水处理、透析液和透析器对透析患者慢性炎症疾病的影响

宋3

首都医科大学附属北京友谊医院肾内科)
　  过去的二十年,  大大低估了透析用水细菌污染在长期血液透析患者慢性炎症疾病中的作用。近几年来,  透析用水和透析液细菌学质量的问题,  已经开始得到重视。来源于污染透析液中的细菌性的致热物质,  可通过即使是完整的透析膜,  诱导产生炎症反应。细菌性的致热物质从透析液进入血液,  激活单核细胞从而产生致炎细胞因子。细胞因子白细胞介素-  1β  (  IL  -  1β)  、肿瘤坏死因子-  α  (  TNF  -α)  介导急性时相反应,  导致急性时相蛋白(如C反应蛋白)  水平增高。细胞因子导致的轻微炎症(microinflammation)  状态为亚临床水平,  无炎症时的临床症状如:  发热、血压低等,  而仅仅能检测到血浆CRP  增高,  白蛋白下降等。患者处于一种轻微炎症状态,  可能与慢性肾衰透析患者发生进行性炎症疾病如β2微球蛋白淀粉样变、动脉硬化等有关。使用灭菌透析液,  可以减少细胞因子产物,  降低急性时相蛋白水平,  是对长期血液透析患者进行性炎症疾病的积极干预。本文主要探讨水处理、透析液和透析器对慢性肾衰透析患者慢性炎症疾病的影响。
1  　透析用水和透析液细菌污染问题
在常规透析治疗的早期,  透析使用单纯软化水,与透析液在容器中混合并加热至37  ℃,  严重的细菌污染非常常见,  引起致热反应的主要原因是透析液中的细菌内毒素通过平板型透析器破损的膜进入血液。从此,  开始了制定透析用水的细菌学标准。美国医疗仪器协(American  Association  of  MedicalInst  rument  ,  AAMI)  的标准为:  透析用水细菌生长数不应超过200  CFU/  ml  ,  透析液中不超过2000CFU/  ml  ;  透析用水和透析液中内毒素浓度不超过5EU/  ml  。近期,  德国肾病协会建议:  透析用水只准许细菌生长不超过100  CFU/  ml  ,  内毒素浓度不超过0125EU/  ml  ,  此标准已被欧洲药典(  EuropeanPharmacopoeia)  采纳作为饮用水标准;  对于透析液,  规定的标准为细菌生长数和内毒素浓度分别不超过1  000  CFU/  ml  、015  EU/  ml  。灭菌液体的定义是细菌生长数少于10～6  CFU/  ml  即<  1  CFU/  1  000L  ,  同时检测不到内毒素(内毒素<  0103  EU/  ml)  。目前,  已经出现了超净透析液(  ult  rapure  dialysate)的概念,  尚无明确标准,  但已达成共识:  细菌生长数少于011  CFU/  ml  ,  检测不到内毒素(  <  0103EU/  ml)  。
' {  @5 h4 ~5 P" a* ]  S- ~近十年来,  在美国、加拿大及欧洲〔1～4〕进行了几个多中心的研究,  评估透析用水和透析液的微生物质量。以AAMI  标准(即透析用水细菌生长数不超过200  CFU/  ml  ,  透析液中不超过2  000  CFU/  ml)进行比较,  结果显示:  714  %～  3513  %的水样及1117  %～3613  %  的透析液标本超出AAMI  细菌学标准。检测透析用水和透析液的内毒素含量,  超过5  EU/  ml  的标本比例最高可达44  %。
总之,  细菌污染已经成为当今常规血液透析治疗中的重要问题。这个问题需要引起大家的重视,应该每月常规检测透析用水和透析液的微生物质量。同时应定期更换透析液的管路,  增加对整个透析液循环系统的化学消毒及热消毒,  以减少细菌的生长。这样,  就有可能控制透析用水和透析液的质量。
( X) Y7 a& `6 _5 f* Q: C6 m% {2  　细菌性的致热物质及检测
在污染的透析液中,  革兰阴性菌的脂多糖(L  PS)  亦称内毒素是最重要的外源性致热原,  目前通过鲎溶解物实验进行检测。除内毒素外,  还存在肽聚糖、外毒素等细菌细胞壁成分。外源性致热原(细胞产物)  诱导血液中的单核巨噬细胞合成并释放内源性致热原即细胞因子如IL  -  1β、TNF  -  α。细胞因子的水平可通过免疫法测定
3  　透析膜对细菌性致热物质的通透性〔5～9〕体外研究表明,  不同材料的透析膜对细菌性致
