CRRT滤器膜材，哪些因素是关键？

引言

CRRT通过模拟健康肾脏功能，缓慢持续地清除体内的废物和多余液体。在CRRT过程中，滤器膜材作为核心组件，对溶质和水的去除效率以及生物相容性有着至关重要的影响。本文将详细介绍CRRT中使用的滤器膜材料及其特性，并探讨这些特性如何影响CRRT的临床效果。

合成膜在CRRT中的崛起¹

早期慢性血液透析中，纤维素膜被广泛使用。在当今CRRT领域，合成膜已经成为滤器的主流选择。合成膜旨在克服传统纤维素滤器存在的两个主要问题，即溶质清除范围有限和显著激活补体系统，从而避免不良的免疫反应，提高CRRT效率。

合成膜比纤维素膜更厚，厚度至少为20 μm。根据结构的不同，合成膜可以分为非对称性膜（如聚砜膜、聚酰胺膜和聚醚砜膜等）和对称性膜（如AN69膜和聚甲基丙烯酸甲酯膜）。

非对称性膜具有一层非常薄（约1 μm）的“皮肤”，可以直接接触血液，负责溶质滤过，而剩余的壁厚（即“基质”）则决定了膜的物理和化学特性。

对称膜AN69膜则是第一个投入使用的合成膜，它由丙烯腈和带阴离子磺酸基团的共聚物组成。最初，AN69膜以平板型透析器形式出现，应用于慢性肾病的血液透析系统中。随着时间的推移，AN69膜更新换代，持续突破，出现了第二代AN69ST膜和第三代oXiris膜。

oXiris膜在原有AN69膜的基础上，增加了多层线性阳离子聚合物——聚乙烯亚胺（PEI），这使得它不仅能够有效地过滤废物，还能通过其带正电的表面吸附并清除血液中带有负电荷的有害物质²。一项meta研究表明，使用oXiris膜后，脓毒症患者7天、14天和28天病死率，乳酸水平，SOFA评分和去甲肾上腺素剂量等均降低，此外，患者重症监护病房住院时间缩短，这对于当前DRG时代具有重要意义³。

这些因素是评估滤器膜材性能的重要指标

那么，如何评价滤器膜好不好“用”呢？这里就要引入多种评价指标⁴。

01

膜超滤系数和滤器超滤系数

膜超滤系数（K_UF）表示滤器膜单位压力和面积下对水的通透性，取决于膜面积和膜孔数量：

Q_UF 是超滤率，TMP是跨膜压，A是膜面积，单位是mL/（h·mm Hg·m²）（1mm Hg=0.133 kPa）。滤器超滤系数（DK_UF）是K_UF和面积（A）的乘积：

单位是mL/（h·mm Hg）。膜材厂家通常用 Q_UF 除以 TMP 得出DK_UF。

K_UF 用于定义“高通量”或“低通量”，尽管K_UF 临界值尚未确定，但是一般情况下将<10 mL/（ h·mm Hg·m² ）称为低通量膜，10-25 mL/（ h·mm Hg·m² ）为中通量膜，>25mL/（ h·mm Hg·m² ）为高通量膜。需要注意的是，这主要是指膜的亲水通过性（对水的通过性能），对水的通过性能与溶质的通过性能并不能划等号，后者还取决于孔密度、平均孔径和孔的分布情况。所以，高通量膜和高通透性膜不能混淆。

K_UF 用于定义“高通量”或“低通量”，尽管K_UF 临界值尚未确定，但是一般情况下将<10 mL/（ h·mm Hg·m² ）称为低通量膜，10-25 mL/（ h·mm Hg·m² ）为中通量膜，>25mL/（ h·mm Hg·m² ）为高通量膜。需要注意的是，这主要是指膜的亲水通过性（对水的通过性能），对水的通过性能与溶质的通过性能并不能划等号，后者还取决于孔密度、平均孔径和孔的分布情况。所以，高通量膜和高通透性膜不能混淆。

02 膜筛选系数与排斥系数

筛选系数（SC）是超滤液中某溶质的浓度（仅对流机制清除）与滤器平均血浆浓度的比值：

C_UF 是超滤液中溶质浓度，C_PI 和 C_PO 是滤器入口和出口的溶质血浆浓度。

由于膜的特性变化，SC在治疗中也会变化。SC对应于特定溶质和特定的膜材料。公式通常简化为超滤液浓度与滤器前浓度比值。排斥系数（RC）是：RC=1–SC。

图1 低通量（蓝色）、高通量（红色）和高截留（绿色）膜的筛选曲线

03 截留

对于特定膜材料，截留表示膜材能够保留的最小溶质的相对分子质量。由于膜孔正态分布，统计截留值用SC为 0.1的溶质相对分子质量来表示，对于特定的膜材，保留起始点（截留量 90% 或 0.9）表示 SC 为 0.9 的溶质相对 分子质量。全面表达膜截留性能需要合并考虑截留值和保留起始点，评估特定膜的SC 曲线。临床上，“高截留膜”是指膜材的截留值接近白蛋白的相对分子质量。

04 膜面积

在连续性肾脏替代治疗早期，典型的血液和超滤液流速分别低于150 mL/min和1.5 L/h。这一时期所使用的滤器表面积一般介于0.3至0.5 m²之间，足以满足当时的溶质清除需求。然而，随着CRRT剂量的提升以适应更高效的治疗需求，相应的血流速和超滤液流速也需增加，这直接导致了对更大滤膜表面积的需求。如图2，不同膜表面积滤器的血流速和超滤量关系曲线具有相似性，但小表面积滤器仅适合于Q_UF 较小情况，如增大血流速，Q_UF将进入平台期，再增加血流速对Q_UF影响有限。而选用较大膜面积滤器，可以实现在较低血流速下达成较高Q_UF，如超滤量更大，在血流速有限情况下，应尽量选择更大膜面积的滤器，避免滤器超滤功能进入平台期。

