peut utiliser de grands volumes de fluide de lavage de façon relativement économique,, Pour donner à-l'ensemble du système 40 sa pleine efficacité, des moyens d'agitation du fluide de lavage BAD ORIGINAL 18496 6 2010267 sont prévus au voisinage de'la membrane 16» Ces moyens comprennent un circuit fermé eu conduit 84 dont "la plus grande partie est disposée à l'extérieur du récipient 30 et dc-nt isextrémité amont 86 communique de façon étanche avec la chambre 28 par un orifice fermé dans la paroi 50 au voisinage de la paroi 440 L'extrémité suai 85 du conduit 84 traverse de façon ê-tanche aux fluides la paroi inférieure 50 pour pénétrer dans la chambre 8b. Une pompe 90-, destinée à créer un débit élevé est montée dans le ccnduit 84 pour entraîner rapidement le fluide dans le récipient 30 au-delà de la membrane 16 dans la direction des flèches 92. Les résultats de la présente invention sont particulièrement intéressants pour un rein artificiel 10 qui doit remplir deux fonctions : éliminer l'eau du sang à travers la membrane 16 par ultrafiltration et éliminer les substances solubles en excès dans le sang à travers la même membrane» Le taux et la quantité d'élimination de ces matières ne sont pas directement proportionnels et pour que le rein artificiel fonctionne de façon vraiment efficace, leur élimination doit pouvoir être contrôlée séparément. Suivant l'invention, le taux d'élimination de l'eau du sang peut être contrôlé indépendamment du taux d'élimination des substances solu= bles indésirables par le fait qu'on peut régler la pression négative» D'autre part, le taux d'élimination des substances solubles indésirables est contrôlé par la concentration de substances solubles dans le liquide de lavage. Cette concentration dépend de la proportion d5effluent récupéré et de liquide de lavage frais dans le récipient et on peut la régler quelle que soit la pression né»» gative à l'intérieur du système» Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'éc.arte peur cela de l'esprit, de l'invention.- bad original 69 18496 7 2010267 REVENDICATIONS 1. Appareil pour transférer un matériau d'un côté à l'autre d'une membrane sélectivement perméable et comportant des moyens définissant un trajet pour faire circuler un premier fluide conte- 5 nant ledit matériau d'un côté de la membrane et des moyens pour faire circuler le liquide de lavage de l'autre côté de la membrane pour recueillir le matériau qui a traversé la membrane, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour évacuer une partie du fluide de lavage usé et remettre en circulation 10 le reste du fluide usé dans le système de circulation; des moyens pour introduire une certaine quantité de fluide dialyseur frais dans le système de circulation, ladite quantité correspondant à la quantité de fluide usé évacuée; des moyens pour faire varier le volume de fluide dialyseur frais introduit dans le système de circulation 15 quel que soit le niveau de la pression négative régnant dans ledit système; et des moyens pour faire varier la pression dans ledit système quel que soit le taux d'introduction du fluide dialyseur frais• 2. Appareil suivant 1 caractérisé en ce qu'il comporte 20 en outre des moyens pour établir une pression négative sur le fluide dans le système de circulation précité. 3. Appareil suivant 2 dans lequel le système de circulation comprend : un récipient fermé de façon étanche définissant une chambre dans laquelle la membrane est disposée; un conduit d'admis- 25 sion, ou conduit pour le liquide de lavage, relié audit récipient pour l'alimenter en fluide dialyseur frais et en fluide de lavage usé remis en circulation; et un conduit à effluent relié audit récipient pour évacuer le fluide de lavage usé de ladite chambre, 4. Appareil suivant 3, caractérisé en outre en ce que les 30 moyens d'établissement d'une pression négative sont constitués par une pompe reliée au conduit à effluent, ledit conduit à effluent communiquant avec les moyens précités d'évacuation et de remise en circulation du fluide usé» 5. Appareil suivant 3, dans lequel les moyens de remise 35 en circulation du fluide usé comprennent un réservoir alimenté en effluent par le conduit à effluent, et caractérisé en ce que les moyens d'évacuation qui comprennent un tuyau d'évacuation et les moyens de remise en circulation qui comprennent un conduit de remise en circulation sont reliés audit réservoir en des points espacés bâd original 18496 8 2010267 verticalement. 6. Appareil suivant 5 dans lequel les moyens d'introduction de fluide dialyseur frais comprennent un conduit de fluide de lavage frais communiquant avec le conduit précité pour fluide de lavage et une valve qui constitue les moyens précités de variation du volume de fluide, ladite valve étant agencée de manière à contrôler le débit dans le conduit à fluide dialyseur frais. 7. Appareil suivant 5 dans lequel le réservoir est mis à l'atmosphère pour évacuer les gaz contenus dans le fluide de lavage usé remis en circulation par le conduit de remise en circulation, le tuyau d'évacuation étant disposé au—dessus dudit conduit de remise en circulation pour établir une pression constante dans, ledit réservoir. S, Appareil suivant 3 caractérisé en ce qu'il comporte en outre des pioyens pour agiter le fluide dans le système de circulation au vcisinage de la membrane,, 9. Rein artificiel comprenant : un élément hémodialyseur constitué par une membrane de dialyse et d'ultrafiltration disposée dans un récipient fermé; un conduit à liquide de lavage relié audit récipient pour l'alimentation en fluide de lavage usé remis en circulaticn et en fluide dialyseur frais; un conduit à effluent relié audit récipient pour recevoir le fluide de lavage usé provenant dudit récipient; une pompe reliée au conduit à effluent pour aspirer un volume fixe de fluide en provenance du condaâ'tà liquide- de lavage à travers ledit récipient; des moyens de dosage pour choisir les volumes relatifs de la quantité de fluide de lavage usé remis en circulation et du fluide dialyseur frais envoyés dans le conduit à liquide de lavagef des moyens pour évacuer une certaine quantité de fluide de lavage usé et remettre en circulation le reste dudit fluide dans le conduit à liquide de lavage; un conduit relié audit conduit à liquide de lavage pour l'alimenter en fluide dialyseur frais; et des moyens pour faire varier la pression à l'intérieur du récipient quelle que soit la proportion de fluide de lavage usé remis en circulation et de fluide dialyseur frais dans ledit conduit à liquide de lavage0 10„ Procédé pour transférer un matériau par déplacement d'un liquide de lavage sous pression négative dans un récipient sur l'une des faces d'une membrane, de. dialyse et d'ultrafiltration, le liquide de lavage étant aspiré dans le récipient et l'effluent retiré dudit récipient par ladite pression négative, iedit procédé BAD ORIGINAL 69 18496 9 2010267 consistant à évacuer une quantité réglable de l'effluent, et à mélanger le reste de l'effluent avec du fluide dialyseur frais pour alimenter ledit récipient en liquide de lavage,, 11. Procédé suivant 10 caractérisé en outre en ce que le 5 diamètre du conduit à liquide de lavage peut être réglé pour ajuster la pression négative appliquée au fluide de lavage» 12, Appareil suivant 1 dans lequel on fait circuler du sang hors du corps humain sur l'autre face de la membrane.