6 курс / Нефрология / Ацетатный_и_бикарбонатный_диализ_Лебедо
.pdfАцетатный и бикарбонатный диализ
Ингрид Ледебо (перевод с англ. С. Лашутина, И. Дьяченко)
Москва: Издательский дом "Веселые картинки", 1999. ISBN 5-86819-03-1.
Содержание
1. Кислотно-основной баланс в организме 3
Образование кислот Буферные системы организма Роль почек Почечная недостаточность
2. Состав диализирующего раствора 7
Концентрация натрия Концентрация кальция Глюкоза
3. Буферные системы на диализе 12
Исторические предпосылки Появление ацетата Ацетатный гемодиализ
Пример стандартного ацетатного гемодиализа Метаболизм ацетата - определяющий фактор Возвращение к бикарбонату Другой альтернативный буфер - лактат
4. Метаболизм ацетата 20
Метаболизм в печени Метаболизм в сердце и мышцах Темпы метаболизма Мышечная масса
Метаболические потребности и альтернативные субстраты Потребность в кислороде и гипоксемия Энергетический баланс и аденозин Альтернативные пути метаболизма Последствия ацетатного метаболизма
5. Гемодинамические эффекты 28
Регуляция артериального давления Ацетат и сердце Эффекты ацетата Эффекты бикарбоната
Влияние скорости ультрафильтрации Влияние концентрации натрия Влияние конвекционного переноса
Кардиологические проблемы диализных больных
6. Осложнения во время гемодиализа 36
Осложнения гемодиализа и концентрация ацетата в диализирующем растворе Стандартный гемодиализ у гемодинамически стабильных больных
1
Стандартный гемодиализ у гемодинамически нестабильных больных Высокоэффективный гемодиализ Гемодиализ в ургентных ситуациях
7. Коррекция кислотно-основного состояния на диализе 41
Буферный дефицит Баланс ионов водорода
Прирост бикарбоната на ацетатном гемодиализе Прирост бикарбоната на бикарбонатном гемодиализе Формы пероральной терапии Клинические исследования
8. Применение бикарбонатного буфера на диализе 52
Комфортность лечения Удаление фосфатов
Внутриклеточные изменения кислотно-основного состояния Нормализация кислотно-основного состояния Нормализация метаболизма белка Оптимизация веса тела Ренальная остеодистрофия
Цитокины и биосовместимость процедуры
9. Бикарбонатный буфер и различные формы диализного лечения 61
Гемодиализ
Гемодиафильтрация
Биофильтрация
Гемофильтрация Перитонеальный диализ
Сравнение различных видов диализного лечения
10. Практическое руководство по применению бикарбоната 73
Профилактика преципитации карбоната кальция Контроль концентраций
Концентрация двуокиси углерода в диализирующем растворе Профилактика бактериального роста Другие источники загрязнения диализирующего раствора Клинические последствия Сложности практического внедрения
11. Мечты и реальность 84
Физиологичность диализа Диализ будущего
Может ли общество позволить себе это?
2
1. Кислотно-основной баланс в организме
Для нормального функционирования клеток человеческого организма необходимо поддерживать постоянную внутреннюю среду - гомеостаз. Этот процесс осуществляется преимущественно деятельностью лёгких и почек за счёт дыхательной и выделительной функции. В основе гомеостаза лежит сохранение кислотно-основного баланса.
Образование кислот
При метаболизме в клетках образуются различные кислоты. Большинство из них затем выделяется клетками в виде углекислого газа, который при помощи фермента карбоангидразы связывается в эритроцитах с гемоглобином и переносится в лёгкие. В лёгких углекислый газ замещается кислородом и удаляется при дыхании в окружающую среду. В обычных условиях в организме существует постоянный баланс между образующимся и выдыхаемым углекислым газом, и поэтому накопления кислот в тканях не происходит.
