Почка искусственная. Что такое «Искусственная почка Принцип устройства искусственной почки

Носимая электроника не только облегчает выполнение повседневных задач и открывает новые перспективы в сфере развлечений. Её вклад в развитие медицины становится реально ощутимым с появлением бионических протезов и портативных установок для гемодиализа. Этой осенью в Сиэтле на базе Вашингтонского университета пройдут клинические испытания WAK – первого в мире носимого аппарата класса «искусственная почка».

Проект создан под руководством доктора Виктор Гура (Victor Gura) из Медицинского центра Сидарс-Синай. Воплотить его помогали сотрудники Школы медицины имени Дэвида Геффена при Калифорнийском университете. Этот миниатюрный диализный аппарат достаточно мал и лёгок, чтобы носить его на ремне. Он подключается к пациенту с помощью катетера, позволяя ему двигаться и даже работать с минимальными ограничениями.

WAK – прототип носимой искусственной почки (фото: Stephen Brashear / hsnewsbeat.uw.edu).

Традиционно гемодиализ выполняется в стационаре и собирает очереди на многие дни. Процедура длится до четырёх часов, а пациент во время неё лежит или сидит практически неподвижно. Множество проблем создаёт нехватка аппаратов, их высокая стоимость и большие габариты. Их требуется одновременно подключать к электросети и системам подачи очищенной воды, поэтому даже мобильная версия обладает размерами с МФУ. Её можно только перевести на тележке из одной оборудованной палаты в другую, но нельзя забрать домой. Показаний к гемодиализу насчитывается довольно много, а людям с тяжёлыми формами почечной недостаточности повторять его приходится регулярно.

Носимая версия WAK (wearable artificial kidney), конечно, уступает по мощности фильтрационным установкам размером со шкаф, но и тактика её применения предлагается совершенно иная. Компактный прибор массой всего четыре с половиной килограмма разрабатывался как персональный. Он работает только с одним пациентом, поэтому не так жёстко ограничен по времени использования. Фильтрация выполняется в фоновом режиме, постоянно поддерживая безопасный уровень токсичных метаболитов в крови.

«Наша команда изобрела устройство, которое отвяжет пациентов от громоздких диализных аппаратов», – написал Виктор Гура на сайте университета. Радикальное уменьшение габаритов стало возможным за счёт использования новых материалов, гибкой электроники и литиевых батарей с высокой плотностью хранения энергии, недавно выпущенных компанией Inspired Energy. Однако главным новшеством стала фильтрационная мембрана, структура которой позволила снизить расход воды на порядки.

Какие-то детали её устройства пока не сообщаются. Известно только, что состоит она из двух блоков: основного фильтра в виде трубки посередине устройства и секции из трёх дополнительных элементов округлой формы, закрепляемой слева. Все фильтры меняются ежедневно с соблюдением правил асептики. Основное отличие кроется в объёмах. Обычные аппараты тратят на одну процедуру гемодиализа около ста пятидесяти литров воды. Носимая версия обходится скромным объёмом в половину литра. Такое количество жидкости уже вполне можно носить с собой.

На уровне концепции прибор был представлен ещё в 2009 году. Всё это время разработчики ждали разрешения от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Дело сдвинулось с мёртвой точки только после того, как разработчики выиграли конкурс медицинских инноваций, устроенный самим Управлением. Комиссия признала WAK самым перспективным прибором среди всех разработок, предложенных в тридцати двух номинациях.

Не обошлось в этой истории и без личных знакомств. Один из соавторов разработки профессор Ларри Кесслер (Larry Kessler) в прошлом работал в FDA. Именно он помог команде преодолеть бюрократические заслоны… всего-то за пять лет.

«Исследовательская группа работала в тесном сотрудничестве с FDA, чтобы довести WAK до современного состояния и подготовить его к исследованиям эффективности с участием добровольцев”, – прокомментировал доктор Кесслер.

