Регулярный гемодиализ наряду с трансплантацией почки в настоящее время является основным методом лечения почечной недостаточности. Гемодиализ ‒ метод внепочечного очищения крови при острой и хронической почечной недостаточности. Процедура диализа проводится пациенту продолжительностью 4 – 5 часов 2 – 3 раза в неделю на аппарате «искусственная почка», позволяющим временно замещать функции почек. Главным элементом аппарата является диализатор ‒ стерильный фильтр, удаляющий токсины и обогащающий кровь полезными веществами.

От свойств фильтра и активной мембраны зависит эффективность лечения. Диализаторы отличаются следующими показателями: конструктивным исполнением, материалом мембраны, объемом наполнения контура кровью, проницаемостью мембраны, площадью фильтрующей поверхности, способом стерилизации.

Так история отечественного гемодиализа начинается с пластинчатых диализаторов. Так, первый в Советском Союзе аппарат «искусственная почка» был создан в НИИ экспериментальной хирургической аппаратуры и инструментов (НИИ ЭХАИ) в 1957 г. М.Г. Ананьевым, Е.А. Вайнрибом, Ю.М. Козловым и Е.Б. Горбовицким. В основу модели был положен пластинчатый диализатор, изготовленный из органического стекла [3].

В настоящее время в качестве диализирующей части диализаторов широко применяются полые волокна из различных полимерных материалов. Впервые на клинической практике половолоконные диализаторы опробованы в 1960-х гг. [13]. Основное преимущество от использования полых волокон заключается в том, что в аппарате малого объема можно развить большую мембранную поверхность. Кроме того, достоинствами таких диализаторов являются высокая удельная производительность, высокая плотность упаковки.

Половолоконный диализатор представляет собой пластмассовый, стеклянный или металлический корпус, закрытый крышками с уплотнителями, в который помещен пучок параллельно уложенных полых волокон, концевые части которых закреплены в пластмассовом блоке-коллекторе. Для закрепления концов волокон используют заливочные полимерные составы. В один из штуцеров корпуса аппарата подают диализат, разделяемую кровь подают в каналы волокон через штуцер крышки аппарата (Рисунок 1) [2].

Актуальной задачей на сегодняшний день является не столько разработка новых аппаратов «искусственная почка» и комплектующих узлов - диализаторов, сколько модификация и усовершенствование их конструкций [14,15]. Так в работе авторами [4] предложен капиллярный диализатор, обеспечивающий возможность эффективного воздействия на протекающую в нем очищаемую нативную кровь электрическими и магнитными полями, а также возможность быстрого отбора проб диализной жидкости для ее дальнейшего анализа. Данный результат достигается созданием капиллярного диализатора (Рисунок 2), содержащего корпус, входные и выходные штуцера для подачи и отвода крови и диализной жидкости и параллельно расположенные диализные трубки, при этом, корпус диализатора выполнен с кольцевым сечением, образующим его внешний контур, который соединен с входными и выходными штуцерами для подачи диализной жидкости, а диализные трубки размещены во внешнем контуре диализатора и соединены со штуцерами подачи и отвода крови, образуя внутренний контур диализатора, при этом внешний контур диализатора снабжен электродами.


Изготовление диализатора данным методом позволяет существенно уменьшить ширину его внешнего контура, в котором располагаются диализные трубки с протекающей по ним нативной кровью, без снижения величины объемного кровотока диализатора, и увеличить, таким образом, напряженность магнитного поля, воздействующего на кровь.

Одним из важных параметров, определяющим эффективность очистки крови при использовании мембранных массообменных устройств, является конвекция низко- и среднемолекулярных веществ, входящих в состав крови, через диализную мембрану [1]. Авторами изобретения [5] предложен вариант картриджа для гемодиализа (Рисунок 3).

Устройство содержит мембрану, отсек для крови, предназначенный для циркулирования крови/плазмы, отсек для гемодиализного раствора. Отсек для крови / плазмы отделен от отсека для гемодиализного раствора. В картридж введены первый электрод, расположенный непосредственно в отсеке для крови/плазмы или в его входной части, и второй электрод, имеющий противоположный заряд и расположенный непосредственно в отсеке для гемодиализного раствора или во входной части картриджа. Добавление процедуры ионофореза позволяет сократить время диализа и обеспечивает улучшенное выведение мочевины, креатина и некоторых токсических соединений из крови.

