Окончательный диализ: ученые создают мобильное устройство очистки крови
В России разрабатывают переносной автономный аппарат для диализа, который позволит проводить очищение крови вне больницы. Всё оборудование — электрические компоненты и гидравлическая часть — будет помещаться в рюкзаке. Пациентам с почечной недостаточностью не придется трижды в неделю посещать диализные центры, они смогут не отрываться от повседневных дел и даже путешествовать. На создание «почки в рюкзаке» потребуется от трех до пяти лет.
Жизнь на привязи
Диализ — единственный на сегодня метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Во время процедуры происходит удаление из организма токсических продуктов обмена веществ, нормализация нарушений водного и электролитного балансов. Существует два вида терапии: гемодиализ, при котором происходит очистка крови специальным аппаратом, и перитонеальный диализ, в процессе которого очищение крови производится за счет смены специальных растворов в брюшной полости. В обоих случаях пациентам необходимо постоянное посещение медучреждений — минимум три раза в неделю.
Ученые из Московского института электротехники (МИЭТ) совместно с Первым Московским государственным медицинским университетом им. И.М. Сеченова разрабатывают портативные аппараты для перитонеального диализа в виде рюкзака.
Очищающий раствор
Такой вид диализа осуществляется непосредственно в брюшной полости. Органы в ней ограничены тонкой оболочкой, называемой брюшиной. По сути это природная мембрана, которая используется в качестве фильтра для очищения крови. Специальная жидкость — диализирующий раствор — вливается в полость брюшины через маленькую пластиковую трубочку. Раствор остается внутри тела несколько часов. За это время продукты обмена веществ и избыток жидкости из крови переходят через брюшину в диализирующий раствор. Спустя несколько часов использованная жидкость сливается и замещается свежей. Такой процесс называется перитонеальным обменом и повторяется четыре-пять раз в день проведения процедуры.
Необходимость создания мобильного устройства вызвана тем, что сегодня качество жизни больных с почечной недостаточностью сильно страдает, отметил старший научный сотрудник лаборатории носимых биосовместимых устройств и бионических протезов Сеченовского университета Николай Базаев.
— Пациентам нужно регулярно посещать диализные центры, а сама процедура занимает порядка четырех часов, после чего необходимо менять раствор на новый. Мы разрабатываем устройство, которое продлевает время работы раствора с трех-пяти часов до 24 и более, — утверждает он. — Это позволит пациентам вести привычный образ жизни в течение дня, сократить вероятность перитонита (осложнения, связанного с частой заменой растворов) и стоимость самой процедуры.
Притом что диализ входит в систему ОМС и оплачивается государством, во многих случаях из-за огромных очередей люди вынуждены обращаться в частные центры и платить немалые деньги — несколько тысяч рублей за один сеанс.
Мобильное устройство также даст возможность лечить пациентов дистанционно, что особенно важно в отдаленных регионах, где приходится долго добираться до ближайшего диализного центра.
Больница на спине
Разрабатываемая конструкция представляет собой рюкзак с трубками, которые соединяются с герметично установленным на животе пациента катетером. Через него происходит забор раствора, очищение и его возврат. Очистка осуществляется в рюкзаке специальными фильтрами, абсорбентами в которых служит активированный уголь. Также в рюкзаке расположены насосы, качающие раствор, аккумуляторы и система управления.
— Изначально концепций того, как реализовать идею, было много: мы предполагали, что это может быть пояс или жилет. Однако в итоге остановились на рюкзаке. Внутри него находятся все электрические компоненты и гидравлическая часть — комплект магистральных трубок. Конструкторская особенность заключается в том, что мы совмещаем технологии абсорбции и электролиза — разложение вещества на составные части при прохождении через него электротока, — рассказал Николай Базаев.
