Глава 2. Вода для гемодиализа

Стандарт качества и водные контаминанты

· Претритмент

· Обратный осмос

· Мониторинг обратного осмоса

Стандарт качества и водные контаминанты

Использовать неочищенную водопроводную воду для гемодиализа недопустимо. Водопроводная вода содержит большое количество контаминантов (загрязнителей), которые вызывают у диализных больных различные патологические проявления.
Поэтому контаминанты должны быть удалены. За 4 ч гемодиализа кровь больного через мембрану контактирует со 120 л диализата. Во всем мире в качестве стандарта для гемодиализной воды приняты требования AAMI (The Association for Advancement Medical Instrumentation), разработанные в США (табл. 2-1).

Контаминант	Максимальный уровень
Кальций	2,0 (0,1 мэкв/л)
Магний	4,0 (0,3 мэкв/л)
Натрий	70,0 (3,0 мэкв/л)
Калий	8,0 (0,2 мэкв/л)
Фтор	0,2 мг/л
Хлор	0,5 мг/л
Хлорамины	0,1 мг/л
Нитраты	2,0 мг/л
Сульфат	100,0 мг/л
Медь	0,1 мг/л
Барий	0,01 мг/л
Цинк	0,1 мг/л
Алюминий	0,01 мг/л
Мышьяк	0,005 мг/л
Литий	0,005 мг/л
Серебро	0,005 мг/л
Кадмий	0,001 мг/л
Хром	0,014 мг/л
Селен	0,09 мг/л
Ртуть	0,0002 мг/л

Основные принципы этого стандарта мы считаем нужным изложить.
Любой контаминант становится опасным для больного, если его концентрация в диализате превышает концентрацию в крови. В первой группе элементов стандарта находятся кальций, магний, натрий и калий. Эти вещества в принципе не являются ядами для больного. Их концентрация ограничивается лишь потому, что они могут оказать существенное влияние на конечный состав диализата после смешения воды и концентрата, хотя синдром жесткой воды можно отнести и к токсическим эффектам, и к эффектам неправильного состава диализата.

Во второй группе - контаминанты, вредные эффекты которых хорошо известны и подтверждены научными исследованиями (табл. 2-2).
Таблица 2-2. Токсические эффекты некоторых водных контаминантов

Контаминант	Токсический эффект	Минимальный токсический уровень, мг/л
Алюминий	Диализная энцефалопатия, поражение костей	0,06
Хлорамины	Гемолиз, анемия, метгемоглобинемия	0,25
Медь	Тошнота, ощущение холода, повреждение печени, гемолиз	0,49
Фтор	Остеомаляция, остеопороз	1,0
Нитраты	Метгемоглобинемия, гипотензия, тошнота, цианоз	21,0
Сульфат	Тошнота, рвота, ацидоз	200,0
Цинк	Анемия, тошнота, рвота, лихорадка	0,2
Микроорганизмы	Фебрильные реакции
Углеводороды	Потенциальный канцерогенез

Остальные контаминанты - вещества, эффекты которых или не известны, или не доказаны при их концентрации ниже питьевого стандарта. Поэтому составители стандарта диализной воды прагматично установили предельно допустимую концентрацию на уровне 1/10 от стандарта питьевой воды (барий, мышьяк, кадмий, хром, литий, ртуть, селен, серебро).

Претритмент

Очистка водопроводной воды для гемодиализа производится с помощью обратного осмоса как наиболее эффективного и экономичного метода. Специалисты в области гемодиализа должны знать, что это такое, так как жизнь показывает, что полагаться полностью на технический персонал нельзя. Кроме того, необходимо понимать, что требовать от технической службы, и заставлять её постоянно контролировать работу довольно сложной гидротехнической системы обратного осмоса.
Обычно водопроводная вода поступает во входной резервуар, а оттуда насосом подается на предварительную очистку, которую называют претритментом (от англ. pretreatment). Наличие входного бака и насоса особенно важно при низком давлении водопроводной воды. Входной бак позволяет при отключении водоснабжения спокойно продолжить гемодиализ и закончить его без аврала (рис. 2-1).

Рис. 2-1. Входной бак.

Фильтры непосредственно обратного осмоса очень деликатные, в связи с чем и проводится претритмент.
Претритмент - важная часть системы обратного осмоса. От него полностью зависит работа непосредственно фильтра.
Первым элементом претритмента является песчаный фильтр. Он должен задержать все взвешенные частицы, успешно преодолевшие фильтры водопроводной станции или присоединившиеся к воде по дороге к потребителю (рис. 2-2).

Рис. 2-2. Работа песчаного фильтра.

О степени загрязненности песчаного фильтра можно судить по разнице давлений на входе и выходе из фильтра. Естественно, что песчаный фильтр не может бесконечно накапливать грязь, поэтому он имеет устройство для регенерации обратной промывкой (back wash), для чего воду подают в обратном направлении (рис. 2-3).

