临床上透析的原理是什么

临床上透析的原理是什么

一 血液透析的原理
血液透析(Hemodialysis,HD)通过其生物物理机制,完成对溶质及水的清除和转运,其基本原理是通过弥散(Diffusion)、对流(Convection)及吸附(Absorption)清除血液中各种内源性和外源性"毒素"；通过超滤(Ultrafiltration)和渗透(Osmosis)清除体内潴留的水分,同时纠正电解质和酸碱失衡,使机体内环境接近正常从而达到治疗的目的.
1. 溶质转运
a. 弥散转运
溶质依靠浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧转运,称此现象为弥散.溶质的弥散转运能源来自溶质的分子或微粒自身的不规则运动(布朗运动).在两种溶液之间放置半透膜,溶质通过半透膜从高浓度溶液向低浓度溶液中运动,称为透析.这种运动的动力是浓度梯度.HD的溶质交换主要是通过弥散转运来完成的.血液中的代谢废物向透析液侧移动,从而减轻尿毒症症状；透析液中钙离子和碱基移入血液中,以补充血液的不足.为叙述方便,一般提到的是净物质转运,实际上通过膜的溶质交换是双向性的.
b. 对流转运
溶质伴随含有该溶质的溶剂一起通过半透膜的移动,称对流.溶质和溶剂一起移动是磨擦力作用的结果.不受溶质分子量和其浓度梯度差的影响.跨膜的动力是膜两侧的水压差,即所谓溶质牵引作用(Solvent Drag).HD和血液过滤(Hemofiltration,HF)时,水分从血液侧向透析侧或滤液侧移动(超滤)时,同时携带水分中的溶质通过透析膜.超滤液中的溶质转运,就是通过对流的原理进行的.反映溶质在超滤时可被滤过膜清除的指标是筛选系数,它是超滤液中某溶质的浓度除以其血中浓度.因此,利用对流清除溶质的效果主要由超滤率和膜对此溶质筛选系数决定.
c. 吸附
吸附是通过正负电荷的相互作用或范德华(Van der Wassls)力和透析膜表面的亲水性基团选择性吸附某些蛋白质、毒物及药物(如b2-M、补体、炎症介质、内毒素等).膜吸附蛋白质后可使溶质的扩散清除率降低.在血液透析过程中,血液中某些异常升高的蛋白质、毒物和药物等选择性地吸附于透析膜表面,使这些致病物质被清除,从而达到治疗目的.
2. 水的转运
液体在水力学压力梯度或渗透压梯度作用下通过半透膜的运动,称超滤.临床透析时,超滤是指水分从血液侧向透析液侧移动；反之,如果水分从透析液侧向血液侧移动,则称反超滤.
3. 酸碱平衡紊乱的纠正
透析患者每天因食物代谢产生50~100mEq的非挥发性酸,由于患者的肾功能障碍,这些酸性物质不能排出体外,只能由体内的碱基中和.体内中和酸性产物的主要物质是碳酸氢盐,因此尿毒症患者血浆中的H2CO3浓度常降低,平均为20~ 22mEq/L左右.透析时常利用透析液中较血液浓度高的碱基弥散入血来中和体内的酸性产物.
二 影响透析效率的因素
1. 透析器类型
目前各种类型透析器对中、小分子物质的清除以及对水分超滤的效率较大程度上取决于透析膜性能.如聚砜膜、聚甲基丙烯酸甲脂膜和聚丙烯膜等对中分子物资和水分清除效果优于铜仿膜透析器.此外,透析效率尚与透析器有效透析面积成正比.一般应选用透析面积为1.2~1.5m2的透析器为宜.
2. 透析时间
透析时间与透析效率呈正比.使用中空纤维透析器,一般每周透析时间为12~15h.
3. 血液和透析液的流量
每分钟流入透析器内的血液和透析液流量与透析效果密切相关.HD过程中,体内某些代谢产物如肌酐或尿素氮的清除率,一般可由简化的清除率公式计算：
清除率＝
Ci＝某溶质流入透析器浓度；
Co＝某容质流出透析器的浓度；
QB＝入透析器的血流量(ml/min ).
