血液透析用的钠管理系统的制作方法
【专利说明】血液透析用的钠管理系统
[0001] 夺叉参考
[0002] 本申请要求2013年2月2日提交的第13/757, 794号美国专利申请的优先权，该 专利申请中的全部内容都以引用的方式纳入到本申请中。 发明领域
[0003] 本发明涉及血液透析治疗期间透析液流体中钠浓度的管理系统。本发明提供一种 利用钠管理系统生成钠改性流体从而调节钠浓度的机构。本发明还提供一种受控添加机 构，用于将钠离子添加到透析液中从而在透析液中形成预定的总钠浓度。
【背景技术】
[0004] 在血液透析期间，透析液中的钠浓度对患者的恢复结果起着重要的作用。除此之 外，以透析液中特定的钠离子浓度对患者进行血液透析可能会影响低血压的发生、失衡综 合征的预防以及透析间期体重增加的最小化。透析液中钠浓度的管理方法和系统对于包 含有可能将钠离子水平改变至未知值的部件的系统尤为重要。例如，诸如透析液再循环系 统（"REDY"系统）的再生血液透析系统含有从透析液流体中释放和/或去除钠的吸附剂 材料。从透析液流体中去除钠和/或向透析液流体中添加钠取决于若干因素，这些因素包 括：患者的血尿素水平、患者的体重、透析液成分、吸附剂性能等。因此，在血液透析期间很 难预测透析液中钠浓度会发生的变化。昂贵的吸附材料会耗尽，同时也需要复杂的管理系 统来监测从吸附系统中流出的透析液的钠浓度。例如，" REDY"系统在操作时需要6~8升 水，并且在一些情况下，患者在操作过程中需要排出1~2升透析液并用1~2升淡水来替 换，以便降低透析液中的钠水平。因此，需要能够更严密地控制透析液中钠浓度的系统和方 法。同时也需要能够通过从正使用的透析液中去除钠离子或向其中添加钠离子的方法来控 制透析液中钠浓度的系统。需要用于管理和控制钠的、使系统规模和重量最小化且不需大 量流体或支持设施的系统和方法。
【发明内容】
[0005] 本发明描述一种用于肾脏替代治疗和钠管理的系统，具有一条用于使透析液通过 透析器循环的透析液流动回路，在该透析器处，至少一种废物进入到透析液中；以及用于去 除至少一种废物的透析液再生单元。本发明还提供一种通过向透析液中释放至少一种导电 物质或从透析液中去除至少一种导电物质的方法来调节透析液中离子浓度的机构。一种检 测器，能够测量透析液的电导率或钠离子浓度。一种钠管理系统，生成一种受控添加到透析 液流动回路内透析液中的钠改性流体。其中，钠改性流体来源于输入的透析液、输入的超滤 液、输入的固体钠盐、输入的浓缩钠溶液、电容式去离子槽或电透析槽中的任一种，它导致 钠离子浓度或电导率不同于原透析液中的流体。
[0006] 在任一实施例中，钠改性流体可再生成生理上可相容的透析液。在任一实施例中， 仅生理上可相容的透析液才能通过透析器与血液接触。
[0007] 在任一实施例中，生理上可相容的透析液可以是120~150mM的氯化钠。
[0008] 在任一实施例中，通过钠管理系统从输入的透析液或输入的超滤液中去除的电解 质可以不返回或添加到透析液流动回路内的透析液中。
[0009] 在任一实施例中，该系统可以具有电极冲洗泵和电极冲洗贮箱，以便使电极冲洗 溶液通过电极冲洗流道循环。
[0010] 在任一实施例中，该系统可以包括一种浓缩溶液和用于使浓缩溶液通过浓缩液流 道循环的浓缩液泵。在任一实施例中，该系统可以具有电极冲洗泵和电极冲洗贮箱，以便使 电极冲洗溶液通过电极冲洗流道循环。
[0011] 在任一实施例中，直接流向超滤液贮箱的超滤液在收集到超滤液贮箱之前可以流 经钠管理系统。
[0012] 在任一实施例中，透析液流动回路还可包括位于透析器下游和透析液再生单元上 游的透析液贮箱。
[0013] 在任一实施例中，超滤液在收集到超滤液贮箱中之前可以流经浓缩液流道。
[0014] 在任一实施例中，第一液流在收集到超滤液贮箱之前可以流经浓缩液流道，第二 液流则可流经稀释液流道，以生成钠改性溶液，从而添加到透析液流动回路中。
[0015] 在任一实施例中，系统可具有钠管理泵，用于将流体从超滤液贮箱导向钠管理系 统，从而添加到透析液流动回路内的透析液中。
