(57)【要約】  血液が膜の第１の側と接触する血液フィルタ７に配置された膜を含む血液回路と、膜を通して物質及びイオン並びに水を交換するように透析流体が膜の他方の側と接触する透析回路とを含むシステム。透析流体は透析コンパートメントからＲＯフィルタ９を通って循環する。透過液流体、すなわち水は透析コンパートメントに戻される。ＲＯフィルタ９からの保持液流体は分離フィルタ１３を通って流れる。保持液流体は透析コンパートメントに戻され、透過液流体は廃棄流体として透析回路から容器１９へと除去される。保持液流体はＲＯフィルタで少なくとも３：１の比率で濃縮される。
2008529715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンパートメントに含まれ、膜を通して血液と接触し、及び／又は血液から濾過される流体を再生するためのシステムであって、
濃縮された流体を供給するよう前記流体から基本的に水だけを濾過するように、前記コンパートメントから濾過装置へと前記流体を供給するための装置と、
前記濃縮された流体の少なくとも一部分を除去するための装置と、
除去されなかった部分及び前記水を再生流体として前記コンパートメント及び／又は直接血液へと戻すための装置とを含むシステム。
【請求項２】
前記濾過装置の前記濃縮された流体を、例えば１０：１、１５：１など、少なくとも３：１の比率で濃縮することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コンパートメントが患者の腹腔であり、前記膜が前記腹腔の腹膜である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記濾過装置の保持液出口に連結された分離フィルタをさらに含み、それにより前記分離装置の保持液流体が前記コンパートメントに戻され、前記分離装置の透過液流体がシステムから廃棄流体として除去される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記分離フィルタが、少なくとも２つの分離膜を含むフィルタ・システムである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体を前記コンパートメントから前記濾過装置へと流すための第１のポンプと、
保持液流体を前記濾過装置から前記分離フィルタへと流すための第２のポンプと、
透過液流体を前記分離フィルタから容器へと廃棄流体として流すための第３のポンプとをさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記流体を前記コンパートメントから前記濾過装置へと流すための第１のポンプと、
保持液流体を前記濾過装置から前記分離フィルタへと流すための第２の調整可能なバルブと、
透過液流体を前記分離フィルタから容器へと廃棄流体として流すための第３のポンプとをさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記膜及び前記コンパートメントを含む血液回路に配置されたポートをさらに含み、前記ポートは前記再生流体の少なくとも一部を前記コンパートメントの前に血液回路へと流す、いわゆる前希釈のために連結されている、請求項１から７までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記膜及び前記コンパートメントを含む血液回路に配置されたポートをさらに含み、前記ポートは前記再生流体の少なくとも一部を前記コンパートメントの後に血液回路へと流す、いわゆる後希釈のために連結されている、請求項１から７までのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コンパートメントと前記濾過装置の間に連結された分離フィルタをさらに含み、それにより前記濾過装置の保持液流体が前記コンパートメントに戻され、前記濾過装置の透過液流体が濃縮及びシステムから廃棄流体として除去するために前記濾過装置へと流される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記濾過装置の保持液出口に連結された限外濾過フィルタをさらに含み、前記限外濾過フィルタの透過液が前記コンパートメントに戻され、前記限外濾過フィルタの保持液が濃縮するために前記濾過装置へと流される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記濾過装置の入口の直前に配置された各ポンプが、前記濾過装置の膜を基本的に水だけを通過させるのに十分な圧力をもたらすように配置された強力なポンプである、請求項１０から１１までに記載のシステム。
【請求項１４】
出口流体を前記限外濾過フィルタ及び／又は前記コンパートメントへと方向付けるために、前記分離フィルタの保持液出口に連結されたバルブをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
各フィルタの前記膜を介して流体の接線流を増加させるために、前記分離フィルタ、前記限外濾過フィルタ及び前記濾過装置のいずれか１つの入口と保持液出口の間に配置された循環ポンプをさらに含む、請求項１１から１４までに記載のシステム。
【請求項１６】
コンパートメントに含まれ、膜を通して血液と接触し、及び／又は血液から濾過される流体を再生するための方法であって、
濾過装置を使用して濃縮流体及び実質的に水のみである透過液流体を形成するように前記流体を濃縮する段階と、
前記透過液流体を前記コンパートメント及び／又は直接血液へと戻す段階と、