从公式中可以看出：(1)血流量越大,清除率越高；(2)在透析过程中,血液内某一溶质的清除与该物质在血液侧与透析液侧的浓度的梯度差呈正比,为保持最大的浓度梯度差,可以增加透析液流量.此外,清除效果尚与透析液通过透析器时接触透析膜的量、面积、时间有关.血流与透析液在透析器内反向流动,可增加接触时间.故透析液流量亦直接影响溶质的清除.常规HD要求血流量为200~ 300ml/min,透析液流量为500ml/min.若能提高血流量至300ml/min,或必要时提高透析液流量至600~ 800ml/min,则更可提高透析效率.
4. 跨膜压力
HD过程中体内水分的清除,主要靠超滤作用.超滤率与跨膜压(TMP)密切相关.TMP越大,超滤作用越强.在常规HD时为扩大TMP,一般在透析液侧加上负压,通常为20~ 26.6kPa(150~200mmHg),使水分从血液侧迅速向透析液侧流动.因此,在透析过程中,及时调节TMP甚为重要.血压正常患者,在血流量为200ml/min时,入口端平均动脉压(MAP)小于10.6~12kPa(80~ 90mmHg).而出口端MAP小于6.6~ 8kPa(50~60mmHg).若出口端MAP过低提示透析器内阻力增加,升高则提示静脉回路内有阻力或见于体内静脉压升高.此外,增加血流量至300ml/min亦可明显提高透析器两端MAP.透析器内MAP还受血流量和静脉端回路阻力的影响.TMP实际上应等于透析器平均动脉压与透析液侧的负压测定之和.
5. 溶质分子量
在弥散过程中,溶质转运速率与其分子量有关.尿毒症患者血液中蓄积小分子量的物质如尿素、肌酐等通过透析膜的弥散速率高,铜仿膜中空纤维透析器对尿素的清除率可达130~ 180ml/min,而中分子量的物质(分子量300~5000之间)弥散速率低,而分子量超过5000以上的物质不能通过一般材料的透析膜.在对流过程中,在膜截留分子量以下的溶质其转运速率取决于溶液转运速率,而与分子量无关.
三 血液透析的适应证和禁忌证
血液透析是目前公认的清除血液中各种内源性和外源性"毒素"效力又高又快的血液净化方式.临床适用于各种原因的急性或慢性肾功能衰竭,水分过量(急性肺水肿,严重肾病综合征等)、电解质紊乱、某些药物或毒物中毒.严格来说,HD没有绝对禁忌证.只需要从患者、病情及设备条件衡量利弊,选择一种血液净化方式.
1. 适应证
a. 急性肾功能衰竭
HD治疗急性肾功能衰竭(ARF)的目的是：(1)清除体内过多的水分及毒素；(2)维持酸碱平衡；(3)为用药及营养治疗创造条件；(4)避免多脏器功能障碍综合征等并发症的出现.凡高分解代谢者(每日血尿素氮上升超过或等于14.3mmol/L,肌酐超过或等于177?mol/L,钾上升1~2mmol/L,HCO3-下降大于或等于2mmol/L,)立即进行透析.非高分解代谢者,但符合下述第一项并有其它任何一项者,即可进行透析：(1)无尿48小时以上；(2)血尿素氮(BUN)超过或等于21.4mmol/L(60mg/dl)；(3)血肌酐(Cr)超过或等于442?mol/L(5mg/dl)；(4)血钾超过或等于6.5mmol/L；(5)HCO3-小于15mmol/L,CO2结合力小于13.4mmol/L(35Vol%)；(6)有明显水肿、肺水肿、恶心、呕吐、嗜睡、躁动或意识障碍；(7)误输血或其它原因所致溶血、游离血红蛋白高于12.4mmol/L.
b. 慢性肾功能衰竭
慢性肾功能衰竭应用HD治疗的目的是：(1)维持患者生命,恢复工作；(2)对有可逆性急性加重因素的慢性肾功能衰竭患者,血液透析治疗可帮助其渡过危险期；(3)配合肾移植.HD不仅可作为移植患者的术前准备,而且可作为移植后出现ARF及急慢性排斥或移植肾失败的应急措施.
