透析器复用对血液透析过程中膜对流与扩散粒子传输的影响机制研究

《Case Studies in Chemical and Environmental Engineering》：Effects of dialyzer reuse on convective and diffusive particle transports through membranes during hemodialysis process

本研究针对透析器复用过程中膜性能变化机制不明确的问题，系统评估了三种透析膜（ATA、PEPA、PES）在七次复用循环中对对流（水通透性）和扩散（溶质清除率）传输的影响。结果表明，对流传输随复用显著下降（-3.55至-5.47 mL·min-1·cycle-1），而小分子尿素清除率保持稳定，中分子麦芽糊精清除率变化轻微（-1.05至+1.02 mL·min-1·cycle-1）。SEM显示膜孔结构变化支持此趋势。该研究为透析器复用策略提供了关键的传输机制依据。

　　

对于依赖血液透析维持生命的终末期肾病患者而言，每一次治疗都至关重要。透析器作为血液透析的核心部件，其性能直接关系到毒素清除效率和患者预后。在临床实践中，出于成本控制和资源优化的考虑，透析器在经过严格消毒后重复使用是许多医疗机构的常见做法，尤其在资源有限的地区。然而，一个长期困扰临床医生和研究人员的问题是：透析器的反复使用究竟会对它的功能产生怎样的影响？这种影响是作用于清除小分子毒素的扩散过程，还是影响清除中分子毒素的对流过程，抑或两者兼而有之？尽管已有一些研究关注复用透析器的临床结局，但从分子传输的物理机制层面进行深入剖析的研究仍相对缺乏。

为了回答这些关键问题，来自泰国Thammasat大学机械工程系的Tarinthon Klahan、Cattaleeya Pattamaprom、Thanee Eiamsitrakoon和Watit Pakdee研究团队在《Case Studies in Chemical and Environmental Engineering》上发表了一项研究，他们巧妙地设计了实验，系统地评估了透析器复用对膜传输性能的影响。这项研究的新颖之处在于，它首次在受控的实验条件下，使用特征明确的模型溶液，分离了复用对扩散和对流这两种物理传输过程的独立效应，从而避免了人体生物变异带来的干扰，为理解复用引起的性能变化提供了清晰的机理图像。

为了开展这项研究，研究人员主要应用了几项关键技术。他们从医院收集了三种不同类型的中高通量透析器（ATA膜的FINEFLUX FIX-210S eco、PES膜的ELISIO-210HR和PEPA膜的PEPA FDY-21B），这些透析器经历了0、1、3、5、7次标准的医院复用流程（包括反渗透水冲洗、5%过氧乙酸消毒和0.05%次氯酸钠表面清洁）。研究团队搭建了模拟血液透析的实验系统，通过测量不同流速下的跨膜压力来计算水通透性（Kuf），以此评价对流传输性能。同时，他们采用并流流动模式以消除内部过滤的影响，分别测量了代表小分子的尿素和代表中分子的麦芽糊精的清除率，用以评估扩散性能。此外，他们还利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察了不同复用次数后透析膜表面的微观形态变化，将宏观性能与微观结构联系起来。

水通透性

研究结果显示，所有类型透析器的水通透性都随着复用次数的增加而呈现进行性下降。新透析器表现出最高的通透性，但在复用过程中，ATA膜的FINEFLUX透析器下降速率最快（-5.47 mL·hr^-1·mmHg^-1·cycle^-1），其次是PEPA膜（-4.10）和PES膜（-3.55）。这种下降趋势表明透析膜的对流传输能力在复用过程中持续减弱，很可能源于膜污染、孔道狭窄或消毒剂引起的膜结构改变。

溶质清除率

与对流传输的明显下降形成对比的是，小分子尿素清除率在所有透析器中都保持了高度稳定，甚至在PEPA和ATA透析器中还略有上升趋势。这表明扩散过程，特别是小分子的扩散，对复用引起的膜变化相对不敏感。对于分子量更大的麦芽糊精，其清除率本身远低于尿素。研究发现，FINEFLUX和ELISIO透析器的麦芽糊精清除率随复用略有下降，而PEPA透析器反而呈现出轻微的上升。这种差异提示不同膜材料对复用处理的响应可能不同，PEPA膜独特的结构可能使其在复用后对中分子的扩散通路有所改善。

膜表面形态

FE-SEM观察结果从微观层面支持了上述性能变化。三种新膜的孔结构存在显著差异：ATA膜（FINEFLUX）具有网状分布的细密孔道；PES膜（ELISIO）的孔更大但分布稀疏；PEPA膜的孔则非常小且分布极为密集。经过7次复用后，所有膜的孔分布都显得更为致密，这与水通透性的下降趋势相符。PEPA膜在复用后中分子清除率的轻微提升，可能与其致密的小孔结构不易被完全堵塞，以及复用清洗过程可能去除了部分污垢物或增强了表面亲水性有关。

综合研究结果可以得出结论，透析器复用对对流传输的负面影响远大于对扩散传输的影响。这意味着复用主要损害了透析器清除中分子毒素（其清除更依赖于对流）的能力，而对小分子毒素的清除能力影响较小。这种差异的机制根植于膜污染和结构改变对水通透性（对流驱动力）的直接影响更大。该研究清晰地阐明了复用影响透析器性能的物理机制，为临床实践中透析器的选择、复用次数的确定以及再处理方案的优化提供了重要的科学依据。通过使用受控模型溶液，该研究方法为未来评估透析膜性能和开发新型抗污染膜材料提供了一个可重复、可比较的实验范式。最终，这些发现有助于在确保医疗安全的前提下，更合理地利用医疗资源，提升血液透析患者的治疗效果。