[0016] 在任一实施例中，钠改性流体的钠离子电导率或浓度小于透析液流动回路内透析 液的钠离子电导率或浓度，因而，在添加到透析液中时降低透析液流动回路内的钠浓度。
[0017] 在任一实施例中，钠管理系统可以通过施加电场的方法改变电导率或钠离子浓 度。
[0018] 在任一实施例中，钠管理系统可以通过从透析液流动回路中去除的透析液形成钠 改性流体。
[0019] 在任一实施例中，可使透析液流动回路中的透析液被引导通过钠管理系统或利用 旁通调节阀而绕开钠管理系统。
[0020] 在任一实施例中，可将钠管理系统中的钠改性流体添加到透析液流动回路中透析 器出口与透析液再生单元进口之间的位置。在任一实施例中，可将钠管理系统中的钠改性 流体在透析器的进口与透析液再生单元的出口之间的位置添加到透析液流动回路中。
[0021] 在任一实施例中，钠管理系统可包括反渗透系统，该反渗透系统包括钠抑制分数 大于95%的反渗透模块。
[0022] 在任一实施例中，钠管理系统包括电容式去离子槽。在任一实施例中，电容式去 离子槽可去除钠离子，以便生成浓度低于进入到电容式去离子槽内的流体浓度的钠改性流 体。在任一实施例中，电容式去离子槽可储存钠离子，以便生成浓度高于进入到电容式去离 子槽内的流体浓度的钠改性流体。
[0023] 在任一实施例中，钠管理系统可包括至少两个电容式去离子槽。在任一实施例中， 可通过使冲洗流体经过电容式去离子槽并同时使另一电容式去离子槽保持操作的方法再 形成电容式去离子槽，以便生成钠改性流体。
[0024] 在任一实施例中，肾脏替代治疗和钠管理系统可控且相容。在任一实施例中，肾脏 替代治疗和钠管理系统可选择性地计量透析液流动回路中流入和流出的流体。在任一实施 例中，肾脏替代治疗和钠管理系统可利用控制泵、水泵、盐化泵、酸浓缩液泵、替代流体泵中 的任一个及其组合选择性地计量透析液流动回路中流入和流出的流体。在任一实施例中， 肾脏替代治疗和钠管理系统可提供双向流动。
[0025] 在任一实施例中，一种用于改变透析液中的钠浓度的方法，包括使透析液在透析 液流动回路中循环，其中，透析液与透析器和透析液再生单元相接触。透析液再生单元被预 计可通过其内的透析液再生单元将至少一种废物部分地去除。该方法可选择性地包括操纵 连接到超滤液贮箱上的控制泵或超滤泵，以便将流体在透析器下游与透析液再生单元上游 之间的位置泵送到透析液流动回路中或从中抽出。沿流出方向操纵控制泵使得流体从透析 器内膜体外侧上的血液中完全去除，从而生成添加到超滤液贮箱中的超滤液。沿流入方向 操纵控制泵导致膜体外侧血液中流体的净增加。该方法还可包括利用钠管理系统通过施加 电场来改变输入流体中的钠浓度以生成钠改性流体，该输入流体为透析液或超滤液，并且 将在钠管理系统中将输入流体分为第一液流和第二液流；以及将钠改性流体添加到透析液 流动回路中。
[0026] 在任一实施例中，输入流体可以是在透析液再生单元的出口与透析器的进口之间 的位置从透析液流动回路中去除的流体。在任一实施例中，输入流体可以是在透析液再生 单元的进口与透析器的出口之间的位置从透析液流动回路中去除的流体。
[0027] 在任一实施例中，输入流体可以是通过操纵控制泵或超滤液泵而从透析液流动回 路中去除的超滤液。
[0028] 在任一实施例中，可将钠改性溶液在透析液再生单元的出口与透析器的进口之间 的位置添加到透析液流动回路中。在任一实施例中，可将钠改性溶液在透析液再生单元的 进口与透析器的出口之间的位置添加到透析液流动回路中。
[0029] 在任一实施例中，钠管理系统可具有电透析槽，该电透析槽具有至少一个浓缩液 流道。在任一实施例中，钠管理系统可具有稀释液流道和电极冲洗流道，其中，钠离子响应 于电场而从稀释液流道移动到浓缩液流道。在任一实施例中，钠改性流体可形成于稀释液 流道内，以便添加到透析液流动回路中。
[0030] 在任一实施例中，该方法可包括操纵控制泵，以便通过浓缩液流道将超滤液输送 到超滤液贮箱中。
