嚴嘉偉 何立群* 顧燕萍 趙燕燕 趙麗萍③

透析液電導率對腎纖維化終末期透析患者電解質(zhì)平衡的重要性*

嚴嘉偉①何立群①*顧燕萍①趙燕燕②趙麗萍③

目的：分析透析液中各主要離子對腎纖維化終末期透析患者的影響作用，探討透析機對透析液電導率進行實時監(jiān)測的意義。方法：通過對透析液系統(tǒng)的不同混合比例稀釋進行監(jiān)測，對透析機溫度補償系統(tǒng)進行檢測。分析透析液濃度監(jiān)測部分的工作原理及計算方法。結(jié)果：透析液溫度補償及電導度傳感器均對血透機透析液電導率的精準性起到至關(guān)重要的作用。結(jié)論：通過分析、論述透析液中各離子對腎病透析患者的作用與影響，闡明透析液質(zhì)量的重要性，以及透析機對透析液濃度進行實時監(jiān)測的必要性。

透析液；離子濃度；電導度；溫度補償；實時監(jiān)測

[First-author’s address] Department of Nephrology Hemodialysis Room, Shanghai Shuguang Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200021, China.

血液透析是腎臟替代治療的主要手段，是慢性腎衰竭患者賴以生存的主要治療方法，通過彌散、超濾及對流方式清除血液中的有害成分和過多水分，糾正患者體內(nèi)酸堿失衡和電解質(zhì)紊亂，代替腎臟的排泄功能[1]。

目前，在臨床應(yīng)用較為普遍的透析濃縮液混合比例有：①A濃縮液：B濃縮液，反滲水為1∶1.225∶32.775；②A濃縮液：B濃縮液，反滲水為1∶1.83∶34。血透中心根據(jù)所選用的透析濃縮液配方選擇相對應(yīng)的混合比例，血液透析機根據(jù)混合比例進行吸取和混合配比，但并不改變透析液中的各離子濃度。透析治療過程中，各離子濃度需控制在一個安全范圍內(nèi)，離子濃度的或高或低，都會對患者有不同的影響。以鈉離子為例：當鈉離子濃度高時，患者容易口渴；鈉離子濃度低時，易出現(xiàn)低血壓。因此，透析液中各離子濃度是否達到要求，是血液透析機的重要監(jiān)測目標。由于血液透析機不是生化檢測儀，無法分析檢測各離子濃度，即使可以檢測，由于離子濃度監(jiān)測是實時進行的，而生化檢測時間相對較長，因此時效性較差。本研究就透析液中各主要離子對透析患者的影響作用以及透析液濃度監(jiān)測部分的工作原理、計算方法進行分析，旨在討論透析機對透析液電導度進行實時監(jiān)測的意義。

1 透析液中主要離子對患者的影響

目前所用透析液多為碳酸鹽透析液，當制備碳酸鹽透析液pH值接近8.0，而溶液中的鈣和鎂會發(fā)生沉淀，降低其溶解濃度[14]。為了解決這一問題，碳酸鹽透析液采用了兩種濃縮液，酸性濃縮液(A液)和堿性濃縮液(B液)。A液中有鈉、鉀、鈣、鎂及氯離子和葡萄糖(可選)，并有少量醋酸根離子(有些使用檸檬酸根離子替代)，目的是調(diào)節(jié)混合透析液的pH值，使其達到7.1～7.3。B液中含有鈉離子、氯離子和碳酸氫根離子。

電導度是透析液中離子濃度的總和，當電導度與預(yù)設(shè)值偏離3%～5%時，透析機會觸發(fā)旁路并報警。

(1)鈉離子。透析患者體內(nèi)累積的大部分鈉離子可通過對流與水分一同被清除，但由于患者自身情況不同，透析中血漿氯化鈉每變化1 mmol/L可引起1.8 mOsm/L血漿滲透壓變化[2]。體內(nèi)水分的轉(zhuǎn)移、細胞內(nèi)液和外液容積的變化以及組織間液進入血管的速度也有所不同，由此引起患者出現(xiàn)低血壓、嘔吐及出汗等臨床癥狀。

理想的透析液濃度可使患者獲得穩(wěn)定鈉平衡。通過彌散作用鈉離子進、出血液及通過對流鈉從血中排出后的血漿鈉濃度與隨后第二次透析結(jié)束后血漿鈉濃度相等；在透析期間積累的水分被全部清除，使患者達到干體重[3]。