Существенной проблемой может являться недостаточная герметизация диализатора. Для решения данной задачи предложены половолоконные диализаторы [6,7]. Диализатор с улучшенной конструкцией, запатентованный фирмой «Terumo» позволяет равномерно распределять кровь по всему объему диализатора, уменьшая, таким образом, свертываемость крови и забивание волокон [6]. Диализатор же фирмы «Fresenius» [7] отличается от аналогов использованием менее дорогих материалов и дополнительно содержит в конструкции герметизирующее кольцо. Близкой по решаемой задаче является изобретения  [8,9]. Впускной и выпускной каналы диализата включают множество канавок, имеющих полукруглую структуру и распространяющихся частично вдоль пучка волокон. Канавки определяют расширенную перфузию диализата внутрь пучка волокон, увеличив, тем самым, зазор диализа.

В процессе диализа необходима равномерная нагрузка волокон. Диализирующая жидкость создает давление на волокна, таким образом, разность сил отвечает за большую часть искажений и разрывов волокон. Половолоконный диализатор [10] преодолевает недостатки существующих аналогов путем использования нового дизайна картриджа с распределительным кольцом диализирующей жидкости. Распределительное кольцо отделяет внутреннюю камеру диализатора от портов диализа и создает однородный поток диализирующей жидкости на полые волокна. По результатам клинических испытаний диализатор с новым кольцом распределения показал значительно более низкую интенсивность отказов. Также авторами [11] поставлена цель – достижение равномерной нагрузки крови на волокна. Данная задача решается линейным уменьшением площади поперечного сечения изогнутого канала крови в направлении потока текучей среды. Кровь из канала будет течь радиально в каждой угловой области, что приведет к оптимальному использованию объема волокна.

Авторами [12] создан диализатор с двумя ступенями фильтрации, частично отделенные друг от друга стенкой и состоящие из концентрично расположенных половолоконных мембран, причем концы волокон встроены в заливочный компаунд. Первая ступень фильтра предназначена для фильтрации диализата, а вторая ступень фильтра для фильтрации крови. Преимущество данного диализатора состоит в комплексном расположении ультрафильтра и фильтра крови, что обеспечивает микробиологическую чистоту жидкостей. В результате эффект от нескольких фильтров можно достигнуть одним фильтром.

Таким образом, проанализировав конструкции различных половолоконных гемодиализаторов, можно сказать, что модификация данных диализаторов, в силу их широкого применения, является перспективной на сегодняшний день и позволяет увеличить качественные/количественные характеристики диализа. Также конструктивные изменения сделают процедуру гемодиализа безопасной и комфортной для пациентов.

Список литературы

1.     Базаев Н.А. Конвективный массоперенос метаболитов в диализаторах / Н.А. Базаев // Вестник МГОУ.- 2010, № 3.- С. 12 - 18.

2.     Каграманов Г.Г. Диффузионные мембранные процессы. Диализ: учеб. пособие / Г.Г. Каграманов, Е.Н. Фарносова.- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013.- 112 с.

3.     Латушин С.В. История гемодиализа в России / С.В. Латушин // Альманах клинической медицины. – 2009,№ 20.- С. 59 - 65.

4.     Полезная модель РФ 94858 (2009). 5. Патент РФ 2323015 (2008).

6. Патент US5160615 (1992).

7. Патент US6830685 (2004).

8. Патент WO2002098490 A1 (2002).

9. Патент US6623638B2 (2003).

10. Патент US6802821B2 (2004).

11. Патент US7713412B2 (2010).

12. Патент US20130020250 A1 (2013).

13. Stewart R.D., Lipps B.J., Baretta E.D., Piering W.R., Roth D.A., Sargent J.A. Short-term hemodialysis with the capillary kidney. Trans Am Soc Artif Intern Organs.- 1968.- № 14, С. 121 - 125.

14. Юсупов  Д.И.  XIV  Международная  научно-практическая  конференция  «Современные  техника  и технологии», 2008.- С. 600 - 602.

15. Zbylut J. Twardowski. Hemodialysis International.- 2008, № 12, Р. 173 - 210.