В результате метаболизма белков образуются нелетучие кислоты, такие как серная и фосфорная. Ежедневно при нормальном питании только за счёт продукции нелетучих кислот производится около одного ммоль/л ионов водорода на каждый килограмм массы тела. Если бы образование кислот происходило бесконтрольно, то за одни сутки концентрация ионов водорода в организме могла бы увеличиться от нормальной величины в 40 нмоль/л до 2 ммоль/л, а показатель рН соответственно снизился бы до 2.7. Для нормальной жизнедеятельности большинства клеток необходимы достаточно узкие пределы рН (6.9 - 7.8), и организм вынужден постоянно осуществлять нейтрализацию образующихся кислот. Этот процесс выполняют буферные системы, которые связывают избыток ионов водорода и контролируют их дальнейшие перемещения в организме. Регенерация буферных систем происходит в почках, освободившиеся ионы водорода экскретируются с мочой. Когда функция почек не нарушена, организму легко удаётся поддерживать оптимальную для себя рН - 7.4.
Буферные системы организма
Основная функция буферных систем предотвращение значительных сдвигов рН путём взаимодействия буфера как с кислотой, так и с основанием. Действие буферных систем в организме направлено преимущественно на нейтрализацию образующихся кислот.
Н+ + буфер- <==> Н-буфер
В организме одновременно существует несколько различных буферных систем. В функциональном плане их можно разделить на бикарбонатную и небикарбонатную. Небикарбонатная буферная система включает гемоглобин, различные белки и фосфаты. Она наиболее активно действует в крови и внутри клеток.
Рис.1. Ион бикарбоната.
Бикарбонат является ключевым компонентом главной буферной системы организма. Она состоит из двух кислотно-основных частей, находящихся в динамическом равновесии: угольная кислота / бикарбонатный ион и бикарбонатный ион / карбонатный ион.
3
Кислоты, образующиеся в процессе метаболизма, нейтрализуются бикарбонатом. При рН около 7.4 в организме преобладает бикарбонатный ион, и его концентрация может в 20 раз превышать концентрацию угольной кислоты. По своей природе угольная кислота очень нестойкая и сразу же после своего образования расщепляется на углекислый газ и воду. Реакции образования и последующего быстрого расщепления угольной кислоты в организме настолько совершенны, что им часто не придают особого значения. Эти реакции катализируется ферментом карбоангидразой, который находится в эритроцитах и в почках. В зависимости от условий, обе реакции могут идти в том или ином направлении.
Если в закрытой системе появляется избыток углекислого газа, то равновесие этих реакций смещается влево, что приводит к незначительному снижению рН. Особенность бикарбонатной буферной системы состоит в том, что она открыта. Избыток ионов водорода связывается с бикарбонатом, образующийся при этом углекислый газ стимулирует дыхательный центр, вентиляция лёгких повышается, а излишки углекислого газа удаляются при дыхании. Так в организме поддерживается баланс рН. Чем больше в клетках образуется ионов водорода, тем больше расход бикарбонатного буфера. На этом этапе метаболизма подключаются почки, которые выводят избыток ионов водорода, и количество бикарбоната в организме восстанавливается.
Рис. 2. Буферные системы организма.
Небикарбонатные буферные системы активно функционируют в крови и внутри клеток. Фосфатный буфер может действовать как в составе органических молекул, так и в качестве свободных ионов. Одна его молекула способна связывать до трёх катионов водорода. Белки могут присоединять к своей полипептидной цепочке как кислотные, так и основные группы.
Буферная ёмкость белковой буферной системы может охватывать широкий диапазон рН. В зависимости от имеющейся величины рН она может связывать как гидроксильные группы, так и ионы водорода. Третья часть буферной ёмкости крови приходится на гемоглобин. Каждая молекула гемоглобина может нейтрализовать несколько ионов водорода. Когда кислород переходит из гемоглобина в ткани, способность гемоглобина связывать ионы водорода возрастает и наоборот: когда в лёгких происходит оксигенация гемоглобина, он теряет присоединённые ионы водорода. Освободившиеся ионы водорода реагируют с бикарбонатом, и в результате образуется углекислый газ и вода. Образовавшийся углекислый газ удаляется из лёгких при дыхании. Приведённый пример
4
иллюстрирует процесс восстановления небикарбонатных буферных систем с помощью бикарбонатной буферной системы.
