透析液电导率对肾纤维化终末期透析患者电解质平衡的重要性*

严嘉伟 何立群* 顾燕萍 赵燕燕 赵丽萍③

透析液电导率对肾纤维化终末期透析患者电解质平衡的重要性*

严嘉伟①何立群①*顾燕萍①赵燕燕②赵丽萍③

目的：分析透析液中各主要离子对肾纤维化终末期透析患者的影响作用，探讨透析机对透析液电导率进行实时监测的意义。方法：通过对透析液系统的不同混合比例稀释进行监测，对透析机温度补偿系统进行检测。分析透析液浓度监测部分的工作原理及计算方法。结果：透析液温度补偿及电导度传感器均对血透机透析液电导率的精准性起到至关重要的作用。结论：通过分析、论述透析液中各离子对肾病透析患者的作用与影响，阐明透析液质量的重要性，以及透析机对透析液浓度进行实时监测的必要性。

透析液；离子浓度；电导度；温度补偿；实时监测

[First-author’s address] Department of Nephrology Hemodialysis Room, Shanghai Shuguang Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200021, China.

血液透析是肾脏替代治疗的主要手段，是慢性肾衰竭患者赖以生存的主要治疗方法，通过弥散、超滤及对流方式清除血液中的有害成分和过多水分，纠正患者体内酸碱失衡和电解质紊乱，代替肾脏的排泄功能[1]。

目前，在临床应用较为普遍的透析浓缩液混合比例有：①A浓缩液：B浓缩液，反渗水为1∶1.225∶32.775；②A浓缩液：B浓缩液，反渗水为1∶1.83∶34。血透中心根据所选用的透析浓缩液配方选择相对应的混合比例，血液透析机根据混合比例进行吸取和混合配比，但并不改变透析液中的各离子浓度。透析治疗过程中，各离子浓度需控制在一个安全范围内，离子浓度的或高或低，都会对患者有不同的影响。以钠离子为例：当钠离子浓度高时，患者容易口渴；钠离子浓度低时，易出现低血压。因此，透析液中各离子浓度是否达到要求，是血液透析机的重要监测目标。由于血液透析机不是生化检测仪，无法分析检测各离子浓度，即使可以检测，由于离子浓度监测是实时进行的，而生化检测时间相对较长，因此时效性较差。本研究就透析液中各主要离子对透析患者的影响作用以及透析液浓度监测部分的工作原理、计算方法进行分析，旨在讨论透析机对透析液电导度进行实时监测的意义。

1 透析液中主要离子对患者的影响

目前所用透析液多为碳酸盐透析液，当制备碳酸盐透析液pH值接近8.0，而溶液中的钙和镁会发生沉淀，降低其溶解浓度[14]。为了解决这一问题，碳酸盐透析液采用了两种浓缩液，酸性浓缩液(A液)和碱性浓缩液(B液)。A液中有钠、钾、钙、镁及氯离子和葡萄糖(可选)，并有少量醋酸根离子(有些使用柠檬酸根离子替代)，目的是调节混合透析液的pH值，使其达到7.1～7.3。B液中含有钠离子、氯离子和碳酸氢根离子。

电导度是透析液中离子浓度的总和，当电导度与预设值偏离3%～5%时，透析机会触发旁路并报警。

(1)钠离子。透析患者体内累积的大部分钠离子可通过对流与水分一同被清除，但由于患者自身情况不同，透析中血浆氯化钠每变化1 mmol/L可引起1.8 mOsm/L血浆渗透压变化[2]。体内水分的转移、细胞内液和外液容积的变化以及组织间液进入血管的速度也有所不同，由此引起患者出现低血压、呕吐及出汗等临床症状。

理想的透析液浓度可使患者获得稳定钠平衡。通过弥散作用钠离子进、出血液及通过对流钠从血中排出后的血浆钠浓度与随后第二次透析结束后血浆钠浓度相等；在透析期间积累的水分被全部清除，使患者达到干体重[3]。

