Brevet FR2754456A1 — publié le 19980417

DISPOSITIF PORTABLE D'ÉPURATION EXTRA-RENALE DU SANG La présente invention concerne un dispositif portable d'épuration extra-rénale du sang du type de ceux associant hémodialyse et hémofiltration. Les appareils assurant l'épuration du sang par l'association de l'hémodialyse et de l'hémofiltration sont connus et couramment utilisés. D'une manière générale, dans ces appareils, le sang circule entre deux membranes semi-perméables en arrière desquelles est créée, d'une part une dépression pour réaliser une ultrafiltration du sang et d'autre part est mis en circulation un liquide de dialyse. Suivant une autre forme de réalisation de ce type d'appareils, le sang circule dans des conduits semiperméables contre lesquels s'écoule le liquide de dialyse. Ces appareils suivant leurs diverses formes de réalisation présentent toujours les mêmes inconvénients qui sont ceux de la mise en circulation du liquide de dialyse et de la régénération dudit liquide. En effet, ces appareils comportent une pompe pour la circulation du liquide de dialyse et une cuve de stockage et de régénération de celui-ci, ce qui les rend très encombrants. Les malades doivent donc se rendre périodiquement sur le lieu où se trouve l'appareil pour subir cette épuration extra-rénale. Afin de pallier cet inconvénient, d'autres appareils ont été mis au point, mais ils ne s'avèrent pas d'une grande efficacité en raison de l'immobilité du liquide de dialyse et nécessitent une régénération dudit liquide assez fréquente. La présente invention vise à obvier à ces inconvénients en présentant un dispositif portable d'épuration extra-rénale du sang, dépourvu de générateur de liquide de dialyse, permettant un contrôle parfait de la perte pondérale du malade et assurant un autoentretien de la circulation du sang au cours de l'épuration. A cet effet, le dispositif d'épuration extrarénal du sang est constitué par une enceinte dans laquelle sont disposés au moins un compartiment d'entrée du sang à épurer, au moins un compartiment d'adsorption et au moins un compartiment de sortie du sang épuré, le ou les compartiments d'entrée du sang étant en communication directe avec le ou les compartiments de sortie par un venturi et se caractérisant en ce qu'il est doté d'au moins un moyen de réglage du volume de liquide que doit perdre le malade en un temps donné, d'au moins un moyen de réglage de la pression transmembranaire du compartiment d'adsorption et d'au moins d'un moyen d'ajustement du gradient de pression créé par le venturi afin d'assurer la circulation du sang entre les compartiments d'entrée et de sortie. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description du dispositif selon l'invention représenté aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et en lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe du dispositif selon une première forme de réalisations, la figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif selon une deuxième forme de réalisations et la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. Comme représenté aux figures 1, 2 et 3, le dispositif d'épuration extra-rénal du sang selon l'invention est constitué d'une enceinte 1 dans laquelle ont été aménagés au moins un compartiment d'entrée 2 du sang à épurer, au moins un compartiment d'adsorption 3 et au moins un compartiment de sortie 4 du sang épuré. Suivant une première forme de réalisation représentée à la figure 1, le dispositif selon l'invention est doté d'une enceinte 1 avantageusement cylindrique dans laquelle sont disposés un compartiment d'entrée 2 du sang, un compartiment d'adsorption 3 et un compartiment de sortie 4 du sang épuré. Sur toute sa hauteur, l'enceinte 1 est dotée de deux parois 5 diamétralement opposées et entre lesquelles est disposé le compartiment d'adsorption 3. Le dit compartiment d'adsorption 3 est avantageusement cylindrique et est disposé coaxialement à l'enceinte 1 et de manière à ce que son extrémité soit en appui contre la paroi 6 transversale de l'enceinte. Ainsi les parois 5 et le compartiment d'adsorption 3 définissent