Grundlagen der Dialyseverfahren
Die Dialyse wird fachmedizinisch als Hämodialyse, zu deutsch gleichbedeutend mit Blutwäsche, bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Dialyse: Bei der extrakorporalen Hämodialyse muß der Patient an ein Gerät angeschlossen werden, bei der Peritonealdialyse oder intrakorporalen Hämodialyse dient das Bauchfell zur Blutwäsche. Die extrakorporale Hämodialyse, die im folgenden nur als Hämodialyse bezeichnet wird, ist die am häufigsten angewandte Dialyseform sowohl in Kliniken und ambulanten Zentren als auch zu Hause.
Das Prinzip der künstlichen Niere ist denkbar einfach, im engeren Sinne sind darunter physikalische Vorgänge zu verstehen. Nach dem Prinzip der Konzentrationsausgleiches bewegen sich Teilchen die durch eine halbdurchlässigen Membranen (synthetischem Material aus Zellulose oder das Peritoneum) getrennt sind von einer Seite auf die andere. Auf der einen Seite befindet sich eine Dialysierflüssigkeit, die auf die Blutwerte des Patienten abgestimmt ist und natürliche keine harnpflichtige Schlackenstoffe enthält. Auf der anderen Seite befindet sich das Blut mit Giftstoffen, harnpflichtigen Substanzen und Elekrolyten wie z.B. Kalzium, Kalium und Phosphat. Vom Blut, Ort mit hoher Teilchenanzahl, bewegen sich Gifstoffe, Elekrolyte zum Dialysat mit geringer Teilchenanzahl, das ganze nennt man Diffusion. Die Dialysebahandlung entfernt harnpflichtige Substanzen und überschüssiges Wasser aus dem Patientenkörper, da die kranken Nieren diese Aufgabe nicht mehr übernehmen.
Nachfolgende noch eine paar Begriffe die auf den nachfolgende Seiten immer wieder auftauchen werden und hier kurz erklärt werden.
Dialysat
Das Dialysat (Dialysierflüssigkeit) löst die harnpflichtigen Substanzen (Giftstoffe) aus dem Blut. Sie treten während des Dialysevorgangs in die Waschlösung über, die nach der Dialyse nicht mehr benutzt werden kann. Die Zusammensetzung des Dialysats entspricht der Zusammensetzung des Bluts, so daß über die Spüllösung dem Patienten auch Stoffe zugeführt werden können, die dem Körper fehlen, zum Beispiel Zucker, Kalium, Natrium Bikarbonat oder Spurenelemente.Das »Flussschema« bei der Hämodialyse geht aus Abbildung hervor.
Dialysemembran
Die Dialysemembran enthält viele, mit bloßem Auge nicht sichtbare Poren, die so groß sind, dass kleine Partikel wie Harnstoff, Kreatinin, Mineralien (Natrium, Kalium, Kalzium, Phosphat) von einer Seite zur anderen gelangen können. Größere Substanzen dagegen, wie Bluteiweiße, rote und weiße Blutkörperchen, aber auchKrankheitserreger können die Membranporen nicht passieren. Man muss sich die Dialysemembran als ein schwammartiges Gebilde vorstellen, durch das die kleinen Partikel direkt passieren können, die größeren aber den Durchlass auf Umwegen suchen müssen.
Diffusion
Entgiftung durch Konzentrationsausgleich: Stofftransporte durch eine halbdurchlässige Membran von einem Ort hoher zu einem Ort niedriger Konzentration bis zum Ausgleich, d. h. Wanderung von Stoffen von der Blutseite durch eine Membran in die Dialysierflüssigkeit.
Osmose
Wasserentzug durch Ultrafiltration - bei Bauchfelldialyse besonders wichtig - Hindurchtreten von Flüssigkeit durch eine halbdurchlässige Membran, die einen gelösten Stoff in unterschiedlicher Konzentration trennt, wobei dieser gelöste Stoff die Membran selbst nicht durchdringen kann
Ultrafiltration
Wasserentzug durch Druckerhöhung auf der Blutseite oder Sog auf der Dialysatseite; Übertritt bzw. Transport von Flüssigkeit von einer Membranseite zur anderen. Dafür ist ein Druckunterschied erforderlich.
Konvektion
Die Bewegung von Stoffen mit einem Wasserstrom, z. B. gleichzeitige Mitnahme von Stoffen durch Ultrafiltration.