Рис. 2-3. Обратная промывка песчаного фильтра.
Песок, спрессованный давлением воды и содержащий задержанные частицы, как бы встряхивается, и все, что накопилось в нем, поступает на слив. Важно, чтобы давления входного насоса хватало для обратной промывки всей толщи песка. Поэтому нельзя чрезмерно набивать колонну песком. Для перестраховки мы рекомендуем программировать обратную промывку песка ежедневно, желательно во внедиализное время. Впрочем, так следует проводить регенерацию и всех других элементов системы. Совсем нелишне иногда визуально проконтролировать дренируемую воду во время обратной промывки - это позволяет достаточно объективно оценить эффективность регенерации. Кроме того, в некоторых системах существует программа регенерации песчаного фильтра раствором перманганата калия. При правильной эксплуатации песчаный фильтр работает неограниченно долго, принимая на себя всю механическую грязь водопроводной воды, в том числе железистые гели, опасные для диализной гидравлики, хотя качество воды песчаный фильтр практически не улучшает.
Некоторые фирмы для удаления соединений железа устанавливают в претритменте специальный фильтр. Обычно песчаный фильтр содержит "зеленый" песок, который периодически регенерируется раствором перманганата калия, что восстанавливает его способность задерживать соединения железа. И все-таки жизнь показывает, что песчаный фильтр следует хотя бы раз в 1-2 года перебирать. Ведь контейнер песчаного фильтра непрозрачный, и по данным приборов трудно точно оценить состояние песка и эффективность обратной промывки. А при переборке можно визуально исследовать все содержимое фильтра и механически под непосредственным контролем промыть песок. Гравий от песка легко отделить с помощью мелкой сетки. Правда, переборка песчаного фильтра - работа грязная.
На дне всех фильтров претритмента имеется гравиевая подушка, не дающая мелким элементам шихты забивать тонкие отверстия в трубе, которая отводит отфильтрованную воду. Уровень гравия в контейнере должен быть выше, чем уровень отверстий в отводящей трубе. Желательно, чтобы размер частиц гравия не превышал 0,5 см. Как кашу маслом, так и фильтр гравием не испортишь - ведь гравий не осаждает из воды частицы и практически не редуцирует давление.
После песчаного фильтра вода поступает в колонну с активированным углем (рис. 2-4).

Рис. 2-4. Очищение воды угольным фильтром.
Угольный фильтр ничего не осаждает и является чисто сорбционным. Он предназначен для сорбции органических соединений и соединений хлора.
Так как угольный фильтр не является осаждающим, редукция давления воды на нем незначительна и в процессе работы не нарастает (рис. 2-5).

Рис. 2-5. Работа угольного фильтра.
Нормальная работа угольного фильтра является важным фактором улучшения качества воды.
Работу угольного фильтра следует контролировать, сравнивая содержание хлора на входе и выходе из фильтра. Фирма-поставщик обязана предоставить специальный набор для этого исследования. Угольный фильтр - наиболее коварный элемент всей системы. Коварство его заключается в том, что при определенной насыщенности хлором уголь начинает его активно отдавать, и вместо очистки воды получается ее отравление. Особенно настороже следует быть в период паводка, когда контаминация воды максимальна. Если содержание хлора на выходе из угольного фильтра больше или равно входной концентрации, колонну следует загрузить новым углем, а старый выбросить.
Последним этапом претритмента является смягчение воды с помощью устройства, освобождающего её от ионов жесткости - кальция и магния. В качестве умягчителя используется ионообменная смола, которая меняет ионы кальция и магния на ионы натрия (рис. 2-6).

Рис. 2-6. Принцип работы ионообменной смолы умягчителя.
Понятно, что по мере того как смола насыщается ионами жесткости, ее следует регенерировать. Регенерация умягчителя производится насыщенным раствором хлористого натрия, а промывная вода с кальцием и магнием уходит на слив (рис. 2-7).

