血液透析三大原理解析
透析原理、血滤原理、超滤原理
一、透析原理
血液透析(HD)的物理原理为弥散,如墨汁在水中的扩散,靠的是浓度梯度。擅长清除小分子物质。
血液滤过(HF)的物理原理为对流,如心脏推着血液扩散,靠的是压力梯度。擅长清除中大分子物质。
血液透析滤过(HDF)则兼具两者优势。
一般肾衰患者的维持性透析选用HD和HDF,而ICU病人常用的CRRT以HF为主。
再复习下透析相关常见分子的分子量。
基本的透析环路:
清除率
透析的主要目的是清除毒素,用清除率(K)来衡量。比如尿素清除率为200ml/min,就是说每分钟有200ml血液中的尿素被净化了。衡量透析充分性的Kt/V里的K就是这个清除率。
清除率主要受4个参数的影响:分子大小、血流量、透析液流量以及透析器性能。
分子量越小越容易被清除,这很好理解,同样情况下,尿素的清除率要比肌酐清除率高。
血流量(200~600ml/min,一般设在350ml/min以上):对清除率影响显著,但不是线性的,一般来讲,倍增血流量仅能提高20~50%的尿素清除率,大分子还没有那么多。
透析液流量(一般设为500ml/min):影响不如血流量,从500ml/min升到800ml/min提升尿素清除率不到10%。
透析器性能:我们常用KoA来衡量透析器清除尿素的性能,KoA是透析器在最好情况下达到的尿素清除率,一般>700ml/min的称为高效透析器。因此如果有人吹牛说用一个KoA为300ml/min的透析器做出了500ml/min的尿素清除效果,你千万要把他列为骗子。另外,还有衡量透析器分子截留能力的筛系数(SC)、通透性的超滤系数(KUf)。
需要注意的是,现代透析同样关注对中大分子的清除, 目前高通量透析的定义即为β2-微球蛋白清除率大于20 ml/min。
再谈清除率
不知大家有没有想过,为什么不直接用清除尿素的量来衡量清除率,而要用一个非常古怪的K呢?
其实这个K,包括衡量透析充分性的Kt/V都是借用了代谢动力学的概念,就像我们会关心药物的半衰期T,但不关心有多少量的药物被清除一样。事实上,我们的eGFR也是一种特殊的K。
接下来我们来探讨一个很有意思的问题,如何在Kt/V和eGFR间建立一种关系?
NKF指南推荐每次血透的Kt/V至少为1.2,那这大致相当于多少eGFR呢?
假设某小哥体重为75kg,单次透析Kt/V = 1.2
V =尿素分布容积= 0.55(体液百分比)*75kg = 41.25L = 41,250ml
K = 1.2(V)/t = 1.2(41,250ml) /t= 49,500ml/t
小哥一周透析三次,3*49,500ml/t = 148,500ml/t
一周有多少分钟呢,t = 10,080min/week
因此,这种透析强度类似于提供了148,500ml/10,080min = 14.7ml/min的eGFR。
当然,Kt/V和尿素下降率(URR)还有更为明确的数量关系,这里就不多说啦。
二、血滤原理
一.血液滤过概述
本节我们继续学习血滤原理。
援引上文内容,血液滤过(HF)的物理原理为对流,如心脏推着血液扩散,靠的是压力梯度。擅长清除中大分子物质。
我们还学过一句话,血液滤过更符合肾单元的生理运作模式。
这两句话如何理解?先来看一下肾单元是如何工作的:1、肾小球内的血液在跨膜压作用下通过滤过膜变成原尿;2、肾小管重吸收原尿(及分泌一些物质)回输血液。
再来看下血滤是如何运作的:我们可以清楚的看到,血液被跨膜压压成废液类似肾小球的功能,而置换液回输类似肾小管的功能,不是很像肾单元吗?
二.进一步理解
血滤中产生废液的成分是怎样的呢?我们把血滤器放大后仔细观察下:滤过膜对小分子没什么阻拦,水和废物一起排出,废液里小分子的浓度和流经滤器的血液里几乎一模一样!
