第三節 血液凈化清除性能和療效評價
血液凈化通過稱為半透膜(semipermeable membrane)的特殊膜清除水分和致病物質。半透膜上有特定尺寸的小孔,溶液中比小孔尺寸更小的物質可以通過膜(小孔),更大的物質則不能通過(圖3-3-1)。
一、溶質清除原理
血液凈化時溶質的清除主要是通過擴散、對流、吸附和分離等原理而實施的,具體如下:
半透膜兩側溶液中溶質從化學濃度高側向濃度低側轉運,稱為擴散(diffusion)(圖3-3-2)。擴散作用清除溶質的驅動力為膜兩側溶液中溶質的化學濃度梯度。溶質清除量與溶質及半透膜的特性有關。前者包括溶質的濃度、分子量、分子的形狀和所帶電荷、脂溶性等。后者包括膜孔大小及數量、半透膜面積和厚度、半透膜表面所帶電荷和親水性等。
半透膜兩側溶液中溶質由靜水壓高側向靜水壓低側(在血液側施加正壓或透析液側給予負壓)移動,稱為對流(convection)(圖3-3-3)。半透膜兩側的靜水壓差稱為跨膜壓(transmembrane pressure,TMP)。對流作用清除溶質的驅動力為膜兩側的靜水壓差。對流過程中溶質的清除是被動的,且濾出液溶質濃度與原溶液相等。對流的溶質清除量主要與超濾率及篩系數有關。
擴散與對流的區別見表3-3-1。
通過正、負電荷的相互作用或范德華力的作用,溶質與固定吸附劑(臨床常用樹脂和活性炭)結合而被清除,稱為吸附(adsorption)(圖3-3-4)。當吸附劑上固定某種溶質的抗體,溶質作為抗原與吸附劑上抗體結合而被清除,稱為免疫吸附(immunoadsorption,IA)。
利用孔徑較大的半透膜或離心的方法,將血漿與血細胞分離,棄除血漿(帶有致病物質),而血細胞回輸體內,并補充必要的白蛋白、凝血因子、水和電解質,稱為分離(separation)(圖3-3-5)。
二、溶質清除效率的影響因素
影響溶質清除效率的因素主要包括血液和透析液的流量、透析器性能、透析時間、跨膜壓、溶質相關因素(分子量、電荷、蛋白結合率及體內分布情況等)等(表3-3-2)。
一定范圍內溶質清除率隨血流量和透析液流量升高而升高,當透析液流量為500ml/min,此時溶質清除率已接近最大,如進一步增加血流量和透析液流量,溶質清除量增加較少。
透析器性能是影響溶質清除的重要因素。透析器對溶質的清除效能主要取決于透析膜特性,包括透析膜材料、孔大小及數量、膜的厚度、表面積、所帶電荷、及親水性等。
衡量透析器溶質清除性能的指標包括:
指單位時間(分鐘)內透析器能夠將血中的某一溶質全部清除的血漿容積(ml)。測定方法:在透析器入口和出口處分別測得血液中溶質濃度(CBI,CBO),當透析器出口的血流量QBO、超濾率QF 為已知時,該溶質的清除率CL(ml/min)=(CBI-CBO)×(QBO+QF)/CBI。透析器產品說明書上列出的清除率指彌散清除,常用尿素清除率和維生素B12清除率分別代表小分子和中分子溶質清除率。當血流量為200ml/min 時,常用透析器的尿素清除率為50～200ml/min,維生素B12 清除率為30～160ml/min。
Kuf 常用于評價水清除效能,為單位時間、單位壓力作用下清除水的量,反映透析膜的通透性。測定方法:濾過時間為TF(h),濾過量為VF(ml),跨膜壓為TMP(mmHg),則Kuf[ml/(mmHg·h)]=VF/TF/TMP。一般常用透析器Kuf 為2～60ml/(mmHg·h)。Kuf 大小主要影響透析器對中、大分子溶質的清除效能。根據Kuf 可將透析器分為三類:①低通量透析器:Kuf<8ml/(mmHg·h);②中通量透析器:Kuf 8～20ml/(mmHg·h);③高通量透析器:Kuf>20ml/(mmHg·h)。
表示溶質以濾過方式透過膜的效率,反映了膜對溶質的通透性,其值越接近1,表示溶質以濾過方式透過膜的性能越高。測定方法:透析器入口處溶質濃度CBI,濾過液中該溶質濃度CF,則SC=CF/CBI。
常見透析器規格見表3-3-3所示。
在一定范圍內,透析時間越長,溶質清除量也越大。但隨著透析的進行,溶質血濃度逐漸降低,且透析膜表面也不斷有纖維蛋白等粘著而影響透析膜清除效率。故一般常規血液透析的時間為每次4～6 小時。由于常規血液透析對中、大分子溶質清除效率不如小分子溶質,故透析時間的延長對中、大分子溶質清除量增加較為明顯。