Рис. 2-7. Умягчитель.
Крайне важно следить за тем, чтобы в резервуаре для регенерации умягчителя постоянно находилась соль. Обычно для этой цели используют специально спрессованные таблетки из хлористого натрия. Работу умягчителя следует контролировать по фактическому содержанию ионов жесткости на выходе из умягчителя. Реактивы для этой цели также должны быть приложены к системе. Обычно на выходе из умягчителя допускается содержание ионов жесткости лишь в следовых количествах. Существенное содержание ионов жесткости в воде обратного осмоса может повлиять на состав диализата по кальцию и магнию - ведь навеска солей концентрата рассчитана на полностью деионизированную воду. Частота регенерации умягчителя зависит от потребности в ней. Особенно внимательно надо контролировать работу умягчителя в период паводка, так как в это время жесткость водопроводной воды существенно возрастает.
Если в воде для гемодиализа кальция и магния нет, это заслуга не ваша, а мембраны обратного осмоса. Вы должны добиться отсутствия жесткости именно после умягчителя.
Умягчитель может быть опасен, если насыщенный раствор хлористого натрия, которым регенерируется ионообменная смола, удален из устройства не полностью. В этом случае выброс в гидравлику хлористого натрия может привести к существенному повышению кондуктивности диализата разом во всех мониторах.
Итак, мы подходим к концу описания претритмента. Для дополнительной страховки после трех колонн претритмента, желательно иметь осаждающий 5-микронный фильтр.
Необходимость этого фильтра обусловлена тем, что во время регенерации элементов претритмента в системе могут возникать гидравлические удары, способные вызвать выброс шихты из претритмента, а попадание песка, угля или ионообменной смолы непосредственно в блок обратного осмоса крайне нежелательно. Прозрачный корпус страхового фильтра позволяет визуально это контролировать

Обратный осмос

Пройдя претритмент, вода в значительной степени очищена и вполне пригодна для очистки уже непосредственно обратным осмосом. Под большим давлением, 10-20 атм, специальным насосом вода подается на мембранный фильтр (рис. 2-8).

Рис. 2-8. Принцип работы блока обратного осмоса.

Кстати, многие не понимают, почему очистка воды называется обратным осмосом. А дело в том, что вследствие высокого давления через мембрану в первую очередь проходит вода как наиболее низкомолекулярное вещество. Ведь ее относительная молекулярная масса составляет всего 18 Д, а вещества с более высокой молекулярной массой как бы отсекаются мембраной. Чем выше молекулярная масса контаминанта, тем больше его отбрасывается мембраной. В зависимости от молекулярной массы отсечка на мембране варьирует от 90 до 99%. Естественно, что натрий, имеющий массу 23 Д, отсекается в меньшей степени. Таким образом, вода движется не в сторону большей концентрации, как это происходит при нормальном осмосе, а в сторону меньшей концентрации, т. е. в обратную сторону. Поэтому и осмос называется обратным. По существу процесс обратного осмоса можно назвать гиперфильтрацией.
В блоке обратного осмоса различают 3 вида воды:

· фид (питающая вода);

· пермеат (очищенная вода);

· концентрат (отшлакованная вода).

На мембране обратного осмоса отшлаковывается до 50% всего фида. Качество пермеата обычно контролируется по электропроводности. При нормальной работе обратного осмоса кондуктивность (электропроводность) пермеата не превышает 5-6 мкСм.
Мембрана обратного осмоса периодически промывается в режиме флаш (от англ. flash), когда фид не под давлением, а с большой скоростью подается вдоль мембраны обратного осмоса, очищая её от наслоений.
После обратного осмоса вода поступает в накопитель чистой воды, обычно большой емкости - около 1 м3 и более (рис. 2-9).

Рис. 2-9. Бак чистой воды и распределительная петля.

Из накопителя вода подается в распределительную петлю к мониторам.
В распределительную петлю нередко устанавливают фильтр, мембрана которого задерживает бактерии. Размер пор этой мембраны составляет всего 0,22 мкм. Стандарт ААМI допускает содержание в воде для гемодиализа до 200 колониеобразующих клеток на 1 мл, а в отработанном диализате в конце процедуры допускается наличие 2000 клеток/ мл.
В принципе простерилизовать гидравлику обратного осмоса нетрудно. Для этого в системе имеется специальный стерилизационный порт, куда закладываются таблетки со стерилизантом. Но тогда возникает другой вопрос: как эффективно отмыть из системы стерилизант? Это уже не так просто. Кроме того, необходимо проконтролировать, отмылся ли полностью стерилизант. В практической работе эффективным способом контроля бактериальной контаминации гемодиализной воды является интенсивная диализная работа в две смены ежедневно. При застое воды вся гидравлика обратного осмоса превращается в инкубатор бактериального роста. И это, к сожалению, факт. В качестве доказательства приводим данные проф. Y. Berland, который исследовал концентрацию эндотоксина на разных этапах очистки воды (рис. 2-10).

Рис. 2-10. Содержание эндотоксина в воде на разных этапах её очистки.

