что такое искусственная почка и как работает

Гемодиализ. Суть метода, показания и противопоказания

1. Общие сведения

Гемодиализ – процесс искусственного, производимого вне организма очищения крови. В норме эту функцию выполняют, как известно, почки; при их отказе или выраженной хронической функциональной несостоятельности ставится вопрос о подключении к аппарату «искусственная почка». Строго говоря, на сегодняшний день аппаратная фильтрация уже не является единственным методом компенсации почечной недостаточности: разработаны и практикуются также методы перитонеального и кишечного диализа, однако ниже рассматривается именно первый, ставший уже классическим тип гемодиализа.

Со времен древнейшей медицины существовала идея о том, что исцеление некоторых (а то и всех) болезней требует очищения биологических жидкостей – крови, желчи, «флегмы» и т.д. Однако бесчисленные способы такого очищения, применявшиеся в различных культурах, не имели никакого отношения к реальным биохимическим и биофизическим процессам в организме человека. Лишь с середины ХIХ века появляются фундаментальные работы по осмотической диффузии жидкостей, ставшие отправной точкой на пути к созданию аппаратов искусственной фильтрации. Первые опыты на животных были поставлены в начале ХХ века, однако понадобилось еще около 60 лет, чтобы решить три основные проблемы гемодиализа: достижение достаточной эффективности фильтрующего элемента, создание «многоразового», используемого по мере необходимости доступа к контуру кровообращения и предотвращение коагуляции (свертывания) крови в процессе очистки.

2. Суть метода

Искусственная почка даже сегодня, на фоне неостановимой тенденции к технологической миниатюризации, представляет собой достаточно габаритное и весьма сложное устройство. Доступ в естественную гемодинамическую систему осуществляется через специальную венозно-артериальную фистулу, которая после применения аппарата закрывается до следующего цикла гемодиализа. Необходимую скорость потока крови обеспечивает прецизионная насосная станция с электронным манометрическим контролем, средствами изоляции крови от воздуха, устройством контролируемой подачи антикоагулянта и т.д. Собственно фильтрация осуществляется в многослойной осмотической мембране, пропускающей жизненно важные компоненты крови и задерживающей отработанные, вредоносные, шлаковые соединения. Состав гемодиалитического раствора подбирается с таким расчетом, чтобы в ходе процедуры восстанавливался природный кислотно-щелочной и электролитный баланс.

Несмотря на значительную методологическую и технологическую сложность процесса, для самого пациента процедура гемодиализа в настоящее время вполне терпима – настолько, что человек может читать, работать с компьютером и т.д. Возможные дискомфортные ощущения в большинстве случаев ограничены чувством слабости, тошноты и т.п., однако данная симптоматика по мере необходимости легко купируется гемодиализной бригадой.

Разработаны различные методики гемодиализа, применяемые в тех или иных клинических ситуациях. По показаниям производится стационарный, амбулаторный и домашний гемодиализ. Последний режим искусственной фильтрации вполне допустим, технически возможен (компактные портативные аппараты «искусственная почка» сегодня производятся серийно), а в ряде случаев и предпочтителен, однако здесь сказывается один из главных недостатков метода: очень высокая стоимость, кардинально снизить которую пока не удается.

Периодичность, интенсивность и продолжительность гемодиализа назначается, разумеется, в строго индивидуальном порядке, однако более-менее стандартной можно считать частоту 3 раза в неделю по 2-4 часа (в домашних условиях гемодиализ производится, как правило, несколько чаще).

3. Показания и противопоказания

Общим критерием жизненной необходимости гемодиализа является функционирование почек на уровне не более 15% от естественной нормы. К столь грубой почечной недостаточности приводят многие хронические нефрологические заболевания (гломерулонефрит, ишемическая нефропатия и пр.), однако показания к искусственной фильтрации крови возникают и в случаях острой почечной недостаточности – например, при тяжелых интоксикациях (в т.ч. медикаментозных), грубых нарушениях электролитного баланса, выраженных локальных и генерализованных отеках, уремии и т.п.

