一文读懂透析器性能参数

作者:小笼包     雁过无痕

编辑:清修 禅定    爱·多多

2020年10月17日

    

  

熟悉的透析器,陌生的参数。说明书上的各种参数究竟代表什么,你真的了解吗?

今天,我们分享一篇文章,一起认识一下每天使用的透析器......

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超滤系数(Kuf)--透水性能

每 mmHg TMP下,每小时通过膜转运的液体的体积,该值因膜类型不同而异。单位:ml/h/mmHg

 kuf与两个因素有关,膜面积A与膜的水力渗透性(Lh)
膜的超滤系数(Kuf)是代表透析膜透水性的参数。Kuf越大,液体透过膜材料阻力越小。
举个例子:当KUf为2.0时,每小时脱水1000ml,需要500 mmHg的TMP。如果KUf是4.0,每小时脱水1000ml,只需要250mmHg的TMP。

超滤系数用来划分高、低通透析器:

低通 :< 8 ml/h/mmHg

中通:8-20 ml/h/mmHg

高通:> 20 ml/h/mmHg

实际的Kuf可能与厂商标注值不同,说明书上的标注值是体外实验的数值。在实际透析中,体内的Kuf通常会低5%-30%。
患者的红细胞压积、白蛋白水平等影响膜表面积和透水性的因素也会对Kuf有影响。当血液在透析器中流动时,由于持续脱水,使HCT和血浆蛋白质含量沿透析器的长度增加。随着透析的进展,膜的超滤系数下降。
尿素传质系数(KOA)--效率
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KOA为传质系数(Ko)和膜表面积(A)的乘积,单位为mL/min。参数是小分子(通常为尿素)清除率的最大值(即无限大血液和透析液流量的最大清除量) 。

KOA理论上应该为常数,但中空纤维透析器纤维束内部的液体流动对KOA曲线产生了影响,实际研究发现KOA与透析液流量与血流量有关。KOA可以直接对比不同透析器的溶质清除效率。

不同透析器在一定条件下的实际KOA值

KoA值用来评价透析器效率:

低效透析器  KoA< 500mL/min 

中效透析器 KoA: 500--600mL/min

高效透析器 KoA>600 mL/min

高效透析器(KOA>600)与高通透析器(Kuf >20),实际上是两个概念,尽管高通透析器通常高效。“高效率”这个词实际上起源于一种治疗,1986年首先被Keshaviah等人所描述,而不算是一种特定类型的透析器。

高效透析的定义是高KoA (> 600 mL/min)、高尿素清除率(> 210 mL/min)、高血流量(≥350 mL/min)和高透析液流量(≥500 mL/min)。

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清除率(K)— 关键参数

说明书上通常标有尿素、肌酐、磷酸盐(PO4)、β2-微球蛋白和维生素B12的清除率。清除率取决于膜的厚度和表面积以及密度、特性和孔径大小,是重要的参数。

透析膜能够用清除的溶质很多,在说明书上为什么只选择这几种?首先来看一下欧洲尿毒症毒素工作组(EUTox)定义的小分子、中分子和大分子的分类:

尿素和肌酐代表小分子清除率,β2-MG代表中分子清除率。维生素B12则比较特殊,虽然只有1355的分子量,但是由于其与血浆蛋白广泛结合,维生素B12的扩散清除率常被认为是透析器的大分子清除率。所以选择了上述几个参数作为透析器性能代表。
溶质的扩散速率与溶质分子量的平方根成反比,所以低分子量的溶质通过扩散去除。中分子量溶质主要通过对流去除,分子越大,对流去除的比例越高。
筛选系数(S)
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定义:滤液中溶质的浓度与血液中浓度的比值。筛选系数S为1,表示通过膜的运输不受阻碍,而值为0则表示膜对该物质是不渗透的,零扩散。

筛选系数(S)是透析膜对某一特定溶质的渗透系数,而不是其扩散系数。

溶质渗透示意图(来源于网络)

