Brevet FR2581316A1 — publié le 19861107

Procédé et dispositif d'échanges plasmatiques automatique contrôlé par ordinateur intégré qui s'adapte à tous les types de plasmafiltre, permet des échanges de plasma rapides, et évite les complications hémodynamiques et mécaniques. Depuis plusieurs années, notamment à partir de 1977, des centres de plus en plus nombreux appliquent la technique des échanges plasmatiques. Celle-ci consiste à séparer les plasmas des éléments figurés du sang à travers une membrane microporeuse. Le plasma ainsi éliminé est compensé tout au long de la séance par du plasma frais ou une solution proche de celui-ci (par exemple albumine + Ringer lactate ou sérum physiologique). Le volume substitué est dans la majorité des cas égal à celui qui est soustrait. En devenant un procédé thérapeutique courant (élargissement important des indications), cette technique a fait apparaitre des complications de plus en plus nombreuses dont certaines mortelles.L'analyse des données de la littérature montre qu'une grande partie de ces complications sont principalement imputables à une utilisation empirique de cette technique et en l'absence d'appareillage disponible à la fois rapide et évitant ces complications. La technique que nous proposons apporte la solution à ces problèmes (en dehors des complications immunologiques), tout en permettant des échanges plasmatiques rapides et une adaptation du dispositif à tout plasmafiltre. Les appareils disponibles ne tiennent pas compte des paramètres du malade (hématocrite, protidémie, viscosité sanguine) et de ceux qui régissent les échanges plasmatiques tout au long de la séance. Certains de ces appareils sont programmables mais le programme porte essentiellement sur la quantité de plasma à échanger. Par ailleurs, les échanges sont lents et nécessitent la présence indispensable d'une personne soignante qui doit intervenir pendant la séance. La technique que nous proposons est programmable et tient compte des paramètres du malade et des caractéristiques du plasmafiltre employé. Ce programme change automatiquement au cours de la séance de traitement en fonction de 1 'évolution des différents paramètres qui régissent les échanges plasmatiques. Donc le rendement est optimal à chaque instant et ne nécessite pas l'intervention d'une personne au cours de la séance qui se fait de manière entièrement automatique grâce à un ordinateur intégré. Les différents paramètres restent tout au long de la séance dans les limites qui ntentrainent ni hémolyse, ni thrombose, ni rupture de la membrane d'échange.La séance est contrôlée de telle sorte que le débit d'ultrafiltration est maximal, donc G la séance est racourcie. Le débit sanguin reste dans les limites de la tolérance du malade. Nous rappelons d'abord certaines notions qui interviennent dans les échanges plasmatiques - La charge de cisaillement (Wall Shear Stress : TW ) représente la force appliquée sur une unité de surface à une distance donnée de la paroi 2 (dynes/cm ). Elle est égale à la viscosité multipliée par le taux de cisaillement (Wall Shear Rate ryw ) qu'on va définir, - Le taux de cisaillement (Wall Shear rate :Yw ) représente le gradient de vitesse dV/dY (sec ).Y représente la distance par rapport à la paroi, - Le débit du sang en ml/mn dans le circuit est représenté par - Le débit de filtration plasmatique en ml/mn est représenté par Pop : c'est la quantité de plasma extraite par mn, - La pression transmembranaire en mm Hg est le PUM, - Caractéristiques du plasmafiltre : n = nombre de fibres, 1 = la longueur des fibres, r = le rayon des fibres, K = coefficient de perméabilité. Les relations qui existent entre ces différents paramètres sont les suivantes : - Le débit de filtration maximum et le taux de cisaillement sont liés par une relation linéaire, - Le taux de cisaillement pour un filtre donné varie de façon linéaire avec le débit sanguin QB' - Lorsqu'on augmente la pression transmembranaire le taux de filtration augmente jusqu'à atteindre un plateau (PTM efficace aux environs de 50 mm Hg). Toute augmentation supplémentaire de la pression