Метод гемодиализа

Гемодиализ (от гемо- и др.-греч. —разложение, отделение) — метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Во время гемодиализа происходит удаление из организма токсических продуктов обмена веществ, нормализация нарушений водного и электролитного балансов.

В зависимости от размера пор  и других характеристик мембраны из крови могут удаляться вещества с различной молекулярной массой — от натрия, калия, мочевины до белков (β2-микроглобулин). Из диализирующего раствора в кровь пациента также могут переходить электролиты (натрий, калий, кальций, хлорид и т. д.) и крупномолекулярные вещества. Поэтому диализирующий раствор содержит определенную концентрацию электролитов для поддержания их баланса в организме пациента и проходит специальную очистку, чтобы не допустить попадания бактериальных токсинов или токсичных веществ в кровоток пациента.

Клиренс -  выделение растворенных веществ из организма.

В гемодиализе поток крови циркулирует  через систему искусственного кровообращения и очищается в диализаторе, состоящем  из синтетических полупроницаемых  мембран, которые разделяют кровь  и диализат. Процедура занимает обычно около 4 часов и повторяется каждые 2-3 дня. Заметные изменения концентрации малых метаболитов (мочевина, креатинин) в плазме, которые происходят в течение гемодиализа и в периоды между процедурами, могут быть рассчитаны с помощью математических моделей, причем полученные данные совпадают с измеренными значениями. Определение «адекватной дозы диализа» (т.е. количество растворенных веществ, которые следует удалить в течение диализа) горячо обсуждается.

 

Перитонеальный диализ (анат. peritoneum брюшина: греч. dialysis разложение, отделение) — метод очищения крови от эндогенных и экзогенных токсинов с одновременной коррекцией водно-солевого баланса путем диффузии и фильтрации растворов веществ через брюшину как естественную полупроницаемую мембрану.

Перитонеальный диализ относится к интракорпоральным методам очищения крови. Движущей силой, так же как и в гемодиализе, является разность концентраций. Она достигается введением в брюшную полость раствора солей и глюкозы (диализата). Одновременно в организм могут быть введены полезные вещества путем создания более высокой концентрации их в диализате.

Принципиальным отличием ПД от ГД является то, что в качестве биологической  мембраны здесь используется собственная  брюшина пациента со своими функциями, а не искусственные материалы.

 

Односекционная  модель распределения мочевины: Всеобъемлющее клиническое учение об отделении малых метаболитов в течение процедуры вытекает из односекционной математической модели распределения мочевины с параметром Kt/V- метода для простого количественного определения доз диализа и их минимальных значений. Простая односекционная математическая модель (рис., уравнение 1) позволяет определить параметр Kt/V. Клиренс мочевины К равен клиренсу диализатора плюс остаточный почечный клиренс пациента в течении диализа и между процедурами диализа. Соотношение G./К мало в течение диализа, и конечная концентрация мочевины после диализа зависит в основном от параметра Kt/V, где Т – общее время диализа.

 

Двухсекционная  модель распределения мочевины: Однако, когда оборудование для гемодиализа было усовершенствовано, оно стало обеспечивать более быстрое отделение малых метаболитов, и простая односекционная модель была заменена более сложной двухсекционной моделью (рис. 55, уравнение 3) с переменным значением общей воды организма, решение которой более сложно. Оно осуществляется с помощью компьютера, который в настоящее время используется для проектирования системы очистки и мониторинга аппарата искусственной почки, что делает возможным продолжить моделирование для имеющихся схем лечения. Kt/V– в настоящее время основной параметр для определения доз диализа для каждого пациента. Клиренс зависит от выбранного гемодиализатора и рабочих параметров диализа (расходов крови и диализата, нормы ультрафильтрации), и может быть предсказан с использованием математической модели проведения диализа.

Данная модель способна описать  не только неэкспоненциальное уменьшение концентрации мочевины в течение диализа, но также и явление скачка мочевины – быстрого увеличения концентрации мочевины после диализа из-за дисбаланса между секциями. Обе (одно- и двухсекционная) модели могут также предоставить информацию об исходном количестве мочевины, которое является важным индикатором состояния пациента.