(2)钾离子。高钾血症是维持性血液透析患者最常见的一种电解质絮乱，可导致恶性心律失常，心率缓慢，甚至心搏停止，因此血液透析治疗对其安全有效[4]。在肾功能正常情况下每日吸收90%的钾(3～4 g，75～100 mmol)通过尿液排出，其余通过胃肠道排出[5]。大部分终末期肾衰患者只能通过透析清除多余的钾离子，以降低血清钾离子的浓度。快速清除血清钾离子导致血管收缩，引起含氮丰富的组织血流量减少，从而导致尿素氮的清除效果下降[6]。研究表明，透析液钾离子浓度对透析计量无显著性影响，在无糖、质量浓度为35 mmol/L标准碳酸氢根透析液配制下，血清钾离子的清除对尿素氮的清除无显著性影响。在这种配置下，当需要提高钾离子清除的时候，低钾透析液透析并不降低透析效率[7]。

(3)钙离子。钙离子在血压的调节中发挥一定的作用[8]。汤学宇等[9]研究的不同钙离子浓度透析液对血液透析患者血压及钙平衡的影响表明，血清钙离子可通过改变血管张力和调节心脏收缩而影响血压，改变血清钙离子的水平可能影响到维持性血液透析(MHD)患者的血压。同时孙鲁英等[10]研究的不同钙离子浓度透析液对血液透析患者钙平衡及甲状旁腺素的影响以及Angel等[1]的研究表明，单次使用钙离子为1.25 mmol/L的透析液(低钙)能够降低钙负荷，提高甲状旁腺素的水平。

(4)镁离子。镁是体内重要的二价阳离子，参与多种酶的活动进程，调节电解质及骨骼的新陈代谢。镁的代谢主要是通过肾脏的排泄，以及通过一部分激素影响胃肠道的吸收和骨的代谢，如甲状旁腺素、降钙素、活性维生素及儿茶酚胺等[12]。对于透析患者，透析液中镁浓度是镁代谢平衡的决定因素。甲状旁腺素是中分子尿毒症毒素，是尿毒症患者症状及机体各器官受损的原因之一，可以引起骨性营养不良、软组织钙化等。增加透析液中镁的浓度，能够升高血清镁浓度。血镁水平与PTH呈负相关，可能与抑制甲状旁腺素的分泌有关[13]。

(5)氯离子。氯的代谢与钠代谢有密切联系，严重的氯缺乏可发生低氯碱中毒伴随体液丢失引起胃肠的酸性分泌，氯缺乏的其他并发症有肌肉痉挛、冷漠和厌食。尿毒症通常伴随酸中毒，表现为血浆碳酸浓度下降。在正常钠浓度情况下，增加氯浓度来弥补阴离子不足的平衡，这种形式的酸中毒，称之为高氯酸中毒。透析液中的氯离子与钠、钾、钙和镁以氯盐的形式存在，因此，最佳的透析液氯浓度是由电中性所决定的[3]。

2 电阻率和电导率的基本概念

2.1 电阻率

透析机检测离子浓度是否符合要求，与透析机上的电导率相关系。以导体电阻说起，某一根金属导线，可以用电阻来描述其物理特性，即对电流阻碍作用的大小。而电阻的大小，会受使用条件和本身形状的影响，如温度和形变。同样一根金属导线，温度较高时，电子较活跃，导电能力强，电阻较小；温度低时则情况相反。双股使用时，电阻较小；拉拽延展时电阻较大。电阻的测量通常采用欧姆法，即：用导体两端的电压除以流过导体的电流，结果即为导体阻值。在统一使用条件(截面积，长度，温度)的前提下，测量由某种材料构成的导体的电阻，这就是该材料的电阻率，用来描述此种材料的导电特性。在常温下(20 ℃)，某种材料制成的长为1 m、横截面积为1 mm2的导线的电阻叫其材料的电阻率，单位μΩ•mm(国际单位Ω•m)。R=ρL/s(R为电阻，ρ为电阻率，L为长度，s为截面积)。温度补偿根据材料特性的不同而不同。