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Hämodialyse
Bei der Hämodialyse wird die Entgiftung des Blutes außerhalb des Körpers im Dialysegerät durchgeführt, in der Regel wird der Patient die Hämodialyse im Dialysezentrum durchführen, es sei denn, er hat eine Dialysepartner und die räumlichen Vorausetzungen sind gegeben, dann kann er ein Dialysegerät zu Hause betreiben.
Für jede Dialyse müssen zwei Kanülen an die Shunt-Vene angeschlossen werden, um den Kreislauf des Blutes zur Maschine und zurück zu ermöglichen. Innerhalb von drei bis fünf Stunden (Nachdialyse bis 8 Stunden) wird das mit Schlackenstoffen angereicherte Blut (ca. 40 - 70 Liter) mit zum Teil überhöhtem Mineralstoffgehalt (Kalium, Phosphat) aus dem Körper des Nierenkranken in die sogenannte "Künstliche Niere" geleitet. Normalerweise werden drei Behandlungen in der Woche durchgeführt, abhängig vom Nierenrestfunktion, Herzleistung und Körpergewicht.
Trotz der heute zur Verfügung stehenden verbesserten Cuprophanmembranen und synthetischen Membranen sollte die Dialysezeit nicht unter 3x4 Std. pro Woche liegen, denn eine Verlängerung der Dialysezeit bringt nachgewiesenermaßen prinzipiell eine bessere Lebensqualität und eine Lebensverlängerung mit sich. Eine gesunde Niere arbeitet schließlich 24 Stunden am Tag!
Eine Verlängerung der Dialysezeit ist vor allem durch die tägliche HeimHämoDialyse (HHD) möglich, da die Dialyseeffektivität in der ersten Behandlungshälfte am höchsten ist. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, häufige, aber kurze Dialysen statt seltene, längere Dialysen durchzuführen. Mit der täglichen Hämodialyse werden Vorteile der Peritonealdialyse (Dialyse jeden Tag) und der konventionellen Hämodialyse (hohe Effektivität) miteinander kombiniert. Für Patienten die keine Möglichkeit zur HeimHämodialyse haben, bieten sich die Nachtdialyse im Zentrum an, um die Dialysezeit zu verlängern. Manche Patienten können während der Dialyse schlafen, manchmal erst nach einer Eingewöhnungszeit, andere allerdings gar nicht. Aufgrund dessen, dass die Krankenkassen grundsätzlich nur Pauschalen pro Patient für die Behandlung zahlen, wird eine häufigere Dialyse als dreimal pro Woche für Patienten, die keine Möglichkeit zur HHD haben, nicht angeboten. Ausnahmen bilden hierbei zusätzliche Dialysen bei Überwässerung, um das Trockengewicht des Patienten zu senken oder die Phase der Dialyseaufnahme, in der der Patient unter Umständen eine Woche lang täglich dialysiert wird.
Das Kernstück der »Künstlichen Niere« ist ein Filter zur Blutreinigung, der sogenannte Dialysator. Das Blut wird zum Dialysator geführt, dort von Schlacken gereinigt und in die Vene zurückgeleitet. Ein ausreichendes Blutangebot wird durch eine Shunt gewährleistet. Außerhalb des Körpers wird in den Kreislauf eine Pumpe eingeschaltet, die für einen ausreichenden Blutstrom sorgt.
Durch Überdruck auf der Blutseite und Unterdruck auf der Wasserseite wird Flüssigkeit entzogen und gleichzeitg verhindert, dass Wasser von der Dialyselösung in die Blutbahn gelangt. Die diuretische Funktion der Niere wird durch die Anpassung der Höhe des Unterdrucksnachgeahmt, diese Regulation bestimmt wieviel Flüssigkeit dem Blut entzogen wird. Proteine und Blutkörperchen verbleiben, wie bei der natürlichen Niere, bei deisen Verfahren im Blut. Da die im Gewebe gebundene Flüssigkeit nur langsam ins Blut übertreten kann, sollte pro Stunde nicht mehr als 500 ml entzogen werden, da es sonst zu einen gefährlichen Blutdruckabfall oder einen Krampf der Muskulatur kommen kann. Aufgrund dieser Restriktionen dürfen Patienten nicht beliebig viel trinken.
Die beschriebenen Vorgänge finden im Dialysator statt und sind in gewissen Grenzen durch die Wahl des Dialysators und durch Veränderung von technischen Kenngrößen an der Dialysemaschine beeinflussbar.
