Что такое искусственная почка и цель ее применения
Имплантируемая искусственная почка: обзор сегодняшнего состояния технологии
Трансплантация почек является предпочтительным методом лечения хронических заболеваний почек, но их нехватка, рост числа больных с хроническими заболеваниями этого органа и быстрое развитие заболевания делают большинство пациентов зависящими от диализа. Поскольку диализ резко влияет на образ жизни пациентов, большие надежды возлагаются на развитие искусственных почек, хотя их использование в настоящее время затруднено серьезными опасениями по поводу безопасности. С другой стороны, пациенты с гемодинамической нестабильностью, как правило, не переносят лечение прерывистым диализом из-за их неспособности адаптироваться к изменяющемуся сценарию непредвиденных событий.
Предполагается, что искусственная почка предоставит пациентам с хроническим заболеванием почек новый вариант, выходящий за рамки краткосрочного решения почечного диализа и дорогостоящей пересадки почки. Сегодня разработки в этой сфере ведутся как с целью создания носимого устройств, так и имплантируемого варианта искусственной почки.
В этом обзоре мы обсудим последние достижения в области разработки имплантируемой искусственной почки.
Имплантируемая искусственная почка, которую разрабатывают сегодня несколько коллективов ученых, похожа на существующий экстракорпоральный аппарат почечной помощи, который представляет собой биологически искусственную почку, сочетающую в себе мембранный гемофильтр и биореактор для функционирования в качестве здоровой почки. Однако такое устройство должно быть небольшим, обладать высокой эффективностью фильтрационных мембран, должна быть способна регулировать кровоток и стабилизировать необходимые компоненты. Имплантируемая искусственная почка должна быть способной воспроизводить работу настоящей почки, устранять необходимость в диализе и не требовать постоянного врачебного контроля. Кроме того, ее использование не должно требовать применения иммунодепрессантов и лекарств.
Это в идеале, а что же мы имеем сегодня в действительности?
Kidney Project (Калифорнийский университет в Сан Франциско)
Самая известная разработка в этой сфере ведется в рамках Kidney Project, в котором работают специалисты Калифорнийского университета из Сан-Франциско и университета Вандербильта (США). Они разработали имплантат размером с кофейную чашку, который способен выполнять функции почки и стать великолепным решением для пациентов с хроническим заболеванием почек. Это не очень большое хирургически имплантированное устройство состоит из высокопроницаемого фильтрационного блока и клеток почек человека.
Фильтрующий компонент имеет микропоры, которые могут иметь индивидуальную форму для того, чтобы выполнять определенные задачи. Эти фильтры могут располагаться один за другим, каждый из которых будет выполнять разную функцию фильтрации. Всего устройство содержит в себе пятнадцать таких фильтров, помещенных один поверх другого. Между такими фильтрами и вокруг них находятся живые клетки почки, которые выполняют функции, которые искусственные компоненты выполняют недостаточно хорошо, включая реабсорбцию питательных веществ и избавление от накопленных отходов. Поскольку такое гибридное биологическое устройство будет размещаться вне досягаемости иммунной реакции организма, оно будет таким образом защищено от отторжения человеческим телом.
Т.е. устройство содержит живые клетки, оно теоретически может не только фильтровать кровь, но и выполнять другие важные функции настоящей почки, такие как выделение гормонов для контроля кровяного давления.
Кроме фильтров, которые разделяют различные субстанции в крови, в состав имплантата входит «биореактор», который обрабатывает ультрафильтрат, выделяет из него сахар и соли, которые возвращает в кровь. В этом процессе вода реабсорбируется также обратно в тело, а ультрафильтрат превращается в «мочу», которая направляется в мочевой пузырь для удаления из организма. Эти устройства помещены в прочный корпус, покрытый пленкой из материала, который безопасен для использования внутри нашего тела. Имплантат соединен трубками с расположенными рядом венами и мочевым пузырем.
Питание устройство получает за счет давления крови пациента и этот прибор не требует использования внешних трубок или кабелей, которые сегодня ассоциируются с носимой искусственной почкой.
Очищенная кровь возвращается в систему кровообращения через вены, подключенные к имплантату, а отходы перемещаются в мочевой пузырь через соответствующую трубочку. Все элементы, через которые проходит кровь, имеют покрытие, которое должно препятствовать образованию тромбов. Кроме того, образованию тромбов препятствует специальном образом разработанная схема кровотока внутри системы.
Отметим, что при этом пациенты все равно должны принимать гормональные добавки, которые они используют при прохождении процедур диализа.
Тестирование рабочего прототипа предполагается провести в 2020 году.
USKRC
Недавно компания American Kidney Research Corporation (USKRC) объявила о разработке, как они утверждают, «первой в мире» имплантируемой искусственной почки. В этом устройстве применяется метод производства синтетической мочи с использованием технологии очистки крови с помощью деионизации, которая является первой в своем роде. Он включает в себя процессы фильтрации и ионного транспорта, которые аналогичны процессам, происходящим в человеческой почке.
Разработку, которую финансирует USKRC, ведут ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе и университета Арканзаса.
По словам разработчиков системы,
В крови есть различные ионы и вещества, в том числе натрий, калий, мочевина и вода, которые необходимо транспортировать, либо в кровь, либо в мочевой поток, и в соответствующих количествах в течение определенного периода времени. Для этого необходимо создать ионную транспортную систему и систему транспортировки воды, что мы и сделали. Вот почему мы смогли создать синтетическую мочу.