9 M8 g  @; M+ M% K$ [热物质的通透性不同。令人吃惊的是,  与合成的高通量膜(如聚酰胺膜、聚砜膜等)  比较,  铜仿膜对细菌性致热物质更易通透。由此提示,  细菌性致热物质的分子量较小(  <  5  kD)  时,  才能够通过纤维素性低通量膜。为什么具有高通透性的高通量合成膜对细菌性致热物质的通透性反而低呢?  研究表明可能机制有三:  首先,  聚合膜能够吸附污染透析液中的细菌性致热物质;  其二,  高通量合成膜的膜厚度为35～50μm  ,  纤维素性低通量膜的膜厚度为615～8μm  ,  而膜越厚,  其弥散阻力越大;  其三,  可能与透析膜血液侧形成的血浆蛋白次极膜有关。聚膜表面蛋白膜更易形成,  从而使聚砜膜对细菌性的致热物质的通透性明显降低。故聚砜膜、聚酰胺膜常被用作致热原的超滤器,  生成超净水、无热源透析液和置换液。
9 C" s4 d' Q5 J1 k! X4C  反应蛋白(  CRP)  是反映晚期肾病
% m6 R/ N$ W( W　致炎细胞因子IL  -  1β和TNF  -α从活化的外周血单核细胞(  PBMC)  释放进入血液后,  其血浆半衰期非常短,  很快被清除。因此,  血浆IL  -  1β和TNF  -α的浓度测定可靠性差,  结果的重复性差。为研究这些细胞因子的活性,  其在PBMC  中的细胞水平活性测定就取代了其血浆水平活性的测定。IL-  1β和TNF  -α还可诱导其它的细胞因子,  包括有IL  -  6  。与IL  -  1β和TNF  -  α相比,  IL  -  6  的血浆半衰期长,  而且是最有效的肝细胞活化因子,  导致肝细胞产生和释放急性时相蛋白如:  C  反应蛋白(CRP)  ,  血清淀粉酶A  ,  铁蛋白等。CRP  是急性时相蛋白的主成分,  是炎症反应的重要标志蛋白。CRP  在肝脏内合成,  炎症时血清CRP  浓度迅速增加。同时,  IL  -  6  还可导致肝细胞合成白蛋白明显下降。细胞因子诱导的肝细胞合成白蛋白下降,  而急性时相蛋白生成增加是炎症时的一个重要特征。细胞因子导致的轻微炎症为亚临床水平,  不会产生炎症时的临床症状如:  发热、血压低等,  而仅仅能检测到血浆CRP  增高、白蛋白下降等。
Lonneman〔12〕等对72  例慢性血液透析患者进行了研究。患者已经诊断有病毒或细菌感染,  或已知存在感染者如:  血管炎、系统性红斑狼疮、肝炎等不进入此项研究。所有患者均使用F5  和F6  低流量聚砜膜透析器,  每周透析3  次,  每次4～5  小时,采用碳酸氢钠透析液。54  例患者使用的透析液为标准的非滤过透析液,  细菌含量为14～1  000  CFU/  ml(平均95  CFU/  ml)  。18  例患者使用经滤器处理过的透析液,  检测透析液无细菌。3610  %  的患者CRP水平低于313  mg/  L  ,  2615  %的患者CRP  在314～810  mg/  L  ,  即6215  %的患者血浆CRP  水平低于
" l6 y, S9 z- a- m# D+ o8 ?) r( p# ?: n810  mg/  L  。2212  %的患者血浆CRP  水平在810～16mg/  L  ,  1513  %的患者血浆CRP  水平高达1611  ～5010  mg/  L  ,  均无感染或炎症的临床表现。综上所述,  大约三分之一的患者CRP  水平增高,  且CRP水平与血清白蛋白水平呈负相关。近期〔11  ,13〕一些研究亦表明,  ESRD  患者感染状态下,  其IL  -  6  及CRP  水平均增高。而且,  IL  -  6  及CRP  水平不仅与血清白蛋白下降相关,  还与一些营养指标相关如:无脂体重下降、肌肉组织减少等。为了评价慢性肾衰患者长期应用一定程度范围内污染的透析液对炎症反应的影响,  对以上均使用低流量聚砜膜透析器
1 s- ]# O& B% Y的72  例患者,  其中的54  例患者用标准非滤过透析液透析,  18  例患者用滤过透析液透析。结果表明,虽然透析液污染程度不同,  由于使用相同的低流量聚砜膜透析器透析,  该膜具有吸附致热原的能力,两组间CRP  水平无明显差异。提示在应用低流量聚砜膜透析器透析时,  低度污染的透析液对炎症反应的影响不大。