(2)鉀離子。高鉀血癥是維持性血液透析患者最常見的一種電解質(zhì)絮亂，可導致惡性心律失常，心率緩慢，甚至心搏停止，因此血液透析治療對其安全有效[4]。在腎功能正常情況下每日吸收90%的鉀(3～4 g，75～100 mmol)通過尿液排出，其余通過胃腸道排出[5]。大部分終末期腎衰患者只能通過透析清除多余的鉀離子，以降低血清鉀離子的濃度?？焖偾宄邂涬x子導致血管收縮，引起含氮豐富的組織血流量減少，從而導致尿素氮的清除效果下降[6]。研究表明，透析液鉀離子濃度對透析計量無顯著性影響，在無糖、質(zhì)量濃度為35 mmol/L標準碳酸氫根透析液配制下，血清鉀離子的清除對尿素氮的清除無顯著性影響。在這種配置下，當需要提高鉀離子清除的時候，低鉀透析液透析并不降低透析效率[7]。

(3)鈣離子。鈣離子在血壓的調(diào)節(jié)中發(fā)揮一定的作用[8]。湯學宇等[9]研究的不同鈣離子濃度透析液對血液透析患者血壓及鈣平衡的影響表明，血清鈣離子可通過改變血管張力和調(diào)節(jié)心臟收縮而影響血壓，改變血清鈣離子的水平可能影響到維持性血液透析(MHD)患者的血壓。同時孫魯英等[10]研究的不同鈣離子濃度透析液對血液透析患者鈣平衡及甲狀旁腺素的影響以及Angel等[1]的研究表明，單次使用鈣離子為1.25 mmol/L的透析液(低鈣)能夠降低鈣負荷，提高甲狀旁腺素的水平。

(4)鎂離子。鎂是體內(nèi)重要的二價陽離子，參與多種酶的活動進程，調(diào)節(jié)電解質(zhì)及骨骼的新陳代謝。鎂的代謝主要是通過腎臟的排泄，以及通過一部分激素影響胃腸道的吸收和骨的代謝，如甲狀旁腺素、降鈣素、活性維生素及兒茶酚胺等[12]。對于透析患者，透析液中鎂濃度是鎂代謝平衡的決定因素。甲狀旁腺素是中分子尿毒癥毒素，是尿毒癥患者癥狀及機體各器官受損的原因之一，可以引起骨性營養(yǎng)不良、軟組織鈣化等。增加透析液中鎂的濃度，能夠升高血清鎂濃度。血鎂水平與PTH呈負相關(guān)，可能與抑制甲狀旁腺素的分泌有關(guān)[13]。

(5)氯離子。氯的代謝與鈉代謝有密切聯(lián)系，嚴重的氯缺乏可發(fā)生低氯堿中毒伴隨體液丟失引起胃腸的酸性分泌，氯缺乏的其他并發(fā)癥有肌肉痙攣、冷漠和厭食。尿毒癥通常伴隨酸中毒，表現(xiàn)為血漿碳酸濃度下降。在正常鈉濃度情況下，增加氯濃度來彌補陰離子不足的平衡，這種形式的酸中毒，稱之為高氯酸中毒。透析液中的氯離子與鈉、鉀、鈣和鎂以氯鹽的形式存在，因此，最佳的透析液氯濃度是由電中性所決定的[3]。

2 電阻率和電導率的基本概念

2.1 電阻率

透析機檢測離子濃度是否符合要求，與透析機上的電導率相關(guān)系。以導體電阻說起，某一根金屬導線，可以用電阻來描述其物理特性，即對電流阻礙作用的大小。而電阻的大小，會受使用條件和本身形狀的影響，如溫度和形變。同樣一根金屬導線，溫度較高時，電子較活躍，導電能力強，電阻較??；溫度低時則情況相反。雙股使用時，電阻較?。焕а诱箷r電阻較大。電阻的測量通常采用歐姆法，即：用導體兩端的電壓除以流過導體的電流，結(jié)果即為導體阻值。在統(tǒng)一使用條件(截面積，長度，溫度)的前提下，測量由某種材料構(gòu)成的導體的電阻，這就是該材料的電阻率，用來描述此種材料的導電特性。在常溫下(20 ℃)，某種材料制成的長為1 m、橫截面積為1 mm2的導線的電阻叫其材料的電阻率，單位μΩ?mm(國際單位Ω?m)。R=ρL/s(R為電阻，ρ為電阻率，L為長度，s為截面積)。溫度補償根據(jù)材料特性的不同而不同。

