透析 Study

復活!臨床工学技士(透析技術認定士)の勉強ノート。

カテゴリ: 血液浄化療法の工学的基礎知識

病院で使われる計算式・濃度

透析だけに限らず、病院ではいろいろな濃度の単位を目にし、
ときには単位変換や処方透析なども行わなければなりません。
医療を目指す人の中には計算が必要なことに不安を覚える人も多いです。

病院で使う単位の変換、計算などはこのぐらい知っていれば十分ではないか
というようにまとめてみました。

まず、いちばん感覚的にわかりやすいのが
mg/dl  溶質を重量、溶液を体積としてあらわした重量単位です。
1dl 中に1mg 解けていれば 1mg/dl 。

溶質を mg ではなく g で表すと g/dl となり、W/V% と表すことがあります。
wはウェイト、重さ。vはボリューム、体積です。
生理食塩水のバックには塩化ナトリウム(Nacl) 0.9W/V% と表示されています。
1dl 中に 0.9g の塩化ナトリウムが溶けているわけです。

W/V%= g/dl は と同意です。 生食は 0.9% 塩化ナトリウム水溶液です。
%はpert par cent という意味で100分の1を表します。

ppm という単位は part per million という意味で1000000分の1を表します。
ppm は%を使うには微量な濃度を表すときに使います。 
0.0001% が 1ppm 、10000ppm が 1% 。一万ppmが 1% とおぼえます。

小麦粉1g と食塩1g では同じ重さでも粒子の数は違います。
粒子の数がアボガドロ数個(6.022×10の23乗個)だけあれば
1mol と考えようというのがモル濃度です。

12個が1ダースというのと同じです。
アボガドロ数個の粒子が1リットル中にあれば1 mol/l です。
1mol が何g に相当するのかは粒子の数を数えなくても原子量を調べればわかります。

原子量 23 のNaは は23g が 1mol 、23mg であれば1mmol 、
原子量 35.5 のClは は35.5g が 1mol、33.5mgは1mmol、
原子量 58.5 のNaCl は は 58.5g が 1mol
原子量 39 のK は は 39g が 1mol
原子量 40 のCa は は 40g が 1mol
原子量分グラムが1mol なのです。
原子量をしらなければ重量濃度とモル濃度の変換はできません。


■ では 900mg/dl のNacl水溶液のモル濃度はいくつでしょうか。


900mg ÷ 58.5 で15.38mmol/dl = 153.8mmol/l です。
1モルが原子量分であるから、
重さを原子量で割ることでモル濃度が求められるのです。

 
半透膜を介して濃度の異なる溶液があったとき、
濃度の低い溶液から濃度の高い溶液に水は移動します。
濃い溶液は薄められ、薄い溶液との間に水位差が生じます。
ここで、濃度が高い溶液に水が移動してこないようにかけた圧力を浸透圧といいます。

つまり浸透圧は溶液の濃度によって決まり、溶液中の粒子の数で決定します。
非電解質では1mol/l の溶液は1mosm/l の浸透圧をもちますが

電解質は溶液中ではイオン化し、粒子の数が増えるので
同じ1mol の物質でも浸透圧は異なります。
Nacl は水に溶かすとNa とCl に別れる(イオン化する)ので
Naが153.8mmol/l 、Cl が153.8mmol/l となります。

Naが153.8mmol/l 、Cl が153.8mmol/l ということは
この水溶液は153.8 + 153.8 = 307.6mosm/Lの浸透圧をもつと表せます。
水溶液中でイオン化した溶質のモル濃度の和が浸透圧です。 
浸透圧の単位はオスモパーリットルと読みます。
また mosm/H2O・kg と書くこともあります。

 

■ では5%ブドウ糖の重量濃度、モル濃度、浸透圧はいくつでしょうか。


5%なので1dl に 5000mg 、5000mg/dl 、ブドウ糖の原子量は 180 なので 180g が 1mol 、
重さを原子量で割るとモル濃度が求められるので 5000÷180 = 27.7mmol/dl = 277mmol/L 、
ブドウ糖 C6H12O6 は非電解質なので水溶液中でイオン化しない。モル濃度がそのまま浸透圧となる。よって 277mosm/L。