Этот процесс можно рассматривать как цепь реакций, в результате которых ион водорода перемещается между различными буферными системами, в конечном итоге достигая бикарбонатного буфера.
Роль почек
Как описано выше, образовавшиеся в результате метаболизма кислоты сразу же попадают под контроль различных буферных систем. Это препятствует резким сдвигам рН внутренней среды организма. Образующийся углекислый газ выделяется через лёгкие при дыхании, а нелетучие кислоты могут экскретироваться только почками.
Поддержание буферной ёмкости организма и восстановление различных буферных систем происходит за счёт восстановления уровня сывороточного бикарбоната. Этот процесс осуществляется в почках.
На первом этапе образования мочи (клубочковая фильтрация) образуется ультрафильтрат плазмы, представляющий собой первичную мочу, по составу аналогичную плазме. В первичной моче содержится значительное количество бикарбоната, который организму необходимо сохранить. Поэтому, когда уровень бикарбоната в плазме падает ниже физиологических показателей, в проксимальных канальцах почек при участии фермента карбоангидразы начинается процесс реабсорбции профильтрованных в клубочках бикарбонатных ионов.
Рис.3. Процесс сохранения ионов бикарбоната в почках.
Но одного сохранения бикарбоната недостаточно, так как большое его количество расходуется на восстановление других буферов организма и теряется при дыхании в виде углекислого газа. Количество бикарбоната в организме необходимо постоянно восполнять. Этот процесс осуществляется в дистальных канальцах при участии карбоангидразы. При этом в мочу секретируются ионы водорода, которые связываются с фосфатами или аммонием в канальцевом фильтрате, а бикарбонатные ионы возвращаются в кровь. Происходит секреция нелетучих кислот и восстановление бикарбоната.
В результате процессов, описанных выше, предотвращаются потери бикарбоната с мочой, и образуется дополнительное количество ионов бикарбоната, которое соответствует эндогенной продукции катионов водорода. При нормальных условиях происходит восстановление физиологического уровня бикарбоната в крови (24 - 27 ммоль/л).
Почечная недостаточность
Ухудшение функции почек ведёт к снижению секреции ионов водорода и реабсорбции бикарбоната, в организме происходит накопление кислот, а уровень бикарбоната плазмы падает ниже физиологической нормы. В начальной стадии почечной недостаточности за счёт гипервентиляции некоторое время может поддерживаться физиологический уровень
5
рН плазмы, хотя затем всё равно развивается метаболический ацидоз. Для снижения кислотной нагрузки и улучшения самочувствия больных на этой стадии почечной недостаточности назначается диета с ограничением белка и таблетированный бикарбонат. По мере прогрессирования почечной недостаточности в метаболизм вовлекаются все имеющиеся буферные запасы организма, включая карбонат, содержащийся в костях. В дальнейшем, когда клиренс креатинина снижается ниже 5 - 10 мл/мин и уремические симптомы становятся опасными для жизни, наступает необходимость в лечении диализом. Так как диализное лечение замещает экскреторную функцию почек, коррекция кислотноосновного равновесия, проводимая в процессе диализа, должна соответствовать аналогичной коррекции, происходящей в здоровых почках. Буферная ёмкость плазмы во время диализа должна восстановиться, уровень бикарбоната нормализоваться, а нелетучие кислоты удалиться. Компенсация потерь бикарбонатного буфера и восстановление буферных запасов организма осуществляется включением в состав диализирующего раствора буферных агентов.
Для того чтобы избежать развития хронического ацидоза и сохранить кислотно-основное равновесие в нормальных пределах не только на диализе, но и после него, следует стремиться к проведению дополнительной коррекции рН. Увеличение концентрации бикарбоната в диализирующем растворе выше нормальных величин позволяет за время процедуры повысить его концентрацию в плазме. Это помогает организму в междиализный период поддерживать уровень рН в физиологическом диапазоне.
