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【血液浄化療法】血液浄化療法の基本原理

本記事のレベル
  • 臨床工学技士養成校の学生
  • 新人臨床工学技士
  • 初めて血液浄化業務に従事する臨床工学技士
  • 初めて血液浄化業務に従事する看護師

上記の方へ向けた記事となります

血液浄化療法の種類

僕的な分類にはなりますが、血液浄化療法をザックリ分類すると『IRRT』、『CRRT』、『PD』、『Apheresis』の4カテゴリーに分類できます。

この4つのカテゴリーをさらに細分化すると以下のような治療法に分けられます。

IRRT-間歇的腎代替療法-

  • HDF-血液濾過透析-
  • HF-血液濾過-
  • HD-血液透析-
  • ECUM-限外濾過法-
  • SLED-長時間低効率透析-

CRRT-持続的腎代替療法-

  • CHDF-持続的血液濾過透析-
  • CHF-持続的血液濾過-
  • CHD-持続的血液透析-
  • SCUF-持続的緩徐式限外濾過-

PD-腹膜透析-

  • CAPD-連続携行式腹膜透析-
  • APD-自動腹膜透析-
  • CCPD-持続性周期的腹膜透析-

Apheresis-アフェレシス-

  • PE-単純血漿交換-
  • SePE-選択的血漿交換
  • DFPP-二重膜血漿交換療法-
  • DHP-直接血液潅流法-=HA-血液吸着療法-
  • PP-血漿潅流法-=PA-血漿吸着療法-
  • LCAP-白血球除去療法-
  • GCAP-顆粒球除去療法-≒GMA-顆粒球・単球除去療法-
  • CART-腹水濾過濃縮再静注法-

このように治療法を並べると嫌気がさしますが、基本となる原理は3つだけ

  • 分子拡散(=拡散)
  • 濾過(限外濾過、精密濾過)
  • 吸着

最近では遠心分離を原理とした血漿交換も治療法としてありますが今回は割愛します。

本題に入る前に用語の整理をしておきましょう!

MEMO

本記事では『溶質』、『溶媒』、『溶液』という言葉が出てきます。

小学校?中学校の理科の授業で習っているとは思いますがおさらいしておきましょう

ある物質が水などの液体に溶けている場合、

  • 元となる液体を『溶媒』
    →水などの液体
  • 溶けている物質を『溶質』
    →ある物質
  • 溶質が溶媒に溶けている液体を『溶液』

と呼びます。

分子拡散

実際には『拡散』という言葉で言われています。

定義としては、『溶質が溶液中で不均一な状態にあるとき、溶質はその濃度の高い方から低い方へ、溶質濃度が均一になるまで自発的に移動する』

これが拡散です。

要するに、濃度を均一にしようと濃い方から薄い方へ溶質が移動するよ!均一になったら移動はなくなるということ

この動きの推進力は溶質の濃度差である

実際の透析で言い換えると、BUNやCr、K、Pなど体外へ排泄ができない状態(腎不全)では血液中の濃度が高くなる、透析液の主な組成はNa(140)、K(2.3)、Ca(2.6)、Mg(1.2)、Cl(11.3)、HCO3(30)CH3COO-(4.2)、Glu(150)であり、血中と透析液の濃度に差ができる。
※透析液はキンダリー5Eを例としています。()内は理論値の濃度、単位はGlu:mg/dL、それ以外はmEq/Lです。

BUNやCr、Pは透析液には含まれていない為、血液中→透析液へ拡散が常に行われます。

Kに関しては透析液中の濃度が2.3mEq/Lであるため、血中のK濃度は透析液のK濃度に近づくまで拡散が行われます。

また、透析患者は腎での酸排泄ができない為、代謝性アシドーシスの状態となっているため、HCO3-が透析液→血中へと拡散により補充される。

図1:血液側からの移動のみを記した拡散の動き

拡散は溶質の自発的な動きであるため半透膜(透析膜)の細孔より小さいもの(小分子物質)しか移動できない
→中分子や大分子の物質は拡散による移動はできない

また、溶質の分子量が小さいほど拡散速度は速い

定義では、濃い方から薄い方へや均一になるまで自発的に移動すると書いてあるが、見かけ上は濃度が高い方から低い方へ移動しているが必ずしも溶質の移動は一方通行ではない。
また濃度が均一になったらどうなると思いますか?
溶質の動きがピタリと止まると思うかもしれませんが実は溶質は動き続けています。