 

моделирование распределения  натрия в теле: Математическое моделирование необходимо, чтобы гарантировать нужную концентрацию натрия. Основная идея состоит в том, чтобы обеспечить диффузионный перенос натрия из диализата в кровь повышением концентрации натрия в диализате. Далее натрий индуцирует поток воды из внутриклеточного во внеклеточное пространство, и, следовательно, впуск воды в поток крови, что препятствует быстрому падению объема крови из-за ультрафильтрации при гемодиализе.

Однако, конечная концентрация натрия в плазме должна быть снижена до физиологического уровня, и, следовательно, концентрация натрия в диализате должна быть низкой на протяжении последнего периода гемодиализа. Сегодня многие аппараты искусственной почки снабжены компьютером, контролирующим ультрафильтрацию и изменение концентрации натрия на основе математической модели переноса и распределения жидкости и натрия.

Кинетику переноса воды и натрия в теле следует описывать с  помощью двухсекционной модели для  двух «секций»: внеклеточная вода (объемом V_EC) и внутриклеточная вода (объемом V_IC) (рис. 56).

Обычно пренебрегают малым изменением количества внутриклеточного натрия. Следовательно, внеклеточная вода может  быть представлена как основное пространство, в котором происходит обмен натрия. С другой стороны, удаленная ультрафильтрацией  вода берется из общего количества воды V=V_IC+V_EC. Следовательно, уравнения, описывающие процесс удаления воды и натрия выглядят следующим образом:

 

Односекционная  модель распределения натрия Моделирование кинетики воды и натрия очень упрощается из-за того эмпирического факта, что изменение количества натрия в теле Na = C_NaECV_EC приблизительно равно изменению концентрации натрия в плазме, умноженной на общий объем воды в теле, т.е. это уравнение 6                         

Это правило может быть выведено на основе следующих допущений, которые  обеспечивают упрощенное описание осмотического  равновесия воды в теле:

1. Единственный осмотически активный катион во внеклеточной воде – натрий, во внутриклеточной – калий.

2. Транспорт воды через клеточную  мембрану осуществляется очень  быстро, и, следовательно, осмотическое  равновесие  в теле поддерживается постоянным. Общим потоком натрия и калия через клеточную мембрану пренебрегают.

3. Изменение количества калия  в теле в течение диализа  пренебрежимо мало.

Таким образом, из допущений 1 и 2 следует, что при осмотическом равновесии концентрация натрия во внеклеточной воде C_NaEC и концентрация калия во внутриклеточной воде С_KIC равны между собой: уравнение 7

Из этого следует уравнение 8  

И на основании уравнения 8 получаем: уравнение 9            

Уравнение 8 показывает, что концентрация натрия во внеклеточной воде равна общему количеству натрия осмотически активных катионов деленному на общий объем воды. Этот важный физиологический факт подтверждается клиническими испытаниями. Из уравнения 8 следует: уравнение 10                                                  

а из допущения 3 следует,  что уравнение 11            

на основании этого, уравнение 5 может выглядеть следящем образом, это будет уравнение 12

Система из двух уравнений 4 и 12 учитывает моделирование транспорта воды и натрия в течение диализа.

Следует также отметить, что  из определения концентрации С_NaEC и уравнения 8 следует, что уравнение 13. и, в соответствии с допущением, что   остается постоянным в течение всего диализа. Этот закон может быть использован для приблизительной оценки изменение объема внутриклеточной воды с использованием измеренной концентрации натрия в плазме: уравнение 14. В частности, для выделения воды из внутриклеточного пространства необходимо увеличение концентрации натрия во внеклеточном пространстве, и наоборот, уменьшение концентрации натрия в межклеточном пространстве приводит к уменьшению объема внеклеточной воды из-за потока воды во внутриклеточное пространство.

Кинетика транспорта жидкости и растворенного вещества в процессе перитонеального диализа: Общий базис для всех моделей перитонеального транспорта - баланс объема жидкости и массы растворенного вещества в брюшной полости уравнение 15

Мембранная модель: Мембранная модель дает простую взаимосвязь между величинами потоков растворенного вещества и жидкости и их движущими силами. Это вытекает из неравновесной термодинамики для случая двух хорошо перемешанных отсеками, крови и диализата, разделенных полупроницаемой мембраной (рис.60). Величина потока жидкости в брюшную полость зависит в основном от трех факторов:

1.Разность осмотических давлений  между диализатом и плазмой  крови;

2.Разность гидростатических давлений  между диализатом и плазмой  крови;

3.Асорбция диализата в тканях  и лимфатических узлах.