前記濃縮流体の少なくとも一部を廃棄流体として除去する段階とを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者に永久的に連結するように配置され、患者がシステムを持ち歩くことができるように携帯式である、体液から可溶性生成物を除去する血液浄化システムの流体を再生するための方法及びシステムに関する。システムは、特に、腎機能に障害のある、或いは腎機能のない患者の血液から老廃物を除去することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
腎機能に障害のある、或いは腎機能のない患者は一般に、透析による治療を受ける。血液透析は、例えば１日おきに４時間を要することがある。血液透析中、患者の血液は体外回路を循環し、一方の側が血液と接触する半透性過膜を有するダイアライザーを通過する。半透過性膜の他方の側は、ある成分を有する透析流体と接触する。尿素及びクレアチニンなどの老廃物は、濃度勾配で生じる拡散によって、血液から膜を通って透析流体へと流れることができる。重炭酸塩などの他の溶質は、例えば患者の酸性化を中和するために、透析流体から膜を通って血液へと他の方向に流れることができる。流体は患者の血液から膜を通って除去される。透析流体は一般に、処置後に廃棄される。４時間の透析治療中、数百リットルの透析液が使用されることが多い。そのような治療は、一般的には訓練を受けた人員の監視下で透析センターにて行われる。
【０００３】
最近、透析機械は自宅使用を目的として製造されており、一般に安全上の理由から別の人が患者を補助する。オンラインによる監視によって病院から操作を制御又は監視することも可能である。そのような自宅での透析は、より頻繁に行うことができる。自宅透析治療では毎日又は１日に２回透析を実施することが可能である。
【０００４】
従来の血液透析の欠点は、上述のように、次の治療までの間に老廃物が蓄積し、例えば体液中の尿素又はクレアチニンの濃度の大きな変動を体が受けることである。さらに、患者は次の治療までの間に過剰な流体を排泄することができず、患者の体重は次の治療までの間に、例えば４ｋｇ変化することになる。この場合、各治療中に４リットルの流体を患者から除去することができる。この物質濃度の変動及び流体の負荷は患者にとって有害となることがあり、より連続的な血液透析治療が有利である。
【０００５】
したがって、ユーザが通常の生活を送ることができるように透析システムが携帯可能であることを意味する、連続的に実施することができる、血液透析治療が必要とされている。
【０００６】
そのような携帯可能な血液透析装置は、例えば米国特許第４，２６９，７０８号に示されている。装置は従来の針又はカテーテルを介して患者に連結されたダイアライザーを含む。ダイアライザーはまた、約１０リットルのサイズを有する透析液を浄化するための容器を有する透析回路にも連結されている。この透析機器はやや重いが、例えばバックパックとして持ち運びが可能であることが実現されている。重量を一時的に軽くするためにより小さい容器を連結することができる。装置はまた、活性炭フィルタなど、毒性成分を除去するためのフィルタを含む。血液から限外濾過プロセスで流体が抽出され、容器に直接廃棄される。しかし、米国特許第４，２６９，７０８号による装置は、簡便に常に持ち歩くには重過ぎる。したがって、小型で連続的に患者に連結することのできる透析システムが必要とされている。システムは装着可能であり重過ぎないものとする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、毎日持ち歩くことができるように十分に軽量であり、連続的に使用するための血液浄化のための流体を再生する方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様では、コンパートメント（区画室）に含まれ、膜を通して血液と接触し、及び／又は血液から濾過される流体を再生するためのシステムであって、濃縮流体を供給するよう流体から基本的に水だけを濾過するように、コンパートメントから濾過装置へと流体を供給するための装置と、濃縮流体の少なくとも一部分を除去するための装置と、除去されなかった部分及び水を再生流体としてコンパートメント及び／又は直接血液へと戻すための装置とを含むシステムが提供される。濾過装置の濃縮流体は、例えば１０：１、１５：１など、少なくとも３：１の比率で濃縮することができる。
【０００９】
一実施例では、コンパートメントは患者の腹腔とすることができ、膜は腹腔の腹膜である。
【００１０】
システムは、濾過装置の保持液出口に連結された分離フィルタをさらに含み、それにより分離装置の保持液流体はコンパートメントに戻され、分離装置の透過液流体は廃棄流体としてシステムから除去される。分離フィルタは、少なくとも２つの分離膜を含むフィルタ・システムとすることができる。
【００１１】
一実施例では、システムは、流体をコンパートメントから濾過装置へと流すための第１のポンプと、保持液流体を濾過装置から分離フィルタへと流すための第２のポンプと、透過液流体を分離フィルタから容器へと廃棄流体として流すための第３のポンプとを含むことができる。或いは、システムは、流体をコンパートメントから濾過装置へと流すための第１のポンプと、保持液流体を濾過装置から分離フィルタへと流すための第２の調整可能なバルブと、透過液流体を分離フィルタから容器へと廃棄流体として流すための第３のポンプとを含むこともできる。
【００１２】
別の実施例では、システムは、膜及びコンパートメントを含む血液回路に配置されたポートを含むことができ、ポートは再生流体の少なくとも一部をコンパートメントの前に血液回路へと流す、いわゆる前希釈のために連結されている。或いは、ポートは再生流体の少なくとも一部をコンパートメントの後に血液回路に流す、いわゆる後希釈のために連結されてもよい。
【００１３】
