способ очистки диализирующего раствора в аппарате "искусственная почка"

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ДИАЛИЗИРУЮЩЕГО РАСТВОРА В АППАРАТЕ "ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧКА" путем проточной его регенерации в замкнутом контуре, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, перед регенерацией раствор упаривают, регенерируют его нагреванием до 160 - 250^oС, охлаждают с выведением газов, смешивают с конденсатом, а температуру доводят до температуры диализа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для очистки (регенерации) диализирующего раствора в аппаратах "искусственная почка" в процессе проведения диализа.

Известно, что при функционировании аппарата "искусственная почка" в режиме со сливом диализата требуется до 200 л диализирующего раствора на один сеанс. Количество требуемого раствора можно уменьшить путем циклического проведения диализа с частичной заменой диализата в каждом цикле или путем организации замкнутого циркуляционного контура в аппарате и перемещения диализирующего раствора через сорбционный фильтр, содержащий активированный уголь, обработанный металлами платиновой группы.

Однако, в первом случае происходит существенное снижение градиента концентрации продуктов диализа между диализатом и кровью больного, что увеличивает время диализа. Во втором случае высокая стоимость сорбционного фильтра, необходимость его замены или периодической регенерации, а также сложности в поддержании на необходимом уровне ионного состава диализата, сдерживают широкое применение этого способа.

Известен способ очистки диализирующего раствора в аппарате "искусственная почка" путем электрохимического разложения токсичных органических продуктов диализа с последующей доочисткой, принятый за прототип.

Существенным недостатком этого способа является то, что одновременно с очисткой диализирующего раствора от продуктов диализа происходит необратимая деструкция самого диализата в результате электрохимического разрушения его солевого состава. Это приводит к нежелательному изменению ионного состава диализата, который необходимо дополнительно компенсировать, и что более существенно, к образованию токсичных веществ в результате электрохимического разложения солей. В частности, при электролизе поваренной соли неизбежно происходит отравление диализата хлором. В этом способе применяются дорогостоящие электроды с платиновым покрытием, кроме того необходимо дополнительно производить тепловую стерилизацию диализата и удалять растворенные в нем токсичные соединения, полученные в результате электрохимического разложения продуктов диализа и диализата.

Целью изобретения является повышение степени очистки.

Эта цель достигается использованием термической регенерации диализирующего раствора с предварительным повышением концентрации токсических органических продуктов диализа до уровня, устанавливаемого по повышению концентрации С (г/л) мочевины до величины, определяемой следующими параметрами: конструкционными параметрами узла регенерации, а именно его объемом V (л) и длительностью регенерации диализата (мин), а также кинематическими параметрами процесса регенерации, а именно константой скорости реакции разложения мочевины К (1/мин) и скоростью ее выведения (г/ч) из диализирующего раствора согласно соотношению

C= . Повышение концентрации осуществляется путем частичного выпаривания из раствора воды с последующей конденсацией пара в контуре, параллельном контуру регенерации. Концентрированный упаренный раствор нагревают до температуры разложения Т_р, величина которой находится в диапазоне 160-250^оС, после чего охлаждают раствор до температуры кипения и удаляют газообразные продукты разложения, затем смешивают очищенный раствор с конденсированной ранее водой и доводят температуру полученного раствора до рабочей температуры диализа.

Нижняя граница температурного диапазона нагрева Тр 160^оС определяется тем, что скорость разложения при температурах ниже указанной незначительна (константа скорости разложения мочевины составляет К(Т_р 130^оС) = 0,0126 1/мин), т. е. раствор при таких температурах практически стабилен. Поскольку даже минимальная температура, при которой проводят разложение продуктов обмена, выше температуры кипения раствора, нагревание происходит в условиях повышенного давления так, что раствор остается в жидкой фазе, которая характеризуется более высокими теплофизическими свойствами, чем газопаровая среда. Поэтому верхняя граница температурного диапазона Т_р250^оС определяется минимальным значением давления Р 4 МПа (40 кг/см³), при котором раствор остается в жидкой фазе с температурой 250^оС. Более высокие давления требуют специальных конструктивных решений для обеспечения прочности и герметичности узла очистки раствора.

Диапазон изменения величины , равный 2,5-10 г/ч, определяется физиологическими показаниями при проведении диализа.

Константа скорости реакции разложения мочевины К(Т_р) зависит от температуры ее термолиза Т_р и определяется экспериментально с помощью уравнения разложения 1-го порядка

C = С_оехр (-К ), где С_о, C - концентрация мочевины в растворе в начальный момент времени и в момент времени соответственно;

- время разложения.

