CN113694280B - 一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，包括以下步骤：a)将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号；b)将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值。与现有技术相比，本发明提供的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，通过毒素电位信号转化成毒素浓度的方式监控毒素分布情况，实现实时监控透析器内部毒素浓度的分布情况，具有简单快速、稳定、精确度高、针对性强以及可量化等特点，主要适用于血液透析器、血液透析滤过器、血液滤过器、血浆分离器等内部毒素分布情况的检测与分析，同时为透析器中纤维膜和壳体设计提供真实数据支撑。

Description

一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法

技术领域

本发明涉及血液净化技术领域，更具体地说，是涉及一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法。

背景技术

慢性肾衰竭是指各种肾脏病导致肾脏功能渐进性不可逆性减退，直至功能丧失所出现的一系列症状和代谢紊乱所组成的临床综合征，简称慢性肾衰。慢性肾衰的终末期即为人们常说的***。

慢性肾衰竭患者最好的解决方式是肾移植，但是肾移植面临着肾源短缺的问题，我国在我国肾移植的患者比例是很低的。因此对于慢性肾脏病患者来说血液透析和腹膜透析是治疗肾衰竭的首选，同时为肾源匹配提供宝贵的时间。腹膜透析利用人体自身的腹膜作为透析膜的一种透析方式，由于腹膜透析患者会出现腹膜炎等问题，腹透患者多数在5年之后需要血液透析代替治疗。血液透析是急慢性肾功能衰竭患者肾脏替代常用治疗方式。它通过将体内血液引流至体外经透析器透析治疗，通过弥散/对流进行物质交换，清除体内的代谢废物维持电解质和酸碱平衡；同时清除体内过多的水分。

截止2020年需要进行全球肾脏替代治疗的患者高达到378万人次，因此如何提高透析患者的生存质量是全球不断探索的过程。其中提高透析器性能是最常见的解决方式。透析膜是透析器的核心部件，透析膜的传质效率反应透析器透析性能的好坏。

根据Fick定律可知，透析膜的传质效率与扩散系数、膜面积、透析器长度以及跨膜运输浓度变化量有关，其中商品化透析器中物质扩散系数、膜面积和透析器长度理论属于定值，跨膜运输浓度变化量直接反应透析器传质效率的高低，这为设计透析器重要的数据支撑。

然而，透析器内部是密封结构，需要避免与外界接触，因此测试透析器(透析液室/血室)每个部位中毒素分布情况是十分困难的。目前，检测血液透析器毒素含量主要局限于血室进出口侧监控，在临床方面常通过动/静脉取样口进行采样(临床常规取样)，从而监控透析器对毒素的清除率和下降率；其中，动脉端样品毒素含量可反映透析器入口端毒素含量，而静脉端样品毒素含量可反映透析器出口端毒素含量。透析器对毒素清除率或下降率的高低可以间接反映透析效果的好坏，对临床具有一定指导意义，然而上述方法对血室或透析液室流动方向上毒素的分布没法有效的进行实时测试；即现有技术存在以下缺点：(1)只能测试透析器血室进出口毒素浓度，不能反映透析器内部毒素分布情况；(2)不能对透析器血室/透析液室内部毒素进行实时监控；(3)测试结果只能用于间接模拟临床分析，不能用于直观透析器微观设计分析。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，通过毒素电位信号转化成毒素浓度的方式，实现实时监测透析器内部毒素分布情况，该方法快速、稳定且精确度高，同时为透析器中纤维膜和壳体设计提供真实数据支撑。