Ускорение процедуры одобрения произошло и потому, что европейские власти оказались более заинтересованными в приборе. Не дожидаясь официального одобрения на тестирование прибора у себя на родине, они разрешили провести ограниченные клинические испытания сперва в Италии, а затем и в Великобритании.

К сожалению, пока речь идёт об очень малой выборке. На первом этапе приборы выдадут шестнадцати пациентам, причём в длительном испытании будут участвовать только десять из них. Добровольцы станут носить компактную искусственную почку двадцать четыре часа в сутки и ежедневно сдавать кровь на анализ в течение месяца.

«Концепция переносной искусственной почки была разработана с учётом множества данных, – пояснил директор Института Нефрологии при Вашингтонском университете профессор медицины Джонатан Химмельфарб (Jonathan Himmelfarb). – Среди них лабораторные исследования, компьютерное моделирование и результаты тестов на животных. Теперь у нас появятся и некоторые клинические данные».

Более подробно о процессе создания, возможностях и перспективах первой в мире носимой искусственной почки профессор Химмельфарб рассказывает в этом трёхминутном ролике.

Предварительные лабораторные тесты выглядели весьма оптимистично, однако их недостаточно для внедрения прибора в широкую клиническую практику. Прежде, чем он станет привычным устройством для людей с почечной недостаточностью, пройдут десятки исследований и годы наблюдений.

Если текущая серия испытаний окажется успешной, то команда разработчиков начнёт проектировать ещё более лёгкую и компактную версию прибора. Последующие испытания будут направлены на разработку метода постоянной фоновой фильтрации, который смог бы имитировать естественную работу почки. По мнению авторов проекта, это не только обеспечит более физиологичный режим, но и снизит ограничения диеты.

У пациентов, страдающих , при прогрессировании заболевания развивается недостаточность их функций. Если фильтрация почками крови снижается до 10–15%, то таким больным проводят гемодиализ, то есть принудительное очищение и выведение вредных веществ из организма. Эту функцию выполняет устройство искусственная почка, применение которого показано больным с почечной недостаточностью.

Если почки не справляются со своей функцией, то у пациента отмечается усталость, сосудистая гипертензия, отеки, диспепсические расстройства. Устройство для диализа помогает поддерживать соотношение жидкости в организме и этим нормализовать кислотно-щелочной баланс.

Что такое «искусственная почка»

Аппарат искусственная почка предназначен для очищения крови от токсических элементов, накапливающихся в крови вследствие недостаточной выделительной функции органа.

Применение устройства помогает нормализовать электролитный и кислотно-щелочной баланс, вывести токсины из организма при отравлениях, а также излишек воды при отечности.

Предоставленный алгоритм работы аппарата основан на биологических процессах, происходящих в организме. При проведении процедуры объем циркулирующей крови остается в норме, то есть не увеличивается и не уменьшается.

Как работает аппарат

Аппарат для гемодиализа являет собой устройство весом до 80 кг, который работает, как насос. Кровь от больного проходит через диализатор, где проводится процесс очищения. Это оборудование сложено из большого количества трубочек, по которым движется кровь. Снаружи они омываются диализирующим раствором. Система работает по следующему принципу: через мембрану, из которой сделаны трубки, в жидкость проникают токсины и излишек микроэлементов, а большие молекулы белка, бактерий, составные элементы крови остаются. Процесс походит в соответствии с законами диффузии и разницы осмотического давления.

При острой почечной недостаточности показано применение гемодиализа ежедневно до восстановления функций органа или снятия симптомов отравления организма. Если форма течения заболевания хроническая, то проведение процедуры осуществляют 2–3 раза в неделю.

Проводит манипуляцию врач-нефролог в условиях стационара или в специализированных центрах гемодиализа.

Виды аппаратов

Различают два основных типа устройств. Первый тип целлофановую мембрану в виде трубок, а второй - из пластин. Пластинчатая форма требует меньше гепарина для проведения процедуры, а также небольшое количество крови, что снижает риск развития осложнений у пациента. Трубчатая форма мембраны позволяет быстрее и качественнее очистить кровь, поскольку она имеет большую площадь. Состоит аппарат из трех блоков.

