Искусственная почка

В течение столетий врачи были озадачены тем, как можно заменить человеческую почку искусственной. Еще в середине XIX века шотландский химик Томас Грэхэм пытался изучить вопрос внепочечного очищения крови.

Ученый предложил свой метод создания полупроницаемых мембран из специально обработанного пергамента. Посредством данной методики стало возможно разделять кристаллоидные и коллоидные растворы. Данные полученные в результате исследований Томаса Грэхэма были использованы при создании искусственной почки.

  • Работа и функции искусственной почки
  • История создание искусственной почки
  • Биоинженерная почка
  • Перспектива развития искусственной почки

Работа и функции искусственной почки

Работа и функции искусственной почки

Конечно же искусственная почка не может на все сто процентов заменить живой орган и таким образом не принимает участие в таком важном деятельности, как кроветворение; однако выделительная способность

Аппаратом для непостоянного замещения выделительной способности почек является искусственная почка.

Это приспособление эксплуатируется для того чтобы:


  • Откорректировать кислотно-щелочной и электролитно-водный баланс при хронической и острой почечной недостаточности.
  • Очистить кровь от различных продуктов метаболизма.
  • Отвести токсические вещества.
  • Освободить кровь от продуктов обмена.

История создание искусственной почки

В 1913 году специалист Джон Абель разработал устройство, предназначенное для гемодиализа. Оно и стало прообразом неестественной почки. В 1944 году ученый Вильям Колф с успехом использовал на практике новый аппарат.

История создание искусственной почки

В 2004 году профессором Чарльзом Дженнингсом было протестировано первое устройство имплантируемой искусственной почки.

В 2010 году американские ученые создали гемодиализное приспособление, которое имплантируется в организм больного. Имплантант по размеру такой же, как человеческая почка.

Благодаря прибору нет необходимости в том, чтобы трансплантировать донорскую почку.

Биоинженерная почка


Разработкой такой почки занимались исследователи Центра регенеративной медицины из Массачусетса. Чтобы изготовить почку ученые использовали орган мертвого грызуна, из которого посредством растворов осуществлялось вымывание клеток.

Специалисты оставили лишь каркас, который использовался для создания фильтрующих клеток почки и кровеносных сосудов. В результате полученный искусственный орган производил мочу и фильтровал кровь как внутри тела, так и вне его. Но он функционировал хуже нормальной почки. Аналогичным способом учеными была создана искусственная почка свиньи и человека.

www.sciencedebate2008.com

Особенности технологии

Очистка крови от токсинов искусственной почкой осуществляется за счёт различий в величине осмотического давления. Аппарат разделён на 2 части. В одной находятся фильтры, необходимые для удаления отравляющих веществ, а в другой резервуар для крови. Полезные микроэлементы и минералы частично проходят через целлофановую мембрану, а бактерии и белки остаются в диализаторе. По механизму действия различают следующие виды оборудования:

Современные аппараты для очистки крови

  • приборы, включающие комплекс трубок;
  • приборы с пластинчатыми мембранами.

Диализаторы устройств также имеют разную конструкцию. В некоторых приборах устанавливают пластинчатые модели. Они состоят из нескольких параллельно расположенных пластин, покрытых сверху полупроницаемой мембраной. Диализат протекает внутри дисков, а снаружи находится поток крови. Главным плюсом такого компонента является низкое сопротивление, которое снижает вероятность образования тромбов.

Капиллярные диализаторы состоят из множества полых волокон. По ним течёт кровь, а снаружи поступает диализирующий раствор. В итоге все примеси быстро вымываются из жидкости. Преимуществом использования компонента данного типа является повышение эффективности процедуры. Но многие больные тяжелее переносят очистку крови капиллярными дозаторами.

Стоимость гемодиализа высокая. В среднем она составляет 4000 рублей. Высокая цена процедуры обусловлена затратами на обслуживание оборудования и закупку расходных материалов. Осуществлять гемодиализ можно в домашних условиях, но больному потребуется помощь врача с соответствующей квалификацией, т.к. необходимо отслеживать пульс и состояние артериального давления.

Как работает прибор?

Принцип работы искусственной почки основан на пропуске крови через мембранный фильтр, изготовленный из целлюлозы или синтетического вещества. С одной стороны фильтра течёт кровь, а с другой стороны диализат. Он забирает молекулы вредных веществ и излишки воды. Состав диализата подбирается для каждого больного индивидуально.