粒子の数がアボガドロ数個集まったものを1mol と呼びますが、
1mol が水溶液中でイオン化したときの「化学反応力」は電子量によって決まります。

1mol あたりの化学反応力を表した単位が mEq/L です。
Naは電子量 1価のイオンなので1mol は1mEq 。
Clは電子量 1価のイオンなので1mol は1mEq 。
Caは電子量 2価のイオンなので1mol は2mEq 。
モルに価数をかければメックに単位変換できます。

 
ここからクイズになります。

■ Naは透析で除去されるか。

■ 10% Nacl 1A (20ml) は何mEq/l か。

■ 血漿Na濃度140mEq/L、血液量5Lの患者に10% Nacl 1Aを静注するとNa濃度はいくつになるか。

■ バケツに入ったNa濃度140mEq/L、5Lの水の中に10% Nacl 1A (20ml)を入れるとNa濃度はいくつになるか。

■ 140mEq/Lの透析液を150mEq/Lにしたいとき個人用透析装置 A原液(9L)タンクにNaclを入れればよいか。

■ 透析液A原液タンク9Lには「カリウム2mEq/L 塩化カリウム47g」と記入されている。
      これをを3mEq/Lにしたい。何g のカリウムを入れればいいか。

■ 透析液10Lの中に塩化カルシウムをいれカルシウム濃度を1mEq/L上げたい。何グラム入れればよいか。



□ 透析(拡散)で除去されるためには血液-透析液間での濃度差があることが必要です。
血液のNa濃度はだいたい140mEq/l 、透析液の濃度も140mEq/l 。よって透析ではNaは除去されません。
食事でとった塩分は拡散ではなく、除水によって除去されます。


□  濃度は10%=g/dl、まずmol にするとNacl は23+35.5=58.5の原子量だから
10000mg/dL÷58.5=170.9mmol/dl=1709mmol/L
Naは一価のイオンなので×1、1709mEq/L です。


□ 細胞内液から浸透してきた水分により血液は希釈されNa濃度は140mEq/L一定に保たれます。


□ 10% Nacl 1A に含まれる2000mgのNaclは2000÷58.5=34.2mmol、1価だから34.2mEq、
バケツのNa総量は140mEq×5L=700mEq
足すと734.2mEq、バケツの総量が50.2dlだから
734.2mEq/50.2dl = 14.6mEq/dl = 146mEq/L


□ A原液9Lは35倍希釈されるため9×35=315Lとなります。
これを10mEq濃度を上昇させるので315×10=3150mEqのNaが必要です。
Naは1価だから3150mEq=3150mmol、
モルは原子量でかけると重さになるので184275mg、184gのNaclが必要です。
Clも10mEq/L上昇します。


□  説明書にカリウム2mEq/L 塩化カリウム47gと記入されていれば
カリウム1mEqあたり23.5gとわかる。
よって3mEq/Lにするには23.5g入れればよい。クロールも1mEq、上昇する。


□  塩化カルシウム Cacl2は2価のカルシウムと1価のクロールが2つ結合した形であるので
原子量はCa40 + Cl 35.5 + Cl 35.5=111となる。1mEq/L上昇させる。
10Lなので10mEq、モルになおすとカルシウムは2価だから
5mmol、モルに原子量をかけると5mmol×111=555mg。
555mgの塩化カルシウムが必要。クロールも1mEq、上昇する。

 

検査結果の変換などわかりにくいのですが、単位はモルを中心にして考えるとわかりやすいです。

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透析効率を評価する指標について

透析の評価指標として尿素窒素(BUN)の除去率が用いられるのが一般的ですが、
BUNに毒性があるわけではありません。透析液にBUNを付加しBUNを除去しない透析を
行っても患者さんの健康状態に問題はなかったという報告があります。