图2：不同膜面积血流速和超滤率关系

“二次膜”问题有待解决¹！

尽管合成膜在CRRT治疗中表现出色，但临床上仍面临一个挑战：合成膜容易吸附血浆蛋白，形成所谓的“二次膜”。

“二次膜”一般由高分子量蛋白质（如：白蛋白、免疫球蛋白和纤维蛋白原）构成，因此会改变原始膜的通透性。虽然某些合成膜可以通过特异性吸附低分子量蛋白质（如：组胺毒素和其他炎症介质）来改善患者的临床结果，但总体而言，二次膜的形成是不利的，往往会影响到溶质的清除效率。

具体来说，二次膜可能会堵塞部分膜孔，降低CRRT膜的有效溶质清除能力，尤其是对于分子量较大的溶质。研究表明，对于分子量为5000道尔顿的物质，在血浆环境中其被截留的比例可高达60%，而在生理盐水中则几乎没有截留。因此，这意味着二次膜的形成确实会对溶质的清除效率产生显著影响，尤其是在处理大分子物质时。

图3 “二次膜”对聚酰胺滤膜筛分性能的影响

为了应对这些问题，研发人员正在探索新的方法来优化二次膜的形成过程，以确保既能够提高生物相容性，又不会过度影响溶质的清除效率。例如，通过调整膜材料的表面性质或引入功能性涂层，可以在一定程度上控制二次膜的形成，从而实现更好的治疗效果。

创新膜技术推动CRRT进步：提高疗效，改善预后

近年来，多种新型膜材料陆续被研发，旨在进一步改善CRRT的效果⁵。这些创新包括：

超通量及HCO膜：新型膜如蛋白质渗漏膜或超通量膜或HCO膜的开发，比常规的高通膜具有更高的渗透性，并允许蛋白质（包括白蛋白）通过。

生物性膜材料：亲脂性抗氧化剂和自由基清除剂维生素E已被用来修饰膜材，其最终目的是中和有害的反应物并模仿血细胞质膜和脂蛋白颗粒的脂质结构。

混合基质膜：新一代混合基质中空纤维膜：直径较小，并且不会发生白蛋白渗漏，它结合了内部薄膜层增强的传质特性和外层的高吸附能力，与当前的最新透析技术相比，具有卓越性能的膜。

纳米孔硅基膜：纳米膜在清除尿素和中分子蛋白质的同时保留白蛋白，能至少持 续12小时清除率不下降。

脂酸修饰膜：脂溶性抗氧化剂硫辛酸也被用作口服抗氧化剂，以减少氧化应激相关并发症。

中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂改性膜：减少中性粒细胞弹性蛋白酶水平升高的负面效应，也是改善生物相容性的一种方法。

纳米纤维素和导电聚合物聚吡咯复合材料：PPy复合材料被认为是新一代血液透析膜的候选材料，可以将主动离子交换与被动超滤、大表面积结合起来。PPy符合材料还可以提供小型化透析器，就抗凝及血液相溶性方面与PS膜媲美。

生物人工肾材料：生物人工肾是其中一种材料，包含具有功能性近端肾小管上皮细胞中空纤维柱及传统血液透析器。临床前研究表明这种肾脏辅助装置拥有多种运输、新陈代谢、内分泌功能、调节炎症等功能。

这些进步不仅提升了CRRT的治疗效果，还为患者带来了更安全、更舒适的治疗体验。相信随着更多创新材料和技术的应用，CRRT将能够更好地满足不同患者的需求，提供更加个性化的高效治疗方案。

总结

在CRRT中，膜材料的特性和性能对治疗效果起着决定性作用。例如，oXiris膜在传统AN69膜的基础上添加了多层线性阳离子聚合物——聚乙烯亚胺（PEI）。这种改进赋予了膜一个带正电的表面，不仅能高效过滤废物，还能有效吸附并清除血液中的负电荷有害物质。此外，从确保生物相容性到提高废物和多余水分的清除效率，膜的选择直接关系到患者的治疗结局，临床医生通过利用膜的多种特性可以优化CRRT方案，为患者提供合适的个体化治疗。目前，最新开发的特殊膜材旨在进一步提高CRRT疗效，相信随着新材料和技术的发展，CRRT将变得更加个性化、安全和高效，为患者带来更佳的治疗结局和更高的生活质量。

延伸阅读：

CRRT滤器膜材史，搞懂真的很有必要！

参考文献

1、John A, et al. Continuous Renal Replacement Therapy. Second Edition.

2、Hellman T, Uusalo P, Järvisalo MJ. Renal Replacement Techniques in Septic Shock. Int J Mol Sci. 2021;22(19):10238.

3、Wang G, He Y, Guo Q, et al. Continuous renal replacement therapy with the adsorptive oXiris filter may be associated with the lower 28-day mortality in sepsis: a systematic review and meta-analysis. Crit Care. 2023;27(1):275.

4、Claudio Ronco,张凌,陆任华,常平,刘娇,刘松桥,陆国平,Mauro Neri,Gianluca Villa,Anna Lorenzin,王敏敏.重症肾脏替代治疗和血液净化技术的标准化术语命名.华西医学,2018,33(7):782-796.

5、于茜,周建辉,赵小淋,谢大洋,曹雪莹.血液净化膜材料的临床发展.中华肾病研究电子杂志,2021,10(2):103-108.