Последние модели приборов готовят препарат автоматически. Врачу остаётся только ввести параметры, добавить воду и концентрат. Прибор выполняет следующие функции:


  1. Удаление продуктов обмена. Кровь человека содержит множество продуктов распада. Если почки их не выводят, они начинают оседать в органах. Диализат эти продукты не содержит, поэтому они стремятся к нему.
  2. Ликвидация излишков воды с помощью ультрафильтрации. Давление крови поддерживается насосом. В колбе с раствором давление пониженное, поэтому лишняя жидкость поступает в диализат. Данный процесс помогает избавиться от отёков конечностей, мозга, лёгких, суставов.
  3. Предупреждение развития тромбов. Гепарин, препятствующий свёртываемости крови, вводят через насос. Он снижает риск тромбоза после процедуры.
  4. Нормализация численности электролитов. В диализат добавляют ионы калия, магния, кальция и хлора, чтобы приблизить его состав к плазме здорового человека. В результате химической реакции избыток электролитов поступает в диализирующий раствор.
  5. Стабилизация кислотно-щелочного баланса. В раствор добавляют бикарбонат натрия. Это вещество проникает в кровь и стабилизирует уровень pH.
  6. Предупреждение воздушной эмболии. На трубку устанавливают устройство, создающее отрицательное давление. Оно выявляет пену и пузырьки воздуха, препятствует их попаданию в организм человека.

Принцип работы прибора

Портативная искусственная почка

Переносной прибор выглядит как множество клапанов и ёмкостей, размещенных на поясе. Уменьшенная версия искусственной почки способна работать в автономном режиме около 7 часов. Вес прибора составляет 4 кг. Процедура подключения техники занимает пару минут. Врач соединяет с веной в области бедра или предплечья, и прибор начинает работать. Носить устройство можно круглосуточно, но процесс фильтрации в нём проходит медленнее, чем в крупногабаритной версии.

Использование искусственной почки в медицине

Настоящую почку искусственной заменить не получится. Её используют, чтобы продлить жизнь пациенту или обеспечить вывод токсинов до момента трансплантации органа. Прохождение процедуры 2 раза в неделю позволяет:

  • поддерживать водно-солевой баланс организма;
  • привести к норме численность электролитов;
  • сохранить количество мочевины и креатинина в крови.

Аппарат работает несколько часов

Продолжительность гемодиализа зависит от состояния организма больного. Если со здоровьем всё относительно хорошо, то процедура длится 3-4 часа. В особо тяжёлых случаях пациент находится под воздействием прибора на протяжении 12 часов. Показанием к проведению процедуры являются следующие состояния:


  • тяжелые травмы;
  • блокада мочевых артерий;
  • инфекция после аборта;
  • прекращение кровоснабжения;
  • кровотечение;
  • воспаление почек и нарушение оттока мочи;
  • хроническая почечная недостаточность.

Перед проведением гемодиализа пациентов направляют на сдачу общего анализа крови, оценку работы органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Если количество сывороточного азота увеличивается до 200 мг, а мочевины до 400 мг, очистка крови должна проводиться искусственно.

Противопоказания к использованию

При декомпенсации сердца или печени выполнять гемодиализ запрещено, т.к. в плазме накапливаются токсины, не перерабатываемые печеночной тканью. При длительном использовании искусственной почки у человека могут развиться следующие проблемы:

  • нарушение обмена кальция, приводящее к остеопорозу и отложению солей на костях;
  • гипертоническая болезнь;
  • анемия тяжелой степени, спровоцированная разрушением эритроцитов в мембранах и трубках устройства;
  • отсутствие менструации у женщин;
  • атрофия яичек у мужчин из-за нарушения кровоснабжения;
  • применение тефлона может вызвать поражение периферических нервов;
  • тромбы в артериях после шунтирования артерий и вен.

Процедура не всегда помогает очистить кровь. После её применения выявляется необходимость в пересадке одной из почек. С осторожностью гемодиализ проводят больным с гепатитом, туберкулёзом, проблемами мозгового кровообращения, сахарным диабетом.

Осложнения

Не все пациенты легко переносят гемодиализ. У некоторых больных наблюдается тошнота, рвота, изменение артериального давления. На 3-4 процедуру появляется ощущение спутанности сознания. Некоторые пациенты начинают страдать от мышечных судорог. Чтобы уменьшить отрицательные последствия гемодиализа, больным рекомендуется соблюдать диету. Следует отказаться от молочных продуктов и сухофруктов.