Die Leistung eines Dialysators wird durch die Messung des Transportes verschiedener Substanzen (Clearance der Substanz) und der Ultrafiltration erfasst. Sie ist abhängig von der Art der Membran, ihrer Gesamtoberfläche im Dialysator und einer Reihe von anderen Faktoren. Der Blutfluss bei der Dialyse wird durch die Menge, die die punktierte Vene der Fistel in der Zeiteinheit zur Verfügung stellen kann, begrenzt und liegt zwischen 200 bis 300 ml/min und der "Dialysatfluss" (Fluss der Dialysierflüssigkeit) soll etwa das zwei- bis dreifache betragen. Ein höherer Fluss der Dialysierflüssigkeit als 500 ml/min ist von geringer Bedeutung für die Leistungsfähigkeit eines Dialysators.
Bei einer 5stündigen Dialyse passieren etwa 75 Liter Blut und etwa 150 Liter Dialysierflüssigkeit den Dialysator. Hieraus lässt sich errechnen, dass das Blutvolumen des Patienten während einer Behandlung etwa 5mal den Dialysator durchströmt. Pro Jahr fließen etwa 23.000 Liter Dialysierflüssigkeit am Blut des Patienten vorbei. Aus diesen Zahlen wird die Bedeutung der Qualitätsanforderung an die Wasseraufbereitung in Dialyseeinrichtungen deutlich.
Die Leistungsfähigkeit eines Dialysators ist letztlich kein absoluter Messwert. Entscheidend sind die Sicherheit, mit der man dialysiert und das körperliche Wohlbefinden des Patienten.
Bisher galt die Entfernung niedermolekularer Schlackenstoffe, vor allem Harnstoff und Kreatinin, als Maß der Leistung eines Dialysators. Erst nach Jahren einer lebenserhaltenden, erfolgreichen Behandlung mit der künstlichen Niere wurde erkannt, dass mit den niedermolekularen Substanzen nur ein Teil der Gifte entfernt wird. Auch Substanzen mit einem größeren Molekulargewicht sammeln sich im Körper an, die aber nicht mit den üblichen Zellulosemembranen beseitigt werden können. Die Technik reagierte auf diese Forderung mit der Entwicklung mehr durchlässiger synthetischer Dialysemembranen.
Hämofiltration
Die Hämofiltration (griechisch hämo = Blut) funktioniert ähnlich wie das Filtern von Kaffee, beim übergießen des gemahlenen Kaffees mit heißem Wasser werden nur die Aromastoffe durch den Filter gelassen man nennt dies Konvektion. Bei der Hämofiltration wird eine künstliche Niere eingesetzt, die sehr große Poren hat. Ein entsprechender Druckunterschied zwischen dem blutführenden System und dem dialysatführenden System sorgt dafür das Wasser das Blut "verläßt" und dabei die für den Körper schädlichen Giftstoffe mitnimmt. Der Transport von Stoffen erfolgt hier nicht wie bei der Hämodialyse entsprechend eines Konzentrationsgefälles, sondern infolge eines Druckgefälles, bei der Blutwasser über eine Membran abgepresst und anschließend Elektrolytlösung zurückgeführt wird.Die Apparatur des Hämofilters arbeitet also ähnlich der glomeruläre Filtration der Niere, beim biologischen Vorgang wird das "Druckgefälle" durch den Blutdruck erzeugt. Der Vorgang entspricht der natürlichen Herstellung von Primärharn durch "Ultrafiltration" in den Nierenkörperchen. Treibende Kraft für den Flüssigkeitsübertritt aus dem Blutplasma ins Ultrafiltrat ist der hydrostatische Druckunterschied zwischen den beiden Flüssigkeitsräumen. Das gilt gleichermaßen für den Kaffeefilter, die natürliche Niere, und die Hämofiltration. Der Druckunterschied kann über Pumpensysteme oder einfach durch Tiefhängen des Ablaufgefäßes manipuliert werden.
Die Entgiftung erfolgt dadurch, dass dem Blut relativ grosse Flüssigkeitmengen mit den gelösten niedermolekularen Stoffen (Elektrolyte, Harnstoff, Kreatinin, Phosphat, Aminosäuren und Medikamente) in 4-5 Stunden abgefiltert (Konvektion) werden. Großmolekulare Stoffe wie Blutkörperchen und Proteine können die Membran (den Filter) nicht passieren.
Die Entfernung von harnpflichtigen Substanzen (Harnstoff, Kreatinin) ist abhängig von der Ultrafiltrationsmenge, sowie der Spülmenge des Substituts und den Filtereigenschaften. Wichtige Größen, die einen Einfluß auf die Ultrafiltrationsmenge nehmen, sind im wesentlichen der transmembranöse Druck (TMP), der die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten der Filtermembran angibt, sowie der Blutfluß, der eine weitere Einflußgröße ist und zwischen 110-200 ml/min liegen sollte. Der Filtratfluß sollte maximal 25% vom Blutfluß betragen.
