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第5章 透析器的分类及选择
【透析器发展简史】
(一)透析器构型发展史
1924年,Haas发明了以纤维素制成的管状透析器。
1944年,Kolff发明了以纤维素制成的滚筒透析器。
1956年,Kolff研制了以纤维素为膜材料的蟠管型透析器。
1960年,Kii发明了纤维素平板型透析器。
1966年,美国Cordis-DOW公司推出第一个以改良纤维素,即醋酸纤维素制成的中空纤维透析器。
1969年,第一个以人工合成材料聚丙烯腈(AN69,“69”是指1969年)生产的透析器问世。
透析发展早期的平板型透析器、蟠管型透析器由于超滤量低、预冲量大、清除率低和残血量多等缺点,现在已较少使用。与上述两种透析器相反,中空纤维透析器预冲量小、体外循环血量少、透析效率高、体积小、使用方便等优点而成为目前临床上使用最多的透析器类型。
(二)透析膜材料发展史
透析器的优劣主要取决于透析膜,所以透析膜的材质至关重要。最早的透析膜来自棉花压缩加工而成的天然纤维素,因其葡聚糖链结构上的游离羟基(—OH)能激活补体旁路系统,继而导致B型透析器反应。这些游离羟基是导致纤维素透析膜生物不相容性(bioincompatibility)的结构基础。
为提高纤维素膜的生物相容性,后来用小分子化合物与纤维素自由羟基结合以灭活其生物活性,由此产生的化合物即为改良纤维素膜。最常见的是醋酸纤维素,将醋酸根结合到游离羟基以提高生物相容性。
各种高分子合成膜于20世纪70年代问世,由于它们分子结构不带游离羟基,因此不激活补体,故其生物相容性高。具有很好的生物相容性这一优势使合成膜逐步取代纤维素膜,成为生产透析器的首选。
【透析膜分类】
依据透析膜材种类,透析膜可分为纤维素膜和合成膜两大类。
纤维素膜
1.再生纤维素膜
(1)铜仿膜(cuprophan)
(2)铜氨膜(cuprammonium rayon)
2.改良纤维素膜
(1)血仿膜(hemophan)
(2)二醋酸纤维素膜(cellulose diacetate)/三醋酸纤维素膜(cellulose triacetate)
3.合成膜
(1)聚砜膜(polysulfone,PS)
(2)聚酰胺膜(polyamide)
(3)聚醚砜膜(polyethersulfone,PES)
(4)聚丙烯腈膜(polyacrylonitrile,PAN)
(5)聚甲基丙烯酸甲酯膜(polymethylmethacrylate,PMMA)
(6)乙烯-乙烯醇共聚合物(Ethylene-Vinyl Alcohol Copolyme,EVAL)
其中,以天然纤维素为材料生产的透析膜均为低通量透析膜。合成膜与纤维素膜相比,具有通量高和生物相容性佳两大优点。目前临床上主要应用的除了这六种合成膜外,还有三醋酸膜,这七种膜各自的特性如下,见表5-1。
表5-1 常用透析膜性能比较
【透析器性能的评估】
透析器的性能可以从多方面加以评估,为方便实用起见,建议从与临床有关的6个方面加以分析(简记为ABCDEF)。
(一)吸附能力(adsorption)
高通量合成膜与高通量改良纤维素膜相比,虽然都是高通量膜,但合成膜还具有生物分子吸附能力,从而赋予其下列特性。
1.细菌代谢产物,如内毒素、肽聚糖、DNA片段等可通过透析膜进入患者血液。由于某些合成膜具有吸附这些产物的能力,所以尽管合成膜的膜孔径大于纤维素膜的膜孔径,但这些细菌产物反而难以穿过合成膜,从而减少发生致热原反应的机会。
2.合成膜的吸附特性使其能够吸附一些白介素、肿瘤坏死因子、β 2微球蛋白等物质,从而减轻炎症反应。合成膜当中,PMMA和AN69膜吸附能力最强。
(二)生物相容性(biocompatibility)
生物相容性泛指血液与生物膜接触后发生的一切不良反应,也包括对血小板和内皮细胞功能的影响。生物相容性差的透析膜可引起各种临床不良反应,主要包括:
1.激活补体旁路系统
