Wasseraufbereitungsanlagen einer neuen Generation - Dialyse-Gesundheitsschäden wie Amyloidose verhindern

Der Name AB-Amyloidose leitet sich vom Beta₂-Mikroglobulin ab, einem Protein, das sich im Verlauf langjähriger 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.

Verhindert werden können endotoxininduzierte Gesundheitsschäden wie die Beta₂-Mikroglobulin-Amyloidose durch steriles, endotoxinfreies Dialysatreinwasser. Mithilfe neu entwickelter Wasseraufbereitungs- und Versorgungsanlagen, die Dialysegeräte jeden Typs versorgen können, ist es nun gelungen, die Beta₂-Mikroglobulinwerte zu reduzieren.

Bessere Reinwasserqualität durch neue Kunststoffmembran

Entwicklungsziel war, eine noch bessere Reinwasserqualität (koloniebildende Einheiten [KBE] < 8, Endotoxine unterhalb der Nachweisgrenze) auf Jahre oder Jahrzehnte konstant im System zu halten, um endotoxininduzierte 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 zur ständigen Durchströmung auch bei abgekoppelten Dialysegeräten durchspült 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 dafür nicht geeignet waren. Denn nach der thermischen Desinfektion der Membranen wurde deren Reinwasserleistung stetig geringer. Sie waren 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 nachdem die Membraneigenschaften nach diesen Dauertests unverändert blieben, wurden die Materialien für eine Prototypproduktion freigegeben.

Abb. 1 Endotoxine unterhalb der Nachweisgrenze

Abb. 2 Geringe Keimzahlen

Abb. 3 Konstante Permeatqualität

Abb. 4 Ganzheitliches Herco-System

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 war je nach Material der Ringleitung ein Temperaturverlust von 2-5°C je 100 Meter Leitungslänge nachzuweisen. Die Energiebilanz war bei der Verwendung eines vernetzten Polyethylens wesentlich besser als beim Einsatz von Edelstahl. Um jedoch über die komplette Ringleitungslänge eine konstante Temperatur zwischen 90 und 95°C zu erzielen, war es unumgänglich, einzelne Nachheizelementen zu verwenden.

Ebenso wichtig war die unterschiedliche Wärmeausdehnung der einzelnen Materialien. Bei Standardverbindungen zeigten sich nach einiger Zeit vermehrt Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen. Erst Verbindungselemente, die 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 den Diagrammen aufgezeichneten, beständigen Reinwasserwerte.

Gerhard Jäger, Freiberg

Dieser Beitrag entstand mit freundlicher Unterstützung der Herco Wassertechnik GmbH, Freiberg

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 wird danach mit der thermisch desinfizierten Membran zu erzielen sein? 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?