Портативный аппарат для гемодиализа

Она облегчит жизнь пациентов

В Зеленоградском инновационно-техническом центре завершаются опытно-конструкторские работы по созданию "портативной почки". Изобретение претендует на настоящий прорыв в медицине. Нашим учёным и инженерам удалось создать компактный и мобильный аппарат для гемодиализа.

Всевозможные колбы, трубки и приборы, по сути, имитируют человеческий организм. На нем тестируют портативную "искусственную почку". На лабораторных животных эксперименты уже проведены и признаны успешными, передает ТВ Центр.

"Мешок – это брюшная полость. Заливается литр нашего модельного раствора в эту полость, ставится в термостат. В термостате поддерживается температура 37-38 градусов, как в человеке", – рассказывает научный сотрудник, инженер МИЭТ Анастасия Бакланова.

Первый аппарат для гемодиализа – то есть очистки крови от токсинов – был разработан в далеком 1913-м году в США. Спустя сто лет в Зеленограде ученые создали прорывную технологию на стыке медицины, физики, химии, и программирования. В каждом направлении – не просто шаг, а скачок вперед. Жизненно необходимое устройство теперь может повсюду сопровождать человека с болезнью почек. И помещается прибор в небольшой рюкзак.

В технологическом центре – своеобразная выставка "искусственных почек". Эти массивные аппараты для гемодиализа можно разве что перекатывать на колесах. На контрасте: новое устройство весит около 5 килограммов. Но в идеале, должно быть еще легче.

Состоящий из насосов и клапанов аппарат закачивает диализный раствор в брюшную полость пациента через катетеры. В отличие от прежних устройств жидкость с выведенными токсинами может рециркулировать: её очищает специальный модуль. Устройство управляется через приложение на смартфоне, оно контролирует температуру, давление человека, а также дает тревожный сигнал, если показатели отклоняются от нормы.

"Мы планируем упростить эту систему так, чтобы первое подключение проходило с помощью специалиста как это обычно бывает при домашнем диализе. Когда специалист объясняет пациенту последовательность действий, как он должен обрабатывать руки, чтобы не занести инфекцию. И чтобы после тренировочного курса пациент имел возможность работать с этой системой самостоятельно", – объясняет научный сотрудник Зеленоградского инновационно-технического центра Борис Путря.

Только в Москве, по данным медиков, около 4 с половиной тысяч пациентов нуждаются в регулярном диализе. Кто-то проходит процедуру на протяжении нескольких месяцев в ожидании пересадки почки. Кто-то привязан к аппаратам десятилетиями – каждую неделю под капельницей не менее 12 часов. Специалисты убеждены, изобретение российских ученых, в первую очередь, будет востребовано молодыми работоспособными пациентами.

"Основным страхом которых являются многочасовые лежания и устрашающий вид коробок с диализирующими веществами. Наверное, тот новый пласт пациентов, которые стоят на пороге заместительной почечной терапии, – оптимальное будет внедрение в качестве заместительной почечной терапии вот этих портативных устройств", – говорит врач-нефролог отделения "Искусственная почка" Клиники имени Е.М. Тареева Агунда Кучиева.

Опытно-конструкторские работы над портативной почкой должны завершиться уже в этом году. После этого начнутся клинические испытания. В случае их успеха, аппарат запустят в массовое производство.

Егор Киселёв, Михаил Бахтияров, Никита Филиппов. "ТВ Центр".

Ежегодно от отказа почек умирает больше людей, чем от рака молочной железы или простаты. Чтобы как-то поддержать жизнь людей, страдающих от такого заболевания, сегодня используют технологию гемодиализа. Гемодиализ — это разработанная еще в середине прошлого века медицинская методика, позволяющая очистить организм человека от токсичных веществ без задействования почек. В её основе лежат простые и известные всем со школьного курса процессы диффузии и передачи энергии поточным способом. Сегодня для удаления из кровяного русла токсичных веществ, отходов, солей и избытка жидкости при острой или хронической почечной недостаточности используют специализированные устройства – гемодиализные аппараты, в которых очистка крови происходит при пропускании ее через полупроницаемую пористую мембрану. Эта процедура, выполняемая обычно в больнице, как правило трижды в неделю по нескольку часов, очень утомительна для пациентов и работает только тогда, когда человек подключен к этому аппарату.