図2:拡散の経時的な動き
(溶媒の動きは無視して拡散のみ)

 

補足:浸透

拡散と似たような動きをする浸透というものもある。

浸透は溶媒(水)が溶質濃度が低い方から高い方へ移動する溶質濃度が均一になるまで自発的に移動する。

要するに濃度の高い方を水で薄めて濃度を均一にしようとする動きである。

溶質濃度の濃い方へ水溶媒が移動するため液面が上昇する。

しかし、溶液Bが増加するにつれて、重力により溶液Bから溶液Aへ戻ろうとする力が働くので、溶液Aから溶液Bへ移動しようとする力(浸透圧)と戻ろうとする力(重力)が釣り合った時点で、移動は見かけ上終了する。

図3:浸透の経時的な動き

こちらも推進力は濃度差である。

上昇した液面をもとの高さに戻すのに最低限必要な圧力を「浸透圧」という

図4:浸透圧

濾過

定義としては『膜を介して陽圧もしくは陰圧によって膜間に圧力差を与えると、圧力の高い側の溶液の一部が膜を透過して、圧力の低い側の溶液へ移動する』

これが濾過

濾過によって溶媒である水と溶質が膜の反対側に移動する。
また、濾過では溶質を押し出すことになるので、拡散に比べて比較的大きな分子の溶質も移動させることができる。

HD、HDF、HDで使用される透析膜や濾過膜は平均細孔経が1nmオーダーで、このような細孔をもつ膜分離を限外濾過という。

アフェレシス療法で使用される血漿分離膜の平均細孔系は100nmオーダーで、このような膜分離を精密濾過という。

また、DFPPの2次フィルタである血漿成分分画器の平均細孔経は10nmオーダーであり、透析・濾過膜と血漿分離器の中間に位置する。

ザックリ、HDF、HF、HDは限外濾過!(CHDF、CHF、CHDも限外濾過)、アフェレシス療法は精密濾過と覚えましょう。

濾過の推進力は圧力差である。

図5:限外濾過

図6:濾過の経時的な動き

吸着

吸着とは、吸着剤の表面で吸着される物質の濃度が高くなる現象である。

吸着には、『物理吸着』と『化学吸着』の2つがある。

物理吸着とは

吸着剤と吸着される物質との間の分子間力、静電力、疎水結合などにより生じる吸着である。(比較的弱い結合)

吸着される物質と溶媒間の分子間力<吸着剤との分子間力の時、吸着される。

逆をいうと、吸着剤との分子間力よりも分子間力の大きな溶媒を流すと吸着物質を吸着剤から剥がす(脱着)ことができる。

物理吸着では選択的に物質を吸着させることはできない。

物理吸着は可逆的(脱着可能)、吸着量、吸着速度ともに大きいが選択性は低い

化学吸着(生物学的吸着)とは

吸着剤と吸着される物質との間の抗原抗体結合、Fc結合などの化学結合により生じる吸着である(比較的強い結合)

化学結合のため、一度吸着すると吸着した物質を脱着させることは難しいが、除去したい物質と結合する物質を吸着剤として利用することにより、特定の物質を選択的に吸着させることができる。

化学吸着は吸着量、吸着速度ともに小さく、不可逆的(脱着不可)で吸着熱が比較的大きいが、特異性や選択性に優れる

吸着と言えば、アフェレシス療法というイメージが強いが、RRT領域でもPMMA膜やAN69(ST)膜などにより炎症性サイトカインの除去にも吸着が利用されている。

最後に

今回書いている原理は、血液浄化を学ぶ、業務とするうえで一番基礎となることです。

原理とともに小分子の除去には何が一番優れているか、中分子・大分子の除去には何がすぐれているかなども併せて覚えるようにしましょう。

まず一番は『拡散』と『濾過』です!

ご協力の依頼

参考書籍、文献等を僕なりにわかりやすくかみ砕いて説明しているつもりですが、書籍、文献により名称が異なったり言葉のニュアンスが違ったりで内容に誤りがある可能性があります。

もしもご一読いただき、よくわからない、間違えているところがありましたらお問い合わせよりご連絡ください。

参考書籍、文献

アフェレシスマニュアル 改訂第3版

専門臨床工学技士テキスト 血液浄化編 第9版

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