本发明提供了一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，包括以下步骤：

a)将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号；

b)将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值。

优选的，步骤a)中所述透析器包括血液透析器、血液透析滤过器、血液滤过器和血浆分离器。

优选的，步骤a)中所述将透析器各监控位置植入电极探头的过程具体为：

a1)在透析器表面进行打孔处理：以血室入口方向为正向，沿透析器轴向方向等间距至少三个位置，沿垂直于轴向方向打孔；

a2)放置电位探头：将电位探头的中心位置探头放置于步骤a1)中打孔的中心，然后密封各打孔位置。

优选的，步骤a1)中每个位置的打孔包括打孔的中心及上下左右四个方向等间距五个孔，各孔的孔径为2mm～4mm。

优选的，步骤a)中所述毒素选自磷酸盐、草酸盐、肌酸和尿酸中的一种或多种。

优选的，步骤a)中所述体外清除率测试的过程具体为：

配制1mmol/L～30mmol/L的毒素模拟液；将透析器连接在透析机上，模拟临床过程将血泵流速设为200mL/min～400mL/min，透析液流速为500mL/min～800mL/min，模拟液温度为35℃～39℃，通过透析机设定脱水量Q_F值。

优选的，步骤b)中所述将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度的对应关系，按照以下步骤获得：

b1)建立电位-浓度标准曲线；

b2)透析液室浓度分布计算；

b3)通过质量守恒定律计算血液室浓度分布；

b4)绘制透析器各位置浓度的变化曲线；

b5)将以上计算步骤编辑到HPLC控制***中，实现电位和浓度的联动，在HPLC控制***中实时显示毒素的浓度分布，并根据各点的浓度平均值分布，绘制透析器轴向方向浓度分布曲线。

优选的，步骤b1)中所述建立电位-浓度标准曲线的过程具体为：

配制毒素的标准模拟液，并稀释为不同浓度毒素的标准稀释溶液，并测试各标准稀释溶液的电位值；然后将电位值与对应标准稀释溶液的浓度绘制成电位-浓度标准曲线。

优选的，步骤b2)中所述透析液室浓度分布计算的过程具体为：

将步骤a)中各探头位置的平均电位值代入步骤b1)中绘制的标准曲线，得到透析液室各探头位置平均浓度值，作为该横截面位置x透析液室浓度值C_Dx。

优选的，步骤b3)中所述通过质量守恒定律计算血液室浓度分布的公式为：

Q_B(C_Bx-C_BO)＝Q_D(C_Dx-C_DI)；

其中，Q_B为血室模拟液流速，C_Bx为血室透析器x位置浓度，C_BO为血室出口浓度，Q_D为透析液室流速，C_Dx为透析液室透析器x位置浓度；C_DI为透析液室入口浓度。

本发明提供了一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，包括以下步骤：a)将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号；b)将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值。与现有技术相比，本发明提供的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，通过毒素电位信号转化成毒素浓度的方式监控毒素分布情况，配合HPLC控制***可以解决无法实时监测透析器流动方向上的毒素分布的问题；该方法操作简单，相比于“临床常规取样”可以定量实时监控透析液室中毒素浓度的分布，具有简单快速、稳定、精确度高、针对性强以及可量化等特点，主要适用于血液透析器、血液透析滤过器、血液滤过器、血浆分离器等内部毒素分布情况的检测与分析，同时为透析器中纤维膜和壳体设计提供真实数据支撑。

附图说明

图1为本发明实施例提供的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法的流程图；

图2为本发明实施例1植入电极探头的打孔位置的示意图；

图3为本发明实施例1建立的

(电位)-(-lgc)(浓度)标准曲线；

图4为本发明实施例1绘制的x-C_Bx/C_Dx变化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，包括以下步骤：

a)将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号；

b)将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值。

本发明首先将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号。在本发明中，所述透析器优选包括血液透析器、血液透析滤过器、血液滤过器和血浆分离器；在此基础上，具有较广的适用检测范围。

