拡散・濾過・対流

はきだしたタバコの煙が風がなくとも霧散していくように
濃いものは薄い方に拡散していく性質をもっています。

人工腎臓、ダイアライザーはストロー状の透析膜を約1万本束ねた構造をしており、
ストローの中を血液が、外側を透析液が流れ、透析膜を介して血液と透析液が接触し、
透析液よりも血液中に高い濃度をもつ物質は血液中から透析液側に除去され、
血液中より透析液中に高い濃度である物質は透析液中から血液側に補われます。

赤血球や白血球は大きすぎて膜の穴を通過できません。

拡散による物質の除去は分子量500以下の小分子量物質では効率がよいのですが、

分子量500以上の中分子蛋白では効率は低下します。

透析膜表面には小さな穴(ポア)が開いており、
小さな物質ほどよく通過し、除去されやすいのは当然のことです。

分子量500以下の小分子領域を除去するだけで延命は可能です。
しかし現在では透析アミロイドーシス手根幹症候群など
透析患者の生活の質を悪化させる透析合併症は拡散で除去しにくい
中分子蛋白が原因であると考えられています。

腎不全になると尿が出なくなります。

体にたまった余分な水分を除去するために透析膜を介し
血液側に「圧力」を生じさせ、血液側から水分を濾過します。
このとき濾過された水と同時に、
膜孔を通過可能な溶質も体内から透析液側に移動します。
これを対流といい、拡散による物質の除去よりも
透析合併症の原因となる中分子蛋白の除去効率がよくなります。

拡散」は小分子量の除去効率がよく、分子量が大きくなるほど効率が落ちています。

濾過」は「圧力」で押し出していますので、拡散に比べ、
分子量の大きい物質が除去効率が良いことがわかります。
濾過の小分子領域の除去が頭打ちなのは濾過液量分しか除去されないためです。

分子量が大きくなるほど「拡散」と「濾過」の除去効率差は縮小し、
透析合併症の原因となるベータツーミクログロブリン、β2MGの
除去効率はの濾過の方が良好です。β2MGより分子量の大きいアルブミンは
体に有用な物質ですのであまり除去したくない物質です。

β2MGの大きさの分子量は除去し、アルブミンの領域の大きさの物質は
除去しない特性を持つダイアライザーはクリアランスが
β2MGとアルブミンの中間でストンと下降する線を描きます。
これをシャープなダイアライザーと表現します。

透析前血清アルブミン濃度、3.5~4.0g/dl の患者の一年間生存率を1としたとき、
3.0~3.5g/dl では生存率に与えるリスクは3倍となります。
適正なアルブミンの濃度の値は栄養状態が良いことであり、
食事もとれないような病的状態にないことを意味します。

アルブミンの値を適正な範囲に保つことは
透析患者の生命予後にとって非常に重要な因子です。
抵抗力、免疫は蛋白質でできているのです。

アルブミンは除去したくない物質ですが分子量の近いβ2MGは除去したい。
血液透析濾過(HDF)は拡散よりも濾過のほうが
中分子用物質の除去効率が向上することを利用した治療法です。
透析中に補液を行い、同時に補液と同量の除水を行うものです。
低アルブミンは危険ですがそれは高齢者などに限られます。
しっかり食べれて、活動性の高い人には非常に有益な治療法です。

よく食べて、活動性の高い人はアルブミンも標的とした透析が行われます。
アルブミンにも尿毒症物質が含まれていて、それが合併症の原因ともなっているのです。
β2MGも、アルブミンもある程度除去するダイアライザーを
ブロードな除去特性をもつと表現したりもします。

透析液の組成

透析液の組成は治療法、薬剤の開発、透析機器の進歩に応じ、変遷しています。


透析液中のナトリウム濃度は透析開発当初、130mEq/l程度に設定されました。
当時はダイアライザー、透析機器の除水性能が悪く、浸透圧によって除水を行うためです。
不均衡症候群の原因となるため現在では生理的濃度である140mEq/l まで高められました。

国内で市販されている透析液のカリウム濃度は2.0mE/l から2.5mE/l です。
腎不全となると酸の尿排出が行われなくなるので代謝性アシドーシスとなります。
体内のカリウムは95%が細胞内にあるのですがアシドーシスとなると
カリウムが細胞内から細胞外、血液中に移動します。

アシドーシス・食事の影響をうけ、透析前には
高カリウム血症(≧5.0mEq/L)が
約半数の患者でみられ、約10%が
重度の高カリウム血症(≧6.0mEq/L)となります。

そのためカリウム濃度は2.0mE/l から2.5mE/l と、低めに設定されるため、

透析後には低カリウム血症(<3.5mEq/L)が約半数の患者でみられ、
約8%の患者が重
度の低カリウム血症(<3.0mEq/L)となります。
心不全の薬(
ジゴキシン)を飲んでいる患者さんは副作用として低カリウムがあり、
透析後に、不整脈などの原因となりうるので注意が必要です。


