于 飛，熊錫山，王漢斌

便攜式血液凈化裝置研究進(jìn)展

于 飛，熊錫山，王漢斌

便攜式血液凈化裝置；技術(shù)要求；研究進(jìn)展

血液凈化技術(shù)包括血液透析（HD）、腹膜透析（PD）及衍生出的連續(xù)性腎臟替代治療（CRRT）、血液灌流（HP）或吸附、血漿分離等后續(xù)性衍生技術(shù)。血液凈化的治療疾病范圍也已延伸至多種非腎臟疾病，如危重病患者多臟器功能障礙（MODS）、中毒、自身免疫性疾病、代謝性疾病等。但是，血液凈化并非完全的生理性腎替代治療，而且傳統(tǒng)的血液凈化裝置體型笨重不適合移動(dòng)。便攜式血液凈化裝置的出現(xiàn)使透析擺脫對(duì)醫(yī)院的依賴(lài)，使患者更容易耐受體內(nèi)液體和毒素的波動(dòng)[1]，這樣極大降低了相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率[2]。同時(shí)，輕便耐磨的機(jī)器適用于在特定環(huán)境如地震災(zāi)難、海洋和中毒事故現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展救治。目前，便攜式血液凈化裝置包括便攜式血液透析裝置、腹膜透析裝置、連續(xù)性腎臟替代治療裝置和植入式人工腎。

1 便攜式血液凈化裝置的技術(shù)要求

1.1 開(kāi)發(fā)出適合的血管通路 便攜式血液凈化裝置的患者活動(dòng)能力增強(qiáng)，導(dǎo)管感染和管路凝血是需要解決的首要問(wèn)題。因此，導(dǎo)管的形狀、使用的生物材料以及穿出皮膚處的設(shè)計(jì)均需要進(jìn)一步革新[3]。

1.2 開(kāi)發(fā)以患者為主導(dǎo)的控制系統(tǒng) 目前的血液凈化機(jī)都配有一個(gè)小型化的可視檢測(cè)平臺(tái)，包括血液和透析液的流速監(jiān)測(cè)、漏血與氣泡監(jiān)測(cè)、電池電量監(jiān)測(cè)等，某項(xiàng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出警報(bào)給醫(yī)師。而便攜式血液凈化裝置必須將醫(yī)院主導(dǎo)的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰颊邽橹鲗?dǎo)的控制系統(tǒng)。患者可以家庭護(hù)理，甚至是自己護(hù)理，從而減少對(duì)透析中心的需求，使大型醫(yī)院只需要扮演咨詢(xún)中心的角色，以及在開(kāi)始進(jìn)行治療及并發(fā)癥的管理上提供幫助[4]。

1.3 透析膜應(yīng)當(dāng)更接近人體腎臟的功能 家用便攜式血液凈化裝置透析機(jī)中的血液流速低于100 ml/min，每天至少使用12 h以上。較低的血流速度增加了血液與濾過(guò)膜的接觸時(shí)間，血液凈化過(guò)程中的代謝物質(zhì)將會(huì)沉積并分層，長(zhǎng)此以往濾過(guò)膜的透析效率將大大降低[5-6]。同時(shí)，目前的濾過(guò)膜孔徑大小不一，中分子物質(zhì)的清除能力不高。開(kāi)發(fā)一種能模擬腎臟濾過(guò)、重吸收甚至分泌功能的透析膜是解決問(wèn)題的最好方法。

1.4 機(jī)器必須脫離電源插座 通常來(lái)說(shuō)，醫(yī)用設(shè)備的電源應(yīng)當(dāng)具備可靠性、安全性、性能的可預(yù)測(cè)性、高能量密度和高功率。目前的可充電鋰電池滿(mǎn)足上述要求，但是一旦小型化將大大降低它的使用壽命[7]。解決上述問(wèn)題的方法可能包括使用燃料電池、核能甚至將患者平時(shí)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電池電源[8]。

1.5 透析液必須可再生利用 透析液量必須盡可能小，這就要求透析液可以再生利用的。早在20世紀(jì)70年代，一種叫透析再循環(huán)系統(tǒng)（REDY）的裝置在血液透析實(shí)驗(yàn)中取得了良好的結(jié)果[9]。然而，早期的REDY存在很多問(wèn)題，比如，鋁中毒、酸中毒、透析液中含鋯及成本不具備競(jìng)爭(zhēng)力等?，F(xiàn)在由于REDY不斷改進(jìn)，上述問(wèn)題已經(jīng)得到解決。雖然鈉作為交換離子不斷從REDY的吸附柱中釋放，致使透析液里的鈉離子濃度緩慢增加，但是這種情況可以通過(guò)數(shù)學(xué)模型精確預(yù)測(cè)并及時(shí)干預(yù)[10]。