在本发明中，所述将透析器各监控位置植入电极探头的过程优选具体为：

a1)在透析器表面进行打孔处理：以血室入口方向为正向，沿透析器轴向方向等间距至少三个位置，沿垂直于轴向方向打孔；

a2)放置电位探头：将电位探头的中心位置探头放置于步骤a1)中打孔的中心，然后密封各打孔位置；

更优选为：

a1)在透析器表面进行打孔处理：以血室入口方向为正向，沿透析器轴向方向等间距五个位置依次编号①②③④⑤，每一编号位置沿垂直于轴向方向打孔；

a2)放置电位探头：将电位探头的中心位置探头放置于步骤a1)中打孔的中心，然后用密封胶密封各打孔位置，避免透析液室液体外渗。

在本发明中，上述每个位置的打孔优选包括打孔的中心及上下左右四个方向等间距五个孔，各孔的孔径优选为2mm～4mm，更优选为3mm；且打孔过程不可以破坏纤维膜丝。

在本发明中，所述毒素优选选自磷酸盐、草酸盐、肌酸和尿酸中的一种或多种，更优选为磷酸盐、草酸盐、肌酸或尿酸，更更优选为磷酸盐。在本发明优选的实施例中，所述毒素为磷酸氢二钾。

在本发明中，所述体外清除率测试的过程优选具体为：

配制1mmol/L～30mmol/L的毒素模拟液；将透析器连接在透析机上，模拟临床过程将血泵流速设为200mL/min～400mL/min，透析液流速为500mL/min～800mL/min，模拟液温度为35℃～39℃，通过透析机设定脱水量Q_F值；

更优选为：

配制25mmol/L～30mmol/L的毒素模拟液；将透析器连接在透析机上，模拟临床过程将血泵流速设为200mL/min和400mL/min，透析液流速为500mL/min，模拟液温度为37℃，通过透析机设定脱水量Q_F＝0。在本发明中，可按照实际需求对血泵流速进行梯度设置，优选设置成200mL/min、300mL/min、400mL/min；透析液流速优选可设计成其它流速，如600mL/min、700mL/min、800mL/min。

在本发明中，打开HPLC及电位实时监控***，实时收集输出的电位信号。

之后，本发明将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值。

在本发明中，所述将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度的对应关系，优选按照以下步骤获得：

b1)建立电位-浓度标准曲线；

b2)透析液室浓度分布计算；

b3)通过质量守恒定律计算血液室浓度分布；

b4)绘制透析器各位置浓度的变化曲线；

b5)将以上计算步骤编辑到HPLC控制***中，实现电位和浓度的联动，在HPLC控制***中实时显示毒素的浓度分布，并根据各点的浓度平均值分布，绘制透析器轴向方向浓度分布曲线。

在本发明中，所述建立电位-浓度标准曲线的过程优选具体为：

配制毒素的标准模拟液，并稀释为不同浓度毒素的标准稀释溶液，并测试各标准稀释溶液的电位值；然后将电位值与对应标准稀释溶液的浓度绘制成电位-浓度标准曲线；具体为

(电位)-(-lgc)(浓度)标准曲线。

在本发明中，所述透析液室浓度分布计算的过程优选具体为：

将步骤a)中各探头位置的平均电位值代入步骤b1)中绘制的标准曲线，得到透析液室各探头位置平均浓度值，作为该横截面位置x透析液室浓度值C_Dx。结合上述技术方案的记载，平均电位值为各探头位置(打孔的中心及上下左右四个方向等间距五个孔)的平均电位值。

在本发明中，所述通过质量守恒定律计算血液室浓度分布的公式优选为：

Q_B(C_Bx-C_BO)＝Q_D(C_Dx-C_DI)；

其中，Q_B为血室模拟液流速，C_Bx为血室透析器x位置浓度，C_BO为血室出口浓度，Q_D为透析液室流速，C_Dx为透析液室透析器x位置浓度；C_DI为透析液室入口浓度。