• насосы, подающие гепарин и перекачивающие кровь;
• приборы, показывающие давление;
• устройство для предупреждения появления воздушных пузырьков.

• системы для устранения воздуха, контроля за температурой;
• аппараты перемешивания, наблюдения за фильтрацией;
• датчик утечки крови в диализатор.

3 модуль - это фильтр и гемодиализная мембрана.

Конструкция аппарата позволяет в автоматическом режиме контролировать давление пациента, уровень его гемоглобина, а также корректировать состав диализирующего раствора. Современные аппараты самостоятельно готовят диализирующий раствор соответственно показателям пациента. Эти характеристики касаются только устройств, применяющихся в стационаре, лучшими из которых считаются аппараты концернов BAXTER-1550, NIPRO SURDIAL, Dialog Advanced.

Существуют устройства, использование которых возможно в амбулаторных условиях. Это портативный аппарат искусственная почка, который предназначен для домашнего применения. Его технические возможности ниже, чем у стационарных приборов, но основную функцию (очищение крови) он выполняет. Такие устройства носятся на поясе и весят до 7 кг, выполняют в любое время суток, когда это понадобится пациенту. Длительность манипуляции составляет 3– 4 часа.

Применение аппарата отличается такими особенностями:

• безопасностью (исключается риск заражения);
• легкостью в использовании;
• выполнением манипуляции в любое время суток.

Это положительные стороны устройства. К отрицательным относятся следующие:

• высокая цена аппарата;
• контроль медработников при проведении первых сеансов;
• необходимость пройти обучение.

Несмотря на некоторые минусы в работе аппарата, его применение приносит больным определенную свободу движений, поскольку очищение крови можно проводить в любое время, не дожидаясь очереди в стационаре. Переносная искусственная почка дает возможность больным выполнять несложную физическую работу, а также осуществляет диализ ночью.

Кому нельзя пользоваться аппаратом

Проведение процедуры имеет свои противопоказания. Ее нельзя делать больным, имеющим такие патологии:

• психические заболевания;
• онкологические патологии;
• лейкоз или анемию;
• патологию ЦНС;
• преклонный возраст (старше 80 лет);
• сахарный диабет (возраст после 70 лет);
• имеющих более двух серьезных заболеваний.

Нельзя проводить процедуру больным, страдающим алкоголизмом или наркоманией, имеющим активную форму туберкулеза, предрасположенным к развитию массивных кровотечений.

Нежелательные эффекты

После проведения или во время процедуры у больных могут развиться нежелательные эффекты:

Появление осложнений становится реакцией организма на поведение манипуляции. Если пациент не придерживается диетического питания, таких побочных эффектов становится больше. Больным с почечной недостаточностью прописывается , строго запрещающая алкоголь, острые, пряные и копченые блюда, ограничивающая потребление соли и жидкости. При нарушении правил питания пациент создает дополнительную нагрузку на почки, поскольку повышенное количество соли задерживает влагу в организме, приводит к образованию отеков, увеличивает нагрузку на сердечную мышцу, способствует артериальной гипертензии.

При проведении диализа из организма вымываются ионы кальция, что способствует деструктивным нарушениям в костной ткани. Дефицит эритропоэтина (его вырабатывают здоровые почки) приводит к изменению состава крови. Перикардит возникает из-за повышенной нагрузки на сердце, поскольку при выполнении процедуры ему нужно перекачивать большой объем крови.

Вывод

Почечная недостаточность, требующая постоянного проведения , - очень серьезное заболевание. Нет точной статистики, позволяющей определить, сколько проживет пациент, находящийся на принудительном очищении крови. Но все же проведение процедуры вместе с соблюдением , а также нормализацией двигательного режима продлит пациенту жизнь. Но на сколько - зависит от индивидуальных особенностей организма и сопутствующих заболеваний.

