Искусственная почка

Искусственная почка — это аппарат или устройство, предназначенное для временного или постоянного замещения выделительной функции почек, в первую очередь — для очищения крови от продуктов азотистого обмена (мочевины, креатинина), избытка воды, электролитов и токсинов. Искусственная почка является основным компонентом процедуры гемодиализа — метода экстракорпорального очищения крови, применяемого при острой и хронической почечной недостаточности.

История

Первые попытки создать устройство, способное заменить функцию почек, относятся к началу XX века. В 1913 году американский фармаколог Джон Абель с коллегами провёл эксперимент по «вивидиффузии» — пропусканию крови животных через целлофановые мембраны. Однако практическое применение стало возможным лишь после разработки гепарина (1930-е годы) и создания полупроницаемых мембран.

Первый успешный гемодиализ у человека провёл голландский врач Виллем Колфф в 1943 году. Его аппарат представлял собой вращающийся барабан с целлофановыми трубками, погружёнными в диализирующий раствор. Колфф использовал его для лечения пациентов с острой почечной недостаточностью. В 1945 году он добился первого выживания пациента.

В СССР первые исследования в области гемодиализа начались в 1950-х годах. В 1958 году в Москве был создан первый отечественный аппарат «искусственная почка» под руководством С. И. Рябова и Ю. М. Лопухина. В 1960-е годы аппараты стали применяться в крупных больницах для лечения хронической почечной недостаточности.

Современные аппараты для гемодиализа (диализные мониторы) представляют собой компьютеризированные системы, обеспечивающие точный контроль параметров процедуры: скорость кровотока, состав и температуру диализирующего раствора, ультрафильтрацию.

Устройство и принцип действия

Основным элементом искусственной почки является диализатор — устройство, в котором происходит массообмен между кровью и диализирующим раствором через полупроницаемую мембрану. Кровь течёт с одной стороны мембраны, а диализирующий раствор — с другой, в противоположном направлении (противоточный принцип). За счёт разницы концентраций и гидростатического давления через мембрану диффундируют низкомолекулярные вещества (мочевина, креатинин, калий) и избыток воды.

Основные компоненты системы

• Диализатор — колонка с тысячами полых волокон (капилляров) из синтетических мембран (полисульфон, полиамид, полиметилметакрилат). Площадь поверхности мембраны у взрослых пациентов составляет 1,5–2,5 м².
• Магистрали для крови — трубки, соединяющие артериовенозный доступ пациента с диализатором.
• Диализирующий раствор — стерильный раствор электролитов (натрий, калий, кальций, магний, хлор, бикарбонат), близкий по составу к плазме крови. Подаётся из центральной системы или готовится аппаратом из концентрата.
• Насосы и сенсоры — роликовый насос для крови, насосы для раствора, датчики давления, воздушные детекторы, датчики утечки крови.
• Ультрафильтрация — удаление избытка воды из крови за счёт создания отрицательного давления на стороне диализирующего раствора.

Процедура длится 3–5 часов, проводится 3 раза в неделю при хронической почечной недостаточности.

Виды искусственной почки

Искусственные почки классифицируются по конструкции, назначению и степени мобильности.

По типу диализатора

• Пластинчатые (параллельно-поточные) — мембрана расположена между пластинами, кровь и раствор текут в тонких слоях. Исторически первый тип, сейчас вытеснен волоконными.
• Волоконные (капиллярные) — наиболее распространённые. Кровь проходит внутри полых волокон, а раствор омывает их снаружи. Обеспечивают высокую эффективность и минимальный объём крови в экстракорпоральном контуре.

По назначению

• Аппараты для гемодиализа — стационарные или портативные системы, используемые в диализных центрах или на дому.
• Портативные (носимые) искусственные почки — экспериментальные устройства, предназначенные для непрерывного или периодического использования в повседневной жизни. Разрабатываются с 2010-х годов, но пока не получили широкого распространения.
• Имплантируемые искусственные почки — устройства, вживляемые в организм. Находятся на стадии доклинических и клинических испытаний. Пример — биоинженерная почка (биогибридная система) с использованием клеток почечных канальцев.

По способу доступа к крови

• Артериовенозная фистула — хирургическое соединение артерии и вены (наиболее распространённый и долговечный доступ).
• Сосудистый катетер — временный доступ через центральную вену (подключичную, яремную или бедренную).
• Синтетический сосудистый протез — используется при невозможности создания фистулы.

Применение

Искусственная почка применяется в следующих клинических ситуациях:

• Хроническая болезнь почек (ХБП) 5 стадии — терминальная почечная недостаточность, когда собственные почки утрачивают более 85–90 % функции. Гемодиализ является одним из методов заместительной почечной терапии наряду с перитонеальным диализом и трансплантацией почки.
• Острое повреждение почек (ОПП) — временное нарушение функции почек, вызванное шоком, сепсисом, отравлением или травмой. В этих случаях гемодиализ может быть временным, до восстановления функции.
• Отравления — удаление диализируемых токсинов (алкоголь, салицилаты, литий, метанол, этиленгликоль). Для этого используется гемодиализ с высокой скоростью кровотока.
• Коррекция электролитных нарушений — гиперкалиемия (опасное повышение калия), гиперкальциемия, метаболический ацидоз.

В России, по данным регистра заместительной почечной терапии, на 2023 год более 50 000 пациентов находятся на программном гемодиализе. Процедуры проводятся в государственных и частных диализных центрах, а также в домашних условиях (при наличии специального оборудования и обучении пациента).

Осложнения и ограничения

Гемодиализ не является полной заменой функции почек — он не воспроизводит эндокринную (выработка эритропоэтина, активация витамина D) и метаболическую функции. Поэтому пациенты на диализе нуждаются в дополнительной терапии: эритропоэтином, препаратами железа, витамином D, фосфатсвязывающими средствами.

Возможные осложнения:

• Гипотензия — снижение артериального давления во время процедуры из-за быстрой ультрафильтрации.
• Судороги мышц — связаны с удалением воды и электролитов.
• Инфекции — риск инфицирования сосудистого доступа (фистулит, катетер-ассоциированная инфекция).
• Амилоидоз — отложение белка бета-2-микроглобулина, связанное с длительным диализом.
• Анемия — недостаточная выработка эритропоэтина, усугубляемая потерями крови в диализаторе.

Перспективы развития

Современные исследования направлены на создание полностью имплантируемой биоискусственной почки, которая сочетала бы гемофильтрацию с биологическими функциями (реабсорбция, метаболизм). Разрабатываются также носимые устройства с непрерывным диализом, системы на основе нанофильтрации и регенерации диализирующего раствора. В 2023 году в США начались клинические испытания прототипа имплантируемой почки, разработанного командой Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF).

В России ведутся работы по созданию отечественных диализаторов и мембран, в том числе в рамках импортозамещения. В 2022 году на базе Национального медицинского исследовательского центра трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова начались испытания нового поколения диализных аппаратов.

Источники

• Хроническая болезнь почек: клинические рекомендации Министерства здравоохранения РФ, 2021.
• Рябов С. И., Лопухин Ю. М. Искусственная почка: история и современность. — М.: Медицина, 1985.
• Колфф В. Первый гемодиализ: историческая справка. — Journal of the American Society of Nephrology, 1997.
• Регистр заместительной почечной терапии Российской Федерации, 2023.
• Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов им. В. И. Шумакова.