Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 |

Существует разновидности гемодиафильтрации: стандартная гемодиафильтрация и гемодиафильтрация ON-Line. Во время гемодиафильтрации ON-Line замещающая жидкость готовится непосредственно из бикарбонатного диализата и объём замещения зависит от показаний, от скорости кровотока, типа диализного фильтра и может достигать 60-80 литров за процедуру.

При скорости потока крови от 300 до 400 мл/мин. Средний процент снижения концентрации за процедуру для мочевины, креатинина, фосфата, бета2микроглобулина был соответственно: 78.1 4.0 %, 72.0 4.3 %, 59.3 7.7 %, и 70.2 9.5 %.

Различают ON-Line ГДФ с предилюцией и постдилюцией, при которых замещающая жидкость вводится в кровь непосредственно до и после диафильтра (диализатора) соответственно (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Диаграмма процесса ГДФ с предилюцией и постдилюцией.

Таким образом, медицина располагает значительным числом методов детоксикации организма. Кроме того, постоянно разрабатываются новые способы. Дальнейшие исследования покажут, какие методы наиболее эффективны.

2.4. Аппарат УИсскуственная почкаФ для проведения гемодиализа В 1944 году голландским врачом Колфом впервые был применен аппарат для временного замещения выделительной функции почек так называемая "искусственная почка" или гемодиализатор (ГДр) (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Принцип работы аппарата "искусственная почка".

Его в основном используют при почечной недостаточности для освобождения крови от продуктов обмена и вообще, тех веществ, которым не место в организме - это может быть и лишняя вода. Для работы искусственной почки нужен катетер, насос и главная деталь полупроницаемая мембрана. Необходим специальный гемодиализирующий раствор, который содержит основные электролиты крови и глюкозу, в близких к нормальной крови концентрациях, но не содержит вещества подлежащих удалению. Таким образом, элементы крови через мембрану не проходят в отличие от вредных сульфатов, фосфатов мочевины.

Учитывая общие закономерности построения аппаратов для внепочечного очищения крови, все существующие ГДр можно классифицировать по режиму транспортирования управляющей среды на аппараты со сливом и аппараты с рециркуляцией диализата или диализирующего раствора (ДР).

2.5. Методы и средства гемодиализного биомониторинга Исследования последних лет убедительно показали, что длительная выживаемость на хроническом гемодиализе совершенно не связана с биосовмес тимостью диализных мембран, типом диализного буфера и элиминацией пресловутых "средних" молекул, среди которых безуспешно искали несуществующий уремический токсин. Поэтому в мировой практике замещения функции почек оставлены фильтрационные способы детоксикации крови, которые не показали никаких преимуществ перед гемодиализом. В настоящее время длительную выживаемость на хроническом гемодиализе связывают с непростыми, но понятными факторами: диализная доза (Kt/V), безопасность гемодиализа, питание, эритропоэтин.

До настоящего времени проблема принципиального повышения качества гемодиализа не могла быть решена по причине отсутствия инструментов для фактического контроля за важнейшими параметрами гемодиализа, такими как доза гемодиализа, время, скорость перфузии крови, ультрафильтрация.

Все эти задачи решались путем разнообразных косвенных расчетов и профилирования. Комплекс диализного мониторинга исключительно состоял из наблюдения за чисто физическими параметрами. В настоящее время проблему адекватности гемодиализа, аналитического определения гемодиализной прескрипции и сбалансированности ультрафильтрации решает гемодиализный биомониторинг, основанный на использовании сенсоров. Дело в том, что изменение биохимического состава отработанного диализата, как в зеркале отражает изменение биохимического состава крови. Поэтому по данным сенсора мочевины на сливе из аппарата искусственная почка оказалось вполне возможным осуществлять мониторинг таких фундаментальных показателей гемодиализа, как Kt/V, РСК (степень катаболизма белка), степень снижения уровня мочевины. Все эти параметры связаны практически линейной зависимостью и легко поддаются программированию. Компьютеризированный сенсор мочевины дает возможность интегрально с учетом всех погрешностей фактически в каждой конкретной ситуации определять диализную дозу и время. Волюметрический контроль ультрафильтрации не решил проблему адекватной гемодиализной дегидратации, хотя сделал ее управляемой. Основным недостатком всех ранее существовавших способов профилирования ультрафильтрации было отсутствие данных о фактическом изменении объема водных пространств организма.

Сегодня эту проблему решает сенсор изменения объема крови. Сенсор неинвазивно устанавливается на входе крови в диализатор и по гемоконцентрации рассчитывает фактическое изменение объема крови в процентах от исходного значения и, равным образом, в динамике показывает темп восстановления объема крови после отключения ультрафильтрации. И сенсор мочевины и сенсор объема крови выдают информацию в цифровом и графическом виде и позволяет управлять работой аппарата искусственная почка по принципу обратной связи. Почти все гемодиализные компании уже декларировали инкорпорацию биосенсоров в основные блоки диализной аппаратуры.