Почки играют решающую роль в очищении кровотока от токсинов и других вредных компонентов. Здоровье почек считается очень деликатным и, если не заботиться о нем надлежащим образом, человек может испытать хроническую болезнь почек (ХЗП). Это в свою очередь может привести к необходимости использования устройства под названием искусственная почка.

Диализ почек – это явление, используемое для правильного функционирования почек, когда почка перестает нормально работать. Диализ выполняется с помощью аппарата, который очищает и фильтрует кровь в кровоток.

Принцип работы аппарата искусственной почки

Когда почки пациента должным образом, становится необходимым регулярно очищать кровь, иначе это может привести к серьезным последствиям для здоровья и даже смерти. Аппарат искусственной почки помогает сбалансировать организм, даже если почки не работают должным образом.

Известно, что почки предотвращают накопление в организме человека примесей, отходов и дополнительной воды. Почки также играют решающую роль в контроле артериального давления и помогают в поддержании идеального баланса химических, минеральных и питательных веществ в крови. Таким образом, когда почки перестают выполнять все эти функции из-за травмы или заболевания, такого как камень в почках или других хронических заболеваний, организм перестает нормально работать.

ИСКУССТВЕННАЯ ПОЧКА - аппарат для выведения из организма токсических продуктов обмена и экзогенных ядов, а также для регуляции электролитно-водного баланса и кислотно-щелочного равновесия посредством диализа и ультрафильтрации крови.

И. п. временно замещает функции почек по поддержанию гомеостаза (см.), но не моделирует почечные процессы (клубочковую фильтрацию, канальцевую реабсорбцию и секрецию и др.) и инкреторную функцию.

Помимо хим. контроля, в ходе гемодиализа требуется постоянный контроль за температурой диализирующего р-ра. Все системы гемодиализа снабжены нагревателями и терморегуляторами, которые автоматически поддерживают заданную температуру р-ра.

При работе с бикарбонатным буфером для стабилизации pH диализирующего р-ра применяют продувание его смесью кислорода и углекислого газа, и поэтому требуется частый контроль pH раствора.

Современные аппараты И. п. включают в себя мониторы, обеспечивающие контроль давления крови в аппарате, попадания воздуха в кровоток больного, утечки крови в диализирующий р-р, а также скорости прохождения через И. п. диализирующего р-ра и давления его в диализаторе. Измерение величины ультрафильтрации в течение гемодиализа осуществляется гл. обр. с помощью кровати-весов, не входящих в И. п. При нарушении целости мембраны и выходе крови в диализирующий р-р срабатывают автоматические системы прекращения гемодиализа. Применяют так наз. детекторы уровня, или воздушные детекторы, которые следят за уровнем крови в специальной камере (ловушка воздуха) венозной магистрали, что надежно предупреждает возможность воздушной эмболии. Датчики давления контролируют уровень положительного давления крови в диализаторе. Скорость движения р-ра также может широко варьировать, и поэтому почти все аппараты И. п. снабжены расходомерами (флоуметрами).

Безопасность больного основана на том, что в И. п. имеются приборы, которые в случае повышения или занижения заданных условий подают световые и звуковые сигналы тревоги. В некоторых случаях, как, напр., при превышении установленного давления крови, при попадании воздуха в кровепроводящую систему, крови в диализирующий р-р, при увеличении температуры диализирующего р-ра выше установленных границ, поток крови и диализ автоматически прерываются. Прерывание потока крови осуществляется посредством электромагнитных зажимов.