Несмотря на усилия врачей, большинство диализных больных постоянно находится в состоянии метаболического ацидоза. Это объясняется тем, что за время гемодиализа, особенно ацетатного, у них не происходит адекватной коррекции кислотно-основного состояния. У больных, находящихся на ацетатном гемодиализе, величина бикарбоната в плазме после процедуры обычно не превышает 21-22 ммоль/л (при норме 24 - 27 ммоль/л). Использование бикарбоната для более полноценной коррекции имеющегося ацидоза не всегда возможно и в основном зависит от концентрации бикарбоната в диализирующем растворе. Подробнее мы остановимся на этом в главе 7.
Влияние хронического метаболического ацидоза на больных часто является темой для обсуждения. Известно, что состояние постоянного ацидоза, наблюдаемое у больных, которым проводится лечение диализом, приводит к характерным метаболическим нарушениям. Среди последствий метаболического ацидоза наибольшее значение имеет деминерализация костей. Подробнее этот вопрос будет обсуждаться в главе 8.
Резюме
В результате различных метаболических процессов в нашем организме постоянно образуются различные кислоты. Они сразу же нейтрализуются буферными системами, среди которых наиболее важной является бикарбонатная. Для поддержания постоянного уровня рН внутренней среды организма расходуется бикарбонат, что требует его постоянной регенерации. В норме этот процесс происходит в почках. У больных с почечной недостаточностью функцию почек замещает диализ, а буферная ёмкость крови восстанавливается посредством включения в состав диализирующего раствора различных буферных источников, наиболее физиологичным из которых является бикарбонат. Из-за недостаточной коррещии кислотно-основного состояния во время сеанса гемодиализа многие диализные больные постоянно находятся под воздействием метаболического ацидоза.
6
2. Состав диализирующего раствора
Основной функцией диализирующего раствора является коррекция основных показателей химического состава крови больного с уремией до нормальных физиологических величин. Это означает не только удаление уремических продуктов обмена и избытка электролитов, но также и восполнение буферных компонентов крови для восстановления кислотноосновного баланса. Для решения этих задач диализирующий раствор составлен таким образом, чтобы его химический состав соответствовал показателям нормальной плазмы с некоторыми определёнными отклонениями. Идеальный диализирующий раствор, основанный на этой концепции, был приготовлен Krebs и Henseleit ещё в 1932 году, когда они применили парентеральный раствор с рН, буферной ёмкостью и содержанием неорганических ионов, аналогичным человеческой плазме. В качестве буферного средства их раствор содержал бикарбонат и углекислый газ.
Рис. 4. Электролитный состав плазмы.
Поскольку транспорт растворённых веществ между кровью и диализирующим раствором осуществляется в основном за счёт диффузии и управляется градиентом концентрации, все вещества, проникающие через мембрану диализатора и не входящие в состав диализирующего раствора, удаляются из крови в процессе диализа. В их число входят аминокислоты, витамины, глюкоза, а во время ацетатного диализа - бикарбонат. Включение в диализирующий раствор дополнительных компонентов позволяет им проникать в организм во время процедуры. Примером может служить ацетат на гемодиализе и некоторые препараты, например инсулин, при постоянном амбулаторном перитонеальном диализе (ПАПД).
Концентрация натрия
За последнее десятилетие в области гемодиализа появилось достаточно много публикаций, в которых обсуждались преимущества увеличения концентрации натрия в диализирующем растворе. Неоднократно отмечалось, что повышение уровня натрия в диализирующем растворе облегчает ультрафильтрацию и сокращает число эпизодов симптоматической гипотензии во время процедуры. Замена ацетатного буфера на бикарбонатный также способствует стабилизации артериального давления. Влияние концентрации натрия в диализирующем растворе на ход процедуры гемодиализа будет обсуждаться позже. Гемодинамические аспекты гемодиализа подробно будут описаны в главе 6.
7
Рис. 5. Модель жидкостных секторов на гемодиализе.
