Аппарат искусственная почка

При тяжелом нарушении функции почек иногда требуется искусственная замена их работы. Искусственная почка должна полностью выполнять функцию выделения жидкости, очищая кровь от вредных веществ, корректируя кислотно-щелочной баланс и способствуя выведению токсинов и излишков воды. Основная задача аппарата — очистка крови при сохранении ее нормального объема. Ученые близки к значительному прорыву в биоинженерии — они могут создать имплант, способный полноценно заменить поврежденный орган.

Общая информация

Американский изобретатель Джон Абель создал прототип современной искусственной почки в 1913 году. Впервые этот аппарат был использован в 1944 году врачом Вильямом Колфом. Аппарат для гемодиализа имеет значительные размеры. В настоящее время для процедуры очищения крови пациент должен находиться в больнице по несколько часов минимум два раза в неделю. Эта процедура очищает кровь от отходов в среднем на 60%.

Описание технологии и принцип работы

Первая женщина, протестировавшая новое устройство, была 67 лет и страдала от тяжелой почечной недостаточности, что привело к интоксикации организма. Процедура прошла успешно. В 2007 году было представлено портативное устройство для гемодиализа, весом не более 4 кг. Врачи называют его «Носимая Искусственная Почка» (НИП). Это устройство позволяет пациентам с тяжелыми заболеваниями почек иметь его при себе постоянно. При необходимости врач подключает аппарат к вене, и начинается процедура очищения крови. Недостаток устройства в том, что очищение происходит медленнее, чем в стационарном варианте. Аппарат размещается на поясе пациента, к которому подключены насосы для перекачивания крови и сменные кассеты с очищающим материалом.

В 2004 году Чарльз Дженнингс впервые протестировал переносную искусственную почку, зарегистрированную в Патентном бюро США с 2006 года.

Недавно ученые Калифорнийского университета объявили о создании имплантируемой почки, содержащей множество микрофильтров для постоянного очищения крови. На основе портативного устройства был протестирован и этот почечный имплант, который доказал свою эффективность. Новые технологии направлены на создание компактного устройства с настоящими клетками. Имплантируемый аппарат должен быть не больше настоящего органа для успешного внедрения в организм человека.

Биоинженерная почка у человека

В 2010 году ученые разработали гемодиализный имплант, размером сопоставимый с почкой. Он включает биореактор с клеточной культурой, имитирующей почечные канальцы, и полностью заменяет обменные функции. Имплант работает за счет циркуляции крови пациента, позволяя заменить поврежденный орган без необходимости в донорском. С 2013 года проект возобновлен, и сейчас ведутся разработки с использованием методов биоинженерии.

Этапы разработки искусственной почки

Активная разработка имплантов на бесклеточной основе успешно прошла испытания на крысах. Результаты были опубликованы в известных американских журналах. Исследования начались с вымывания клеточной ткани из нефункционирующего органа. При этом почка сохранила свою форму и структуру, а на межклеточном уровне были добавлены специальные белки, стимулирующие рост. Затем матрикс промывали клетками, извлеченными из почек новорожденных крыс. Эти клетки заполняли пустоты и начинали выполнять свои функции. Имплантируемую почку уже пересаживали крысам вместо настоящего органа.

Это прорыв в медицине, так как такие импланты помогут решить проблему нехватки донорских органов. При их создании использовались современные нанотехнологии, применяемые в микроэлектронике. Искусственная почка пропускает кровь, оставляя форменные элементы неповрежденными. Встроенные фильтры с микропорами, расположенные друг за другом, эффективно выполняют фильтрацию. Их количество достигает 15 штук. Вокруг фильтров находятся живые почечные клетки, которые обеспечивают функции обмена полезных веществ и выведения отходов, что не может сделать искусственный аппарат.

Ближайшие перспективы

В результате экспериментов ученые выяснили, что импланты функционируют, но их эффективность ниже, чем у здоровых органов. Тем не менее, медики считают, что матриксы без клеток могут стать полноценной заменой почек. При серьезных нарушениях работы почек иногда требуется искусственная замена органа. Искусственная почка выполняет функцию выделения, фильтруя 170−185 литров крови за 24 часа через 20 мембран. Она не отвергается организмом, так как не вызывает иммунной реакции.