Новый прибор позволит пациентам с почечной недостаточностью не ездить через день в больницу для прохождения диализа. При этом процедура будет осуществляться под контролем медиков: все показатели больного передадут на мобильный телефон пациента через Bluetooth и далее лечащему врачу через интернет. Медики смогут контролировать весь процесс диализа. Больному нужно будет лишь раз в месяц посещать медучреждение для проверки исправности прибора и внесения корректив в его работу в случае необходимости.
По последнему слову техники
— Разработка поддержана Центром компетенций по сквозным технологиям Национальной технологической инициативы (НТИ) «Технологии сенсорики», базирующимся в НИУ «МИЭТ». Основная задача коллектива МИЭТ — сделать устройство максимально современным и энергоэффективным, — сообщил «Известиям» руководитель центра Сергей Гаврилов.
— Главное — создать такую электронную начинку, которая будет соответствовать последним тенденциям рынка медтехники. Наши опытные инженеры займутся этой частью работы и будут действовать в кооперации с медиками, — отметил он.
Разработка портативного прибора для диализа крайне перспективна и с коммерческой точки зрения, считает директор бизнес-инкубатора ТюмГУ Александр Ермаков.
— С 1 января 2018 года вступил в силу так называемый закон о телемедицине, нацеленный на создание благоприятной среды для стартапов, совмещающих разработки в области ИТ и медицины, — рассказывает он.— Что позволяет давать оптимистичные прогнозы развития данного проекта. Представленная разработка крайне востребована, ведь в случае удачи тысячи больных смогут получить требуемый уход не в стационарах, а прямо у себя дома.
Как пояснили разработчики, на создание «почки в рюкзаке» может потребоваться от трех до пяти лет. Предварительная стоимость аппарата составит от 100 до 300 тыс. рублей в зависимости от комплектации.
По статистике ВОЗ, каждый десятый житель планеты страдает заболеванием почек, и их число с ростом общей продолжительности жизни населения Земли только растет. В России больных с почечной недостаточностью около 15 млн. В некоторых случаях болезнь прогрессирует вплоть до гибели органов, и тогда пациентам нужна либо трансплантация, либо специальная постоянная терапия — диализ (искусственная почка). В нашей стране к этой процедуре прибегает около 45 тыс. человек в год. Пересадка почек необходима более чем 8 тыс. пациентов ежегодно.
Гемодиализ
Что такое гемодиализ?
Процедура гемодиализа базируется на диффузии через полупроницаемую мембрану токсических веществ, которые накапливаются в крови и других биологических жидкостях человека при наличии у него уремии. Процедура представляет собой внепочечное очищение крови и применяется в случае острой или хронической почечной недостаточности, ее не следует путать с перитонеальным или кишечным диализом. Гемодиализ позволяет нормализовать нарушения водного и электролитного балансов, вывести из организма токсические продукты метаболизма, что обычно входит в функцию почек.
Процесс диализа опосредован механизмами диффузии осмоса и ультрафильтрации. Диализное лечение может быть стационарным или домашним.
Для проведения гемодиализа применяются аппараты «искусственная почка», самые эффективные из которых позволяют сократить время процедуры до 3-4 часов и их можно использовать для проведения диализа в домашних условиях.
Однако для уменьшения анемии, проявлений полинейропатии, остеопатии, перикардита, невыносимого зуда нужно продолжить медикаментозное лечение, которое проводилось до диализа, а иногда и прибегать к гемофильтрации или плазмаферезу.
Время проведения диализа зависит от состояния пациента и колеблется от 12 до 24 часов в неделю. В последнее время наметилась тенденция к сокращению времени проведения диализа до 4 часов один раз в два дня.
Режим и программа гемодиализа определяются строго индивидуально. Регулировать частоту гемодиализа можно посредством выбора мембран, отличающихся площадью поверхности. Это может быть ежедневный двухчасовой диализ, а может быть и двухразовый за неделю. Еще реже проводить гемодиализ становится возможным, если сохранена выделительная функция почек.