初期の透析では分子量500程度の低分子領域の物質しか
除去できませんでしたが延命が可能でした。
そこで生命予後に関する物質は分子量500以下にあると考え、
分子量60のBUNを透析効率の指標として利用することになりました。
またBUNは他の物質と比べ測定が容易で測定費用も安価です。

しかし、現在では透析アミロイドーシスや手根幹症候群など
透析患者の生活の質を悪化させる合併症は
分子量500以上の中分子量物質が原因とされています。

① 除去率とは

除去率とは透析前後のBUN濃度を比較したものです。
(透析前BUN濃度-透析後BUN濃度)÷透析前BUN濃度で求められます。
透析前BUN濃度が80mg/dl、透析後BUNが30mg/.dlの場合、
(80-30)÷80×100%=62.5% となります。

除去率は簡単に計算ができるため臨床的に広く使用されますが
透析の効率を評価する指標としていくつかの問題点があります。
それを以下、1から4に挙げます。

1、濃度の低下は除去?

透析中に補液や飲水を行うと血液は希釈され溶質濃度は下がります。
除去を全く行っていなくても濃度が低下すれば見かけの除去率はある値をもちます。
濃度が下がれば除去されているいないに関わらず値をもつ曖昧さが問題点のひとつです。


2、oneコンパートモデルとtwoコンパートモデル

除去率は体全体がひとつの容器で、BUNが体内に均一に分布していることを
前提としています。これを1-コンパートモデルといいます。

1-コンパートモデル


しかし人間の体はそんなに単純ではありません。透析終了後、
約30分間、BUNが急速に上昇することから(BUNの透析後リバウンド)、
生体内にはBUNが除去されやすい区域と除去されにくい区域があると考えられています。
これを2-コンパートモデルといいます。

2-コンパートモデル

当初はBUNが除去されやすい区域は細胞外液、
除去されにくい区域は細胞内液と考えられました。
しかしその後、尿素が除去されにくい区域とは
水分量が多いにも関わらず血流の悪い臓器、例えば筋肉や皮膚であり、
除去がされやすい区域は血流が多い臓器、肝臓や腸などの
消化器系臓器であるという説が提唱されました。(局所血流モデル)
透析中の筋肉運動がBUNの透析後リバウンドを小さくすることから
局所血流モデルの方が正しいと考えられています。
除去率は上図の除去されやすい区域の採血によって計算されます。

3、心肺再循環 シャント再循環

ダイアライザーにより浄化された血液は返血され、心臓に戻り、
心臓から肺へ、肺から心臓に戻り、心臓から全身に送られます。
ここで問題になるのは心臓から全身への部分です。

つまりダイアライザーにより浄化された血液の一部は
またシャント血管に送られてしまう事、これが心肺再循環です。
シャント血流量が多すぎる場合、心肺再循環量は大きくなります。

また、シャント流量が少ない場合や穿刺部位に問題があれば、
返血された血液の一部はすぐさま脱血されます。
これがシャント再循環です。再循環の有無で除去率は変動します。

透析後の採血は再循環回路内から採取するため
再循環によって除去率は見かけ上、良くなりますが、
シャントにいく血液がきれいになっているのであって
全身の血液がきれいになっているわけではありません。

充分な時間をとらずに血流の速い透析を行うとBUNのリバウンドが大きくなります。
リバウンドを少なくし、透析効率をよくするためには透析時間を長くしなればなりません。
週2回透析や4時間未満の透析ではリスクが高いことが知られています。



4、TP補正・血球水分補正

溶質の濃度は血清濃度で表示され、血流QBは全血量で表示されますが、
血清は蛋白質を含み、血液は血球を含みます。そのためこれを補正する必要があります。

例えばBUN=80mg/dl 、TP=7g/dlの場合
 血清1dlの水分量は100-7= 0.93dlであるため本当のBUN濃度は
 80mg ÷ 0.93dl = 86 mg/dl となります。これをTP補正といい、
 BUNとは区別し、UNといいます。

