Aιμοκάθαρση: Παθητική διάχυση μέσω μιας μεμβράνης
 

Eννοιες:

Εισαγωγή στη διάλυση
Ο στόχος αυτής της παρουσιασης  είναι να γίνει κατανοητή η αιμοδιύλιση και οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση. Η αιμοδιύλιση είναι ο πολύ συχνά  τύπος θεραπείας εξωνεφρικης κάθαρσης  σε ολο το κοσμο μεσω ενος μηχανήματος αιμοκάθαρσης.

Η επεξεργασία διάχυσης αντικαθιστά τη λειτουργία των νεφρών, τα οποία χρησιμεύουν κανονικά ως το σύστημα διήθησης του σώματος. Μέσω της χρήσης ενός φίλτρου αίματος και ενος διαλυματος-dialysate, η επεξεργασία απομακρύνει τα προϊόντα αποβλήτων και τα υπερβολικά υγρα από την κυκλοφορία του αίματος, διατηρώντας την κατάλληλη χημική ισορροπία του αίματος. Το αίμα φιλτράρεται και καθαρίζεται μέσα στο φιλτρο αιματος-hemodialyser και επιστρέφεται στο σώμα.

Νεφροί
Τα νεφρά είναι τα σημαντικότερα όργανα του απεκκριτικού συστήματος. Η λειτουργία του νεφρού είναι να καθαρίσει από τις ουσίες απο το αίμα που δεν απαιτούνται στο σώμα. Το νεφρό είναι ένα σύνθετο φίλτρο, όπου  περιλαμβάνονται ενεργητικοί μηχανισμοί   καθώς επίσης και διάφοροι σύνθετοι μηχανισμοί ελέγχου. Για μια πληρέστερη ανατομική και φυσιολογική περιγραφή των νεφρών, δείτε παραδείγματος χάριν την ανθρώπινη φυσιολογία

Νεφρώνες

Σχήμα 1: Nεφρώνας

Το βασικό συστατικό του νεφρού είναι ο νεφρώνας- nephron (δείτε το σχήμα 1). Υπάρχουν περίπου ένα εκατομμύριο νεφρώνες ανά νεφρό. Η διάλυση γίνεται απαραίτητη εάν περισσότερο από 90% των νεφρώνων δεν λειτουργούν.

Ο νεφρώνας διαιρείται σε 4 τμήματα:

Το σπειραμα αποτελείται από ένα δίκτυο  τριχοειδών αγγείων που κάθονται πέρα από την κάψα του Bowman. Όταν το αίμα προέρχεται από κεντρομόλο αρτηριόλιο, 10% του κυκλοφορούντος πλάσματος και τα ιόντα απορροφώνται. Θεωρώντας ότι η καρδιακή παραγωγή είναι 5 λίτρα ανά λεπτό, και ότι 20 -25% του αίματος κυκλοφορούν μέσω των νεφρών, σχεδόν 180 λίτρα απορροφώνται ανά ημέρα από την κάψα του Bowman. Κάθε ένα από τα τμήματα του νεφρωνα είναι αρμόδιο για την απορρόφηση, την έκκριση, και την επαναρρόφηση του πλάσματος και των ιόντων (δείτε το σχήμα 2).

http://noodle.med.yale.edu/~staib/bme355/dialysis/nephronconc1.gif
Σχήμα 2: Οι συγκεντρώσεις στο νεφρώνα εξαρτώνται από τη σχετική επαναρρόφηση  του ύδατος. Οι ουσίες που πρέπει να αποβληθούν, όπως η κρεατινίνη και η ουρία (μεταβολικά τελικά προϊόντα),  συγκεντρωνονται ενώ εκείνες που πρέπει να συντηρηθούν αναρροφούνται εκ νέου  από τα σωληναρια

Η μαζική μεταφορά στο νεφρώνα είναι σύνθετη: περιλαμβάνει τη διήθηση, την όσμωση, τη μεταφορά διάχυσης και την ενεργό μεταφορά (δείτε το σχήμα 3). http://noodle.med.yale.edu/~staib/bme355/dialysis/dialprepfig4cr.gif
Σχήμα 3: Μαζική μεταφορά στο νεφρωνα

Ούρα
    Στο αθροιστικο σωληναριο, το τελικό προϊόν είναι ούρα. Οι ενήλικοι ανθρώπινοι ουρούν περίπου 1-1,5 λίτρο ημερησίως. Αυτό σημαίνει ότι σχεδόν 180 λίτρα αναρροφούνται εκ νέου πρίν αφήνουν το νεφρωνα (δείτε το σχήμα 4).

http://noodle.med.yale.edu/~staib/bme355/dialysis/dialprepfig3cr.gif
Σχήμα 4: Ροή όγκου σε κάθε τμήμα του σωληνοειδούς συστήματος

     Τα ούρα αποτελούνται από το ύδωρ, τα τελικά προϊόντα του πρωτεϊνικού μεταβολισμού και άλλων αποβλήτων, και τα υπερβολικά ιόντα και άλλα συστατικά των μεταβολικών διαδικασιών. Με τον έλεγχο της ιονικής επαναρρόφησης, τα νεφρά έχουν έναν σημαντικό ρόλο στην  ισορροπια όξεων-βάσεων (Χ + και COH -) και διαδραματίζουν επίσης έναν ρόλο στην αγγειοσυστολή (μέσω + κανονισμός συγκέντρωσης).

