摘要：透析研究的新方向包括治療治療成本更低，家庭療法和簡化血液淨化方法。這些目標可能要通過利用新興的學科，例如微型化、微流體技術、納米技術在人工腎領域改革來實現。這項研究可能會使透析進入新時代，新的挑戰包括可移動性、便攜性，甚至可植入裝置。雖然我們還沒有實現，但是最近發表的一係列新論文，展示出有趣而且很有前景的可穿戴的超濾係統（WUF）和可穿戴的人工腎（WAK）。一些人工腎應用體外血液淨化的方法，另外一部分人工腎應用腹膜透析的方法（ViWAK和AWAK）。值得一提的是在體內水分過多和充血性心力衰竭的時候可使用可攜帶的超濾係統進行治療（WAKMAN），這一係統有助於實現院外治療，並減少並發症和提高耐受性。在可攜帶式人工腎的研究中取得了新的發現，例如可應用於新生兒的血濾係統（CARPEDIEM）。新生兒實際上是典型的能從透析微型化中受益的。我們希望通過協作努力，使佩戴式人工腎稱為一個現實，而不是一個夢想。

介紹

　　隨著終末期腎病（ESKD）患者的逐漸增加，腎髒替代治療的需求快速增長。血液透析與腹膜透析表現出可靠的治療形式，可以為患者提供顯著而持久的生存時間。但是，由於血液透析是間歇進行的，體液和電解在透析期內和間期移動，導致一定程度的非生理性。腹膜透析是唯一真正模仿腎髒治療，因為它提供了一種可持續性的腎髒替代治療，該治療可以平穩地移除體液和糾正尿毒症異常，耐受性好。雖然透析療法對於發達地區是一種常規治療，但是對於欠發達的地區卻仍然是一個挑戰。同時，即使透析是在配備精良儀器的透析中心進行，患者的生活質量仍然不高，日常生活明顯受限。

　　最後但同樣重要的是，在某些國家，隻有私人保險或扶持可以支付的醫療單位，才提供透析治療。總之，盡管我們認為透析是一種被認可的常規治療，在地球上的某些地區，這種治療常常不能得到或者隻能部分得到，因為它昂貴，患者無力承擔。這種治療可能效果明顯，但是仍會限製患者的移動和正常生活。因此，什麼是若幹年後步入下一代人工腎治療的挑戰呢？我們建議透析應更簡單，使該治療可以大規模開展和廉價，可以使所有需要該治療的患者能夠得到治療，最終該治療應該達到便攜式或可穿戴式，可以不限製患者的移動。最後一方麵回到先前提到的一點，可以移動的透析意味著非固定護理、家庭護理和最終自主護理。這轉而意味著一個更簡單和更廉價的治療，減少用於大型透析中心的花費，而將費用集中用於單個患者及其臨床所需。

透析的財政問題

　　慢性病的經濟負擔是所有公共保健服務的主要問題。對終末期腎病患者透析服務日益增長的需求正麵臨一個真正的問題，即在各個國家這種治療方法不能提供給所有患者。在世界的大部分地區可能需要構想出一種更便宜、更簡單的透析護理。大醫院隻能提供最初的和並發症的管理。盡管腹膜透析液的供應在一些地區非常昂貴而且很難生產，但腹膜透析仍是一種潛在的治療方法。其他的解決方法可以通過創新來實現，如吸附療法、微小便攜式或可佩戴的透析方法，這些設備隻需要很少的水就可以完成。這項技術尚未成功，但它可以代表在未來幾年的研究目標，因此，我們需要作出努力，創造出新型的、效能價格合算的設備。使這種設備能夠以合理的價格投入到大規模的應用中。這種創新可能使透析每天甚至連續進行，而且還不會對已經不足的衛生財政投入增加負擔。