В 1960-х годах кардиостимулятор был размером с микроволновую печь, а аппарат для диализа – с холодильник. Сегодня кардиостимулятор по своим размерам похож на таблетку, а аппарат для диализа – все еще на холодильник. Хотя и здесь начались революционные изменения, появились более портативные системы, стали разрабатываться устройства, позволяющие проводить диализ прямо на дому у пациентов. В нашем обзоре мы вкратце расскажем об этих инновациях.

Аппараты для гемодиализа

Tablo

Американская компания Outset Medical разработала диализный аппарат, получивший название Tablo, который действует как потребительское устройство, поэтому почти любой человек, пройдя небольшой тренинг, может научиться самостоятельно проводить диализ. Благодаря автоматизации различных процессов, количество отдельных операций, которые пользователь должен осуществить, уменьшено более, чем наполовину, по сравнению с существующими профессиональными системами. Большой сенсорный дисплей имеет интуитивно понятный интерфейс, который с помощью анимации и пошаговых инструкций позволяет пользователю пройти через весь процесс диализа.

При этом нет необходимости использовать дистиллированную воду, поскольку Tablo подключается к водопроводному крану и самостоятельно фильтрует воду до нужной чистоты. Система также производит собственный диализный раствор, еще более упрощая обслуживание и применение устройства.

За счет использования автоматизации на основе сенсоров, беспроводной передачи данных и сенсорного интерфейса, устройство может работать как аппарат на самообслуживании, т.е. пациенты могут включать и контролировать свое лечение самостоятельно, не завися от медицинского персонала. Это позволяет снизить затраты в этой сфере, исторически требующей постоянного участия персонала и использования разнообразного дорогого оборудования

Устройство уже прошло все этапы тестирования и разрешено американским регулятором отрасли к применению в домашних условиях.

AWAK PD

Компания AWAK Technologies выпустила носимую систему перитонеального диализа AWAK Peritoneal Dialysis (AWAK PD), в которой используется собственная запатентованная технология сорбента.

При перитонеальном диализе проводится очистка крови, причем в качестве мембранного фильтра используется брюшина самого пациента. То есть раствор для перитонеального диализа вводят через постоянную трубку в брюшную полость, и там же происходит процесс очистки. Жидкость остается в брюшной полости в течение определенного периода времени, прежде чем она будет слита и утилизирована.

Это первое в мире подобное устройство в значительной мере изменило режим проведения перитонеального диализа. Система AWAK позволяет проводить диализ "на ходу", преодолевая проблему долгих часов терапевтической процедуры и необходимости подключения к крупногабаритным аппаратам диализа.

Преимуществом этой системой является тот факт, что его можно использовать для детей.

AMIA

Еще одна автоматизированная система перитонеального диализа, которую разработала компания Baxter, предназначена для использования на дому у пациента и имеет облегчающее эту процедуру управление, например, голосовые инструкции, сенсорную панель для ввода команд, а также двунаправленные телемедицинские возможности для обеспечения удаленной помощи пациенту. При этом используется облачная телемедицинская платформа Sharesource, с помощью которой врач может отслеживать и управлять проведением процедуры диализа дома у пациента.

В системе применяется диализатор Baxter Revaclear, который использует трехслойную мембрану из полиэфирсульфона и предназначен для лечения хронической и острой почечной недостаточности.

Существует еще несколько аналогичных систем, которые находятся в разной стадии разработки. С ними вы, в частности, можете ознакомиться в обзоре "Цифровые и мобильные технологии в сфере урологии".

Искусственная почка

Носимая искусственная почка

Разработанная еще в 2014 году в Медицинском центре Седарс Синай (США), носимая искусственная почка весит всего 5 кг и носится на уровне талии на поясе. Она в непрерывном режиме очищает кровь от токсинов, обеспечивая пациентов недостижимой ранее свободой от необходимости каждую неделю проводить несколько часов привязанными к гемодиализному устройству.

