Sztuczna nerka (dializator): jak działa? Rodzaje dializatorów

Sztuczna nerka, to potoczna nazwa całego aparatu do hemodializy. Jedną z jego części jest dializator. To urządzenie, bez którego ludzie z niewydolnością nerek nie mogliby żyć. Zostało wynalezione ponad 100 lat temu, i nieustannie trwają prace nad jego udoskonaleniem. Naukowcy konstruują coraz wydajniejsze i coraz mniejsze dializatory. Jak działa sztuczna nerka i jakie są rodzaje dializatorów?

Spis treści

1. Jak odkryto sztuczną nerkę?
2. Jak działa sztuczna nerka?
3. Przenośna sztuczna nerka i inne nowoczesne dializatory

Sztuczna nerka, czyli dializator to urządzenie, którego zadaniem jest zastąpienie funkcji tego narządu u osób z przewlekłą lub ostrą niewydolnością nerek. Nerki pełnią w organizmie niezwykle ważną rolę: usuwają nadmiar wody i są filtrem oczyszczającym krew ze zbędnych produktów przemiany materii, przede wszystkim mocznika, kreatyniny, leków. Utrzymują także równowagę kwasowo-zasadową i elektrolitową, regulują ciśnienie krwi, a nawet wydzielają hormony (erytropoetynę). Gdy nerki chorują, choruje cały organizm. Jeśli przestaną pracować, człowiek będzie w stanie przeżyć najwyżej kilka dni, ponieważ stężenie toksycznych substancji stanie się coraz trudniejsze do zniesienia, podniesie się ciśnienie tętnicze, chory zacznie tracić wzrok, w końcu zapadnie w śpiączkę i umrze. By żyć, musi mieć sprawną przynajmniej jedną nerkę.

Jak odkryto sztuczną nerkę?

Dla chorych z niewydolnością nerek nadzieję na normalne życie daje przeszczep nerki. Oczekujący na niego zdani są na tzw. sztuczną nerkę. Wszystko zaczęło się w 1913 roku od trzech Amerykanów o nazwiskach: Abel, Rowntree i Turner. Chcieli skonstruować urządzenie filtrujące krew, ale nie mieli odpowiedniego materiału. Odkrył go dopiero podczas drugiej wojny światowej pewien młody holenderski lekarz, Willem Kolff – tym materiałem był celofan, który umożliwiał rozdzielenie dwóch substancji, pod warunkiem, że jedna miała większe cząsteczki niż druga. Kolff umieścił w celofanowym woreczku krew z mocznikiem, a woreczek w roztworze wodnym soli o stężeniu podobnym do tego w ludzkim organizmie. Następnie potrząsał woreczkiem, a po 15 minutach sprawdził zawartość mocznika we krwi. Okazało się, że cały mocznik przeniknął do roztworu wody z solą! Było to przełomowe odkrycie, w wyniku którego rozpoczęto konstrukcję pierwszych dializatorów. Początkowo pracowały one na zasadzie prób i błędów i nie obyło się bez ofiar w ludziach, z czasem jednak sztuczne nerki stały się podstawowym narzędziem ratującym życie osób, u których własne narządy przestawały pracować.

Jak działa sztuczna nerka?

Współczesne urządzenia do hemodializy oczywiście różnią się już znacznie od tych, które konstruował Kolff, jednak ich podstawowa zasada działania się nie zmieniła. Pacjentowi wykształca się operacyjnie przetokę żylno-tętniczą lub zakłada cewnik, przez który krew wprowadzana jest do aparatu. Tam stabilizuje się ciśnienie krwi i dodaje specjalny antykoagulant, żeby krew nie krzepła. Dializator ma kształt walca, wewnątrz którego znajduje się ok. 11 tys. drobnych kapilar, czyli cienkich rurek o średnicy około 200-300 mikrometrów, zbudowanych z półprzezroczystej błony, np. celulozowej, ale też z innych tworzyw. Wewnątrz nich przepływa krew (jednorazowo mieści się ok. 50 ml), na zewnątrz zaś znajduje się płyn dializacyjny, sporządzany indywidualnie dla każdego pacjenta.

Mocznik i kreatynina przepływają z krwi, gdzie ich stężenie jest wysokie, do płynu, gdzie ich stężenie jest niskie (na początku zerowe), przy czym pozostałe właściwości krwi nie zmieniają się, np. nie są tracone żadne ważne dla życia białka, jony, ani przede wszystkim krwinki (gdyż zgodnie z zasadą dyfuzji, również one powinny dążyć do znalezienia się w roztworze o mniejszym stężeniu). Woda i elektrolity mogą wędrować przez błony półprzepuszczalne w obie strony, dzięki czemu ich stężenie we krwi pozostaje niezmienione. Istotne jest także usunięcie nadmiaru wody z organizmu. Odbywa się to poprzez zjawisko zwane ultrafiltracją. Dzięki zwiększonemu ciśnieniu wewnątrz rurek, woda jest wypychana na zewnątrz i usuwana.

Na koniec oczyszczona krew trafia z powrotem do organizmu pacjenta, wcześniej jednak trzeba ustabilizować jej temperaturę i ciśnienie oraz sprawdzić, czy nie ma pęcherzyków powietrza. Jeśli zostaną wykryte, układ zaciska linię i zatrzymuje pompę. Ma to zapobiec niebezpiecznym dla życia zatorom powietrznym. Dializa trwa ok. 3-5 godzin, a pacjent musi się stawiać w stacji dializ 3 razy w tygodniu. Poza tym może prowadzić niemal normalne życie, pracować, uczyć się. Ograniczeniem mogą być podróże, choć i z tym można sobie poradzić (kwestia tylko w zlokalizowaniu stacji dializ i zaplanowaniu czasu na zabieg). Osoby dializowane muszą także stosować odpowiednią dietę, której podstawa to mała ilość wody i niska zawartość sodu.

Przenośna sztuczna nerka i inne nowoczesne dializatory

W Polsce kilkanaście tysięcy osób (na świecie jest to 13 milionów) żyje i normalnie funkcjonuje dzięki temu, że kilka razy w tygodniu zgłaszają się do stacji dializ na zabieg. Jest to uciążliwe i wyczerpujące. Trzeba też dodać, że, ze względu na coraz większe rozpowszechnienie cukrzycy i nadciśnienia, liczba takich osób wciąż rośnie. Dlatego naukowcy pracują nad udoskonaleniem i zminimalizowaniem dializatorów tak, aby możliwie jak najbardziej poprawić chorym komfort życia. Są już takie urządzenia, co prawda wciąż jeszcze w fazie testów, które można założyć na siebie niczym pas na narzędzia i z nim chodzić. A naukowcy z University of California pracują nad sztuczną nerką o rozmiarach umożliwiających wszczepienie jej do organizmu człowieka. Zastosowane w nich są żywe komórki nerki wyhodowane i wprowadzone metodami inżynierii tkankowej w urządzenie. Spełniają one rolę metaboliczną oraz uczestniczą w regulacji gospodarki wodno-elektrolitowej. W ten sposób sztuczna nerka spełnia taką samą funkcję jak przeszczepiony narząd. Cały proces jest napędzany ciśnieniem krwi płynącej w naczyniach. Niepotrzebne są żadne dodatkowe pompy czy zewnętrzne źródła energii. W dodatku chory nie jest zmuszony do przyjmowania leków immunosupresyjnych. Miejmy nadzieję, że wszczepialna sztuczna nerka wkrótce stanie się realnym rozwiązaniem dla chorych z niewydolnością nerek.