Система предназначена для удаления мочи со скоростью, сравнимой с той, какую обеспечивает здоровая почка, выдавая примерно то же количество воды, которое потребляется в данный день. Она включает в себя датчики обратной связи и настраиваемое программное обеспечение для контроля изменений в биохимии крови.
Стандартные диализные аппараты подвергают кровь диализату через мембрану; разница между составом диализата и кровью определяет, какие ионы выходят из организма и попадают в диализат. В отличие от диализа, при таком подходе не требуется очищенная вода или диализат, которые усложняют работу врачей и жизнь пациентов.
Недавно прототип такого устройства был испытан на животных, в том числе на свиньях, у которых работа почек очень похожа на функционирование этого органа у человека.
Результаты тестирования показали, что технология позволяет измерять (и, вероятно, в будущем контролировать) уровень калия, удаляемого из крови и затем переносимого в искусственную мочу под контролем компьютера. В настоящее время прототип этого устройства представляет собой носимый прибор размером с небольшой чемодан, который в ближайшем будущем предполагается усовершенствовать, существенно уменьшить, обеспечить его биосовместимость для обеспечения возможности его имплантации в человеческое тело.
Причина, по которой эта технология меняет правила игры, говорят разработчики, заключается в способности очищать кровь пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности без использования процедур диализа. Это меняет методологию, практикуемую десятилетиями, что приводит к изменению парадигмы.
В ближайшем будущем разработчики планируют дорабатывать каждый из компонентов своего устройства. Он намерены изменить ультрафильтр, чтобы пациенту не понадобился гепарин или антикоагулянт. Кроме того, они планируют перепроектировать ультрафильтр так, чтобы в самом фильтре были компоненты, которые будут препятствовать свертыванию крови и улучшить электродеионизационные узлы.
Qidni Labs
Компания, Qidni Labs создает полностью имплантируемую искусственную почку, которая использует систему нанофильтрации для имитации функции органа. Разработанный специалистами фирмы прототип уже хорошо зарекомендовал себя при имплантации в свиней.
По утверждению разработчиков это устройство будет непрерывно фильтровать кровь пациента в течение многих лет, не требуя обслуживания и очистки, что позволит навсегда освободить пациента от аппаратов диализа.
На базе этой технологии компания также планирует выпустить носимый миниатюрный диализный аппарат, который, по видимости, появится на рынке раньше имплантируемого устройства. В настоящее время Qidni Labs тестирует свои устройства и, если все пойдет по плану, разработчики ожидают, что эти приборы выйдут на рынок через четыре-пять лет.
Сейчас проект находится на доклинической стадии.
Выращенные в лаборатории живые почки
При здоровых почках, имеющих около 1 миллиона нефронов каждая, процесс должен был бы масштабироваться, чтобы вырастить целые органы, готовые к трансплантации. Достоинство использования собственных стволовых клеток пациента заключается в том, что это может помочь избежать отторжения его организмом выращенной в лаборатории почки (что может произойти с сегодняшними пересадками почек).
Это исследование находится в самом начале, и требуется еще очень много работы, но способность выращивать нефроны в лаборатории уже является выдающимся достижением.
Показания к процедуре гемодиализа, противопоказания
Искусственная почка — это аппарат, который позволяет на время заменить работу почек посредством процедуры гемодиализа. Без его помощи уже многих пациентов, страдающих от почечной недостаточности (как острой, так и хронической) уже не было бы в живых.
Дело в том, что при такой патологии мочевыделительные органы не в состоянии работать на полную мощность, поэтому токсические продукты, образующиеся в результате обменных процессов, остаются в крови и отравляют организм.
Почки человека при нормальном состоянии могут выводить все продукты обмена и балластные вещества из организма. Но бывают ситуации (например, почечная недостаточность), когда органы не справляются со своей задачей, и происходит накопление в крови токсических веществ.
Их высокий уровень может привести к отравлению организма и гибели человека. В таком случае помогает только пересадка почки или регулярное проведение очистки крови. Эта процедура и называется гемодиализ.
Как устроен аппарат искусственной почки
Основа устройства для проведения гемодиализа заключается в перемещении веществ через специальную мембрану, с одной стороны которой находится кровь больного, а с другой — особый диализирующий раствор. При создании разницы давления из организма удаляется избыток жидкости и вредные вещества.
Аппаратура имеет три основные составляющие:
Состав раствора имеет сходство с кровяной плазмой. Его корректируют в зависимости от качества и количества электролитов. Чтобы отрегулировать удаление жидкости в растворе для диализа меняют концентрацию натрия.
Для чего и кому назначается процедура гемодиализа
Гемодиализ — это довольно сложная процедура. Для того чтобы понять, что это такое, рассмотрим показания к ее проведению. Она совершенно необходима в следующих случаях:
Все эти состояния могут при отсутствии принятия мер привести к смерти больного. А при ХПН гемодиализ является единственным способом продлить жизнь пациента.
В реанимации аппарат используется при следующих ситуациях:
При этих патологиях наступает острая почечная недостаточность, которая и купируется при помощи аппарата искусственной почки.
