便攜式血液凈化裝置研究進展

于 飛，熊錫山，王漢斌

便攜式血液凈化裝置研究進展

于 飛，熊錫山，王漢斌

便攜式血液凈化裝置；技術要求；研究進展

血液凈化技術包括血液透析（HD）、腹膜透析（PD）及衍生出的連續性腎臟替代治療（CRRT）、血液灌流（HP）或吸附、血漿分離等后續性衍生技術。血液凈化的治療疾病范圍也已延伸至多種非腎臟疾病，如危重病患者多臟器功能障礙（MODS）、中毒、自身免疫性疾病、代謝性疾病等。但是，血液凈化并非完全的生理性腎替代治療，而且傳統的血液凈化裝置體型笨重不適合移動。便攜式血液凈化裝置的出現使透析擺脫對醫院的依賴，使患者更容易耐受體內液體和毒素的波動[1]，這樣極大降低了相關并發癥的發生率[2]。同時，輕便耐磨的機器適用于在特定環境如地震災難、海洋和中毒事故現場開展救治。目前，便攜式血液凈化裝置包括便攜式血液透析裝置、腹膜透析裝置、連續性腎臟替代治療裝置和植入式人工腎。

1 便攜式血液凈化裝置的技術要求

1.1 開發出適合的血管通路 便攜式血液凈化裝置的患者活動能力增強，導管感染和管路凝血是需要解決的首要問題。因此，導管的形狀、使用的生物材料以及穿出皮膚處的設計均需要進一步革新[3]。

1.2 開發以患者為主導的控制系統 目前的血液凈化機都配有一個小型化的可視檢測平臺，包括血液和透析液的流速監測、漏血與氣泡監測、電池電量監測等，某項數據出現異常時發出警報給醫師。而便攜式血液凈化裝置必須將醫院主導的控制系統轉變為以患者為主導的控制系統。患者可以家庭護理，甚至是自己護理，從而減少對透析中心的需求，使大型醫院只需要扮演咨詢中心的角色，以及在開始進行治療及并發癥的管理上提供幫助[4]。

1.3 透析膜應當更接近人體腎臟的功能 家用便攜式血液凈化裝置透析機中的血液流速低于100 ml/min，每天至少使用12 h以上。較低的血流速度增加了血液與濾過膜的接觸時間，血液凈化過程中的代謝物質將會沉積并分層，長此以往濾過膜的透析效率將大大降低[5-6]。同時，目前的濾過膜孔徑大小不一，中分子物質的清除能力不高。開發一種能模擬腎臟濾過、重吸收甚至分泌功能的透析膜是解決問題的最好方法。

1.4 機器必須脫離電源插座 通常來說，醫用設備的電源應當具備可靠性、安全性、性能的可預測性、高能量密度和高功率。目前的可充電鋰電池滿足上述要求，但是一旦小型化將大大降低它的使用壽命[7]。解決上述問題的方法可能包括使用燃料電池、核能甚至將患者平時運動中的動能轉化成電池電源[8]。

1.5 透析液必須可再生利用 透析液量必須盡可能小，這就要求透析液可以再生利用的。早在20世紀70年代，一種叫透析再循環系統（REDY）的裝置在血液透析實驗中取得了良好的結果[9]。然而，早期的REDY存在很多問題，比如，鋁中毒、酸中毒、透析液中含鋯及成本不具備競爭力等。現在由于REDY不斷改進，上述問題已經得到解決。雖然鈉作為交換離子不斷從REDY的吸附柱中釋放，致使透析液里的鈉離子濃度緩慢增加，但是這種情況可以通過數學模型精確預測并及時干預[10]。

1.6 透析裝置必須是可攜帶的 可攜帶的透析裝置可以使患者在一定范圍內自由活動，正常生活。因此，其設計必須輕便和人性化，與人體高度相適應，還應盡可能減少他人的注意。

綜上所述，便攜式血液凈化裝置除了需要考慮其臨床可行性，還涉及多個方面，包括技術及社會經濟問題。便攜式血液凈化裝置首先應是小巧輕便的，這樣才能不會限制患者的活動；其次是價格便宜，這樣有需要的人才可以得到治療；最后是操作方便的，這樣才能在透析患者當中得到普及。

2 便攜式血液凈化裝置的研究進展

2.1 便攜式血液透析裝置 慢性腎臟病血液透析患者常規接受每周3次，每次3～4 h的透析治療。然而，越來越多的證據表明增加透析頻率，延長透析時間有利于改善患者的生活質量，并有可能增加預期壽命[11]。CRRT機可以提供每周7天，每天24 h的持續性血液透析。但是CRRT機不適合治療慢性腎臟病患者，原因為：（1）機器體積龐大，且通過插座獲取電力，患者必須臥床無法正常工作生活；（2）全天的護理也增加了醫務人員的工作量；（3）透析需要大量的透析液；（4）治療費用太過昂貴[12]。Gura設計的可穿戴帶式血液透析裝置，是一種小型化的CRRT機，其總重量僅為5 kg。WAK的技術特點是：（1）使用一種高通量聚砜透析器，其重量不足100 g；（2）一種含有脲酶、藥用炭、氧化鋯和磷酸鋯的透析液再生裝置；（3）雙向微型泵[13]。患者可以由本地動靜脈瘺或者中心靜脈導管連接透析器，使用普通肝素抗凝。透析期間患者可以走動、睡眠和飲食飲水不受控制[14]。

