不同血液净化方式对蛋白结合类毒素的清除作用

2009年2月21日 08:23 肾友网   肾友网阅读:355次
 
中国人民解放军总医院肾科 解放军肾病中心暨重点实验室
陈香美 初启江
 
1840 年德国医生Piorry等人用尿毒症一词来描述肾功能衰竭症候群以来,对CRF发病机理的研究已有160余年的历史,最初将尿素、肌酐等小分子溶质作为主要尿毒症毒素,70年代提出“中分子物质”学说,将毒素归为小分子和中分子物质两大类。近年研究表明,终末期肾病史除中分子肽类之外,一些低分子量、甚至较大分子量的蛋白质也因清除或代谢障碍发生量(水平增高)或质(化学修饰)的变化,这些变化能导致各种与尿毒症相关的病理生理改变。
目前通常将尿毒症毒素分为3大类:小分子水溶性毒素、中大分子类毒素和能与蛋白质结合的毒素。肾功能下降导致代谢产物积累,这些堆积的代谢产物能否及如何造成机体组织、器官的机能或器质性损伤在不断的被认识中。
肾移植和血液净化是清除尿毒症毒素维持生命延续的重要手段,血液净化的手段包括腹膜透析、血液透析等。随着蛋白结合类毒素对心血管系统的影响被逐渐认识,其存在方式的特点而使得目前透析手段对该类毒素清除效率不理想,更为人们所关注。
1 尿毒症毒素
 目前能进行定量分析的25种蛋白结合类毒素
毒素名称
分子量
性质
二甲基氧间苯二酚
140
酚类
对苯二酚
110
酚类
对甲酚
108
酚类
苯酚
94
酚类
3-脱氧葡萄糖醛
162
糖基化终末产物
果糖赖氨酸
308
糖基化终末产物
乙二醛
58
糖基化终末产物
甲基乙二醛
72
糖基化终末产物
羧甲赖氨酸
204
糖基化终末产物
戊糖素
342
糖基化终末产物
3-醋酸吲哚
175
吲哚类
硫酸吲哚酚
251
吲哚类
犬尿素
208
吲哚类
犬尿喹啉酸
189
吲哚类
褪黑激素
126
吲哚类
喹啉酸
167
吲哚类
四甲烯二胺
88
多胺类
精脒
145
多胺类
精氨
202
多胺类
瘦素
16000
肽类
视黄醇结合蛋白
21200
肽类
马尿酸
179
马尿酸盐类
对羟基马尿酸
195
马尿酸盐类
同型半胱氨酸
135
其它
3-羧-4-甲-5-丙-基呋喃戊酮酸
240
其它
 