1.6 透析裝置必須是可攜帶的 可攜帶的透析裝置可以使患者在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)，正常生活。因此，其設(shè)計(jì)必須輕便和人性化，與人體高度相適應(yīng)，還應(yīng)盡可能減少他人的注意。

綜上所述，便攜式血液凈化裝置除了需要考慮其臨床可行性，還涉及多個(gè)方面，包括技術(shù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。便攜式血液凈化裝置首先應(yīng)是小巧輕便的，這樣才能不會(huì)限制患者的活動(dòng)；其次是價(jià)格便宜，這樣有需要的人才可以得到治療；最后是操作方便的，這樣才能在透析患者當(dāng)中得到普及。

2 便攜式血液凈化裝置的研究進(jìn)展

2.1 便攜式血液透析裝置 慢性腎臟病血液透析患者常規(guī)接受每周3次，每次3～4 h的透析治療。然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明增加透析頻率，延長(zhǎng)透析時(shí)間有利于改善患者的生活質(zhì)量，并有可能增加預(yù)期壽命[11]。CRRT機(jī)可以提供每周7天，每天24 h的持續(xù)性血液透析。但是CRRT機(jī)不適合治療慢性腎臟病患者，原因?yàn)椋海?）機(jī)器體積龐大，且通過(guò)插座獲取電力，患者必須臥床無(wú)法正常工作生活；（2）全天的護(hù)理也增加了醫(yī)務(wù)人員的工作量；（3）透析需要大量的透析液；（4）治療費(fèi)用太過(guò)昂貴[12]。Gura設(shè)計(jì)的可穿戴帶式血液透析裝置，是一種小型化的CRRT機(jī)，其總重量?jī)H為5 kg。WAK的技術(shù)特點(diǎn)是：（1）使用一種高通量聚砜透析器，其重量不足100 g；（2）一種含有脲酶、藥用炭、氧化鋯和磷酸鋯的透析液再生裝置；（3）雙向微型泵[13]?；颊呖梢杂杀镜貏?dòng)靜脈瘺或者中心靜脈導(dǎo)管連接透析器，使用普通肝素抗凝。透析期間患者可以走動(dòng)、睡眠和飲食飲水不受控制[14]。

2.2 便攜式腹膜透析裝置 傳統(tǒng)的腹膜透析操作簡(jiǎn)單應(yīng)用范圍廣，不需要特殊的設(shè)備，患者在家即可進(jìn)行，且不需要全身應(yīng)用抗凝藥。但是，腹膜透析專(zhuān)用的導(dǎo)管在換液時(shí)須和透析袋連接，故有腹腔感染的風(fēng)險(xiǎn)。便攜式腹膜透析裝置通過(guò)再生透析液減少透析液的交換來(lái)降低感染的發(fā)生率[15]。Ronco設(shè)計(jì)維琴察便攜式腹膜透析裝置（ViWAK）[16]。它包括：（1）雙腔腹膜透析管；（2）微型旋轉(zhuǎn)泵；（3）透析液再生系統(tǒng)；（4）排氣滅菌裝置；（5）手持遙控器。雙腔腹膜透析管，包括一個(gè)腹膜透析液流出道和一個(gè)腹膜透析液流入道。腹膜透析液流出道與微型泵相連，其后腹膜透析液再生系統(tǒng)，再生系統(tǒng)后連接腹膜透析液流入道，通過(guò)掌上計(jì)算機(jī)可以遙控這些裝置。腹膜透析液再生系統(tǒng)是一個(gè)防水單元，其中有藥用炭、聚苯乙烯纖維樹(shù)脂罐和一個(gè)有脫氣及除菌作用的濾器。透析液再生裝置可以再生水和蛋白質(zhì)：再生水中，碳酸氫鹽代替了乳酸鹽，使得pH更接近生理水平；再生的蛋白成分重輸回腹腔減輕了蛋白的丟失增加超濾。便攜式腹膜透析裝置減少了患者透析的次數(shù)和透析液的用量，患者也僅需在清晨和傍晚進(jìn)行二次透析液的置換，其余時(shí)間可以正常工作生活。