Необходимость в проведении диализа возникает и при процессах, которыми сопровождается хроническая недостаточность почек:
Особенно жизненно необходимо использование процесса очищения крови при двустороннем поражении, так как при наличии здоровой почки она может брать на себя функцию больного органа.
Противопоказания к гемодиализу
Существуют относительные и абсолютны противопоказания к проведению гемодиализа. В первом случае это — туберкулез легких в его активной форме и заболевания, которые могут приводить к массированным кровопотерям.
Ни в коем случае такая очистка крови не проводится некоторых заболеваниях:
С большой осторожностью проводится процедура лицам, которые страдают от обструктивных заболеваний легких. В самом крайнем случае назначается использование гемодиализа у больных с возможным развитием спонтанного кровотечения.
Как работает искусственная почка
Существует насколько видом таких аппаратов, но принцип устройства их одинаков. Средний вес устройства составляет около 80 килограммов. Кровь пациента проходит в нем через особый фильтр, и уже в очищенном виде поступает обратно в организм.
Для этого всем больным, нуждающимся в проведении гемодиализа, формируют фистулу, которая соединяет вену и артерию. Именно из нее проводится забор крови в аппарат, и возвращение ее в сосудистое русло.
Есть и другой способ для улучшения соединения с искусственной почкой. Это установка постоянного (сроком на два года) или временного катетера, для которого используются крупные вены в паху или в области шеи.
Выбор между двумя способами подключения выбирает только врач. Если необходимо сформировать из двух сосудов фистулу, то это является прерогативой сосудистого хирурга.
Физический принцип работы устройства заключается в использовании разницы осмотического давления и диффузионного проникновения низкомолекулярных веществ через мембрану. Таким способом устраняются из крови вещества, которые не могут выводиться больными почками.
Для отделения шлаков от необходимых элементов крови используется мембрана или трубка, изготовленная из целлофана. С целью быстрого поступления крови через фистулу или катетер применяется насос.
Он закачивает ее в камеру диализатора, где находится мембрана и раствор. После прохождения через них, кровь возвращается в обычное русло. Несколько часов такой процедуры позволяет добиться значительного улучшения состояния.
Метод проведения
Для каждого больного частота и длительность проведения процедуры определяется врачом в строго индивидуальном порядке. Чаще всего очищение проводится трижды за неделю, а длительность гемодиализа составляет 5 часов.
Так как в системе аппарата можно менять виды мембран, то это позволяет разнообразить программы очистки, которые могут быть ежедневными (по два часа) и двухразовыми в неделю. При некоторой сохранности функции почек гемодиализ проводится немного реже, так как в этом случае частично выведение токсических веществ происходит.
Обыкновенно для проведения больной должен приходить в медицинское учреждение. Но современная наука не стоит на месте, и появляются портативные аппараты, позволяющие делать очистку крови на дому. Это позволяет человеку не так зависеть от времени, при этом не страдает и его привычный порядок жизни.
Существует аппаратура, с которой пациент может выезжать из дома и даже путешествовать. Пока широкое распространение этот вид почечного диализа получил только за рубежом.
Перед началом процедуры больному нужно поставить фистулу, катетер или трансплантат. Фистулу делают из собственных сосудов, и они позволяют получить прямое соединение венозной и артериальной крови. Локализация фистулы обычно на предплечье.
Использование с этой целью специальной трубки носит название трансплантата, который соединяет вену и артерию. Но при этом возрастает число осложнений.
Иногда врач устанавливает пациенту катетер, для проведения гемодиализа в него вставляется игла. Такой вид доступа удобен только в случае необходимости проведения однократной процедуры.
Какая требуется диета
При постоянном проведении гемодиализа необходимо соблюдение особой диеты. Продукты в рационе больного подбираются, исходя из определенных правил:
Если в период лечения пациент нарушил предписания по ограничению жидкости или соли, то об этом нужно сразу сообщить врачу. Это позволит ему провести диализ почек в определенном режиме, и восстановить гомеостаз.
Что дает применение аппарата искусственной почки
Аппарат позволяет полностью компенсировать нарушения, связанные с почечной недостаточностью. Он берет на себя функцию, характерную для здоровой почки, а именно:
Возможные осложнения после гемодиализа
Проведение гемодиализа может быть сопряжено с рядом осложнений:
Среди побочных эффектов встречаются аллергические реакции, тошнота и рвота, развитие судорожного синдрома.
Что такое искусственная почка и цель ее применения
Сущность гемодиализа заключается в том, что кровь больного поступает в диализатор аппарата «искусственная почка», где она очищается от излишков накопившихся в организме продуктов азотистого метаболизма, а затем возвращается в кровяное русло организма.
В тех случаях, когда требуется проводить многократный гемодиализ, больному накладывают специальный артерио-венозный шунт или артерио-венозную фистулу, с помощью которых его, когда это необходимо, подключают к аппарату.
В аппарате «искусственная почка» можно выделить следующие основные узлы: диализатор с кровопроводящими магистралями, кровяной насос, блок электронного контроля за параметрами крови и диализата, блок подготовки и слива диализата.
Диализатор состоит из трех опорных пластин и двух разделов, называемых «полости диализата» и «полости крови». Полости диализата и крови отделены друг от друга мембранами. По полости диализата протекает диализат, а по полости крови тонким слоем протекает кровь. Таким образом, диализат омывает полость крови. Следующим узлом «искусственной почки» является кровяной насос. Он служит для нагнетания крови по магистралям из артерии в диализатор и для возвращения ее после очищения в кровяное русло больного через вену.
