人工肾的发展

人工肾的未来：走向便携和微型化

作者：大连市中心医院高恺译杨荣利校来源：中华医学会重症医学会分会日期：2011-08-24

摘要：透析研究的新方向包括治疗治疗成本更低，家庭疗法和简化血液净化方法。这些目标可能要通过利用新兴的学科，例如微型化、微流体技术、纳米技术在人工肾领域改革来实现。这项研究可能会使透析进入新时代，新的挑战包括可移动性、便携性，甚至可植入装置。虽然我们还没有实现，但是最近发表的一系列新论文，展示出有趣而且很有前景的可穿戴的超滤系统（WUF）和可穿戴的人工肾（WAK）。一些人工肾应用体外血液净化的方法，另外一部分人工肾应用腹膜透析的方法（ViWAK和AWAK）。值得一提的是在体内水分过多和充血性心力衰竭的时候可使用可携带的超滤系统进行治疗（WAKMAN），这一系统有助于实现院外治疗，并减少并发症和提高耐受性。在可携带式人工肾的研究中取得了新的发现，例如可应用于新生儿的血滤系统（CARPEDIEM）。新生儿实际上是典型的能从透析微型化中受益的。我们希望通过协作努力，使佩戴式人工肾称为一个现实，而不是一个梦想。

介绍

随着终末期肾病（ESKD）患者的逐渐增加，肾脏替代治疗的需求快速增长。血液透析与腹膜透析表现出可靠的治疗形式，可以为患者提供显著而持久的生存时间。但是，由于血液透析是间歇进行的，体液和电解在透析期内和间期移动，导致一定程度的非生理性。腹膜透析是唯一真正模仿肾脏治疗，因为它提供了一种可持续性的肾脏替代治疗，该治疗可以平稳地移除体液和纠正尿毒症异常，耐受性好。虽然透析疗法对于发达地区是一种常规治疗，但是对于欠发达的地区却仍然是一个挑战。同时，即使透析是在配备精良仪器的透析中心进行，患者的生活质量仍然不高，日常生活明显受限。

最后但同样重要的是，在某些国家，只有私人保险或扶持可以支付的医疗单位，才提供透析治疗。总之，尽管我们认为透析是一种被认可的常规治疗，在地球上的某些地区，这种治疗常常不能得到或者只能部分得到，因为它昂贵，患者无力承担。这种治疗可能效果明显，但是仍会限制患者的移动和正常生活。因此，什么是若干年后步入下一代人工肾治疗的挑战呢？我们建议透析应更简单，使该治疗可以大规模开展和廉价，可以使所有需要该治疗的患者能够得到治疗，最终该治疗应该达到便携式或可穿戴式，可以不限制患者的移动。最后一方面回到先前提到的一点，可以移动的透析意味着非固定护理、家庭护理和最终自主护理。这转而意味着一个更简单和更廉价的治疗，减少用于大型透析中心的花费，而将费用集中用于单个患者及其临床所需。

透析的财政问题

慢性病的经济负担是所有公共保健服务的主要问题。对终末期肾病患者透析服务日益增长的需求正面临一个真正的问题，即在各个国家这种治疗方法不能提供给所有患者。在世界的大部分地区可能需要构想出一种更便宜、更简单的透析护理。大医院只能提供最初的和并发症的管理。尽管腹膜透析液的供应在一些地区非常昂贵而且很难生产，但腹膜透析仍是一种潜在的治疗方法。其他的解决方法可以通过创新来实现，如吸附疗法、微小便携式或可佩戴的透析方法，这些设备只需要很少的水就可以完成。这项技术尚未成功，但它可以代表在未来几年的研究目标，因此，我们需要作出努力，创造出新型的、效能价格合算的设备。使这种设备能够以合理的价格投入到大规模的应用中。这种创新可能使透析每天甚至连续进行，而且还不会对已经不足的卫生财政投入增加负担。

人人享有透析治疗

在发达的国家及发展中国家，人口结构正在发生变化。在这所谓的发达国家，老年人常常是孤苦伶仃，各方面都得自己照顾自己。为了追求更好的、更高的回报的工作，家里的青年人背井离乡，传统的家庭观念已经被摧毁。而在发展中国家，家庭仍是紧密不分离的，但这样就需要更多的物质及金钱，因此所有的青年人都得离家出去找工作。在这样的环境下，健康护理人员开始负责为那些需要昂贵复杂治疗的孤单老人提供服务。一种简单透析治疗是尽量可以使患者自己掌握治疗方法，一种可控技术性并发症的简易的治疗提供的自我治疗可以减少治疗费用，适合在家庭推广。