Для того, чтобы в процессе гемодиализа удалить из уремической крови "лишний" натрий путём диффузии, уровень натрия в диализирующем растворе должен быть ниже, чем в уремической плазме. В то же время для получения желаемого баланса натрия в междиализный период его концентрация в диализирующем растворе также должна быть слегка ниже физиологического уровня. Основываясь на этой концепции, многие годы использовали диализирующий раствор с относительно низкой концентрацией натрия: 130135 ммоль/л. Дальнейшие исследования показали, что применение диализирующего раствора с таким низким содержанием натрия приводит к слишком быстрому вымыванию натрия из крови, что, в свою очередь, вызывает осмотический дисбаланс между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью, ведёт к патологическому перераспределению жидкости в организме и внутриклеточному набуханию. Используя медицинскую терминологию, можно сказать, что возникает "диализный дисэквилибриум". Чем ниже уровень натрия в диализирующем растворе и выше эффективность процедуры, тем более выражен этот патологический эффект. Сочетание низкой концентрации натрия в диализирующем растворе с ультрафильтрацией часто приводит к внеклеточному / объёмному истощению и вызывает гипотензию. Проведение гемодиализа при низкой концентрации натрия в диализирующем растворе ведёт к удалению из организма значительного количества натрия.
Рис. 6. Гемодиализ с низкой концентрацией Na.
При более высокой, чем в плазме концентрации натрия в диализирующем растворе наблюдаются противоположные эффекты. Проникая через мембрану диализатора в кровь, натрий помогает мобилизовать резервы внутриклеточной жидкости. Это облегчает ультрафильтрацию и помогает поддерживать стабильным артериальное давление. Однако следует помнить, что в этом случае натрий транспортируется в кровь гораздо легче, чем выводится из неё, что может привести к накоплению в организме избытка натрия.
Рис. 7. Гемодиализ с высокой концентрацией натрия.
8
Между двумя крайностями: "низкий натрий" и "высокий натрий" существует "золотая середина", когда уровень натрия в диализирующем растворе соответствует физиологическим показателям, то есть такой же, как в плазме. При отсутствии концентрационного градиента по натрию между плазмой и диализирующим раствором не происходит ни диффузии натрия во время диализа через мембрану диализатора, ни осмотически обусловленного перемещения жидкости в системе организм - диализирующий раствор. Процесс удавления натрия из организма при физиологической концентрации натрия в диализирующем растворе может происходить только за счёт его конвекционного переноса при ультрафильтрации.
Рис. 8. Гемодиализ с физиологической концентрацией натрия.
Процесс удаления натрия вместе с ультрафильтратом за счёт конвекции не связан с его концентрацией в диализирующем растворе, а зависит только от концентрации натрия в плазме. Избыточное количество натрия в крови уремических больных обычно прямо пропорционально объёму "лишней" воды и достаточно конвекционного удаления "избыточного" натрия в ходе проводимой ультрафильтрации. Отсутствие необходимости в его диффузионном переносе позволяет применять диализирующий раствор с физиологической концентрацией натрия. Если требуется удалить из организма натрия больше, чем воды, его концентрацию в диализирующем растворе следует уменьшить ниже физиологических показателей. И наоборот, если натрия необходимо удалить меньше, чем воды, следует использовать диализирующий раствор с более высокой концентрацией натрия.
Рис. 9. Конвекционный перенос натрия.
Поскольку объём плазмы и, следовательно, артериальное давление легче поддерживать при нормальном или повышенном уровне натрия в диализирующем растворе, стандартный гемодиализ рекомендуется проводить с физиологическим уровнем натрия в диализирующем растворе 140 - 144 ммоль/л. В отличие от стандартов 80-х годов, в большинстве диализных центров мира всё шире стали применять диализирующий раствор с физиологической концентрацией натрия. Увеличение концентрации натрия в диализирующем растворе выше физиологических норм для облегчения удаления жидкости рекомендуется проводить только в редких случаях, когда особое внимание уделяется количеству удаляемой жидкости и электролитному статусу больного. Следует помнить, что увеличение содержания натрия в организме приводит к жажде, увеличению потребления жидкости и прибавке веса в междиализный период. Это может привести к развитию порочного круга.
