近年來，進(jìn)行透析治療的患者數(shù)量不斷增多，給各國的醫(yī)療保健系統(tǒng)帶來沉重負(fù)擔(dān)。
血液透析主要在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的血液凈化中心進(jìn)行，每周透析 2-3 次，每次耗時(shí) 4 小時(shí)，治療過程需要消耗電力和水，還會(huì)產(chǎn)生大量醫(yī)療廢物；腹膜透析雖可居家進(jìn)行，但也需使用大量腹膜透析液，治療過程中也會(huì)限制患者活動(dòng)；可以說當(dāng)前的兩種透析治療模式均給患者帶來諸多不便，影響生活質(zhì)量。
因此，可穿戴人工腎作為未來透析方式的方向之一，受到諸多終末期腎病患者的期待；其實(shí)早在上世紀(jì) 70 年代就已有關(guān)于穿戴式透析機(jī)的研究，發(fā)展至今，該技術(shù)到了什么程度呢？
可穿戴血液透析設(shè)備
2005 年人們?cè)趧?dòng)物模型中完成了第一個(gè)關(guān)于可穿戴人工腎的安全性和有效性的研究；2016 年，美國著名腎臟病專家 Victor Gura 等人發(fā)表題為《A wearable artificial kidney for patients with end-stage renal disease》的文章，詳細(xì)介紹了他們的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一項(xiàng)可穿戴人工腎的人體試驗(yàn)。
他們應(yīng)用一種基于透析液再生吸附劑技術(shù)的小型可穿戴血液透析機(jī)（重 4.5 kg），測(cè)試設(shè)備在連續(xù) 24 小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)清除，電解質(zhì)濃度變化等方面的安全性和有效性。
共有 7 名患者進(jìn)行了該臨床試驗(yàn)，平均年齡為 49 歲（27-73 歲），其中 4 名是女性，3 名患有糖尿病，3 名患有合并性充血性心力衰竭。
研究入組前維持性血液透析的平均持續(xù)時(shí)間為 15 個(gè)月，平均體重指數(shù)為 24。在 24 小時(shí)治療期間，血清電解質(zhì)的平均濃度保持穩(wěn)定，在 24 小時(shí)治療時(shí)間內(nèi)，尿素氮和 β2-微球蛋白的加權(quán)平均濃度明顯低于過去 48 小時(shí)常規(guī)血液透析治療時(shí)的濃度。
在超濾方面，在完成計(jì)劃的 24 小時(shí)治療期的 5 名受試者中，平均 24 小時(shí)超濾量為 1,002±380 ml。超濾已按預(yù)期完成，研究期間規(guī)定的超濾與已實(shí)現(xiàn)的超濾之間的平均差為 3±15 ml。平均收縮壓從基線時(shí)的 140±23 mmHg 下降到治療結(jié)束時(shí)的 127±6 mmHg，這種變化沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療期間，沒有觀察到收縮壓小于 100 mmHg 的受試者，只有 1 個(gè)收縮壓小于 120 mmHg 的受試者。
在 7 名受試者中的 6 名中，未觀察到明顯的凝血，所有受試者中平均 24 小時(shí)普通肝素給藥為 956±218 單位。在 1 名受試者中，由于走動(dòng)后血液回路的凝結(jié)，在 4 小時(shí)后中止了治療。在第二位受試者中，由于觀察到透析液粉紅色變色，因此在 10 小時(shí)后中斷了治療。
除了上訴不良反應(yīng)以外，實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了一些其他的技術(shù)缺陷，例如透析液中的氨濃度升高、電池故障、血液回路中出現(xiàn)氣泡、透析液回路中二氧化碳積聚，管路扭結(jié)及透析液和血液流速波動(dòng) ( 考慮與泵的不穩(wěn)定性相關(guān)) 。
圖片 1：血液和透析液回路的詳細(xì)流程示意圖
2018 年 Victor Gura 在年度透析會(huì)議上曾報(bào)告過該設(shè)備的升級(jí)款（第三代產(chǎn)品），新的設(shè)備更輕只有 2 磅（0.91 kg），也沒有二氧化碳?xì)馀荻氯肝龉?，透析效果更好，患者的肌酐清除率可達(dá)到 30 ml/min，在報(bào)告的最后 Gura 教授說到 「我們已經(jīng)從事該工作 17 年，我想我們已勝利在望」
另一個(gè)方向：可穿戴腹透透析設(shè)備
2018 年 10 月，世界首個(gè)可穿戴、便攜式的新型腹膜透析裝置，成功的在新加坡中央醫(yī)院進(jìn)行了首次人體試驗(yàn)。該設(shè)備由一家名為 AWAK 的科技公司研制，它體積小巧、重量不到 2 公斤，能夠給患者隨身攜帶，隨意走動(dòng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)透析。
他們利用專利吸附劑技術(shù)將用過的透析液再生并重組為新鮮液，同時(shí)從用過的透析液中去除尿毒癥毒素。AWAK 腹膜透析設(shè)備只需要 1.5 到 2 升的透析液來執(zhí)行患者的整個(gè)日常治療。