Приём поливитаминных комплексов и изменение рациона должны быть согласованы с лечащим врачом. Чтобы восстановить электролитический обмен, могут назначить препараты. Регулярное прохождение процедуры позволяет сохранить трудоспособность пациентов и увеличить срок их жизни на 20-25 лет.

beregipochki.ru

Что такое искусственная почка?

Аппарат для диализаСреди людей, страдающих болезнями почек, есть больные с острой или хронической почечной недостаточностью. При этом заболевании почки не могут работать в нормальном режиме, обрабатывая и выводя должным образом мочу. Все продукты распада остаются в организме, организм испытывает отравление, происходит резкое ухудшение работы многих органов. Если заболевание носит затяжной характер и больной не получает должного лечения, возможен летальный исход.


Для спасения таких больных в 1913 году американцем был придуман аппарат, ставший прообразом искусственной почки. Основой его работы стал процесс диализа. Впервые процедура гемодиализа была успешно проведена в 1944 году, по другим данным – в 1924 году. Сегодня искусственная почка нового поколения полностью автоматизирована. В мире многие страны занимаются производством аппаратов для диализа. Среди них – Германия, Швеция, Россия, Израиль, США и Япония.

Больные почечной недостаточностью несколько раз в неделю проходят процедуру гемодиализа – искусственного очищения крови от шлаков.

Как устроен аппарат?

Схема аппарата "искусственная почка"Аппарат в ходе гемодиализа извлекает из плазмы крови больного следующие вещества: мочевину, кальций, натрий, калий, а также лишнюю воду.

Разновидностей искусственной почки существует много. Принцип их работы идентичен. Состоят они, как правило, из монитора, диализатора, который считается фильтром аппарата. В искусственной почке есть и перфузионное устройство, задача которого – обеспечивать движение крови в диализаторе, а также устройство, которое обеспечивает приготовление и подачу в аппарат очищающего раствора.

Что такое фистула?


Использование аппарата искусственной почки требует определенных подготовительных мероприятий. В двух словах суть очищения крови аппаратом сводится к тому, что кровь пациента пропускается через искусственную почку и возвращается уже очищенная в организм больного. Для этого нужно обеспечить хороший доступ к кровеносным сосудам человека. С этой целью всем диализникам делают небольшую операцию по формированию фистулы – соединения артерии с веной. Вена представляет собой сосуд с довольно тонкими стенками, но располагаются вены недалеко от поверхности кожи. Артерии тоже имеют свои достоинства и недостатки – хороший кровоток при довольно глубоком расположении. Сшивание этих двух сосудов позволяет получить соединение, более пригодное для процедуры гемодиализа. Делает это соединение сосудистый хирург.

Фистула для диализаПосле операции, в течение нескольких недель происходит созревание фистулы: если она формировалась на предплечье, то под кожей образуется участок сосуда, похожий на жгут. Подключение к нему позволит аппарату извлекать из сосуда кровь для очищения и через другой прокол в этом же сосуде вливать ее пациенту обратно. Стенки сосуда со временем становятся более толстыми, кровоток в нем более активным, чем в других сосудах, что для проведения гемодиализа очень важно.


Но есть и другой способ сформировать доступ к сосудам. Это постоянный и временный катетеры. Временный катетер имплантируется в большую вену, в зону шеи или паха, под местной анестезией. Использовать его для гемодиализа можно сразу. Постоянный катетер вшивается под кожу, срок его службы – около 2 лет. И фистула, и катетеры имеют свои достоинства и недостатки. Какой из видов сосудистого доступа использовать, должен решать врач. В любом случае пациент гемодиализного центра должен соблюдать определенные правила жизнедеятельности, чтобы обеспечить функциональность фистулы или катетера. Так, человеку, готовящемуся к диализу, противопоказаны сильные физические нагрузки; нельзя спать на той руке, на которой сформирована фистула, нежелательно на ней и мерить давление.

Как проходит диализ на аппарате искусственной почки?

Проведение диализаПроцедура диализа проводится в специальных медицинских центрах и занимает в среднем 4-5 часов. Частота ее проведения – 3 раза в неделю. Аппараты искусственной почки обслуживает обученный медицинский персонал, который в начале процедуры устанавливает на аппарате необходимые параметры. Перед диализом пациенту измеряется пульс и артериальное давление. Искусственная почка последнего поколения делает это автоматически. Кроме того, перед диализом пациента взвешивают. Это необходимо, чтобы знать, какое количество воды нужно будет убрать из организма больного.

В основе работы аппарата искусственной почки лежит следующий физический принцип: из-за разницы осмотического давления в специальной мембране и явления диффузии из крови пациента удаляются низкомолекулярные вещества, которые не были удалены почками (мочевина, калий, фосфор и другие).