透析患者のマグネシウム濃度が低値をしめすのはまれです。
血清Mg濃度が6mg/dl以上となると悪心、血圧低下などの症状がでることがあります。
サプリメントや胃薬が原因となるようです。しっかり食べれる患者さんが増えたこともあり、
当初 1.5mE/l であった透析液マグネシウム濃度は現在 1.0mE/l が主流となっています。

ブドウ糖もナトリウムと同じく浸透圧を高めるため

1970年代には2000mg/dl に設定されました。
ブドウ糖は細菌の繁殖をまねくため1980年代にはブドウ糖の含有していない
透析液が使われるようになりますが長期的にエネルギーを喪失させ、
危険な糖尿病患者の低血糖を引き起こすことから
現在では生理的濃度である100~150mg/dl の透析液が用いられています。

糖の添加により透析中の低血糖発作はほとんど起こりません。
しかしインスリン療法を受けている糖尿病患者さんで
透析液中の糖濃度よりも血中の糖濃度が高い時、
透析によって糖は除去されますがインスリンは透析で除去されません。

そのため相対的にインスリン濃度が高まり、
透析後に低血糖発作を起こすことがあり注意が必要です。
余分な糖は体内で変換され、脂肪として蓄積されます。
透析患者は高トリグリセリド血症となることが多く、よく出題されます。
透析液のブドウ糖が特徴的な脂質異常に関与しているとも考えられています。

透析液中にリンは入っていません!ひっかけ問題として出題されました。


透析液カルシウム濃度は

1970年代は3.5mEq/l 、1980年代は3.0mEq/l、1990年代は2.5mEq/l が主に用いられました。
1970年代は二次性副甲状腺機能亢進症予防のため
透析中にカルシウムを供給することによってPTHを抑える必要がありました。

1980年代は活性型ビタミンD製剤の使用が始まり、
またリン吸着剤のアルミゲルが禁忌となり、カルシウム製剤に切り替わったことから
透析中のカルシウム負荷は不要となりました。

1990年代になるとD剤、カルシウム製剤の併用により
高カルシウム血症をきたし易く、これが異所性石灰化をまねくことから
透析中にカルシウムを除去する方向となっています。

2000年代に入りカルシウムを含まないリン吸着剤やカルシウム受容体作動薬が発売されました。
市販の透析液のカルシウム濃度は3.0mEq/l、2.75mEq/l、2.5mEq/lですが

3.0mEq/lの透析液の使用が過半数であるようです。

生体内は常に一定のph(7.4)となるように保たれています。
腎不全となると酸が蓄積し、血液のphが低下します。(代謝性アシドーシス)
このため重炭酸を補充する必要があります。初期は重炭酸が用いられました。

しかし重炭酸は透析液中のカルシウムと反応し発泡し、炭酸を発生、
重炭酸濃度は低下、炭酸カルシウムが沈殿するため不安定でした。
これをスケールといい、透析機器にも悪影響を与えます。
そのため1970年代には体の中で代謝されて重炭酸を産生する
酢酸(35mEq/l程度)が緩衝剤として用いられるようになりました。
これを「酢酸透析液」といいます。
透析による酢酸の供給が、生体内での酢酸から重炭酸への代謝速度を上回ると
血圧の低下、悪心などの症状が出る「酢酸不耐症」が問題となり、
1980年代に入ると重炭酸透析液に酢酸をph安定剤として10mEq/l程度添加した
重炭酸透析液」が主流となりました。

2006年にはph安定剤として酢酸の代わりにクエン酸を用いた
無酢酸透析液」が発売されました。少量の酢酸であっても免疫系を刺激し、
透析合併症に関与しているとみられているからです。

また、この無酢酸透析液は重炭酸濃度が35mE/lと高めに設定されています。
アメリカの透析ガイドラインでは透析患者の透析前重炭酸濃度は
20~22mEq/lであることが推奨されています。
透析医学会の統計調査によると従来の透析液では
透析前重炭酸濃度が20mEq/l 未満の患者さんが4割を占めていました。
より積極的にアシドーシスを改善することを目指した透析液の登場となりました。


そして、透析液で大事なことは清潔であることです。
除水は透析液に陰圧をかけ除水を行いますが、血液はポンプにより循環しているため
陽圧がかかります。この圧力の和をTMP(膜間圧力差)といいます。
この圧力(TMP)はダイアライザー全体に均一ではなく、
血液入り口側は血液側の圧力が高く、
圧力損失を生じ、出口側では血液側圧力は低下します。
そのため、除水を行っていても、意図する、しないにかかわらず、
透析液から血液側への水の移動が起きています。

     

透析膜表面のポアは小さく、細菌を通しませんが細菌のフラグメント(断片)は
ここを通過します。この断片に炎症を起こす作用があり、
この炎症がさまざまな合併症を起こす要因となっていることが知られています。
きれいな透析液を使うということがとても重要なのです。

透析液には尿毒症物質を生体から除去し、生命維持に必要な物質を生体に送り込み、
除去する必要のない物質をなるべく除去せず、体液と同等の浸透圧をもち、
有害な物質を含まないことが求められます。