les compartiments d'entrée 2 et de sortie 4 qui sont donc disposés symétriquement au plan médian de l'enceinte 1. Chaque compartiment d'entrée 2 et de sortie 4 est doté d'une canalisation 7 sur laquelle se branchent respectivement le conduit d'amenée du sang et le conduit de sortie du sang épuré. Dans le dispositif selon l'invention, le compartiment d'entrée 2 est en communication avec le compartiment de sortie 4 par un venturi 8 à section réglable. Le dit venturi est ménagé dans la paroi transversale 6 de manière à laisser un passage étroit pour le sang d'un compartiment à l'autre. Préférentiellement, le réglage de section du venturi 8 est réalisé par une vanne de laminage 9 qui permettant d'effectuer une diminution ou une augmentation de la section de passage du sang d'un compartiment à l'autre. La manoeuvre de cette vanne est effectué de l'extérieur et tient un rôle qui sera expliqué plus avant. Avantageusement, cette vanne 9 peut agir directement sur une paroi souple élastique 10 qui limite les pertes de charge au niveau du venturi 8 en offrant une surface de contact plus lisse et une diminution de section progressive. Entre les parois 5 et contre la paroi transversale - dans laquelle est ménagé le venturi 8 est monté, coaxialement à l'enceinte 1, le compartiment d'adsorption 3. Le dit compartiment d'adsorption de forme cylindrique est constitué par des couches successives de matériaux adsorbants stables parallèles et biocompatibles et disposées dans une membrane semi-perméable 11 sphérique. Préférentiellement, le compartiment d'adsorption 3 est doté d'une vanne 12 à débit variable disposée sur le fond du dit compartiment et au même niveau que les canalisations 7 des compartiments 2 et 4 et dont le rôle sera expliqué plus avant. Suivant un mode préférentiel de réalisation, les adsorbants disposés en couches sont successivement constitués en partant de la membrane semi-perméable 11 du côté du compartiment d'entrée du sang 2 par du charbon sphérique 13, de l'uréase 14 et de la zéolite 15. Préférentiellement, comme représenté en figure 1, les adsorbants stables sont disposés dans la membrane suivant des cylindres concentriques de manière à ce que la succession des couches, suivant une direction diamétrale au compartiment d'adsorption é, commence et finisse par une couche de charbon 13. La membrane semi-perméable 11 contenant les adsorbants est en une matière organique telle que cellophane, polysulfane, éthylvinylalcool ou autres. Avantageusement, la membrane est pourvue de pores dont les dimensions sont d'environ 200 AO afin d'éliminer tout risque infectieux dû aux passages de bactéries et de pyrogènes. I1 va de soi que la membrane et les différents adsorbants sont biocompatibles et n'entraînent par leur réaction aucun risque de toxicité. Le fonctionnement global de l'appareil est tel que le sang à épurer provenant du malade est amené dans le compartiment d'entrée 2. Dans ce compartiment le sang est divisé, sous l'effet d'un gradient de pression, en deux parties principales. Une partie du sang contenant les éléments figurés, tels que globules rouges, protéines et autres pour lesquels la membrane semi-perméable est imperméable, est entraînée directement dans le compartiment de sortie 4 en passant par le venturi 8. Dans ce compartiment de sortie 4, la partie du sang contenant les éléments figurés circule suivant un courant inverse de celui du compartiment d'entrée 2 par rapport au compartiment d'adsorption 3. Avantageusement, afin d'éviter les risques de colmatage du venturi 8, le sang avant son entrée dans le dispositif selon l'invention peut recevoir un produit de fluidifiant. I1 va de soi que ce produit sera neutralisé à la sortie du dispositif. L'autre partie du sang qui contient les éléments toxiques tels que l'urée, les acides organiques et autres et pour lesquels la membrane semi-perméable 11 est très perméable, va passer dans le compartiment d'adsorption 2 dans lequel les éléments toxiques seront retenus, divisés et évacués par réaction avec les différentes couches d'adsorbants. Cette partie du sang traverse de part et