[0031] 在任一实施例中，第一液流在收集到超滤液贮箱之前可以流经浓缩液流道，第二 液流则可流经稀释液流道，以生成钠改性溶液，从而添加到透析液流动回路中。
[0032] 在任一实施例中，输入流体的pH值可大于7. 0。在任一实施例中，输入流体可以基 本上不含氨或铵离子。
[0033] 在任一实施例中，为了增大钠离子浓度而添加的、钠离子浓度高于透析液流动回 路中的透析液的钠离子浓度的任何流体都是由钠管理系统利用电容式去离子槽生成的钠 改性流体。
[0034] 在任一实施例中，为了降低钠离子浓度而添加的、钠离子浓度低于透析液流动回 路中透析液的钠离子浓度的任何流体都是由钠管理系统利用电容式去离子槽生成的钠改 性流体。
[0035] 在任一实施例中，用于改变透析血液中透析液的钠浓度的方法可控且相容。在任 一实施例中，提供了用于改变透析血液中透析液的钠浓度的方法，以便可选择性地计量透 析液流动回路中流入和流出的流体。在任一实施例中，提供了用于改变透析血液中透析液 的钠浓度的方法，以便可利用控制泵、水泵、盐化泵、酸浓缩液泵、替代流体泵中的任一个及 其组合选择性地计量透析液流动回路中流入和流出的流体。在任一实施例中，提供了用于 改变透析血液中透析液的钠浓度的方法，以便使透析液流动回路实现双向流动。
[0036] 可操纵连接到超滤液箱上的控制泵或超滤泵，以便将流体泵送到透析液流动回路 内或从中抽出。控制泵或超滤泵位于透析器下游与透析液再生单元上游之间的位置，其中， 沿流出方向操纵控制泵使得流体从透析器内膜体外侧上的血液中完全去除，从而生成超滤 液。超滤液可以添加到超滤液贮箱。沿流入方向操纵控制泵导致膜体外侧血液中流体的净 增加。可利用钠管理系统通过施加电场来改变输入流体的钠浓度以生成钠改性流体。钠改 性输入流体可以是透析液或超滤液，并且在钠管理系统内可将输入流体分为第一液流和第 二液流。钠改性流体可用于改变透析液。
[0037] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠浓度的方法或系统可使用电透析。
[0038] 在任一实施例中，方法或系统可控且相容。在任一实施例中，方法或系统可提供密 闭的固定容积。
[0039] 在任一实施例中，控制泵或超滤泵可连接到超滤液贮箱上，控制泵或超滤泵将流 体在介于透析器下游与透析液再生单元上游之间的位置泵送到透析液流动回路中或从中 抽出。
[0040] 在任一实施例中，沿流出方向操纵控制泵使得流体从透析器内膜体外侧上的血液 中完全去除，从而生成超滤液，该超滤液可添加到超滤液贮箱中，沿流入方向操纵控制泵导 致膜体外侧血液中流体的净增加。
[0041] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠浓度的方法或系统可使用进向渗透。
[0042] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可使用电容式去离 子。
[0043] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可利用反渗透来改 变超滤液废物中的钠浓度，并使用由此生成的钠改性流体来调节透析液中的钠离子浓度。
[0044] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可利用电透析来改 变超滤液的钠浓度，并使用由此生成的钠改性流体来调节钠离子。
[0045] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可通过电容式去离 子来改变超滤液的钠浓度，并使用由此生成的流体来调节钠离子。
[0046] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可通过反渗透来改 变来自于透析液或超滤液贮箱的液流的钠离子浓度，并可使用由此生成的流体来调节钠离 子。