Schindler  等〔14〕研究了18  例ESRD  患者使用一定程度范围内污染(菌落计数2015  ±518  CFU/  ml  ,0～100  CFU/  ml)  的碳酸氢盐透析液,  应用三种不同的透析器透析:  分别为低流量铜仿膜、低流量聚羧酸酯-  聚醚(polycarbonate  -  polyether)  合成膜和聚酰胺膜透析器。应用每种膜透析8  周,  在透析6周时分别测定全血IL  -  1Ra  及血浆CRP  水平。结果表明,  在应用铜仿膜透析器时,  患者全血IL  -1Ra  及血浆CRP  水平明显高于应用聚合膜透析器透析时。提示应用致热原可通透的铜仿膜透析器透析不仅导致细胞因子增加,  而且CRP  增高。值得注意的是,  与健康对照组比较,  即使是采用高分子聚合膜透析器透析,  肾衰患者的CRP  水平仍明显高于健康对照组。由此可知,  采用超净透析液及生物相容性透析器透析,  能降低ESRD  患者的CRP  水平,但是不能使其CRP  水平达到正常。导致单核细胞活化、细胞因子增加及CRP  增高,  从而产生轻微炎症的透析依赖性的诱导因素包括:  慢性感染(如肺炎衣原体、巨细胞病毒、幽门螺杆菌感染)  、晚期糖基化终末产物(AGE)  、晚期氧化蛋白产物(AOPP)  、氧化修饰的低密度脂蛋白等〔15～18
; `# y: F- k6 [9 a' I9 Q) U总之,  确定透析依赖性及透析非依赖性的导致单核细胞活化的诱导因素,  并进行干预,  可以减少与长期透析治疗相关的慢性疾病的炎性反应
5  　ESRD  患者轻微炎症与慢性疾病
3 Y8 V( |! g* F/ g# v  Q$ [轻微炎症状态通过使患者纳差、进食减少、白蛋白合成下降、肌肉蛋白的降解增加等途径导致营养不良,  使无脂体重下降〔11  ,13  ,19〕。近期一系列研究表明〔20〕,  轻微炎症在β2  -  微球蛋白淀粉样变的发病机制中起作用。部分β2  -  微球蛋白被修饰成AGE  -β2  -  微球蛋白,  成为淀粉样变沉积的组成之一。AGE-β2  -  微球蛋白对单核巨噬细胞具有趋化作用,  吸引这些细胞移至骨和滑液组织。进而AGE  -  β2  -  微球蛋白激活单核巨噬细胞合成并释放致炎细胞因子,IL  -  1  、TNF  -α激活胶原酶导致层状降解,  抑制成骨细胞及骨形成,  激活破骨细胞,  导致骨再吸收。总之,  单核巨噬细胞活化、细胞因子及局部炎症反应在淀粉样变的发生及骨囊肿形成中起重要作用。临床中的间接证据是透析过程中,  单核巨噬细胞被激活可能增加了腕管综合征的发生。Baz  等〔21〕对长期(平均6  年)  应用铜仿膜透析的ESRD  患者,  使用超净透析液透析和一定程度范围内污染的标准透析液透析,  进行了观察。使用标准透析液透析的103  例患者中,  24  例存在腕管综合征,  而84  例使用超净透析液透析的患者中,  仅有2  例有腕管综合征,  具有显著性差异(  P  <  0105)  。Schwalbe〔22〕等研究亦表明,  提高透析用水和透析液的质量,  以及使用高分子聚合膜透析,  可以减少β2  -  微球蛋白淀粉样变的发生。推测污染的透析液引起单核细胞活化,继而导致组织炎症,  产生β2  -  微球蛋白淀粉样变。
1 z2 }  i! N" D9 ]心血管疾病是ESRD  患者流行病学的重要死因之一。慢性肾病患者,  心血管疾病的危险因素包括:高血压、高血容量、吸烟、高胆固醇、贫血以及轻微炎症状态。炎症与动脉硬化发病机制关联,  已被实验室及临床研究结果所支持。预处理人类动脉壁内平滑肌细胞,  黏附分子的表达增加,  继而产生单核巨噬细胞的黏附。人类单核内皮细胞的相互作用导致内皮细胞表达血小板源生长因子(  PDGF)  增加,  PDGF  的表达取决于单核细胞诱导产生的IL  -1β和TNF  -α。血管内皮长期与IL  -  1β和TNF  -α接触,  导致内皮失功能,  称为抑顿(  stunning)  。同
时,  还可使猪的冠脉痉挛,  此乃IL  -  1β  诱导的PDGF  所致。总之,  这些研究支持单核细胞活化以及细胞因子产物是诱导内皮损伤进而动脉硬化的重要媒介的观点。临床研究现已证实对于ESRD  患者,  血浆CRP  增高提示存在轻微炎症状态,  且与高的心血管死亡率有关〔23〕。
期望通过使用超净透析液和生物相容性好的透析膜,  完善透析技术,  减少细胞因子的生成。这样,不仅能预防炎症反应的发生,  而且可降低与长期透析治疗有关的慢性炎性疾病的发生率。同时,  使用高通量合成膜的现代online  血液透析滤过技术,  采用无菌透析液,  利用弥散与对流相结合的原理,  可能会使与透析有关的一些危险因素如AGE  产物的水平下降〔24  ,25〕