d'autre le compartiment d'adsorption 2 et se débarrasse de ses impuretés. A la sortie du dit compartiment d'adsorption, la partie du sang épuré ou ultrafiltré se remélange à l'autre partie du sang contenant les éléments figurés, ce mélange est aussitôt récupéré par le malade. I1 va de soi que ces phénomènes de division du sang et d'épuration sont présidés par des mécanismes précis de diffusion et d'ultrafiltration qui vont être détaillés plus avant. Un sujet n'étant plus apte à épurer son sang en raison du non fonctionnement de ses reins ne peut plus évacuer les éléments toxiques contenus dans le sang et par conséquent, prend du poids. Le dispositif selon l'invention est adapté à éliminer l'excédent de poids du malade par épuration de son sang. Le malade en fonction du poids qu'il doit perdre et donc en fonction d'un volume de liquide qu'il doit perdre est amené à réaliser des réglages sur le dispositif selon l'invention. Ces réglages peuvent varier d'une séance à l'autre en fonction du débit sang à l'entrée du dispositif, en fonction également de la proportion de toxicité du sang et en fonction des caractéristiques des éléments mis en oeuvre dans le dispositif tels que le taux d'ultrafiltration de la membrane semi-perméable 11 et à capacité d'adsorption du compartiment d'adsorption 3. Ces différents paramètres peuvent être très aisément connus et déterminent les réglages du dispositif selon l'invention. En un premier temps le sujet doit régler sur un temps donné le volume de liquide qu'il doit perdre et régler la pression transmembranaire de la membrane semiperméable 11 qu'elle soit du côté du compartiment d'entrée 2 ou compartiment de sortie 4. En un deuxième temps, le sujet doit régler les rapports entre le volume de sang passant par le venturi 8 et le volume de sang passant par le compartiment d'adsorption 3 par un ajustement du gradient de pression entre le compartiment d'entrée 2 et le compartiment de sortie 4 qui est fonction du réglage de la pression transmembranaire. A cet effet, le dispositif est doté de moyens permettant ces réglages. Le moyen de réglage du volume de liquide à perdre en un temps donné et le moyen de réglage de la pression transmembranaire sont constitués par la vanne à débit variable 12 disposée sur le fond du compartiment d'adsorption 3. Et le moyen d'ajustement du gradient de pression est constitué par la vanne de laminage 9 agissant sur la variation de la section du venturi 8. Les concentrations entre le compartiment d'entrée 2 et le compartiment d'adsorption 3 ainsi qu'entre le compartiment d'adsorption 3 et le compartiment de sortie 4 sont connues et déterminent avec les conditions de pression établies par les réglages sus énoncés le sens de l'échange. En effet, le sens de l'échange est réalisé à travers la membrane semi-perméable d'un milieu de concentration plus élevée et dont la pression est plus grande vers un milieu où ces caractéristiques sont plus faibles. De plus, le passage de l'ultrafiltrat régénéré vers le compartiment de sortie est favorisé par le sens du courant de la partie du sang contenant les éléments figurés existant dans le dit compartiment qui a tendance à entraîner avec lui le dit ultrafiltrat en vue de la récupération par le malade de ce mélange. Comme il a été énoncé précédemment, le compartiment d'adsorption 3 comporte plusieurs couches d'adsorbants réalisant la régénération de l'ultrafiltrat par l'adsorption des substances toxiques. Ces adsorbants stables sont le charbon, 1'uréase et la zéolite qui ont un rôle particulier et dont les réactions avec l'ultrafiltrat sont biocompatibles. Avantageusement, les couches d'uréase 14 et de zéolite 15 sont encadrées par les couches de charbon 13. Le charbon est un adsorbant de surface non sélectif, par conséquent n'importe quel ion ayant traversé la membrane peut être capté par la première couche de charbon. Dans le cas où un élément indésirable se formerait durant la réaction de l'uréase et/ou de la zéolite avec des éléments de l'ultrafiltrat la couche de charbon est disposée juste avant la régénération de l'ultrafiltrat dans le compartiment