試驗(yàn)在新加坡綜合醫(yī)院的 14 名腹膜透析患者進(jìn)行，試驗(yàn)連續(xù) 3 天，患者平均每天進(jìn)行超過 10.5 小時(shí)的治療，尿素、肌酐和磷酸鹽的血漿濃度分別從 20.8 下降到 14.9 mmol/L（p = 0.001）、976 下降到 668μmol/L（p = 0.001）和 1.7 下降到 1.5 mmol/L（p = 0.03）。每周腹膜 Kt/Vurea>1.7，這也是國際腹膜透析學(xué)會(huì)指南推薦的無尿病人的最小 Kt/Vurea。
試驗(yàn)沒有發(fā)生嚴(yán)重的不良反應(yīng)，部分患者表現(xiàn)出短暫的腹部不適，在透析液引流或排便后也自行緩解。試驗(yàn)過程中患者的血鉀、鈉、碳酸氫鹽濃度穩(wěn)定，但并未報(bào)到血氨情況。
2019 年，F(xiàn)DA 給予了這項(xiàng)新技術(shù)高度認(rèn)可，宣布 AWAK 腹膜透析設(shè)備獲得突破性設(shè)備稱號(hào)，根據(jù) FDA 的規(guī)定，要想授權(quán)突破性設(shè)備，必須是挽救人類危重疾病的重大突破。能夠獲得 FDA 授權(quán)突破性設(shè)備，意味著會(huì)加快這類設(shè)備的開發(fā)和審查。
可穿戴設(shè)備之外
可穿戴設(shè)備需要管路與人體進(jìn)行連接才開進(jìn)行腎臟替代治療，這就存在管路斷開和接觸性感染的問題，于是，也有研究者開始嘗試將模擬腎臟功能的裝置植入體內(nèi)。
2016 年報(bào)道的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，利用硅納米技術(shù)，以動(dòng)脈壓差為動(dòng)力，僅以阿司匹林作為抗凝劑，裝置與主動(dòng)脈和腔靜脈相連后 5 天，收集袋中可見黃色無血超濾液。但該裝置僅模擬了腎臟過濾功能，并未解決重吸收功能；血栓、生物相容性等問題也是該項(xiàng)技術(shù)需要克服的諸多難點(diǎn)。此外，還有利用干細(xì)胞技術(shù)分化出類腎臟器官、利用細(xì)胞重編程技術(shù)修復(fù)受損腎臟等研究也還都有許多問題需要突破。
從可行性上來說，可穿戴人工腎可能是突破現(xiàn)有透析方式的方案之一，但有實(shí)際臨床價(jià)值的可穿戴的人工腎設(shè)備也必須滿足苛刻的技術(shù)性能和臨床標(biāo)準(zhǔn)。
2020 年 Nature Reviews Nephrology 雜志的評(píng)論文章認(rèn)為，當(dāng)前限制可穿戴人工腎的最大障礙是缺乏在不大量使用透析液的前提下有效清除毒素的解決方案，以及其他諸如不能持續(xù)進(jìn)行肝素化，血管通路斷開時(shí)失血等問題，但文中也承認(rèn)「Despite these obstacles, momentum is steadily growing to support contemporary efforts to emulate, in a wearable format, the superb efficiency of the healthy kidney」。
參考文獻(xiàn)：
1.Gura V, Rivara MB, Bieber S, et al. A wearable artificial kidney for patients with end-stage renal disease. JCI Insight.2016;1(8):e86397
2. A automated wearable artificial kidney (AWAK). [ONLINE]. Retrieved from:http://awak.com/product/ , Accessed date: 30 December 2018.
3. H. Htay, S. Gow, M. Jayaballa, E. Oei, S.N.H. Jamaluddin, J. Lim, M. Foo,Evaluation of Safety of Automated Wearable Artificial Kidney (AWAK) Device in PD Patients [poster], ISN WCN19-0817 Melbourne, Australia, 2019.
4.A, Maaike K. Van Gelder , et al. Urea removal strategies for dialysate regeneration in a wearable artificial kidney[J]. Biomaterials, 234.
5.Himmelfarb J , Ratner B . Wearable artificial kidney: problems, progress and prospects[J]. Nature Reviews Nephrology, 2020, 16(10):1-2.
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