2.2 电导率

对于溶液，通常不用电阻来描述其特性，而是用电导，即物体的导电能力，为电阻的倒数，用欧姆法测量。电导率的定义：在标准温度(25 ℃)，电极间存在均匀电场的情况下，两个面积为1 cm2的方形极板之间相隔1 cm组成电极时，测得电导值即为被测溶液的电导率，单位μs/cm(国际单位S/m)，血液透析中常用毫西门子/厘米(mS/cm)之间的单位换算，1 μs/ cm=0.001 ms/cm。因此，溶液的电导率是溶液的特殊属性，不同浓度、不同成分的溶液其电导率不同。

3 电导率的计算方法

参考电阻的计算方法，可以得到电导G=S•A/ L，其中G表示电导，S表示电导率，L表示极板间距，A表示极板面积。对于溶液来讲，很少用其电导率去计算电导，因为无实际意义(电导随溶液形状的改变而改变，而液体极易变形)，反而是用电导来计算电导率，间接的反映溶液浓度或离子浓度的情况。为此常用S=G•L/A来计算电导率。为了使用方便，常常把测量极板做成一个测量模块，这样极板面积和间距就固定了，由此引入了电极常数K来代表测量模块的特性。K=L/A，故S=G•K。当电导测量模块做好以后其面积和距离固定，电极常数K则固定。

透析机中，电极常数K是出厂测量后输入的，电导G是通过欧姆法实时测量然后经过CPU计算得到电导率。由于都是电信号的传输，所以速度非常快，完全可以满足透析机对浓度实时监测的要求。

4 电导率的温度补偿

导体的电阻受温度影响，同样，溶液电导也受温度影响。为了计算得到准确的电导率S，需要在测量电导G后，对电导G进行温度补偿，换算成标准温度下的电导，进而求出准确的电导率。需要注意的是，电导率是溶液的特性，不受外界因素影响，成分确定、浓度确定电导率就确定，需要补偿的是电导。电导补偿为公式1：

式中Gt为某一温度(℃)下的电导；Gtcal为标准温度(℃)下的电导；Tcal为标准温度(25 ℃)；α为标准温度(℃)下溶液的温度系数(即温度补偿系数)。

血透机的温度系统如果发生偏差，会直接影响透析液电导度的精准。本研究对血透机在不同的温度下对透析液的电导度进行检测(见表1)。

表1 不同温度下透析液的电导度检测数据

不同透析机厂家的温度补偿系数之所以不同，就是因为不同厂家的透析液配方不同，溶液特性不同。即使用A家的透析机，如果用的是B家的透析液，则需修正机器的温度补偿系数(如图1所示)。

图1 浓度信号传输流程图

5 透析液实时监测方法

透析浓缩A、B液通过分别按一定比例吸入透析机内，与透析用水进行混合，配比成标准透析液供患者治疗。目前各厂家较常用的透析液配比方式可分为反馈补偿和固定比例两大类。反馈补偿配比系统是根据电导度传感器监测到的实时浓度进行吸取浓缩液，电导度传感器是反馈信号的根本，因此必须保持传感器精准(如图2所示)。

图2 反馈补偿配比系统

固定比例配比系统中浓缩液吸入量是根据浓缩液配方进行调整，正常的治疗状态时，浓缩液泵只需按照设定的数值吸入相应的浓缩液量。这种配液方式对透析浓缩液的浓度准确性、依赖性很强，浓缩液浓度误差会被复制到配制出来的透析液上(如图3所示)。

