Глава 1. Теория гемодиализа
Диффузия
· Клиренс
· Ультрафильтрация
· Мембраны для гемодиализа
· Параметры гемодиализатора
· Что такое K0A
· Коэффициент просеивания
· Изолированная ультрафильтрация
· Гемофильтрация
· Гемодиафильтрация
Диффузия
Диализ есть разделение какого-либо сложного раствора, когда через мембрану проходят вещества только определенной молекулярной массы. Именно поэтому диализная мембрана называется полупроницаемой. Растворенные в крови и диализате вещества диффундируют через диализную мембрану, причем движущей силой диффузии является разница концентраций вещества в крови и диализате. Если концентрация какого-либо вещества в крови больше, чем в диализате, вещество диффундирует в диализат (например, мочевина, креатинин, фосфат). И, наоборот, если концентрация вещества в диализате больше, чем в крови, вещество попадает в кровь (например, ацетат, который находится в диализате для коррекции ацидоза). Итак, во время гемодиализа любое вещество диффундирует через мембрану в сторону меньшей концентрации.
Гемодиализную мембрану можно представить в виде решета с ультратонкими порами, сравнимыми с размером молекул. Кровь и диализат (диализирующий раствор) разделены между собой полупроницаемой мембраной (рис. 1-1).
Гемодиализную мембрану можно представить в виде решета с ультратонкими порами, сравнимыми с размером молекул. Кровь и диализат (диализирующий раствор) разделены между собой полупроницаемой мембраной (рис. 1-1).
Рис. 1-1. Принцип диффузии через полупроницаемую мембрану.
Трансмембранный массообмен происходит до тех пор, пока концентрации метаболитов по обе стороны мембраны не уравновесятся. В гемодиализаторе, как в любом массообменнике, используется принцип противотока: там, откуда выходит кровь, должен быть вход для диализата, а там, откуда кровь входит, должен быть выход для диализата. Нечасто, но в практической работе случается, что положение шлангов по невнимательности путают.
Итак, мы описали принцип, который позволяет понять, в какую сторону диффундируют метаболиты, и определили движущую силу диффузии. От чего же зависит скорость диффузии?
Очевидно, что чем больше масса вещества, тем труднее ему «протиснуться» сквозь поры мембраны. И, наоборот, метаболиты с низкой молекулярной массой через мембрану проходят легко. Поэтому клиренс (очищающая способность) диализатора весьма высок в отношении низкомолекулярных метаболитов (рис. 1-2), но для белков обычная гемодиализная мембрана типа лоу-флакс (от англ. low flux) практически непроницаема.
Итак, мы описали принцип, который позволяет понять, в какую сторону диффундируют метаболиты, и определили движущую силу диффузии. От чего же зависит скорость диффузии?
Очевидно, что чем больше масса вещества, тем труднее ему «протиснуться» сквозь поры мембраны. И, наоборот, метаболиты с низкой молекулярной массой через мембрану проходят легко. Поэтому клиренс (очищающая способность) диализатора весьма высок в отношении низкомолекулярных метаболитов (рис. 1-2), но для белков обычная гемодиализная мембрана типа лоу-флакс (от англ. low flux) практически непроницаема.
Рис. 1-2. Зависимость диффузионного клиренса от молекулярной массы метаболитов.
При сравнении клиренсов и проницаемости различных мембран используют довольно ограниченное число метаболитов и тестовых веществ, молекулярные массы которых мы приводим в табл. 1-1. Для понимания биофизических процессов гемодиализа желательно иметь об этом хотя бы приблизительное представление.
