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综述:可佩戴型人工肾的研究进展
Research Progress in Werable Artificial Kidney
刘秀娟 涂晓文 黄国明
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作者单位:解放军第九四医院肾脏内科
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血液透析被广泛应用于急慢性肾功能不全患者,为他们的生存提供了可能性。但它具有局限性,患者需要每周3次往返医院,每周至少3个半天躺在病床上,还要严格控制饮食摄入。佩戴型人工肾(werable artificial kidney,WAK)装置,可以模拟正常肾脏24 h工作的生理状态,不影响患者日常生活,又不过度增加医疗费用。近年来,得益于微型工艺技术的发展,WAK的应用已经成为可能。面下就WAK研究进展作一综述。

1 WAK的组成

WAK要得以快速发展和广泛应用,必须满足以下3个基本要求[1]:(1)轻巧、有独立电源,便于佩戴,费用合理;(2)WAK的透析液必须能通过廉价且安全的吸附装置有效再生;(3)WAK的人体工程学设计必须是友好界面与微型、易佩戴装置的完美结合。最新的WAK组成包括[2]以下几个部分:(1)电源 为了方便携带,WAK的电源必须轻、小,同时可以提供足够的电能以满足所有配件运行的需要。对于目前的科学技术,这已不是问题;(2)透析液 传统透析需要大量的新鲜透析液,根本无法携带。WAK的吸附系统包括3个吸附罐,分别是尿素酶罐、活性炭罐和氢氧化锆及磷酸锆罐,该系统能够使透析液纯化和再生。再生的透析液为超纯级别,没有细菌、内毒素和致热原,所以WAK比传统透析更符合超纯透析的概念。当然,需规律检测透析液以确保无菌,需规律检测氨含量确保吸附剂未饱和;(3)附属装置 传统透析中,需要在最终的透析液中按比例加入电解质和碳酸氢盐。WAK也有碳酸氢盐泵和电解质泵2个附属泵,可以完成上述工作;(4)超滤 传统透析机可以控制超滤量。WAK也有一个容量控制泵,可以按生理需要进行超滤,保持血流动力学稳定,维持血容量。

2 WAK的特点及优越性

WAK总质量不足5 kg并且与人体轮廓相适应,符合人体工程学,便于长期携带,不影响患者的睡眠和自由活动。

泵是WAK设计的一个亮点所在。传统血液透析机采用大而笨重的滚筒泵推动血流和透析液。WAK采用独特的双腔脉动泵,可以反时相同时推动血流和透析液,这种泵比滚筒泵更节省能量;它的血流模式与滚筒泵不同,会引起跨膜压的间歇倒置,产生“推-拉”效应,可以进一步改善对流机制,有利于中大分子毒素的滤出,这种“推 拉”效应已得到Shinzato等[3]的证实。目前,这种双腔脉动泵的质量约300 g,电池驱动。

WAK具有安全性。传统透析机具有各种安全系统可以防止空气栓塞和在血流中断的情况下泵运行自动停止。WAK有类似的自动控制装置,它在血泵后有气泡感受器,一旦血路中有气泡出现,血泵就停止运行;还有另外一个自动控制装置,可以在血流停止后停止超滤泵。脉动血泵还有自动限制容量的功能,它产生的负压可以从血管入口的动脉端吸入血液,但一旦管路从患者身上脱落,负压消失,血泵会自动停止运行从而有效保证了透析的安全性。

3 WAK的使用

WAK可以象腰带一样系在患者腰间。通过平时所用的血管通路(可以是动静脉瘘,也可以是中心静脉置管)与患者连接;抗凝可以选择肝素,也可以选择其他药物;平均血流维持在60 mL/min左右,透析液流量维持在50 mL/min左右,超滤率根据临床需要设定。患者可以在接受24 h连续血液透析的同时自由活动。

4 WAK透析充分性的检测

4.1 小分子毒素的清除

与传统透析相比,WAK的血流和透析液流量都很低,分别为60 mL/min 左右和50 mL/min左右导致其尿酸和肌酐的每分钟清除率也低于传统透析,分别为23 mL/min 和21 mL/min,这与连续动静脉血液透析的清除效率相似[4],但是如果每天佩戴WAK透析,估计尿素清除率(Kt/V)将达到6.0[5],远大于传统的每周3次间断血液透析,所以每天佩戴WAK可以实现良好的透析充分性。