1.1 瘦素(Leptin)
瘦素是肥胖基因的蛋白产物,血透患者血浆瘦素水平明显高于正常人,肾脏是瘦素的主要排泄器官,血浆中约81%的瘦素由肾脏排出。瘦素与血透患者血浆白蛋白、蛋白分解率(PCR)有相关关系,可能是引起尿毒症患者食欲减退、营养不良的原因之一[1]
1.2 糖基化终末产物(AGEs)
葡萄糖和其它还原糖与游离的氨基酸通过非酶化反应生成稳定的Amadori 产物,再通过一系列化学重组。在ESRD患者一些 AGEs 是多肽联接降解产物,分子量2000~6000D,,与体内组织修饰和一些酶的生理功能改变有关。现在已知AGEs 参与了透析相关性淀粉样变和动脉粥样硬化的形成。AGEs 能结合并灭活NO,阻止NO 产生血管内皮的扩张、抗血小板聚集和抗增生效应,并能上调血管内皮细胞表达VCAM-1和ICAM-1,诱导单核/巨噬细胞跨内皮趋化,在ESRD 动脉粥样硬化中起重要促进作用。普通血透不能清除AGEs,高通量透析膜能有效清除,但不能维持血浆正常水平。 
1. 3  吲哚(Indoles)
硫酸吲哚酚与肾脏:肾功能不全发生后出现肾小球肥大、肾小球硬化发展趋向,在此前提下,硫酸吲哚酚(以及其他一些毒素类物质)成为加速这种趋向的因素之一[2]。硫酸吲哚酚与内皮细胞:硫酸吲哚酚对受损血管内皮细胞的修复有延迟作用,但不引起细胞凋亡.。硫酸吲哚酚与甲状腺:硫酸吲哚酚对甲状腺细胞的传输和脱碘有抑制作用。硫酸吲哚酚可在脑内堆积,肾功能不全时此种堆积与神经功能异常有关[3]。硫酸吲哚酚影响白蛋白与药物结合的能力,如地高辛、华法令、苯甲酸、地西泮等。硫酸吲哚酚抑制肾小管对酸性药物和阴离子溶质的分泌,改变药物与白蛋白的结合特性。在正常人,使用地高辛后血中地高辛浓度升高,而在尿毒症病人则是下降的[4]。硫酸吲哚酚对促红素的生成有抑制作用,血中硫酸吲哚酚水平高的尿毒症病人维持一定水平血红蛋白对促红素的需要量要高于血中硫酸吲哚酚水平低的病人[5]
硫酸引哚酚与肾小管间质纤维化:色氨酸侧链在结肠通过细菌氧化作用生成一些化合物,如: 羟甲基吲哚、吲哚乙酸、吲哚和吲哚酚等,它们都是尿毒症毒素,且在结肠可被重吸收。吲哚酚在重吸收后在肝脏与硫酸盐酯化形成硫酸吲哚酚从尿中排出。普通透析和高通量透析膜都不能清除此类物质(硫酸吲哚酚属小分子毒素类[6]。一些吲哚具有致癌性,3-醋酸吲哚通过竞争性与蛋白结合而抑制肾小管的分泌,可增强与蛋白结合药物毒性。以往的实验证实,给予尿毒症鼠喂服吲哚或硫酸吲哚酚,可加快肾小球硬化及肾衰竭的进程,而通过口服吸附剂或腹膜透析去除硫酸吲哚酚可延缓“健存”肾单位的丧失,说明硫酸吲哚酚可能是促进肾小球硬化的因素之一。为了证实硫酸吲哚酚在肾小管间质纤维化中的作用,日本学者Miyazaki[7]给于5/ 6 肾切除大鼠口服硫酸引哚酚,发现它可增加肾脏合成ICAM-1,促进肾小管间质单核细胞浸润,而浸润的单核细胞可分泌TGF-β1,引起肾小管间质TGF-β1 表达增高,应用硫酸吲哚酚直接作用于肾小管上皮细胞亦可显著增加TGF-β1的合成。硫酸吲哚酚诱导的TGF-β1可增加TIMP-1和胶原Ⅰ的表达,促进肾小管间质纤维化的进展,而给予吸附剂AST120口服,可减轻肾小管间质纤维化,说明硫酸吲哚酚是促进肾小管间质纤维化的主要因素之一。
1. 4  3-羧基-4-甲基-5-丙基-2呋喃丙酸(CMPF)
CMPF 是一种较强亲脂性毒素,是与药物蛋白结合的主要抑制剂,通过对对氨基马尿酸(PAH)途径的抑制,降低各种药物在肾小管的分泌。普通透析和高通量透析膜都不能清除CMPF,相反应用白蛋白通透性膜可明显降低CMPF的血浓度,而HD患者CMBF血浓度是CAPD患者的3倍,此与腹膜清除和残肾功能有关。
1. 5 马尿酸
甲苯和苯甲酸是马尿酸主要来源,马尿酸可增加能与蛋白结合药物的毒性,还与胰岛素的抵抗和糖耐量异常有关。HD可清除马尿酸游离部分的60%,血液滤过能增加马尿酸的清除。
1. 6  同型半胱氨酸(Hcy)
Hcy是一种含巯基(SH)的氨基酸,高同型半胱氨酸是心血管疾病的独立危险因素。CRF患者血液中Hcy 是正常人群的2~4 倍,血液中浓度不仅仅与肾功能衰竭程度有关,还与营养摄入(甲硫氨酸)、维生素状态(叶酸、维生素B12)等有关。Hcy可增加血管平滑肌细胞的增生,是导致动脉粥样硬化的一个重要因素。另外,Hcy干预了血管壁相关的抗凝血功能,增加了血栓形成。Hcy部分与白蛋白结合,HD 很难清除。
1. 7 对甲酚
对甲酚由苯丙氨酸和酪氨酸经过肠道细菌作用产生。对甲酚抑制白细胞在吞噬作用中的反应,另外,它在体外还增强肝细胞和神经瘤细胞中铝的毒性,抑制血小板活化因子(PAF)的合成,也干扰解毒作用[8]。以弥散作用为主的血液透析对其清除无明显临床价值,但以对流方式清除毒素的透析滤过则对其有显著清除作用[9]
1.8  甲酚
甲酚是一种挥发性物质,分子量108.1D,是由肠道细菌产生的,是酪氨酸和苯丙氨酸的代谢产物,来源欲环境中的甲苯、吸烟和一些中草药和调味剂中存在的薄荷呋喃。甲酚对肝细胞毒性较大,可诱导肝细胞释放LDH,增强肝脏对铝摄取和铝对巨噬细胞的毒性作用。由于甲酚的脂溶性和蛋白结合性,HD很难清除。