急性反应可导致B型透析器反应,长期使用生物相容性差的透析器会使患者处于微炎症状态。
2.激活凝血因子Ⅻ
激活凝血因子Ⅻ而启动凝血途径,还可活化血小板,导致血小板数目在透析初期短暂下降(血小板数目一般会在透析后恢复到透析前水平,合成膜引起的血小板下降程度一般低于7%~9%)。血小板、凝血途径的活化导致透析器内部血栓形成,降低透析效率,影响透析治疗正常进行。
3.凝血因子Ⅻ
凝血因子Ⅻ转化激肽原为缓激肽,缓激肽可引起低血压等反应。要注意ACEI类药物可抑制ACE灭活缓激肽,从而导致缓激肽水平升高而诱发全身过敏反应。这种过敏反应在聚丙烯腈膜的透析器中更容易发生。
临床上判断生物相容性的简易方法是比较透析前和透析15分钟时患者白细胞、血小板和补体水平。如果某透析中心透析血小板减少的患者比例整体上高于其他透析中心的平均水平,应考虑到可能与使用的透析器生物相容性差有关,应更换透析器类型。
(三)凝血(coagulation)
使用任何一种透析器都可能发生凝血,使用抗凝剂虽可防止凝血,但可导致患者出血风险增加。因此,应选择需要抗凝剂量最少的透析器。影响透析器凝血的因素主要考虑以下方面:
1.纤维丝的内径 纤维丝内径小的透析器较内径大的透析器容易发生凝血。
2.膜的本身特性 如PMMA能吸附肝素,会降低肝素抗凝效果;聚丙烯腈膜表面带有负电荷,易激活凝血因子,影响抗凝;EVAL膜表面有亲水性基团,凝血发生风险低。
3.纤维丝的几何形状、透析膜的制作工艺等都可能影响透析器凝血。如:透析膜结构是否对称、透析膜表面是否光滑、纤维丝排列方式等等。
(四)消毒方式(disinfection)
透析器的消毒方法目前主要有三种(表5-2):
表5-2 透析器消毒方法和影响
1.化学消毒
主要是环氧乙烷(ETO)消毒,是最传统的灭菌手段,毒性强,容易污染环境,且透析器的残留ETO会引起A型透析器反应。
2.高温蒸汽消毒
无毒,无味、不污染环境,无残留消毒剂,但是要求透析器材料耐高温。
3.γ-射线(Co60)或电子束照射
无毒不污染环境,无消毒剂残留,但可能改变膜的性质或弱化膜的机械强度。
由于ETO消毒具有诱发A型透析器反应的潜在风险,使用该消毒方法的透析器厂家越来越少。此外,电子束消毒可能导致血小板降低。
(五)效率(efficiency)
评价透析器清除效率的基本参数是尿素总转运系数(KoA)。决定KoA大小的因素包括透析器的膜面积、膜孔径、膜厚度和纤维束内径以及设计工艺等。就同一型号透析器而言,膜面积越大,KoA越大,即对小分子的清除越高。
根据KoA大小,透析器可分为低效透析器和高效透析器两种,KoA<500ml/min称为低效透析器,KoA>600ml/min称为高效透析器。
1.高效透析器的优势
(1)对小分子物质如尿素氮有较高的清除率,有利于增加透析充分性,避免透析时间过长,提高透析依从性。
(2)可更好的控制实验室指标,对高钾血症、代谢性酸中毒、高磷血症、含氮化合物蓄积等的治疗效果更好。
(3)可降低透析患者并发症的发生和提高存活率。
2.高效透析器的劣势
(1)可能影响患者的血流动力学,尤其对于心功能差和自主神经功能紊乱的患者。
(2)增加发生透析失衡综合征的风险,对初次透析的患者,应使用低效透析器诱导,逐步过渡到高效透析器。
(3)使用高效透析器要求较高的血流速以最大程度发挥其透析效率,但应避免过度追求高血流量造成的血管通路损伤。
(六)通量(flux)
衡量透析器超滤能力的参数是超滤系数,又称超滤率(Kuf),是指1mmHg跨膜压力下,每小时通过透析器的水的毫升数[ml/(mmHg·h)]。根据透析器的Kuf大小,透析器分为低通量透析器和高通量透析器。Kuf>20ml/(mmHg·h)的透析器为高通量透析器,Kuf<20ml/(mmHg·h)则为低通量透析器。高通量超滤系数高的原因是因为透析器膜孔径大。