Очень важный узел аппарата — блок электронного контроля за параметрами крови и диализата (монитор). С его помощью обеспечивается контроль за целостью мембраны. Даже при ее прорыве и попадании в диализат небольшого количестве крови автоматически срабатывают электронные датчики, останавливается кровяной насос и прекращается поступление диализата. Контролируется также давление крови в системе аппарат — большой, скорость кровотока.
По диализирующей жидкости контролируется температура, концентрация раствора, скорость движения диализата, величина отрицательного давления в диализаторе. В случае каких-либо нарушений в системе или отклонений от заданных параметров немедленно включается световой и звуковой сигнал тревоги. Тогда до устранения обнаруженного дефекта гемодиализ прекращается. Такова принципиальная схема аппарата «искусственная почка». В чем суть диализа? Он происходит за счет избирательной диффузии и разницы осмотических давлений с обеих сторон мембраны, то есть в полости крови и полости, диализата. После соединения больного с аппаратом кровь из артерии с помощью кровяного насоса по входной кровопроводящей магистрали поступает в полость крови диализатора и протекает в стерильных условиях между двумя слоями мембраны с положительным давлением. С наружной стороны мембрана омывается диализирующим раствором с отрицательным давлением.
Подготовка больного к гемодиализу представляет сапожную задачу. Это объясняется тем, что у больных, нуждающихся в лечении «искусственной почкой», обычно имеются серьезные нарушения функций ряда внутренних органов, а при травмах и ожогах нередко больные оказываются в состоянии шока. Столь разнообразные патологические состояния заставляют врача индивидуально готовить каждого больного к операции гемодиализа.
Что такое искусственная почка и цель ее применения
Искусственная почка
Почки в организме человека выполняют целый ряд важнейших функций. Это выведение конечных продуктов обмена веществ из организма, поддержание баланса кислот и щелочек, воды и электролитов, стабилизация осмотического давления. Почки выполняют секреторную функцию, в частности, синтезируют вещества, влияющие на тонус сосудов, свертывающие и противосвертывающие процессы, принимают участие в процессе кроветворения. В почках происходит образование мочи, посредством которой организм избавляется от накопленных токсических продуктов.
Почечная недостаточность – патологическое состояние, для которого характерной является полная или частичная утрата функций почек, в результате чего в организме запускаются механизмы разрушения. Хроническая почечная недостаточность может стать следствием нелеченных или недостаточно пролеченных заболеваний почек, гипертонической болезни, системных заболеваний, подагры, сахарного диабета, опухолевых процессов. Гемодиализ и искусственная почка являются наиболее эффективными методами лечения пациентов с диагнозом хроническая почечная недостаточность.
Что такое гемодиализ?
Зачем нужна искусственная почка?
Искусственная почка показана при следующих патологических процессах:
Гемодиализ имеет и ряд противопоказаний к применению, которые можно разделить на группы абсолютных и относительных. К абсолютным противопоказаниям относят возраст пациента старше 80 лет, когда у пациента имеется сахарных диабет, возрастной ценз снижается до 70 лет. Кроме того, искусственная почка не применяется у пациентов с инкурабельными злокачественными опухолями, при хроническом гепатите и циррозе печени, значительном поражении системы крови, сердечно-легочных заболеваниях в стадии декомпенсации, при тяжелых неврологических заболеваниях и психических расстройствах. К относительным противопоказаниям относят туберкулез в активной фазе, заболевания, сопровождающиеся высоким риском кровотечения (гемодиализ проводится после стабилизации состояния пациента).
Пройти комплексную диагностику и лечение (гемодиализ, искусственная почка) Вы можете в Центре нефрологии и диализа.
Для получения подробной информации и записи на прием обращайтесь к нам по телефону контакт-центра: (495) 925-02-02 (круглосуточно).
ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧКА
ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧКА — аппарат для выведения из организма токсических продуктов обмена и экзогенных ядов, а также для регуляции электролитно-водного баланса и кислотно-щелочного равновесия посредством диализа и ультрафильтрации крови.
Искусственная почка временно замещает функции почек по поддержанию гомеостаза (см.), но не моделирует почечные процессы (клубочковую фильтрацию, канальцевую реабсорбцию и секрецию и др.) и инкреторную функцию.
Гемодиализ (см.) — освобождение крови от кристаллоидов благодаря избирательной диффузии веществ через полупроницаемую мембрану. В Искусственной почке эта мембрана отделяет стерильную кровепроводящую систему от нестерильной системы, проводящей диализирующий р-р. В зависимости от проницаемости мембраны, ее площади, конструкции аппарата, температуры р-ра, разности концентраций веществ по обе стороны мембраны, размера и формы их молекул и др. диализ разных веществ в различных типах И. п. происходит неодинаково быстро.
Ультрафильтрация (см.) — удаление из организма воды вследствие разницы гидростатического и осмотического давления по обе стороны полупроницаемой мембраны. Необходимый для ультрафильтрации градиент давления достигается в И. п. гл. обр. за счет положительного давления в кровепроводящей системе и отрицательного давления в системе диализирующего р-ра. Процесс удаления воды можно усилить, увеличив осмотическое давление диализирующего р-ра за счет добавления осмотически активных веществ (глюкоза, маннитол).