参考文献:
4 k$ A% ?- J3 C〔1〕　Klein  E  ,  Pass  T  ,  Harding  GB  ,  et  al1  Microbial  and  endotoxin
con**ination  in  water  and  dialysate  in  the  central  United
& M0 R0 F: Q8 m- O& WStates1Artif  Organs  ,  1990  ,  14  :  85  -  941
〔2〕　Bambauer  R  ,  Schauer  M  ,  J  ung  WK,  et  al1Con**ination  of
/ P8 \. ]6 f$ gdialysis  water  and  dialysate  :  A  survey  of  30  centers1  ASAIO  J  ,
* o" @1 ~% u4 A; z- [1994  ,  40  :  1012  -  10161
〔3〕　Laurence  RA  ,  Lapierre  ST1  Quality  of  hemodialysis  water  :  A  7
-  year  multicenter  study1  An  J  Kidney  Dis  ,  1995  ,  25  :  738  -
7501
8 a, Y% l9 m1 G0 J8 s- ?& q1 p; O〔4  〕　Arvanitidou  M  ,  Spaia  S  ,  Katsinas  C  ,  et  al1Microbiological
0 @/ k  N4 T5 u" N! tquality  of  water  and  dialysate  in  all  haemodialysis  centres  of
0 h' g: b! k+ HGreece1Nephrol  Dial  Transplant  ,  1998  ,  13  :  949  -  9541
〔5  〕　Lonnemann  G,  Bingel  M  ,  Gloege  K,  et  al1Detection  of
endotoxin  -  like  interleukin  -  1  -  inducing  activity  during  in
vitro  dialysis1  Kidney  Int  ,  1988  ,  33  :  29  -  351
+ n% Y% O* V1 U$ d$ x+ t# N〔6〕　Lonnemann  G,  Benme  TC  ,  Lenzner  B  ,  et  al1Perncability  of
) C0 a3 p7 C% Q' Fdialyzer  membranes  to  TNF  alpha  -  inducing  substances  derived
from  water  bacteria1Kidney  Int  ,  1992  ,  42  :  61  -  681
〔7〕　Laude  -  Sharp  M  ,  Caroff  M  ,  Simard  L  ,  et  al1Induction  of  IL
. s( K; [2 R9 a-  1  during  hemodialysis  :  transmembrane  passage  of  intact
! B) Q! N1 ?  N8 |5 {- O. lendotoxins(L  PS)  1  Kidney  Int  ,  1990  ,  1089  -  10941
〔8〕　Evans  RC  ,  Holmes  CJ1  In  vitro  study  of  the  transfer  of  cytokine
& [7 M, ~7 w/ A8 t. i-inducing  substances  across  -  selected  high  -  flux  hemodialysis
membranes1Blood  Purif  ,  1991  ,  9  :  92  -  1011
! e& T+ H# R* l  H4 {) q3 i  b〔9  〕　Schindler  R  ,  Krautzig  S  ,  Lufft  V  ,  et  al1Induction  of