Носимая искусственная почка, в сущности, представляет собой разобранную традиционную диализную машину, которая переделана таким образом, чтобы ее можно было носить на ремне, надетого вокруг талии. Главное отличие заключается в том, что новая диализная машина включает в себя фильтрующую систему, которая исключает необходимость постоянно добавлять очищенную воду в устройство.

Питание всей системы осуществляется от батарей, что делает ее полностью мобильным терапевтическим устройством.

Носимая искусственная почка уже прошла испытания с участием 7 пациентов и в настоящее время модифицируется с целью прохождения сертификации регулирующих органов.

Сейчас устройство требуется еще несколько доработать, чтобы избежать возникновение пузырей двуокиси углерода, с чем столкнулись во время тестирования. Кроме того, система использует катетер, который, как известно, может быть источником инфекций, и здесь также необходимы дополнительные исследования, хотя разработчики и так используют разные методы, предотвращающие закупорку катетера и появление инфекции.

Имплантируемая искусственная почка

Имплантируемая искусственная почка – является альтернативой гемодиализу и другим внешним носимым устройствам, которые держат пациента "на привязи" или существенно снижают его мобильность. При этом, в отличие от имплантации живой почки, при установке этого устройства пациенту нет необходимости применять иммуноподавляющие лекарства, чтобы предотвратить отторжение.

Американские исследователи Калифорнийского университета из Сан-Франциско и университета Вандербильта разработали имплантат iHemo размером с кофейную чашку, который способен выполнять функции почки и стать великолепным решением для пациентов с хроническим заболеванием почек.

Имплантат состоит из двух компонентов – фильтров, которые разделяют различные субстанции в крови, и "биореактора", который переносит их либо опять в кровь, либо в мочевой пузырь для удаления из тела. Эти устройства помещены в прочный корпус, покрытый пленкой из материала, который безопасен для использования внутри нашего тела. Имплантат соединен трубками с расположенными рядом венами и мочевым пузырем. Питание устройство получает за счет давления крови пациента и этот прибор не требует использования внешних трубок или кабелей, которые сегодня ассоциируются с носимой искусственной почкой.

Искусственная почка сначала пропускает кровь через многослойный силиконовый фильтр, который удаляет отходы, а затем через "биореактор", сделанный из выращенных в лаборатории клеток почки. Эта система возвращает в кровь полезные соли, сахар и воду примерно так же, как это делает настоящая почка.

Очищенная кровь возвращается в систему кровообращения через вены, подключенные к имплантату, а отходы перемещаются в мочевой пузырь через соответствующую трубочку.

Первые испытания эффективности и работоспособности этой системы на людях должны начаться в ближайшее время. Планируется, что они продлятся порядка двух лет, после чего можно ждать сертификации регуляторов и вывода устройства на рынок.

Еще одна компания, Qidni Labs, создает полностью имплантируемую искусственную почку, которая использует систему нанофильтрации для имитации функции органа. Разработанный специалистами фирмы прототип уже хорошо зарекомендовал себя при имплантации в свиней.

Фильтр устройства изготавливается из ультратонких мембран кристаллического кремния, которые покрываются биосовместимым материалом, чтобы не провоцировать иммунную реакцию. Сегодня такие кремниевые мембраны могут производиться в массовом порядке с размерами пор от 5 до 20 нанометров – достаточно большими, чтобы пропускать частицы отходов, но слишком маленькими для кровяных клеток.

По утверждению разработчиков это устройство будет непрерывно фильтровать кровь пациента в течение многих лет, не требуя обслуживания и очистки, что позволит навсегда освободить пациента от аппаратов диализа.

На базе этой технологии компания также планирует выпустить носимый миниатюрный диализный аппарат, который, по видимости, появится на рынке раньше имплантируемого устройства.

В настоящее время Qidni Labs тестирует свои устройства и, если все пойдет по плану, разработчики ожидают, что эти приборы выйдут на рынок через четыре-пять лет.

Сейчас проект находится на доклинической стадии. Первые тесты планируется завершить в середине следующего года, после чего начнется процесс тестирования на людях.

Острая или хроническая почечная недостаточность может привести к летальному исходу. Состояние крайне опасное и требует немедленного оперативного вмешательства, создание аппарата — «искусственная почка» — стало единственным спасением для больных с подобным диагнозом. Не меняя объема крови в организме, гемодиализный прибор обеспечивает выведение токсичных соединений, при этом осуществляет нормализацию водно-солевого обмена и блокирует возникновение артериальной гипертензии.