人人享有透析治療

　　在發達的國家及發展中國家，人口結構正在發生變化。在這所謂的發達國家，老年人常常是孤苦伶仃，各方麵都得自己照顧自己。為了追求更好的、更高的回報的工作，家裏的青年人背井離鄉，傳統的家庭觀念已經被摧毀。而在發展中國家，家庭仍是緊密不分離的，但這樣就需要更多的物質及金錢，因此所有的青年人都得離家出去找工作。在這樣的環境下，健康護理人員開始負責為那些需要昂貴複雜治療的孤單老人提供服務。一種簡單透析治療是盡量可以使患者自己掌握治療方法，一種可控技術性並發症的簡易的治療提供的自我治療可以減少治療費用，適合在家庭推廣。

透析時間

　　雖然新試驗是日夜持續透析，但是當前的腎髒替代治療還分為三期。這種模式依然受生活質量、發病率和死亡率的限製。最近幾年，有數百篇的外文報道稱，如果透析治療越早越持久，其治療效果也會有顯著提高。健康人的腎髒每周168小時進行血液濾過。顯然，每周進行12小時的血液透析是不夠的，最終降低生活質量及引起發病-死亡率升高。隨著患者從傳統的每周三次透析到每日透析治療，有報道稱這種方法能夠顯著提高患者的生活質量（例如，放寬飲食及液體限製等）。同時，也降低了治療成本、並發症、生理症狀、入院率及住院率。

　　有報道稱，每日透析可以提高血容量，不再補充磷酸鹽，無鈉瀦留，增加食欲及營養物質，減少高血壓，減少降壓藥的應用，無高鉀血症，降低發病率及死亡率，無骨質破壞，貧血發生率減少，無代謝性酸中毒、減少心血管疾病及卒中發生，提高血清白蛋白水平。每日透析能夠在大範圍開展是不可能的。很多患者不情願在家中進行透析，一方麵原因是沒有專業的護士和技術人員來指導他們進行透析治療，另一方麵政府也不願意承擔這部分額外的透析費用。而且，還要尋找一種持續的透析方法，使ESKD病人能夠獲得足夠透析劑量，進而提高透析效率，同時也減少人力支出和降低成本。

便攜式和微型化透析設備

　　持續性透析允許明顯的高劑量治療，但是不能在現今的技術下實施。機器太重，必須靠近牆上的插座，並需要很多水，因此急需技術上的突破，去改善每天或持續性透析。而持續非臥床腹膜透析至今還沒研製成功。解決體外血液透析的便攜式問題使得每天夜間治療簡單易行。然而，這些方法至今都未成功，原因是複雜技術和很難給每個患者使用的不現實的設備，限製了其在一個大規模基礎的運用。新一代設備的發展，使得通過簡單的輸送係統可以持續性攜帶及工作，帶來了新的可能性。這些係統被稱為便攜式人工腎髒，最近已經被試驗了。想想如果著眼於這些設備係列的研究，透析治療可能會變得更簡單、便宜，並帶來重要的臨床益處，因為在保證治療的連續性同時，允許患者移動和提供給患者更多康複的機會。

攜帶式人工腎的發展是一項技術挑戰

　　可穿戴人工腎（WDD）的開發需要ESKD患者臨床和技術問題方麵更深層次的理論支持，同時還需要ESKD患者為了追求革新，相信“逃出盒子”。

　　第一個挑戰是要開發出一條適當的血管通路，允許血流速度為100ml/min，這種血流通路不同於慢性透析患者所需要的瘺，但是又能使手術治療得以實施。因此，這個雙導管應該是分離的、新型的，生物材料和皮膚剝離點是可以接受的。在研究這條合適的血管通路時防止感染和凝血將作為首要考慮。簡易的連接和拆分應該是其主要的特征之一

　　管路的設計應該需要盡可能小的預衝容積，並且需要抗血栓材料以及簡易的預衝、血液回流過程。使整個回路過程保持足夠的安全，包括空氣檢測，壓力敏感器、視覺、聲音警報器。

　　這個回路還需要遠程控製，這樣可以使病人精確地進行和傳送預定的程序治療。操作參數和傳送數據的設置應該通過專門的簡易的軟件界麵來顯示。

　　透析器應該要輕巧，大小應為常規透析器的十分之一。其清除速率應該在超濾過率的20ml/min範圍內，抗血栓形成膜對於減少血液凝固是比較理想的。

　　整個裝置應該是便攜的，因此要獨立於電源插座。一個24小時工作的裝置將會耗掉很多的能量，因此裝備足夠的能量才能有效的運行。然而，今天輕便、有效的能量、有效的耗材的電池和燃料電池是可以利用的，它們應該用於這種連續工作的便攜裝置。