2.3 便攜式連續(xù)性腎臟替代治療（CRRT）裝置

（1）簡(jiǎn)易多樣式血液凈化泵組合。CRRT技術(shù)在救治危重患者伴多臟器衰竭發(fā)揮了重要的作用。但我國(guó)CRRT設(shè)備主要為進(jìn)口，價(jià)格昂貴耗材費(fèi)用高，基層醫(yī)院一般無(wú)力購(gòu)買(mǎi)足夠的設(shè)備。因此一旦發(fā)生群體性中毒事件，傷員將無(wú)法得到全部救治，且傳統(tǒng)的CRRT機(jī)不便于在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展救治。采用組合輸液泵與單機(jī)血泵組合進(jìn)行連續(xù)性血液透析。治療過(guò)程中，置換液流量、透析液流量、加溫器溫度和濾出液流量等根據(jù)臨床需要設(shè)定[17]。在溶質(zhì)清除方面與多功能血液凈化機(jī)效果相接近[18]。但是，簡(jiǎn)易多樣式血液凈化泵組合還存在一些不足，如液體平衡需手工控制和計(jì)量，置換液加溫亦需人工進(jìn)行，治療全程需專(zhuān)人看護(hù)。然而，在實(shí)踐中不斷地摸索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這些問(wèn)題將會(huì)得到完善和解決。（2）便攜式連續(xù)性血液凈化機(jī)（MCBPM）。目前市場(chǎng)上連續(xù)性血液凈化機(jī)其體積龐大笨重，機(jī)器本身對(duì)平穩(wěn)性要求較高，無(wú)法在行駛的救護(hù)車(chē)上、海船上、飛機(jī)上及地震現(xiàn)場(chǎng)等實(shí)施連續(xù)性血液凈化治療，以致傷員得不到及時(shí)救治，出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥，病死率增高。一種能夠在各種復(fù)雜而不穩(wěn)定的特殊環(huán)境（包括震動(dòng)，晃動(dòng)，搖擺等）中使用的連續(xù)性血液凈化設(shè)備，便攜式連續(xù)性血液凈化機(jī)[19]。該機(jī)充分考慮使用環(huán)境和使用條件的需求，整個(gè)機(jī)器只有30 kg，外形尺寸為220mm×50Omm×500mm。該機(jī)完全具備現(xiàn)有連續(xù)性血液凈化機(jī)的功能，其設(shè)計(jì)理念具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：在MCBPM系統(tǒng)中，完全沒(méi)有稱(chēng)重裝置，全部改成容積測(cè)量裝置，既減少了體積又使系統(tǒng)能工作在特殊環(huán)境中；系統(tǒng)觸摸屏由市場(chǎng)上機(jī)器的15 in改為8 in彩色，系統(tǒng)整機(jī)寬度減少將近一半；把通常在外部加熱的裝置轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)內(nèi)，并把加熱器設(shè)計(jì)成雙層4段加熱，使加熱效率提高3倍。

2.4 植入式血液凈化裝置 目前，對(duì)于慢性腎衰竭的患者主要有兩種治療方法，一種是腎器官移植，缺乏足夠的腎源是一個(gè)制約因素；另一種方法就是長(zhǎng)期持續(xù)地進(jìn)行血液的透析濾過(guò)，每周2～3次，雖然明顯改善了腎衰竭患者的預(yù)后，但它僅僅代替了腎臟的濾過(guò)功能，而不能完成內(nèi)分泌、代謝、自身調(diào)節(jié)等多種功能[20]。尋找一種能完全模擬生理性腎功能的治療方法，是未來(lái)血液凈化的發(fā)展趨勢(shì)。腎單位是構(gòu)成腎臟的基本單位，它包括腎小球和腎小管。植入式血液凈化裝置是基于硅納米材料、腎小管細(xì)胞輔助設(shè)備和微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)而成。兩個(gè)串聯(lián)的硅納米膜分別模擬腎小球和腎小管的功能，依次進(jìn)行工作。腎小管細(xì)胞輔助設(shè)備是用腎小管的細(xì)胞填充腎臟輔助裝置，可以模擬人類(lèi)腎小管的分泌功能；微電子技術(shù)縮小了設(shè)備的體積，使得更加容易植入人體。能夠提高30ml/min的腎小球?yàn)V過(guò)率，而每周3次的傳統(tǒng)血液透析所能提供的腎小球?yàn)V過(guò)率只是它的一半[21]。臨床試驗(yàn)證實(shí)，這種設(shè)備具有生存力、持久性、安全性和功能性，且硅納米膜成本較低能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的大批量生產(chǎn)[22]。

隨著新材料技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展成熟，未來(lái)便攜式血液凈化裝置將會(huì)擁有以下特點(diǎn)：（1）輕便耐磨，更加符合人體工程學(xué)要求；（2）價(jià)格合理患者可以負(fù)擔(dān)得起；（3）擁有簡(jiǎn)易的操作系統(tǒng)[23]。未來(lái)，便攜式血液透析不僅可以用于慢性腎病和充血性心力衰竭的個(gè)體治療，還可以用于災(zāi)害救援。災(zāi)害發(fā)生后，便攜式血液凈化裝置可以在極端環(huán)境（缺乏水源、電力和技術(shù)人員）中提供及時(shí)的連續(xù)性治療，為急重癥患者的轉(zhuǎn)移爭(zhēng)取時(shí)間。

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（收稿：2013-08-05 修回：2013-09-15 編校：齊 彤）

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