Gesundheit & Prävention
>
Die Königsklasse der Medizintechnik: zum Beispiel die künstlichen Niere
Die Königsklasse der Medizintechnik: zum Beispiel die künstlichen NiereLebensrettend
„ Das Original ist ein Wunder, die Kopie rettet Leben!”
Was wäre, wenn es in dieser fast ausweglos zu nennenden Situation nicht die Therapie mit künstlichen Organen und darunter besonders die künstliche Niere gäbe? Dem genialen Naturwissenschaftler Thomas Graham aus Glasgow, der in der Mitte des 19. Jahrhunderts die Grundlagen für die Therapie des Nierenversagens legte, wäre es sicher nicht im Traum eingefallen, dass etwa 150 Jahre später mehr als 1,9 Mio. nierenkranke Patienten der dreimal wöchentlich durchzuführenden Hämodialyse ihr Leben verdanken. Das war nicht vorauszusehen, denn nachdem 1923 Dr. Georg Haas in Gießen weltweit den ersten Menschen mit einer künstlichen Niere behandelte, hat es weiterer 40 Jahre bedurft, bis aus der experimentellen Therapie Routine geworden ist. Diese Entwicklung ist verbunden mit einem fast exponentiellen Anstieg der Zahl der behandelten nierenkranken Patienten, deren Zahl mit > 6 %/Jahr prozentual schneller steigt als die Weltbevölkerung (ca. 1,1 %/Jahr). Filtration von pathologischen Retentionsprodukten über Membranen
Wie funktioniert die Blutwäsche mit der künstlichen Niere? Die natürliche Niere besitzt zwei funktionelle Einheiten, den Glomerulus und den Tubulus. Während im Glomerulus harnpflichtige Substanzen filtriert und ausgeschieden werden, findet im Tubulus die Rückresorption von lebenswichtigen Aminosäuren und Proteinen statt. Mit der künstlichen Niere bei der Hämodialyse gelingt es ausschließlich bisher leider aber nur, teilweise die Funktion des Glomerulus zu kopieren (Abb. 2). Und das geschieht so: Im Gegenstrom führt man im Zwischenraum der Kapillaren eine isotone Spül- oder Dialysierflüssigkeit mit > 00 ml/min, wobei der Raum zwischen Blut- und Dialysierflüssigkeit durch eine Vergussmasse aus Polyurethan abgetrennt ist. Pro Dialysetherapie werden etwa 120 L Spüllösung gebraucht. Ziel ist dabei ein optimaler Konzentrationsgradient für harnpflichtige Substanzen über die Membran. Die maximal mögliche Entfernungsrate wird allerdings nur dann erreicht, wenn die Dialysierflüssigkeit auch in das Zentrum des Membranbündels gelangen kann. Ondulierte Kapillarmembranen oder textile Fäden als Abstandshalter garantieren die so geforderte homogene Verteilung der Spüllösung im Filter. Kapillarmembranen sind Hightech-Produkte Die Extrusion oder das Spinnen dieser haarkleinen Röhrchen mit einer Wand als Membran erfordert hohes technisches Knowhow, das nur in wenigen Ländern der Welt beherrscht wird. Es ist erstaunlich, dass zurzeit pro Jahr mehr als 450 Mio. Kilometer Kapillarmembranen für die Dialyse bei stets gleich bleibender Qualität bereitgestellt werden. Diese Länge entspricht der dreifachen Entfernung Erde-Sonne und ein Lichtstrahl brauchte dafür mehr als 24 Minuten. Welche Qualitätsanforderungen zählen heute? Neben einer homogenen Geometrie der Kapillarmembran, mit der der Blutfluss kontrollierbar und Gerinnungseffekte zu vermeiden sind, gilt es besonders Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Die Membran ist keine Einbahnstraße und Verunreinigungen aus der Spülflüssigkeit, z.B., bakterielle Endotoxine, können in das Blut des Patienten gelangen, wenn diese nicht in der Membranwand adsorbiert werden. Dies gelingt durch den Einsatz von solchen Membranpolymeren, die aromatische Komponenten enthalten wie z.B. Polysulfon (PSu) oder Polyamid (PA). Der extrakorporale Blutkreislauf des Dialysepatienten bietet außerdem eine Vielzahl von Einflussmöglichkeiten für den behandelnden Arzt, wodurch die heute geforderte patientenspezifische individualisierte Behandlung erleichtert wird. Der Dialysator mit seinen mehr als 10.000 Kapillarmembranen steht dabei im Zentrum des Verfahrens. Seine Bauweise und Position im extrakorporalen Blutkreislauf lassen es zu, Behandlungsparameter direkt zu beeinflussen. Die Kontrolle der Körpertemperatur des Patienten und damit seine Kreislaufstabilität ist über die Wärmetauscherfunktion des Filters möglich, die Entfernung von Wasser durch Ultrafiltration über den Transmembrandruck und die Elektrolytbilanz des Patienten können über diffusive oder konvektive Transportmechanismen über die vorgegebenen Konzentrationsgradienten und Ultrafiltration gesteuert werden. Entsprechende Sensoren stehen für eine Feedback-Kontrolle zur Verfügung oder werden noch erforscht. Der Dialysator ist keine exakte Kopie der menschlichen Niere. Aufgrund der vielfältigen Eigenschaften seiner Kapillarmembranen ist er aber in der Lage, einen Teil der Nierenfunktionen so nachzubilden, dass die Dialyse zur lebensrettenden Therapie für fast 2 Mio. Patienten geworden ist. |
L&M 2 / 2011Das komplette Heft zum kostenlosen Download finden Sie hier: zum Download Der Autor:Weitere Artikel online lesenNewsSchnell und einfach die passende Trennsäule findenMit dem HPLC-Säulenkonfigurator unter www.analytics-shop.com können Sie stets die passende Säule für jedes Trennproblem finden. Dank innovativer Filtermöglichkeiten können Sie in Sekundenschnelle nach gewünschtem Durchmesser, Länge, Porengröße, Säulenbezeichnung u.v.m. selektieren. So erhalten Sie aus über 70.000 verschiedenen HPLC-Säulen das passende Ergebnis für Ihre Anwendung und können zwischen allen gängigen Herstellern wie Agilent, Waters, ThermoScientific, Merck, Sigma-Aldrich, Chiral, Macherey-Nagel u.v.a. wählen. Ergänzend stehen Ihnen die HPLC-Experten von Altmann Analytik beratend zur Seite – testen Sie jetzt den kostenlosen HPLC-Säulenkonfigurator!© Text und Bild: Altmann Analytik ZEISS stellt neue Stereomikroskope vorAufnahme, Dokumentation und Teilen von Ergebnissen mit ZEISS Stemi 305 und ZEISS Stemi 508ZEISS stellt zwei neue kompakte Greenough-Stereomikroskope für Ausbildung, Laborroutine und industrielle Inspektion vor: ZEISS Stemi 305 und ZEISS Stemi 508. Anwender sehen ihre Proben farbig, dreidimensional, kontrastreich sowie frei von Verzerrungen oder Farbsäumen. © Text und Bild: Carl Zeiss Microscopy GmbH |