interleukin  -  1  and  interleukin  -  1  receptor  antagonist  during
  e# C$ F9 v- o# l7 |2 ]" b8 Y8 _con**inated  in  vitro  dialysis  with  whole  blood1Nephrol  Dial
8 U7 E8 L" y3 \  T  n0 Y  tTransplant  ,  1996  ,  11  :  101  -  1081
0 m+ F3 k! S( ~7 G/ \2 F( w〔10〕　Dinarello  CA1  Biologic  basis  for  interleukin  -  1  in  disease1  Blood  ,
1996  ,  87  :  2095  -  2147
2 i3 u6 }' q( L, b5 F- i〔11  〕　Kaysen  GA  ,  Stevenson  FT  ,  Depner  TA1  Determinants  of
) f  w4 w7 |+ K3 salbumin  concentration  in  hemodialysis  patients1  Am  J  Kidney
9 M1 I% o* F1 l/ w- HDis  ,  1997  ,  29  :  658  -  6681
〔12  〕　Lonnemann  G1The  quality  of  dialysate  :  An  intergrated
approach1Kidney  Int  ,  2000  ,  58  :  112  -  1191
〔13〕　Kaizu  Y,  Kimura  M  ,  Yoneyama  T  ,  et  al1  Interleukin  -  6  may
mediate  malnutrition  in  chronic  hemodialysis  patients1  Am  J
) ?* [1 r, R0 D$ r3 TKidney  Dis  ,  1998  ,  31  :  93  -  1001
〔14  〕　Schindler  R  ,  Boenisch  O  ,  Fischer  C  ,  et  al1  Effect  of  the
7 P" w4 _; |4 I1 p  {5 ?  _  phemodialysis  membrane  on  the  inflammatory  reaction  in  vivo1
Clin  Nephrol  ,  2000  ,  53  :  452  -  4591
〔15  〕　Sakata  N  ,  Imanaga  Y,  Meng  J  ,  et  al1  Increased  advanced
" s) Y+ T; \0 R* F+ e0 s4 G. sglycation  end  products  in  atherosclerotic  lesions  of  patients  with
end  -  stage  renal  failure1  Atherosclerosis  ,  1999  ,  142  :  67  -  771
〔16〕　Witko  SV  ,  Friedlander  M  ,  Nguyenkhoa  T  ,  et  al1  Advanced
oxidation  protein  products  as  novel  mediators  of  inflammation
and  monocyte  activation  in  chronic  renal  failure1  J  Immunol  ,
1998  ,  2524  -  25321
9 o" P7 N, Y  G7 E7 C/ G〔17〕　Epstein  SE  ,  Zhou  YF  ,  Zhu  J1  Infection  and  atherosclerosis  :
Emerging  mechanistic  paradigms1  Circulation  ,  1999  ,  100  :  20
; x) A" i8 X: t5 e- H-  281
$ T" f8 A5 }0 f$ n7 q& a9 S% F# M" K% ]〔18〕　Cheng  JW,  Rivera  NG1  Infection  and  atherosclerosis  :  Focus  on