Таблица 1-1. Диапазоны молекулярных масс различных метаболитов и тестовых веществ
Таблица 1-1. Диапазоны молекулярных масс различных метаболитов и тестовых веществ
|
Вещество
|
Масса, Д
|
|
Малые молекулы:
|
|
|
Мочевина
|
60
|
|
Креатинин
|
113
|
|
Фосфат
|
136
|
|
Мочевая кислота
|
168
|
|
Глюкоза
|
180
|
|
Средние молекулы:
|
|
|
Сукроза
|
342
|
|
Раффиноза
|
504
|
|
Витамин В12
|
1 355
|
|
Инулин
|
5 200
|
|
Большие молекулы:
|
|
|
Цитохром С
|
13 400
|
|
Гемоглобин
|
68 000
|
|
Альбумин
|
69 000
|
Клиренс
Клиренс (Cl) - это объем крови или плазмы, полностью очищаемой от данного метаболита за единицу времени. Обычно клиренс гемодиализатора измеряется в миллилитрах в минуту (мл/мин). Наиболее популярными тестовыми веществами для определения клиренсов являются:
· мочевина;
· креатинин;
· фосфат;
· витамин В12.
Клиренс данного диализатора, в первую очередь, зависит от скорости перфузии крови (рис. 1-3);
Рис. 1-3. Зависимость клиренсов гемодиализатора от скорости перфузии крови.
клиренсовые характеристики гемодиализаторов с одинаковой мембраной возрастают с увеличением площади мембраны, хотя в настоящее время площадь мембраны - не самый решающий фактор эффективности гемодиализатора.
Клиренс гемодиализатора вычисляют по формуле:
Клиренс гемодиализатора вычисляют по формуле:
где Cbi - концентрация вещества на входе в диализатор;
Cbo - концентрация вещества на выходе из диализатора;
Qbi - скорость перфузии крови (в мл/мин);
Qf - скорость ультрафильтрации.
Если скорость ультрафильтрации равна 0, то вычисление клиренса упрощается:
Cbo - концентрация вещества на выходе из диализатора;
Qbi - скорость перфузии крови (в мл/мин);
Qf - скорость ультрафильтрации.
Если скорость ультрафильтрации равна 0, то вычисление клиренса упрощается:
Ультрафильтрация
Одной из основных задач гемодиализа является удаление избытка жидкости из организма больного. Эту задачу выполняет процесс, происходящий одновременно с диффузией во время гемодиализа и называемый ультрафильтрацией.
Ультрафильтрация обусловлена трансмембранным давлением, (TMP) которое равно сумме онкотического и гидростатического давления:
Ультрафильтрация обусловлена трансмембранным давлением, (TMP) которое равно сумме онкотического и гидростатического давления:
ТМР = Рonc + Phydr.
Онкотическое давление обусловлено белками плазмы и направлено в сторону пространства крови. Величина онкотического давления невелика - около 20 мм рт. ст. Поэтому в практической работе им можно пренебречь и считать, что:
ТМР = Phydr.
Во время гемодиализа ультрафильтрация происходит благодаря созданию управляемого трансмембранного гидростатического давления, которое обусловлено давлением крови и диализата на мембрану (рис. 1-4).
Во время гемодиализа ультрафильтрация происходит благодаря созданию управляемого трансмембранного гидростатического давления, которое обусловлено давлением крови и диализата на мембрану (рис. 1-4).
Рис. 1-4. Зависимость скорости ультрафильтрации от трансмембранного давления.
Обычно на этикетке диализатора указывают максимально допустимое трансмембранное давление, при превышении которого может произойти прорыв мембраны. Чаще всего пределом прочности мембраны называют трансмембранное давление 500 мм рт. ст.
В литературе, посвященной диализной гидравлике, используют общепринятые условные обозначения, которые необходимо знать и значение которых следует понимать (рис. 1-5).
В литературе, посвященной диализной гидравлике, используют общепринятые условные обозначения, которые необходимо знать и значение которых следует понимать (рис. 1-5).
Рис. 1-5. Общепринятые условные обозначения диализной гидравлики.
Запомнить эти обозначения очень легко - они происходят от английских слов:
§ P - pressure (давление);
§ B - blood (кровь);
§ D - dialysate (диализат);
§ I - in (вход);
§ O - out (выход).