　　對於透析液也應該是小容量的，因此，這就需要這種小容量透析液不斷的回收再利用。在透析中，一種商業中經常用的有效的吸收劑係統可以使用幾十年，它需要重新裝置和淨化介質，低於500cc的透析液應消毒和純化。

　　病人應該能夠攜帶這一裝置，並且在進行日常生活時應該是隨身攜帶、不容易被碰撞。因此這就需要輕巧、人類環境改造的設計，這樣使該裝置不易引起他人的注意，並且適用於其軀體輪廓。另外，這樣可以減少ESKD患者的醫療費用和醫療人力資源。WAK將會用於連續的腎髒替代治療，24小時，一周7天持續工作。它還能傳遞透析的劑量。如果裝置出現磨損其有效性也如同正常的裝置。

　　這一裝置可以將液體穩固地從血管中清除，與人體正常腎髒生理清除的能力是相似的。盡管病人會從胃腸道很攝入多液體，但是利用該裝置醫生能夠使患者保持正常血容量。另外，過多的液體清除對高血壓患者控製血壓也有利。超濾液中鈉的含量與血漿中式一直的。每天清除1.5-2升的液體可以使13.5-18g鹽清除出去。這樣不僅可以很好的控製血壓，同時也可以放寬ESKD患者對鹽的攝入。

　　這一裝置的治療可以提高患者的生活質量和攝入的營養。鉀和磷的清除也可以放寬對兩種元素的攝入。盡管這項技術的長期有效性對患者帶來的利益的很大的，但是還需要完美特殊的臨床研究來論證。

　　設計WAK應用於臨床將會成功，許多改革和創新可能都是來源於一些特別的研究和對該領域或者其它發達領域的仔細調查，在一些情況下，對過去的更新和對曆史的完整評估是很重要，有幫助的。

先前的經驗

　　透析的革命產生了精密的技術裝備。然而，在透析治療早期一些研究者嚐試了不同途徑，真正的可穿戴式發展或便攜式透析設備，模仿原生腎，所以患者可以治療每天24小時，允許自由飲食和液體攝入量。雖然有許多報道的“可穿戴”血液透析裝置，這些一般是指對血液過濾循環通路，往往采用留置股動脈和股靜脈導管和/或動靜脈瘺最早的嚐試可以追溯到Kolff等在20世紀60年代。許多腎髒病研究者隨後試圖建立一個真正的可穿戴設備，這將讓病人開展正常的日常活動，或去上班，而同時接受治療 。早期的開拓者都麵臨許多技術問題，包括血管通路，抗凝，以及任何此類設備的可靠性。較早的一些設備中使用的動脈血供應，而那些使用靜脈血供的需要一個血泵，以及電力設備。通常，這些設備缺乏安全功能，即簡單地綁在大腿，沒有連接斷開報警，或空氣檢測監控，隻具有非常基本容量控製。很多精密的設備通過碳吸附罐回收超濾液。然而，這些開創性的嚐試離真正可穿戴的人工腎還很遠，他們沉重巨大而且清除率低。直到最近隨著微型泵的發展，這些早期的開拓者所研究的具有潛在效益的可穿戴式血液透析和/或血液過濾裝置才成為可能。

最近的進展和臨床應用

　　基於過去的研究和今天的技術，WAK 取得了發展，最近我們報道了我們的經驗 ，可穿戴式超濾裝置，在實驗中患者可以在走路，移動的同時接受治療。在一項研究中病人從醫院走了出來，到鄰近的公園，同時可以接受治療。因此，這一概念的可行性得到了證實。2010年10月在維琴察，最近的一次小型化可穿著設備會議上，出現了一係列的相關報道，包括我們自己的進展。