BUN=80mg/dl、 TP=7g/dl、Ht=30% QB=200ml/min の場合
血漿流量は200ml×(100-30)% = 140ml
血漿中の水分量はTP補正を行うと140ml×(100- 7)%= 130ml となります。
血球の流量は200ml×30% = 60ml そのうち血球の水分量は3分の2ですが、
ヘモグロビンは尿素を吸着する性質があるため、
見かけ上の水分量は86%に相当します。血球の水分量は60ml×86% = 52ml
血漿中の水分量と血球の水分量の合計、真の血流量は
130ml + 52ml = 182ml となります。これを血液水分補正といいます。
BUNが溶解できる血球中の水分量は86%ですがクレアチニンは66%、
β2-MGは細胞内に入れないため0%となります。
このためクレアチニンとβ2-MGの除去量はHtの増加とともに減少します。



Htが上昇すると透析効率が悪くなるのはこのためです。
UNの除去率は良くてもQOLに関係すると考えられる
中分子量物質の透析効率はHtの上昇により低下していることがわかります。

② 除去量とは

除去には問題があり、体液全体の浄化程度を正確に反映しません。
これに対し除去は透析液廃液全量を大きなタンクに貯留し、
廃液濃度と廃液量の積から全除去量を求めるものです。
しかし透析液廃液は4時間透析で120リットル以上になるため、
除去量の算出は煩雑で大きな誤差を生じることが避けられません。

③ クリアスペースとは

クリアスペースは除去量をもとにどれだけの体液量が浄化されたかを定量的に表す概念です。
除去量を透析前血中濃度で除し、一回の血液透析治療で浄化された体液量を表します。

④ クリアランスとは

クリアランスとは、ダイアライザーに流入した血液のうち、
どのくらいの血液が完全にきれいになったかを血流量の単位で表わす指標です。

透析前BUN=100mg/dl、後BUN=20mg/dlであるとき除去率は80%です。
透析中の血流量を200ml/minとし、
血流量の80%にあたる160ml/minの血流からは完全に尿素が除去され、
残り40ml/minの血流からは全く除去されなかったと考えることができます。
このときのクリアランスは160ml/minです。

⑤ Kt/V(標準化透析量)とは

クリアランス(K)が160ml/minであるとき
1分間に160mlの血液から完全にBUNが除去されたことを意味します。
1時間なら9600ml、4時間であれば約40リットルになります。
これを透析量(Kt)といいます。

約40リットルの透析量(Kt)があっても、
体重80kgと40kgの患者さんではその意味は異なります。
そこで透析量 (Kt) を体重(V)で割り、標準化、
体全体を何回きれいに透析したかを他の人と比較できるようにします。
この Kt/V を尿素の「標準化透析量」と呼びます。

Kt/V が1.0ということは、
浄化された体液量を実際の患者さんの体液量で割って1.0、
すなわちきれいになった血液とその人の体液量の比が1対1になることです。
Kt/V が1.0ということは透析で体液を一回分きれいにしたと考えることができます。



Kt/V が1.0の透析を週3回ということは生体腎の働きに換算した場合、
糸球体濾過率(GFR)で10.7 ml/分に相当します。
補っている腎臓の働きはよく見積もって正常な腎臓の10~15%です。

日本透析医学会統計調査委員会の報告によると理想的な透析とは
時間当たりのKt/Vが0.3~0.45となるようなクリアランスの下、
1.2以上のKt/Vを確保するような透析とされており、
至適尿素除去率を65%以上としています。

⑥ TAC BUN(時間平均血中尿素窒素濃度)とは



2日あきの透析前が最もBUN濃度が高く、
透析で除去されるため低下し、次の透析までに上昇します。

このように透析患者さんの血液中のBUN濃度は
のこぎりの歯のように上下しています。
青線は1週間のBUN濃度の平均値、TAC BUNといいます。
(Time Averaged Concentration:時間平均濃度)