 

 

Διαλυτή ουσία

Ούρα συμπυκνωμένα.

Πλάσμα συμπυκνωμένο.

Αναλογία U/P

γλυκόζη (mg/100ml)

0

100

0

+ (mEq/100ml)

150

150

1

Η ουρία (mg/100ml)

900

15

60

Κρεατινίνη (mg/100ml)

150

1

150

Πίνακας 1: Συγκεντρώσεις διαλυτής ουσίας στο πλάσμα και τα ούρα.  

 

 

Λειτουργία νεφρών
     Η λειτουργία νεφρών μετριέται από την καθαρση  και το σπειραματικο  ποσοστό διήθησης .
Η κάθαρση-clearence είναι το ογκομετρικό ποσοστό, που εκφράζεται συνήθως σe ml/min , στο οποίο μια διαλυτή ουσία αφαιρείται από το αίμα. Εκφράζει το ποσό αίματος που θα καθαριστεί μιας δεδομένης ουσίας σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα.
     Το σπειραματικο  ποσοστό διήθησης (GFR) είναι το ποσοστό στο οποίο όλο το πλάσμα φίλτράρεται στους νεφρώνες. Μια χαρακτηριστική τιμή  είναι 120ml/l. και οι τιμές κάτω από 80ml/min. θεωρούνται παθολογικές.

 

O τεχνητός νεφρός
Ο τεχνητός νεφρός εξυπηρετεί δύο σημαντικές λειτουργίες: αφαίρεση διαλυτής ουσίας και ύδατος. Ο πυρήνας του τεχνητού νεφρού είναι η ημιδιαπερατη μεμβράνη. Εάν το αίμα είναι σε επαφή με τη μεμβράνη και διαλυμαe είναι από την άλλη πλευρά, οι διαλυτές ουσίες θα αφαιρεθούν από το αίμα και θα περάσουν στη  πλευρά του διαλυματος. Δείτε το σχήμα 5.

http://noodle.med.yale.edu/~staib/bme355/dialysis/dialprepfig5.gif
Σχήμα 5: Διαλυτές ουσίες που περνούν μέσω της πορώδους μεμβράνης.

Σε επαφή με μια πορώδη μεμβράνη, οι μικρότερες διαλυτές ουσίες περνούν από το διαμέρισμα αίματος στο άλλο διαμέρισμα. Κατά συνέπεια, η παραγωγή της ροής αίματος μεταξύ των στρωμάτων αυτών των  ινών μεμβρανών , με διαλυμα που ρέει στο εξωτερικό, το αίμα μπορεί να καθαριστεί μερικώς απο τις διαλυτες ουσιες. Αυτή η επίδραση ενισχύεται χρησιμοποιώντας ένα αντίθετο τρέχον σύστημα όπου το αίμα ρέει σε μια κατεύθυνση και οι  ροές του διαλυματος σε άλλη. 

 Μια  ίνα φιλτρου   αποτελείται από χιλιάδες σωληνίσκους. Υπάρχουν δύο διαμερίσματα μέσα στο φίλτρο: το διαμέρισμα αίματος και το  διαμέρισμα του διαλύματος. Η μεμβράνη που ενεργεί ως εμπόδιο που χωρίζει αυτά τα δύο διαμερίσματα είναι ημιδιαπερατη: στα μικρότερα γενικά  μόρια το πέρασμα επτρεπεται μέσω του ,αλλά οχι στα μεγαλύτερα  Διάφοροι παράγοντες όπως οι υδροστατικές πιέσεις, το μέγεθος και η συγκέντρωση διαλυτής ουσίας, και ο τύπος μεμβράνης διαδραματίζουν έναν σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της ανταλλαγής μεταξύ των διαμερισμάτων. Δείτε το σχήμα 6.

Καθώς το αίμα ωθείται μέσω του διαμερίσματος αίματος σε μια κατεύθυνση, η αναρρόφηση ή η κενή πίεση τραβά διαλυμα μέσω φιλτρου   σε ένα αντίρροπο ρεύμα, ή την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτές οι αντιτιθέμενες πιέσεις στραγγίζουν τα υπερβολικά υγρα από την κυκλοφορία του αίματος  μια διαδικασία αποκαλούμενη υπερδιηθηση

Η διάχυση κινεί τα προϊόντα αποβλήτων στο αίμα πέρα από τη μεμβράνη στο διαμέρισμα του διαλυματος. Οι ηλεκτρολύτες και άλλες χημικές ουσίες στο διαλυμα μπορούν να διασχίσουν τη μεμβράνη στο διαμέρισμα αίματος.