他の実施例では、システムは、コンパートメントと濾過装置の間に連結された分離フィルタを含むことができ、それにより濾過装置の保持液流体はコンパートメントに戻され、濾過装置の透過液流体は濃縮及びシステムから廃棄流体として除去するために濾過装置へと流される。
【００１４】
さらに他の実施例では、システムは、濾過装置の保持液出口に連結された限外濾過フィルタを含むことができ、限外濾過フィルタの透過液はコンパートメントに戻され、限外濾過フィルタの保持液は濃縮するために濾過装置へと流される。濾過装置の入口の直前に配置された各ポンプは、濾過装置の膜を基本的に水だけを通過させるのに十分な圧力をもたらすように配置された強力なポンプとすることができる。出口流体を限外濾過フィルタ及び／又はコンパートメントへと方向付けるために、分離フィルタの保持液出口にバルブを連結することができる。各フィルタの膜を介して流体の接線流を増加させるために、分離フィルタ、限外濾過フィルタ及び濾過装置のいずれか１つの入口と保持液出口の間に循環ポンプを配置することができる。
【００１５】
別の態様では、コンパートメントに含まれ、膜を通して血液と接触し、及び／又は血液から濾過される流体を再生するための方法であって、濾過装置を使用して濃縮流体及び実質的に水のみである透過液流体を形成するように流体を濃縮する段階と、透過液流体をコンパートメント及び／又は直接血液へと戻す段階と、濃縮流体の少なくとも一部を廃棄流体として除去する段階とを含む方法が提供される。
【００１６】
上述の１つ又はいくつかの態様及び実施例で得られるいくつかの利点は、
透析時間の減少、
透析液の再利用、
患者がより自由になること、
クリニック及び人員の利用の増加、
費用の削減、
操作が単純であること、
製造が単純であること、
一般に利用可能な構成部品から簡単に達成されること、
特別又は複雑な維持が必要ないこと、
連続的な治療によって患者がより快適になることである。
【実施例】
【００１７】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、以下の発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら読むことによって明らかとなろう。血液浄化のための流体再生システムの実施例を図１に示している。システムは半透過性膜７ｂによって分離された血液コンパートメント７ａ及び透析液コンパートメント７ｃを含む、限外フィルタ又はダイアライザーである血液フィルタ７を含む。血液コンパートメント７ａでは、血液は矢印１ａで示すように血液回路１を通って循環する。透析液又は透析流体は矢印４ａで示すように、一般に反対流でダイアライザー・コンパートメント７ｃを循環する。
【００１８】
血液回路１は入口ライン１ｂに連結された第１の針又はカテーテル、及び出口ライン１ｃに連結された第２の針又はカテーテルを含むことができる。針又はカテーテルを、システムで治療しようとする哺乳類の１つ又は複数の血管に挿入することができる。針は患者の腕に形成されたフィステルに挿入することができる。或いは、カテーテルを患者の適切な動脈及び／又は静脈に挿入することができる。第１のカテーテルが動脈に挿入され、第２のカテーテルが静脈に挿入される場合、動脈と静脈の間の圧力差によって血液を血液回路に送り込むことができる。血液回路は図１に示すように体外とすることができる。しかし、ある実施例ではダイアライザーをほぼ永久的に患者に外科的に挿入することができる。ポンプは血液を体外回路に送り込むことができる。血液透析で一般に使用されているように、エア・トラップ・チャンバ、圧力モニター等のセキュリティ装置を使用することができる。
【００１９】
膜７ｂの透析液コンパートメント７ｃでは、透析流体又は透析液が矢印４ａで示すように循環する。点線の矢印７ｄで示すように、膜を介してイオンの交換が行われる。このイオン及び物質の輸送は、一般に血液から透析液へ、膜を介した濃度勾配によって行われる。実線の矢印７ｅで示すように、膜を介して少量の流体も輸送される。血液回路の流体流は透析液コンパートメントの流体流と反対とすることができるが、同じ方向の流れも可能である。
【００２０】
物質が膜を介して輸送されると、コンパートメント７ａの血液とコンパートメント７ｃの透析液の間で、これらの物質の濃度の均衡が生じる。膜を通過するのに十分小さい物質だけが均衡し、膜の孔より大きいサイズを有する血液中の分子及び細胞は血液中に残ったままである。膜７ｂが約５０，０００Ｄのサイズ排除を有する場合、それより小さいすべてのイオン及び物質は膜を通過するが、アルブミン及びより大きい分子及び細胞は膜の血液側に残される。
【００２１】
透析液回路４は、第２のフィルタ９をさらに含む。コンパートメント７ｃからの透析液は第１のコンパートメント９ａで第２のフィルタに入る。フィルタ９は逆浸透又はＲＯフィルタとして配置され、流体が入口９ｄを通って第１のコンパートメント９ａへとフィルタに入り、出口９ｅを通って保持液流体として、及び矢印９ｇで示すようにフィルタ膜９ｃを通った後、出口９ｆを通って透過液流体として、フィルタを出ることを意味する。フィルタ膜は非常に小さい孔を有し、基本的に水だけを通過させる膜である。
【００２２】
保持液は出口９ｅを通って、第１のコンパートメント１３ａ、膜１３ｂ及び第２のコンパートメント１３ｃを有する分離フィルタ１３の入口１３ｄへと流れる。ＲＯフィルタ９からの保持液は入口１３ｄを通って分離フィルタ１３に入り、保持液は出口１３ｅを通って第３のフィルタを出、透過液は出口１３ｆを通って第３のフィルタを出る。透過液は容器１９に収集される。フィルタ１３の膜１３ｂは、ほぼ尿素及びクレアチニンより大きい分子を排除する孔のサイズとすることができる。したがって透過液は、水、並びに尿素、クレアチニン、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃ＋＋等、及び場合によってはいくつかのグルコースなど、より小さい分子を含む。