[0047] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可通过电透析来改 变来自于透析液或超滤液箱的液流的钠离子浓度，并可使用由此生成的流体来调节钠离 子。
[0048] 在任一实施例中，用于控制透析液中钠离子浓度的方法或系统可通过电容式去离 子来改变来自于透析液或超滤液箱的液流的钠浓度，并可使用由此生成的流体来调节钠离 子。
[0049] 在任一实施例中，用于改变钠离子浓度的方法或系统可在透析液再生单元的上游 或下游添加钠改性流体。
【附图说明】
[0050] 图1是具有受控相容透析液回路和钠管理系统的透析液再生系统的流程图。
[0051] 图2是具有开放非固定容积的透析液回路和钠管理系统的透析液再生系统的流 程图。
[0052] 图3是具有受控相容透析液回路和钠管理系统的透析液再生系统的流程图，该钠 管理系统利用超滤液废物生成在透析液再生单元前输送的钠改性流体。
[0053] 图4是具有受控相容透析液回路和钠管理系统的透析液再生系统的流程图，该钠 管理系统利用超滤液废物生成在透析液再生单元之后输送的钠改性流体。
[0054] 图5是具有开放非固定容积透析液回路和钠管理系统的透析液再生系统的流程 图，钠管理系统利用透析液贮箱中的透析液生成在透析液再生单元之后输送的钠改性流 体。
[0055] 图6是包括电透析槽的钠管理系统的流程图，电透析槽具有浓缩物冲洗流动回路 和电极冲洗流动回路以及透析液或超滤液废物流入和流出稀释流。
[0056] 图7是电透析槽的流程图。
[0057] 图8是具有电透析槽的钠管理系统的流程图，电透析槽具有电极冲洗流动回路、 透析液流入和流出稀释流以及超滤液废物流入和流出浓缩流。
[0058] 图9是具有电透析槽的钠管理系统的流程图，电透析槽具有电极冲洗流动回路， 以及用于生成流入和流出稀释流和浓缩流的分开的超滤液废物流。
[0059] 图10是钠管理系统的流程图，该钠管理系统具有反渗透膜模块、位于称重传感器 上的流体贮箱以及透析液流入和流出流。
[0060] 图11是钠管理系统的流程图，该钠管理系统具有反渗透膜模块、流体贮箱、计量 泵以及透析液流入和流出流。
[0061] 图12是具有电容式去离子单元和透析液或超滤液废物流入和流出流的钠管理系 统的流程图。
[0062] 图13是钠管理系统的流程图，该钠管理系统具有两个电容式去离子单元、一个冲 洗流体用的流路以及透析液或超滤液废物流入和流出流。
[0063] 图14是具有反渗透模块以及超滤液废物或透析液流入和流出流的钠管理系统的 流程图。
[0064] 图15是具有受控相容过滤回路和钠管理系统的血液滤过再生系统的流程图。
[0065] 图16是具有受控相容透析滤过回路和钠管理系统的血液透析滤过再生系统的流 程图。
[0066] 图17是腹膜透析液再生系统和钠管理系统的流程图。
[0067] 在这些图和规范中，在图中标有相同编号的部件指同一部件。
【具体实施方式】
[0068] 定义
[0069] 除非另有规定，本文中使用的所有技术和科学术语通常具有与相关领域中普通技 术人员通常理解的含义相同的含义。在未考虑到上下文以及说明书、权利要求和附图的其 他部分提供的或使用的其他特定含义情况下，不得硬性解释此处提供的定义。
[0070] 冠词"a"和"an"在本文中用于指出冠词的一个或多于一个（即至少一个）语法 对象。举例来说，"一个元件"表示一个元件或多于一个元件。
[0071] 术语"酸或碱当量"指与当量酸相等的每摩尔酸中或与当量碱相等的每摩尔氢氧 根离子中施受等摩尔量的氢或水合氢离子的当量的酸或碱。
[0072] 术语"阳离子注入泵"过去在透析系统中被称为"酸浓缩液泵"，指一种用于传输或 控制流向和/或流出贮箱的、包含至少一种阳离子（如钙、镁和钾离子）的液流的泵。本发 明中使用了过去使用的术语"酸浓缩液泵"。
[0073] 术语"加酸"是指一种流体连通状态，能从酸来源中获得酸溶液并能使酸溶液连接 或进入到接收源或流路内。
[0074] "酸"既可以是阿伦尼乌斯酸，也可以是布朗斯特-劳里酸或路易斯酸。阿伦尼乌 斯酸是增大溶液中水合氢离子（H30+)浓度的物质或流体。布朗斯特-劳里酸是一种可作 为质子供体的物质。路易斯酸则是电子对受体。
