كليه مصنوعي
كليه در بين اعضاي بدن از اين لحاظ كه درمان تعويضي آن به صورت گسترده اي در دسترس است منحصر به فرد مي باشد. در زمان نوشتن اين متن حدود 4/1 ميليون نفر در ايالات متحده از خدمات دياليز در مراحل پيشرفته ي بيماري هاي كليوي براي نجات زندگي شان استفاده مي كنند. با وجود موفقيت ها در پيشگيري از مرگ ناگهاني مسئله اي كه نبايد فراموش شود گسترش اين تكنولو‍‍‍‍‍ژي براي تصفيه ي شيميايي با تعويض كامل اورگان مي باشد.
نقش اوليه ي كليه حذف محصولات زائد متابوليك است. كه كليه اين كار را با عبور خون از ميان گلومروس تحت فشار 75 ميلي متر جيوه انجام مي دهد(شكل 16-12) .گلومروس شامل 10 شاخه اوليه و حدود 50 حلقه ي ثانويه براي عمل فيلتراسيون است. گلومرول شامل كپسول هاي بومن است كه بخشي از نفرن هاست (بخش عملكردي كليه). مواد اصلي اي كه در كليه فيلتر مي شوند شامل اوره ، سديم ، كلر ، بي كربنات ، پتاسيم ، گلوكز ، كراتينين ، اوريك اسيد است.
كليه ي مصنوعي از يك غشاي شبه دائمي سنتزي براي انجام عمل فيلتراسيون مشابه كليه ي مصنوعي استفاده مي كند. غشا يك جزء كليدي در ماشين كليه ي مصنوعي است. در واقع تلاش هاي اوليه براي فيلتر يا دياليز خون با ماشين به دليل غشا هاي نا مناسب شكست خورد . علاوه بر غشاي فيلتر كننده ، دياليزر كليه شامل يك حمام از محلول نمك است كه در آن محصولات زائد از خون بيرون آورده مي شوند. و يك پمپ براي گردش خون از سرخرگ و برگشت خون فيلتر شده به سياهرگ همانطور كه در شكل نشان داده شده است.
فهم فرآيندهاي شناخته شده ي فيزيولوژيكي كليه مرحله در مشخص كردن ليست كارها براي كليه ي مصنوعي فرضي است. از اين موضوع همچنين مي توان براي مقايسه با درمان هاي دياليزي موجود استفاده كرد. عمده ي عمل فيلترسيون ، دفع ، و عملكرد متابوليك كليه ي سالم با درمان دياليز در جدول مقايسه شده اند .
عملكرد كليه
وظايف جدا سازي كليه عبارتند از:
1 . حذف محصولات نيتروژن دار محلول در آب متابوليسم پروتئين ها
2 . حفظ تعادل الكتروليت ها در مايعات بدن و حذف كردن الكتروليت هاي اضافه
3 . حفظ تعادل اسيدي در مايعات و بافت هاي بدن
4 . شركت در كاهش آب بدن در مواقع نياز
براي انجام اين كارها كليه خون را مورد بررسي قرار مي دهد كه در آن آب و مواد محلول در آن را با آب خارج رگ ها عوض مي كند.
غلظت مواد محلول از جايي تا جاي ديگر در بدن متفاوت است ولي با اين حال همه ي قسمت ها بصورت قابل ملاحظه اي با وجود فشارهاي داخلي و خارجي در حجم و تركيب ثابت نگه داشته مي شوند .كليه نظم دهنده ي اصلي مكانيزم هاي كنترل حجم ، نفوذ و تركيب هاي الكتروليتي و غير الكتروليتي و تنظيم غلظت اسيدها و باز ها در مايعات و بافت هاي بدن است.
عملكرد كليه ها در بدن بوسيله ي دو كليه انجام مي شود. هر كليه از ميليون ها واحد انتقال جرم موازي تشكيل شده اند كه خون خود را از سرخرگ كليوي مي گيرند و خون تحليل شده را از طريق سياه رگ كليوي به سيستم گردش خون باز مي گردانند و مايعات و محصولات مضر را جدا كرده و به حالب ها و از آنجا به كيسه هاي ادراري انتقال مي دهند . اين واحد هاي كاربردي نفرن ها ناميده مي شوند.
فيلتراسيون گلوملار
حجم خوني كه در كليه ها جاري مي شود خيلي بيشتر از مقداري است نياز كليه ها را به غذا و اكسيژن تامين كند: نقش اوليه ي كليه ها پروسس شيميايي است . همانطور كه خون بين مويرگ هاي گلومرال جاري مي شود حدود 5/1 از پلاسما بصورت اجباري از بين غشا هاي نفوذپذير وارد بخش پروگزيمال توبول كليه مي شود و ادرار اوليه را شكل مي دهد . خون غليظ در سيستم رگ ها باقي مي ماند و توسط سرخرگ هاي بيرون بر جمع آوري شده و به توبول ها تزريق مي شود ، كه در آن مقداري از آب از دست رفته باز يابي مي شود و احتمالا‍‍‍ً با ديگر قسمت هاي خون مخلوط مي شود تا سياهرگ كليوي را شكل دهد .