【００２３】
フィルタ１３の保持液及びフィルタ９の透過液はライン１２を通ってダイアライザー７に戻される。より詳しくは後述するが、透析流体は適切なポンプ又はスロットル又はバルブによって透析回路４に送り込まれ制御される。
【００２４】
図１の透析回路の作動は次の通りである：血液中の老廃物及び他の小さい物質及び／又はイオンが、矢印７ｄで示すように血液フィルタ７の膜７ｂを通って透析流体に入る。透析流体はＲＯフィルタ９へと循環し、透析流体が第１のチャンバ又はコンパートメント９ａで保持液として存在するよう濃縮するために、基本的に水だけが膜９ｃを通過する。濃縮された透析流体又は保持液は分離フィルタ１３へと流れ、一部はフィルタ膜を通りシステムを出て容器１９へと流れる。分離フィルタの膜の排除サイズより小さいサイズのイオンだけが、システムから除去される。分離フィルタの残りの濃縮された透析液又は保持液は、ＲＯフィルタ９で分離された水と合流しダイアライザー７に戻される。このように、透析液コンパートメント７ｃに入る透析液は、フィルタ１３によって分離された少量の尿素及びクレアチニン（及び他の小さいイオン）を有する。したがって、尿素及びクレアチニンは矢印７ｄで示すように血液から透析液へと輸送される。リン酸等の他のイオン又は他のより大きい物質は分離フィルタ１３によって除去されず、透析液回路内に残る。したがって、これらのより大きい物質には血液と透析液の間に濃度勾配がなく、血液中に残ったままとなる。
【００２５】
システムから容器１９へと流体のある量を除去することによって、矢印Ｉｅによって示すように、対応する量の流体を血液から取り除く。そのような流体は１日あたり約１．５リットルとすることができ、これは健常人が排泄する一般的な尿素の量に対応する。システムは閉じているため、システムは自己制御式である。この除去された流体を人工尿ということがある。
【００２６】
上記のシステムの利点は、数リットル程度又は１リットル未満の非常に少量の透析流体を回路で使用することを可能にすることである。さらに、新しい透析流体の必要がなく、循環する流体が再生され、例えば常に再生される。フィルタは連続的に使用されるため、小型とすることができる。
【００２７】
例えば、ダイアライザー又は血液フィルタは有効面積０．１ｍ２以下とすることができ、ＲＯフィルタは有効面積０．００５ｍ２以下とすることができ、分離フィルタは有効面積０．０５ｍ２以下とすることができる。
【００２８】
血流は、２０ｍｌ／分未満など、５０ｍｌ／分未満とすることができる。
【００２９】
したがって、システム全体が非常に小さく、患者は簡単に常に装着することができる。上述のように、システムの利点は基本的に連続的なシステムであることであり、患者の選択によって一日中又はある時間だけ操作することができる。患者は、１つ又はいくつかの理由によって夜間はシステムのスイッチを切りたいと望むこともできる。
【００３０】
図１を参照して上述された実施例は、老廃物を血液から透析液に移動するために拡散を使用し、老廃物を透析液から容器１９へと除去するために分離及び濃縮を使用する、一般的な透析システムとして操作される。さらに、透析液の濃縮は分離フィルタの前にＲＯフィルタで行われる。
【００３１】
別の実施例では、図２に示すように、透析液回路が血液濾過システムとして配置されている。この場合、第１のフィルタ１’が限外フィルタとして運転される。このことは、血液が透析液及び血液コンパートメント７ａ’に入り、流体がフィルタの膜７ｂ’を通って第２のコンパートメント７ｃ’へと流れることを意味する。流体は上記のように回路４を通って流れ、限外フィルタ７’の前に血液へと戻る。この場合、血液は限外フィルタ７’に入る前に希釈され、これを前希釈という。
【００３２】
他の実施例が図３に示されており、血液の後希釈を使用した血液の血液濾過を示す。作動は上述のものと同様であるが、血液が限外フィルタ１”の後に希釈される。
【００３３】
図４は、ＲＯフィルタ９からの保持液の出口に第３のフィルタの代わりにバルブ２５が配置されている点が図１の実施例とは異なる、別の実施例を示す。バルブ２５は出口流を容器１９の方向に向かう第１の部分、及びＲＯフィルタ９から濾過物として得られた水とともにダイアライザー７へと戻る第２の部分に分割する。それ以外、作動は上述したものと同じである。
【００３４】
図４の実施例におけるダイアライザー７の膜７ｂは上述の実施例より小さい孔のサイズを有する膜とすることができ、例えば約１，０００Ｄ未満など、小さいサイズを下回る物質及びイオンだけが通過する。
【００３５】
図５は、透析回路４で流体を操作するためのポンプを含む、図１の実施例を示す。したがって、第１のポンプ６はダイアライザー７とＲＯフィルタ９の間を連結する。第２のポンプ２１はＲＯフィルタ９と分離フィルタ１３の間を連結する。第３のポンプ１８は分離フィルタ１３と容器１９の間を連結する。
【００３６】
ポンプは例えば次のように作動する。第３のポンプ１８は、患者が飲んだ流体や摂取した食事に含まれていた流体など、患者が取り入れた流体のバランスを取るために、患者が要求する通りに流体の特定の除去が実施されるよう調整される。一般に、１から２リットル／日を患者から除去するものであり、これは約１ｍｌ／分に相当する。したがって、ポンプ１８を１ｍｌ／分に調整する。ポンプは連続的又は間欠的に動かすことができる。
【００３７】
ポンプ２１は、例えば約２ｍｌ／分など、ポンプ１８より大きい流れに調整しなければならない。ポンプ６は、透析流体の所望の濃度がフィルタ９で得られるように調整する。  １０倍濃度が所望の場合、ポンプ６はポンプ２１の１０倍の流速、すなわち約２０ｍｌ／分で運転する。ポンプは、水が膜を通って１８ｍｌ／分で、保持液として分離フィルタへ２ｍｌ／分で、流れるのに適切な圧力を発生させる。