Клинические испытания на первых пациентах планируется провести в 2017 году, чтобы оценить успех проекта. Это изобретение позволит людям с тяжелыми почечными заболеваниями вести полноценную жизнь. Ученый Фисселл, участвующий в разработке почки, отметил, что им удалось скопировать природный фильтр, что поможет восстановить утраченные функции. Преимуществом имплантируемой почки является то, что она начинает очищать организм сразу после внедрения, в отличие от донорского органа, который требует двухнедельной реабилитации. Ученые разрабатывают имплантируемую почку, которая будет функционировать минимум 10 лет. В ближайшем будущем эксперименты будут проведены на свиньях, которым также пересадят имплант.

Функции мочевыделительной системы

Функции почек разнообразны и критически важны для организма. Они выполняют следующие задачи:

• очищают плазму крови от продуктов метаболизма и инородных соединений, включая лекарственные препараты;
• поддерживают постоянную концентрацию электролитов (калия, натрия, хлора, магния, карбонатов, кальция);
• регулируют уровень артериального давления, выводя избыток жидкости и электролитов;
• поддерживают стабильный уровень межклеточной и внутриклеточной жидкости во всех тканях, что обеспечивает нормальную работу органов и систем;
• секретируют биологически активные вещества, такие как ренин, который участвует в регуляции кровяного давления, и эритропоэтин, необходимый для образования эритроцитов.

Почка может выполнять свои функции даже при работе лишь пятой части нефронов.

Если одна почка перестает функционировать, другая может полностью компенсировать ее работу. Однако, если поражены обе почки, человеку необходим гемодиализ, известный как искусственная почка. Это может произойти при синдроме хронической или острой почечной недостаточности.

Почечная недостаточность

По характеру течения выделяют две формы синдрома: острую и хроническую.

Острая форма возникает на фоне:

• резкого прекращения кровообращения из-за острого кровотечения, сердечной недостаточности, травматического шока и подобных состояний;
• быстротечных аутоиммунных поражений почечных нефронов;
• отравления токсическими веществами, такими как ртуть, висмут, алкоголь, барбитураты, грибы;
• острой аллергии на лекарства, чаще всего после приема антибактериальных средств;
• спонтанной обструкции обоих мочеточников камнями или сгустками крови, особенно если функционирует только одна почка.

Этот синдром угрожает жизни и требует немедленного врачебного вмешательства. Для диагностики и начала терапии используется аппарат гемодиализа.

В дальнейшем проявления состояния купируют медикаментами и лечат основное заболевание.

Аппарат искусственного диализа широко применяется для предотвращения необратимых нарушений при хронической почечной недостаточности. Этот синдром развивается на фоне таких патологий:

• длительных воспалительных процессов в почках (гломерулонефрит или пиелонефрит), поражающих почечную паренхиму и нефроны;
• сахарного диабета;
• врожденных или приобретенных нарушений развития почек, таких как гипоплазия, поликистоз, онкологические образования;
• хронических застойных явлений в чашечно-лоханочной системе из-за гидронефроза, нефролитиаза или опухолей мочевыводящих путей;
• системных заболеваний соединительной ткани, вызывающих поражение почек.

Это двусторонний процесс, и болезнь, приведшая к хронической почечной недостаточности, часто не поддается лечению. Поэтому единственный способ продлить жизнь пациента — использование аппарата для гемодиализа.

Гемодиализ

Искусственный диализ очищает плазму крови от избытка жидкости, электролитов и токсинов. Процедура может проводиться как в стационаре, так и на дому.

Для этого используется специальный аппарат, называемый искусственной почкой.

Работа устройства основана на взаимодействии жидкостей по обе стороны частично проницаемой мембраны. С одной стороны мембраны находится кровь, с другой — диализирующий раствор.

Разница давления между сторонами мембраны способствует выведению излишков жидкости и токсинов, а из раствора в кровь поступают необходимые вещества.

Состав диализирующего раствора определяется лечащим врачом в зависимости от состояния пациента.

