meditsin1128_1

кулиты, быстропрогрессирующий гломерулонефрит.

Механизм плазмафереза складывается из двух основных факторов:

9 механическое удаление из организма вместе с плазмой токсических продуктов;

9 возмещение утраченных или недостающих жизненных компонентов внутренней среды организма путем переливания свежей донорской плазмы.

В настоящее время существует несколько методик проведения плазмафереза.

1.Ручной метод. Суть его заключается в отстаивании крови во флаконах с гемоконсервантом с последующим удалением плазмы и возвращением эритроцитарной массы больному.

2.Метод прерывного плазмафереза. Кровь больного собирается в пластиковые контейнеры с гемоконсервантом далее центрифугируется, полученная плазма удаляется, а клеточные субстанции возвращаются в сосудистое русло.

3.В 60-е годы была создана модель фракционатора клеток, в котором путем центрифугирования кровь разделяется на плазму и клеточные элементы. Процесс разделения крови осуществляется в специальном роторе, из которого фракции крови удаляются с помощью роликовых насосов.

4.Особым методом плазмафереза является фильтрационный, при котором разделение крови происходит в процессе фильтрации через специальные мембраны или волокнистые фильтры.

Лимфорея и лимфосорбция

Детоксикационная лимфорея - метод, предполагающий нарушение отведения лимфы путем дренирования грудного лимфатического протока. При этом вместе с лимфой удаляются токсические метаболиты. Возмещение потери лимфы, достигающее 5 л/сут, проводят путем внутривенного введения соответствующего количества плазмозамещающих растворов. Недостатком метода является то, что вместе с токсическими продуктами удаляются ценные для организма вещества: белки, жиры, электролиты, ферменты, лимфоциты.

Исходя из этого разработан и внедрен в практику метод очищения лимфы путем сорбции.

Гемодиализ (ГД)

Принцип гемодиализа основан на явлении избирательной диффузии через полупроницаемую мембрану, которая с одной стороны омывается кровью, а с другой стороны - диализирующим раствором (ДР) (рис. 3.5).

151

Рис. 3.5. Диаграмма процесса гемодиализа.

Под воздействием концентрационного градиента через полупроницаемую мембрану проходят низко- и среднемолекулярные вещества. Мембрана не пропускает высокомолекулярные вещества - белки.

Ультрафильтрация (УФ)

Перемещение воды из крови в диализат через полупроницаемую мембрану называется ультрафильтрацией (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Диаграмма процесса ультрафильтрации.

Скорость ультрафильтрации определяется изменением давления в полости диализатора за счет создания вакуума с одной стороны диализирующей мембраны. Скорость ультрафильтрации подбирается индивидуально и может составлять от 100 до 300 мл/ч при расходе диализата до 300-500 мл/мин. Процедура проводится без использования замещающей жидкости.

Гемофильтрация (ГФ)

Гемофильтрация (греч. haima кровь + лат. filtratio процеживание) - метод очищения крови посредством ее фильтрации через искусственные высокопроницаемые мембраны с одновременным замещением удаляемого фильтрата специальным раствором (рис. 3.7). В отличие от гемодиализа очищение крови при гемофильтрации осуществляется благодаря конвекционному пе-

152

ремещению растворенных в плазме веществ через полупроницаемую мембрану под действием трансмембранного давления, подобно тому, как это происходит в почечных клубочках. Гемофильтрация применяется при лечении тяжелой ОПН и ХПН, выраженной гипергидратации, некоторых отравлений. Интермиттирующая гемофильтрация - основной способ применения этого метода в условиях стационара.

Рис. 3.7. Диаграмма процесса гемофильтрации.

Постоянную гемофильтрацию предпочтительно проводить у неподвижных больных с полиорганной патологией, составляющих контингент реанимационных отделений, а также при массовом поражении, когда возрастает потребность в стационарном оборудовании, или на этапе неспециализированной больничной помощи.

Противопоказаниями для применения гемофильтрации являются некорригируемая артериальная гипотензия, продолжающееся кровотечение, геморрагический инсульт.

По молекулярному спектру удаляемых веществ гемофильтрация близка к естественному почечному очищению. В отличие от гемодиализа при гемофильтрации хорошо удаляются уремические токсины малой и средней молекулярной массы. Кроме того, с помощью гемофильтрации могут быть удалены так называемые маленькие белки (например, бета2-микроглобулин, миоглобин), некоторые ферменты, бактериальные эндотоксины. При гемофильтрации эффективнее удаляются вещества, распределяющиеся преимущественно во внеклеточной жидкости и хорошо проходящие через мембрану, в меньшей степени нарушается осмотический баланс, поэтому гемофильтрация реже сопровождается опасными осложнениями со стороны органов кровообращения и центральной нервной системы. Для качества очищения определяющее значение имеет объем фильтрации, который в оптимальных случаях должен быть не менее 60-80% от массы тела пациента.

