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“连续性肾脏替代治疗(..)”!
第三节
CRRT溶质清除机制
一、弥散
1.定义
溶质依靠浓度梯度从半透膜浓度高的一侧向浓度低的一侧转运。溶质弥散转运能量来源于溶质分子的不规则运动(布朗运动)。
弥散对血液中的小分子比如尿素、肌酐及尿酸的清除效果好,而对中、大分子溶质如β
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微球蛋白、炎性因子等清除效果差。这主要是因为小分子溶质在血液浓度较高,半透膜两侧浓度梯度差大;其次是半透膜对小分子溶质阻力较小,对大分子溶质阻力较大。溶质的跨膜弥散过程遵循质量守恒定律和Fick定律。某种溶质的弥散率方程是:
Jx代表某种溶质的弥散量;D代表溶质的弥散系数(单位面积上的溶质流量溶质浓度差值之比,cm
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min);T代表溶液的温度;A代表半透膜的面积;dc代表膜两侧溶质的梯度差;dx代表半透膜的厚度。
2.影响弥散的因素
①膜通透性:是膜的固有特性,取决于膜孔大小、总面积和厚度。②膜表面积:膜的溶质清除率与膜表面成正比。膜表面积越大,清除效率越高。跨膜压会影响膜面积变化,影响溶质的清除率。目前常用的空心纤维透析器膜变形较小,对溶质清除影响不大。③溶质浓度梯度:分子不规则运动,当分子运动至足够大小的膜孔时,该分子便从膜的一侧流向另一侧。溶质清除率与膜两侧的浓度梯度成正比。④溶质分子量:溶质分子量与清除率成反比。分子量越大,运动速度越慢。分子量100的溶质清除率是分子量200溶质的2倍。尿素的分子量为60,清除率为70%;而肌酐分子量为113,清除率为50%。⑤溶液的温度:温度越高,分子不规则运动越快,清除率越高。⑥溶质蛋白结合率:溶质通过半透膜清除率依赖于血浆中该溶质游离部分的浓度。同时蛋白结合部分转换成游离部分的速度越快,清除率越高。⑦血流量、透析液流量:增加血流量和透析液流量,可最大限度地保持溶质的浓度梯度差,降低血液滞留液体层厚度,减少膜阻力。
二、对流和超滤
1.超滤
跨膜压使溶液从压力高的一侧进入压力低的一侧,同时溶液中的溶质伴随溶液进入压力低的一侧。其中溶质清除的过程称为对流,溶液清除的过程称为超滤。哺乳动物肾小球是通过对流清除溶质的极好模型。连续血液滤过中血滤器一定程度模仿肾小球。超滤率是指单位时间内通过超滤作用清除的血浆中的溶剂量,单位ml(kg·h)。目前多以超滤率来表示CRRT的治疗剂量。超滤率方程为:
Jf代表超滤率;Kf代表滤器的超滤系数;TMP代表跨膜压。
影响超滤的因素包括:①静水压梯度:主要来自透析液侧的负压,也可来自血液侧的正压。②渗透压梯度:两种溶液被半透膜隔开,且溶液中溶质的浓度不等时,水分向浓度高的一侧流动,当膜两侧浓度相等时,渗透超滤也停止。因此,这种作用是暂时的。在血液透析时,透析液和血浆基本等渗,超滤不依赖渗透压梯度,而是静水压梯度。在腹膜透析却相反,主要依赖提高腹膜透析液中葡萄糖浓度,从而提高渗透压,达到超滤水分的目的。③跨膜压:是血液侧正压和透析液负压的绝对值之和。血液侧正压一般用静脉回路侧静脉压表示。目前透析机已经废弃设定跨膜压控制超滤装置,而是采用容量回路控制装置增加透析液负压装置控制超滤率。④超滤系数:是每小时在每毫米汞柱的TMP下,液体通过透析膜的毫升数,单位是ml(mmHg·h),也称为通量。代表脱水效率,是衡量透析膜对水的通透性的一个指标。根据透析器的Kuf值把透析器分为低通量、中通量、高通量透析器。高通量透析器定义为Kuf>20~25ml(mmHg·h)的透析器,低通量透析器Kuf
2.对流
溶质伴随溶剂一起通过半透膜的转运,称为对流。不受溶质浓度梯度差的影响,受半透膜的跨膜压影响。对流溶质清除率方程为:
Jx代表对流溶质清除率;Jf代表超滤率;Cb代表血浆中溶质的浓度;S代表半透膜的筛选系数。
影响对流的因素包括:①超滤率:溶质对流转运与超滤率成正比;②溶质浓度:溶质对流转运与溶质浓度成正比;③筛选系数:是溶质通过对流转运时,超滤液中溶质的浓度(CF)与血浆中原浓度(CP)的比值。用公式表示:
S代表筛选系数;CP1代表透析器入口的血液浓度;CP0代表透析器出口的血液浓度。S=1,表示膜完全不限制溶质通过,溶质超滤液的浓度和血浆中浓度相等;S=0,表示溶质完全不能通过;S=0.5,表示超滤液中的浓度是原溶液的一半。
筛选系数与膜孔径、溶质分子大小和构型,以及膜和溶质的电荷有关。分子量较大的溶质的筛选系数降低,通过对流清除的比例相对增多。对流清除可导致弥散清除率降低,尤其是前稀释CVVH模式,置换液使血浆中溶质浓度降低。筛选系数受超滤率影响,超滤率小,筛选系数升高,表示膜的阻力较小;反之,超滤率大,筛选系数降低,表示膜的阻力较大。
在临床应用中,半透膜的筛选系数受到血浆蛋白和其他因素的影响,所以实际半透膜的筛选系数小于理论计算的半透膜的筛选系数。
三、吸附
吸附为溶质吸附至滤器的表面,是溶质清除的第3种方式。但吸附只对溶质起作用,且与溶质浓度关系不大,而与溶质及膜的化学亲和力和膜的吸附面积有关。低通量纤维素膜表面有丰富的羟基团,亲水性好而蛋白吸附性差,对纤维素修饰后,膜的疏水性适度增加,吸附能力也增加。大多数合成材料由高度疏水性物质(如聚砜、聚酰胺)组成,吸附蛋白能力增强。吸附过程主要在透析膜的小孔进行。合成膜吸附能力强,特别是对带电荷的多肽、毒素、细胞因子。目前已有证据表明,PANAN69膜可吸附白蛋白、IgG、白细胞介素-1、β
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微球蛋白、C1q、C3、C5、细胞色素C、甲状旁腺素及纤维蛋白原和溶菌酶。透析膜对补体成分的吸附清除,可以抑制机体的过度炎症反应。近来血液净化技术的发展,将某种能与特定物质结合的成分(如多黏菌素B、葡萄糖球菌A蛋白等)标记到膜上,可大大增加对特定物质如内毒素、IgG及细胞因子的吸附清除。使用活性炭或吸附树脂,亦可增加对蛋白结合毒素的清除。在这些治疗模式中吸附成为主要的清除方式。
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