Величина потока диализата   может быть описана в соответствии термодинамической мембранной моделью по следующему уравнению 16. где Л_PA – общая гидравлическая проницаемость мембраны; dP = P_B – P_D – разница гидростатических давлений крови (P_B) и перитонеального диализата (P_D); dп_i – разница между осмотическими давлениями крови и диализата для i-го компонента (индекс i относится к различным осмотически активным компонентам в крови и перитонеальном диализате); C_iB и C_iD – концентрация i-го компонента в плазме и диализате соответственно; б_i – коэффициент Ставермана для i-го компонента; Q_A – поток абсорбирующегося диализата.

Величина потока растворенного  вещества между кровью и диализатом складывается трех оставляющих:

1.Величина диффузионного потока, который пропорционален разности  концентраций в крови и диализате,  С_B - C_D , с коэффициентом пропорциональности - коэффициентом диффузионного массопереноса K_BD;

2.Величина конвективного переноса  из-за ультрафильтрации, которая  пропорциональна потоку ультрафильтрации Q_uи среднему значению концентраций растворенного вещества в крови и диализате С_М, с коэффициентом пропорциональности S – коэффициентом просеивания;

3.Величина абсорбции, которая  пропорциональна потоку абсорбции Q_А.

Таким образом, поток растворенного  вещества определяется по следующей  формуле 17

Для оценки транспортных параметров для мембранной модели с использованием уравнений 16-18 необходимо знать объем диализата и концентрацию растворенного вещества в диализате и в крови. Для определения концентрации производиться отбор проб диализата из катетера. Для оценки объема диализата требуются более сложные методы. Например, применение меченых молекул.

Обычно транспортные параметры  принимают постоянными. Однако, было обнаружено, что для некоторых диализных жидкостей, таких, как стандартный раствор на основе глюкозы, значение K_BD для малых растворенных веществ выше в начале процесса. Типичная функция может быть описана так: уравнение 18.

Используя мембранную модель, можно  получить транспортные параметры отдельно для воды и растворенного вещества. Однако должна существовать взаимосвязь  между этими параметрами для  различных растворенных веществ  и воды, основанная на размере растворенного вещества и структуре тканей, вовлекаемых в транспорт. Простой пример этой корреляции представлен в модели пор.

 

Модель переноса через  цилиндрические поры: Модель базируется на той идее, что транспорт осуществляется через одинаковые цилиндрические поры, располагающиеся строго поперек мембраны. Перенос растворенного вещества и жидкости через эти поры оценивается с использованием гидродинамической теории движения жидкости в цилиндрической трубе и диффузионного и конвективного переноса сферических молекул через пору. Данная теория обеспечивает алгебраическое, упрощенное описание так называемых ограничивающих факторов для диффузионного и конвективного переноса растворенного вещества, которые показывают, какое количество растворенного вещества тормозится на стенках поры по сравнению со свободным переносом в неограниченном пространстве. Уравнения для переноса воды и растворенного вещества аналогичны уравнениям 16-18 в мембранной модели, с транспортными параметрами, рассчитанными с учетом размера и числа пор.

При описание перитонеального транспорта необходимо принимать во внимание неоднородную структуру перитонеальной мембраны с тремя типами пор: крупные поры радиусом около 250-300 Å, мелкие поры радиусом около 40-50 Å, и ультрамелкие поры радиусом 2-4 Å. Ультрамелкие поры непроницаемы ни для каких растворенных веществ, кроме воды. Гидравлическая проницаемость ультрамелких пор составляет около 1-2% от общей гидравлической проницаемости. Крупные поры играют важную роль в транспорте макромолекул (размера альбумина и больше) главным образом за счет конвективного потока. Мелкие поры – путь для конвективного и диффузионного транспорта малых и средних молекул. Осмотический поток воды проходит через мелкие и ультрамелкие поры. Количество крупных пор примерно в 12500 раз ниже, чем мелких. Данные о структуре и количестве эквивалентных пор могут быть получены из анализа транспорта жидкости и растворенных веществ в перитонеальном диализе.

Хотя модель широко используется, она упускает одну важную особенность  пеитонеального транспорта: кровь находится не в каком-то определенном пространстве, а движется по капиллярам.