Мембрана в аппарате изготовлена из целлофана: это позволяет отделить шлаковые вещества от элементов крови, кальция и других нужных организму веществ. Этот принцип работает во всех аппаратах искусственной почки, с той лишь разницей, что в некоторых из них целлофан используется в виде трубки, а в других – в виде мембран.

Через катетер или фистулу кровь больного засасывается специальным насосом в камеру диализатора. Там вместе с пластинами органического стекла находятся пластины целлофана, а также диализирующий раствор. После ряда физических процессов кровь возвращается в организм пациента в уже очищенном состоянии. Процедура позволяет за несколько часов добиться хорошего клинического эффекта.

Во время процедуры больной может спать, смотреть телевизор, читать. После окончания процедуры на места подключения аппарата накладывается стерильная повязка. Искусственная почка подвергается химической или термической дезинфекции.

Побочные эффекты от гемодиализа

Соблюдение диеты с ограничением соли и водыПеред применением искусственной почки больной проходит ряд клинических обследований. Важно определить состояние нервной и сердечно-сосудистой систем, печени и органов дыхания. Какие-либо серьезные неполадки в этих органах могут стать противопоказанием для подключения человека к аппарату.

Как и любая медицинская процедура, искусственная почка имеет побочные эффекты:

  1. Гипотония и гипертония.
  2. Тошнота и рвота.
  3. Судороги мышц.
  4. Одышка.
  5. Кожный зуд.
  6. Анемия.

Побочные эффекты помогут нейтрализовать лекарственные препараты, прописанные врачом, и специальная диета с ограничением соли и воды. Диета довольно жесткая, но она просто необходима больному, чтобы жить.

Еще несколько десятилетий назад почечная недостаточность считалась смертельной болезнью. Сегодня возможно продлить жизнь многим пациентам даже на несколько десятков лет. Альтернативой диализа является пересадка донорской почки. Но из-за сложности процедуры (донорский орган приживается не всегда) некоторые пациенты вынуждены возвращаться к гемодиализу. Сегодня в России строятся гемодиализные центры, которые оснащаются самыми последними моделями аппаратов искусственной почки.

Аппараты работают практически «на износ», обслуживая диализных больных по 14-16 часов в сутки.

Государство тратит миллиарды рублей ежегодно на нормальное функционирование таких учреждений.

В России все больше становится передвижных мобильных комплексов с диализным оборудованием. Это очень удобно больным с почечной недостаточностью, проживающим в отдалении от стационарного диализного центра. Все это делается для того, чтобы хотя бы на несколько лет продлить жизнь ранее обреченным больным.

В США с 2010 года разрабатывается имплантируемая искусственная почка. Она сможет избавить пациента от необходимости посещать диализный центр. Если ее испытания будут успешно завершены, у диализных больных появится шанс вернуться к полноценной жизни. Изобретение искусственной почки, пожалуй, одно из самых полезных изобретений человечества.


popochkam.ru

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 гемодиализа 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%.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

Этапы разработки искусственной почки

Импланты позволят решить проблему нехватки доноров.

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.

Вернуться к оглавлению

Ближайшие перспективы

В результате проведенных экспериментов ученые выяснили, что импланты работают нормально, но их работа хуже работы здорового органа. Но медики придерживаются мысли, что использование таких матриксов, не содержащих клеток — способ получить полноценную замену для почек. При тяжелом нарушении работы почек в некоторых случаях прибегают к искусственной замене органа. Искусственная почка полноценно заменяет функцию выделения. Она фильтрует 170−185 литров крови за 24 часа через свои 20 мембран. Устройство не отвергается организмом как инородное тело, потому что не вызывает иммунную реакцию организма.

Планируется уже в 2017 году провести клинические испытания на первых пациентах, которые покажут, насколько успешно проходит проект. Благодаря этому изобретению люди, больные тяжкими почечными патологиями, смогут жить полноценной жизнью. Ученый Фисселл, что участвует в проекте создания почки, говорит, что им удалось скопировать природный фильтр, что поможет больным людям заменить жизненно необходимые утраченные функции. Еще большой плюс заключается в том, что имплантируемая почка мгновенно выполняет при внедрении в организм функцию очищения, в то время, как пересаженный донорский орган — только после двухнедельной стадии реабилитации. Ученые создают имплантируемую почку, которая будет оставаться работоспособной минимум 10 лет. Современные эксперименты в ближайшем будущем будут проведены на свиньях, которым также пересадят имплант.

etopochki.ru