4.2 中大分子毒素的清除

充分透析不仅意味着充分清除小分子毒素,中大分子毒素的充分清除也同样重要。Cheung等[6]报告,β2微球蛋白的清除代表了中分子毒素的清除,是影响患者生存的重要因素。WAK对β2微球蛋白的清除率远高于传统透析,这可能归功于所谓的透析器“内部血液透析滤过”,WAK所采用的是血液与透析液共用的双腔脉动泵,当血液腔充满时,透析腔是空的,反之亦然,于是,在透析时跨膜压发生脉动式的变化,内部血液透析滤过增加。WAK还处于起步阶段,通过改造血泵,提高血流量和透析液流量,毒素的清除率还会进一步增加[7]。

4.3 水的清除

WAK模仿连续性肾替代治疗(continuous renal replacement therapy, CRRT)的工作模式,可以平稳地清除患者体内的多余水分,甚至使患者体内的水的代谢接近于生理状态。在动物实验研究[7]中,WAK对水的最大清除率是700 mL/h,并未出现任何并发症。WAK超滤液中钠的含量与血浆中类似,它在每天清除1.5~2 L的超滤液的同时也清除了13.5~18 g的NaCl,这不仅有利于控制高血压,也利于终末期肾病(end stage renal disease, ESRD)患者相对自由地摄入食盐,从而改善生活质量,改善营养状况,也使得WAK可以用于III~IV期充血性心力衰竭的患者[8]。

5 Vicenza 可携带人工肾(ViWAK)

除了基于血液透析原理的WAK,也有很多人致力于基于腹膜透析原理的可携带人工肾—ViWAK[9]的研究,并取得了一定成果。ViWAK采用双腔的腹膜透析管,包括一个腹膜透析液流出道和一个腹膜透析液流入道。腹膜透析液流出道与微型泵相连,其后接腹膜透析液再生系统(腹膜透析液再生系统为一个防水单元,其中有活性炭及聚苯乙烯纤维树脂罐和一个有脱泡及除菌作用的滤器),再生系统后连接腹膜透析液流入道,通过掌上计算机可以遥控这些装置。

ViWAK不需要体外循环,因此是“无血”的;它可以连续再生用过的腹膜透析液,因此是“无水”的。腹膜透析液再生系统可以再生水,也可以再生蛋白成分,从而将废弃腹膜透析液转换成新鲜的、含自身蛋白的腹膜透析液。再生水中,碳酸氢盐代替了乳酸盐,使得PH值更接近生理水平,其余成份与腹膜透析液商品无异。再生的蛋白成份重输回腹腔减轻了蛋白的丢失;同时,再生蛋白还可以增加超滤,辅助蛋白结合毒素的清除。再生系统以4 L/h的速度生成透析液,每天可以生成96 L,是目前每日需要腹膜透析液的8~12倍。同时,掌上计算机还可以提供吸附罐是否饱和、流量和压力信息,使ViWAK有可能实现远程无线控制。

ViWAK也有很多问题需要进一步研究解决,比如葡萄糖和碳酸氢盐何时加入合适,如何减少纤维蛋白附着于吸附剂,是否有更好的吸附剂,可以彻底清除小分子毒素等。相信随着研究的进一步深入,这些问题也会迎刃而解。

6 临床医师会接受WAK吗

WAK及ViWAK的应用,确实让人振奋,它们使ESRD患者可以自由活动,不再依赖于固定的透析机,既减少了透析费用又提高了透析质量。但是,离我们真正接受WAK或者ViWAK还有很长的路要走。临床医师需要每天为患者设计透析处方以确保每日透析治疗的安全。随着透析人群年龄的增长和并发症的增加,患者的一般情况可能不允许他们接受WAK或ViWAK。很多非医疗因素也会影响它们的使用[10],比如很多医师会因使用过程中的挫折和偏见而拒绝接受WAK或者ViWAK。而且,透析方式、透析频次和每次透析时间应如何选择才对患者最有利尚有争议[11]。

WAK正在走入我们的生活,经过科学家和技术人员的不断努力,将会有更精巧的WAK问世。我们应该要接受和发展能更好治疗危重患者的新策略。

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