Показания к гемодиализу
Качество крови больного требует применения гемодиализа при следующих патологиях:
Лечение программным гемодиализом показано при таких клинических показателях:
Противопоказания к гемодиализу
Абсолютными противопоказаниями к лечению программным гемодиализом являются:
Относительными противопоказаниями являются:
При язвенной болезни и неспецифическом язвенном колите перед началом программного гемодиализа необходимо провести радикальное лечение больного, включая и хирургическое.
Пожилой возраст больных не является противопоказанием к гемодиализу, но в возрасте 65 лет эффективность его значительно снижается и в течение последующих двух лет выживаемость оценивается в 50% пациентов, тогда как в молодом и среднем возрасте продолжительность жизни больных, находящихся на гемодиализе, достигает 5-10 лет и более.
Как устроен гемодиализ?
Классическая процедура гемодиализа требует следующего:
Наличие роликового насоса кровь изымается по трубкам в диализатор. На ее пути происходит замер скорости поступления крови и ее давление, нормальным считается ток в 300-450 мл крови в минуту. В то же время происходит приготовление диализирующего раствора, он поступает в диализатор, пройдя мимо мембраны со скоростью 500 мл в минуту по направлению обратному к току крови.
Состав диализирующего раствора обычно сходен с плазмой крови. Иногда (зависимо от уровня электролитов в крови и для регулирования количества удаляемой крови) состав корректируется в количестве калия или натрия, а количество хлора, кальция и бикарбоната обычно остается без изменений.
Обычно процедуру выполняют амбулаторно, но разработаны (и популярны за рубежом) портативные аппараты, позволяющие производить гемодиализ в домашних условиях. Достоинствами домашнего гемодиализа являются возможность более частого его проведения и отсутствие необходимости постоянного посещения медицинского центра, что делает его совместимым с максимально приближенными к нормальным работой, диетой и образом жизни.
Смежные с гемодиализом процедуры
Гемофильтрация основывается на конвекторной транспортировке жидкой части крови и растворенных в ней веществ через мембрану с высокой гидравлической проницаемостью с частичной или полной обработкой ультрафильтрата стерильным раствором.
Гемодиафильтрация сочетает эффекты гемофильтрации и гемодиализа.
Применение перитонеального диализа основывается на том, что кровеносные сосуды внутри брюшины отделены от ее полости лишь тонким слоем мезотелия, общая площадь которого составляет 1-2 мг. В брюшную полость на 3-4 см ниже пупка вводят пластиковый катетер разной конструкции, проксимальный отдел которого смещают в подкожный туннель (длиной 10 см), направленный вверх, чтобы предотвратить инфицирование брюшины. После этого конец катетера выводят наружу через дополнительное отверстие в коже.
В последние годы широкое распространение получил постоянный амбулаторный перитонеальный диализ: в брюшной полости несколько раз в сутки меняется
по 2 л диализата, который вводят из специального мешка. Состав его подбирают индивидуально для каждого пациента, в зависимости от характера нарушений гомеостаза и уровня азотемии.
Применение перитонеального диализа ограничено из-за вероятности развития осложнений:
Перитонеальный диализ показан в терминальной стадии хронической почечной недостаточности:
Противопоказаниями по перитонеальному диализу являются:
Таких ограничений лишена трансплантация почки, что по своей эффективности значительно превосходит диализ, поскольку открывает возможность для восстановления всех функций здоровых почек и нормализации свойственных уремии нарушений обмена веществ.
Диета при гемодиализе
Питание при гемодиализе играет далеко не второстепенную роль. Составление рациона должно преследовать цель максимально снизить накопление продуктов жизнедеятельности в крови, а потому учитываются следующие нюансы:
Настоятельно рекомендуется лицам, находящимся на гемодиализе, не скрывать от своего лечащего врача случаи нарушений диеты. От таковых никто не застрахован, однако осведомленность об этом врача позволит скорректировать программу гемодиализа максимально благоприятным для пациента образом.