Аппараты для гемофильтрации - гемопроцессоры оснащены насосами

153

для перфузии крови, удаления отфильтрованной жидкости (ультрафильтрата) и введения замещающего раствора, термостатом для подогревания замещающего раствора, электрическими весами для определения количества фильтрата и замещающего растворы, а также электронным устройством (микропроцессором), обеспечивающим автоматическое управление и контроль за ходом процедуры. Созданы аппараты, способные изготавливать высококачественный замещающий раствор, а также упрощенные портативные модели. Конструкцией аппарата предусмотрена защита пациента от перегретого раствора, воздушной эмболии, утечки крови в фильтрат, жидкостного дисбаланса. Для проведения гемофильтрации используют функциональную кровать и прикроватную систему взвешивания, что отвечает требованиям безопасности пациента. В стандартный набор для постоянной гемофильтрации входят маленький гемофильтр, кровяные линии, линии для замещающего раствора и фильтрата, контейнер и мешок-накопитель для фильтрата, сосудистые катетеры и переходные краны к ним.

Постоянную гемофильтрацию можно проводить с помощью насоса крови и спонтанно за счет артериального давления крови пациента. В связи с малой скоростью фильтрации процедуру проводят длительное время, иногда несколько суток или недель. Замещающие растворы по составу близки к безбелковой части плазмы крови, стерильны, апирогенны и способны исправлять нарушения электролитного и кислотно-основного гомеостаза. Применяют 12-14 видов растворов, которые различаются по содержанию важнейших катионов, анионов, глюкозы, буферным свойствам, осмотическому давлению. Растворы расфасованы по 4,5-5 кг в мягкие пластиковые контейнеры.

Аппарат присоединяют к пациенту с помощью наружного артериовенозного шунта или артериовенозной фистулы (в последнем случае сосуд пунктируют специальными иглами), реже введением катетеров в крупные сосуды посредством чрескожной пункции. Для предупреждения свертывания крови в аппарате в линию перед фильтром вводят гепарин (фракционно или постоянно), иногда на выходе из аппарата его нейтрализуют раствором протамина сульфата. Эффективность гемофильтрации оценивают, прежде всего, клинически по обратному развитию симптомов уремической интоксикации, по изменению массы тела, а также биохимическим показателям (содержание в крови мочевины, креатинина, мочевой кислоты, гуанидина и др.).

Осложнения при гемофильтрации могут быть связаны с экстракорпоральной перфузией (кровотечение, нарушение гемостаза, эмболия), вмешательством в водно-электролитный и кислотно-основный баланс (гипергидратация и дегидратация, гипокалиемия, метаболический алкалоз). Могут быть связаны со стрессом и неселективным очищением (гипогликемия, гипофосфатемия, потеря аминокислот), нарушением теплового баланса (озноб повышение температуры тела), инокуляцией возбудителей инфекции (сепсис, гепатит, сифилис, ВИЧ-инфекция). При высокопоточной гемофильтрации могут наблюдаться артериальная гипотензия и сердечная слабость, обусловленные гипокалиемией и гипомагниемией, в связи с чем показаны периодическое введение панангина. При гемофильтрации предусмотрительно увеличи-

154

вают дозу лекарственных препаратов, количество вводимой глюкозы, аминокислот, уменьшают дозу инсулина.

Гемодиафильтрация (ГДФ)

При гемодиафильтрации одновременно происходит два процесса:

1.Гемодиализ - диффузия веществ через полупроницаемую мембрану диализатора между кровью пациента и диализирующей жидкостью;

2.Гемофильтрация - конвективный транспорт воды и растворённых в ней веществ через полупроницаемую мембрану гемофильтра.

Диализаторы применяемые для гемодиафильтрации называются гемодиафильтры и имеют хорошие показатели как по диффузии, так и по ультрафильтрации.

При проведении стандартной гемодиафильтрации используется бикарбонатный концентрат для получения диализирующей жидкости, а для замещения ультрафильтрата используются специальные растворы для гемофильтрации. Обычно во время сеанса замещаются от 9 до 20 литров жидкости.

Существует разновидности гемодиафильтрации: стандартная гемодиафильтрация и гемодиафильтрация ON-Line. Во время гемодиафильтрации ON-Line замещающая жидкость готовится непосредственно из бикарбонатного диализата и объём замещения зависит от показаний, от скорости кровотока, типа диализного фильтра и может достигать 60-80 литров за процедуру. При скорости потока крови от 300 до 400 мл/мин. Средний процент снижения концентрации за процедуру для мочевины, креатинина, фосфата, бета2микроглобулина был соответственно: 78.1 ± 4.0 %, 72.0 ± 4.3 %, 59.3 ± 7.7 %,

и 70.2 ± 9.5 %.

