Wasserqualitätssicherung in der Dialyse - Gesundheitsschäden wie Amyloidose verhindern

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Die AB-Amyloidose leitet sich vom Beta₂-Mikroglobulin ab, einem Protein, das sich im Verlauf einer langjährigen Dialyse im Blut anreichert. Die Ablagerung der abnorm veränderten Proteine als Fibrillen bzw. Amyloide im Interstitium führt typischerweise zu einem Karpaltunnelsyndrom sowie zu schmerzhaften Ablagerungen in den Gelenken. Steriles, endotoxinfreies Dialysatreinwasser kann endotoxininduzierte Gesundheitsschäden wie die Beta₂-Mikroglobulin-Amyloidose verhindern. Um die Beta₂-Mikroglobulinwerte zu reduzieren, entwickelten die Ingenieure der Herco Wassertechnik GmbH eine neue Generation von Wasseraufbereitungs- und Versorgungsanlagen, die Dialyseanlagen jeden Typs versorgen können.

Bessere Reinwasserqualität durch neue Kunststoffmembran

Das Entwicklungsziel war, eine noch bessere Reinwasserqualität (koloniebildende Einheiten (KBE) < 8, Endotoxine unterhalb der Nachweisgrenze) auf Jahre oder Jahrzehnte konstant im System zu halten, um Endotoxin induzierte Gesundheitsschäden der Patienten zu minimieren. Trotzdem sollten keine zeitaufwendigen chemischen Desinfektionen notwendig werden. Die ganzheitliche thermische Desinfektion des kompletten Versorgungssystems findet bei der Neuentwicklung regelmäßig vollautomatisch statt. Sie beginnt mit der Umkehrosmose, der Ringleitung bis hin zu den totzonenfreien Maschinenzulaufschläuchen, die als Doppelschlauch auch bei abgekoppelten Dialysegeräten ständig durchströmt werden.

Nur ausgewählte Kunststoffe oder hochwertige Metalle sind temperaturbeständig genug, um den Druck- und Temperaturanforderungen der thermischen Desinfektion gerecht zu werden. Für die Armaturen und die Verbindungselemente wurde ein hochwertiger Edelstahl ausgewählt. Die ersten Versuche, die Umkehrosmosemembranen thermisch zu reinigen, zeigten schnell, dass die herkömmlich verwendeten Membranen hierfür nicht geeignet sind. Denn nach der thermischen Desinfektion der Membranen wurde deren Reinwasserleistung stetig geringer. Sie sind also thermisch nicht ausreichend belastbar.

In Zusammenarbeit mit verschiedenen Forschungsinstituten ermittelten die Ingenieure daher ein Membranmaterial, bei dem diese Eigenschaften nicht auftraten. Um die Lebensdauer und die Belastbarkeit zu testen, wurde das Material gemäß den in der Kunststoffproduktentwicklung üblichen Alterungstestverfahren unterzogen. Anschließend wurde das Material 200 000-mal mit Druck und Temperatur belastet. Erst als die Membraneigenschaften nach diesen Dauertests unverändert blieben, wurden die Materialien für eine Prototypproduktion freigegeben.

Wichtige Fragen der Entwicklungsphase

• Welche Materialien sind einzusetzen, um thermisch desinfizieren zu können?

• Sind die Umkehrosmosemembranen thermisch belastbar und wie lange wird die Standzeit der Membranen sein?

• Hat die thermische Belastung Auswirkungen auf die Porengröße der Umkehrosmosemembranen, und welche Reinwasserqualität kann man danach mit der thermisch desinfizierten Membran erzielen?

• Welche Maßnahmen sind erforderlich, um die komplette Ringleitung über deren gesamten Verlauf auf einer Temperatur von 90-95 °C zu halten?

• Wie wird sich die Wärmeausdehnung der verschiedenen Materialien auf die Dichtigkeit und die Lebensdauer des kompletten Systems auswirken?

Wärmeisolierung und neue Verbindungselemente

Wie sich bei der thermisch desinfizierbaren Ringleitung zeigte, ist die Isolierung einer der wichtigsten Faktoren. Selbst bei einer 100 %igen Isolierung kam es je nach Material der Ringleitung zu einem Temperaturverlust von 2-5 °C pro 100 Metern Leitungslänge. Wesentlich besser als bei Edelstahl war die Energiebilanz bei der Verwendung eines vernetzten Polyethylens. Um jedoch über die komplette Ringleitungslänge eine konstante Temperatur zwischen 90 und 95 ° C zu erzielen, mussten einzelne Nachheizelementen verwendet werden.

Ebenso wichtig war die unterschiedliche Wärmeausdehnung der einzelnen Materialien. Bei Standardverbindungen wurde die Leitung nach einiger Zeit an den Verbindungsstellen vermehrt undicht. Erst Verbindungselemente, welche die unterschiedliche Wärmeausdehnung der verschiedenen Materialien bei hohen Temperaturschwankungen ausgleichen, lösten diese Leckageprobleme. Bei langen Ringleitungen fangen zusätzliche Dehnungsschenkel die temperaturbedingten Längenausdehnungen auf.

Im Testbetrieb überzeugte die komplett thermisch desinfizierbare Reinwasserversorgung mit ihren Ergebnissen, die im täglichen Dialysebetrieb immer wieder bestätigt werden. Denn alle nach diesem Verfahren gebauten Anlagen zeigen konstant die in Abbildung [1] aufgezeichneten, beständigen Reinwasserwerte.

Abb. 1 Die Zahl der kolonienbildenden Einheiten im Permeatring bleibt konstant unter 4 KBE/ml und somit sogar deutlich unterhalb des Entwicklungsziels.

Gerhard Jäger, Freiberg

Dieser Beitrag entstand mit freundlicher Unterstützung der Astellas Pharma GmbH, München Die Beitragsinhalte wurden nach Informationen der Astellas Pharma GmbH zusammengestellt. Die Autorin ist Mitarbeiterin von pharma conzept, Germering