慢性肾功能衰竭HD的时机尚无统一标准,我国由于医疗及经济条件的限制,多数患者透析较晚,故影响透析疗效.目前,国内外多数学者主张早期透析.透析指征：(1)内生肌酐清除率小于10ml/min；(2)BUN高于28.6mmol/L(80mg/dl),或Cr高于707.2?mol/L(8mg/dl)；(3)血尿酸增高伴有痛风者；(4)有高钾血症；(5)有代谢性酸中毒；(6)口中有尿毒症气味,伴食欲丧失和恶心、呕吐等；(7)慢性充血性心力衰竭,肾性高血压或尿毒症性心包炎,用一般治疗无效者；(8)出现尿毒症神经系统症状,如个性改变、不安腿综合征等.
c. 急性药物或毒物中毒
凡能够通过透析膜清除的药物及毒物,即相对分子质量小,不与组织蛋白结合,在体内分布较均匀,而不固定于某一部位者,均可采取透析治疗.应在服药物或毒物后8~12h内进行,病情危重者可不必等待检查结果即可开始透析治疗.下列情况并非透析禁忌症：(1)呼吸暂停；(2)难治性低血压；(3)昏迷；(4)肺部感染；(5)原有肝、肾、肺疾患或糖尿病者.通过HD可以清除的药物有：(1)镇静、安眠、麻醉药：巴比妥类、格鲁米特、甲丙氨酯、甲喹酮、副醛、水合氯醛、氯氮卓、地西泮；(2)醇类：甲醇、乙醇、异丙醇；(3)止痛药：阿司匹林、水杨酸类、非那西丁、对乙酰氨基酚；(4)抗生素类：氨基糖甙类抗生素、四环素、青霉素类、利福平、异烟肼、磺胺类、万古霉素、先锋霉素II等；(5)内源性毒素：氨、尿酸、乳酸、胆红素；(6)金属类：铜、钙、铁、钴、镁、汞、钾、锂、铋；(7)卤化物：溴化物、氯化物、碘化物、氟化物；(8)兴奋药：苯丙胺、甲基丙胺、单胺氧化酶抑制剂、苯乙肼、异恶唑酰肼；(9)其它：砷、硫氰酸盐、苯胺、重铬酸钾、利血平、地高辛、麦角胺、樟脑、四氯化碳、环磷酰胺、5-氟尿嘧啶、一氧化碳、奎宁、氯磺丙脲.
d. 其它疾病
严重水、电解质及酸碱平衡紊乱,用一般疗法难以生效者；肝昏迷、肝肾综合征；肝硬化顽固腹水；高胆红素血症；高尿酸血症；牛皮癣；精神分裂症.
2. 禁忌证
近年来,随着透析技术的改进,血液透析已无绝对的禁忌证.下列情况为相对的禁忌证.(1)休克或低血压,血压低于80mmHg(10.7kPa)者；(2)严重的心肌病变导致的肺水肿及心力衰竭；(3)严重心律失常；(4)有严重出血倾向或脑出血；(5)晚期恶性肿瘤；(6)极度衰竭、临终患者；(7)精神病及不合作者,或家属不同意透析者.
四 透析机器及透析器的选择
1. 透析机的选择
应选择定容型透析机及碳酸氢盐透析液,并根据患者情况选择不同钠浓度的透析液.
2. 透析器的选择
铜仿膜透析器生物相容性差,该膜可激活补体,发生低氧血症和中性粒细胞减少.有条件的应选择碳酸脂膜、聚甲基丙烯酸甲脂膜和醋酸纤维膜透析器.作者单位主要应用聚砜膜、聚酰胺膜及聚丙烯腈膜.在相同条件下,老年人和有心血管功能不稳定、肺部并发症者,应选择生物相容性好的人工合成膜,儿童宜选择容积较小的透析器.一般情况下,对透析器及透析膜不必作过多的选择.
五 透析时机和速度
目前,对于ARF总的趋势是早期、多次或连续性进行血液透析治疗,可有效地纠正尿毒症引起的一系列病理生理改变,不仅有利于预防某些危险并发症的发生,而且也有利于原发病的治疗及肾功能的恢复.