Содержание
История
Работы по созданию И. п. начались с исследования Абеля (J. J. Abel) и сотр. (1913), которые разработали первый прототип аппаратуры для гемодиализа, названный «искусственная почка». Аппарат представлял собой ряд трубок, сделанных из полупроницаемой мембраны (коллодий), размещенных в стеклянном цилиндре и объединенных в общий коллектор у начала и конца цилиндра. Цилиндр заполняли физиол. р-ром поваренной соли (диализирующий р-р). Аппарат присоединяли к кровеносным сосудам животного, обеспечивая циркуляцию крови через него за счет АД. Для предотвращения свертывания крови вводили антикоагулянт гирудин. Проведенные исследования показали, что из крови можно удалять продукты метаболизма и токсические вещества экзогенного происхождения. Эти исследования имели большое научное значение, однако аппаратура и методика ее применения были весьма несовершенны.
Нехелес (H. Necheles, 1923) впервые применил созданное им устройство, в к-ром для удаления продуктов белкового метаболизма у собак с экспериментальной уремией в качестве полупроницаемой мембраны использовалась брюшина. Первое применение И. п. у человека было осуществлено Хаасом (G. Haas, 1925— 1927). Созданный им аппарат был использован для лечения уремической интоксикации. Несмотря на отсутствие явного клин, эффекта, удалось отметить удаление с р-ром нек-рого количества метаболитов азотистого обмена. В работах Хааса впервые для продвижения крови через аппарат был использован специальный насос. Для создания искусственной гемофилии во время гемодиализа Лим (Р. К. S. Lim) и Нехелес (1926) впервые применили гепарин (см.) вместо использовавшегося ранее токсичного и трудностандартизируемого гирудина.
Серьезной трудностью в создании И. п. долгое время оставалось отсутствие полупроницаемой мембраны, отвечающей требованиям гемодиализа. Многочисленные варианты таких мембран (коллодий, плавательный пузырь рыб, брюшина теленка и др.) в силу нестандартности и низкой механической прочности оказались неприемлемыми для широкого использования. Эта задача была решена Талхаймером (W. Thalhimer, 1938), впервые предложившим и испытавшим для этой цели целлофан.
Накопленный опыт, особенно применение гепарина и целлофана, создали необходимые предпосылки для разработки первого пригодного для широкого клин, применения варианта аппарата И. п., созданного в 1943 г. врачом У. Колффом в содружестве с инженером Берком (Н. Berk). Вскоре Н. Альваллем (1946) была создана И. п., к-рая наряду с диализом могла обеспечивать и ультрафильтрацию. В последующие годы лечение с помощью И. п. начало применяться во все более широких масштабах. Было создано большое число моделей, отличающихся по конструкции ряда основных узлов.
В нашей стране создание аппарата И. п. было начато в 1955 г. по инициативе акад. В. В. Ларина. Впервые аппарат И. п. для лечения больных почечной недостаточностью был применен в начале 1958 г. А. Я. Пытелем, Н. А. Лопаткиным, а первый советский аппарат, созданный группой врачей и инженеров (М. Г. Ананьев, Ю. Г. Козлов, Е. Б. Горбовицкий и др.),— в 1960 г.
Основные элементы
Все аппараты И. п., несмотря на разнообразие конструктивных решений, имеют одинаковую принципиальную схему и состоят из следующих основных элементов: 1) диализатор; 2) перфузионное устройство для продвижения крови через аппарат; 3) устройство для приготовления и подачи в диализатор диализирующего р-ра; 4) устройства, контролирующие и регулирующие основные технико-медицинские параметры гемодиализа (монитор).
Диализатор (гемодиализатор). Разработано и используется значительное число различных вариантов диализаторов, отличающихся по конструкции, используемым материалам и мембранам (цветн. рис. 1—4). Все они могут быть разделены на основные группы: диализаторы в форме барабанов (подвижных и неподвижных); в форме катушек; диализаторы пластинчатого типа; капиллярные.
Первая И. п., разработанная У. Колффом, имела диализатор в форме вращающегося барабана, на который спирально в один слой была намотана целлофановая трубка. Кровь в трубке перемещалась по принципу винта Архимеда. Хотя диализатор Колффа и диализаторы с неподвижным барабаном (Альвалля, Баттезатти, Меллера) из-за их громоздкости, сложности сборки, большого объема первичного заполнения и других недостатков практически не используются, они были основой для последующих разработок.
Диализаторы катушечного типа, разработанные У. Колффом и Уочингером (В. Watchinger) в 1956 г., представляют собой трубку из полупроницаемой мембраны, намотанную в несколько слоев на твердую основу цилиндрической формы. Для предотвращения увеличения объема трубки при циркуляции через нее крови она с двух сторон ограничена пластиковыми сетками, не затрудняющими в то же время контакт между мембраной и диализирующим р-ром.
Диализаторы пластинчатого типа впервые разработаны Скеггсом и Леонардсом (L. Т. Skeggs, J. R. Leonards, 1948). В этих диализаторах основными элементами конструкции служат листы полупроницаемой мембраны, которые закрепляются между пластинами из полимера, снабженными продольными канавками, с помощью которых при заполнении диализатора кровью формируется ее направленный поток. Снаружи полупроницаемая мембрана омывается диализирующим р-ром. Объединяя необходимое число упомянутых выше конструктивных элементов, можно получить диализаторы с заданной рабочей площадью. К числу пластинчатых диализаторов относятся модели Kiil, Gambro, Rhone — Poulenc, a также диализаторы, использующиеся в отечественных аппаратах И. п. (АИП-140, Диахрон-80, СГД-6, Диацентр-1 и др.).
