Искусственная почка - полимеры медицинского назначения
Этот аппарат предназначен для функциональной замены естественных почек, способность которых очищать кровь временно нарушена или утрачена. Современный аппарат «искусственная почка» представляет собой исключительно сложное и тонкое устройство. По механизму действия оно во многом отличается от естественного прототипа, хотя выполняет те же функции, по крайней мере те из них, которые связаны с очищением крови. Известно, что деятельность естественных почек сводится к следующим основным функциям:
- Регулирование системы вода-электролит, а именно водной компоненты, Na+, К+, Са2+- Mg2+, Cl-, Н2РО4-- кислотноосновного равновесия (НСО3, pH)- осмотического давления.
- выведение продуктов метаболизма: мочевины, креатинина, мочевой кислоты и. токсичных веществ, представляющих собой высокомолекулярные соединения (малой и средней степени полимеризации), структура которых еще не расшифрована;
- элиминирование из организма лекарственных веществ;
- регулирование кровяного давления;
- регулирование количества эритроцитов;
- активизация витамина D.
Первые три функции, относящиеся к диализу крови, могут быть переданы искусственной почке. На рис. 6 представлены в общем виде схемы деятельности естественной и искусственной почек, выполняющих указанные функции.
Рис. 6. Функционирование естественной и искусственной почек. А — естественная почка- Б — искусственная почка.
В естественной почке артериальная кровь фильтруется гломерулами и из нее выделяется первичная моча (фильтрат). Скорость процесса достигает 120 мл/мин- таким образом, за сутки перерабатывается от 170 до 180 л крови. Известно, что состав мочи, исключая растворы полимерных веществ, молекулярная масса которых превышает 60 000, а также формирующие ингредиенты, может быть отождествлен с составом плазмы крови, а потому справедливо сказать, что фильтрация гломерулами происходит просто в потоке. Вслед за гломерулами расположены проксимальные мочевые канальцы, где выделяется вода, количество которой соответствует примерно 2/3 первичной мочи. Этому ресорбированию (в проксимальных канальцах выделяется 99% воды) предшествует активный перенос ионов Na+. Одновременно с ним там же ресорбируются К+, С1~, Са2+, декстроза, аминокислоты, витамины, гормоны и другие вещества в растворах, необходимые для жизнедеятельности организма.
Бесполезные и вредные вещества, в частности ионы К+, Н+, соли аммония, а также фенол, аминогиппуровая кислота, пенициллин, тетраэтиламмоний и другие органические примеси, эффективно извлекаются и отводятся по почечным канальцам с последующим выделением из организма наружу.
Рис. 7. Принципиальная схема функционирования почки.
Механизм активного переноса ионов Na+ в настоящее время еще во многом неясен, однако и косвенным путем удается получить достаточно широкую информацию о нем. Так, перенос веществ, представляющий собой специфическую функцию диафрагм и мембран живого организма, осуществляется в направлении более высокого энергетического уровня, а потому объем кислорода, усваиваемого почками, меньше общего потребления кислорода (всем организмом) лишь на 10%, т. е. достигает чрезвычайно большого значения. По этому параметру можно составить общее представление о том, насколько интенсивна деятельность организма, связанная с переработкой продуктов метаболического процесса. Характерно, что эта величина очень хорошо совпадает с тем огромным объемом материальных затрат (включая работу обслуживающего персонала), которые необходимо осуществить только для того, чтобы имитировать процессы единого очистного (осветляющего) комплекса. Если же в ходе фильтрации, ресорбции, выделения и других актов возникнут какие бы то ни было отклонения, то начнется почечная недостаточность, и организм не сможет функционировать нормально.
В области регулирования кровяного давления и количества эритроцитов, а также активизации витамина D функции естественных почек не поддаются имитированию, а потому эффективным средством здесь является только медикаментозная терапия.