透析的合并症通常多发生于透析的早期.因此,透析开始时应缓慢进行,尤其是在透析开始后的前30min,血流量应适当控制.大多数成人可耐受150~200ml/min的血流量,此时血尿素氮的清除也足以达到预期目的.对于紧急透析患者,透析应该缓慢进行.在1~4次透析过程中,血尿素氮的清除率只需保持在1~2ml/(kg·min)；患者如处于高危状态,其尿素氮的清除率亦不应超过3ml/(kg·min).高分解代谢的患者,则不必严格遵守以上原则,否则不足以控制尿毒症的发展.
六 血液透析技术故障及急性并发症
1. 血液透析技术故障
a. 透析膜破裂
常因静脉端突然阻塞、负压过大或透析器多次复用所致,此时可见透析液被血染.透析膜破裂需要更换透析器,合理复用透析器,是防止透析膜破裂的关键.
b. 凝血
肝素剂量不足、低血压时间长、血流量不足、血液浓缩、血流缓慢等均可诱发透析器及血液管道凝血.临床表现为血流缓慢、静脉压升高或降低,随后除气室内泡沫增多或管道内出现凝血块.凝血的防治措施是：(1)测定凝血时间；(2)合理应用肝素；(3)提高血流量；(4)防止低血压；(5)严重凝血时立即停止透析,严禁将血液驱回体内.
c. 透析液高温
常因血液透析机加热器失控所致,曾有透析液温度达55℃发生溶血和高钾血症而死亡的报道.防治的措施是：(1)透析前应该认真检修血液透析机温度监护器；(2)如果发生此意外,透析器及血液管道内血液不能输入体内,应立即输新鲜血使红细胞维持在一定水平,用无钾透析液继续透析,密切注意高钾血症所致的心脏改变.
d. 透析液配制错误
使用低渗性透析液可导致低钠血症,血清钠低于120mmol/L,临床表现为水中毒,如头痛、抽搐、溶血,伴有背痛与腹痛.高渗透析液可引起高钠血症、细胞脱水,表现为口渴、头痛、定向力丧失、木僵和昏迷.低钠血症发生后应立即改为正常透析液透析；高钠血症发生后,应输入低渗液体,用正常透析液透析.
e. 硬水综合征
常因反渗机故障所致.透析液内钙、镁含量增加,出现高钙和高镁血症,表现为恶心、呕吐、头痛、血压升高、皮肤烧灼感、发痒、发红、兴奋和昏迷.定期检修水处理系统,确保反渗水质量合格.
f. 空气栓塞
常见原因：(1)血泵前管道有破损；(2)透析液内有气体扩散到血液内；(3)肝素泵漏气；(4)空气捕捉器倾倒；(5)驱血时将气体驱入；(6)连接管道或溶解动静脉瘘内血栓时空气进入体内.临床表现以空气多少、栓塞部位而不同,可有胸痛、咳嗽、呼吸困难、烦躁、发绀、神志不清,甚至死亡.强调预防；一旦发生要立即夹住管道,左侧卧位,取头低脚高位至少20min,使气体停留在右心房,并逐渐扩散至肺部,吸纯氧(面罩给氧),右心房穿刺抽气.气体未抽出前禁止心脏按摩,注射脱水剂及地塞米松,用高压氧舱治疗等.
g. 发热
透析开始后即出现寒战、高热者,多为复用透析器及管道污染、残留甲醛、消毒不彻底或预充血进入体内后引起的输血反应.透析1h后出现的发热多为致热原反应.透析前仔细检查透析用品的包装是否完好及消毒有效期；严格无菌操作；如患者发热应作血培养；轻者静推地塞米松5mg或静滴琥珀酸钠氢化可的松50~ 100mg,重者应停止透析,同时给予广谱抗生素.
h. 病毒性肝炎
是维持性透析患者严重的感染并发症之一,可在患者之间交叉传播,甚至可造成对医务人员的威胁,引起肝炎的流行.应定期检查患者和医务人员的肝功能、乙型肝炎标志物和抗HCV抗体及HCV RNA监测.工作人员注意个人防护,带手套和口罩,在透析室内严禁进餐.操作中勿刺破皮肤,如有暴露创口,应暂不从事透析工作.复用的透析器及血液管道须经过过氧乙酸消毒.透析中尽量避免输血.HBsAg阳性患者应隔离透析,按传染病患者隔离、消毒措施处理.透析器,血液管道及穿刺针用后丢弃.医护人员及透析患者可以主动免疫,注射疫苗.丙型肝炎可用干扰素治疗.
