Искусственное очищение крови — это совокупность лечебных мероприятий по выведению из организмов токсинов и продуктов жизнедеятельности человека путем экстракорпорального воздействия на него управляющей средой.
В отсутствии донорской почки искусственной очищение крови является единственным способ поддержания жизнедеятельности пациента с хронической почечной недостаточностью. Существует несколько видов искусственного очищения крови, при этом чаще всего используются гемодиализ и гемодиафильтраци [1].
Гемодиализ — метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Во время гемодиализа происходит удаление из организма токсических продуктов обмена веществ, нормализация нарушений водного и электролитного балансов.
Одной из альтернативных методик искусственного очищения крови является гемодиализ с регенерацией диализата. Успешный опыт клинического использования гемодиализной аппаратуры с регенерацией диализирующего раствора открывает потенциальную возможность изготовления носимой аппаратуры для искусственного очищения организма человека [2].
Регенерация диализата позволяет кардинально повысить физиологичность и автономность аппарата для гемодиализа, существенно уменьшить (со 120–150 л до 3–5 л) объем диализата, взаимодействующий с организмом пациента.
При этом регенерирующее устройство должно обеспечивать удаление из отработанного диализата в процессе гемодиализа длительностью 4–5 ч: 40–50 г мочевины, 4–5 г мочевой кислоты, 4–5 г креатинина, 0,8–1,0 г неорганического фосфора и до 5 г калия при условии сохранения первоначального ионного состава диализата и рН раствора [3].
Существующие методы регенерации диализата условно можно разделить на следующие группы:
- сорбционные;
- электрохимические;
- термические;
- комбинированные.
В данной работе используется сорбционный метод регенерации.
Сорбционные методы регенерации предусматривают удаление уремических метаболитов из диализата с помощью сорбентов (Рис. 1).
Рис. 1. Схема очистки диализата сорбционным методом
В качестве сорбентов можно использовать активированный уголь, уголь кокосовой скорлупы, ионнообменные смолы.
Для реализации сорбционного метода регенерации диализата применяются сорбционные колонки, состоящие преимущественно из различных форм углерода. Чаще всего применяются колонки с активированным углем, поскольку активированный уголь обладает высокой сорбционной ёмкостью по креатинину и мочевой кислоте.
Активированный (или активный) уголь — это адсорбент — вещество с высокоразвитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса, грецкого ореха, косточки абрикоса, маслины и других плодовых культур. Наилучшим по качеству очистки и сроку службы считается активированный уголь (карболен), изготовленный из скорлупы кокоса, а благодаря высокой прочности его можно многократно регенерировать.
Ионообменные смолы — синтетические органические иониты, представляющие собой нерастворимые в воде и органических растворителях высокомолекулярные полиэлектролиты, способные обменивать подвижные ионы при контакте с растворами электролитов (например, Na+, K+).
В зависимости от типа ионогенной группы ионообменные смолы разделяют на катионообменные и анионообменные. Катионообменные смолы, или полимерные катиониты, содержат кислотные группы: сульфогруппы, фосфиновокислые, карбоксильные, мышьяковокислые, селеновокислые и др. Анионообменные смолы, или полимерные аниониты (высокомолекулярные нерастворимые полиоснования), включают группы основного характера, четвертичные аммониевые, третичные сульфониевые, четвертичные фосфониевые основания, третичные, вторичные и первичные амины. Известны также амфотерные ионообменные смолы (амфолиты), содержащие одновременно кислотные и основные группы. К специфичным ионообменным смолам относят комплексообразующие ионообменные смолы, обладающие ярко выраженными селективными свойствами, и окислительно-восстановительные ионообменные смолы.
Эффективность сорбционного метода определяется свойствами сорбентов и их массой. Применение различных композиций сорбентов позволяет селективно удалять из диализата заданные количества основных органических продуктов гемодиализа, а также избыток калия и фосфатов. Несмотря на простоту конструктивного выполнения, сорбционный метод не нашел широкого клинического применения в связи с особенностями ионного обмена при регенерации диализата [4,5].
Для увеличения сорбционной емкости активированного угля по отношению к мочевине исследователями были предложены различные способы, например, промотирование активированного угля платиной, обработка различными окислителями (озоном гипохлоритом калия, перекисью водорода и т. д.).
Испытания проводятся на стенде, который состоит из:
- — емкости для жидкости, объемом 4 л из нержавеющей стали, со встроенным нагревательным тэном;
- лабораторного перильстатического насоса;
- силиконовых трубок 8,0*1,5;
- сорбционной колонки;
- штатива с зажимом;
- блока стабилизации температуры;
- емкости для смешивания раствора.