de sortie 4 peut capter cet élément indésirable et constituer donc une sécurité d'épuration. Préférentiellement, le charbon est utilisé dans le dispositif selon l'invention présente des dimensions de pores inférieures à 200 AO, une surface spécifique comprise entre 200 m2/g et 2000 M2/g et est du type de ceux déjà utilisés pour l'hémoperfusion. Les couches d'uréase 14 disposées en arrière des couches de charbon 13 ont pour rôle de scinder la molécule d'urée en ions NH4+ et C03--. L'uréase utilisée est stabilisée et immobilisée sur un support micro-poreux tel que la silice, la céramique ou autres. Les couches de zéolite 15 ont pour rôle de maintenir l'équilibre osmotique par échange des ions K+ et des ions Na+ de manière que l'ultrafiltrat s'enrichisse très légèrement en ions Na+, de réaliser le réajustement acido-basique et d'éliminer les ions toxiques apportés par le malade tels que K+ et P04--et apportés par la dégradation de l'urée par l'uréase (NH4+ et C03--) L'élimination des ions toxiques crée le maintien de la charge calcique et de la charge en magnésium. La zéolite fixant deux fois moins vite les ions NH4+ produits par la scission de la molécule d'urée par 1'uréase, il va de soi que la quantité de zéolite sera adaptée aux exigences de la chaîne de régénération de l'ultrafiltrat du sang à épurer. La zéolite utilisée comme échangeur de cation spécifique pourra être une zéolite X ou Y désaluminée, une zéolite améliorée du type foujadite améliorée, ou d'une zéolite désaluminée ayant conservé ses capacités d'échanges vis à vis de 1'NH3 et d'adsorption vis à vis du C02, ou d'une zéolite mise en suspension dans un agent du type dextrane, metylcellulose ou autres, de manière à diminuer les pertes de charge lors du passage de l'ultrafiltrat mais également à éviter le colmatage de ses pores, ou bien encore une zéolite non neutralisée par des précipités de bicarbonates ou de phosphates. Les adsorbants stables du dispositif selon l'invention permettent l'épuration du sang par élimination des éléments toxiques. Une partie de l'ultrafiltrat régénéré est donc mélangée avec les éléments figurés du sang à sa sortie du compartiment d'adsorption 3 et l'autre partie de l'ultrafiltrat est évacuée par la vanne à débit réglable 12 suivant un volume correspondant à la perte de poids désirée. Avantageusement, le dispositif selon l'invention, prévoit l'utilisation d'un compartiment d'adsorption 3 interchangeable permettant la réutilisation de l'enceinte 1 et éventuellement la régénération d'un ou plusieurs adsorbants. La vanne à débit variable outre son rôle de réglage de pression et de débit permet également en particulier le rinçage de certains précipités indésirés, l'élimination des bulles d'air ou de gaz en excès et le décolmatage à contre courant de la membrane semiperméable 11. Suivant une seconde forme de réalisation du dispositif selon l'invention représentée en figure 2, l'enceinte 1 de forme cylindrique comporte un compartiment d'entrée 2 du sang à épurer disposé dans sa partie centrale et de forme cylindrique. Autour de ce compartiment d'entrée 2 et concentriquement à celui-ci sont disposés un compartiment d'adsorption 3 et un compartiment de sortie 4 du sang épuré. Le compartiment d'adsorption 3 est de forme cylindrique tubulaire dont la partie centrale évidée constitue le compartiment d'entrée 2 du sang. Les surfaces extérieure et intérieure du compartiment d'adsorption 3 comportent une membrane semiperméable 11. Les différentes couches d'adsorbants sont de forme tubulaire et sont emmanchées les unes dans les autres de manière que la couche de charbon 13 soit celle de plus petit diamètre donc celle qui est la plus proche du compartiment d'entrée 2 et que la couche de zéolite 15 soit celle de plus grand diamètre donc celle la plus proche du compartiment de sortie du sang 4. Le dit compartiment de sortie 4 est disposé autour du compartiment d'adsorption 3 et est également de forme tubulaire cylindrique dont une paroi est constituée par la surface extérieure du compartiment adsorption 3 et l'autre paroi par la surface intérieure de