[0075] 术语"活性碳"指一种表面积大于500m2/克的多孔碳材料。活性碳能够吸收若干 种物质，包括重金属，例如铅、水银、砷、镉、铬、铊等；氧化剂，例如氯和氯胺；氟化物离子； 废物，例如磷酸盐以及某些含氮废物，例如肌酐和尿酸。
[0076] 术语"给液"、"输送"和"引入"在上下文中可互换使用，用于表示将浓度可变的、 至少一种组分的水或透析液，包括电解质以及碱和/或碱土离子，引入到有需要的患者体 内，还可指将水、任何试剂或碱和/或碱土离子引入到其借以通过扩散、扩散膜横移或其他 方式进入患者血液的透析液或透析回路中。
[0077] 术语"防气阀"是指用于将气体与气液混合物分离开来的结构或指现有技术中已 知的任何其他分离方法。一个防气阀可包括一个允许气体经过但防止水通过的疏水膜。
[0078] 术语"白蛋白筛分系数"可以用来描述将要穿过膜片的白蛋白数量。
[0079] 术语"氨传感模块"和"氨检测器"指一种执行液体中氨和/或铵离子预定水平检 测或浓度测量的所有或部分功能的单元。
[0080] 术语"阴离子交换膜"指一层带有正电荷的膜，允许带有负电荷的离子（阴离子） 通过。
[0081] 术语"抗凝血剂"是一种防止或延迟血液凝固的物质，例如肝磷脂、法安明?和柠 檬酸钠。
[0082] 术语"大气压力"指系统运行时，系统附近环境中空气的局部压力。
[0083] 术语"碱浓缩液泵"指对流体溶液做功从而使流体流动来控制传输到回路中的碱 性溶液的容积。
[0084] 术语"碱浓缩物贮箱"指一个器皿或容器，可选择性地接到装有可变量的碱性流体 溶液的泵上。
[0085] 术语"基本模块"是指包括一条或多条流路的血液透析、血液透析滤过或血液滤过 装置的基本单元。作为实例，可包含在基本模块内的非限制性部件包括导管、阀门、泵、流体 连接端口、传感装置、控制器和用户界面。基本模块可被配置成与可再使用的或一次性的血 液透析、血液透析滤过或血液滤过模块相连接，从而形成至少一个完整的流体回路，例如透 析、清洗、消毒、预充或血液回洗回路。
[0086] "碱"可以是一种能够接受氢阳离子（质子）的物质或更普遍的是一种贡献一对 价电子的物质。可溶性如果包含并释放氢氧根离子（0H-)，则在被定量地称为碱。布朗斯 特-劳里理论将碱定义为质子（氢离子）受体，而更通用的路易斯理论将碱定义为电子对 供体，这使碱包括路易斯酸而非质子。[1]阿伦尼乌斯碱起到氢氧化物阴离子的作用，这只 严格适用于碱。
[0087] 术语"加碱"是指一种流体连通状态，能从碱来源中获得碱溶液并能使碱溶液连接 或进入到接收源或流路内。
[0088] 术语"碳酸氢盐缓冲液成分"指任何包含碳酸氢盐（HC03-)离子的成分或该成分 中任何数量、比例或pH的碳酸氢盐离子的共轭酸。碳酸氢盐缓冲系统是实现生物体（包括 人体）酸碱内环境稳定的一个重要缓冲系统。作为一个缓冲器，该系统倾向于维持相对恒 定的血浆pH并抵制任何会使其改变的外力。如以下反应所示，在该系统中，二氧化碳（C02) 与水结合形成碳酸（H2C03)，而碳酸迅速分解形成氢离子和碳酸氢根离子（HC03-)。二氧化 碳-碳酸平衡是在碳酸酐酶的催化作用下实现的；而碳酸-碳酸氢盐平衡是简单的质子离 解/结合，不需要催化剂。
[0089]
[0090] 根据勒夏特列原理，系统的任何扰动都将通过化学平衡转移来补偿。例如，如果有 人试图通过倾注多余的氢离子来使血液酸化（酸血症），则一部分氢离子将与碳酸氢盐结 合，形成碳酸，从而使酸度净增量比其他方式要小。
[0091] 术语"碳酸氢盐缓冲液浓缩物"是指浓度高于正常生理水平的、可即刻用来重新调 节透析液PH值的碳酸氢盐（HC03-)缓冲液成分（还可参见与其使用相关的碳酸氢盐缓冲 组分的定义）。
[0092] 术语"碳酸氢盐盒"指一个容器，可以是独立的容器或者可以是与血液透析、血液 透析滤过或血液滤过装置一体成型的容器。碳酸氢盐盒可以存储缓冲材料来源，例如碳酸 氢钠，并