一文详解血液透析的三大原理：透析、血滤与超滤

一文详解血液透析的三大原理：透析、血滤与超滤

血液透析是治疗肾功能衰竭等疾病的重要手段，其原理主要包括透析、血滤和超滤三种。本文将详细解析这三种原理，帮助读者更好地理解血液透析的科学原理。

一、透析原理

血液透析（HD）的物理原理为弥散，类似于墨汁在水中的扩散，主要依靠浓度梯度进行物质交换。这种透析方式擅长清除小分子物质。

血液滤过（HF）的物理原理为对流，类似于心脏推动血液流动，主要依靠压力梯度进行物质交换。这种透析方式擅长清除中大分子物质。

血液透析滤过（HDF）则结合了HD和HF的优点，既能有效清除小分子物质，又能清除中大分子物质。

对于肾衰竭患者，维持性透析通常选择HD和HDF。而在ICU中，连续性肾脏替代治疗（CRRT）则以HF为主。

透析相关常见分子的分子量

图1：常见分子的分子量

基本的透析环路

图2：基本的透析环路

清除率

透析的主要目的是清除体内的毒素，通常用清除率（K）来衡量。例如，尿素清除率为200ml/min，意味着每分钟有200ml血液中的尿素被净化。衡量透析充分性的Kt/V中的K就是这个清除率。

清除率主要受以下四个参数的影响：

• 分子大小：分子量越小越容易被清除。
• 血流量：一般在200～600ml/min之间，通常设置在350ml/min以上。血流量对清除率影响显著，但不是线性的，一般来讲，倍增血流量仅能提高20～50%的尿素清除率，对大分子物质的清除效果更不明显。

图3：血流量对清除率的影响

• 透析液流量：一般设置为500ml/min。从500ml/min增加到800ml/min，尿素清除率的提升不到10%。
• 透析器性能：常用KoA来衡量透析器清除尿素的性能，KoA是透析器在最好情况下达到的尿素清除率，一般>700ml/min的称为高效透析器。此外，还有衡量透析器分子截留能力的筛系数（SC）和通透性的超滤系数（KUf）。

现代透析技术越来越注重对中大分子的清除能力。目前，高通量透析的定义是β2-微球蛋白清除率大于20 ml/min。

Kt/V与eGFR的关系

为什么不用直接清除尿素的量来衡量清除率，而是使用一个复杂的K呢？这是因为K借鉴了代谢动力学的概念，就像我们关注药物的半衰期T，而不是直接关注药物被清除的量一样。事实上，我们的eGFR也是一种特殊的K。

让我们通过一个例子来说明Kt/V和eGFR之间的关系：

假设某位体重75kg的患者，单次透析的Kt/V为1.2：

• V（尿素分布容积）= 0.55（体液百分比）*75kg = 41.25L = 41,250ml
• K = 1.2(V)/t = 1.2(41,250ml) /t= 49,500ml/t
• 患者每周透析三次，3*49,500ml/t = 148,500ml/t
• 一周有多少分钟呢，t = 10,080min/week
• 因此，这种透析强度相当于提供了148,500ml/10,080min = 14.7ml/min的eGFR。

二、血滤原理

血滤概述

血液滤过（HF）的物理原理为对流，依靠压力梯度进行物质交换，擅长清除中大分子物质。血滤更符合肾单元的生理运作模式。

肾单元的工作原理是：肾小球内的血液在跨膜压作用下通过滤过膜变成原尿，肾小管重吸收原尿（及分泌一些物质）回输血液。

图4：肾单元的工作原理

血滤的运作方式与肾单元类似：血液被跨膜压压成废液，类似于肾小球的功能；置换液回输类似于肾小管的功能。

图5：血滤的运作方式

进一步理解

血滤中产生废液的成分与流经滤器的血液中的成分几乎相同。滤过膜对小分子物质没有阻拦，水和废物一起排出。血滤器对某个分子的筛系数（SC）等于废液中的浓度/血里的浓度，SC=0说明完全不能透过，SC=1说明可以自由通过。

图6：低通和高通透析膜对不同分子量物质的SC

对于高通量透析器来说，对于小分子毒素几乎是通透的（SC≈1），对于分子量为数K～数W的毒素通透性明显下降，而几乎不能透过白蛋白或更大分子量的物质（SC≈0）。

高通量透析有两个定义：对水通透性高（>20ml/mmHg/h）和对β2微球蛋白通透性高（清除率>20mL/min）。本质上，这两个定义描述的是透析膜上的孔径较大，因此在单位压力下可以有较多的水通过，并且裹挟着溶质一起滤过（即对流）。

治疗剂量的理解

在血滤中，清除率（K）和eGFR的关系更为直接，类似于肾小球滤过率的定义。例如，给一个50kg的人处方35ml/h/kg的CRRT时（假设血液未被稀释，不超滤），其每小时的废液量为50kg✖️35ml/h/kg=1750ml，相当于提供了1750ml/60min=29.2ml/min的肾小球滤过率。

HD、HDF、HF的区别和联系

HD主要通过弥散清除毒素，但超滤过程中也存在跨膜压引起的对流。因此，HD只能说以弥散为主。同理，HF中滤过膜两侧也必有浓度梯度，因此，也只能说HF以对流为主。

从低通量HD到高通量HD，再从HDF到HF，其实就是一个连续谱。

图7：HD、HDF、HF的区别和联系

三、超滤原理

超滤概述

超滤即清除水分。虽然HD、HF清除毒素的原理不同，但超滤都得用对流。因为透析液和血液的渗透压相差不多，无法进行有效的水分弥散。

超滤控制

• 跨膜压（TMP）：透析膜两侧的压力差，主要由透析机的泵产生。
• 超滤系数（KUf）：衡量透析膜对水的通透性指标，KUf>20为高通。
• 超滤速率：TMP×KUf×A。
• 超滤量：超滤速率×t=TMP×KUf×A×t。

对给定的透析器来说，KUf是一定的，因此TMP的变化决定了超滤速率。

图8：超滤控制原理

以前的机器直接调节TMP来控制速度，称为压力控制，因误差较大，现已基本不用。现代的透析机主要采用容量控制模式来进行超滤调节，如基于流量仪（A）和平衡室（B）的方法。

图9：现代透析机的超滤调节方法

临床应用

假设一位肾病综合征患者并发心衰，需要快速去除体内水分但溶质水平不高。这时临床医生可能会选择缓慢连续超滤（SCUF），也就是不用置换液的缓慢血滤（超滤速率为2～8ml/min），比如24小时目标清除5000ml体液，那么超滤速率就是5000ml/24h/60min=3.47ml/min（CVVH可能会达10倍以上）。

临床上还有所谓单纯超滤（简称单超）的概念，相当于浓缩版SCUF，时间更短，超滤速度更快。需要注意的是，在超滤水分的时候，分子量不大的毒素也会一起出来，因此认为SCUF或单超仅仅去除了水分是不准确的。

参考文献

1. Handbook of Dialysis. 5th edition. Wolters Kluwer.
2. Oxford Handbook of Dialysis. 4th edition. Oxford University Press.