Следует понимать, что в случаях хронической прогрессирующей почечной недостаточности гемодиализ выступает лишь паллиативной, симптоматической, временной мерой; в подобных ситуациях его целью является поддержание жизнеспособности организма (и, по возможности, обеспечение приемлемого качества жизни) в ожидании донорского материала для трансплантации почек.

Противопоказания

Аппараты «искусственная почка» постоянно и интенсивно совершенствуются. Вместе с тем, очевидно, что такого рода вмешательство в сложнейшие природные процессы по определению не может быть абсолютно безопасным и безвредным. При назначении гемодиализа всегда приходится учитывать риск возможных осложнений со стороны сердечно-сосудистой, кроветворной, нервной систем, что обусловливает ряд абсолютных противопоказаний к этой процедуре. Так, гемодиализ не назначают лицам старше 80 лет (для пациентов с сахарным диабетом возрастной предел – 70 лет), больным с хроническими гепатитами, инкурабельными онкологическими процессами, легочной и сердечной недостаточностью (особенно с инфарктом в анамнезе), заболеваниями крови, психическими расстройствами. Существует также ряд относительных противопоказаний (выраженная гипотония, риск внутренней геморрагии, туберкулез и пр.).

4. Эффективность и прогноз

Как указано выше, методология и аппаратное обеспечение гемодиализа продолжают развиваться; в силу достигаемого терапевтического эффекта, на сегодняшний день эта процедура является уже рутинной для большинства специализированных нефрологических центров. Вместе с тем, какие-либо усреднения в данном случае едва ли корректны, поскольку реальные клинические ситуации слишком многообразны и зависимы от множества индивидуальных факторов (в частности, от соблюдения пациентом строгой диеты, особого режима суточного потребления жидкости и других врачебных предписаний). В западной литературе, однако, приводятся данные об успешном долгосрочном применении аппаратов «искусственная почка» – общая продолжительность курсов гемодиализа может достигать 30-50 лет.

Источник

Гемодиализ

Если из-за патологии либо ранения почки отказывают, их функции берет на себя мембрана диализатора. Уже более 60 лет гемодиализ, непрерывно совершенствуясь, спасает и продлевает жизнь больных. Уремическая кома, бич почечников в старину, наблюдается всё реже. Жизнь с искусственной почкой из экстренной почки превратилась в повседневность со своими правилами, которые необходимо знать.

Гемодиализ – это процедура, которая позволяет очищать организм пациента с нарушенной работой почек от лишней жидкости и токсинов. При острой или хронической почечной недостаточности почки не способны выводить воду и продукты метаболизма белка — мочевину и креатинин, поддерживать стабильный уровень калия, фосфора. В этом случае необходимо экстракорпоральное, т.е. внепочечное, удаление ненужных веществ. В быту гемодиализ называют «искусственной почкой» или просто диализом.

Как проходит гемодиализ

Во время процедуры диализа в фистулу вводят иглу с подсоединенной гибкой трубкой, по которой кровь поступает в диализный аппарат. Там происходит удаление токсинов, избыточного количества электролитов и жидкости. После этого кровь возвращают в сосудистое русло больного. Чтобы кровь не сворачивалась и не забила тромбами диализную систему, вводят гепарин. В экстренных случаях, когда нет готового доступа, пациенту устанавливают катетер в крупный сосуд. Гемодиализ делают трижды в неделю, в среднем процедура занимает 4 часа. Все это время пациент лежит в функциональном кресле, подсоединенный к аппарату; можно читать, смотреть ТВ, спать, слушать музыку.

Рисунок 1. Схема гемодиализа. Источник: inspiring / freepik.com

Показания к началу гемодиализа

Гемодиализ проводят при остром повреждении почек и при хронической почечной недостаточности. Так как острое повреждение может быть обратимым, то и процедур в этом случае требуется лишь несколько, обычно от 2 до 5. С восстановлением функции почек гемодиализ прекращают.

При хронической недостаточности или при остром повреждении с неблагоприятным исходом почки полностью перестают выполнять свои функции. Происходит это из-за гибели почечных клубочков и замещения их рубцовой тканью. В этом случае гемодиализ замещает работу почек и проводится до момента пересадки донорского органа либо до смерти пациента.