Попробуем проанализировать, из чего складывается трансмембранное давление.
TMP = Phydr = Pb - Pd,
где ТМР - трансмембранное давление;
Pb - среднее давление крови на мембрану;
Pd - среднее давление диализата на мембрану.
Обычно на диализаторах указывают максимально допустимое трансмембранное давление, обусловленное механической прочностью мембраны. Этот предел, как правило, не превышает 500 мм рт.ст.
Среднее давление крови на мембрану Pb вычисляется по формуле:
Pb - среднее давление крови на мембрану;
Pd - среднее давление диализата на мембрану.
Обычно на диализаторах указывают максимально допустимое трансмембранное давление, обусловленное механической прочностью мембраны. Этот предел, как правило, не превышает 500 мм рт.ст.
Среднее давление крови на мембрану Pb вычисляется по формуле:
где Pbi - давление крови на входе в диализатор;
Pbo - давление крови на выходе из диализатора.
Дело в том, что внутри гемодиализатора давление крови снижается практически линейно.
Аналогичным образом вычисляется и среднее давление диализата Pd:
Pbo - давление крови на выходе из диализатора.
Дело в том, что внутри гемодиализатора давление крови снижается практически линейно.
Аналогичным образом вычисляется и среднее давление диализата Pd:
где Pdi - давление диализата на входе,
Pdo - давление диализата на выходе.
Строго говоря, давление диализата и крови в различных участках гемодиализатора может различаться весьма существенно, а в том участке, где давление диализата выше давления крови, происходит эффект обратной фильтрации. Этот эффект характерен для высокопроницаемых мембран, когда для получения заданной скорости ультрафильтрации требуется весьма небольшое давление (рис. 1-6).
Pdo - давление диализата на выходе.
Строго говоря, давление диализата и крови в различных участках гемодиализатора может различаться весьма существенно, а в том участке, где давление диализата выше давления крови, происходит эффект обратной фильтрации. Этот эффект характерен для высокопроницаемых мембран, когда для получения заданной скорости ультрафильтрации требуется весьма небольшое давление (рис. 1-6).
Рис. 1-6. Эффект обратной фильтрации при использовании мембран хай-флакс.
При проведении стандартного гемодиализа с мембраной лоу-флакс, если, конечно, аппаратура работает нормально, никакой обратной фильтрации не бывает, так как давление диализата не превышает давление крови (рис. 1-7).
Рис. 1-7. Профили давления крови и диализата при стандартном гемодиализе.
Кроме того, попадание в кровь пирогенов и эндотоксина, которые являются липополисахаридами с высокой молекулярной массой, через мембрану лоу-флакс практически исключено. Это, конечно, не означает, что при стандартном гемодиализе можно пренебречь бактериальной контаминацией воды для гемодиализа и диализата.
Управляемость трансмембранного давления достигается в основном благодаря изменению давления в пространстве диализата, для чего в аппарате имеется специальная помпа ультрафильтрации.
Выражением Pbi - Pbo обозначают падение давления внутри диализатора. Эту величину называют сопротивлением перфузионному потоку. Она - важная гемодинамическая характеристика гемодиализатора.
Аналогично вычисляют сопротивление гемодиализатора потоку диализата; оно равно разности давлений диализата на входе и выходе из гемодиализатора:
Управляемость трансмембранного давления достигается в основном благодаря изменению давления в пространстве диализата, для чего в аппарате имеется специальная помпа ультрафильтрации.
Выражением Pbi - Pbo обозначают падение давления внутри диализатора. Эту величину называют сопротивлением перфузионному потоку. Она - важная гемодинамическая характеристика гемодиализатора.
Аналогично вычисляют сопротивление гемодиализатора потоку диализата; оно равно разности давлений диализата на входе и выходе из гемодиализатора:
Pdi - Pdo.