透析後の採血はリバウンドの影響などで正確さの問題があります。
TAC BUNは残腎機能や蛋白摂取量、透析効率を加味した
全体液量の状態を強く反映します。

TAC BUNは一週間のBUN濃度の平均値であるので求めるには
週三回透析前後での採血が必要ですが毎回透析前後で採血するのは実際、
無理なので週初めの透析後値と週中の透析前値の平均を近似的にもとめます。

TAC BUNの目標値は55~45mg/dlです。
55 mg/dl以上では透析不足が考えられます。

またTAC BUNが低いことは十分に透析されているようですが
多くの場合、蛋白質、つまり十分な食事が摂れていないことが考えられます。
よってTAC BUNは蛋白摂取量と合わせて判断することが必要です。

⑦ n-PCR(標準化蛋白異化率)とは

食事によって摂取された蛋白質はアミノ酸に分解され血液中に入り全身に運ばれ
身体を構成する蛋白質になります。(蛋白合成)
そして蛋白質はまたアミノ酸に分解され、アンモニアに変換され、
肝臓で無毒化、最終代謝産物であるBUNになり排泄されます。(蛋白異化)

PCR(normalized protein catabolism rate)は
蛋白質が異化される速度を示しており、急激な「体重増加」や「やせ」がない限り、
蛋白異化速度は蛋白合成速度と等しく、蛋白合成速度は蛋白摂取量に等しいため、
PCRは栄養状態を表す指標として利用されます。

PCRの単位は「g/kg/日」。一日の体重あたりの蛋白質摂取量です。
PCRの目標値は0.9~1.2 g/kg/日です。
日本人の平均的な蛋白質摂取量は1.2~1.6g/kg/日といわれます。
また、ステージG3b以降、透析導入前の患者さんの食事は0.6~0.8g/kg/日が推奨されています。
透析導入となったら導入前よりは食べていいけど健常人よりは少なめが理想です。
透析1回でアミノ酸は7g、蛋白質40g、カロリーは200kcal失われます。

透析による蛋白ロスがある上に
透析患者は尿毒症物質の影響もあって慢性的に炎症状態にあり、
蛋白が体から失われやすい蛋白異化亢進状態であるため、
やせやすく、それが抵抗力の低下、生命予後の低下につながります。

BMIの低下(やせること)は生存率を急激に低下させることが知られています。



⑧ %クレアチニン産生速度とは

クレアチニンは筋肉のエネルギー源の老廃物であり、筋肉量と比例します。
%クレアチニン産生速度は性別、年齢、透析前後の
クレアチニンの値から求められる指標です。

%クレアチニン産生速度が90%であれば、同性、同年齢の人と比べ、
筋肉量が平均より10%劣っていると評価することができます。




PCR、Kt/Vのように蛋白質をしっかり食べる、
よい透析を行うといった方法だけでは%クレアチニン産生速度は改善しません。
しっかり食べ、そして摂取した蛋白が筋肉として体についているかということは
透析の質、食事、運動、基礎疾患の治療の成果など総合的によい状況でなければなりません。

効率のよい透析は死亡率を低下させますが
個々の人にとって必ずしも死亡率を低下させるわけではありません。
高齢者は余命が短く、透析効率によって生存率は大きく左右されません。

また、透析アミロイドーシスや手根管症候群などβ2-MGを原因とする合併症は
透析導入5年以降に発症するため、余命が5年以下と考えられる場合、
β2-MG除去を目標とする透析を行う必要があるとはいえません。

免疫は蛋白質からできています。効率のよい透析が死亡率が低いことから
高血流、高効率の透析を求める患者さんが増えています。
効率のよい透析ができるのはしっかりと食べれて、活動性の高い人に限られます。

透析の条件はこれらの指標の他、カリウム、リン、Ph 、β2-MGなどの値によって決定され、
透析効率として利用される指標はどれも単独で使用するものではありません。

透析効率の指標に関して、透析技術認定士の過去問に頻出する計算問題は
濾過係数と限外濾過率の計算くらいです。
公式を暗記しなくても出題される単位に代入するだけで求められます。

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