l'enceinte 1 cylindrique. Le compartiment d'adsorption 3 et le compartiment de sortie 4 sont divisés en deux parties symétriques suivant un plan vertical par des parois verticales 5 diamétralement opposées. La communication du compartiment d'entrée 2 avec les deux parties du compartiment de sortie 4 est réalisée par deux venturis 8 ménagés sous les deux parties du compartiment d'adsorption 3 et sous les compartiments d'entrée. Avantageusement, l'ajustement du gradient de pression dans le dispositif selon cette seconde forme de réalisation est effectuée à partir d'une vanne de laminage centrale de forme conique ou tronconique mobile sous le fond du compartiment d'entrée 2 du sang présentant une forme tronconique et fixé sur le compartiment d'adsorption 3. La vanne de laminage 9 centrale permet d'éviter les déséquilibres dans les échanges entre les compartiments et dans les volumes de sang circulant dans les dits compartiments. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention suivant cette seconde forme de réalisation est le même que celui précédemment énoncé. Cette deuxième forme de réalisation du dispositif selon l'invention permet d'obtenir des temps d'épuration plus courts. Lors de la fabrication du dispositif suivant l'invention et avant toute utilisation, le dit dispositif est stérilisé par un produit tel que de l'oxyde d'éthyle ou de l'aldéhyde formique ou autres qui peut entraîner un risque pour le malade et une dégradation d'un ou plusieurs adsorbants. Afin d'éviter ces risques pour le malade après la stérilisation, il est nécessaire de fixer un temps de désorption permettant d'atteindre un taux résiduel de produit de stérilisation inférieur à 2 ppm et qu'après une première utilisation soit réalisé un rinçage au sérum physiologique. Pour éviter la destruction d'un ou plusieurs adsorbants et plus particulièrement de l'uréase, il est nécessaire soit d'isoler l'uréase de la stérilisation, soit de l'injecter, après rinçage et avant l'utilisation, à contre-courant par la vanne à débit variable 12. Avantageusement, le dispositif peut recevoir dans ses différents compartiments des capteurs de pression éventuellement aptes à donner des informations à un ensemble de contrôle agissant sur les diverses vannes en fonction des informations reçues et de son étalonnage. Avantageusement le dispositif selon l'invention peut être de dimensions telles qu'elles permettent une implantation du dit dispositif en sous cutané, avec possibilité pour l'ultrafiltrat de l'éliminer soit par la peau, soit dans un évacuatoire naturel. La présente invention permet l'épuration extra-rénale du sang, sans nécessiter la mise en circulation d'un liquide de dialyse, en permettant un contrôle parfait de la perte de poids du malade et en assurant un auto-entretien de la circulation du sang au cours de l'épuration. I1 va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et toutes variantes dans le domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 10. Dispositif portable d'épuration extrarénale du sang du type de ceux associant hémodialyse et hémofiltration comportant une enceinte (1) dans laquelle sont aménagés au moins un compartiment d'entrée (2) du sang à épurer, au moins un compartiment d'adsorption (3) et au moins un compartiment de sortie (4) du sang épuré, caractérisé en ce que le ou les compartiments d'entrée (2) du sang sont en communication directe avec le ou les compartiments de sortie (4) par un venturi (8), et qu'il est doté d'au moins un moyen d'ajustement du gradient de pression créé par le venturi (8) afin d'assurer la circulation du sang entre les compartiments d'entrée (2) et de sortie (4). 20. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon la revendication 1 caractérisé en ce que qu'il est doté d'au moins un moyen de réglage du volume de liquide que doit perdre le malade en un temps donné et d'au moins un moyen de réglage de la pression transmembranaire du compartiment d'adsorption (3). 30. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de réglage du volume de liquide que doit perdre le malade en un temps donné et le moyen de réglage de la pression transmembranaire du compartiment d'adsorption (3) sont constitués par une vanne à débit variable sur le compartiment d'adsorption. 40. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'ajustement du gradient de pression est constitué par une vanne de laminage (9) mobile dans le venturi (8) afin d'en faire varier la section. 50. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que le venturi (8) comporte une paroi souple élastique (10) sur laquelle agit la vanne de laminage (9) afin de réduire les pertes de charge en offrant une surface de contact lisse et une diminution de section progressive. 60. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon la revendication 1 caractérisé en ce que le compartiment d'adsorption (3) est constitué par des couches parallèles de matériau adsorbants stables et biocompatibles disposés dans au moins une membrane semiperméable. 70. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1 et 6 caractérisé en ce que le compartiment d'adsorption (3) comporte au moins une couche de charbon (13) constituant un adsorbant de surface non sélectif, au moins une couche d'uréase (14) apte à scinder la molécule d'urée et au moins une couche de zéolite (15) formant un adsorbant éliminant les ions toxiques apportés par le malade et par la dégradation de la molécule d'urée, assurant le maintien de l'équilibre hydro-ionique et le réajustement acido-basique. 80. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1 et 7 caractérisé en ce que l'adsorbant de surface non sélectif est constitué par du charbon sphérique. 90. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1 et 7 caractérisé en ce que l'adsorbant scindant la molécule d'urée est constitué par de l'uréase stabilisée et immobilisée sur un support microporeux. 100. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1 et 7 caractérisé en ce que l'adsorbant éliminant les ions toxiques est constitué par de la zéolite dés aluminée en quantité adéquate mise en suspension afin de réduire les pertes de charge. 110. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1, 6 et 7 caractérisé en ce que le compartiment d'adsorption (3) présente la forme d'un cylindre dans lequel les couches d'adsorbants stables sont disposées dans une seule membrane semiperméable (11) périphérique suivant des cylindres tubulaires concentriques et dont le cylindre extérieur est constitué par le charbon sphérique (13) et le cylindre intérieur par la zéolite (15) et à ce que ledit compartiment d'adsorption est disposé entre un compartiment d'entrée (2) et un compartiment de sortie (4). 120. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon les revendications 1, 6 et 7 caractérisé en ce que le compartiment d'adsorption (3) présente la forme d'un cylindre dans lequel les couches (10) d'adsorbants stables sont disposées entre deux membranes semiperméables (11) intérieure et extérieure suivant des cylindres tubulaires concentriques et dont le cylindre intérieur est constitué par le charbon sphérique (13) et le cylindre extérieur par la zéolite (15), en ce que le compartiment d'entrée (2) du sang est constitué par le cylindre intérieur du compartiment d'adsorption (3), en ce que le compartiment de sortie (4) est disposé autour du compartiment d'adsorption (3) et est divisé en deux parties symétriques suivant un plan vertical par des parois verticales (5) diamétralement opposées, et en ce que le compartiment d'entrée (2) du sang est en communication directe par deux venturis (8) avec les deux parties du compartiment de sortie (4) du sang. 130. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compartiment d'adsorption (3) est interchangeable de marnière à permettre la réutilisation de l'enceinte (1) et la régénération d'un ou de plusieurs adsorbants. 140. Dispositif d'épuration extra-rénale du sang selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ses dimensions sont déterminées pour permettre une implantation dudit dispositif en sous-cutané, avec possibilité pour l'ultrafiltrat de s'éliminer soit par la peau, soit dans un évacuatoire naturel.