Искусственная почка состоит из трех основных элементов: аппарата для подачи крови, устройства для приготовления и подачи диализирующего раствора и диализатора.

Кровь поступает в диализатор через специальные трубки с помощью насоса. К системе подключены приборы для контроля скорости тока крови и давления.

Приготовленный раствор поступает из резервуара и движется в противоположном направлении к току крови. Он по составу схож с плазмой, и при необходимости в нем корректируется концентрация электролитов.

Таким образом, регулируется уровень выводимой из организма жидкости.

Схема проведения процедуры

Частота и длительность искусственного гемодиализа определяются индивидуально для каждого пациента.

Аппарат для диализа позволяет устанавливать различные типы мембран. Это дает возможность проводить ежедневный кратковременный диализ, который длится около 2 часов.

При частичном функционировании почек достаточно двух процедур в неделю по 5–6 часов. Наиболее распространена схема, при которой пациент подключается к аппарату 3 раза в неделю на 4–5 часов.

Подключение пациента к искусственной почке осуществляется через специально сформированную фистулу, которая создается в ходе хирургической операции на сосудах.

Противопоказания к гемодиализу

1. Заболевания инфекционного происхождения, представляющие более серьезную угрозу для жизни, чем почечная недостаточность.

2. Кровоизлияние в оболочки головного мозга, прединсультное состояние или ранний период после инсульта. При гемодиализе может возникнуть массивный отек головного мозга — осложнение процедуры. У пациентов с почечной недостаточностью без тяжелых сопутствующих заболеваний отек обычно проходит самостоятельно, и мочегонные средства не требуются. Однако у тех, кто перенес инсульт или имеет предрасположенность к кровоизлияниям, отек усугубляет состояние и увеличивает риск летального исхода.

3. Психоэмоциональная неуравновешенность и тяжелые психические расстройства. Патологии, такие как маниакально-депрессивный синдром, эпилепсия, психопатия и шизофрения, являются прямыми противопоказаниями для процедуры. Подключение к аппарату искусственной почки может вызвать серьезное психическое потрясение у таких пациентов.

4. Слабоумие и олигофрения. Низкий уровень интеллекта и неспособность выполнять рекомендации медицинского персонала усложняют процедуру и могут сделать ее невозможной. Проблемы могут возникнуть уже на этапе установки катетера для гемодиализа, так как доступ к кровеносному сосуду критически важен.

5. Злокачественные опухоли. Метастазы — предсказуемое осложнение рака, и стимуляция почек может привести к распространению злокачественных клеток по организму.

6. Артериальная гипертензия. При тяжелой гипертонии уровень артериального давления может достигать критических значений (240/170 мм рт. ст. и выше). Это состояние кратковременное, но опасное, так как может вызвать инсульт или инфаркт во время процедуры.

7. Заболевания крови. Фильтр аппарата может усугубить разрушение клеток крови, если они уже поражены (например, при лейкозе или апластической анемии). Это может привести к ухудшению состояния или кровотечению, особенно при необходимости введения гепарина.

Также гемодиализ не проводят пациентам старше 80 лет. Для страдающих сахарным диабетом этот возрастной порог снижается до 70 лет. Это связано с физиологическими изменениями организма: стенки кровеносных сосудов становятся более хрупкими, что увеличивает риск повреждений и кровотечений. Установка фистулы для гемодиализа может быть невозможна из-за повышенной уязвимости сосудов. Фистула обеспечивает долгосрочный доступ к кровеносному сосуду и исключает необходимость многократного проникновения в артерию.

Кроме того, у пожилых пациентов существует риск сердечно-сосудистых проблем во время диализа, а слабый иммунитет повышает вероятность инфекций в период восстановления.

Осложнения

После гемодиализа на искусственной почке могут возникать скачки артериального давления, тошнота, рвота и нарушения сердечного ритма.

Часто после первых процедур пациенты ощущают оглушение и спутанность сознания. В редких случаях возможны мышечные судороги.

Наиболее серьезные последствия связаны с доступом к сосудистой системе пациента, поэтому за состоянием фистулы и катетеров ведется тщательное наблюдение.