Показания к началу процедуры определяет врач-нефролог. Специалист в первую очередь ориентируется на состояние пациента, но учитывает и результаты анализов. Симптомы, которые указывают на необходимость скорейшего начала диализа у пациентов с тяжелым заболеванием почек:

Противопоказания к процедуре гемодиализа

Осложнения гемодиализа

Самыми частыми проблемами бывают:

Несколько реже может быть тошнота, нарушения ритма сердца, тромбоз артерио-венозной фистулы.

Для профилактики осложнений важно принимать предписанные препараты для снижения давления, в период между процедурами гемодиализа соблюдать диету с ограничением жидкости. В междиализный период прирост веса не должен превышать 5 процентов от идеального «сухого» веса. При нарушении фосфорно-кальциевого обмена нужно корригировать уровни кальция, паратгормона, фосфора и витамина D3. Не стоит самостоятельно принимать препараты, влияющие на свертываемость крови.

Образ жизни пациента на гемодиализе

В России пациенты с почечной недостаточностью получают диализное лечение за счет государственных средств.

Хронический гемодиализ значительно изменяет жизнь пациента, так как необходимо посещение диализного центра три раза в неделю. К счастью, сейчас все более широкое распространение получает так называемый «гостевой» диализ. Например, если пациент хочет уехать в отпуск или навестить родственников в другом городе, он может заблаговременно связаться с ближайшим диализным центром этого города и попросить зарезервировать ему время на процедуры. После приезда в гости программный гемодиализ проводят не в домашнем, а в гостевом центре весь период пребывания. Для пациента это обычно бесплатно, три процедуры в неделю оплачивает государство. Оплата может быть нужна во время заграничных поездок, при необходимости делать диализ чаще или при внезапной поездке без предварительного согласования с гостевым центром.

Диета при гемодиализе

Для того, чтобы хорошо переносить очищение крови, важно постоянно контролировать свой вес, не допуская большого набора жидкости между процедурами, придерживаться диеты с ограничением продуктов, богатых калием (сухофрукты, орехи, картофель) и фосфора (сыр, рыба).

Фото: oksix / freepik.com

Существуют нормы потребления белка. Определяются они из расчета 1,2 г белка/ 1 кг веса в сутки. Половина этого белка должна быть животного происхождения. Пациенту весом 65 кг полагается получать с пищей 78 граммов белка. При недостаточном питании начинается истощение. В таких случаях нужно дополнительное питание, например, жидкие питательные смеси и белковые порошки. Если они не оказывают эффекта, назначают питание по зонду, а если и оно не помогает, то питательные вещества вводят парентерально (внутривенно).

Очень часто у диализных пациентов возникает железодефицитная анемия, что требует введения стимулирующих образование красных кровяных клеток средств (эритропоэтинов) и препаратов железа.

Перспективы

Несмотря на некоторые сложности, большинство пациентов на гемодиализе живут полноценной жизнью: они могут работать, учиться, заниматься физкультурой, посещать бассейн, ездить в отпуск. В настоящее время пациенты на искусственной почке могут жить 20-30 лет. Если гемодиализ начинают в возрасте старше 75 лет и уже есть тяжелые заболевания сердца, сосудов или сахарный диабет, то прогноз ухудшается.

Источник

Как работает искусственная почка

Все началось с пиявок

Еще ученых античности интересовала процедура гемодиализа, но толчком к появлению современного метода очистки крови стало развитие биохимии в начале XIX века.

С. В. Лашутин в книге «История гемодиализа в мире» отмечает несколько основных вех становления этого направления медицины.

В 1854 году был описан метод изготовления полупроницаемых пергаментных мембран: шотландский профессор химии Томас Грэхэм спроектировал диализатор в форме «обруча», экспериментально доказав законы диффузии и осмоса (от греческого «давление»), ставшие классическими и заложившие основы современного диализа.

