Н.А. Базаев – к.т.н., ст. науч. сотрудник, 

Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения РФ (Сеченовский университет); доцент, Институт биомедицинских систем, Национальный исследовательский университет 

«Московский институт электронной техники» (МИЭТ)

E-mail: bazaev-na@ya.ru

Постановка проблемы. Разработка носимого аппарата «искусственная почка» (НАИП) является многообещающим направлением исследований в области заместительной почечной терапии, так как в перспективе он поможет преодолеть недостатки используемых систем жизнеобеспечения пациентов с хронической почечной недостаточностью. 

Цель работы – разработка системы автономного искусственного жизнеобеспечения пациенитов с хронической почечной недостаточностью.

Результаты. На данный момент два прототипа малогабаритного НАИП (менее 5 кг) находятся на стадии клинических испытаний. Данная статья представляет собой обзор основных проблем, связанных с разработкой НАИП, сформулированных в ходе создания и испытаний первого отечественного прототипа. В работе освещены ключевые аспекты функционирования аппарата, его состава и характеристик с учетом опыта зарубежных разработок, а также процесс проектирования носимой аппаратуры искусственного очищения крови с точки зрения системного анализа.

Практическая значимость. Создание носимого аппарата позволит достичь значительного социального эффекта, снизить расходы на диализ со стороны государства и предоставить большой выбор вариантов лечения хронической почечной недостаточности.