Параллельно с гемодиализом необходимо соблюдать щадящую диету, исключая продукты с высоким содержанием калия и фосфора, такие как сухофрукты и молочные изделия. Для коррекции электролитного обмена назначают соответствующие препараты. Составление рациона и прием поливитаминов должны согласовываться с врачом.

Гемодиализ применяется с конца 50-х годов XX века. Современные диализные аппараты не только поддерживают жизнь, но и помогают сохранить трудоспособность пациента.

Острая почечная недостаточность, обширная интоксикация и отек легких приводят к снижению функциональной активности почек, что затрудняет фильтрацию крови и выведение продуктов метаболизма. Это вызывает накопление токсичных веществ и может привести к гибели клеток головного мозга из-за недостатка кислорода.

При помощи «искусственной почки» из крови удаляются:

• Продукты белкового метаболизма — мочевина и ее соединения.
• Креатинин, конечный продукт химических реакций в мышцах.
• Ядовитые соединения (ртуть, хлор, мышьяк) и биологические токсины.
• Фармакологические средства (барбитураты, опиоиды, нейролептики).
• Метиловый и этиловый спирт.
• Избыточная жидкость.

Частота процедур зависит от стадии заболевания и может составлять несколько раз в неделю. Каждая процедура длится около 5-6 часов, при этом уровень мочевины снижается более чем на 70%.

Структура «искусственной почки» включает:

1. Синтетическую или целлюлозную мембрану.
2. Систему для очищения крови.
3. Систему для приготовления диализата.

Современные целлофановые мембраны позволяют сохранить низкомолекулярные полезные вещества, одновременно удаляя патогенные бактерии и токсины.

Перед гемодиализом необходимо подготовить пациента, так как его сосуды могут быть в плохом состоянии. Для этого:

• Формируется фистула из артерии и вены, обычно на предплечье. Сосудистые стенки утолщаются, что позволяет проводить процедуры без риска повреждения.
• Устанавливается катетер в вену в паховой зоне под местной анестезией, что позволяет сразу использовать устройство.

Пациентам с имплантированным катетером или фистулой противопоказаны физические нагрузки. Перед процедурой медицинский персонал измеряет пульс и артериальное давление, а также взвешивает пациента для оценки отечности и расчета объема жидкости, которую нужно удалить.

Токсичные вещества удаляются из крови при создании избыточного гидростатического давления на жидкость, отделенную от растворителя мембраной. При этом не происходит диффузии растворителя, так как давление выравнивает содержание растворенных веществ по обе стороны мембраны.

«Искусственная почка» оснащена насосом, который подает кровь в диализатор. После нескольких часов кровь очищается, а место введения обрабатывается дезинфицирующими растворами и покрывается стерильной повязкой.

Все вещества, проходящие через полупроницаемую мембрану, образуют диализат. Осмотическое давление создается при встречном потоке очищаемой крови и диализирующего раствора, состав которого подбирается индивидуально.

Принцип работы аппарата:

• При острой и хронической почечной недостаточности повышается концентрация токсичных азотистых соединений. Осмотическое давление способствует их проникновению через мембрану в диализирующий раствор.
• Диализирующий раствор содержит катионы магния, натрия, калия и анионы хлора в концентрациях, соответствующих здоровому человеку. Это позволяет восполнить уровень электролитов в крови.
• При снижении функциональной активности почек повышается кислотность биологических жидкостей. Диализирующий раствор содержит натрия гидрокарбонат, который связывается с клетками крови, нормализуя pH.
• При нарушении фильтрации в почках возникает отечность тканей. Прохождение крови через мембрану позволяет удалить лишнюю жидкость.
• Гемодиализ с антикоагулянтами предотвращает тромбообразование.

Для предотвращения эмболии аппарат «искусственная почка» оснащен устройством, которое уничтожает пузырьки воздуха. После процедуры измеряется уровень мочевины и ее соединений в биологических жидкостях.

Пациенты с заболеваниями почек стремятся вести привычный образ жизни. Производители «искусственной почки» разработали устройства для домашнего использования, позволяющие проводить процедуры в удобное время. Однако такие аппараты стоят дорого, и перед покупкой требуется обучение.