Первый гемодиализ был проведен в октябре 1924 года. Врач из Германии Джордж Хаас в качестве антикоагулянта использовался гирудин: вещество, которое содержится в слюнных железах пиявок и в некоторых видах змеиного яда. В 1925 году Хаас после нескольких неудачных попыток смог произвести свою первую партию гепарина из печени и в 1927 году впервые использовал его в лечении больного гемодиализом.

3 сентября 1945 года голландскому медику Вильяму Кольфу удалось с помощью гемодиализа снизить концентрацию мочевины в крови пациентки и вывести ее из комы. Таким образом, первой больной, которая выжила благодаря лечению искусственной почкой, считается эта 67-летняя женщина.

В условиях больницы

За десятилетия своего существования гемодиализ стал вполне самостоятельной медицинской специальностью. На сегодня именно внепочечное очищение крови при всех своих побочных эффектах, таких как болезненность процедуры, повышенная утомляемость и кожный зуд, считается наиболее универсальным и доступным методом лечения заболеваний почек.

Современная искусственная почка представляет собой довольно громоздкое устройство весом несколько десятков килограммов. Для очищения крови от продуктов метаболизма пациентам амбулаторно проходятся проходить 2-3 сеанса в неделю по 4-8 часов каждый. Так, в 2008 году в Свердловской области, жительница Новоуральска, страдающая почечной недостаточностью и пытавшаяся родить ребенка, проводила подключенной к аппарату по нескольку часов каждый день.

Современные данные говорят о том, что на каждой процедуре гемодиализа должно достигаться очищение крови от мочевины не менее чем на 65 процентов.

В 2007 году американские доктора выступили с заявлением, что разработали переносную искусственную почку. Испытания нового устройства в 2009 показали неплохие результаты. Аппарат, в отличие от своего стационарного предшественника, небольшой: весит всего около 4 килограммов, легко помещается в сумке и работает от батареек в течение 6-8 часов.

Процедура подключения устройства к пациенту занимает несколько минут: врач соединяет аппарат с веной в области предплечья или бедра, и почка начинает функционировать. Человек может носить устройство при себе круглосуточно, занимаясь текущими делами. Правда, по данным специалистов, процедура очистки крови в портативной искусственной почке происходит несколько медленнее, чем в стационарном аппарате.

Первый аппарат мобильной искусственной почки был протестирован в лабораторных условиях в 2004 году американским ученым Чарльзом Дженнингсом. В сопроводительных документах, зарегистрированных в патентном бюро США в 2006 году, аппарат описывается как «устройство, подсоединяемое к подвздошной артерии пациента». Очистка проходит как при стационарном диализе: с помощью мембранных картриджей молекулы воды, магния, натрия, калия, кальция, мочевина и так далее удаляются из крови согласно их атомной массе.

Эффективность такого подхода даже у самых тяжелых больных была подтверждена исследованиями.

В 2010 году калифорнийские светила медицины разработали имплантируемый гемодиализный аппарат, размерами сопоставимый с человеческой почкой. Уже в сентябре 2013 года американская корпорация заявила, что заканчивает работу над новым устройством, которое может стать настоящим прорывом в лечении почечной недостаточности. По некоторым оценкам, диализ с помощью этого устройства настолько эффективен, что может заменить трансплантацию донорской почки.

Тестирование мобильной почки продолжается и если проверка пройдет успешно, то уже через год начнутся ее испытания на свиньях. Устройство размером с мобильный или пачку сигарет можно будет и трансплантировать, и просто носить на теле, если трансплантация противопоказана.

В апреле 2013 года биологи из США впервые вырастили полноценную искусственную почку и успешно пересадили ее в тело крысы.

Источник

Имплантируемая искусственная почка: обзор сегодняшнего состояния технологии

Трансплантация почек является предпочтительным методом лечения хронических заболеваний почек, но их нехватка, рост числа больных с хроническими заболеваниями этого органа и быстрое развитие заболевания делают большинство пациентов зависящими от диализа. Поскольку диализ резко влияет на образ жизни пациентов, большие надежды возлагаются на развитие искусственных почек, хотя их использование в настоящее время затруднено серьезными опасениями по поводу безопасности. С другой стороны, пациенты с гемодинамической нестабильностью, как правило, не переносят лечение прерывистым диализом из-за их неспособности адаптироваться к изменяющемуся сценарию непредвиденных событий.