可穿戴的超濾（WUF）

　　在北美和歐洲有症狀的充血性心力衰竭患者在持續增加。由於心排量減少，導致自發的通過神經激素活性增加來代償動脈灌注下降，而這反而進一步導致心排量減少，腎髒消化道供血減少。這會造成腎功能減退和利尿劑抵抗。提倡腹膜透析和血液透析作為充血性心力衰竭和其他的液體瀦留狀態的附加治療。80年代早期Kramer設計了簡單的超濾設備來移除多餘的水。這需要動脈通路，通過靜水壓驅動血流通過濾器形成超濾。設計充血性心力衰竭患者可以使用的超濾設施花費了超過25年時間。然而這種設備是用於短期的在院患者。製造一種真正的可穿戴的設施，使患者可以在移動時得到治療，使院外治療成為可能，很多工程師在進一步完善Kramer的設計。為了能移動，患者需要一個雙腔中心靜脈導管，小型化的血泵，精確的電池驅動的泵來調節超濾，還需要輸入肝素抗凝。聚碸膜濾器被製成腰帶裝纏繞在腰部。這套設施總重2.51磅，最近有報道6位容量過負荷患者首次使用了可穿戴的血濾設備進行了6小時治療。血流速116毫升每分鍾，超濾速度在120-288毫升每小時之間，平均清除鈉離子151毫摩爾，更重要的是在治療中，所有患者都保證了循環的穩定。在傳統的間斷血液透析中一個主要的問題是透析中的低血壓。這會導致腎髒進一步的缺血，損傷。與傳統透析相比較，這套設備通過持續工作，可以以緩慢的，以小時記的速度來轉移液體，血管外間隙的液體可以持續的補充到血管內。這樣就避免了循環的不穩定。通過調節心衰患者前負荷，心功能曲線達到starling曲線的頂點，心排量增加，動脈灌注增加，患者再一次對利尿劑敏感了。這一設備的完善使有症狀的充血性心力衰竭患者在院外治療或一日入院治療成為可能。

　　Vicenza 工作組在最近的會議中展示了一個充血性心衰移動治療的設備，項目名稱叫做WAKMAN（如下圖）. 這一係統的基礎是微型化的循環通路，超濾設施固定在背心上，包括濾出泵，控製裝置，遙控裝置，廢液袋，長期供電的電池。這套設備可以持續工作8-24小時，可以方便地由患者穿戴。小的雙腔導管連接在循環通路上，血流速在50-80毫升每分鍾。超濾率為2-10毫升每分鍾，並且可有醫生或患者根據自身情況調節。

可穿戴的人工腎（WAK）

　　直到最近才有真正的可穿戴的血液透析設備的研究發表。在研究中，8名慢性血液透析患者使用了這種設備4-8小時不等。設備穿著在腰上，重量5公斤。血泵和其他泵是由標準電池驅動的。液體轉移速度由超濾泵精確控製，同傳統血液透析一樣，在進入空氣或循環通路斷開時會安全的停止血泵。設備使用標準的血管通路，瘺或中心靜脈導管。在一例中，動脈導管斷開，在傳統透析中血泵還會運轉，而這套設施感知到了動脈端斷開，血泵停止了。動脈導管被立即重新插入，而沒有明顯的失血，治療繼續進行。在另外兩例，肝素注入量比預先設計減少發生管路堵塞。和傳統間歇透析一樣，這套設施需要恰當的抗凝。透析液通過3個吸附罐持續再生，包括尿素酶，活性炭，氫氧化鋯和磷酸鋯。透析液定期檢測氨的水平來確定吸附罐是否飽和。血液和透析液流速很慢（傳統間歇透析的三分之一）分別為59和47毫升每分鍾。當然溶質的清除速度也較傳統透析慢得多。尿素氮清除速度為23 ml/min，肌酐清除率為21 ml/min。盡管一分鍾一分鍾的清除很慢，類似ICU中持續動靜脈透析，設備被設計的盡可能的延長使用時間。如果可穿著的透析設備能每天使用，將潛在地改善尿素清除率（Kt/V=6.0），高於傳統的一周三次的間斷透析。除了尿素氮和肌酐的清除，beta-2微球蛋白的清除也要評估。beta-2微球蛋白的清除大概是尿素氮的50%的和肌酐的55% 。最近的血液透析研究提示beta-2微球蛋白的清除對預測患者存活時間非常重要。適當的血液透析治療不僅僅是小分子溶質的清除，更重要的是通過觀察beta-2微球蛋白的清除所反映的中分子物質的清除。可穿著透析在一定程度上好於傳統間歇透析。這可能是由於透析器內的血液透析濾過的程度是由由血泵產生的壓力決定的。血泵在設計上不同於常規血液透析機的血泵，不是滾動泵，而是由兩個腔組成 ，一個腔用於血液，另一個腔用於透析液。當血液腔充滿的時候，透析液腔是空的，反之也成立。這種模式就產生了同傳統透析不同的血流和透析液的壓力來源。很顯然，這套設施還處於早期的發展階段，通過改進血泵的設計，增加血泵容積或僅僅通過增加血流速還可以提高清除率。