Гемодиализ также проводится:

• В амбулаториях, где процедуры выполняются под контролем медицинского персонала.
• В стационарах или реанимации для тяжелых больных с острой почечной недостаточностью или отравлениями.

С увеличением числа интоксикаций разработчики аппаратов для гемодиализа постоянно совершенствуют их. Эволюция медицинского оборудования включает:

• Обычный гемодиализ с небольшой площадью мембраны.
• Высокоэффективный гемодиализ с увеличенной площадью мембраны и высокой скоростью потока.
• Высокопоточный гемодиализ, который сохраняет полезные вещества в крови.

Аппараты для гемодиализа различаются по конструкции фильтра:

• Диализаторы дисковые обеспечивают постоянный контроль качества фильтрации.
• Диализаторы капиллярные минимизируют риск осложнений благодаря быстрому потоку жидкостей.

Выбор аппарата зависит от состояния пациента и возможностей лечебного учреждения.

Американские ученые разработали портативную «искусственную почку», весом до 3,8 кг, работающую от батареек. Установка занимает несколько минут, и аппарат может функционировать круглосуточно.

Имплантированная «искусственная почка» скоро станет реальностью. Она предназначена для пациентов с хронической почечной недостаточностью, особенно актуальна при нехватке донорских органов.

На данный момент имплантируемая «искусственная почка» проходит тестирование в лабораториях. Устройство выполняет фильтрационную функцию почек с использованием биологических фильтров и энергии, получаемой от потока крови.

Трансплантация почки — это хирургическая операция по пересадке органа от донора. Заместительная почечная терапия применяется для лечения хронической почечной недостаточности. Необходимость в донорской почке возникает на последней стадии различных заболеваний, таких как диабетическая нефропатия и хронический гломерулонефрит.

Метод гемодиализа противопоказан при:

• Тяжелой артериальной гипертензии.
• Острых инфекциях.
• Открытой форме туберкулеза.
• Инфаркте и инсульте.
• Нарушениях свертываемости крови.

Однако в экстренных случаях, угрожающих жизни пациента, гемодиализ может быть проведен с учетом всех рисков.

Из чего состоит гемодиализ, каково его предназначение

Единственное предназначение этого оборудования — фильтрация крови, очищение её от вредных веществ.

Аппарат состоит из трех основных частей, каждая из которых управляет своими сегментами:

1. Система обработки крови включает: насос для перекачки крови; устройство для вливания гепарина и промывания трубок, чтобы предотвратить образование тромбов; эвакуатор для удаления воздуха из трубчато-клапанной системы; таймер, отображающий уровень артериального и венозного давления пациента.

2. Система приготовления диализного раствора (диализата) состоит из: устройства для удаления воздуха; системы, растворяющей воду в концентрате; устройства, контролирующего температуру диализата; индикатора, отслеживающего движение крови в раствор; системы, обеспечивающей качество фильтрации и её постоянный контроль.

Когда необходим гемодиализ – показания

Гемодиализ не решает все проблемы с функцией почек и не назначается при каждой патологии. Существуют строгие показания к этой процедуре.

У пациента, экстренно нуждающегося в подключении к искусственной почке, наблюдаются специфические симптомы, такие как нарастающий отек головного мозга, легких и сердца. Эти признаки невозможно устранить с помощью медикаментов.

Какие заболевания вызывают необходимость применения гемодиализа

Существует несколько патологий, при которых необходимо подключение пациента к аппарату для гемодиализа.

1. Хроническая почечная недостаточность. Цель процедуры — компенсировать функции почек, фильтровать кровь от токсических соединений и конечных продуктов метаболизма. Гемодиализ при хронической недостаточности проводят трижды в неделю. Однако при нарастании интоксикации частоту процедур увеличивают. В тяжелых случаях диализ может потребоваться на протяжении всей жизни или до трансплантации здоровой почки.

2. Почечная недостаточность как осложнение острого гломерулонефрита или пиелонефрита. Цель — вывести излишки жидкости, устранить отеки и удалить токсичные продукты.