Стерилизация

Стерильность и апирогенность диализаторов и кровепроводящей системы более надежны в одноразовых устройствах. Все элементы, которые в ходе диализа имеют контакт с кровью больного, собирают в заводских условиях, упаковывают и стерилизуют с помощью окиси этилена, гамма-облучением или формалином. Существенный недостаток систем однократного использования- их дороговизна. Поэтому еще широко используются диализаторы повторного применения. В этих случаях подготовка аппарата к работе осуществляется непосредственно в леч. учреждении. Перед употреблением диализатор и магистрали крови заполняют 2% р-ром формалина, что дает наиболее полный стерилизационный эффект. Непосредственно перед операцией систему отмывают стерильным физиол, р-ром с гепарином (требуется 2 л физиол, р-ра). Подготовка аппарата к работе занимает всего 30-40 мин. Систему диализирующего р-ра периодически подвергают стерилизации формалином. Это особенно важно для аппаратов с рециркуляцией, т. к. в этом случае бактериальное загрязнение системы диализа происходит очень быстро, что может повести к возникновению пирогенных реакций за счет проникновения бактериальных токсинов через мембрану.

Нетрадиционные формы внепочечного очищения крови

Новым подходом к созданию И. п. является предложенный Гендерсоном (Henderson) и соавт. (1967) принцип, названный ими диафильтрацией. Он основан на быстром удалении с помощью специальных мембран ультрафильтрата плазмы с одновременным восполнением потерь воды и электролитов в соответствии с конкретными условиями лечения. Преимущество такого подхода заключается в том, что при ультрафильтрации практически одинаково хорошо можно удалять как низкомолекулярные, так и среднемолекулярные метаболиты. Полагают, что среди последних имеются вещества, ответственные за проявления уремической интоксикации, которые при традиционном гемодиализе удаляются значительно хуже, чем низкомолекулярные. К преимуществам метода следует отнести также и исключение из конструкции устройства для приготовления и подачи диализирующего р-ра.

Другим направлением является регенерация диализирующего р-ра. Созданные для этой цели устройства позволяют вести гемодиализ при непрерывной рециркуляции ограниченного количества диализирующего р-ра (5-30 л). В этом случае резко сокращаются габариты И. п.

Дальнейшее совершенствование И. п., работающих по такому принципу, позволяет рассчитывать на создание в будущем носимой больным малогабаритной искусственной почки. Первые прототипы таких систем уже разработаны. Другой подход к созданию носимой искусственной почки основан на использовании небольшого ультрафильтрующего приспособления, подсоединенного к сосудам больного. Получаемый ультрафильтрат может подвергаться регенерации (напр., с использованием адсорбентов).

Оригинальный подход к разработке устройств для внепочечного очищения крови, основанный на использовании так называемых искусственных клеток, предложен Чейнгом (Т. Chang, 1969). Искусственные клетки представляют собой покрытые полупроницаемой мембраной микрокапсулы, содержащие субстрат, способный поглощать или обеспечивать нужные превращения метаболитов или токсинов (напр., сорбенты, иониты, ферменты). Устройства, содержащие инкапсулированные активные угли, используют в качестве дополнения обычного гемодиализа, а при отравлениях их применение имеет самостоятельное значение. Патроны с инкапсулированным сорбентом подключают к кровеносным сосудам больного, так же как И. п.

Библиография: Дерябин И. И. и Лизанец М. Н. Искусственная почка, М., 1973, библиогр.; Пытель А. Я. и д р. Искусственная почка и ее клиническое применение, М., 1961; D i t t г i с h Р. u. a. Hamodialyse und Peritonealdialyse, B. u. a., 1970, Bibliogr.; Fritz K. W. Hamodialyse, Stuttgart, 1966; Renal dialysis, ed. by D. Whelpton, Philadelphia, 1974.

E. Б. Горбовицкий, Г. П. Кулаков, Э. Р. Левицкий.

При тяжелом нарушении функционирования почек иногда прибегают к искусственной замене главной функции органа. Искусственная почка в будущем должна полноценно заменить функцию выделения жидкости. Она будет очищать кровь от вредных веществ, корректировать здоровый баланс кислотности, способствовать выведению токсичных продуктов и достаточному оттоку излишка воды. Но задача такого аппарата - очистка крови при сохранении ее нормального объема. Ученые близки к величайшему прорыву в области биоинженерии - они могут создать имплант, который сможет полноценно заменить тяжелобольной орган.