1. Van Gelder M.K., Mihaila S.M., Jansen J., Wester M., Verhaar M.C., Joles J.A., Stamatialis D., Masereeuw R., Gerritsen K.G.F. From portable dialysis to a bioengineered kidney. Expert Review of Medical Devices 2018. V. 15 № 5 P. 323–336.
2. Bazaev N.A., Grinval’d V.M., Zhilo N.M., Putrya B.M. Design Concepts for Wearable Artificial Kidney. Biomedical Engineering 2018. V. 51 № 6 P. 394–400.
3. Ronco C., Davenport A., Gura V. Los dispositivos portátiles miniaturizados el futuro del riñón artificial. Nefrologia. 2011.  V. 31. № 1. P. 9–16.
4. Lee C.J. Portable and Wearable Dialysis Devices for the Treatment of Patients with End-Stage Renal Disease. Hemodialysis Access. Cham: Springer International Publishing. 2017. 353 p.
5. Schroder C.H. Optimal peritoneal dialysis: choice of volume and solution. Nephrology Dialysis Transplantation. 2004. V. 19.  № 4. P. 782–784.
6. Ahrenholz P., Winkler R.E., Zendeh-Zartochti D. The Role of the Dialysate Flow Rate in Haemodialysis. Updates in Hemodialysis. Ed. Hiromichi S. London: InTechOpen. 2015. 294 p.
7. Базаев Н.А., Гринвальд В.М., Путря Б.М., Селищев С.В. Современные методы и средства регенерации диализирующего раствора // Биотехносфера. 2013. Т. 3 № 27. С. 2–6.
8. Wester M., Simonis F., Lachkar N., Wodzig W.K., Meuwissen F.J., Kooman J.P., Boer W.H., Joles J.A., Gerritsen K.G. Removal of urea in a wearable dialysis device: A reappraisal of electro-oxidation. Artificial Organs. 2014. V. 38. № 12. P. 998–1006.
9. Bazaev N.A., Dorofeeva N.I., Grinval’d V.M., Putrya B.M., Zhilo N.M. Urea electrochemical oxidation on diamond electrodes. Proceedings of the 2017 IEEE Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference, ElConRus 2017. 2017. P. 17–19.
10. Базаев Н.А., Путря Б.М., Стрельцов Е.В. Алмазные и платиновые электроды для электрохимического окисления мочевины // Биомедицинская радиоэлектроника. 2018. Т. 6. С. 18–21.
11. Grinval’d V.M., Khaitlin A.I., Éventov V.L., Maksimenko V.A., Noskov S.G., Yashkin V.V., Yakovleva A.A., Savrikov E.V. The ADR-01 dialysis device with dialyzate regeneration: Design and results of preliminary testing. Biomedical Engineering. 1993. V. 27 № 3. P. 151–156.
12. Blumenkrantz M.J., Gordon A., Roberts M., Lewin A.J., Peeker E.A., Moran J.K., Coburn J.W., Maxwell M.H. Applications of the Redy® Sorbent System to Hemodialysis and Peritoneal Dialysis. Artificial Organs. 1979. V. 3. № 3. P. 230–236.
13. AWAK Technologies. AWAK Technologies [Электронный ресурс]. URL: http://www.awak.com (accessed: 30.11.2019).
14. Armignacco P., Lorenzin A., Neri M., Nalesso F., Garzotto F., Ronco C. Wearable Devices for Blood Purification: Principles, Miniaturization, and Technical Challenges. Seminars in Dialysis. 2015. V. 28. № 2. P. 125–130.
15. Bazaev N.A., Putrya B.M., Zhilo N.M. Wearable artificial kidney. Sechenov International Biomedical Summit 2018. 2018.  P. 2020.
16. Davenport A., Gura V., Ronco C., Beizai M., Ezon C., Rambod E. A wearable haemodialysis device for patients with end-stage renal failure: a pilot study. Lancet. 2007. V. 370. № 9604. P. 2005–2010.
17. Gura V., Rivara M.B., Bieber S., Munshi R., Smith N.C., Linke L., Kundzins J., Beizai M., Ezon C., Kessler L., Himmelfarb J. A wearable artificial kidney for patients with end-stage renal disease. JCI Insight – 2016. V. 1. № 8. P. e86397.
18. Gura V., Macy A.S., Beizai M., Ezon C., Golper T.A. Technical breakthroughs in the wearable artificial kidney (WAK). Clinical Journal of the American Society of Nephrology. 2009. V. 4. № 9. P. 1441–1448.
19. Kim J.C., Garzotto F., Nalesso F., Cruz D., Kim J.H., Kang E., Kim H.C., Ronco C. A wearable artificial kidney: Technical requirements and potential solutions. Expert Review of Medical Devices. 2011. V. 8. № 5. P. 567–579.
20. Ronco C., Fecondini L. The vicenza wearable artificial kidney for peritoneal dialysis (ViWAK PD). Blood Purification. 2007. V. 25. № 4. P. 383–388.
21. Nanodialysis Miniature Dialysis System brochure [Электронный ресурс]. URL: http://www.nanodialysis.nl/media/Nanodialysis_ Miniature_Dialysis_System_Brochure_2015.pdf (accessed: 27.01.2020).
22. Jiang C., Lo W.K. Trend of peritoneal transport and impact on patient survival: A 10-year follow-up cohort study. Clinical Nephrology. 2018. V. 89. № 5. P. 349–357.
23. The EUTox Work Group [Электронный ресурс]. URL: http://www.uremic-toxins.org/.
24. Zhang L., Wan L., Chang N., Liu J., Duan C., Zhou Q., Li X., Wang X. Removal of phosphate from water by activated carbon fiber loaded with lanthanum oxide. Journal of Hazardous Materials. 2011. V. 190. № 1–3. P. 848–855.
25. Cheung A.K., Rocco M. V., Yan G., Leypoldt J.K., Levin N.W., Greene T., Agodoa L., Bailey J., Beck G.J., Clark W., Levey A.S., Ornt D.B., Schulman G., Schwab S., Teehan B., Eknoyan G. Serum β-2 microglobulin levels predict mortality in dialysis patients: Results of the HEMO study. Journal of the American Society of Nephrology. 2006. V. 17. № 2. P. 546–555.
26. Einhorn L.M., Zhan M., Hsu V.D., Walker L.D., Moen M.F., Seliger S.L., Weir M.R., Fink J.C. The frequency of hyperkalemia and its significance in chronic kidney disease. Archives of Internal Medicine – 2009. V. 169. № 12. P.1156–1162.
27. Agar J.W.M. Review: Understanding sorbent dialysis systems. Nephrology. 2010. V. 15. № 4. P. 406–411.
28. Sridharan S., Vilar E., Berdeprado J., Farrington K. Energy metabolism, body composition, and urea generation rate in hemodialysis patients. Hemodialysis International. 2013. V. 17. № 4. P. 502–509.
29. Junge W., Wilke B., Halabi A., Klein G. Determination of reference intervals for serum creatinine, creatinine excretion and creatinine clearance with an enzymatic and a modified Jaffé method. Clinica Chimica Acta. 2004. V. 344. № 1–2. P. 137–148.
30. Perez-Ruiz F., Calabozo M., Erauskin G.G., Ruibal A., Herrero-Beites A.M. Renal underexcretion of uric acid is present in patients with apparent high urinary uric acid output. Arthritis & Rheumatism. 2002. V. 47. № 6. P. 610–613.
31. Pham N.M., Recht N.S., Hostetter T.H., Meyer T.W. Removal of the protein-bound solutes indican and p-cresol sulfate by peritoneal dialysis. Clinical Journal of the American Society of Nephrology. 2008. V. 3. № 1. P. 85–90.
32. Prasad N., Bhadauria D. Renal phosphate handling: Physiology. Indian Journal of Endocrinology and Metabolism. 2013. V. 17. № 4. P. 620.
33. O’Donnell M., Mente A., Rangarajan S., McQueen M. J., Wang X., Liu L., Rosengren A. Urinary Sodium and Potassium Excretion, Mortality, and Cardiovascular Events. New England Journal of Medicine. 2014. Т. 371. № 13. P. 1267–1267.
34. Mumtaz A., Anees M., Bilal M., Ibrahim M. Beta-2 microglobulin levels in hemodialysis patients. Saudi journal of kidney diseases and transplantation : an official publication of the Saudi Center for Organ Transplantation, Saudi Arabia. 2010. V. 21.  № 4. P. 701–706.
35. Deepa C., Muralidhar K. Renal replacement therapy in ICU. Journal of Anaesthesiology Clinical Pharmacology. 2012. V. 28. № 3. P. 386–396.
36. Chaudhary K., Sangha H., Khanna R. Peritoneal dialysis first: Rationale. Clinical Journal of the American Society of Nephrology. 2011. V. 6. № 2. P. 447–456.
37. Ershov Y.A., Khachaturyan M.A., Slonskaya T.K., Murashko M.A. A Control and Regulation System for Extracorporeal Detoxification of Blood Plasma. Biomedical Engineering. 2019. V. 53. № 1. P. 32–35.
38. Grinval’d V.M. A Biotechnical System for Automated Peritoneal Dialysis with Regeneration. Biomedical Engineering. 2019.  V. 53. № 3. P. 153–157.