透析膜孔径大不仅有利于水的跨膜转运,更重要的是利于中分子物质的清除。中分子物质指分子量介于500道尔顿至60 000道尔顿之间的分子,例如维生素B 12、β 2微球蛋白和肌红蛋白。低通量透析器不但不能有效的清除β 2微球蛋白,使其潴留,反而还会因透析膜的生物相容性差刺激β 2微球蛋白分泌。从20世纪90年代起,由于认识到β 2微球蛋白蓄积可引起透析相关性淀粉样变,导致腕管综合征、关节病变、皮肤瘙痒、胃肠道出血、心力衰竭等,使透析患者死亡率上升。而高通量透析器因对中分子物质如β 2微球蛋白等的清除率高,可避免上述并发症的发生,因而在全世界使用得越来越多。
1.高通量透析器的优点
(1)延缓或减少透析相关性淀粉样变的发生;
(2)改善血脂代谢紊乱;
(3)降低透析患者的感染几率;
(4)提高患者的营养状况;
(5)降低透析患者发病率和住院率;
(6)降低心血管疾病死亡率。
2.高通量透析器的缺点
(1)透析液反超增加;
(2)对于某些药物清除增加,需要透析后补充剂量;
(3)价格偏高;
(4)对于某些营养物质如游离氨基酸的清除增加;
(5)仍然不能有效地纠正高磷血症。
由于高通量透析器清除中分子效率高,所以β 2微球蛋白清除率>20ml/min,有时与Kuf>20ml/(mmHg·h)联合作为高通量透析器的标准。值得注意的是高效透析器不等于高通量透析器:高效透析器主要是指对于尿素氮的清除率高,对水的通透性和β 2微球蛋白的清除能力可有高有低。此类透析器往往具有较大的膜面积,膜材质可为纤维素膜或合成膜;高通量透析器是指对水的通透性高、对β 2微球蛋白的清除能力强,其透析膜的特点是孔径较大,因此对于中分子物质的清除能力强,但对于尿素氮的清除率不一定高,具体还要依照透析器的KoA决定。
【透析器选择原则】
应根据透析器性能、患者病情及经济能力、中心运营成本等综合因素选择合适的透析器。
1.选择生物相容性好的合成膜透析器 选择生物相容性好的透析器理由显而易见,一是可以减少B型透析器反应,二是可以减轻慢性炎症反应的发生。
2.选择高效透析器 使用高效透析器可以提高透析充分性,防止透析时间过长,提高透析患者依从性,从而更好地降低并发症的发生和提高透析患者存活率。
3.对于透龄长、营养不良及糖尿病患者首选高通量透析器。HEMO研究发现在透析时间超过3.7年的患者中,高通量透析器可降低心血管疾病死亡率。MPO研究显示高通量透析可提高白蛋白低于40g/L的患者和糖尿病患者的存活率。因此,上述患者应使用高通量透析器。
4.尽量不用ETO消毒的透析器,以避免A型透析器反应发生。透析中心应购置至少两种不同膜材的透析器,以备患者出现透析器反应,例如明确为透析引起的血小板降低时,应换用其他膜材质的透析器。
5.对超重患者,在排除其他因素影响后(如血流速过低),如果透析充分性仍未达标(Kt/V<1.2),应考虑换用膜面积更大的透析器。
6.对儿童患者,不要使用膜面积或清除率过大的透析器,以避免失衡综合征的发生。
7.对于诱导透析的患者,应使用低效率透析器,之后再逐步过渡到高效透析器。
8.避免复用透析器 现代合成膜具有很好的生物相容性,尤其是在采用射线和热蒸汽消毒技术后,首次使用综合征的患者越来越少。所以复用透析器的医学价值已不复存在,反而有增加交叉感染发生等缺点。而应用一次性透析器还可以减少工作人员的工作强度、省去培训复用技术员的费用、省去设置复用间的空间、避免复用综合征的发生。因此,临床上要避免大规模的复用透析器,在特殊情况下,如患者有必要复用透析器,必须按照国家透析器复用的管理规范执行。
9.在特殊情况下,如骨髓瘤性肾病的治疗,应选择高截留量透析器(65KDa)(high cut-off membrane)。
高截留量透析器与高通量透析器相比,有两个优势:
(1)更高的β 2微球蛋白清除率。
(2)可以清除游离免疫球蛋白轻链,从而可以用来治疗骨髓瘤性肾病。
高截留量透析器的潜在风险可能是随着膜孔径的增大,白蛋白的丢失会增加,对于营养不良的患者,要谨慎使用。
10.实行血液透析滤过治疗,应选择高通量、高效、不易发生凝血的血液透析滤过器。
(赵 伟 王 蓓)
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