记得上期我们提到了一个概念——筛系数(SC),血滤器对某个分子的SC等于废液中的浓度/血里的浓度,SC=0说明完全不能透过,SC=1说明可以自由通过。
下面是低通和高通透析膜对不同分子量物质的SC。对于高通量透析器来说,对于小分子毒素几乎是通透的(SC≈1),对于分子量为数K~数W的毒素通透性明显下降,而几乎不能透过白蛋白或更大分子量的物质(SC≈0)。
再来看高通量透析,为什么它有对水通透性高(>20ml/mmHg/h)和对β2微球蛋白通透性高(清除率>20mL/min)两个定义?
其实本质上它们描述的就是透析膜上的孔径较大(当然现代高通膜有很多其它特殊的性质),因此在单位压力下可以有较多的水通过,并且裹挟着溶质一起滤过(即对流)。
三.理解治疗剂量
我们在上一期中费了些周折建立了透析中清除率(K)和eGFR的关系。
在血滤中这种关系就要直接的多(因为直接模拟肾单元嘛),就是每分钟有多少原汁原味的脏血被滤过变成了废液(前置或在滤器前补液时会有血液稀释),是不是和肾小球滤过率的定义很像呢?这也就是我们临床处方的CRRT治疗剂量(定义可能略有争议)。
因此,我们在给一个50kg的人处方35ml/h/kg的CRRT时(假设血液未被稀释,不超滤),其每小时的废液量为50kg✖️35ml/h/kg=1750ml,那么相当于提供了1750ml/60min=29.2ml/min的肾小球滤过率。
四.HD、HDF、HF
我们再回过头来理解HD、HDF和HF的区别和联系。
HD说是通过弥散清除毒素,但大家想过没有,超滤得有跨膜压引起的对流(如果纯是弥散的话,透析液的渗透压和血液差不多,怎么会有超滤呢?),因此,HD只能说以弥散为主。
同理,HF中滤过膜两侧也必有浓度梯度,因此,也只能说HF以对流为主。
从低通量HD到高通量HD,再从HDF到HF,其实就是一个连续谱。
三、超滤原理
一.超滤概述
本节我们继续学习超滤原理。
超滤即清除水分。虽然HD、HF清除毒素的原理非常不同,但超滤都得用对流。试想,透析液和血液的渗透压相差不多,如何进行水分的有效弥散呢?
我们再总结下:
二.超滤控制
先熟悉几个概念:
跨膜压(TMP)是透析膜两侧的压力差,主要由透析机的泵产生。
超滤系数(KUf)是衡量透析膜对水的通透性指标,即在单位压力下单位面积(A)透析膜的水通过速度(KUf>20为高通)。
超滤速率=TMP×KUf×A。
超滤量=超滤速率×t=TMP×KUf×A×t。因此,TMP越大,KUf越大,超滤速度就越快。
对给定的透析器来说,KUf是一定的,因此TMP的变化决定了超滤速率。
以前的机器直接调节TMP来控制速度,称为压力控制,因误差较大,现已基本不用,现代的透析机主要采用容量控制模式来进行超滤调节,如基于流量仪(A)和平衡室(B)的方法。
三.临床应用
假设这样的临床场景:某小哥现在患有肾病综合征,现并发心衰,肿得和球一样,皮肤都在渗水,但溶质水平不高,需要把体内水分去掉些。
这时临床医生可能会选择缓慢连续超滤(SCUF),也就是不用置换液的缓慢血滤(超滤速率为2~8ml/min),比如24小时目标清除5000ml体液,那么超滤速率就是5000ml/24h/60min=3.47ml/min(CVVH可能会达10倍以上)。
临床上还有所谓单纯超滤(简称单超)的概念,相当于浓缩版SCUF,时间更短,超滤速度更快。
这里澄清一点,在超滤水分的时候,分子量不大的毒素也会一起出来,因此认为SCUF或单超仅仅去除了水分是不准确的,比如上面那个例子,大致提供了3.47ml/min的GFR,只是说这种清除毒素的效能实在是有点低罢了。
参考文献:
1. Handbook of Dialysis. 5th edition. Wolters Kluwer.
2. Oxford Handbook of Dialysis. 4th edition. Oxford University Press.
本文荟萃自网络及文献,只做学术交流学习使用,不做为临床指导,本文观点不代表数字重症立场。