Общая информация

Американский изобретатель Джон Абель создал аппарат в 1913 году, являющийся прототипом современной искусственной почки. Впервые аппарат был использован в 1944 году ученым-медиком Вильямом Колфом. Аппарат для имеет довольно объемные размеры. Сейчас, чтобы пройти процедуру очищения крови, человек должен находиться в больнице по несколько часов минимум 2 раза в неделю. Такая процедура очищает кровь от отходов в среднем на 60%.

Описание технологии и принцип работы

Первая решилась протестировать на себе такое устройство женщина 67 лет. Она была больна тяжелой почечной недостаточностью, которая повлекла за собой интоксикацию организма. Процедура прошла успешно. В 2007 году было представлено портативное устройство для гемодиализа. Оно небольших размеров и весит не более 4 кг. Врачи называют это устройство «Носимая Искусственная Почка» (НИП). Для человека, который страдает тяжелым заболеванием почек, можно иметь при себе такой аппарат постоянно. При необходимости его будет подключать врач к вене и происходит процедура очищения крови. Минус такого аппарата в том, что очищение пока происходит намного медленнее, чем в стационарной версии. Размещаться этот аппарат будет на поясе пациента, куда будут присоединены насосы для перекачивания крови и сменные кассеты с очищающим материалом.

Чарльзом Дженнингсом в 2004 году впервые протестирована переносная искусственная почка. Зарегистрирована в Патентном бюро она с 2006 года в Соединенных Штатах.

Совсем недавно медицинские ученые Калифорнийского университета выступили с заявлением, что создана имплантируемая почка. Она содержит в себе множество микрофильтров, которые будут постоянно очищать кровь больного человека. На примере портативного переносного устройства был протестирован и этот почечный имплант, в результате доказав свою продуктивность. Новые современные технологии брошены на поиск метода создания компактного устройства, содержащего настоящие клетки. Имплантируемый аппарат должен быть не больше настоящего органа для успешного внедрения в организм человека.

Биоинженерная почка у человека

В 2010 году ученые изобрели гемодиализный имплант, который по своим размерам соответствует почке. Он содержит в себе биореактор с культурой клеток, которые составляют почечные канальцы. Такой имплант полноценно заменяет обменные функции. Его работа выполняется благодаря циркуляции крови больного. Имплант позволяет заменить больной орган и не требует донорского здорового органа. С 2013 года проект возобновлен и сейчас проводятся разработки по его созданию методами биоинженерии.

Этапы разработки искусственной почки

Активная разработка по выращиванию имплантов на бесклеточной основе прошли успешные испытания на крысах. Информация была опубликована в известных американских журналах. Начало выращиванию имплантируемой почки положили эксперименты по вымыванию клеточной ткани из нефункционирующего органа. Сама почка не изменяла форму и структуру, а на межклеточном уровне были помещены специальные белки, подающие сигнал к росту. Далее проводилась процедура промывания матрикса клетками, которые были изъяты из почек новорожденных крыс. Они локализировались на пустых местах, занимая нужный пробел и начинали производить обычные функции. Такую имплантируемую почку уже пересаживали крысам вместо настоящего органа.

Это прорыв в медицине, так как такие импланты позволят решить проблему нехватки донорских органов. При их создании использовали современные нанотехнологии, которые давно применяются в микроэлектронике. Искусственная почка, пропуская через себя кровь, форменные элементы оставляет неповрежденными. Встроенные фильтры, имеющие в себе микропоры, располагаясь друг за другом, отменно выполняют фильтрацию. Их число достигает 15 штук. Вокруг фильтров размещены живые почечные клетки для обеспечения таких функций, которые не в силах выполнить искусственный аппарат. В основном это функции обмена полезных веществ и выведения из организма отходов.