2.2 便攜式腹膜透析裝置 傳統的腹膜透析操作簡單應用范圍廣，不需要特殊的設備，患者在家即可進行，且不需要全身應用抗凝藥。但是，腹膜透析專用的導管在換液時須和透析袋連接，故有腹腔感染的風險。便攜式腹膜透析裝置通過再生透析液減少透析液的交換來降低感染的發生率[15]。Ronco設計維琴察便攜式腹膜透析裝置（ViWAK）[16]。它包括：（1）雙腔腹膜透析管；（2）微型旋轉泵；（3）透析液再生系統；（4）排氣滅菌裝置；（5）手持遙控器。雙腔腹膜透析管，包括一個腹膜透析液流出道和一個腹膜透析液流入道。腹膜透析液流出道與微型泵相連，其后腹膜透析液再生系統，再生系統后連接腹膜透析液流入道，通過掌上計算機可以遙控這些裝置。腹膜透析液再生系統是一個防水單元，其中有藥用炭、聚苯乙烯纖維樹脂罐和一個有脫氣及除菌作用的濾器。透析液再生裝置可以再生水和蛋白質：再生水中，碳酸氫鹽代替了乳酸鹽，使得pH更接近生理水平；再生的蛋白成分重輸回腹腔減輕了蛋白的丟失增加超濾。便攜式腹膜透析裝置減少了患者透析的次數和透析液的用量，患者也僅需在清晨和傍晚進行二次透析液的置換，其余時間可以正常工作生活。

2.3 便攜式連續性腎臟替代治療（CRRT）裝置

（1）簡易多樣式血液凈化泵組合。CRRT技術在救治危重患者伴多臟器衰竭發揮了重要的作用。但我國CRRT設備主要為進口，價格昂貴耗材費用高，基層醫院一般無力購買足夠的設備。因此一旦發生群體性中毒事件，傷員將無法得到全部救治，且傳統的CRRT機不便于在現場開展救治。采用組合輸液泵與單機血泵組合進行連續性血液透析。治療過程中，置換液流量、透析液流量、加溫器溫度和濾出液流量等根據臨床需要設定[17]。在溶質清除方面與多功能血液凈化機效果相接近[18]。但是，簡易多樣式血液凈化泵組合還存在一些不足，如液體平衡需手工控制和計量，置換液加溫亦需人工進行，治療全程需專人看護。然而，在實踐中不斷地摸索和總結經驗，這些問題將會得到完善和解決。（2）便攜式連續性血液凈化機（MCBPM）。目前市場上連續性血液凈化機其體積龐大笨重，機器本身對平穩性要求較高，無法在行駛的救護車上、海船上、飛機上及地震現場等實施連續性血液凈化治療，以致傷員得不到及時救治，出現嚴重的并發癥，病死率增高。一種能夠在各種復雜而不穩定的特殊環境（包括震動，晃動，搖擺等）中使用的連續性血液凈化設備，便攜式連續性血液凈化機[19]。該機充分考慮使用環境和使用條件的需求，整個機器只有30 kg，外形尺寸為220mm×50Omm×500mm。該機完全具備現有連續性血液凈化機的功能，其設計理念具有以下創新點：在MCBPM系統中，完全沒有稱重裝置，全部改成容積測量裝置，既減少了體積又使系統能工作在特殊環境中；系統觸摸屏由市場上機器的15 in改為8 in彩色，系統整機寬度減少將近一半；把通常在外部加熱的裝置轉移到系統內，并把加熱器設計成雙層4段加熱，使加熱效率提高3倍。

2.4 植入式血液凈化裝置 目前，對于慢性腎衰竭的患者主要有兩種治療方法，一種是腎器官移植，缺乏足夠的腎源是一個制約因素；另一種方法就是長期持續地進行血液的透析濾過，每周2～3次，雖然明顯改善了腎衰竭患者的預后，但它僅僅代替了腎臟的濾過功能，而不能完成內分泌、代謝、自身調節等多種功能[20]。尋找一種能完全模擬生理性腎功能的治療方法，是未來血液凈化的發展趨勢。腎單位是構成腎臟的基本單位，它包括腎小球和腎小管。植入式血液凈化裝置是基于硅納米材料、腎小管細胞輔助設備和微電子技術的基礎上研發而成。兩個串聯的硅納米膜分別模擬腎小球和腎小管的功能，依次進行工作。腎小管細胞輔助設備是用腎小管的細胞填充腎臟輔助裝置，可以模擬人類腎小管的分泌功能；微電子技術縮小了設備的體積，使得更加容易植入人體。能夠提高30ml/min的腎小球濾過率，而每周3次的傳統血液透析所能提供的腎小球濾過率只是它的一半[21]。臨床試驗證實，這種設備具有生存力、持久性、安全性和功能性，且硅納米膜成本較低能夠實現低成本的大批量生產[22]。

隨著新材料技術和納米技術的發展成熟，未來便攜式血液凈化裝置將會擁有以下特點：（1）輕便耐磨，更加符合人體工程學要求；（2）價格合理患者可以負擔得起；（3）擁有簡易的操作系統[23]。未來，便攜式血液透析不僅可以用于慢性腎病和充血性心力衰竭的個體治療，還可以用于災害救援。災害發生后，便攜式血液凈化裝置可以在極端環境（缺乏水源、電力和技術人員）中提供及時的連續性治療，為急重癥患者的轉移爭取時間。

[1] Blagg CR，Ing TS，Ber ry D，et al.The history and rationale of dai ly and night ly hemodialysis [J].Cont rib Nephrol，2004，145：1-9.