Раствор с начальной концентрацией мочевины С_о помещают в автоклав при температуре Т_р. Через равные промежутки времени берут пробы и определяют по известным методикам концентрацию мочевины в растворе C. По полученным данным из уравнения разложения определяют константу реакции для температуры разложения Т_р.

На фиг. 1 представлена зависимость констант реакции от температуры; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство работает следующим образом. После диализа раствор подается в испаритель 1, где концентрация продуктов диализа доводится до уровня, определяемого соотношением, представленным выше, путем выпаривания из раствора воды, причем пар отводится в контур 2, параллельный основному контуру с нагревателем. В контуре 2 установлен конденсатор 3, в котором пар переходит в жидкую фазу. Раствор с повышенной концентрацией продуктов диализа подается через клапан 4 в нагреватель 5, после чего клапан 4 закрывается. При нагреве в замкнутом объеме давление раствора повышается. После окончания регенерации открывается клапан 6 и раствор попадает в теплообменник 7, где остывает до температуры кипения и из которого отводятся газообразные продукты разложения. Далее раствор поступает в блок доочистки 8, после которого охлаждается в теплообменнике 9 до заданной температуры и поступает в диализатор.

Изобретение иллюстрируется примерами, в которых скорость потока диализирующего раствора в замкнутом контуре аппарата "искусственная почка" устанавливалась равной 0,5 л/мин. Объем узла регенерации при этом составлял V_o 0,11 л. Концентрация мочевины в диализирующем растворе была равна С_о = 1 г/л. Варьируемыми параметрами при проведении эксперимента служили: Т_р - температура термостатирования диализирующего раствора в процессе его регенерации и - величина требуемой скорости выведения мочевины из диализата.

П р и м е р. Для обеспечения удаления мочевины из раствора со скоростью 10 г/ч при температуре регенерации Т_р = 200^оС согласно формуле и фиг. 1 был необходимо довести концентрацию мочевины в диализирующем растворе до величины С₁ = = 1,4 г/л. Это достигалось частичным упариванием при температуре кипения V₁ = = 0,15 л диализирующего раствора до объема узла регенерации, равного V_o - 0,11 л. Упаренный раствор термостатировался при температуре Т_р = 200^оС в узле регенерации в течение = 0,30 мин, при этом концентрация мочевины в нем упала до величины С₂ = = 0,9 г/л. Таким образом, за время = = 0,30 мин в узле регенерации диализирующего раствора было обеспечено удаление путем разложения при гидролизе мочевины в количестве, равном = 0,04 г, при одновременном выведении газообразных продуктов разложения, что в случае непрерывного циклического возобновления регенерации свежих порций диализата позволяет обеспечить выведение мочевины с требуемой скоростью _эксп = 10,2 г/ч.

В таблице приведены примеры 1-9 различных режимов работы узла регенерации, а именно для трех температур Т_р процесса термического разложения мочевины и трех требуемых скоростей ее выведения из раствора, а также экспериментально полученные значения величин: С₁ - концентрация мочевины в упаренном растворе; V₁ - объем порции раствора, подвергнутого упариванию; С₂ - концентрации мочевины в узле регенерации после завершения процесса ее разложения; - количества мочевины, подвергнутой разложению за один цикл регенерации диализирующего раствора; _эксп - экспериментально полученной скорости выведения мочевины из раствора при его регенерации.

Из данных таблицы видно, что использование предлагаемого способа позволяет организовать работу устройства регенерации диализата для любой требуемой скорости удаления мочевины в диапазоне от 2,5 до 10 г/ч при любой температуре регенерации Тр в диапазоне от 160 до 250^оС. Концентрация ионов в диализате: Са⁺⁺ = 0,06 г/л; К⁺ = 0,06 г/л Na⁺ = 3,1 г/л; Сl^- = 3,9 г/л; Mg⁺⁺ = 0,09 г/л; СН₃СОО^- = 2,2 г/л в процессе проведения экспериментов осталась неизменной.

В предлагаемом способе одновременно с очисткой диализирующего раствора от токсичных органических продуктов диализа производится высокотемпературное разделение раствора диализата и растворенных в нем газообразных токсичных азотистых соединений, полученных при разложении продуктов диализа, производится тепловая стерилизация диализата, сохраняется его ионный состав. Дополнительное преимущество данного способа состоит в отсутствии необходимости использования дорогостоящих материалов, в том числе драгоценных металлов, при конструировании устройства регенерации диализата. (56) Искусственные органы. Под редакцией В. М. Шумаков. М. : Медицина. 1990, с. 184.