Различают ON-Line ГДФ с предилюцией и постдилюцией, при которых замещающая жидкость вводится в кровь непосредственно до и после диафильтра (диализатора) соответственно (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Диаграмма процесса ГДФ с предилюцией и постдилюцией.

155

Таким образом, медицина располагает значительным числом методов детоксикации организма. Кроме того, постоянно разрабатываются новые способы. Дальнейшие исследования покажут, какие методы наиболее эффективны.

2.4.Аппарат “Исскуственная почка” для проведения гемодиализа

В1944 году голландским врачом Колфом впервые был применен аппарат для временного замещения выделительной функции почек так называемая "искусственная почка" или гемодиализатор (ГДр) (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Принцип работы аппарата "искусственная почка".

Его в основном используют при почечной недостаточности для освобождения крови от продуктов обмена и вообще, тех веществ, которым не место в организме - это может быть и лишняя вода. Для работы искусственной почки нужен катетер, насос и главная деталь полупроницаемая мембрана. Необходим специальный гемодиализирующий раствор, который содержит основные электролиты крови и глюкозу, в близких к нормальной крови концентрациях, но не содержит вещества подлежащих удалению. Таким образом, элементы крови через мембрану не проходят в отличие от вредных сульфатов, фосфатов мочевины.

Учитывая общие закономерности построения аппаратов для внепочечного очищения крови, все существующие ГДр можно классифицировать по режиму транспортирования управляющей среды на аппараты со сливом и аппараты с рециркуляцией диализата или диализирующего раствора (ДР).

2.5. Методы и средства гемодиализного биомониторинга

Исследования последних лет убедительно показали, что длительная выживаемость на хроническом гемодиализе совершенно не связана с биосовмес-

156

тимостью диализных мембран, типом диализного буфера и элиминацией пресловутых "средних" молекул, среди которых безуспешно искали несуществующий уремический токсин. Поэтому в мировой практике замещения функции почек оставлены фильтрационные способы детоксикации крови, которые не показали никаких преимуществ перед гемодиализом. В настоящее время длительную выживаемость на хроническом гемодиализе связывают с непростыми, но понятными факторами: диализная доза (Kt/V), безопасность гемодиализа, питание, эритропоэтин.

До настоящего времени проблема принципиального повышения качества гемодиализа не могла быть решена по причине отсутствия инструментов для фактического контроля за важнейшими параметрами гемодиализа, такими как доза гемодиализа, время, скорость перфузии крови, ультрафильтрация. Все эти задачи решались путем разнообразных косвенных расчетов и профилирования. Комплекс диализного мониторинга исключительно состоял из наблюдения за чисто физическими параметрами. В настоящее время проблему адекватности гемодиализа, аналитического определения гемодиализной прескрипции и сбалансированности ультрафильтрации решает гемодиализный биомониторинг, основанный на использовании сенсоров. Дело в том, что изменение биохимического состава отработанного диализата, как в зеркале отражает изменение биохимического состава крови. Поэтому по данным сенсора мочевины на сливе из аппарата искусственная почка оказалось вполне возможным осуществлять мониторинг таких фундаментальных показателей гемодиализа, как Kt/V, РСК (степень катаболизма белка), степень снижения уровня мочевины. Все эти параметры связаны практически линейной зависимостью и легко поддаются программированию. Компьютеризированный сенсор мочевины дает возможность интегрально с учетом всех погрешностей фактически в каждой конкретной ситуации определять диализную дозу и время. Волюметрический контроль ультрафильтрации не решил проблему адекватной гемодиализной дегидратации, хотя сделал ее управляемой. Основным недостатком всех ранее существовавших способов профилирования ультрафильтрации было отсутствие данных о фактическом изменении объема водных пространств организма.

Сегодня эту проблему решает сенсор изменения объема крови. Сенсор неинвазивно устанавливается на входе крови в диализатор и по гемоконцентрации рассчитывает фактическое изменение объема крови в процентах от исходного значения и, равным образом, в динамике показывает темп восстановления объема крови после отключения ультрафильтрации. И сенсор мочевины и сенсор объема крови выдают информацию в цифровом и графическом виде и позволяет управлять работой аппарата искусственная почка по принципу обратной связи. Почти все гемодиализные компании уже декларировали инкорпорацию биосенсоров в основные блоки диализной аппаратуры. Таким образом, в настоящее время происходит качественный прогресс в почечной технологии. Надо полагать, что число параметров, которые контролируются биосенсорами, будет увеличиваться. Вероятно, это будет глюкоза, калий, рН и т. п. Итак, будущее гемодиализа - биомониторинг.