【００３８】
フィルタ９は水だけを通過させる逆浸透フィルタであるので、ポンプ６によって、例えば１０バール以上、２５バール以上、場合によってはさらにそれ以上など、高圧を生成する必要がある。これは流体によってそれ自体で調整される。逆浸透膜でそのような高圧が必要となる理由は、膜９ｂの通過によって排除される小さいイオンが、逆浸透膜９ｂを通って水が流れるようにするために、ポンプ６によって中和される必要がある高い浸透圧を加えるためである。当業者には知られているように、これはフィルタ９がそのような高圧に耐えるように製造されなければならないことも意味している。
【００３９】
図５に示す実施例では、ポンプ２１及び１８を、適切な圧力低下をもたらすように調整可能な制限装置又はスロットルに置き換えることができる。したがって、図６に示すように、例えば２５バールから１．５バールへ、圧力を低下するために調整可能なスロットル１１を、ポンプ２１の代わりに置くことができる。制限装置１６をポンプ１８の代わりに置くことができ、一般に約１ｍｌ／分が容器１９へ流れるように調整される。この場合、図７に示すように、システムに必要なポンプはポンプ６のみである。
【００４０】
高速で回転するシリンダーによって、水が逆浸透膜９ｂを通って流れるために必要な高圧を生成することができる。そのような実施例は図βに示されている。膜９ｂはシリンダーの形態で配置され、自由に回転可能でありモーター（図示せず）によって駆動される。図６に示すように、透析液流体は中央入口を通ってシリンダーに入り、保持液はシリンダーの他端の中央出口を通ってフィルタから外へ流れる。シリンダーは、流体を入口から出口へと長手方向に送り込むいくつかのファン２４を備えている。シリンダーが回転すると、透析液流体はシリンダーに追従し、膜の半透過性壁に向かって外向きに押し出される。遠心力が発生して対抗する浸透圧を中和し、水が膜を通って流出する。膜を通って流出する水の量は、シリンダーの回転速度によって調整される。したがって、シリンダーの回転速度が、フィルタ９に所望される濃縮率を制御する。濃縮率は３以上であり、例えば１０、１５などである。保持液は逆浸透フィルタ９から調整可能なスロットル１１を通って分離フィルタ１３へと流出する。分離フィルタの膜を通る透過液はポンプ１８によって容器１９へと除去される。上述のように、ポンプ１８をスロットルに置き換えることもできる。
【００４１】
所望の老廃物の除去が達成されるように、濃縮率は調整可能である。除去された老廃物の容量が１日あたり１．５リットルであり、１日あたり７５０ｍモルの尿素を除去する場合、ＲＯフィルタ９の保持液の尿素の濃度は５００ｍＭとする。血中尿素濃度が約５０ｍＭであり、ダイアライザー７の膜を介して尿素の完全な均衡が得られている場合、濃縮率１０を使用する。同じ濃縮及び除去が、ＮａＣｌ及びＫＣｌなど他の小さい溶質でも得られる。この場合、血中ＮａＣｌ濃度が約１４０ｍＭと仮定すると、１日あたり１．４ｍｏｌｅ（８２ｇ）のＮａＣｌの除去が得られる。血中濃度が約４ｍＭのＫＣｌでは、１日あたり４０ｍｍｏｌｅ（３ｇ）が除去される。これらの量は、食品中の相当する量を摂取することによって簡単に置き換えることができる。血中尿素濃度３３ｍＭを維持する場合、ポンプは１５倍の濃縮が行われるように調整される。濃縮フィルタはＲＯフィルタであり、水だけがＲＯフィルタの膜を通過するので、保持液中のすべての物質は同じ率で濃縮される。１日に除去される尿素の量は、タンパク質の摂取及び他の要因によって決まる患者の尿素の産生速度に依存する。
【００４２】
装置は、装置の操作を監視する回路を備えている。図７は、調整可能なスロットル１１、１５、１６及び図６に示すポンプ１８、並びにポンプβの作動を制御する中央オペレーティング装置５を備える、図１の実施例を開示する。さらに、オペレーティング装置５は、ダイアライザー７の血液コンパートメント及び透析液コンパートメントのイオン濃度を監視するためにダイアライザー７に連結されたセンサを含むことができる。さらに、血液回路に血液を送り込むための調整可能なアクチュエータ３によってポンプ２が運転されることが示されている。オペレーティング・ユニット５は、患者に接続されたラインでの血圧、膜を通した圧力等、他のパラメータも制御することができる。
【００４３】
基本的に図７に対応するが分離フィルタの代わりに４つのフィルタ・ユニットを含むフィルタ・システムが置かれている、別の実施例が図８に示されている。各フィルタ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄはあるタイプの物質又はイオンを通過させるように設計されている。したがって、フィルタ１３Ａは基本的に尿素及びクレアチニン並びにより小さい分子及びイオンを通過させる約１００Ｄのサイズ排除を有する従来のフィルタとすることができる。フィルタ１３Ｂは、イオンにはフィルタを通過させずに、非電荷の粒子にはより簡単に通過させる、電荷を有するフィルタとすることができる。フィルタ１３Ｃの膜は、例えば酸イオンなど、ある分子を能動輸送させる膜とすることができる。フィルタ１３Ｄは他の特性を有する膜を含むことができる。これらのフィルタを組み合わせることによって、さらに良好な操作を得ることができる。
【００４４】
フィルタ１３Ａ〜１３Ｄは、フィルタの１つが汚染又は遮断された場合、次のフィルタに連結されるように順次作動することができる。
【００４５】
フィルタ１３Ａ〜１３Ｄはまた、並列に配置する代わりに直列に配置することもできる。
【００４６】
システムのフィルタの膜は、様々なサイズの溶質及び物質を通過させるように微調整することができる。ある実施例では、血液膜は約１，０００Ｄより小さい物質のみを血液から透析液へと通過させる。別の実施例では、約１００Ｄの排除制限を有する血液膜を使用することができる。しかし、１０，０００Ｄ〜５０，０００Ｄのサイズ排除制限が血液膜には望ましい。一般に、５０，０００Ｄより大きいサイズ排除はアルブミンが血液から失われるため避けるべきである。