1. 9 多胺
多胺如精胺、亚精胺等和细胞、蛋白具有较强的亲和性,呈剂量依赖性抑制红系增生。一些多胺可抑制脑细胞对钙离子的通透性;多胺还能抑制NO合成。细胞膜对多胺的相对不通透和与蛋白结合导致多胺在体内是多室分布,HD清除较少。
2.部分血液净化方法对尿毒症毒素的清除及存在的问题
2. 1  血液透析
血液透析(HD)透析器膜孔径小,主要通过弥散作用清除尿素、肌酐、尿酸这类小分子毒素,而对分子量大于300道尔顿以上的中大分子物质则清除效率差。
2..2  血液滤过
血液滤过(HF)是通过模仿正常肾小球的滤过原理,以对流的方式清除血液中的水分和有毒物质。清除效率主要取决于超滤容量及筛孔系数,它的优点是对中分子毒物有较高的清除率;缺点是大量滤过液的滤出可引起氨基酸、蛋白质、生长激素和其它一些低分子激素的丢失,对小分子毒性物质的清除不如血液透析,特别是对高钾血症的纠正不如血液透析。
2. 3  血液透析滤过
血液透析滤过(HDF)是弥散与对流方式相结合的血液净化技术,它最大的优点是大大提高了对中分子物质的清除。透析后磷、尿素、肌酐这些小分子溶质的下降明显。但HDF采用一种聚砜膜Superflux 滤器时,可清除β2微球蛋白(β2-MG)和其他一些中大分子物质如osteocalcin、肌球蛋白、糖基化终末产物、蛋白氧化产物,而普通透析对此无效[10]
2. 4  高通量血液透析
采用高通透性血液滤过器在容量控制的普通血液透析机上进行维持性血液透析称高通量血液透析(HPD),HPD通过加强对流作用, 可增加中大分子毒素清除量,溶质清除量与其分子量大小成反比,增加超滤量可提高溶质清除量。可有效清除瘦素、提高血磷及iPTH 清除率[11]有人认为尿毒症患者存在细胞产生前炎症细胞因子异常或前炎症因子水平的增高与高通量透析有关[12]也有研究认为与低通量透析相比,高通量透析并不会增加内毒素污染的可能[13]
2. 5  血液灌流
血液灌流(HP是指患者血液流经灌流器时,通过吸附剂的作用清除外源性和内源性毒物,达到净化目的的一种方法。国内及国外[14,15]都对血液灌流技术进行了长时间的研究。这种方法具有良好的生物相容性,与血液透析相比,它不仅对肌酐和尿酸这类小分子毒物有着更高的清除率,而且还能清除中分子毒物。
2. 6  连续性肾脏替代疗法
连续性肾脏替代疗法(CRRT)与IHD 相比,更具有优越性: ①血流动力学稳定[16]:IHD 治疗中血浆渗透压骤然下降,可导致低血压和加重或诱发急性肺水肿和左心衰竭,CRRT 由于应用未加温的置换液或透析液,常使患者体温下降,有利于提高末梢血管阻力,稳定血压。此外,IHD 常导致肾脏低灌注,延迟肾功能恢复,而CRRT 则很少引起。②溶质清除率高: IHD 治疗的患者BUN 峰值波动较大,而CRRT 的BUN 水平平稳,能更好地控制氮质血症。CRRT 主要通过对流清除溶质,对中分子量物质清除明显高于弥散效率。使用高通量膜 CRRT,β2-MG下降率可达40%~60% , 而低通量膜 IHD 几乎不能清除β2-MG。③ 有较好的生物相容性:CRRT多采用高分子合成膜,具有较好的生物相容性。④清除炎症介质: 研究证实[17] CRRT 能清除某些炎症介质,如血液滤过可以从全身炎症反应综合征患者中清除白细胞介素21B(IL-21B)、白细胞介素28(IL-28)、补体C3、补体C5。除了通过弥散和对流方式清除介质外,由于膜的通透性和吸附能力强,可持续滤过和吸附各种大、中分子的炎症介质,如肿瘤坏死因子(TNF)、心肌抑制因子(MDF)、前列腺素、血栓素等, 使血流动力学更稳定。⑤改善组织氧代谢:机制可能为减轻间质水肿,改善微循环,使组织细胞吸收氧增加。⑥提供充分的营养支持:IHD 控制氮质水平和水潴留状态并非满意,行CRRT时可以持续充分供给营养,也不必限制液体入量, 可达正氮平衡。⑦保持水、电解质平衡:每天进行CRRT对排钠和排水有较好效果,并伴有较好的血流动力学稳定性,对ICU 患者能很好地控制水、电解质平衡。
2. 7 连续性血浆滤过吸附(CPFA)
连续性血浆滤过吸附(CPFA)使用血浆分离器持续血浆分离,分离的血浆再进入一个未包裹的碳罐或特殊的树脂罐,经过吸附与净化的血浆再经静脉回到体内,如此可以从循环血液中排除更多的炎症介质、细胞因子、内毒素和活化的补体成分18
3. 生物人工肾  
即肾小管辅助设施( Renal tubule assist device,RAD),将经细胞工程处理过的人肾小管上皮细胞植入空心纤维透析器内并令其单层生长于纤维内膜表面,这些小管上皮细胞具有一定转运、内分泌、代谢功能,RAD可同时模拟人体肾小球和肾小管功能,这是ESRD体外血液净化的发展方向,但限于经济等多方面因素目前尚难推广。
 
体外循环治疗方式、原理、效率
清除物/方式
水分
清除方式
小分子毒素
中大分子毒素
蛋白结合毒素
低流量透析
超滤
弥散
低至无
高流量透析
超滤
弥散
中到高
血液滤过(HF
超滤
对流
中到高
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