transmembranaire ne s'accompagne pas d'une augmentation de cette filtration. En plus l'augmentation de cette pression est dangeureuse, puisque à certains niveaux de pression transmembranaire, des phénomènes d'hémolyse apparaissent. Ces niveaux sont d'autant plus hauts que le taux de cisaillement s'élève. D'autre part l'élévation de la pression transmembranaire peut être aussi à l'origine de la rupture de la membrane d'échanges. Les hématies sont sensibles à l'importance de la charge de cisaillement. A partir d'un certain niveau cette charge de cisaillement entraine la déformation puis la destruction des hématies. La charge de cisaillement nécessaire pour entrainer cette destruction est d'autant plus basse que le temps d'exposition des hématies à cette charge de cisaillement est plus élevé. Ce phénomène de charge de cisaillement s'applique également aux plaquettes, entrainant d'abord leur aggrégation, puis leur destruction. A partir de ces données, on peut déduire - Pour avoir une séance d'échange plasmatique sans complications mécanique il faut qu'il y ait Absence d'hémolyse, Absence d'aggrégation plaquettaire, absence de thrombose, Absence de rupture de la membrane d'échanges, - Pour avoir une séance sans complications hémodynamiques, il faut tenir compte de la tolérance clinique du malade (par exemple de son état cardiaque), c'est à dire du débit sanguin maximum toléré (Q B max.) - Pour avoir une séance efficace en dehors de l'absence de ces complications, il faut que la séance soit la plus limitée possible dans le temps afin d'éviter la recirculation du liquide de substitution et donc de sa filtration. Pour ce faire - Il faut tenir compte des caractéristiques du plasmafiltre utilisé, - I1 faut augmenter le débit de plasmafiltration (QF) de la façon suivante En augmentant le taux de cisaillement. Pour augmenter le taux de cisaillement, il faut augmenter le débit du sang qui est limité par la tolérance du malade. Mais puisque la charge de cisaillement est égale à la viscosité multipliée par le taux de cisaillement, la charge de cisaillement augmente donc de façon parallèle. Or, l'augmentation de la charge de cisaillement doit être limitée pour ne pas provoquer des phénomènes d'hémolyse et d'aggrégation plaquettaire. Sans dépasser la pression transmembranaire efficace, pour éviter l'hémolyse et la rupture de la membrane d'échanges. Sans dépasser le débit sanguin maximal toléré par le malade. En tenant compte des variations en cours de séance, des différents paramètres : par exemple les variations du coefficient de perméabilité de la membrane d'échanges à cause des dépôts protidiques et lipidiques qui s y produisent, etc... L'appareil que nous proposons comprend - Un circuit sanguin, - Un circuit de filtrat, - Un circuit de liquide de substitution, - Un ordinateur intégré Le circuit sanguin comprend - Une pompe à héparine {1), - Une cellule de dépression (2), - Une pompe à sang (3), - Un manomètre de pression sanguine avant 1 1entrée du plasmafiltre (4), - Un manomètre de pression sanguine à la sortie du plasmafiltre (5), - Un détecteur d'air (6), - Un réchauffeur (71. Le circuit de filtrat plasma ti que comprend - Un manomètre de pression de plasmafiltrat (8), - Une pompe à plasmafiltrat (9), Le circuit de liquide de substitution avec - Une pompe du liquide de remplacement (ion. L'ordinateur intégré (11) - Permet le reccueil de renseignements suivants au début de la séance : Caractéristiques du plasmafiltre, . Hématocrite, protidémie, débit sanguin maximal toléré par le malade. - Enregistre tout au long de la séance les niveaux des 4 pressions du système. - Dirige et règle en conSéquence les 3 pompes du dispositif de façon automatique. Le fonctionnement de cet appareil se fait de la façon suivante Le sang provenant du malade par la ligne artérielle héparinée (12) est pulsé vers le plasmafiltre (13) par la pompe à sang (3). Les pressions indiquées par les manomètres prr -pompe (2) et post-pompe (4) sont transmises à l'ordinateur (A et B). La fraction plasmatique filtrée rejoint le circuit de filtrat (14) où le manomètre de