Что собой представляет установка

Медицинские специалисты отмечают, что при выявлении почечной недостаточности в острой стадии, отека легких или обширной интоксикации организма, проводится очищение через специальный фильтр, который имитирует подлинную мембрану почек.

Применение аппарата оправдано, если почки перестали справляться с функцией переработки крови и выведением вредных веществ из организма. При этом, количество токсинов в теле человека повышается, что вызывает гибель мозговых клеток. Происходит это из-за недостаточности снабжения головного мозга кислородом.

Кровь, проходя через аппаратуру, очищается от вредных веществ:

• мочевина и ее соединения;
• креатинин (продукт химических соединений в мышцах);
• ядовитые соединения грибов и растений;
• лекарственные и наркотические средства;
• спиртовые соединения (метил и этил);
• лишняя жидкость.

Частота и продолжительность процедуры зависит от стадии развития заболевания, насколько оно запущено. Как правило, пациенту требуется 2—3 сеанса в неделю, которые занимают примерно 4—5 часов. За это время концентрация мочевины в организме снижается на 70%, улучшается состояние человека в целом.

Процедура гемодиализа

Для проведения процедуры гемодиализа с помощью портативного аппарата или стационарного оборудования в клинике, необходимо провести предварительную подготовку пациента. Дело в том, что многочасовое выкачивание и закачивание жидкости по сосудам пациента может существенно испортить их состояние. Как правило, кровеносные сосуды у таких пациентов уже нездоровы, устройство же повысит их износ в разы.

Для решения данной проблемы, если сосуды человека не позволяют подключить аппаратуру без вреда для них, есть несколько выходов:

• создание отверстия в теле (его формируют из артерии и вены, месторасположение его обычно на предплечье);
• вшивание катетера (обычно в паховой области, операция проводится под местным обезболивающим).

После проведения той или иной процедуры, пациенту категорически запрещены физические перенапряжения и поднятие тяжелых предметов. Преимуществом катетера, вшитого в тела, считают возможность немедленного его использования.

Измерение пульса и давления считают необходимыми процедурами, без которых не подключают к установке. Новые портативные аппараты и медицинское оборудование способны снять показания самостоятельно. Также человек должен измерить свой вес для оценки врачом отечности тканей и приблизительного измерения объема выкачиваемой жидкости.

Шлаковые загрязнения и токсины вытесняются из организма с помощью создания в сосудах избыточного гидростатического давления. Выдавливая жидкость через полунепроницаемый фильтр, аппарат полностью ее очищает и возвращает обратно в сосуды, здоровой.

Портативный аппарат оснащен небольшой насосной станцией, которая поставляет кровь в емкость с фильтром. Она, поступая в резервуар, проходит очистку специальным раствором и возвращается в венозную систему без вредных примесей. Через несколько часов работы аппарата, кровь пациента становится чистой. Повторение процедуры довольно часто проводится через 2—3 дня. Это обеспечивает нормальную жизнедеятельность человека, страдающего почечными заболеваниями.

Процедура очищения почек с помощью гемодиализа назначается пациенту, если органы потеряли свою функциональность и работают всего на 10—15%. Подтверждением нарушения становятся проявления неприятных симптомов (рвота, тошнота, быстрая усталость, отечность). Аппарат способен забрать на себя часть функций почек, контролируя при этом артериальное давление человека и нормализуя водно-солевой баланс. Выделяют ряд состояний, когда гемодиализ необходим:

• прекращение кровоснабжения;
• сильные кровопотери;
• тяжелые травмы;
• инфекции после абортов;
• воспаление почек с прекращением оттока мочи;
• блокада мочевых артерий.

Перед проведением очищения лечащий врач оценивает самочувствие пациента, определяет функциональность почек, состояние органов дыхания, печени, сердца. Обязательным условием является выполнение лабораторных исследований крови.