在本发明中，C_Dx由步骤b2)求出，根据质量守恒定律，C_Bx由上述公式求出，x为透析器不同位置。

在本发明中，绘制透析器各位置浓度的变化曲线即绘制x-C_Bx/C_Dx变化曲线。

现有的技术是通过取样口采样只能测试透析器血室进出口毒素浓度，不能实时反映透析器内部毒素分布情况；而本发明可以定量实时监控透析液室中毒素浓度分布，技术成本很低；同时根据质量守恒定律，通过透析液室中毒素浓度分布可以转化成血室各点浓度分布，最终绘制成各点血室和透析液室浓度分布图，对指导透析器等血液净化器材设计非常重要。

本发明提供了一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，包括以下步骤：a)将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号；b)将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值。与现有技术相比，本发明提供的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，通过毒素电位信号转化成毒素浓度的方式监控毒素分布情况，配合HPLC控制***可以解决无法实时监测透析器流动方向上的毒素分布的问题；该方法操作简单，相比于“临床常规取样”可以定量实时监控透析液室中毒素浓度的分布，具有简单快速、稳定、精确度高、针对性强以及可量化等特点，主要适用于血液透析器、血液透析滤过器、血液滤过器、血浆分离器等内部毒素分布情况的检测与分析，同时为透析器中纤维膜和壳体设计提供真实数据支撑。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

(1)植入电极探头：

首先在透析器表面进行打孔处理：以血室入口方向为正向，沿透析器轴向方向等间距依次编号①②③④⑤，每一编号位置沿垂直于轴向方向等间距打孔A，B，C，D，孔径尺寸为3mm，打孔过程不可以破坏纤维膜丝，打孔位置参见图2所示；然后放置电位探头：将电位探头的中心位置探头根据壳体尺寸放置于图2中E点，探头放置完毕后，用密封胶密封各打孔位置，避免透析液室液体外渗。

(2)进行体外清除率测试，进一步输出电位信号，再通过信号转换，最终输出结果：

配制27.58mmol/L的磷酸氢二钾毒素模拟液；将透析器连接在透析机上，模拟临床过程将血泵流速设为200mL/min和400mL/min，透析液流速为500mL/min，模拟液温度为37℃，通过透析机设定脱水量Q_F＝0；同时打开HPLC及电位实时监控***，实时收集电位信号，通过HPLC控制***，将电位信号转换为浓度，实现实时显示各监控位置毒素浓度数值。

上述电位信号转换为浓度的对应关系，按照以下步骤获得：

①建立电位-浓度标准曲线：

准确称取6.8466g K₂HPO₄·3H₂O(M_w:228.22)固体于烧杯中，用实验用水稀释后并转移至1000mL容量瓶中，配制成30mmol/L的标准模拟液；再用实验用水分别稀释至20mmol/L，15mmol/L，10mmol/L，5mmol/L，2mmol/L，1.5mmol/L，1mmol/L，0.5mmol/L，并测试各标准稀释溶液的电位值，如表1所示。

表1各标准稀释溶液的电位值及标准方程(R²≥0.99)

将电位数值与对应稀释溶液浓度绘制成

(电位)-(-lgc)(浓度)标准曲线，如图3所示。标准曲线中电位变化范围需包含电位实时监测数值。

②透析液室浓度分布计算：

将步骤(1)中各探头位置(A，B，C，D和E)平均电位值代入步骤①中绘制的标准曲线，得到透析液室各探头位置平均浓度值，作为该横截面位置x透析液室浓度值C_Dx。

③通过质量守恒定律计算血液室浓度分布：

Q_B(C_Bx-C_BO)＝Q_D(C_Dx-C_DI)；

其中，Q_B为血室模拟液流速；C_Bx为血室透析器x位置浓度；C_BO为血室出口浓度；Q_D为透析液室流速；C_Dx为透析液室透析器x位置浓度；C_DI为透析液室入口浓度；