Обратите внимание на то, что после прохождения водой угольного фильтра в ней существенно возрастает уровень эндотоксина. По существу, уголь отравляет воду эндотоксином, который отсекается только мембраной обратного осмоса. В последние годы борьбе с бактериальной контаминацией диализата уделяется очень большое внимание. Ведь при проведении гемодиализа с высокопроницаемыми мембранами (хай-флакс) значительное количество контаминантов, в том числе и эндотоксин, могут попадать из диализата в кровь. При работе с низкопроницаемыми (лоу-флакс) мембранами эта опасность минимальна, так как эндотоксин представляет собой липополисахарид с большой молекулярной массой и мембрана лоу-флакс для эндотоксина практически непроницаема.
Все части описанной системы связаны между собой сетью труб, кранов, датчиков. Это устройство обычно управляется микропроцессором, который контролирует включение насосов и периодически по заданной программе производит регенерацию элементов системы по ночам и в выходные дни. Системы очистки воды обычно комплектуют мини-лабораториями для контроля качества воды на всех этапах. И хотя работу установки обычно контролирует инженер, врачам необходимо знать весь процесс, чтобы с пониманием требовать от технической службы соблюдения качества воды для гемодиализа. Ведь за состояние больных отвечает не инженер, а врач.
Заключая краткое изложение необходимых для врача сведений по технологии обратного осмоса, считаем нужным подчеркнуть, что в первую очередь должна быть отлажена работа именно претритмента, иначе все контаминанты будут отсекаться на мембране обратного осмоса, и эта весьма дорогая часть системы быстро выйдет из строя.
Любая система обратного осмоса нуждается в постоянном контроле и коррекции по фактическим результатам работы ее элементов и конкретному состоянию водопроводной воды. Мы нередко и представления не имеем о том, что может находиться в водопроводной воде, особенно во время паводка.
Постарайтесь непременно протестировать воду на содержание алюминия. При чрезмерной его концентрации в водопроводной воде бессмысленно заниматься лечением энцефалопатии, остеодистрофии и анемии.
И еще раз напомним: не забудьте запросить у фирмы-поставщика системы обратного осмоса мини-лабораторию. Фирма обязана ее поставить. Содержание общего хлора, жесткость, железо и рН воды вы должны контролировать в любое время и на любом этапе очистки воды. Это неотъемлемая часть клинической работы диализного врача, потому что если не вы будете контролировать воду, то кто?
Производительность системы обратного осмоса существенно зависит от температуры входной воды (рис. 2-11).

Рис. 2-11. Зависимость производительности обратного осмоса от температуры питающей воды (фида).

В паспортных данных обычно указывают производительность системы при температуре 25 °С. В российских условиях, например в Москве, зимняя температура воды составляет около 5 °С в течение многих месяцев. При заказе системы обратного осмоса надо это учитывать, иначе зимой может возникнуть дефицит чистой воды.
Качество пермеата в определенной степени зависит от перепада давления на мембране обратного осмоса (рис. 2-12).

Рис. 2-12. Зависимость кондуктивности фида от перепада давления на мембране обратного сомоса.

Поэтому надо следить за тем, чтобы давление на мембрану не было слишком низким.
Эффективность работы мембраны обратного осмоса оценивается по проценту отсечки R(%):

Иногда возникает вопрос, можно ли использовать дистиллированную воду для приготовления диализата. Конечно, можно. Но дистилляция - процесс чрезвычайно энергоемкий, что делает воду для гемодиализа слишком дорогой. Кроме того, чтобы приготовить таким образом необходимое количество воды, вам придется дополнительно строить трансформаторную подстанцию.

Мониторинг обратного осмоса

Вот, наконец, вам смонтировали и запустили новую систему очистки воды обратным осмосом. Все отлично, представители фирмы с гордостью показывают, что пермеат имеет необыкновенно низкую кондуктивность, просто диэлектрик. Не обольщайтесь! "Первач" - он всегда очень высокого качества, даже если в систему поступает сточная вода из канализации. Проблемы начнутся, когда фирмачи разъедутся и вы со своим осмосом останетесь один на один.
Чтобы понимать, что происходит с системой, и окончательно отладить её работу по факту, необходимо контролировать все элементы очистки воды, как это рекомендует нам Richard A. Ward (табл. 2-3).
В журнале "Contemporary Dialysis and Nephrology" за декабрь 1997 г. читателю предлагают вести специальный дневник наблюдения за работой системы обратного осмоса:
Данные наблюдений за работой системы обратного осмоса

Дата	Тем-пера-тура	рН	Давле-ние перед песком	Давле-ние после песка	Вход-ное давле-ние	Выход-ное давле-ние пер-меата	Кон-дук- тив-ность	% отсеч-ки	Поток перме-ата	Поток кон-цен-трата

Попробуйте вести такой дневник наблюдений. Может, получится?

Таблица 2-3. Мониторинг системы обратного осмоса

Этап очистки	Параметр	Производный параметр	Частота
Песок	Давление на входе Давление на выходе Поток воды	Падение давления*	Ежедневно
Умягчитель	Жесткость воды на выходе		Ежедневно
Угольный фильтр	Давление на входе Давление на выходе Концентрация хлора на выходе	Падение давления	Ежедневно
Обратный осмос	Кондуктивность фида Кондуктивность пермеата Поток фида Поток пермеата Давление на входе Давление на выходе Температура фида	% отсечки % выхода** Падение давления	Ежедневно