第三节　血液净化清除性能和疗效评价

血液净化通过称为半透膜(semipermeable membrane)的特殊膜清除水分和致病物质。半透膜上有特定尺寸的小孔,溶液中比小孔尺寸更小的物质可以通过膜(小孔),更大的物质则不能通过(图3-3-1)。

图3-3-1　半透膜

一、溶质清除原理

血液净化时溶质的清除主要是通过扩散、对流、吸附和分离等原理而实施的,具体如下:

半透膜两侧溶液中溶质从化学浓度高侧向浓度低侧转运,称为扩散(diffusion)(图3-3-2)。扩散作用清除溶质的驱动力为膜两侧溶液中溶质的化学浓度梯度。溶质清除量与溶质及半透膜的特性有关。前者包括溶质的浓度、分子量、分子的形状和所带电荷、脂溶性等。后者包括膜孔大小及数量、半透膜面积和厚度、半透膜表面所带电荷和亲水性等。

图3-3-2　扩散作用示意图

半透膜两侧溶液中溶质由静水压高侧向静水压低侧(在血液侧施加正压或透析液侧给予负压)移动,称为对流(convection)(图3-3-3)。半透膜两侧的静水压差称为跨膜压(transmembrane pressure,TMP)。对流作用清除溶质的驱动力为膜两侧的静水压差。对流过程中溶质的清除是被动的,且滤出液溶质浓度与原溶液相等。对流的溶质清除量主要与超滤率及筛系数有关。

图3-3-3　对流作用示意图

扩散与对流的区别见表3-3-1。

表3-3-1　扩散与对流作用比较

通过正、负电荷的相互作用或范德华力的作用,溶质与固定吸附剂(临床常用树脂和活性炭)结合而被清除,称为吸附(adsorption)(图3-3-4)。当吸附剂上固定某种溶质的抗体,溶质作为抗原与吸附剂上抗体结合而被清除,称为免疫吸附(immunoadsorption,IA)。

图3-3-4　吸附作用示意图

利用孔径较大的半透膜或离心的方法,将血浆与血细胞分离,弃除血浆(带有致病物质),而血细胞回输体内,并补充必要的白蛋白、凝血因子、水和电解质,称为分离(separation)(图3-3-5)。

图3-3-5　分离作用示意图

二、溶质清除效率的影响因素

影响溶质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、透析时间、跨膜压、溶质相关因素(分子量、电荷、蛋白结合率及体内分布情况等)等(表3-3-2)。

表3-3-2　溶质清除效率的影响因素

一定范围内溶质清除率随血流量和透析液流量升高而升高,当透析液流量为500ml/min,此时溶质清除率已接近最大,如进一步增加血流量和透析液流量,溶质清除量增加较少。

透析器性能是影响溶质清除的重要因素。透析器对溶质的清除效能主要取决于透析膜特性,包括透析膜材料、孔大小及数量、膜的厚度、表面积、所带电荷、及亲水性等。

衡量透析器溶质清除性能的指标包括:

指单位时间(分钟)内透析器能够将血中的某一溶质全部清除的血浆容积(ml)。测定方法:在透析器入口和出口处分别测得血液中溶质浓度(C_BI,C_BO),当透析器出口的血流量Q_BO、超滤率Q_F 为已知时,该溶质的清除率CL(ml/min)=(C_BI-C_BO)×(Q_BO+Q_F)/C_BI。透析器产品说明书上列出的清除率指弥散清除,常用尿素清除率和维生素B₁₂清除率分别代表小分子和中分子溶质清除率。当血流量为200ml/min 时,常用透析器的尿素清除率为50～200ml/min,维生素B₁₂ 清除率为30～160ml/min。

Kuf 常用于评价水清除效能,为单位时间、单位压力作用下清除水的量,反映透析膜的通透性。测定方法:滤过时间为T_F(h),滤过量为V_F(ml),跨膜压为TMP(mmHg),则Kuf[ml/(mmHg·h)]=V_F/T_F/TMP。一般常用透析器Kuf 为2～60ml/(mmHg·h)。Kuf 大小主要影响透析器对中、大分子溶质的清除效能。根据Kuf 可将透析器分为三类: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)。

表示溶质以滤过方式透过膜的效率,反映了膜对溶质的通透性,其值越接近1,表示溶质以滤过方式透过膜的性能越高。测定方法:透析器入口处溶质浓度C_BI,滤过液中该溶质浓度C_F,则SC=C_F/C_BI。

常见透析器规格见表3-3-3所示。

表3-3-3　常见透析器规格

续表

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注:KUf:ultrafiltration coefficient,超滤系数;QB:blood flow rate,血流量;PAN:polyacrylonitrile,聚丙烯腈;PS:polysulfone,聚砜;CA:cellulose acetate,乙酸纤维素;CDA:cellulose diacetate,二乙酸纤维素;CTA:cellulose triacetate,三乙酸纤维素;PES:polyethersulfone,聚醚砜;PAES:polyarylethersulfone,聚芳醚砜;PA:polyamide,聚酰胺;PVP:polyvinylpyrrolidone,聚乙烯吡咯烷酮;PEPA:polyester-polymer alloy,聚酯-多聚体合塑;PMMA:polymethyl methacrylate,聚甲基丙烯酸甲酯;EVAL:ethylenevinylalcohol copolymer,聚乙烯-乙烯醇共聚物;ETO:ethylene oxid,环氧乙烷;HD:hemodialysis,血液透析;HF:hemofiltration,血液滤过;HDF:hemodiafiltration,血液透析滤过