Таким образом, в настоящее время происходит качественный прогресс в почечной технологии. Надо полагать, что число параметров, которые контролируются биосенсорами, будет увеличиваться. Вероятно, это будет глюкоза, калий, рН и т. п. Итак, будущее гемодиализа - биомониторинг.

2.5.1. Биосенсоры как новый тип аналитических устройств В последнее десятилетие возникли новые контакты на первый взгляд между очень далекими областями: электроникой и биохимией. Их взаимодействие создало новую сферу - биоэлектронику. Первым шагом в этой области было возникновение новых устройств для анализа и переработки, получивших название биосенсоров (БС). БС рассматриваются как первое поколение биоэлектронных устройств.

Биосенсоры - это аналитические устройства, использующие биологические материалы для распознавания определенных молекул и выдающие информацию об их присутствии и количестве в виде электрического сигнала.

Идея создания ферментного электрода принадлежит Кларку и Лайону, а первая публикация в 1967г. и название Уферментный электродФ - Хиксу и Апдайку. В этой работе на поверхность амперометрического электрода Кларка была нанесена иммобилизованная глюкозооксидаза, с помощью которой по изменению концентрации кислорода измеряли концентрацию глюкозы. Первый потенциометрический ферментный электрод для определения мочевины описан Монтальво и Гильбо в 1968 г.

Под термином биосенсор (БС) следует понимать устройство, в котором чувствительный слой, содержащий миологический материал: ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы и др., непосредственно реагирующий на присутствие определенного компонента, генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента. Конструктивно БС представляет собой комбинированное устройство, состоящее из двух преобразователей, или трансдьюсеров, - биохимического и физического, находящихся в тесном контакте друг с другом. На рис. 3.10 приведена общая схема такого устройства. Биохимический преобразователь, или биотрансдьюсер, выполняет функцию биологического элемента распознавания, преобразуя определяемый компонент, а точнее, информацию о химических связях в физическое или химическое свойство или сигнал, а физический преобразователь преобразует концентрационный сигнал в электрический. В данном случае реализуется принципиально новый способ получения информации о химическом составе раствора. Наличие в устройстве биоматериала с уникальными свойствами позволяет с высокой селективностью определять нужные соединения в сложной по составу смеси, на прибегая ни к каким дополнительным операциям, связанным с использованием других реагентов и т.д. (отсюда и название - без реагентные методы анализа).

Существует большое разнообразие физических трансдьюсеров: электрохимические, спектроскопические, термические, пьезоэлектрические и т.п. На рис. 3.11 приведен перечень преобразователей используемых в БС.

Рис. 3.10. Схема биохимического сенсора: 1-исследуемый раствор, 2корпус БС, 3-полупроницаемая мембрана (для механического удержания биослоя), 4-слой биоматериала, 5-физический преобразователь (электрод и т.д.), 6-усилитель сигнала, 7-индикатор.

В настоящее время наиболее распространены электрохимические преобразователи. Различают потенцио- и амперометрические БС, биосенсоры оптоволоконные, на полевых транзисторах и др. По названию преобразователя можно сделать вывод о характере физического свойства, которое измеряется аппаратно с использованием микропроцессорной техники, что позволяет сделать устройство достаточно компактным.

Функционально, таким образом, биосенсоры сопоставлены с датчиками живого организма - биорецепторами, способные преобразовывать все типы сигналов в электрические.

Рис. 3.11. Типы чувствительных элементов распознавания (биослой) и физических преобразователей в сенсорах.

Принцип работы БС достаточно прост. Определяемое вещество диффундирует через полупроницаемую мембрану в тонкий слой биокатализатора, в котором и протекает ферментативная реакция по схеме, указанной на рис.

3.10. Поскольку в данном случае продукт ферментативной реакции определяется с помощью электрода, на поверхности которого закреплен фермент, то такое устройство называют ферментным электродом. Таким образом, определения УбиосенсорФ и Уферментный электродФ в данном случае синонимы.

Следует отметить, что характер ферментативной реакции зависит от природы фермента, типа его каталитического действия. Многие ферменты сейчас доступны, их чистые препараты включены в каталоги ряда фирмпроизводителей. Важно отметить, что при конструировании БС увеличение продолжительности действия фермента становиться основной задачей. Дело в том, что нативный фермент сохраняет свои свойства лишь в течении относительно короткого времени. Поэтому была разработана операция так называемой иммобилизации фермента. В ходе иммобилизации с помощью специальных реагентов фермент УзакрепляютФ либо на поверхности адсорбентов, например силикагеля, угля или целлюлозы, либо вводят в пленку пористого полимера, либо ковалентно, то есть с помощью химических связей, УпришиваютФ к какой-либо подложке. При этом фермент закрепляется, перестает быть подвижным, не вымывается из биослоя, а его каталитическое действие сохраняется. На рис. 3.12 дано схематическое изображение методов иммоби лизации ферментов в БС.