2.2 電導率

對于溶液，通常不用電阻來描述其特性，而是用電導，即物體的導電能力，為電阻的倒數(shù)，用歐姆法測量。電導率的定義：在標準溫度(25 ℃)，電極間存在均勻電場的情況下，兩個面積為1 cm2的方形極板之間相隔1 cm組成電極時，測得電導值即為被測溶液的電導率，單位μs/cm(國際單位S/m)，血液透析中常用毫西門子/厘米(mS/cm)之間的單位換算，1 μs/ cm=0.001 ms/cm。因此，溶液的電導率是溶液的特殊屬性，不同濃度、不同成分的溶液其電導率不同。

3 電導率的計算方法

參考電阻的計算方法，可以得到電導G=S?A/ L，其中G表示電導，S表示電導率，L表示極板間距，A表示極板面積。對于溶液來講，很少用其電導率去計算電導，因為無實際意義(電導隨溶液形狀的改變而改變，而液體極易變形)，反而是用電導來計算電導率，間接的反映溶液濃度或離子濃度的情況。為此常用S=G?L/A來計算電導率。為了使用方便，常常把測量極板做成一個測量模塊，這樣極板面積和間距就固定了，由此引入了電極常數(shù)K來代表測量模塊的特性。K=L/A，故S=G?K。當電導測量模塊做好以后其面積和距離固定，電極常數(shù)K則固定。

透析機中，電極常數(shù)K是出廠測量后輸入的，電導G是通過歐姆法實時測量然后經(jīng)過CPU計算得到電導率。由于都是電信號的傳輸，所以速度非常快，完全可以滿足透析機對濃度實時監(jiān)測的要求。

4 電導率的溫度補償

導體的電阻受溫度影響，同樣，溶液電導也受溫度影響。為了計算得到準確的電導率S，需要在測量電導G后，對電導G進行溫度補償，換算成標準溫度下的電導，進而求出準確的電導率。需要注意的是，電導率是溶液的特性，不受外界因素影響，成分確定、濃度確定電導率就確定，需要補償?shù)氖请妼?。電導補償為公式1：

式中Gt為某一溫度(℃)下的電導；Gtcal為標準溫度(℃)下的電導；Tcal為標準溫度(25 ℃)；α為標準溫度(℃)下溶液的溫度系數(shù)(即溫度補償系數(shù))。

血透機的溫度系統(tǒng)如果發(fā)生偏差，會直接影響透析液電導度的精準。本研究對血透機在不同的溫度下對透析液的電導度進行檢測(見表1)。

表1 不同溫度下透析液的電導度檢測數(shù)據(jù)

不同透析機廠家的溫度補償系數(shù)之所以不同，就是因為不同廠家的透析液配方不同，溶液特性不同。即使用A家的透析機，如果用的是B家的透析液，則需修正機器的溫度補償系數(shù)(如圖1所示)。

圖1 濃度信號傳輸流程圖

5 透析液實時監(jiān)測方法

透析濃縮A、B液通過分別按一定比例吸入透析機內(nèi)，與透析用水進行混合，配比成標準透析液供患者治療。目前各廠家較常用的透析液配比方式可分為反饋補償和固定比例兩大類。反饋補償配比系統(tǒng)是根據(jù)電導度傳感器監(jiān)測到的實時濃度進行吸取濃縮液，電導度傳感器是反饋信號的根本，因此必須保持傳感器精準(如圖2所示)。

圖2 反饋補償配比系統(tǒng)

固定比例配比系統(tǒng)中濃縮液吸入量是根據(jù)濃縮液配方進行調(diào)整，正常的治療狀態(tài)時，濃縮液泵只需按照設(shè)定的數(shù)值吸入相應(yīng)的濃縮液量。這種配液方式對透析濃縮液的濃度準確性、依賴性很強，濃縮液濃度誤差會被復制到配制出來的透析液上(如圖3所示)。

圖3 固定比例配比系統(tǒng)