Vicenta 可穿戴人工腎（ViWAK）

　　最近，有文章報道了慢性腎功不全患者使用的可穿戴的腹膜透析的結構和工作原理，這個係統叫做ViWAK。

　　ViWAK係統包含雙腔腹膜導管，透析液流出管，小型化的旋轉泵，透析液再生循環通路，該係統已經過測試，以20毫升每分鍾的速度消耗12升的置換液。測量四小時和十小時肌酐、β- 2微球蛋白和血管生成素。吸附罐包含polystirenic樹脂能完全清除β- 2微球蛋白和血管生成素。離子交換樹脂除能完全清除尿素和肌酐。最後的結果是11.2升淨溶質清除。

　　該係統的使用方法如下：腹膜腔在早晨置入新鮮的2升PD置換液， 2小時後，當透析液/血漿的平衡達到約50％時，自循環係統被激活，速度是20毫升/分。之後自循環停止，如果需要的話腹腔內注入適量的葡萄糖以完成超濾。2小時後，排出透析液，換成2升萄聚糖，進行一整夜進一步的超濾。

　　所以這套係統每日24小時工作，能提供15-161每天，一周100-110升的肌酐和β- 2微球蛋白的清除。患者比CAPD減少了透析液更換的數量，比APD使用更少的液體。可以提供吸附罐飽和的信息，以及流量和壓力，使遠程無線控製成為可能。目前的結構有些問題仍然有待解決，包括一個額外的注入葡萄糖和碳酸氫根的係統，一個減少纖維蛋白吸附到吸附劑的係統，最後一個更複雜的吸附劑，以確保完全去除包括尿素等小分子的實現。總之，可穿戴的腹膜透析係統成為一種可能的替代APD或CAPD 的選擇。

兒童透析機（CARPEDIEM）

　　CARPEDIEM能極好的滿足新生兒和體重2-10公斤兒童的精確地安全的腎髒替代治療。這一係統有極低的預充量（包括循環管路和濾器15毫升）。低血流速（20-80毫升/分鍾）低濾出比（UFR = 1-8 ml/min)，能精確到0.1毫升/分鍾的液體平衡，為達到這一目的應用了專門的技術。這是在小型化可穿戴血液淨化研究應用的一個典型的例子。納米技術，微機械技術，微流體力學將進一步幫助這一技術的發展。

結論

　　新的血液淨化係統必須滿足這些特點：即使在經濟受限的地區也能有廣泛的應用，他必須足夠簡單從而使患者自己可以操作。他必須便攜或可穿戴，從而使患者可以自由行動。一旦具備了這些特點，這種治療的優勢就會顯示出來，最近的實踐表明，盡管在技術上還存在一些需要改進的地方，但可穿戴的人工腎已經距離我們很近了。技術上的挑戰需要通過研究和革新來克服。這些方法也有助於其它領域的發展，例如兒童透析和危重病人的治療。微型化和抗栓塗層是近期可能實現的最重要的進展。在這一領域還有很多問題，科學的進步會逐一解決這些問題。不積跬步無以至千裏。

　　原文鏈接：人工腎的未來：走向便攜和微型化