2. 血液透析急性并发症
血液透析过程中急性并发症,即使在现代化的透析中心亦时有发生.这些急性并发症可能很严重,甚至死亡.
a. 首次使用综合征
首次使用综合征是指使用新透析器在短时间内产生过敏反应.多见于使用铜仿膜或其它纤维素膜透析器者,而用聚丙烯腈膜、聚砜膜、聚甲基丙烯酸甲脂膜或聚碳酸膜透析器不发生或很少发生,其原因是补体被透析膜经旁路途径活化而产生反应.而白细胞介素-1(IL-1)、血管舒缓素、前列腺素等的活化和释放,消毒剂氧化乙烯(与蛋白结合形成半抗原)和醋酸盐等可能亦与这种过敏反应有关.重复使用透析器、新透析器使用前充分冲洗等可减少首次使用综合征的发生率.
首次使用综合征多数在透析开始5~30min发生.轻者有胸痛、皮肤瘙痒、血压下降.轻者给予一般对症治疗就可以缓解.重者出现呼吸困难、全身烧灼感、胸腹巨痛、血压下降、休克,偶有心脏骤停或死亡.重者应立即停止透析,体外循环血液不宜再回输,给予吸氧,予抗组织胺或类固醇及肾上腺素等药物治疗.如呼吸、心跳骤停,必须立即进行心肺复苏.
b. 失衡综合征
目前认为血清渗透压降低在其发病机制中起主要作用.血清渗透压降低,尤其当透析后血清渗量下降40mOsm/(kg·HO2)时,水分可进入脑组织引起脑组织水肿,也有人认为透析时尽管患者的酸中毒被纠正,动脉血PH升高,但脑脊液的PH却下降,脑细胞内酸中毒使细胞内渗透压升高,致使脑水肿.可发生于透析中或透析刚结束时,早期表现为恶心、呕吐、烦躁、头痛,严重者惊厥、意识障碍甚至昏迷,常伴有脑电图异常.
预防失衡综合征最简单的方法是缩短透析时间,增加透析频率.对于严重水肿、酸中毒、血尿素氮过高或首次透析的患者,不宜采用大面积或高效透析器.透析液钠浓度以140~ 150mmol/L为宜,不应用低钠透析液来纠正患者的高钠状态.轻度失衡综合征可用高渗葡萄糖或3%盐水40ml静脉注射.严重者应停止透析,静脉滴注20%甘露醇.癫痫样发作时可静脉注射安定5~10mg,5~ 10min可重复一次,或用苯巴比妥类药物.
c. 肌肉痉挛
透析中肌肉痉挛的发生率为10%~15%.发生原因是超滤过快和低氧血症.肌肉痉挛虽非致命但是患者十分痛苦.多见于足部、腓肠肌和腹壁,呈痛性痉挛.预防方法是减少透析间期体重的增加,以防止超滤过快过多.肌肉痉挛发生时可静脉注射高渗盐水,高渗葡萄糖溶液或碳酸氢钠.用硝本地平可改善症状.
d. 低血压
血液透析中的低血压是指平均动脉压比透析前下降30mmHg(4kPa)以上,或收缩压降至90mmHg (12kPa)以下.低血压发生率25%~ 50%,常伴有恶心、呕吐、乏力、头痛、抽搐及嗜睡等,但有些患者可全无症状,尤其一些老年人,若不及时发现会导致心跳骤停.透析中低血压多数与过量脱水使血容量急剧下降有关,在很短的时间内超滤过量,致使心搏出量和输出量降低.部分患者在醋酸盐透析开始后不久,由于血浆醋酸盐浓度迅速上升,引起周围血管扩张和组织缺氧导致低血压,尤其老年人、糖尿病患者、妇女及儿童发生率更高,而改用碳酸氢盐透析后明显改善.如用非容量控制的透析机,医护人员缺乏经验,超滤过快,使有效循环血容量急骤减少,从而导致低血压.另外,透析机负压装置失灵,血管通路静脉端不畅,使静脉压升高而致透析器正压升高等,也可以引起低血压.