【００４７】
ＲＯフィルタのＲＯ膜は一般に水だけを通過させる。
【００４８】
分離膜は体内で産生された老廃物を透過させるが、重要な物質及びイオン又は溶質は排泄されないように保持する。老廃物には尿素及びクレアチニンがある。これらの生成物はそれ自体が毒性であると考えられてはいないが、毒性であることがあり尿素及びクレアチニンと同じ分子サイズを有する他の分子のマーカーとして機能する。老廃物は体内で産生され、通常は腎臓によって排泄されるので、そのような老廃物は透析又は他の何らかのプロセスによって除去されないと体内に蓄積される。
【００４９】
システムによって除去されるべきではない生成物は、例えば、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ＋＋、リン酸、グルコース等である。これらの生成物がシステムによって排泄されないようにすることは困難なことがある。しかし、そのような排泄は、患者が摂取する食事にこれらの生成物を制御的に追加することによって中和することができる。
【００５０】
膜のサイズ排除は次の通りとすることができる：血液膜は、上述のように所望の結果によって１００Ｄ、１，０００Ｄ、１０，０００Ｄ又は５０，０００Ｄとすることができる。ＲＯ膜は基本的に水だけを通過させる。いくつかのＲＯ膜はナトリウム・イオンなど少量の他の物質も通過させ、本システムでは認容することができる。分離膜は小さい溶質のみを通過させ、約１００Ｄとすることができる。
【００５１】
膜を介する圧力低下は、膜の孔の穿孔率に依存する。より密度の高い膜が使用されると、システムを運転するためにより高い圧力が必要になる。
【００５２】
上述の様々なフィルタの膜を様々な方法に基づいて選択することができる。フィルタは、当技術分野で従来使用されているように平面フィルタ、らせんフィルタ、中空ファイバーのいずれか１つとすることができる。膜材料は、セルロースベース、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル等、従来使用されている材料とすることができる。
【００５３】
フィルタ７は連続的に使用するので、長期間使用することができる。時間とともに、表面に付着するタンパク質などの沈着物が血液に面する膜の内側を覆う。そのような汚染が大きくなり過ぎると、フィルタを取り替えなければならない。
【００５４】
１つの特徴は、透析液が容器１９に廃棄される前に第２のフィルタ９で濃縮されることである。したがって、人体の腎臓の働きと似ており、容器１９に廃棄される流体は尿に類似している。
【００５５】
別の特徴はシステムの作動中に追加の流体を必要としないことである。流体は循環され再生される。流体中の物質の濃度は、システムの操作によって生じ、システムで使用される各ポンプ及び膜によって制御される。
【００５６】
流体は追加が行われないので滅菌を維持する。システムが起動すると、滅菌性を保存するための他の動作は必要ない。
【００５７】
装置は小型のケース内に入れることのできる比較的小さい装置のみを含み、患者が容易に装着可能である。したがって、システムは連続的に使用することができ、患者は、一般的な透析治療では発生する血中老廃物の濃度の変動を受けない。したがって、体が積極的に反応し腎機能の低下に耐えることができる。
【００５８】
システムは腎機能の一部がまだ残っている患者に使用することができ、それにより腎臓は通常の機能の一部分を行わなくてよい。したがって、一部の機能がまだ残っている腎臓の残留物の取り除きを、システムによる除去で補足する。一部の機能がまだ残っている腎臓は、老廃物の一部を除去することによって補助する場合、特に血中の老廃物の濃度が大きく変動しない場合は、長期間にわたってその機能を維持することができるといういくつかの示唆がある。
【００５９】
透析回路は様々な方法で起動することができる。１つの方法は開始時に滅菌水をシステムに導入することである。ポンプ６はフィルタ７の透析コンパートメントの透析液が血液と均衡するように、非常にゆっくりと動作する。すべての透析液が血液とほぼ同じイオン濃度を達成するまで、循環が継続する。次いで、第２のフィルタ９で濃縮が行われるように、ポンプ６の圧力を増加しスロットル１１を制限することによって、ＲＯフィルタ９の操作が開始される。最後に、ポンプ１８を操作して適正な量の流体をシステムから除去する。
【００６０】
或いは、ある濃度のイオンで調製された透析液によって透析回路を起動することもできる。透析流体は、塩、ＮａＣｌの生理学的量を有する水とすることができる。ＫＣｌ、ＮａＨＣＯ３、ＣａＣｌ２等の他の物質を追加することもできる。
【００６１】
透析液は体温に近い温度に加熱することができる。しかし、いくつかの実施例では加熱の必要はない。
【００６２】
図５に示す実施例では、尿素及びクレアチニンの両方及びＮａ＋、Ｋ＋等の小さい溶質が分離膜を通って容器１９へと流れる。しかし、可能であれば小さい溶質は透析回路にとどまるものとする。しかし、人体はそのような小さい溶質の様々な除去に良好に適合し、人体は数日間でこの状態に簡単に適合することができる。可能であれば、ナトリウム及びカリウム塩を追加して食物の摂取を補助しなければならない。
【００６３】
上記の実施例は体外血液回路で説明してきた。先に述べたように、ダイアライザーは体内に配置することもでき、血管にほぼ永久的に接続される。
【００６４】
別の方法は、ダイアライザーの代わりに腹膜など体内の膜を使用することである。透析流体は腹膜に接触して循環し、次いで再生される。腹膜透析では良く知られているように、流体を除去するためにグルコース又はデキストロースを追加することができる。透析流体は腹腔内に入り再生のために連続的に除去することができる。そのような除去は２本のカテーテル又は単一のデュアルルーメン・カテーテルで行うことができる。