cytomegalovirus  and  Chlamydia  pneumoniae1  Ann  Pharmacother  ,
1998  ,  32  :  1310  -  13161
〔19〕　Dinarello  CA  ,  Roubenoff  RA1  Mechanisms  of  loss  of  lean  body
2 m5 [4 w3 |. Q& p  G4 w4 Emass  in  patients  on  chronic  dialysis1  Blood  Purif  ,  1996  ,  14  :  388
-  3941
〔20〕　Miyata  T  ,  Inagi  R  ,  Kurokaqa  K1  Diagnosis  ,  pathogenesis  ,  and
1 a- h% w8 x! W2 s* @) C+ l- m# Q' @0 Utreatment  of  dialysis  -  related  amyloidosis1  Miner  Electrolyte
Metab  ,  1999  ,  25  :  114  -  1171
/ p! B0 N- j1 Q) W1 [% ^4 ?〔21〕　Baz  M  ,  Durand  C  ,  Ragon  A  ,  et  al1  Using  ultrapure  water  in
hemod  -
% x, U5 G: Q6 o% {# G' Xialysis  delays  carpal  tunnel  syndrome1  Int  J  Artif  Organs  ,  1991  ,
7 f8 h  J2 h: m/ e* a14  :  681  -  6851
: h/ ^" ?/ }9 n; n+ M& h+ J9 B〔22  〕　Schwalbe  S  ,  Holzhauer  M  ,  Schaeffer  J  ,  et  al1  Beta  2  -
microglobuling  associated  amyloidosis  ;  A  vanishing  complication
6 p4 f! a3 Q) [9 b" Hof  long  -  term  hemodialysis  ?  Kidney  Int  ,  1997  ,  52  :  1077  -
2 m2 c' Q) m) z8 h- b" R. s10831
3 m9 A( k, w! B〔23〕　Zimmermann  J  ,  Herrlinger  S  ,  Pruy  A  ,  et  al1  Inflammation
enhances  cardiovascular  risk  and  mortality  in  hemodialysis1
Kidney  Int  ,  1999  ,  55  :  648  -  6581
2 n7 U3 S3 p$ `5 J〔24〕　Henle  T  ,  Deppisch  R  ,  Beck  W,  et  al1  Advanced  glycated  end  -
6 D: l' }0 O* ]! R6 z6 zproducts  (AGE)  during  haemodiaalysis  treatment  ;  Discrepant
0 O  ?. P' |- {, v/ ^7 V) lresults  with  different  methodologies  reflecting  the  heterogeneity
of  AGE  compounds1  Nephrol  Dial  Transplant  ,  1999  ,  14  :  1968
% w  f6 F* k4 _8 k/ N-  19751
〔25〕　Jadoul  M  ,  Ueda  Y,  Yasuda  Y,  et  al1  Influence  of  hemodialysis
membrane  type  on  pentosidine  plasma  level  ,  a  marker  of
-“carbonyl  stress”1  Kidney  Int  ,  1999  ,  55  :  2487  -  24921