Um eine Steigerung der Filtrationsrate zu erzielen, erhöht man in erster Linie den transmembranösen Druck (TMP). Man vergrößert den Druck vor dem Filter durch die Steigerung des Blutflusses. Stellt man das Dialysebett höher bzw. hängt den Filter tiefer, wird der venöse Rückfluß erschwert und somit steigt der TMP an, auch indem man den Abflußbeutel tiefer hängt ensteht ein Sog der den TMP beeinflusst und die Filtrationsleistung ebenfalls steigert.
Das abgepreßte Filtrat, das dem Primärharn der Niere entspricht, kann nicht wie in der Henle`schen Schleife der Niere rückresorbiert werden. Deshalb muß man die entzogene Flüssigkeit einschließlich der gewünschten gelösten Stoffe durch die Substitution von bestimmten Elektrolytlösungen ersetzen. Ohne ein Wiederauffüllen würde der Patient austrocknen. Die Austauschmenge pro Hämofiltrationsbehandlung soll etwa 1/3 des Körpergewichtes des Patienten betragen (d. h. bei 70kg ca. 23l).
Desweiteren ist es notwendig, je nach Gerinnungstatus des Patienten kontinuierlich Antikoagulantien (z.B. Heparin) zu verabreichen, um ein Verstopfen des Filters zu vermeiden und den extrakorporalen Blutfluß zu gewährleisten.
Hämodiafiltration
Die Hämodiafiltration ist ein Verfahren, welches die Hämodialyse und die Hämofiltration kombiniert. Bei diesem Verfahren muß praktisch immer eine negative Bilanzierung vorgenommen werden. Der theoretische Ansatzpunkt für die Kombination beider Verfahren ist die Tatsache, dass niedermolekulare Substanzen wie Harnstoff und Kreatinin vorwiegend durch diffusiven Transport wie bei der Hämodialyse entfernt werden, während die größeren Moleküle überwiegend durch konvektiven Transport wie bei der Hämofiltration entfernt werden sollen. Bei der Hämodiafiltration (HDF) ist die Gesamtmenge der entfernten Giftstoffe höher als bei den Einzelverfahren, da sich Konvektion und Diffusion nicht addieren, sondern parallel ablaufen und sich gegenseitig beeinflussen. Verwendet werden für die Hämodiafiltration die mehr durchlässigeren synthetischen Membranen (so genannte »High-flux-Dialysatoren«) mit einer höheren Ultrafiltrationsleistung. Wie bei der Hämofiltration wird bei der Hämodiafiltration das Ultrafiltrat durch eine sterile Lösung (Substitutionslösung) ersetzt, allerdings beträgt die Menge der Substitutionslösung in der Regel maximal nur 2 Liter pro Stunde.
Beide Verfahren . Hämofiltration und Hämodiafiltration - können eine stabilisierende Wirkung auf den Blutdruck haben. Bei kreislaufinstabilen, älteren und durch eine Herzerkrankungen vorbelasteten Personen, aber auch bei Hypertonie können diese Verfahren von Vorteil sein.
Vergleich von Hämodialyse mit Hämofiltration
Diese synthetischen Membranen sind die Grundlage für die Anwendung alternativer Blutreinigungsverfahren wie Hämofiltration und Hämodiafiltration. Manche Stoffe, zum Beispiel größere Teilchen wie Harnstoff, werden besser über Filtration, andere, zum Beispiel kleinere Teilchen wie Kaliumionen, besser über Dialyse ausgeschieden. Deshalb werden die beiden Verfahren meist kombiniert angewandt.
Die Eigenschaft der Membran bestimmt also im wesentlichen die Art des Blutreinigungsverfahrens.
Bei den Dialyseverfahren werden nicht alle im Organismus angehäuften Giftstoffe vollständig entfernt. Gleichzeitig gehen dem Körper wichtige Substanzen (Hormone, Vitamine usw.), die im Größenordnungsbereich wie die Giftstoffe liegen, verloren. Diese Verluste können bei Langzeitdialysepatienten zu sekundären Organschäden führen.
Für die Entfernung höhermolekularer Substanzen ist die Hämofiltration besser geeignet als die Hämodialyse. Allerdings werden niedermolekulare Substanzen (Harnstoff, Kreatinin) nicht so gut entfernt.