آب پلاسما كه از خون جدا مي شود محصولات فيلتر گلومرال ناميده مي شوند و فرآيند جدا كردن را فيلتراسيون گلومرال مي ناميم . بخش فيلتر شده توسط گلوملار بصورت نرمال شامل مقدار كمي پروتئين است در حالي كه هيچ نوع سلول خوني در آن وجود ندارد . فرآيند فيلتراسيون گلومرال يك فرآيند پسيو است كه به وسيله ي تفاوت بين فشار هيدروستاتيك و اسموتيك در سرتا سر غشاي گلومرال انجام مي شود مواد حل شده اي كه به اندازه ي كافي كوچك هستند و به ملكول بزرگتري متصل نشده اند به آساني و به سرعت از بين غشاي گلومرال عبور مي كنند . همه ي يون هاي اصلي ، گلوكز ، آمينو اسيد ، اوره ، كه در ماده ي فيلتر شده توسط گلومرال يافت مي شوند ، تقريباً با همان غلظت هايي هستند كه در پلاسما بوده اند .
سرعت متوسط فيلتراسيون گلومرال 120 ميلي ليتر در دقيقه است . اين اندازه محدوده ي تغيرات فيزيولوژيكي گسترده اي را پوشش مي دهد . ( براي مثال كاهش بيشتر از 30 درصدي در طول شب و افزايش قابل توجه آن در زمان بعد از نهار ) . اگرچه كليه در حدود 170 ليتر ماده ي فيلتر شده در طول روز توليد مي كند فقط 1 تا 2 ليتر ادرار شكل مي يابد .
عملكرد توبولي :
در توبول انتقال آب و مواد حل شده وجود دارد . بعضي مواد از لوله هاي ميان اپيتليوم توبولي به مايع شبكه ي اطراف توبول ها و از آنجا به خون مويرگ هاي پري توبولي انتقال پيدا مي كنند . اين فرآيند جذب دوباره ناميده مي شود و در نتيجه ي آن مواد حل شده اي كه در ابتدا فيلتر شده اند به خون بازگردانده مي شوند . ديگر مواد از خون پري توبولي و به درون لومن ها انتقال پيدا مي كنند كه اين فرآيند ترشح ناميده مي شود . بازگشت ملكول هاي فيلتر شده از توبول هاي كليه به خون همراه با جذب دوباره ي پسيو آب با يك مكانيسم اسموتيك است .
الگوريتم كليه براي دفع مواد زائد در ابتدا گمراه كننده است : چرا كليه همه چيز را جدا مي كند و بعد تلاش مي كند تا تلفات آن را دوباره جذب كند؟
در صورتي كه ديگر اورگان هاي سم زدايي اصلي بدن (براي مثال كبد ) مخلوطي از آنزيم ها را براي تخريب و سمي زدايي سموم موجود در خون ترشح مي كنند . هر فيلتر كليه ي نرمال تقريباً در هر دقيقه 60 ميلي ليتر خون را فيلتر مي كند كه توبول هاي كليه در طي فرآيند هايي نمك و آب را از آن جدا كرده و سموم را متمركز مي كنند تا اينكه به ادرار تبديل شود .
ويژگي منحصر به فرد راه كليه براي فيلتر كردن اين است كه اورگانيسم فرصت مي يابد تا سمومي جديدي را كه راهي براي خنثي كردن آنها ندارد از طريق كليه دفع كند . كليه دسته اي از پروتئين هاي انتقالي را ترشح مي كند كه با آن ها آب ، نمك ، گلوكز و آمينو اسيد هاي لازم براي زندگي را مي شناسد و عملكردش همه ي چيز هايي كه نياز نيستند را چه بدن آن ها را به عنوان سم بشناسد يا نه ، جدا مي كند .
با وجود نيم قرن تحقيق ، هويت ملكول هايي كه مسئول اين حالت اند ناشناخته باقي مانده است . كه اين درست در مقابل روش مهندسي است كه يك سري سموم را هدف قرار مي دهد و اين به معني آن است كه سيستم هاي كاتاليتيك يا جذبي گزينه ي مناسبي براي ساخت كليه ي مصنوعي نيستند . در بيماريهاي پيشرفته ي كليوي ، وقتي فيلتراسيون گلومرالي از حجم واقعي اش حدود 10 درصد پايين تر مي آيد ، با اين وجود با رقيق سازي گراديان غلظت مغزي و افزايش سرعت فيلتراسيون گلومرال تك نفرن ها ، كليه مي تواند حجم هموستاز خود را حفظ كند ، البته با گستره ي محدود تري براي ورودي وخروجي .
يك كليه ي مصنوعي قابل كاشت موفق به الگوريتم هاي فيدبكي با لوپ هاي بسته براي ايجاد سنسورهاي فشار خون و جريان ، نيرو هاي ارتجايي و غلظت پتاسيم است تا بتوانيم آن را به صورت اتوماسيون جايگزين عضو ناقص كنيم .
کارشناسی ارشد بیومتریال