Рис. 3.12. Схематическое изображение методов иммобилизации ферментов в БС: а - ковалентное связывание с поверхностью электрода, б - сшивание, в - адсорбция на носителе (электроде), г - ковалентное связывание и пришивание к подложке (электроду), д - захват носителем (в пленке полимера).

Недостатком БС является трудность их изготовления. Но успехи в области развития средств микроэлектроники подтолкнули разработчиков конструкций БС к новым решениям. Оказалось перспективным использовать так называемую планарную технологию (фотолитографию, полупроводниковую технику покрытия и т.д.), по которой можно изготовить биочип, объединяющий сенсорную систему, трансдьюсер, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микропроцессор для измерения аналитического сигнала и расчета результатов анализа.

УМолекулярный дизайнФ при конструировании БС будущего может составить реальную конкуренцию их объемному варианту.

Таблица 3.8.

Примеры ферментных электродов и область их применения Фер- Индикаторный Определяемое Область применения мент электрод вещество Уреаза Аммонийный, Мочевина (субстрат), Клиническая диагностика, Газочувстви- Фториды, тяжелые экология тельный СО2 и NH3 металлы Пеницилли- рН-метрический Пенициллин Фармацевтическая проназа мышленность Оксидаза L- Аммонийный L-аминокислоты: Пищевая промышленность, аминокислот цистеин, лейцин, производство биопрепаратов, тирозин, триптофан, санитарная экспертиза и друфенилаланин, метионин и гие другие Фер- Индикаторный Определяемое Область применения мент электрод вещество Оксидаза D- Аммонийный, D-аминокислоты: Клинический анализ, проаминокислот Газочувстви- фенилаланин, тирозин, изводство биохимических тельный NH3 метионин,,лей-цин, препаратов, пищевая протриптофан и другие мышленность Моноамин- Газочувстви- Биогенные амины: се- Клиническая диагностика, оксидаза тельный NH3 ротонин, тирамин, адре- фармацевтическая и пищевая налин, триптамин, норад- промышленность, санэксперреналин, бензиламин; тиза, сельское хозяйство про-изводные бензимидазолов, гидразина, акридины, атропин, метацин и другие Холинэстера- рН-метричес- Cубстраты - холиновые Химико-токсикологический зы: ацетилхо- кий, редокс- и тиохолиновые эфиры анализ, сельское хозяйство, линэстераза, метрические: пла- уксусной про-пионовой и ветеринария бутирихолин- тиновые, стеклян- масляной кислот; атроэстераза ный ЭО-01, газо- пин, эзерин, прозерин, чувствитель-ный пестициды антихолинэCO2 стеразного действия, ионы Ме Аспарагиназа Аммонийный Аспарагин Медицина, производство биопрепаратов, пищевая пром-ть Глюкозокси- Иодидный, рН- Глюкоза Медицина даза метрический Нитритре- Аммонийный Нитриты Сельское хозяйство, ветедуктаза + ме- ринария, токсикология, сантилвиологен экспертиза, экология Нитратре- Газочувстви- Нитраты Сельское хозяйство, ветедуктаза тельный NH3 ринария, токсикология, санэкспертиза, экология Креатиназа Газочувстви- Креатинин Клинический анализ, протельный NH3 изводство биохимпрепаратов 2.5.2. Типы биосенсоров мочевины Содержание мочевины в крови является важным клиническим параметром, характеризующим функционирование почек. В норме концентрация мочевины (СО(NH2)2) лежит в интервале 3,6Ц8,9 мМ, что составляет 3,6Ц8,ммоль/л; где М - молярная концентрация. В источнике представлена таблица мембранных биосенсоров мочевины.

Во всех известных биосенсорах мочевины использована реакция гидролиза, катализируемая высокоспецифичным ферментом - уреазой:

СО(NH2)2 + 2H2O NH3 + NH4+ + HCO3 (3.1) Уреаза Ч растительный ферментный препарат, не уступающий лучшим зарубежным аналогам. Диагностическое средство, предназначенное для сни жения содержания мочевины в крови и определения мочевины в биологических жидкостях.

Уреаза иммобилизованная Ч иммобилизованная форма фермента для использования ее в системе ферментного электрода (биосенсора) для аналитических и диагностических целей, а также для определения и разложения мочевины в биологических жидкостях и применения в аппарате лискусственная почка.

Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 |    Книги по разным темам