pression (8) transmet cette dernière à 1 'ordinateur (C). Le sang qui sort du plasmafiltre rejoint la ligne veineuse (15). La pression mesurée à ce niveau par le manomètre (5) est intégrée par l'ordinateur (D). Ensuite le sang passe dans un piège à bulle (6) où il sera mélangé au liquide de substitution (16). Ce mélange ramené à la température du malade par un réchauffeur (7) retourne au malade.La vitesse de la pompe à sang augmente progressivement de façon automatique jusqu'à atteindre le débit sanguin maximal. Durant toute la séance, l'ordinateur intégré contrôle automatiquement différents paramètres et adapte en conséquence les vitesses des trois pompes de la manière suivante - En fonction des niveaux des trois pressions (4, 5 et 8) transmises par les relais B, C et D, il commande la vitesse de la pompe à filtrat (E) pour avoir le PTM efficace (autour de 50 mm Hg), c'est à dire : tout en assurant un débit de filtration maximal, on évite ainsi l'hémolyse et la rupture de la membrane d'échange. - Compensation précise du volume plasmatique éliminé (17) en réglant automatiquementla vitesse de la pompe (10) à liquide de substitution (F) sur celle de la pompe à filtrat (E). Mais on garde la possibilité programmable d'une substitution moindre ou plus importante. - La vitesse de la pompe à sang (3) est réglée (6) en fonction de tous les paramètres qui font varier la charge de cisaillement de manière à ne pas dépasser la charge de cisaillement maximum ; c'est à dire celui qui évite l'hémolyse et l'aggrégation plaquettaire. Cette vitesse tient compte de la tolérance du malade, c'est à dire du débit sanguin maximum toléré par celui-ci. REVENDICATIONS 10) Procédé pour le contrôle par ordinateur des échanges plasmatiques par un appareil de plasmafiltration. Il est caractérisé par une mesure permanente de pression artérielle et veineuse du circuit extra-corporel et de celle du plasma filtré. La mesure de cette pression est transmise à un ordinateur programmé pour régler la vitesse des pompes à sang, à plasmafiltrat et la pompe du liquide de substitution. 201 Procédé selon la revendication (1) caractérisé en ce que le système fonctionne en continu. 30) Procédé selon la revendication (1) caractérisé par la présence d'un ordinateur relié aux manomètres et aux pompes du système. 40) Procédé selon les revendications (1, 2, 3) caractérisé en ce que l'ordinateur commande les vitesses des pompes du système. 5 J Procédé selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisé en ce que l'ordinateur règle la vitesse de la pompe à filtrat en fonction des pressions à l'entrée et à la sortie du plasmafiltre et celle du plasmafiltrat pour maintenir une pression transmembranaire efficace aux environs de 50 mm Hg. 60) Procédé selon5kes revendications précédentes caractérisé en ce que 1 'ordinateur est programmé en tenant compte de la pression transmembranaire, des charges et des taux de cisaillement dans le plasmafiltre pour éviter l'hémolyse et la destruction des plaquettes. 70) Procédé selon es revendications précédentes caractérisé en ce que 1 'ordinateur est programmé en tenant compte du débit sanguin maximum toléré par le malade et par la pression du manomètre de la cellule de dépression (2). 80) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7 Caractérisé en ce qu'il comprend un système de plasmafiltration composé d'un conduit amenant le sang artériel (4J avec mesure de la pression pré-pompe (2), une pompe à sang (3), mesure de la pression (4) post-pompe à l'entrée du plasmafiltre (13), mesure de la pression (5) à la sortie du plasmafiltre ramenant le sang au malade après passage dans un réchauffeur le plasma filtré est rejeté par un conduit (14) sur lequel se trouve un manomètre (8) et une pompe (9). la solution de substitution perfusée (16) rejoint le circuit veineux (15) par le biais d'une piège à bulles avec détecteur d'air (6) et d'une pompe (10). 1 'ordinateur reçoit en permanence les pressions de manomètres (2, 4, 5, et 8) par le biais de relais A, B, C, et D et règle en concéquence les vitesses des pompes 3, 9, et 10 par les relais G, E, F.