Способность гемодиализной мембраны к ультрафильтрации характеризуется ее гидравлической проницаемостью, которая выражается в миллилитрах жидкости, пропускаемой мембраной за 1 ч при трансмембранном давлении 1 мм рт.ст. и площади мембраны 1 м2. Способность гемодиализатора пропускать воду из крови характеризуется коэффициентом ультрафильтрации (Кuf), измеряемом в мл/ч/мм рт. ст. Для обычных гемодиализных мембран с помощью коэффициента ультрафильтрации можно определить, какое трансмембранное давление необходимо для получения требуемой скорости ультрафильтрации:
Способность гемодиализной мембраны к ультрафильтрации характеризуется ее гидравлической проницаемостью, которая выражается в миллилитрах жидкости, пропускаемой мембраной за 1 ч при трансмембранном давлении 1 мм рт.ст. и площади мембраны 1 м2. Способность гемодиализатора пропускать воду из крови характеризуется коэффициентом ультрафильтрации (Кuf), измеряемом в мл/ч/мм рт. ст. Для обычных гемодиализных мембран с помощью коэффициента ультрафильтрации можно определить, какое трансмембранное давление необходимо для получения требуемой скорости ультрафильтрации:
Скорость гемодиализной ультрафильтрации вычисляется по формуле:
где dW - избыточный вес;
t - время.
В настоящее время при проведении стандартного гемодиализа обычно используют равномерную ультрафильтрацию. Но если вы не уверены в точности определения «сухого» веса, то в конце гемодиализа можно снизить скорость удаления избыточной жидкости (рис. 1-8).
t - время.
В настоящее время при проведении стандартного гемодиализа обычно используют равномерную ультрафильтрацию. Но если вы не уверены в точности определения «сухого» веса, то в конце гемодиализа можно снизить скорость удаления избыточной жидкости (рис. 1-8).
Рис. 1-8. Стандартные профили ультрафильтрации.
Долгое время диализные фирмы предлагали изощренные профили ультрафильтрации, доказывая их якобы лучшую гемодинамическую переносимость. Один из таких профилей показан на рис. 1-9.
Рис. 1-9. Профилированная ультрафильтрация во время
Нередко профилирование ультрафильтрации сочетают с синхронным профилированием натрия в диализате. Чаще всего применяют принцип так называемого «зеркального» профилирования, когда повышение уровня натрия в диализате соответствует высокой скорости ультрафильтрации и наоборот (рис. 1-10).
Рис. 1-10. Принцип зеркального профилирования натрия и ультрафильтрации.
Вся неубедительность подобного профилирования до недавнего времени была связана с тем, что программированное изменение параметров гемодиализа базировалось на косвенных данных или на гипотетических фантазиях, столь любезных сердцу россиян. В настоящее время профилирование и ультрафильтрации, и натрия в диализате приобрело аналитический характер и производится в зависимости от фактического изменения объема крови. Об этом - в другой главе.
Теперь о главном. В понимании персонала и еще более в понимании больных клиренс и ультрафильтрация должны быть непременно концептуально разделены. Необходимо иметь четкое представление о том, что очищение крови (клиренс) является процессом диффузионным по сути и практически не зависит от ультрафильтрации, которая является только фактором гидробаланса и представляет собой довольно примитивный гидравлический процесс, зависящий в основном от трансмембранного давления.
Теперь о главном. В понимании персонала и еще более в понимании больных клиренс и ультрафильтрация должны быть непременно концептуально разделены. Необходимо иметь четкое представление о том, что очищение крови (клиренс) является процессом диффузионным по сути и практически не зависит от ультрафильтрации, которая является только фактором гидробаланса и представляет собой довольно примитивный гидравлический процесс, зависящий в основном от трансмембранного давления.