在一定范围内,透析时间越长,溶质清除量也越大。但随着透析的进行,溶质血浓度逐渐降低,且透析膜表面也不断有纤维蛋白等粘着而影响透析膜清除效率。故一般常规血液透析的时间为每次4～6 小时。由于常规血液透析对中、大分子溶质清除效率不如小分子溶质,故透析时间的延长对中、大分子溶质清除量增加较为明显。

跨膜压越大,则水清除越多,经对流作用清除的溶质也越多。透析治疗中跨膜压不宜过高,以防止透析膜破裂。由于透析过程中小分子溶质主要靠扩散清除,而中、大分子溶质清除更多依赖于对流作用,故超滤量的增加主要提高中、大分子溶质清除量。

在扩散过程中溶质分子量越小则清除率越高。而在对流过程中溶质清除量与分子量大小关系较小,在膜截留分子量以下溶质的清除主要取决于溶液转运速率。

电荷对溶质清除的影响受Donnan 效应调节。血浆中存在带负电荷的蛋白,蛋白无法通过透析膜,为保持电荷平衡,透析膜血液侧的阳离子浓度高于透析液侧。

溶质蛋白结合率是溶质在血浆内与血浆蛋白结合的比率。与血浆蛋白结合的溶质不易被一般的血液净化方法清除,故通常情况下,溶质蛋白结合率越高则清除率越小。

溶质分布容积越大,或溶质从细胞内向血管间隙转移慢等均会引起溶质清除率减少。

三、尿素动力学模型

尿素动力学模型是用来描述和衡量体内尿素生成与清除的模型,同时考虑了尿素在体内的总体分布情况。尿素动力学模型可综合反映透析患者溶质清除和营养状况。通过尿素动力学模型可计算尿素清除指数(Kt/V),以反映小分子尿毒症毒素的清除情况,评估透析充分性。

尿素动力学模型分为单室模型和考虑了分室效应的双室模型。

单室模型假设尿素均匀分布在人体全部体液组成的单室里,蛋白质分解速率不变,产生的尿素能被残余肾功能及透析器所清除。尿素动力学单室模型如图3-3-6 所示。透析间期患者体内尿素无法通过透析清除(K_D 为0),尿素清除取决于残肾清除(K_R)。透析期间尿素总清除(K)为透析清除(K_D)和肾脏清除(K_R)之和。体内尿素变化微积分(dVC/dt)反映体内尿素生成和清除的动态变化,为尿素生成和总清除的差值(dVC/dt=G-KC)。根据上述单室模型的微积分方程可推演出单室肾脏清除指数(single pool Kt/V,spKt/V)计算公式,spKt/V 计算公式简单、易于计算、易在临床应用,但由于未考虑尿素在体内的分布变化,使单室模型对透析充分性的估计易产生偏差。

图3-3-6　血透患者尿素动力学单室模型

G:尿素生成;V:尿素分布容积(总水容积);C:尿素浓度;dV:液体生成率(HD 期间为负值,HD 间期为正值);KC:尿素总清除,K _RC:尿素肾脏清除,K _DC:尿素透析清除;dVC/dt:体内尿素变化微积分,反映体内尿素生成和清除的动态变化,为尿素生成和总清除的差值(G-KC)

双室模型在单室模型的基础上考虑了分室效应对透析溶质清除的影响。它能精确反映透析溶质清除情况、蛋白代谢速率,能很好地解释透析后的尿素反弹现象,但是双室模型及据其推演出的Kt/V 计算公式较复杂,限制了其在临床的推广应用。

四、透析疗效评价

由于透析最重要的作用之一是清除尿毒症毒素,故临床主要以溶质清除情况作为透析疗效的量化评估。

Kt/V 反映单次透析的尿素清除分数,是根据尿素动力学模型,通过测定透析前后血尿素水平并计算得来,是评价小分子尿毒症毒素清除的重要指标。K 代表透析器对尿素的清除率,t 为单次透析时间,V 为尿素在体内的分布容积,即患者体内总水容积。Kt 乘积反映了单次透析对尿素的清除量,Kt/V 则反映单次透析清除尿素量占患者体液中尿素总量的比例。血透过程中,可简化尿素动力学单室模型,假设血透期间体内尿素生成及总水容积无明显变化,则血尿素浓度的对数随透析时间呈线性变化,-K/V 即为线性变化的斜率。据此可推断spKt/V 计算公式,通过检测透析前后血尿素水平计算spKt/V(图3-3-7)。其中由Daugirdas 提出的公式比较精确,应用广泛,其计算公式为:spKt/V=-Ln(R-0.008T)+(4-3.5R)×UF/W,其中Ln 为自然对数;R 为透析后与透析前血清尿素氮的比值;T 为单次透析时间,单位小时;UF 为超滤量,单位L;W 为透析后患者的体重,单位kg。

图3-3-7　血液透析期间尿素动力学模型,Kt/V 的计算模型

尿素下降率(urea reduction ratio,URR)指单次透析清除尿素的分数,反映溶质下降百分率,不是实际的溶质清除量,与Kt/V 有一定相关性,也是反映小分子尿毒症毒素清除的指标。其计算公式如下:尿素下降率=[1-(透析后血尿素浓度/透析前血尿素浓度)]×100%。

β₂-微球蛋白下降率指单次透析清除β₂-微球蛋白的分数,是反映中、大分子尿毒症毒素清除效率的指标。其计算公式如下:β₂-微球蛋白下降率=[1-(透析后血β₂-微球蛋白浓度/透析前血β₂-微球蛋白浓度)]×100%。

(吕文律　邹建洲　滕杰　丁小强)