Сорбенты, подходящие для использования в носимом аппарате «искусственная почка»:
- активированный уголь 607C;
- уголь кокосовой скорлупы WTD 816;
Активированные (активные) угли — это углеродные сорбенты, производимые промышленным способом. Активный уголь имеет пористую структуру и большую внутреннюю поверхность. Благодаря этим свойствам активированный уголь находит применение в качестве сорбента. Активированный уголь в состоянии задерживать на внутренней поверхности пор молекулы загрязнителей при очистке воды, очистке воздуха, жидкостей и газов.
Объем пор активированных углей по определению превышает 0,2 мл/г; внутренняя поверхность более 400 кв.м/г. Поры могут иметь размер от 0.3 нанометров до нескольких тысяч нанометров.
Активированный уголь может быть изготовлен из любого углеродосодержащего материала. В основном активный уголь производят из кокосовой скорлупы — кокосовый активированный уголь, каменного угля — минеральный активированный уголь или древесины — древесный активированный уголь.
Накопление веществ в порах сорбента называют адсорбцией. Адсорбция происходит при прохождении газа или жидкости через активированный уголь. Десорбция — выделение из сорбента веществ, накопленных в процессе адсорбции.
Активированным углем могут адсорбироваться органические и неполярные вещества, такие как растворители, хлорируемые углеводороды, красители, нефть и нефтепродукты. Лучше адсорбируются высокомолекулярные вещества и вещества с неполярной структурой.
Возможность сорбции активированным углем увеличиваются с уменьшением растворимости вещества в воде, для веществ с неполярной структурой и с увеличением молекулярной массы.
Активированный кокосовый уголь производится из особого сорта кокосовой скорлупы, такой уголь характеризуется большой адсорбционной емкостью и повышенной устойчивостью к истиранию.
Методика подготовки сорбентов.
Перед испытанием сорбенты очищаются от примесей. Сорбент заливается водой на несколько часов и после этого фильтруется.
Измерения концентрации метаболитов проводятся с помощью биохимического анализатора StatFax 3300, который предназначен для исследований уровня биохимических субстратов, ферментов, лекарств и иммунологических тестов в сыворотке, плазме или моче человека. Вынимаемая проточная кювета устанавливается в измерительной ячейке для обеспечения ускоренного отбора проб с минимальным остатком.
Поглощение креатинина, мочевой кислоты и мочевины активированным углем.
На 4 л дистиллированной воды отмеряем и смешиваем 40 мг креатинина, 95 мг мочевой кислоты, 8 г мочевины. В 0,5 л дистиллированной воды растворяем смесь метаболитов с помощью магнитной мешалки. В качестве сорбционного материала используется активированный уголь. Проводим взятие проб через 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165 минут от начала эксперимента. Проводим измерение концентрации метаболитов на StatFax 3300.
Концентрация мочевины: С = 33 ммоль/л. Сорбент мочевину не убирает из раствора.
Поглощение креатинина, мочевой кислоты и мочевины кокосовым активированным углем.
Отмеряем и смешиваем 450 мг креатинина, 100 мг мочевой кислоты, 12 г мочевины. В 0,5 л дистиллированной воды растворяем смесь метаболитов с помощью магнитной мешалки. В качестве сорбционного материала используется кокосовый активированный уголь. Проводим взятие проб через 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165, 180 минут от начала эксперимента. Проводим измерение концентрации метаболитов на StatFax 3300.
Мочевина стала вымываться раствором. Ее концентрация упала с 50 до 40 ммоль/л.
Выводы:
Сорбционные колонки хорошо поглощают такие токсины, как креатинин, билирубин и т. д., но плохо поглощают мочевину. Уголь кокосовой скорлупы удаляет метаболиты из раствора наиболее эффективно по сравнению с другими испытуемыми сорбентами.
Литература:
1. Базаев Н. А., Гринвальд В. М., Селищев С. В. Математическая модель биотехнической системы гемодиализа // Медицинская техника. — 2010. — № 3. — С. 1–7.
2. Эвентов В. Л., Андрианова М. Ю., Кукаева Е. А. Регенерационные гемодиализные системы // Медицинская техника. — 2001. — № 2. — С. 44–49.
3. Эвентов В. Л. Методы и средства регенерации диализирующего раствора в аппаратах «искусственная почка». — М., 1998.
4. Gordon A., Better O. S., Greenbaum M. A. Clinical maintenance hemodialysis with a sorbent-based low-volume dialysate regeneration system. Trans. ASAIO. — 1971. — v.17. — P. 253–258.
5. Gordon A., Lewin A. J., Marantz L. B. Sorbent regeneration of dialysate // Kidney International. — 1976. — v.10. — P. 277–283.