[2] Nesral lah GE，Chan CT，Buoncristiani U.Cardiovascular risk factor modi fication with quotidian hemodialysis[J].Cont rib Nephrol，2004，145：55-62.

[3] Vanholder R，Ringoir S.Pit fal ls of wearable arti f icial kidney[J].Int J Ar ti f Organs，1990，13（11）：715-719.

[4] Heidenheim AP，Leitch R，Kor tas C，et al.Patient monitoring in the London Dai ly/Nocturnal Hemodialysis Study[J].Am J Kidney Dis，2003，42（1 Suppl）：61-65.

[5] Morti SM，Zydney AL.Protein-membrane interactions during hemodialysis：ef fects on solute t ranspor t[J].ASAIO J，1998，44（4）：319-326.

[6] Huang Z，Gao D，Letteri JJ，et al.Blood–membrane interactions during dialysis[J].Semin Dial，2009，22（6）：623-628.

[7] Takeuchi ES，Leising RA，Spi l lman DM，et al. Lithium bat teries for medical appl ications. In：Lithium Bat teries：Science and Technology. Nazri G-A，Pistoia G（Eds）.Springer，NY，USA，2003，686-700.

[8] Nishide H，Oyaizu K.Materials science.Toward f lexible bat teries[J].Science，2008，319（5864）：737-738.

[9] Gordon A，Bet ter OS，Greenbaum MA，et al.Cl inical maintenance hemodialysis with a sorbent-based，low-volume dialysate regeneration system[J]. Trans Am Soc Ar ti f Intern Organs，1971，17：253-258.

[10]Agar JW.Review：understanding sorbent dialysis systems[J].Nephrology（Car l ton），2010，15（4）：406-411.

[11]Pier ratos A.Ef fect of therapy time and f requency on ef fective solute removal[J].Semin Dial，2001，14（4）：284–288.

[12]Gibney N，Cerda J，Davenpor t A，et al.Volume management by renal replacement therapy in acute kidney injury[J].Int J Arti f Organs，2008，31（2）：145-155.

[13]Gura V，Beizai M，Ezon C，et al.Continuous renal replacement therapy for end-stage renal disease.The wearable arti f icial kidney（WAK）[J]. Cont rib.Nephrol，2005，149，325-333.

[14]Davenpor t A，Gura V，Ronco C，et al.A wearable haemodialysis device for patients with end-stage renal fai lure：a pilot study[J]. Lancet，2007，370（9604）：2005-2010.

[15]Davenpor t A.Portable or wearable peritoneal devices--the next step forward for peritoneal dialysis?[J].Adv Perit Dial，2012，28：97-101.

[16]Ronco C，Fecondini L.The vicenza wearable ar tif icial kidney for peritoneal dialysis（ViWAK PD）[J].Blood Purif，2007，25（4）：383-388.

[17]楊紅軍，陳 芝，高麗丹，等.組合輸液泵在連續性血液凈化中的應用[J].醫療衛生裝備，2007，28（4）：57-58.

[18]熊錫山，王漢斌.簡易床旁血液凈化技術在危重癥搶救中的應用[J].中國醫刊，2011，46（11）：43-44.

[19]周春華，何 萍，孟建中，等.便攜式連續性血液凈化機的動物實驗研究[J].中國血液凈化，2010，9（2）：97-99.

[20]Bist rian BR.Role of the systemic inf lammatory response syndrome in the development of protion-calorie malnut rition in ESRD[J].Am J Kidney Dis，1998，32（6 Supple 4）：S113-117.

[21]Nissenson AR，Ronco C，Pergamit G，et al.The human nephron f il ter：toward a continuously functioning，implantable ar ti f cial nephron system [J].Blood Puri f，2005，23（4）：269-274.

[22]Fissel l WH，Fleischman AJ，Humes HD，et al.Development of continuous implantable renal replacement：past and future[J].Transl Res，2007，150（6）：327-336.

[23]Roncon C，Davenport A，Gura V.The future of the arti f icial kidney：moving towards wearable and miniaturized devices[J].Nef rologia，2011，31（1）：9-16.

（收稿：2013-08-05 修回：2013-09-15 編校：齊 彤）

TH 789

A

2095-3496（2013）04-0267-03

100071 北京，軍事醫學科學院全軍中毒救治中心（于 飛，熊錫山，王漢斌）

王漢斌，E-mai l：hanbin62616@yahoo.com.cn