【００６５】
透析液などの流体が循環され、腹膜を介してイオン交換が行われる。イオン及び物質の輸送は、一般に血液から流体へ、膜を介した濃度勾配によって行われる。少量の流体も膜を通って輸送される。
【００６６】
物質が膜を介して輸送されると、血液と流体の間でこれらの物質の濃度の均衡が生じる。膜を通過するのに十分小さい物質だけが均衡するが、膜の孔より大きいサイズを有する分子は血液中に残ったままである。
【００６７】
図１０は、治療を受ける人間などの哺乳類の腹腔に含まれる流体の再生に特に適合させた、システムの実施例を示す。腹腔の流体は、腹膜を通して血液から流体を抽出するための浸透的活性剤を含む。そのような薬剤はグルコースとすることができるが、その代わりにデキストラン或いは浸透又はコロイド浸透活性を示す別の分子とすることもできる。デキストランは様々な分子量で製造することができる分子である。この文脈では、約４０，０００Ｄの分子量のデキストラン分子を使用することができる。この分子は腹膜を通して人体にほとんど吸収されず、実質的な浸透効果を生成し、それにより腹腔の流体に水を抽出する。当業者には良く知られているように、腹腔の流体はＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ２など他の溶質を含むこともできる。デキストラン分子は人体への吸収が遅いため、デキストラン分子の濃度が低下してあるレベルを下回ると、腹腔流体が交換される。そのような交換は毎日又は毎週行うことができる。
【００６８】
腹膜透析回路は、コンパートメント１００で示すように、患者の腹腔に配置された流体の容積を含む。図１０に示す再生システムはこの流体を再生する。
【００６９】
コンパートメント１００から流体が抽出され、流体の一部はバイパス・ライン１１１を通り、流体の一部は第１のコンパートメント１１４ａでＲＯフィルタ１１３に入る。フィルタ１１３は逆浸透（ＲＯ）フィルタとして配置され、流体が入口１１３ａを通って第１のコンパートメント１１４ｂへとフィルタに入り、出口１１３ｂを通って保持液として、矢印で示すようにフィルタ膜１１４を通った後に出口１１３ｃを通って透過液流体（水）として、フィルタを出ることを意味する。フィルタ膜は非常に小さい孔を有し、基本的に水だけを通過させる膜である。保持液は容器１１５に収集される。
【００７０】
フィルタ１１３の透過液流体はコンパートメント１００、すなわち腹腔へ、ライン１１２を通って戻される。さらなる詳細は後述するが、流体は適切なポンプ１２５、Ｉｌｉａ又はスロットルによって再生回路へと送り込まれる。
【００７１】
図１０の流体回路の作動は次の通りである：血中の老廃物及び他の小さい物質及び／又はイオンは腹膜を通って腹腔１１０内の流体へと流れる。流体はバイパス・ライン１１１又は第２のフィルタ１１３へと循環し、速度は図１０に示すポンプＩｌｉａ、図１１に示すスロットル１１１ｂ、又は図１２に示すポンプ１１１ｃとともにポンプ１２５によって制御される。ＲＯ膜１１４は基本的に水のみが通過するので、ＲＯフィルタ内に循環する流体は濃縮される。濃縮流体又は保持液流体は容器１１５へと流れる。水又はＲＯフィルタの透過液は腹腔１１０へと戻される。このように、腹腔１１０に入る流体は、フィルタ１１３によって分離された少量の特に尿素及びクレアチニンを有する。
【００７２】
別の実施例では図１３に示すように、流体回路がナノ濾過処理として配置されている。この場合、分離フィルタ１１６、ナノフィルタ（ＮＦ）がＲＯフィルタの前に置かれている。このことは、流体が第１のコンパートメント１１７ａに入り、流体がフィルタの膜１１７を通って第２のコンパートメント１１７ｂへと流れることを意味する。保持液はライン１３１を通って腹腔１１０へ戻され、透過液はＲＯフィルタ１１３へと流れて濃縮される。分離フィルタの膜の排除サイズより小さいサイズのイオンだけがＲＯフィルタへと流れる。このフィルタの順序は他の実施例でも使用することができる。
【００７３】
図１３のシステムの作動は次の通りである：流体が分離フィルタ１１６内へと循環される。流体の一部がポンプ１２５及び１２２によって制御されて膜１１７を通り、さらに透過液としてＲＯフィルタへ入り、そこで濃縮される。分離膜を通過できないすべての物質及びイオンを含む、保持液の他の部分は、ライン１３１及びライン１１２を通って腹腔へと戻される。
【００７４】
ＲＯフィルタの濃縮流体又は保持液は容器１１５へと流れ、第２のフィルタの透過液は腹腔１１０へ戻される。このように、腹腔１１０に入る流体は、フィルタ１１６によって分離されフィルタ１１３によって濃縮された少量の特に尿素及びクレアチニンを有する。
【００７５】
分離膜は、回路内に残すべきであり容器１１５に排泄するべきでない、グルコース又はデキストランなどの浸透活性剤を、保持液が含むような寸法とする。したがって、浸透活性剤は可能な限り保存され、それにより腹腔流体の交換の必要性がより小さくなる。腹腔流体はその浸透活性を発揮し、最初に腹腔内に注入されたときに血液から流体を抽出し、したがって最初の数時間でその容積が増加する。人体は、浸透活性剤が吸収され、その後徐々に流体が再吸収されるという事実に一部依存している。浸透活性剤の吸収が遅いほど、腹腔流体が他の老廃物を除去するために体内にとどまる時間が長い。本実施例によれば、そのような他の老廃物は連続的に除去されるので、血中のそのような老廃物の濃度の変動を避けることができる。
【００７６】
他の実施例では、図１４に示すように、システムは分離フィルタとＲＯフィルタの間に配置された限外フィルタ１１８（ＵＦ）をさらに含む。浸透活性剤を含む、分離フィルタからの保持液は、限外濾過１１８の第１のコンパートメント１１９ａに入り、流体は膜１１９を通って第２のコンパートメント１１９ｂへと流れる。透過液はライン１３３を通ってコンパートメント１００へ戻され、保持液はＲＯフィルタ１１３へと流れる。