Мембраны для гемодиализа
В настоящее время гемодиализных мембран много. Для практической работы важно знать гидравлическую проницаемость мембраны, так как ею обусловлен коэффициент ультрафильтрации гемодиализатора. По данному параметру мембраны подразделяют на (рис. 1-11):
Рис. 1-11. Разделение мембран по гидравлической проницаемости.
· мембраны с нормальной проницаемостью (лоу-флакс);
· мембраны с высокой проницаемостью (хай-флакс).
Это важно знать, потому что, если у вас, мягко говоря, не слишком чистая вода для гемодиализа и вы не очень уверены в мониторах, особенно в отношении волюметрического контроля ультрафильтрации, не рискуйте использовать мембрану хай-флакс. Пренебрегите этой «средней» молекулой, ведь ее все равно нет.
В классификации мембран по материалу особой практической нужды нет, но для фирм - это гвоздь программы (рис. 1-12).
В классификации мембран по материалу особой практической нужды нет, но для фирм - это гвоздь программы (рис. 1-12).
Рис. 1-12. Классификация материалов мембран.
За несколько десятилетий никаких чудодейственных мембран открыть не удалось, хотя у некоторых фирм были претензии на нечто подобное.
Параметры гемодиализатора
Половолоконные капиллярные гемодиализаторы сегодня преобладают в практике гемодиализа. Устройство их практически одинаково, только материал мембраны бывает разным. Мы полагаем полезным показать внутреннее устройство гемодиализатора и дать номенклатуру элементов его конструкции (рис. 1-13).
Подробно описывать параметры гемодиализатора считаю не нужным. Откройте любой ящик с гемодиализаторами, достаньте оттуда памятку (см. рис. 1-13)
Подробно описывать параметры гемодиализатора считаю не нужным. Откройте любой ящик с гемодиализаторами, достаньте оттуда памятку (см. рис. 1-13)
Рис. 1-13. Устройство капиллярного гемодиализатора.
и внимательно ее изучите, желательно - в оригинале. К сожалению, большую часть переводов на русский язык иностранных аннотаций никто не контролирует. Поэтому вместо толковых инструкций мы в изобилии имеем «филькины грамоты», в коих только весьма искушенный специалист может разобраться. Возьмите, к примеру, инструкцию к диализаторам фирмы «IDEMSA». В этом «документе», помимо всего прочего, можно встретить такие неповторимые перлы: «... данный диализатор должен быть тщательно обезгажен» и т. п. Если же, немного потрудившись, вы прочтете инструкцию на английском языке, действительно получите немало ценной информации о гемодиализной номенклатуре (рис. 1-14).
Рис. 1-14. Параметры гемодиализатора.
Немало сведений о гемодиализаторе можно получить из рекламного буклета. В нем данные об изделии представлены в самом лучшем виде и даже слегка приукрашены. Но сведения о клиренсе и ультрафильтрации, как правило, почти соответствуют действительности.
Специалист по гемодиализу должен иметь представление о следующих параметрах гемодиализатора:
· материале мембраны;
· клиренсе мочевины, креатинина и фосфата (в мл/мин) при различной скорости кровотока; как правило, в аннотациях указывают клиренсы in vitro при кровотоке 200, 300 и 400 мл/мин;
· коэффициенте ультрафильтрации (в мл/ч/мм рт. ст.), который показывает, сколько жидкости можно удалить в течение 1 ч при трансмембранном давлении 1 мм рт. ст.;
· способе стерилизации (окись этилена, радиация, пар).
Остальные многочисленные параметры гемодиализатора знать желательно, но не обязательно.
Обычно нам очень хочется узнать, какой диализатор самый лучший. Ответ один: если параметры гемодиализатора соответствуют заявленным паспортным данным, никаких претензий к нему быть не может.
Обычно нам очень хочется узнать, какой диализатор самый лучший. Ответ один: если параметры гемодиализатора соответствуют заявленным паспортным данным, никаких претензий к нему быть не может.