Осложнения гемодиализа
Протез почки – замена гемодиализу
Надежды трансплантологов и больных близки к воплощению в реальность
Об авторе: Валерий Юрьевич Шило – доцент кафедры нефрологии ФПДО Московского государственного медицинского стоматологического университета.
Один из действующих прототипов носимой искусственной почки, уже прошедшей испытания на безопасность на пациентах в Италии, Великобритании и США. Фото с сайта www.washington.edu
Миллионы людей на планете страдают от болезней почек. Подавляющее большинство узнают об этом, только когда почки практически отказывают и срочно необходим жизнеспасающий диализ, то есть искусственное очищение крови.
Программный гемодиализ – это значит три раза в неделю на четыре часа пациента подключают к аппарату «искусственная почка» в специализированной клинике или больнице. Таких пациентов в мире 2,5 млн, в России, согласно регистрам, более 30 тыс. Гемодиализ не может заменить все функции природной почки, и постепенно самочувствие больных ухудшается, появляются проблемы с опорно-двигательным аппаратом, сердечно-сосудистой и нервной системами. С годами больные инвалидизируются, теряют трудоспособность, а нередко и преждевременно умирают.
Наилучшей альтернативой диализу является пересадка донорской почки. Однако этот метод подходит не всем, а тем, кому подходит, приходится годами находиться на диализе в ожидании подходящего органа. Потом необходимо всю жизнь принимать дорогостоящие лекарства, угнетающие иммунную систему, для профилактики отторжения пересаженного органа, что повышает риск возникновения опасных для жизни и здоровья инфекций. Не будем уж говорить о сложной психологической стороне пересадки донорских человеческих органов.
За 55 лет применения диализ чрезвычайно усовершенствовался, стал более безопасным, менее дорогим, гораздо более доступным. Тем не менее пациент все равно привязан к аппарату, три дня в неделю вынужден проводить в клинике. Портативная искусственная почка – мечта больных и врачей, с одной стороны, позволила бы избежать поездок пациентов в клинику, с другой – более физиологично удаляла уремические токсины и излишек жидкости, примерно так, как это делают собственные здоровые почки. Похоже, мечта эта приближается к реальности.
Первое подобное устройство, названное WAK (по первым буквам «носимая искусственная почка»), разработанное под руководством профессора В. Гура из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса, уже дошло до клинических испытаний в Италии, Великобритании и США. Это первая фаза испытаний, в ходе которой оценивается только безопасность устройства в течение 24 часов. Прототип устройства напоминает широкий пояс, на котором закреплены фильтр, насосы и сменные картриджи с сорбентами. Весит все это около 2 кг и благодаря встроенным подзаряжаемым батареям полностью автономно. Подключается к пациенту при помощи центрального венозного катетера, который нередко устанавливают диализным пациентам в качестве постоянного сосудистого доступа.
Группа исследователей из Италии под руководством профессора Клаудио Ронко из Международного института почечных исследований в Винченце и итальянская биотехнологическая компания RAND предложили использовать вместо пояса жилет WAKman. В нем помещаются и фильтрующее устройство с насосом, и пульт управления, и контрольная панель, и даже два скрытых от глаз мочеприемника. Авторы концепции считают, что устройство может пригодиться также и больным с сердечной недостаточностью и массивными отеками, когда лекарства уже помогают плохо.
Сингапурско-американская компания AWAK в партнерстве со швейцарской Debiotech и датским благотворительным фондом NeoKidney поработали над усовершенствованием сорбента, который помимо активированного угля содержит ионообменные смолы на основе оксида и фосфата циркония, а также иммобилизованный фермент уреазу. Пока удался прорыв в области перитониального диализа: за счет регенерации перитониального раствора сорбентом недельный объем потребляемого раствора уменьшился до 4 л, что очень удобно для путешествующих. Новым устройством уже пользуются первые пациенты.