Принцип работы

Аппарат для гемодиализа очищает венозную кровь пациента от скопившихся токсинов и шлаков. Для этого оборудование нужно подключить к системе вен и артерий пациента. С помощью встроенного насоса, кровь постепенно перемещается к мембране, с обратной стороны поступает диализный раствор для очищения. Происходит прочистка крови с помощью раствора от вредных веществ и, уже здоровая, она поступает обратно в систему.

Заправка диализатом аппаратуры происходит строго перед процедурой. Раствор готовится заранее с учетом индивидуальных особенностей пациента. Устройство создает состав из дистиллированной воды и концентрированного средства самостоятельно. После проведения процедуры действие препарата оценивают медицинские специалисты по нескольким показателям.

Разновидности аппаратуры

Стремление улучшить качество жизни и не «выпадать» из общего ритма, движет всеми пациентами, пораженными заболеваниями почек. Им хочется работать, заниматься семьей и домашними заботами, не отвлекаясь надолго. Для этих целей производители создали устройство — искусственная портативная почка. С помощью этого прибора больной проводит очищение в привычной обстановке собственного дома самостоятельно, выбрав подходящее время.

Однако, стоимость данной аппаратуры высокая и неприемлема для большого процента людей. Поэтому в арсенале врачей есть еще разновидности устройств, которые используются в условиях стационара.

Портативный аппарат

Переносная искусственная почка разрабатывалась западными учеными и была показана миру всего 10 лет назад. Главным преимуществом устройства считают ее вес в 3,8 кг и портативную работу от батареек. Аппаратура работает в домашней обстановке, занимает 4 часа, и человек чувствует себя намного комфортнее, чем в больнице.

Алгоритм действия данной установки не отличается от принципа работы стационарной аппаратуры. Кровь очищается через мембрану с помощью раствора. Подсоединение происходит через фистулу или катетер и не занимает много времени. Очищение при необходимости проводится в круглосуточном режиме.

Сколько стоит такой аппарат? Сегодня переносное устройство еще очень дорогое и позволить себе купить его может не каждый.

Имплантируемый аппарат

В скором времени имплантаты станут обыденностью, ввиду обширного применения для пациентов с почечной недостаточностью, перешедшей в хроническую форму. Установка для диализа особенно востребована из-за нехватки донорских органов и участившихся случаев отторжения «живых» органов собственными клетками пациента. Это спасение для людей, страдающих неизлечимыми патологиями почек.

Сегодня американская фирма-разработчик проводит исследование оборудования в условиях профессиональных лабораторий. Компактное устройство будет выполнять фильтрационные функции, очищая почки от вредных веществ, токсинов и шлаков. При этом необходимая для работы устройства энергия будет вырабатываться за счет течения потока крови. Информация о том, сколько будет стоить подобная установка, пока не сообщается.

Пересадка донорского органа

Хроническая почечная недостаточность лечится путем пересадки донорского органа от другого, здорового человека. Это хирургическое вмешательство, когда удаляется собственный орган пациента, и его заменяют на функционирующую почку.
Как правило, заместительную терапию используют на последних стадиях следующих заболеваний:

• хронический пиелонефрит;
• диабетическая нефропатия;
• хронический гломерулонефрит;
• поликистоз почек.

Пересадка донорского органа способна надолго продлить жизнь пациента, улучшить качество. Это жизненно необходимая операция для детей с врожденными проблемами почек, так как постоянный гемодиализ тормозит развитие малыша.

Оперативное вмешательство проводится только в тех случаях, если донорский орган подходит по показателям больного. Сегодня крайне велик процент не прижившихся органов, поэтому разработку искусственных имплантатов считают открытием, которое позволит медицине выйти на новый уровень.

Противопоказания для проведения процедуры

Гемодиализ – это необходимая процедура для поддержания жизни и нормального существования большого количества людей, страдающих тяжелыми заболеваниями почек. Но использование аппарата разрешено не каждому пациенту, выделяют ряд противопоказаний:

• тяжелая артериальная гипертензия;
• вирусные и бактериальные инфекции в острой форме;
• нарушения свертываемости крови;
• туберкулез в открытой форме.

При условии, что заболевание угрожает жизни больного, аппарат искусственной почки все равно подключается, несмотря на одно или сразу несколько противопоказаний. Такое решение принимается, чтобы продлить жизнь пациенту.