跨膜壓越大,則水清除越多,經對流作用清除的溶質也越多。透析治療中跨膜壓不宜過高,以防止透析膜破裂。由于透析過程中小分子溶質主要靠擴散清除,而中、大分子溶質清除更多依賴于對流作用,故超濾量的增加主要提高中、大分子溶質清除量。
在擴散過程中溶質分子量越小則清除率越高。而在對流過程中溶質清除量與分子量大小關系較小,在膜截留分子量以下溶質的清除主要取決于溶液轉運速率。
電荷對溶質清除的影響受Donnan 效應調節。血漿中存在帶負電荷的蛋白,蛋白無法通過透析膜,為保持電荷平衡,透析膜血液側的陽離子濃度高于透析液側。
溶質蛋白結合率是溶質在血漿內與血漿蛋白結合的比率。與血漿蛋白結合的溶質不易被一般的血液凈化方法清除,故通常情況下,溶質蛋白結合率越高則清除率越小。
溶質分布容積越大,或溶質從細胞內向血管間隙轉移慢等均會引起溶質清除率減少。
三、尿素動力學模型
尿素動力學模型是用來描述和衡量體內尿素生成與清除的模型,同時考慮了尿素在體內的總體分布情況。尿素動力學模型可綜合反映透析患者溶質清除和營養狀況。通過尿素動力學模型可計算尿素清除指數(Kt/V),以反映小分子尿毒癥毒素的清除情況,評估透析充分性。
尿素動力學模型分為單室模型和考慮了分室效應的雙室模型。
單室模型假設尿素均勻分布在人體全部體液組成的單室里,蛋白質分解速率不變,產生的尿素能被殘余腎功能及透析器所清除。尿素動力學單室模型如圖3-3-6 所示。透析間期患者體內尿素無法通過透析清除(KD 為0),尿素清除取決于殘腎清除(KR)。透析期間尿素總清除(K)為透析清除(KD)和腎臟清除(KR)之和。體內尿素變化微積分(dVC/dt)反映體內尿素生成和清除的動態變化,為尿素生成和總清除的差值(dVC/dt=G-KC)。根據上述單室模型的微積分方程可推演出單室腎臟清除指數(single pool Kt/V,spKt/V)計算公式,spKt/V 計算公式簡單、易于計算、易在臨床應用,但由于未考慮尿素在體內的分布變化,使單室模型對透析充分性的估計易產生偏差。
雙室模型在單室模型的基礎上考慮了分室效應對透析溶質清除的影響。它能精確反映透析溶質清除情況、蛋白代謝速率,能很好地解釋透析后的尿素反彈現象,但是雙室模型及據其推演出的Kt/V 計算公式較復雜,限制了其在臨床的推廣應用。
四、透析療效評價
由于透析最重要的作用之一是清除尿毒癥毒素,故臨床主要以溶質清除情況作為透析療效的量化評估。
Kt/V 反映單次透析的尿素清除分數,是根據尿素動力學模型,通過測定透析前后血尿素水平并計算得來,是評價小分子尿毒癥毒素清除的重要指標。K 代表透析器對尿素的清除率,t 為單次透析時間,V 為尿素在體內的分布容積,即患者體內總水容積。Kt 乘積反映了單次透析對尿素的清除量,Kt/V 則反映單次透析清除尿素量占患者體液中尿素總量的比例。血透過程中,可簡化尿素動力學單室模型,假設血透期間體內尿素生成及總水容積無明顯變化,則血尿素濃度的對數隨透析時間呈線性變化,-K/V 即為線性變化的斜率。據此可推斷spKt/V 計算公式,通過檢測透析前后血尿素水平計算spKt/V(圖3-3-7)。其中由Daugirdas 提出的公式比較精確,應用廣泛,其計算公式為:spKt/V=-Ln(R-0.008T)+(4-3.5R)×UF/W,其中Ln 為自然對數;R 為透析后與透析前血清尿素氮的比值;T 為單次透析時間,單位小時;UF 為超濾量,單位L;W 為透析后患者的體重,單位kg。
尿素下降率(urea reduction ratio,URR)指單次透析清除尿素的分數,反映溶質下降百分率,不是實際的溶質清除量,與Kt/V 有一定相關性,也是反映小分子尿毒癥毒素清除的指標。其計算公式如下:尿素下降率=[1-(透析后血尿素濃度/透析前血尿素濃度)]×100%。
β2-微球蛋白下降率指單次透析清除β2-微球蛋白的分數,是反映中、大分子尿毒癥毒素清除效率的指標。其計算公式如下:β2-微球蛋白下降率=[1-(透析后血β2-微球蛋白濃度/透析前血β2-微球蛋白濃度)]×100%。
(呂文律 鄒建洲 滕杰 丁小強)