【００７７】
図１４のシステムの作動は次の通りである：流体が限外フィルタ１１８内へと循環される。流体の一部が膜１１９を通り、ポンプ１２５、１２０及び１３２によって量が制御され、さらに透過液がライン１３３を通って腹腔１００へと戻される。他の部分又は保持液はＲＯフィルタへと流れ、そこで濃縮される。ＲＯフィルタの濃縮流体又は保持液は容器１１５へと流れ、ＲＯフィルタの透過液は腹腔１１０へ戻される。このように、腹腔１１０に入る流体は、フィルタ１１８によって分離された少量の特に尿素及びクレアチニンを有する。
【００７８】
限外濾過膜は浸透活性剤を通すことができるが、より大きい分子又は物質、いわゆる中分子は保持するような寸法である。このように、中分子はポンプ１２０によって制御されて容器１１５へと排泄され、低分子はポンプ１２２によって制御されて排泄される。
【００７９】
図１５は、流体回路の流れを操作するためのポンプを含む図１４の実施例を示す。
【００８０】
高浸透の対抗圧力によって水だけが膜を通過するように、ＲＯフィルタを高圧で作動しなければならない。図１５に示す実施例では、圧力増幅装置は、例えば図１５に示すピストン・タイプの圧力増幅装置など、高圧をもたらす。
【００８１】
そのような圧力増幅装置又はポンプは、図１５の左側の駆動側面積が小さく、図１５の右側の作動側面積が大きい、ピストン１４０を含む。加圧される流体は、逆止バルブ１４２によって小さい面積のシリンダー１４１に連結され、シリンダー１４１に導入される。シリンダーが充満されると、ピストンの面積の比率で増幅された圧力で、別の逆止バルブ１４３を通って、圧力流体が大きい面積のシリンダー１４４に適用され、ピストン１４０に作用し、流体をシリンダーから小さい面積のシリンダー１４１に押し出す。
【００８２】
圧力流体は、図１５のポンプ１２５など、システムのポンプから得ることができる。ポンプ１２５による圧力は、例えば一般に約３バールとすることができ、最大２７バールの増幅された圧力をもたらすためにピストン面積の比率は９とすることができる。
【００８３】
バルブ１２１は、バルブが起動すると圧力流体をピストンの大きい面積のシリンダー１４４の方向に向かわせ、それにより小さい面積のシリンダーの流体が最大２７バールの圧力で押し出される。
【００８４】
シリンダー内のすべての流体が押し出されると、バルブ１２１は反転し、新しい流体が小さいシリンダーに入ると同時に、大きいシリンダーの流体がバルブ１２１を通って放出され、このプロセスが繰り返される。
【００８５】
限外濾過を望まない場合、保持液が直接分離フィルタからライン１３４を通って透析液回路へと再び向かうように、スロットル１２４を配置することができる。
【００８６】
フィルタの詰まりを中和するために、追加のポンプ１２６、１２７及び１２８を使用してそれぞれのフィルタの膜を通過する流体の接線流を増加する。流体の方向は、分離フィルタ１１６及びポンプ１２６と関連して示す反対流、又は限外フィルタ１１８及びポンプ１２７と関連して示す平行流など、どのような方向とすることもできる。
【００８７】
或いは、体外システムを間欠的に操作することもできる。
【００８８】
システムは、通常は腎臓によって実施される、酸性度の制御は有していない。したがって、患者は炭酸水素ナトリウム又は同様の物質を経口的に摂取する必要があることがある。腎臓が残りの機能を有している場合、そのような機能は血液の酸性度を制御するのに十分であり得る。
【００８９】
或いは、システムは、図９に示すように透析回路にある物質を追加する可能性を備えることができる。そのような追加は炭酸水素ナトリウムとすることができる。他の追加はナトリウム及びカリウム・イオンとすることができる。物質は非常に濃縮された形態で容器２３に含むことができ、ポンプ２２によって透析回路内へと注入することができる。そのような物質は、或いは経口的に摂取することもできる。腹膜透析の場合、物質はグルコース又はデキストランなど浸透活性剤とすることができる。
【００９０】
以上、別個の特徴を含むいくつかの実施例を参照して本発明を説明した。しかし、そのような特徴は、各実施例と関連して明示的に説明した以外の方法で組み合わせることもできる。図１の第３のフィルタは、図１３に示すようにＲＯフィルタの前に配置することができる。本発明は説明された実施例によって制限されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施例の概略図である。
【図２】いわゆる前希釈を示す、別の実施例の概略図である。
【図３】いわゆる後希釈を示す、別の実施例の概略図である。
【図４】別の実施例の概略図である。
【図５】ポンプ及び分離フィルタを備えた別の実施例の概略図である。
【図６】回転する逆浸透フィルタを備えた別の実施例の概略図である。
【図７】別の実施例の概略図である。
【図８】いくつかの分離フィルタを備えた別の実施例の概略図である。
【図９】物質が追加された別の実施例の概略図である。
【図１０】患者の腹膜及び逆浸透フィルタを使用する実施例の概略図である。
【図１１】患者の腹膜及び逆浸透フィルタを使用する実施例の概略図である。
【図１２】患者の腹膜及び逆浸透フィルタを使用する実施例の概略図である。
【図１３】ナノフィルタを備えた別の実施例の概略図である。
【図１４】限外フィルタを備えた別の実施例の概略図である。
【図１５】ポンプシステムを備えた別の実施例の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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