透析时间

虽然新试验是日夜持续透析，但是当前的肾脏替代治疗还分为三期。这种模式依然受生活质量、发病率和死亡率的限制。最近几年，有数百篇的外文报道称，如果透析治疗越早越持久，其治疗效果也会有显著提高。健康人的肾脏每周168小时进行血液滤过。显然，每周进行12小时的血液透析是不够的，最终降低生活质量及引起发病-死亡率升高。随着患者从传统的每周三次透析到每日透析治疗，有报道称这种方法能够显著提高患者的生活质量（例如，放宽饮食及液体限制等）。同时，也降低了治疗成本、并发症、生理症状、入院率及住院率。

有报道称，每日透析可以提高血容量，不再补充磷酸盐，无钠潴留，增加食欲及营养物质，减少高血压，减少降压药的应用，无高钾血症，降低发病率及死亡率，无骨质破坏，贫血发生率减少，无代谢性酸中毒、减少心血管疾病及卒中发生，提高血清白蛋白水平。每日透析能够在大范围开展是不可能的。很多患者不情愿在家中进行透析，一方面原因是没有专业的护士和技术人员来指导他们进行透析治疗，另一方面政府也不愿意承担这部分额外的透析费用。而且，还要寻找一种持续的透析方法，使ESKD病人能够获得足够透析剂量，进而提高透析效率，同时也减少人力支出和降低成本。

便携式和微型化透析设备

持续性透析允许明显的高剂量治疗，但是不能在现今的技术下实施。机器太重，必须靠近墙上的插座，并需要很多水，因此急需技术上的突破，去改善每天或持续性透析。而持续非卧床腹膜透析至今还没研制成功。解决体外血液透析的便携式问题使得每天夜间治疗简单易行。然而，这些方法至今都未成功，原因是复杂技术和很难给每个患者使用的不现实的设备，限制了其在一个大规模基础的运用。新一代设备的发展，使得通过简单的输送系统可以持续性携带及工作，带来了新的可能性。这些系统被称为便携式人工肾脏，最近已经被试验了。想想如果着眼于这些设备系列的研究，透析治疗可能会变得更简单、便宜，并带来重要的临床益处，因为在保证治疗的连续性同时，允许患者移动和提供给患者更多康复的机会。

携带式人工肾的发展是一项技术挑战

可穿戴人工肾（WDD）的开发需要ESKD患者临床和技术问题方面更深层次的理论支持，同时还需要ESKD患者为了追求革新，相信“逃出盒子”。

第一个挑战是要开发出一条适当的血管通路，允许血流速度为100ml/min，这种血流通路不同于慢性透析患者所需要的瘘，但是又能使手术治疗得以实施。因此，这个双导管应该是分离的、新型的，生物材料和皮肤剥离点是可以接受的。在研究这条合适的血管通路时防止感染和凝血将作为首要考虑。简易的连接和拆分应该是其主要的特征之一

管路的设计应该需要尽可能小的预冲容积，并且需要抗血栓材料以及简易的预冲、血液回流过程。使整个回路过程保持足够的安全，包括空气检测，压力敏感器、视觉、声音警报器。

这个回路还需要远程控制，这样可以使病人精确地进行和传送预定的程序治疗。操作参数和传送数据的设置应该通过专门的简易的软件界面来显示。

透析器应该要轻巧，大小应为常规透析器的十分之一。其清除速率应该在超滤过率的20ml/min范围内，抗血栓形成膜对于减少血液凝固是比较理想的。

整个装置应该是便携的，因此要独立于电源插座。一个24小时工作的装置将会耗掉很多的能量，因此装备足够的能量才能有效的运行。然而，今天轻便、有效的能量、有效的耗材的电池和燃料电池是可以利用的，它们应该用于这种连续工作的便携装置。

对于透析液也应该是小容量的，因此，这就需要这种小容量透析液不断的回收再利用。在透析中，一种商业中经常用的有效的吸收剂系统可以使用几十年，它需要重新装置和净化介质，低于500cc的透析液应消毒和纯化。

病人应该能够携带这一装置，并且在进行日常生活时应该是随身携带、不容易被碰撞。因此这就需要轻巧、人类环境改造的设计，这样使该装置不易引起他人的注意，并且适用于其躯体轮廓。另外，这样可以减少ESKD患者的医疗费用和医疗人力资源。WAK将会用于连续的肾脏替代治疗，24小时，一周7天持续工作。它还能传递透析的剂量。如果装置出现磨损其有效性也如同正常的装置。