Таблица 15. Вещества (в растворе), выводимые из организма путем диализа, и концентрация их в крови
Вещества, единицыизмерения | Концентрация в кровиздорового человека (в 1 л) | Количество вещества,выводимого с мочой из организма за 1 сут | Концентрация в 1 л кровипациента, страдающего почечной недостаточностью | Количество вещества,удаленное из организма после 6—8 ч диализа | |
до диализа | после диализа | ||||
Вода, л | 1,5—2 | 2 | |||
Na+,мэкв Видео: Парентеральное питание - объём, электролиты, осмолярность, рН? Е.П.Ананьев | 135-145 | 100—300 Видео: Процесс налаживания гипсового бинта Медитек-М | 135—145 | 135—145 | 0—700 |
К+, мэкв | 3,5-5,5 | 75—150 | 3,5—5,5 | 3,5—4,0 | 0—150 |
Са2+, мэкв | 4,8—5,6 | 4,8-5,6 | 4,8-5,6 | 0 | |
Mg2+,мэкв | 1,8-2,3 | 5—10 | 1,8—4,0 | 1,8—2,3 | 0—10 |
С1, мэкв Видео: The two sides | 97—105 Видео: Операцию по пересадке печени от погибшего человека впервые провели в РК | 100—300 | 97—105 | 97—105 | 0—500 |
НС03, мэкв | 25—28 | 15—22 | 25-32 | ||
Р, мг | 30—45 | 1 000—1 500 | 40—80 | 30—50 | 200—2000 |
S4-2,мэкв | 1 | 25 | 5—10 | 1 | 50—100 |
Мочевина, мг | 50—200 | 12 000—30 000 | 500—1000 | 20—400 | 12 000—30 000 |
Креатинин, мг | 8—18 | 450—3 000 | 80—160 | 40—100 | 1 000—5 000 |
Мочевая кислота, мг | 50 | 600 | 100—150 | 50—100 | 1 000—4 000 |
Прочие вещества*,строение которых не расшифровано, мг | Неизвестно | 1 000 | Неизвестно | ||
Кроме фосфор- и серусодержащих соединений и фенолов, к ним относятся ядовитые вещества со средней молекулярной массой.
На рис. 7 видно, что в естественной почке поток крови движется от капсулы Боумена* в пределах проксимального мочевого канальца, петли Хенле, дистального мочевого канальца, трубки-коллектора, т. е. в пределах пленок разного назначения- в процессе этого движения кровь осветляется. В искусственной же почке кровь подвергается очистке только путем диализа через целлюлозную мембрану, да и процесс очистки представляет собой лишь пассивный перенос субстанции, который не включает ни фильтрования, ни ресорбции. Все сводится лишь к тому, что для удаления вредных веществ, например мочевины, в диализате устанавливают нулевую концентрацию этих веществ. В случае же глюкозы и других не подлежащих элиминированию субстанций концентрацию последних в диализате, наоборот, повышают. Как видно из схемы (см. рис. 6) осветление крови осуществляют только при помощи этих двух актов. Удаление воды достигается ультрафильтрацией под действием разности давлений. В табл. 15 приведены вещества, элиминируемые с мочой из организма- представлено количество этих веществ после одного цикла гемодиализа- сравниваются составы крови (до и после диализа) человека здорового и страдающего хронической почечной недостаточностью.
* Капсулы Боумена — Шумлянркого — Примеч. ред.
Известно, что жизнь невозможна без постоянного поддержания материального и энергетического баланса в биосистемах. Положение это достаточно убедительно иллюстрируется, например, круговоротом азота в организме. Так, простое сравнение количества азота, который содержится в белках, поступающих в организм с продуктами питания (имеется в виду усвоенная часть азота), с общим его содержанием в мочевине, креатинине, мочевой кислоте и других выделяемых из организма продуктах метаболизма свидетельствует о том, что при достаточно длительном наблюдении оба показателя должны в перспективе совпасть. То же можно сказать о воде, углеводах, электролитах и многих других веществах. Мочевина (H2NCONH2), например, на 47% состоит из азота, который происходит из химически устойчивых азотсодержащих соединений, образующихся при трансформациях конечных продуктов белкового метаболизма. В этом — одно из проявлений высочайшей целесообразности и завершенности всех естественных отправлений.
В то же время простая необходимость вывести мочу из организма при хронической почечной недостаточности является проблемой, для разрешения которой современная медицина располагает только одним радикальным средством — диализом крови. Целесообразно рассмотреть этот процесс более детально.