Над сходным устройством, но уже для гемодиализа серьезно работает большой европейский консорциум Nephron+. В их прототипе WAKD при помощи плазмофильтра происходит постоянная мембранная плазмасепарация. В контур с плазмой встроен особый сорбционный фильтр, состоящий из многослойного наноструктурированного и каталитического адсорбента. Очищенная плазма возвращается в кровоток. По этой технологии не требуется диализат: имеется перистальтический насос, подзаряжаемая батарея, предусмотрена возможность регенерации диализата, общий вес устройства не превышает 2 кг.
Медицинская наука и техника развиваются столь стремительно, что все эти устройства, едва успев внедриться в практику, могут устареть: разрабатывается имплантируемая, или вживляемая, почка, которую хирург в ходе операции под общим наркозом будет вшивать так же, как и донорскую. Преимущества очевидны: нет внешней части катетера – меньше риск инфекции, а риска отторжения нет вообще. Доктора Шуво Рой и Вильям Фиссел из Университета Калифорнии в Сан-Франциско утверждают, что устройство размером чуть меньше обычной кофейной чашки максимально воспроизводит функции почки: помимо гемофильтра имплантируемая почка содержит биореактор, в котором живые канальцевые клетки извлекают полезные вещества из фильтрата первичной мочи, реабсорбируя, к примеру, соль, сахар, как и живая почка, а также вырабатывают важные гормоны, участвующие в регуляции артериального давления, кроветворения и минерально-костного обмена.
Для уменьшения размеров пришлось решить много задач, важнейшая – создание принципиально новой силиконовой мембраны со щелевыми порами по технологии МЕМS, которая впервые использована для биомедицинских целей. В результате свехпроницаемая мембрана компактных размеров с кредитную карточку имеет такую же гидравлическую проницаемость, как стандартный диализатор с полимерной синтетической мембраной.
Исследователи из Сан-Франциско уже объявили набор пациентов в первую фазу клинических исследований, которые запланированы на 2017 год, а пока продолжаются доклинические испытания устройства на крупных животных. Среди спонсоров числится и NASA, полагающее, что данные технологии помогут решить проблему регенерации жидкости на борту космического корабля.
Гемодиализ
Заболевания почек сказывается не только на болезненности мочеиспускания. Они могут обратиться полным отказом органа, что непременно приведет к летальному исходу. Гемодиализ позволяет сохранить жизнь пациента, и даже вернуть ему здоровый образ жизни.
Гемодиализ что это такое
Для нормальной работы организма требуется вывод не нужной жидкости, продуктов переработки и результатов фильтрации кровотока. Если почки не справляются со своей функцией, в крови скапливаются токсины. Их содержание в организме крайне опасно. Заменить почки удалось благодаря уникальной разработке в области медицины, когда была создана машина, выполняющая функцию органа.
К аппарату гемодиализа подключают кровеносную систему человека. Чаще всего это происходит через присоединение катетера в вену, который направляет по трубкам кровь в аппарат. В машине, осуществляющей очистку крови, расположена специальная мембрана. Кровь, проходя через нее, очищается от белков. Кроме того, кровоток пропускают через специальный раствор, который вычленяет токсины, мочевину и лишнюю влагу.
Во время самой процедуры никаких болевых или особых ощущений пациент не испытывает. Процесс занимает от 40 минут. В течение этого времени больной может читать книгу, смотреть телевизор. Если поражение почек превышает 70%, продолжительность гемодиализа может быть увеличена до 3-6 часов. В условиях дневного стационара периодичность процедур устанавливают от 1-2 раз в неделю. За это время кровь очищается от всего лишнего так, как если бы это была живая почка. Если больному удается купить такой аппарат для домашнего использования, появляется возможность проходить процедуру чаще.
Различная степень поражения почек может говорить о разной длительности курса лечения. При хронической почечной недостаточности курс может быть пожизненным. В медицинской практике нередки случаи, когда пациенты посещают медучреждения с целью использования аппарата диализа в течение 50-60 лет. Статистика наглядно говорит о том, что аппараты гемодиализа дарят не один десяток лет своим пациентам.