Широкое применение находят так наз. капиллярные диализаторы. Их основой являются тонкостенные (11—30 мкм) капилляры из полупроницаемой мембраны с внутренним диаметром порядка 200—260 мкм. Объединенные в пучки, содержащие тысячи таких трубок, они помещаются в цилиндрические футляры из прозрачного пластика. В начале и конце такого цилиндра все промежутки между капиллярами герметизируются специальным составом, отделяя т. о. кровепроводящую систему от системы циркуляции диализирующего р-ра, поступающего через боковые штуцеры цилиндра.
Полупроницаемые мембраны, используемые в И. п., являются важнейшим функциональным элементом аппарата. От их особенностей в основном зависят эффективность И. п. и ее безопасность для больного. Существуют следующие основные требования к мембране, она должна:
1) не оказывать неблагоприятного действия на кровь и не выделять при контакте с нею токсических продуктов (на полупроницаемую мембрану приходится не менее 95% всей инородной поверхности, с к-рой соприкасается кровь при прохождении через И. п.); 2) обеспечивать эффективное удаление метаболитов и токсических продуктов экзогенного происхождения; 3) обеспечивать нужную скорость ультрафильтрации; 4) не пропускать белок; 5) обладать высокой прочностью, предотвращающей разрыв мембраны при механических нагрузках и температурном режиме.
Большинство применяемых мембран изготавливают из производных целлюлозы (целлофан, купрофан, нефрофан и др.). Размеры пор в этих мембранах составляют 1,5—2,5 нм, толщина мембран колеблется от 10 до 20 мкм. Мембраны существенно отличаются по диализирующей активности и способности к ультрафильтрации, что позволяет осуществлять их рациональный подбор при проведении гемодиализа.
Определенное место в развитии уремического синдрома отводится так наз. среднемолекулярным метаболитам, хим. природа которых не расшифрована. В связи с этим были разработаны (на основе полиакрил-нитрила и некоторых других полимеров) мембраны, характеризующиеся значительно более высокими показателями очищения среднемолекулярных веществ по сравнению с обычными мембранами для гемодиализа. Эти мембраны обладают в несколько раз большей ультрафильтрационной активностью, что позволяет удалить при гемодиализе большее количество жидкости (до нескольких литров в час), а также использовать их в специальных ультрафильтраторах (например, для резкого уменьшения объема асцитической жидкости перед ее реинфузией). Однако в большинстве случаев чрезмерно высокая ультрафильтрационная активность этих мембран создает трудности, связанные с необходимостью тщательно контролировать потери жидкости при гемодиализе и своевременно компенсировать избыточные ее потери. Проводятся исследования, направленные на создание мембран, которые обладали бы высокой очищающей способностью по отношению к среднемолекулярным метаболитам и при этом сохраняли бы ультрафильтрационную активность, близкую к активности мембран из купрофана и др. Вместе с тем мембраны с высокими показателями ультрафильтрации могут оказаться незаменимыми для разрабатываемого нового типа аппарата И. п., действие к-рого основано на принципе диафильтрации.
Диализаторы выпускаются с различной площадью диализной поверхности (от 0,24 до 2,5 м2) в соответствии с особенностями их применения (напр., с небольшой площадью для педиатрической практики и т. д.). В зависимости от этого меняются очищающая и ультрафильтрационная мощность, а также другие параметры (напр., объем первичного заполнения). Наиболее важные параметры, характеризующие различные диализаторы,— размеры, метод стерилизации, время подготовки к работе, объем первичного заполнения, остаточный объем, клиренс по низко-молекулярным веществам, клиренс по среднемолекулярным веществам, ультрафильтрация, внутреннее сопротивление, частота прорывов мембраны, возможность повторного использования.
Выпускаются диализаторы как для однократного, так и многократного использования. Все диализаторы капиллярного и катушечного типов и ряд моделей пластинчатых диализаторов — однократного использования. Эти диализаторы выпускаются полностью собранными, простерилизованными и готовыми к немедленному использованию. При соблюдении определенных предосторожностей некоторые из них могут использоваться повторно. По данным Европейской ассоциации диализа и трансплантации (1975), при проведении гемодиализа в стационаре чаще применяют диализаторы однократного использования, при лечении в домашних условиях и тот и другой тип — примерно с равной частотой.
Основными показателями эффективности И. п. являются клиренс и диализанс, которые показывают, какой объем диализируемой жидкости полностью очищается от данного вещества за единицу времени (мин.) при избранной скорости перфузии. Клиренс и диализанс рассчитываются по формуле Вольфа (A. Wolf, 1952):
где С — клиренс (мл/мин); D — диализанс (мл/мин); А — концентрация вещества на входе в диализатор; R — концентрация вещества на выходе из диализатора; U — концентрация вещества в диализирующем р-ре; а — скорость диализируемой жидкости (мл/мин).
Клиренс характеризует аппарат при постоянном обновлении р-ра, в к-ром на входе в диализатор отсутствует исследуемое вещество. Диализанс характеризует аппарат также и при рециркуляции диализирующего р-ра, когда в процессе диализа в нем нарастает концентрация исследуемого вещества и клиренс соответственно падает.