透析间期体重增加过多或透析时间缩短,则需增加超滤率.故应限制患者透析间期体重的增长率(低于1kg/d).有些患者为了多饮水而虚报体重,导致医务人员对超滤量的错误估计.当患者接近干体重时,体液由周围组织回到血管中的速度减慢,有些患者在透析间期体重增加很少,甚至不增加.此时超滤就会发生低血压.当透析液钠浓度低于血浆时,从透析器回流的血液与周围组织液相比呈低渗性.为维持血清渗透压平衡,水分从血中进入组织间液,造成血容量骤减,而这一作用在透析开始时因血钠突然下降而特别明显.许多抗高血压药抑制血管收缩,由于这些药物的作用持续至透析过程中,故在透析当日应让患者停用降压药物.导致低血压的其它原因还有心功能不全、心律失常、心包炎、肺动脉栓塞、出血及感染等.少数患者透析中甚至透析间期发生低血压,原因不明.低血压的防治应根据不同的原因采用不同的防治措施.若由于醋酸盐不耐受可改用碳酸氢盐透析.还可改用血液滤过或血液透析滤过治疗.使用高效透析或高通量透析必须应用碳酸氢盐透析,透析液温度选用34~36℃为宜.精确计算脱水量及干体重.透析间期体重增长应少于1kg/d,每小时超滤不宜超过患者体重的1%,每次超滤量应不超过体重4%~5%,患者超滤后体重应不低于干体重,采用容量控制型血液透析机,定期调整患者干体重.应用含钠140~142mmol/L透析液,也可适当提高透析液钠浓度.每天服用降压药物,透析当天的降压药应在透析后服用.充分透析,改善贫血,治疗心包炎和冠心病.急性心力衰竭或因高容量引起严重高血压,宜先作单纯超滤,然后再行血液透析.一旦发生低血压,应将患者平卧,减慢血流速度,输入50%葡萄糖注射液100ml,或输白蛋白、血浆或全血.
e. 心跳骤停
血液透析过程中发生心跳骤停并非罕见,但国内外均无其发生率的报道,因为心跳骤停的原因在很大程度上同透析工作人员的技术水平或工作疏忽有关.原因有(1)严重溶血引起高钾血症或体内缺钾,仍然用低钾透析液导致严重心率失常；(2)心力衰竭、急性肺水肿；(3)出血性心包填塞；(4)超滤过多,血压突然下降或其他原因休克所致循环功能衰竭,未及时发现；(5)空气栓塞；(6)维持性血液透析患者原有低钙血症,透析中快速注入含拘橼酸的血液,加重缺钙引起心肌抑制；(7)颅内出血、颅内血肿、脑血管意外等；(8)严重透析失衡综合征.在预防上,对有严重贫血、心脏扩大、心力衰患者,在透析过程中突感胸闷,诉说"全身说不出难受",心动过速或过缓,呼吸急促或不规则,血压下降,在空气捕捉器内血液颜色变暗红等,往往预示严重意外即将发生,应及时停止透析,寻找原有.心脏骤停时,按心肺复苏急救处理.
f. 急性溶血
常见原因：(1)透析液温度过高；(2)透析液比例泵失误致渗透压过低；(3)透析膜破裂引起较多透析液进入血液；(4)透析液用水中氯铵、硝酸盐、铜离子等含量过多.患者胸部紧压感,呼吸困难,背部疼痛,静脉回路血液呈深红葡萄酒色,血细胞比容明显下降,血离心后血浆呈粉红色.发现溶血伴高钾血症者应停止透析,透析管道及透析器中的血液勿回输体内,及时处理高钾血症及预防进一步发生或加重高钾血症.
g. 出血
常见原因为肝素化过程中引起各种内出血,如上消化道、心包腔、颅内出血及血性胸水等.或血路管道断裂或分离,在使用血泵的情况下,由于动静脉导管内压力较高,可引起导管壁破裂或导管连接处松脱,造成大出血.