随着物质的分子变大,筛选系数逐渐减小。理论上对于中小分子筛选系数越接近于1,膜性能越好。对于白蛋白等的应保留的大分子物质,筛选系数越低越好。

筛选系数测试通常选择的物质是:β2-MG,菊粉,白蛋白,肌红蛋白。前两者越高膜性能越好,后两者应该接近于0。由于β2-MG清除率体外测试存在检测困难,目前认为β2-MG的筛选系数能够更准确的反应透析器的性能。

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物理参数

纤维长度、壁厚、内径;膜表面积;血室容量等

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纤维壁厚:

理论上壁厚越薄,弥散阻力越小。但是弥散阻力还与膜材料的结构有关,厚度并不是唯一的影响因素。我们会在其他文章中详细解释这部分内容。需要注意的是:当纤维丝的壁厚过薄时,也会增加破膜的风险。

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膜表面积:

说明书标注的表面积通常是干燥状态下测量到的有效透析器膜表面积,在透析膜预充后,其表面积也会发生变化。理论上用于血液交换的有效膜面积越大,其清除效果也越好。但是有文献表明膜面积显著增大,对于患者治疗效果与长期生存率没有明显的影响,所以与其单纯追求高膜面积,不如选择合适面积的透析器。

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血室容量:

透析器的血容量,随着膜面积增大,该值变大。但是横向对比不同透析器,会发现在同一膜面积下,不同透析器的这一参数相差较大。血室容量小,可以减少患者的体外循环血量。一般来讲,日系品牌透析容量会稍小一些。

消毒方式
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常见的透析器灭菌方法有:环氧乙烷,γ射线,电子束,流动蒸汽。

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环氧乙烷(ETO):

一种气体灭菌剂,广泛用于医疗器械灭菌。灭菌后:膜的ETO含量首先迅速下降,然后缓慢下降。但即使延长存储时间,仍可在毫克范围内检测到残留ETO。研究表明通常无法通过使用前冲洗来消除残留物。而ETO被认为与患者透析中的超敏反应直接相关。

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γ射线、电子束:

放射灭菌方法中电子束消毒目前已经较少使用,因为有大量文献表明电子束灭菌的透析膜会引起患者血小板减少。(定义为透析后血小板计数<100×10 3 /μl,血小板计数比透析前水平降低> 15%)。

有学者研究 Gammma射线辐照会改变膜的结构,使亲水性试剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)交联到膜上,不易被洗脱,可使膜获得更好的生物相容性。

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流动蒸汽:

射线灭菌可能引起透析器部件的结构改变,ETO灭菌存在化学残留,这些方法可能释放细胞毒性成分。相比之下高温蒸汽灭菌安全性高,此方法要求透析膜材料具有热稳定性。同时有文章提到蒸汽灭菌膜的额外优点是可去除透析器制造过程中产生的废物。

透析器的选择是一个难题,希望大家能够通过小匠这篇文章更好的了解透析膜的相关参数,为患者选择更合适的透析器。

参考文献

1 Allison, Susan J . Dialysis: Dialyzer sterilization method linked to thrombocytopenia[J]. Nature Reviews Nephrology, 2011, 7(12):676-676.
2 Thomas, F, Müller, et al. Biocompatibility Differences with Respect to the Dialyzer Sterilization Method[J]. Nephron, 1998.
3 Parca Schonfd. Heat disinfection of polysulfone hemodialyzers[J]. Kidney International, 1995.
4 Caruana R J , Hamilton R W , Pearson F C . Dialyzer Hypersensitivity Syndrome: Possible Role of Allergy to Ethylene Oxide[J]. American Journal of Nephrology, 1985, 5(4):271-274.
5 Togo K , Yamamoto M , Ono T , et al. Comparison of biocompatibility in polysulfone dialysis membranes with different sterilization[J]. Hemodialysis International, 2018.

作者:小笼包     雁过无痕


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