После процедуры может ощущаться некоторая слабость, возникать головокружения. Во время процедуры аппарат не только очищает кровь, но и контролирует давление в системе. Если артериальное давление начинает меняться, об этом сообщит звуковой сигнал. В некоторых ситуациях аппарат может вовсе остановить процесс очистки, пока медицинский работник не поймет в чем проблема, и определит, нужна ли экстренная помощь пациенту.
При каком креатинине назначают гемодиализ
Нефрологи используют показания креатинина, чтобы определить работоспособность мочевыделительной системы, а именно – почек. Креатинин – это метаболит, который образуется в процессе множества химических реакций, в которых участвуют белки. Образование креатинина говорит о том, что метаболизм завершен. Результат, то есть креатинин, нужно выводить из организма, он в дальнейших процессах участвовать не будет, становясь своеобразным химическим мусором в крови.
Когда уровень этого вещества повышается, появляется угроза жизни человека. И врач назначает обследования, чтобы определить степень поражения почек. При показателе креатинина, превышающем 600 мкмоль/л показана процедура поддержания организма через аппарат искусственной почки – диализ.
Симптомы почечной недостаточности
Различные нарушения в системе работы всего организма могут стать причинной развития почечной недостаточности. Среди них эндокринные заболевания, в частности – диабет. Проявляться так называемая диабетическая нефропатия может по-разному. В том числе:
Появляется общая слабость и нетипичная боль в пояснице, обусловленная началом хронического воспалительного процесса.
Почка утрачивает способность фильтровать белок из крови, в результате чего его можно обнаружить в моче с помощью биохимического анализа мочи.
Резкое повышение артериального давления, которое может не снижаться без приема специальных медикаментов в течение суток.
Беременность тоже нередко провоцирует проблемы с почками, поскольку на парный орган ложится двойная нагрузка: он должен фильтровать кровь не только самой женщины, но и будущего ребенка. Объем перерабатываемой крови к концу срока увеличивается почти в полтора раза, что сказывается на здоровье почек.
Симптоматика начинается с тянущей боли в нижней части спины, у поясницы. Будущие мамы могу спутать боль с поясничным отделом и не придать значение боли. Растущий живот дает нагрузку и на спину, из-за чего боли кажутся естественными, и женщина не обращается за помощью к врачу. Тем временем, если потерять время и не пройти соответствующее обследование, предшествующее назначению на гемодиализ, ребенок может не дожить до дня родов, а сама женщина рискует получить инвалидность на всю жизнь.
Дополнительно необходимо обращать внимание на цвет мочи и не оставлять без внимания другие признаки появления проблем с почками:
примесь крови в моче;
отечность в области вокруг глаз, а также отеки конечностей.
необъяснимая рвота, которую нельзя связать с прием какого-то продукта.
Отдельным показанием к процедуре гемодиализа нередко становится направление на химиотерапию при онкологических заболеваниях. Аппарат помогает отфильтровывать продукты распада опухоли и продукты ее интоксикации.
Прогноз
При своевременном начале адекватной терапии удастся минимизировать повреждения почечной ткани, которая со временем, а также при смене внешних факторов, восстановится, и человек сможет жить полноценной жизнью без диализа совсем. Например, беременные женщины после родоразрешения чаще всего возвращаются к жизни без аппарата фильтрации.
Подобные ситуации случаются и с младенцами, которые рождаются раньше срока или недоразвитыми почками. Новорожденного помещают в специальный бокс и подключают к аппарату диализа. В течение 4-8 недель, как правило, почки завершают свое развитие, обретают способность функционирования, и ребенка переводят в палату неонатологии, где его обследую на предмет способности существования без помощи аппаратуры, после чего он может отправляться домой к родителям.
Все представленные на сайте материалы предназначены исключительно для образовательных целей и не предназначены для медицинских консультаций, диагностики или лечения. Администрация сайта, редакторы и авторы статей не несут ответственности за любые последствия и убытки, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.