Для определения эффективности И. п. обычно исследуют клиренс мочевины и креатинина. Для этой цели применяются р-ры мочевины (3 г/л) и р-р креатинина (0,2 г/л). На одно исследование необходимо ок. 20 л р-ра. В качестве диализирующего р-ра используется дист. вода. Температура обоих р-ров — 37°. Исследование проводят при прохождении диализируемого р-ра через диализатор со скоростью от 50 до 250 мл/мин. Пробы берут после того, как диализатор работал в стабильных условиях ок. 15 мин.
Перфузионное устройство. Соединение больного с аппаратом можно осуществлять различными способами. В острых случаях, когда имеется надежда на быстрое восстановление функции почек, нередко используют специальные катетеры, введенные в крупные вены. При хрон, почечной недостаточности или при затяжном течении острой почечной недостаточности наиболее часто используют артериовенозные шунты или артериовенозную фистулу (см. Гемодиализ). При использовании метода катетеризации и при работе с помощью артериовенозной фистулы необходимо применять специальные перфузионные насосы, тогда как артериовенозный шунт часто обеспечивает кровоток в аппарате без насоса. Существуют различные типы насосов: мембранные, роликовые, сигма-насосы. Чаще находят применение роликовые насосы. Иногда для оценки интенсивности перфузии используют и расходомеры по крови (допплеровские, электромагнитные, шариковые и др.). Для введения в кровь различных лекарственных веществ, в частности гепарина и протаминсульфата, обычно используют два типа насосов: шприц-насосы и реже роликовые.
Устройство для приготовления и подачи диализирующего раствора. Опыт применения И. п. показал, что диализирующий р-р должен содержать катионы натрия, калия, кальция, магния и анионы ацетата (или бикарбоната, лактата) и хлора. При выраженной внесосудистой гипергидратации в р-р иногда добавляют то или иное количество глюкозы, но не больше 3000 мг%, поскольку более высокие концентрации могут приводить к осложнениям (гипергликемия, судороги и др.).
Диализирующий р-р может меняться в известных пределах, напр, в зависимости от клин, требований, а также от состава воды, используемой для приготовления р-ра. Наибольшим вариациям подвергается содержание калия. Количество вводимых в р-р кальция и магния может зависеть от их содержания в воде. В ряде мест водопроводная вода содержит избыток солей кальция, магния и других солей, и тогда требуется предварительная подготовка воды, для чего используют несколько методов. Дистилляция позволяет получить хорошо очищенную воду, но способ этот дорог, поэтому чаще используют деминерализацию воды с помощью ионообменных смол.
В более простом варианте, когда требуется удалить только кальций и магний, применяют смягчение воды, что достигается с помощью только катионитов. Все шире в практику гемодиализа стал входить метод подготовки воды с помощью обратного осмоса. Для механической очистки воды от ржавчины, органических взвесей и других загрязнений используют различные системы фильтрования.
Готовят диализирующий р-р двумя способами. В ряде аппаратов И. п. в определенный объем воды добавляют сухие соли или их концентрированные р-ры, чтобы получить нужную концентрацию после их растворения. Кроме того, применяют автоматический способ непрерывного приготовления диализирующего р-ра из так наз. концентрата и воды. В концентрате содержание всех составляющих его солей в 30—35 раз выше, чем в диализирующем р-ре. Поэтому одну часть концентрата разводят 34 частями воды, что осуществляется с помощью специальных устройств — дозаторов.
Диализирующий р-р в И. п. используют тремя способами. 1. Рециркуляция. Готовый диализирующий р-р находится в одной емкости и, пройдя диализатор, снова возвращается в ту же емкость. Поскольку концентрация вымываемых из организма продуктов обмена в р-ре постоянно повышается, требуется периодическая замена его свежим р-ром. Периодичность смены определяется емкостью бака и быстротой накопления в р-ре шлаков. 2. Система «на слив». Диализирующий р-р однократно проходит через диализатор и сливается в канализацию.
Имеются системы, в которых отработанный р-р подвергают регенерации, после чего он снова поступает в циркуляцию. Фактически здесь используется принцип рециркуляции, но характер диализа приближается к системе «на слив». 3. Сочетание рециркуляции и системы «на слив». Через диализатор с большой скоростью протекает нек-рое количество диализирующего р-ра, но постоянно определенное количество отработанного р-ра сливается в канализацию и одновременно такое же количество свежего добавляется в бак.
Контроль за работой искусственной почки. Хим. контроль за составом диализирующего р-ра выполняется методом пламенной фотометрии (определение концентрации ионов натрия, калия и др.)- Если речь идет о системе рециркуляции, то достаточно одного определения в начале диализа.
В системах, работающих «на слив», состав диализирующего р-ра постоянно контролируется с помощью солемеров. Обычно используется два прибора, чтобы повысить надежность наблюдения. Работа солемеров в свою очередь также периодически подвергается проверке с помощью пламенной фотометрии (см.) или осмометрии (см. Осмотическое давление).
Помимо хим. контроля, в ходе гемодиализа требуется постоянный контроль за температурой диализирующего р-ра. Все системы гемодиализа снабжены нагревателями и терморегуляторами, которые автоматически поддерживают заданную температуру р-ра.