9
Концентрация кальция
Присутствие ионов кальция в диализирующем растворе при проведении бикарбонатного гемодиализа может вызывать определенные проблемы, так как образующийся карбонат кальция (СаСО3) имеет низкую растворимость в воде. Если бы ионы кальция можно было не включать в состав диализирующей жидкости, возможно на гемодиализе никогда не начал бы использоваться ацетат. Но, увы, присутствие в диализирующем растворе ионов кальция необходимо.
Концентрация кальция в стандартном диализирующем растворе обычно составляет 1,5- 1,75 ммоль/л (3,0 - 3,5 мЭкв/л), что несколько ниже физиологического уровня. Более высокая концентрация кальция может вызвать положительный кальциевый баланс и повысить риск отдалённого развития метастатических обызвествлений в организме. Более низкая концентрация кальция может индуцировать высвобождение паратиреоидного гормона (ПТТ) и привести к развитию вторичного гиперпаратиреоза.
Для профилактики гиперфосфатемии и гиперпаратиреоза недостаточная продукция витамина D у больных с почечной недостаточностью часто замещается приёмом 1,25(ОН)2D3 (Calcitriol) и таблетированным Карбонатом кальция. Однако такая комбинированная терапия может привести к гиперкальциемии. Новый аналог витамина D - Oxacalcitriol кажется более эффективным в подавлении секреции паратиреоидного гормона, так как его применение не вызывает гиперкальциемию.
Всё более широкое использование карбоната кальция и других кальцийсодержащих (фосфатсвязывающих) солей взамен гидроокиси алюминия требует снижения уровня кальция в диализирующем растворе для сохранения нормокальциемии. В исследованиях, проведённых Mactier et al (1987), было обнаружено, что для профилактики гиперкальциемии у 11 из 41 наблюдаемых больных, которые в качестве фосфатсвязывающего препарата получали таблетированный карбонат кальция, потребовалось снижение концентрации кальция в диализирующем растворе ниже 1,5 ммоль/л. В другом исследовании, проведенном Statopolsky et al (1989), авторы в течение 7 месяцев наблюдали группу из 21 больного. Они получили хорошие результаты при снижении концентрации кальция в диализирующем растворе до 1,25 ммоль/л.
Побочным эффектом пониженной концентрации кальция в диализирующем растворе может быть снижение артериального давления, так как ионы кальция ответственны за сократительную способность миокарда. Это наблюдение также получило подтверждение в исследованиях Mactier et al. Однако, по результатам других авторов, снижение концентрации кальция в диализирующем растворе не влияло на частоту эпизодов гипотонии во время гемодиализа (Sherman et al, 1986).
Глюкоза
Вопрос о необходимости включения глюкозы в состав диализирующего раствора по - разному решается нефрологами диализных центров. В некоторых странах применение глюкозы на гемодиализе вошло в традицию. Так, например, в Голландии в 80 - 90 % диализных отделений используется диализирующий раствор с глюкозой. В других странах, например во Франции, ситуация полностью противоположная - практически все используемые прописи диализирующего раствора не содержат глюкозы. Если глюкозу в диализирующий раствор всё же добавляют, её концентрация обычно составляет 11,2 ммоль/л (2 г/л), что в 2 - 3 раза больше физиологической нормы. Увеличение осмолярности диализирующего раствора за счёт глюкозы способствует ультрафильтрации. Современное диализное оборудование позволяет точно контролировать проводимую ультрафильтрацию. Осмолярность диализирующего раствора приходится принимать во внимание, если на гемодиализе используется устаревшее диализное оборудование, на котором контроль ультрафильтрации на процедуре осуществляется с помощью расчётной формулы, учитывающей коэффициент ультрафильтрации диализатора, трансмембранное давление и осмолярность диализирующего раствора.
10