Предполагается, что искусственная почка предоставит пациентам с хроническим заболеванием почек новый вариант, выходящий за рамки краткосрочного решения почечного диализа и дорогостоящей пересадки почки. Сегодня разработки в этой сфере ведутся как с целью создания носимого устройств, так и имплантируемого варианта искусственной почки.

В этом обзоре мы обсудим последние достижения в области разработки имплантируемой искусственной почки.

Имплантируемая искусственная почка, которую разрабатывают сегодня несколько коллективов ученых, похожа на существующий экстракорпоральный аппарат почечной помощи, который представляет собой биологически искусственную почку, сочетающую в себе мембранный гемофильтр и биореактор для функционирования в качестве здоровой почки. Однако такое устройство должно быть небольшим, обладать высокой эффективностью фильтрационных мембран, должна быть способна регулировать кровоток и стабилизировать необходимые компоненты. Имплантируемая искусственная почка должна быть способной воспроизводить работу настоящей почки, устранять необходимость в диализе и не требовать постоянного врачебного контроля. Кроме того, ее использование не должно требовать применения иммунодепрессантов и лекарств.

Это в идеале, а что же мы имеем сегодня в действительности?

Kidney Project (Калифорнийский университет в Сан Франциско)

Самая известная разработка в этой сфере ведется в рамках Kidney Project, в котором работают специалисты Калифорнийского университета из Сан-Франциско и университета Вандербильта (США). Они разработали имплантат размером с кофейную чашку, который способен выполнять функции почки и стать великолепным решением для пациентов с хроническим заболеванием почек. Это не очень большое хирургически имплантированное устройство состоит из высокопроницаемого фильтрационного блока и клеток почек человека.

Фильтрующий компонент имеет микропоры, которые могут иметь индивидуальную форму для того, чтобы выполнять определенные задачи. Эти фильтры могут располагаться один за другим, каждый из которых будет выполнять разную функцию фильтрации. Всего устройство содержит в себе пятнадцать таких фильтров, помещенных один поверх другого. Между такими фильтрами и вокруг них находятся живые клетки почки, которые выполняют функции, которые искусственные компоненты выполняют недостаточно хорошо, включая реабсорбцию питательных веществ и избавление от накопленных отходов. Поскольку такое гибридное биологическое устройство будет размещаться вне досягаемости иммунной реакции организма, оно будет таким образом защищено от отторжения человеческим телом.

Т.е. устройство содержит живые клетки, оно теоретически может не только фильтровать кровь, но и выполнять другие важные функции настоящей почки, такие как выделение гормонов для контроля кровяного давления.

Кроме фильтров, которые разделяют различные субстанции в крови, в состав имплантата входит «биореактор», который обрабатывает ультрафильтрат, выделяет из него сахар и соли, которые возвращает в кровь. В этом процессе вода реабсорбируется также обратно в тело, а ультрафильтрат превращается в «мочу», которая направляется в мочевой пузырь для удаления из организма. Эти устройства помещены в прочный корпус, покрытый пленкой из материала, который безопасен для использования внутри нашего тела. Имплантат соединен трубками с расположенными рядом венами и мочевым пузырем.

Питание устройство получает за счет давления крови пациента и этот прибор не требует использования внешних трубок или кабелей, которые сегодня ассоциируются с носимой искусственной почкой.

Очищенная кровь возвращается в систему кровообращения через вены, подключенные к имплантату, а отходы перемещаются в мочевой пузырь через соответствующую трубочку. Все элементы, через которые проходит кровь, имеют покрытие, которое должно препятствовать образованию тромбов. Кроме того, образованию тромбов препятствует специальном образом разработанная схема кровотока внутри системы.

Отметим, что при этом пациенты все равно должны принимать гормональные добавки, которые они используют при прохождении процедур диализа.

Тестирование рабочего прототипа предполагается провести в 2020 году.