图3 固定比例配比系统

由于配比系统的不同，透析机对透析液电导度监测方法也有所区别。反馈补偿配比系统一般是先吸透析浓缩B液，与透析用水混合后，经B液电导度传感器和温度传感器监测，进行实时监测、调整，再吸入A液进行混合，经总电导度传感器和温度传感器，对混合后的透析液进行实时监测、调整，最终配比成符合临床要求的标准透析液。每个电导度传感器和温度传感器都与主板、监测板、控制板或保护CPU独立相连，有些机型还分控制传感器和监测传感器，进行双重保护。在治疗过程中，任何一个传感器都进行实时监测，并将信号传输到主板，经系统分析计算后，显示在屏幕上。一旦监测数值发生异常，将立即触发旁路阀，透析机将切换至旁路状态，待重新配比完成后，恢复透析治疗状态。

固定比例配比系统由于其配比原理的不同，在混合部分并无电导度传感器和温度传感器进行监测。一般采用同时吸取透析浓缩A、B液与透析用水混合，经平衡腔后由电导度传感器和温度传感器对透析液浓度及温度进行实时监测、显示和补偿。同样，这些传感器均与主板相连，并进行实时传输，发现异常立即触发旁路阀，使透析机进入旁路状态，待重新配比完成后恢复透析治疗状态。

透析机在显示透析液电导率和钠离子浓度时，从浓度电极接口处得到一个电阻的阻值(欧姆法)，即电导值的倒数。这个信号经过：①温度补偿计算Gtcal=Gt/[1+α(T-Tcal)]，得到标准温度下的电导；②乘以电极常数S=Gtcal•K，得到电导率；③最终换算成钠离子浓度。

在建立对应关系的过程中，主要受到3个因素的影响：①温度补偿传感器的温度；②电极常数—也就是为什么电极常数不正确可能会导致浓度偏差；③电导度和钠离子浓度的换算关系。

6 结论

本研究通过分析、论述透析液中各离子对透析患者的作用与影响，阐明了透析液质量的重要性，以及透析机对透析液浓度进行实时监测的必要性。通过对监测原理、计算方法及影响因素的探讨，全面了解透析机监测部分的工作原理。在日常工作中，要注意透析液的电导率的精准性对于血透治疗意义重大。建议在平时的日常维护中，在检测透析液电导度的同时也要对血透机的温度进行定标。同时要注意，因为温度定标的过程较长，要排除季节温度的影响作用。

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R
esearch on the principle and the method of dialysis machines for real-time monitoring of the dialysate conductivity

/YAN Jia-wei, HE Li-qun, GU Yan-ping, et al// China Medical Equipment,2014,11(10):28-32.

Objective: By analyzing the influence of each main ions of the dialysate to the dialysis patients, to explore the significance of dialysis machines for real-time monitoring of dialysate conductivity. Methods: By monitoring the different mixing ratio of dilution for the dialysate system, to explore the working principle and calculation method of the concentration of the dialysate monitor section. Results: Dialysate temperature compensation and conductivity sensors play a crucial role for the accuracy of the dialysate conductivity. Conclusion: By analysising and discussing the role and impact of each ions in dialysate for the patients, clarify the importance of dialysate quality, and the necessity for real-time monitoring of dialysate concentrations of dialysis machines.

Dialysate; Ion concentration; Conductivity; Concentration monitoring; Real-time monitoring

1672-8270(2014)10-0028-05

R459.5

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.10.010

2014-03-18

国家自然科学基金(8117321)“从CHIP对肾纤维化影响研究肾络病淤血阻络的实验基础及抗纤灵的干预机制”

①上海中医药大学附属曙光医院血液透析室 上海 200021

②上海中医药大学附属曙光医院医学装备处 上海 200021

③上海交通大学附属第六人民医院血液透析室 上海 200233

*通讯作者：heliqun59@163.com

严嘉伟，男，(1990- )，大专，工程师。上海中医药大学附属曙光医院血液透析室，从事血液净化临床工程技术工作。