157

2.5.1.Биосенсоры как новый тип аналитических устройств

Впоследнее десятилетие возникли новые контакты на первый взгляд между очень далекими областями: электроникой и биохимией. Их взаимодействие создало новую сферу – биоэлектронику. Первым шагом в этой области было возникновение новых устройств для анализа и переработки, получивших название биосенсоров (БС). БС рассматриваются как первое поколение биоэлектронных устройств.

Биосенсоры – это аналитические устройства, использующие биологические материалы для распознавания определенных молекул и выдающие информацию об их присутствии и количестве в виде электрического сигнала.

Идея создания ферментного электрода принадлежит Кларку и Лайону, а первая публикация в 1967г. и название “ферментный электрод” - Хиксу и Апдайку. В этой работе на поверхность амперометрического электрода Кларка была нанесена иммобилизованная глюкозооксидаза, с помощью которой по изменению концентрации кислорода измеряли концентрацию глюкозы. Первый потенциометрический ферментный электрод для определения мочевины описан Монтальво и Гильбо в 1968 г.

Под термином биосенсор (БС) следует понимать устройство, в котором чувствительный слой, содержащий миологический материал: ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы и др., непосредственно реагирующий на присутствие определенного компонента, генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента. Конструктивно БС представляет собой комбинированное устройство, состоящее из двух преобразователей, или трансдьюсеров, - биохимического и физического, находящихся в тесном контакте друг с другом. На рис. 3.10 приведена общая схема такого устройства. Биохимический преобразователь, или биотрансдьюсер, выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя определяемый компонент, а точнее, информацию о химических связях в физическое или химическое свойство или сигнал, а физический преобразователь преобразует концентрационный сигнал в электрический. В данном случае реализуется принципиально новый способ получения информации о химическом составе раствора. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой селективностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси, на прибегая ни к каким дополнительным операциям, связанным с использованием других реагентов и т.д. (отсюда и название – без реагентные методы анализа).

Существует большое разнообразие физических трансдьюсеров: электрохимические, спектроскопические, термические, пьезоэлектрические и т.п. На рис. 3.11 приведен перечень преобразователей используемых в БС.

158

Рис. 3.10. Схема биохимического сенсора: 1-исследуемый раствор, 2- корпус БС, 3-полупроницаемая мембрана (для механического удержания биослоя), 4-слой биоматериала, 5-физический преобразователь (электрод и т.д.), 6-усилитель сигнала, 7-индикатор.

В настоящее время наиболее распространены электрохимические преобразователи. Различают потенцио- и амперометрические БС, биосенсоры оптоволоконные, на полевых транзисторах и др. По названию преобразователя можно сделать вывод о характере физического свойства, которое измеряется аппаратно с использованием микропроцессорной техники, что позволяет сделать устройство достаточно компактным.

Функционально, таким образом, биосенсоры сопоставлены с датчиками живого организма – биорецепторами, способные преобразовывать все типы сигналов в электрические.

159

Рис. 3.11. Типы чувствительных элементов распознавания (биослой) и физических преобразователей в сенсорах.

Принцип работы БС достаточно прост. Определяемое вещество диффундирует через полупроницаемую мембрану в тонкий слой биокатализатора, в котором и протекает ферментативная реакция по схеме, указанной на рис. 3.10. Поскольку в данном случае продукт ферментативной реакции определяется с помощью электрода, на поверхности которого закреплен фермент, то такое устройство называют ферментным электродом. Таким образом, определения “биосенсор” и “ферментный электрод” в данном случае синонимы.

Следует отметить, что характер ферментативной реакции зависит от природы фермента, типа его каталитического действия. Многие ферменты сейчас доступны, их чистые препараты включены в каталоги ряда фирмпроизводителей. Важно отметить, что при конструировании БС увеличение продолжительности действия фермента становиться основной задачей. Дело в том, что нативный фермент сохраняет свои свойства лишь в течении относительно короткого времени. Поэтому была разработана операция так называемой иммобилизации фермента. В ходе иммобилизации с помощью специальных реагентов фермент “закрепляют” либо на поверхности адсорбентов, например силикагеля, угля или целлюлозы, либо вводят в пленку пористого полимера, либо ковалентно, то есть с помощью химических связей, “пришивают” к какой-либо подложке. При этом фермент закрепляется, перестает быть подвижным, не вымывается из биослоя, а его каталитическое действие сохраняется. На рис. 3.12 дано схематическое изображение методов иммоби-

160