 

Σχήμα 6: Οι μεγάλες επιφάνειες, όπως σε αυτήν την κοίλη ίνα φιλτρου, απαιτούνται για να καθαρίσουν το αίμα ενός ατομου

 

 

 

Ουσία

ακτίνα (nm)

Cl-

35

0,12

Η2O

18

0,12

Na+

23

0,18

ουρία

60

0,23

Γλυκόζη

180

0,38

Αιμοσφαιρίνη

64.450

~7

Λευκωματίνη

69.000

7.5

Eρυθροκύτταρο

 

3750

Πίνακας 2: Τμήματα αίματος

Μαζική μεταφορά και κάθαρση
Στη διαδικασία διάλυσης, το ύδωρ και οι διαλυτές ουσίες αφαιρούνται.
Η γενική μαζική μεταφορά είναι η κλασματική μείωση μιας δεδομένης διαλυτής ουσίας στο αίμα καθώς περνά μέσω του φιλτρου.

Αφαίρεση διαλυτής ουσίας
Η αφαίρεση διαλυτής ουσίας για το τεχνητό νεφρό μπορεί να χαρακτηριστεί από την συντελεστη Κ (ml./min.).

Διήθηση
Χαρακτηριστικά, το ύδωρ αφαιρείται από το αίμα με υπερδιηθηση. Είναι κλινικά επιθυμητό να αφαιρεθεί το συσσωρευμένο ύδωρ από το αίμα των ασθενών. Στις κλινικές καταστάσεις, το αίμα υπόκειται συνήθως σε υψηλότερη πίεση από το διαλυμα με συνέπεια υπερδιήθηση. που μπορεί να ενισχυθεί με την αύξηση της αντίστασης στη ροή αίματος στην παραγωγή διαλυματος, στην υποβολή σε αρνητική πίεση ή τη χρησιμοποίηση των μεμβρανών που είναι πιό διαπερατές στο ύδωρ. Υπερδιηθηση-Ultrafiltration (ml/min.) ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της ροής αίματος που εισάγεται στο φιλτρο και την έξοδο ροής αίματος, αντίστοιχα το ύδωρ που αφαιρείται από τον ασθενή ανά λεπτό:

 

Σύστημα αιμοδιύλισης
Οι αντλίες, οι θερμάστρες, οι έλεγχοι θερμοκρασίας, οι μετρητές πίεσης και ροής και οι ανιχνευτές φυσαλίδων συμπεριλαμβάνονται για να βοηθήσουν το αίμα να κυκλοφορήσει, την αποφυγή της καταστροφής των κυττάρων αίματος. Το σχήμα 7 παρουσιάζει πλήρες σύστημα αιμοδιύλισης.

 

Σχήμα 7: Σύστημα αιμοδιάλυσης

Κλινικά ζητήματα
Η διάλυση είναι χαρακτηριστική για τους ασθενείς με  προσωρινή ή μόνιμη ανεπάρκεια των νεφρών. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία των ασθενών που πάσχουν από  δηλητηρίαση , προκειμένου να αφαιρεθούν γρήγορα τα φάρμακα από την κυκλοφορία του αίματος.

Προκειμένου να κυκλοφορηθεί το αίμα του ασθενή έξω από το σώμα, δύο βελόνες παρεμβάλλονται στη φλέβα του ασθενή, ή την περιοχή πρόσβασης, και είναι συνδεμένες με τη σωλήνωση που συνδέεται με τη μηχανή φίλτρου  και διάλυσης, που ελέγχει και διατηρεί τη ροή αίματος και διαχειρίζεται το διαλυμα. Για τους ασθενείς με τις προσωρινές ανάγκες θεραπείας, η πρόσβαση στην κυκλοφορία του αίματος γίνεται με την παρεμβολή ενός καθετήρα στη υποκλειδια  φλέβα κοντά στην κλείδα του ασθενή. Οι ασθενείς στη μακρόχρονη διάλυση απαιτούν  αρτηριοφλεβικο συρίγγιο(fistula) ή τα αγγειακα μοσχευματα για την ισχυρότερη και ανθεκτικότερη πρόσβαση.

Μια εναλλακτική λύση της αιμοδιύλισης είναι η περιτοναϊκή διάλυση όπου το περιτοναιο του ασθενή ενεργεί ως φίλτρο αίματος. Ένας καθετήρας παρεμβάλλεται χειρουργικά στην κοιλία του ασθενή. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, ο καθετήρας χρησιμοποιείται για να γεμίσει την κοιλιακή κοιλότητα με διαλυμα. Τα προϊόντα αποβλήτων και τα υπερβολικά υγρα μετακινούνται από την κυκλοφορία του αίματος του ασθενή στο διαλυμα Μετά από μια περίοδο αναμονηςδιαλυμα γεμάτο απόβλητα  βγαίνει από την κοιλία, και αντικαθίσταται με καθαρό διάλυμα.