3. Интоксикация медикаментами. В этом случае гемодиализ служит профилактикой отказа почек и печени. Обычно достаточно одной процедуры, но при осложнениях возможно проведение диализа три дня подряд, пока все токсические вещества не будут выведены из организма.

Особенности гемодиализа в условиях амбулатории и дома

Амбулаторный гемодиализ очищает кровь пациентов с острой и хронической почечной недостаточностью, даже на критических стадиях. Пациенты обслуживаются по установленной очереди, обычно трижды в неделю, с продолжительностью каждой процедуры до 4 часов. Качество диализа зависит от оборудования шведских марок «Gambro» АК-95 и B/Braun.

Преимущества аппарата «искусственная почка» заключаются в квалификации и опыте медицинского персонала. Соблюдается стерильность, а состояние пациента контролируется через регулярные анализы. Если пациент не может приехать в больницу, его доставляют специальным транспортом.

Однако есть и недостатки. Пациенты и их родственники обеспокоены длительным ожиданием своей очереди, что критично на терминальной стадии почечной недостаточности из-за высокого риска летального исхода. Посещение медицинского центра трижды в неделю усложняет жизнь людям с ограниченной подвижностью и увеличивает риск инфицирования гепатитом B и C, а также ВИЧ.

Домашний гемодиализ осуществляется с помощью портативных устройств, таких как Aksys Ltd.’s PHD System и Nxstage Medical’s Portable System One. Высокая стоимость оборудования (более 20 тыс. долларов) делает его недоступным для многих пациентов. Процедура длится до 4 часов, и обучение использованию аппарата проводит медицинский персонал. Преимущества домашнего гемодиализа включают отсутствие риска заражения и отсутствие необходимости ждать своей очереди.

Сколько стоит гемодиализ

Расценки на гемодиализ различаются в зависимости от клиники и страны. Итоговая сумма зависит от нескольких факторов: уровня респектабельности клиники, тяжести состояния пациента, наличия патологий и сопутствующих заболеваний.

В частных клиниках стоимость гемодиализа включает услуги ухода, оплату палаты и дополнительные расходы. В добросовестных медицинских центрах сумма вносится единовременно при поступлении, на момент заключения договора. Она должна соответствовать действующему прейскуранту и информации, предоставленной врачом на предварительной консультации.

Гемодиализ также может быть выполнен бесплатно при наличии определенных показаний, но только в государственных учреждениях и не за границей.

Прогноз состояния после процедуры

Размышляя о том, стоит ли соглашаться на неприятную манипуляцию, проводить много времени в больнице и часто сдавать анализы, пациент должен понимать преимущества процедуры. Одно из них – продолжительность жизни при гемодиализе и без него. Подключение к аппарату искусственной почки и регулярное прохождение процедуры могут продлить жизнь на 15–25 лет. В то время как отказ от гемодиализа значительно увеличивает риск летального исхода в течение нескольких месяцев.

Питание при гемодиализе

Диета при гемодиализе требует повышенного потребления белка и исключения калия и фосфора из рациона. Эти вещества способствуют выработке мочевины, креатинина и аммиака, что опасно для людей с сильно сниженной функцией почек. После процедуры гемодиализа необходимо ограничить потребление соли и жидкости. Рекомендуемая калорийность рациона составляет не менее 40 ккал на 1 кг веса пациента. Отваров лекарственных трав лучше избегать, так как их влияние на организм после гемодиализа может быть непредсказуемым.

Ученые продолжают искать альтернативы гемодиализу. Одним из таких направлений является имплантируемая искусственная почка, которая будет работать за счет давления, создаваемого сердцем пациента. Этот электронный заменитель органа еще находится на стадии разработки, и только в 2017 году планируется провести контрольное испытание для проверки его эффективности.

Если врач рекомендует гемодиализ, это означает, что по результатам диагностики и динамики лечения он не рассматривает возможность восстановления функции почек. В такой ситуации у пациента есть два варианта: согласиться на гемодиализ или рассмотреть трансплантацию почки. В обоих случаях критически важно не терять время, так как состояние почек может ухудшаться.