由于配比系統(tǒng)的不同，透析機對透析液電導度監(jiān)測方法也有所區(qū)別。反饋補償配比系統(tǒng)一般是先吸透析濃縮B液，與透析用水混合后，經(jīng)B液電導度傳感器和溫度傳感器監(jiān)測，進行實時監(jiān)測、調(diào)整，再吸入A液進行混合，經(jīng)總電導度傳感器和溫度傳感器，對混合后的透析液進行實時監(jiān)測、調(diào)整，最終配比成符合臨床要求的標準透析液。每個電導度傳感器和溫度傳感器都與主板、監(jiān)測板、控制板或保護CPU獨立相連，有些機型還分控制傳感器和監(jiān)測傳感器，進行雙重保護。在治療過程中，任何一個傳感器都進行實時監(jiān)測，并將信號傳輸?shù)街靼?，?jīng)系統(tǒng)分析計算后，顯示在屏幕上。一旦監(jiān)測數(shù)值發(fā)生異常，將立即觸發(fā)旁路閥，透析機將切換至旁路狀態(tài)，待重新配比完成后，恢復透析治療狀態(tài)。

固定比例配比系統(tǒng)由于其配比原理的不同，在混合部分并無電導度傳感器和溫度傳感器進行監(jiān)測。一般采用同時吸取透析濃縮A、B液與透析用水混合，經(jīng)平衡腔后由電導度傳感器和溫度傳感器對透析液濃度及溫度進行實時監(jiān)測、顯示和補償。同樣，這些傳感器均與主板相連，并進行實時傳輸，發(fā)現(xiàn)異常立即觸發(fā)旁路閥，使透析機進入旁路狀態(tài)，待重新配比完成后恢復透析治療狀態(tài)。

透析機在顯示透析液電導率和鈉離子濃度時，從濃度電極接口處得到一個電阻的阻值(歐姆法)，即電導值的倒數(shù)。這個信號經(jīng)過：①溫度補償計算Gtcal=Gt/[1+α(T-Tcal)]，得到標準溫度下的電導；②乘以電極常數(shù)S=Gtcal?K，得到電導率；③最終換算成鈉離子濃度。

在建立對應(yīng)關(guān)系的過程中，主要受到3個因素的影響：①溫度補償傳感器的溫度；②電極常數(shù)—也就是為什么電極常數(shù)不正確可能會導致濃度偏差；③電導度和鈉離子濃度的換算關(guān)系。

6 結(jié)論

本研究通過分析、論述透析液中各離子對透析患者的作用與影響，闡明了透析液質(zhì)量的重要性，以及透析機對透析液濃度進行實時監(jiān)測的必要性。通過對監(jiān)測原理、計算方法及影響因素的探討，全面了解透析機監(jiān)測部分的工作原理。在日常工作中，要注意透析液的電導率的精準性對于血透治療意義重大。建議在平時的日常維護中，在檢測透析液電導度的同時也要對血透機的溫度進行定標。同時要注意，因為溫度定標的過程較長，要排除季節(jié)溫度的影響作用。

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R
esearch on the principle and the method of dialysis machines for real-time monitoring of the dialysate conductivity

/YAN Jia-wei, HE Li-qun, GU Yan-ping, et al// China Medical Equipment,2014,11(10):28-32.

Objective: By analyzing the influence of each main ions of the dialysate to the dialysis patients, to explore the significance of dialysis machines for real-time monitoring of dialysate conductivity. Methods: By monitoring the different mixing ratio of dilution for the dialysate system, to explore the working principle and calculation method of the concentration of the dialysate monitor section. Results: Dialysate temperature compensation and conductivity sensors play a crucial role for the accuracy of the dialysate conductivity. Conclusion: By analysising and discussing the role and impact of each ions in dialysate for the patients, clarify the importance of dialysate quality, and the necessity for real-time monitoring of dialysate concentrations of dialysis machines.

Dialysate; Ion concentration; Conductivity; Concentration monitoring; Real-time monitoring

1672-8270(2014)10-0028-05

R459.5

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.10.010

2014-03-18

國家自然科學基金(8117321)“從CHIP對腎纖維化影響研究腎絡(luò)病淤血阻絡(luò)的實驗基礎(chǔ)及抗纖靈的干預(yù)機制”

①上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院血液透析室 上海 200021

②上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院醫(yī)學裝備處 上海 200021

③上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院血液透析室 上海 200233

*通訊作者：heliqun59@163.com

嚴嘉偉，男，(1990- )，大專，工程師。上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院血液透析室，從事血液凈化臨床工程技術(shù)工作。