C_Dx由步骤②求出，根据质量守恒定律，C_Bx由上述公式求出，x为透析器不同位置。

④绘制透析器各位置浓度的变化曲线，即绘制x-C_Bx/C_Dx变化曲线。

⑤将以上计算步骤编辑到HPLC控制***中，实现电位和浓度的联动，在HPLC控制***中实时显示毒素的浓度分布，并根据各点的浓度平均值分布，绘制透析器轴向方向浓度分布曲线。

输出的结果数据如表2所示；绘制x-C_Bx/C_Dx变化曲线如图4所示。

表2对比不同模拟液流速浓度偏差

实验结果表明，(1)由于200mL/min和400mL/min相比，血室与透析液室浓度差均值较小，因此200mL/min的传质能力小于400mL/min；(2)本发明还可以比较相同膜面积的多款透析器膜丝的传质能力，血室与透析液室浓度差均值越大，纤维膜传质能力越强，为设计高效透析器提供依据。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，包括以下步骤：

a)将透析器各监控位置植入电极探头后，进行毒素体外清除率测试，输出的电位信号；

b)将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度，实时显示各监控位置毒素浓度数值；

步骤b)中所述将电位信号通过HPLC控制***转换为浓度的对应关系，按照以下步骤获得：

b1)建立电位-浓度标准曲线；

b2)透析液室浓度分布计算；

b3)通过质量守恒定律计算血液室浓度分布；

b4)绘制透析器各位置浓度的变化曲线；

b5)将以上计算步骤编辑到HPLC控制***中，实现电位和浓度的联动，在HPLC控制***中实时显示毒素的浓度分布，并根据各点的浓度平均值分布，绘制透析器轴向方向浓度分布曲线；

步骤b1)中所述建立电位-浓度标准曲线的过程具体为：

配制毒素的标准模拟液，并稀释为不同浓度毒素的标准稀释溶液，并测试各标准稀释溶液的电位值；然后将电位值与对应标准稀释溶液的浓度绘制成电位-浓度标准曲线；

步骤b2)中所述透析液室浓度分布计算的过程具体为：

将步骤a)中各探头位置的平均电位值代入步骤b1)中绘制的标准曲线，得到透析液室各探头位置平均浓度值，作为该横截面位置x透析液室浓度值C_Dx；

步骤b3)中所述通过质量守恒定律计算血液室浓度分布的公式为：

Q_B(C_Bx-C_BO)＝Q_D(C_Dx-C_DI)；

其中，Q_B为血室模拟液流速，C_Bx为血室透析器x位置浓度，C_BO为血室出口浓度，Q_D为透析液室流速，C_Dx为透析液室透析器x位置浓度；C_DI为透析液室入口浓度。

2.根据权利要求1所述的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，其特征在于，步骤a)中所述透析器包括血液透析器、血液透析滤过器、血液滤过器和血浆分离器。

3.根据权利要求1所述的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，其特征在于，步骤a)中所述将透析器各监控位置植入电极探头的过程具体为：

a1)在透析器表面进行打孔处理：以血室入口方向为正向，沿透析器轴向方向等间距至少三个位置，沿垂直于轴向方向打孔；

a2)放置电位探头：将电位探头的中心位置探头放置于步骤a1)中打孔的中心，然后密封各打孔位置。

4.根据权利要求3所述的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，其特征在于，步骤a1)中每个位置的打孔包括打孔的中心及上下左右四个方向等间距五个孔，各孔的孔径为2mm～4mm。

5.根据权利要求1所述的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，其特征在于，步骤a)中所述毒素选自磷酸盐、草酸盐、肌酸和尿酸中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的实时监控体外透析器中毒素含量分布的方法，其特征在于，步骤a)中所述体外清除率测试的过程具体为：

配制1mmol/L～30mmol/L的毒素模拟液；将透析器连接在透析机上，模拟临床过程将血泵流速设为200mL/min～400mL/min，透析液流速为500mL/min～800mL/min，模拟液温度为35℃～39℃，通过透析机设定脱水量Q_F值。

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