При работе с бикарбонатным буфером для стабилизации pH диализирующего р-ра применяют продувание его смесью кислорода и углекислого газа, и поэтому требуется частый контроль pH раствора.
Современные аппараты И. п. включают в себя мониторы, обеспечивающие контроль давления крови в аппарате, попадания воздуха в кровоток больного, утечки крови в диализирующий р-р, а также скорости прохождения через И. п. диализирующего р-ра и давления его в диализаторе. Измерение величины ультрафильтрации в течение гемодиализа осуществляется гл. обр. с помощью кровати-весов, не входящих в И. п. При нарушении целости мембраны и выходе крови в диализирующий р-р срабатывают автоматические системы прекращения гемодиализа. Применяют так наз. детекторы уровня, или воздушные детекторы, которые следят за уровнем крови в специальной камере (ловушка воздуха) венозной магистрали, что надежно предупреждает возможность воздушной эмболии. Датчики давления контролируют уровень положительного давления крови в диализаторе. Скорость движения р-ра также может широко варьировать, и поэтому почти все аппараты И. п. снабжены расходомерами (флоуметрами).
Безопасность больного основана на том, что в И. п. имеются приборы, которые в случае повышения или занижения заданных условий подают световые и звуковые сигналы тревоги. В некоторых случаях, как, напр., при превышении установленного давления крови, при попадании воздуха в кровепроводящую систему, крови в диализирующий р-р, при увеличении температуры диализирующего р-ра выше установленных границ, поток крови и диализ автоматически прерываются. Прерывание потока крови осуществляется посредством электромагнитных зажимов.
Стерилизация
Стерильность и апирогенность диализаторов и кровепроводящей системы более надежны в одноразовых устройствах. Все элементы, которые в ходе диализа имеют контакт с кровью больного, собирают в заводских условиях, упаковывают и стерилизуют с помощью окиси этилена, гамма-облучением или формалином. Существенный недостаток систем однократного использования— их дороговизна. Поэтому еще широко используются диализаторы повторного применения. В этих случаях подготовка аппарата к работе осуществляется непосредственно в леч. учреждении. Перед употреблением диализатор и магистрали крови заполняют 2% р-ром формалина, что дает наиболее полный стерилизационный эффект. Непосредственно перед операцией систему отмывают стерильным физиол, р-ром с гепарином (требуется 2 л физиол, р-ра). Подготовка аппарата к работе занимает всего 30—40 мин. Систему диализирующего р-ра периодически подвергают стерилизации формалином. Это особенно важно для аппаратов с рециркуляцией, т. к. в этом случае бактериальное загрязнение системы диализа происходит очень быстро, что может повести к возникновению пирогенных реакций за счет проникновения бактериальных токсинов через мембрану.
Нетрадиционные формы внепочечного очищения крови
Новым подходом к созданию И. п. является предложенный Гендерсоном (Henderson) и соавт. (1967) принцип, названный ими диафильтрацией. Он основан на быстром удалении с помощью специальных мембран ультрафильтрата плазмы с одновременным восполнением потерь воды и электролитов в соответствии с конкретными условиями лечения. Преимущество такого подхода заключается в том, что при ультрафильтрации практически одинаково хорошо можно удалять как низкомолекулярные, так и среднемолекулярные метаболиты. Полагают, что среди последних имеются вещества, ответственные за проявления уремической интоксикации, которые при традиционном гемодиализе удаляются значительно хуже, чем низкомолекулярные. К преимуществам метода следует отнести также и исключение из конструкции устройства для приготовления и подачи диализирующего р-ра.
Другим направлением является регенерация диализирующего р-ра. Созданные для этой цели устройства позволяют вести гемодиализ при непрерывной рециркуляции ограниченного количества диализирующего р-ра (5—30 л). В этом случае резко сокращаются габариты И. п.
Дальнейшее совершенствование И. п., работающих по такому принципу, позволяет рассчитывать на создание в будущем носимой больным малогабаритной искусственной почки. Первые прототипы таких систем уже разработаны. Другой подход к созданию носимой искусственной почки основан на использовании небольшого ультрафильтрующего приспособления, подсоединенного к сосудам больного. Получаемый ультрафильтрат может подвергаться регенерации (напр., с использованием адсорбентов).
Оригинальный подход к разработке устройств для внепочечного очищения крови, основанный на использовании так называемых искусственных клеток, предложен Чейнгом (Т. Chang, 1969). Искусственные клетки представляют собой покрытые полупроницаемой мембраной микрокапсулы, содержащие субстрат, способный поглощать или обеспечивать нужные превращения метаболитов или токсинов (напр., сорбенты, иониты, ферменты). Устройства, содержащие инкапсулированные активные угли, используют в качестве дополнения обычного гемодиализа, а при отравлениях их применение имеет самостоятельное значение. Патроны с инкапсулированным сорбентом подключают к кровеносным сосудам больного, так же как И. п.
Пытель А. Я. и др. Искусственная почка и ее клиническое применение, М., 1961; Dittriсh Р. u. a. Hamodialyse und Peritonealdialyse, B. u. a., 1970, Bibliogr.; Fritz K. W. Hamodialyse, Stuttgart, 1966; Renal dialysis, ed. by D. Whelpton, Philadelphia, 1974.
E. Б. Горбовицкий, Г. П. Кулаков, Э. Р. Левицкий.