USKRC

Недавно компания American Kidney Research Corporation (USKRC) объявила о разработке, как они утверждают, «первой в мире» имплантируемой искусственной почки. В этом устройстве применяется метод производства синтетической мочи с использованием технологии очистки крови с помощью деионизации, которая является первой в своем роде. Он включает в себя процессы фильтрации и ионного транспорта, которые аналогичны процессам, происходящим в человеческой почке.

Разработку, которую финансирует USKRC, ведут ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе и университета Арканзаса.

По словам разработчиков системы,

В крови есть различные ионы и вещества, в том числе натрий, калий, мочевина и вода, которые необходимо транспортировать, либо в кровь, либо в мочевой поток, и в соответствующих количествах в течение определенного периода времени. Для этого необходимо создать ионную транспортную систему и систему транспортировки воды, что мы и сделали. Вот почему мы смогли создать синтетическую мочу.

Система предназначена для удаления мочи со скоростью, сравнимой с той, какую обеспечивает здоровая почка, выдавая примерно то же количество воды, которое потребляется в данный день. Она включает в себя датчики обратной связи и настраиваемое программное обеспечение для контроля изменений в биохимии крови.

Стандартные диализные аппараты подвергают кровь диализату через мембрану; разница между составом диализата и кровью определяет, какие ионы выходят из организма и попадают в диализат. В отличие от диализа, при таком подходе не требуется очищенная вода или диализат, которые усложняют работу врачей и жизнь пациентов.

Недавно прототип такого устройства был испытан на животных, в том числе на свиньях, у которых работа почек очень похожа на функционирование этого органа у человека.

Результаты тестирования показали, что технология позволяет измерять (и, вероятно, в будущем контролировать) уровень калия, удаляемого из крови и затем переносимого в искусственную мочу под контролем компьютера. В настоящее время прототип этого устройства представляет собой носимый прибор размером с небольшой чемодан, который в ближайшем будущем предполагается усовершенствовать, существенно уменьшить, обеспечить его биосовместимость для обеспечения возможности его имплантации в человеческое тело.

Причина, по которой эта технология меняет правила игры, говорят разработчики, заключается в способности очищать кровь пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности без использования процедур диализа. Это меняет методологию, практикуемую десятилетиями, что приводит к изменению парадигмы.

В ближайшем будущем разработчики планируют дорабатывать каждый из компонентов своего устройства. Он намерены изменить ультрафильтр, чтобы пациенту не понадобился гепарин или антикоагулянт. Кроме того, они планируют перепроектировать ультрафильтр так, чтобы в самом фильтре были компоненты, которые будут препятствовать свертыванию крови и улучшить электродеионизационные узлы.

Qidni Labs

Компания, Qidni Labs создает полностью имплантируемую искусственную почку, которая использует систему нанофильтрации для имитации функции органа. Разработанный специалистами фирмы прототип уже хорошо зарекомендовал себя при имплантации в свиней.

По утверждению разработчиков это устройство будет непрерывно фильтровать кровь пациента в течение многих лет, не требуя обслуживания и очистки, что позволит навсегда освободить пациента от аппаратов диализа.

На базе этой технологии компания также планирует выпустить носимый миниатюрный диализный аппарат, который, по видимости, появится на рынке раньше имплантируемого устройства. В настоящее время Qidni Labs тестирует свои устройства и, если все пойдет по плану, разработчики ожидают, что эти приборы выйдут на рынок через четыре-пять лет.

Сейчас проект находится на доклинической стадии.

Выращенные в лаборатории живые почки

При здоровых почках, имеющих около 1 миллиона нефронов каждая, процесс должен был бы масштабироваться, чтобы вырастить целые органы, готовые к трансплантации. Достоинство использования собственных стволовых клеток пациента заключается в том, что это может помочь избежать отторжения его организмом выращенной в лаборатории почки (что может произойти с сегодняшними пересадками почек).

Это исследование находится в самом начале, и требуется еще очень много работы, но способность выращивать нефроны в лаборатории уже является выдающимся достижением.

Источник