Jak zastąpić nerki?

Nerki usuwają produkty przemiany materii, w tym te szkodliwe, ale też zatrzymują składniki przydatne dla organizmu. Podstawowymi elementami ich budowy są kłębuszki nerkowe, gdzie tętnice rozdzielają się na naczynia włosowate o coraz mniejszej średnicy. Dzięki takiemu dostosowaniu powstaje w tym miejscu ciśnienie napędzające filtrację. Po przejściu przez kłębuszek nerkowy sieć naczyń włosowatych łączy się ponownie w większą tętnicę. Taka rzadko spotykana struktura naczyń krwionośnych nosi nazwę sieci dziwnej. Krew z tętnicy nerkowej przepływa przez nią z szybkością 1,2 l/min. Oczywiście opis ten jest z konieczności uproszczony, nie uwzględnia całej skomplikowanej biochemii, regulacji hormonalnej (m.in. wazopresyny, reniny i aldosteronu) oraz roli białek – akwaporyn (Nobel 2003).

Przeszczepienie nerki

Kiedy jedna nerka przestaje działać lub działa w stopniu niewystarczającym, druga automatycznie przejmuje jej rolę. Zwykle zwiększa nieco przy tym swoją objętość, aby podołać nowym zadaniom. Bywa jednak, że problemy dotyczą obu nerek. Kiedy pacjent zaczyna cierpieć z powodu schyłkowej niewydolności nerek, lekarze podejmują decyzję o transplantacji tego narządu. Ponieważ jest to zabieg ryzykowny, wykonuje się go wtedy, gdy nerki są już krańcowo niewydolne i istnieje niebezpieczeństwo zatrucia organizmu przez niewydalane produkty przemiany materii.

Pierwsze udane przeszczepienie nerki przeprowadzono w 1950 r. w stanie Illinois (USA), ale pacjentka zmarła po 10 mies., ponieważ w tamtych czasach nie było leków immunosupresyjnych. W Polsce pierwsza operacja tego rodzaju odbyła się w 1966 r. W ostatnich latach średnio w ciągu roku wykonuje się u nas ok. 1 tys. transplantacji nerek. Ten narząd jest o tyle szczególny, że można go przeszczepić od żywego dawcy, ponieważ każdy z nas może żyć z jedną własną nerką. Co ważne – w przypadku przeniesienia organu z żywego dawcy średnia długość jego życia to ok. 15 lat, podczas gdy nerka od osoby zmarłej funkcjonuje przeważnie 9–12 lat.

Sam zabieg nie jest obecnie specjalnie skomplikowany technicznie. Trwa zwykle ok. 2 godz. Co ciekawe, nie polega na wymianie jednej z niedziałających nerek na nową, ale wszczepieniu nowej do dolnej części jamy brzusznej, nad prawym lub lewym talerzem kości biodrowej. Tętnicę i żyłę nerki łączy się z tętnicą i żyłą biodrową pacjenta, a moczowód wszywa wprost do pęcherza moczowego. W wielu wypadkach organ podejmuje działanie już w trakcie operacji, a pacjent – najczęściej – może wrócić do normalnych działań, w tym do pracy, po jakichś 2 tyg. Oczywiście konieczne są regularna kontrola oraz przyjmowanie leków immunosupresyjnych (już do końca życia). Niestety na przeszczep nerki się czeka – w Polsce kolejka w tej chwili przekracza rok, a w przypadku problemów ze zgodnością tkankową biorcy i dawcy okres ten może się wydłużyć nawet do kilku lat. Dlatego też konieczne było wymyślenie sposobów oczyszczania krwi z toksycznego balastu. Tak opracowano dializę.

Sztuczna nerka

Ponieważ nerka jest tak naprawdę filtrem (choć trzeba przyznać, że dość skomplikowanym), dość szybko zaczęto podejmować działania zmierzające do konstrukcji aparatu do hemodializy, działającego na takiej samej zasadzie. Pierwsze próby przeprowadzali Niemcy na początku XX w., ale za twórcę działającego urządzenia uważa się holenderskiego lekarza Willema Johana Kolffa. Prototyp sprzętu jego konstrukcji powstał w 1943 r., w czasie II wojny światowej. Pierwsze próby nie były zachęcające – pacjenci po prostu umierali. Kolff jednak był cierpliwy – za 17. razem udało mu się uratować życie 66-letniej kobiety. Samo urządzenie było niezwykłe – składało się m.in. z takich elementów jak puszki po soku pomarańczowym i osłonki celofanowe do kiełbas, a całość napędzał stary silnik Forda. Centralny element dializatora stanowił wolno obracający się drewniany bęben, na który nawinięto rurki wypełnione krwią. Całość zanurzono w roztworze elektrolitu.

Urządzenie miało postać wielkiej szafy, ale spełniało swoje funkcje. Celofan – przezroczysta folia celulozowa – odgrywał rolę membrany oddzielającej produkty przemiany materii niesione przez krew od składników pożytecznych. Dziś w tym celu używa się najczęściej membran półprzepuszczalnych z biokompatybilnych tworzyw sztucznych. Po jednej stronie membrany znajduje się krew pacjenta, a po drugiej – płyn dializacyjny o składzie dostosowanym do pacjenta. Sam dializator ma postać walca z ponad 10 tys. cienkich kapilar (średnica ok. 0,2–0,3 mm). Jest to więc, technicznie rzecz biorąc, odpowiednik opisywanej wcześniej sieci dziwnej w organizmie pacjenta. Kapilary są zbudowane z błony półprzepuszczalnej i pełnią tutaj taką samą funkcję jak nefrony w ludzkiej nerce. Zwiększone ciśnienie wewnątrz kapilar powoduje przenikanie przez membranę części jonów i niektórych związków o niewielkich cząsteczkach (np. mocznik), a więc w efekcie krew jest oczyszczana. Po przejściu przez urządzenie do hemodializy krew wraca do krwiobiegu pacjenta. W zależności od stanu chorego musi on przyjeżdżać na dializy 2–3 razy w tygodniu, a każda trwa kilka godzin. Jest to dość uciążliwe, ponieważ wymaga dostosowania rytmu życia do cyklu wizyt w stacjach dializ, no i często wiąże się z podróżami, gdyż placówki te działają zwykle w większych miejscowościach.

Dializa otrzewnowa

Od jakiegoś czasu stosuje się alternatywnie inną metodę oczyszczania krwi z substancji szkodliwych. W tym przypadku wykorzystuje się otrzewną, błonę wyściełającą od wewnątrz ściany jamy brzusznej. Istotną sprawą jest to, że nerki leżą w przestrzeni zaotrzewnowej. Otrzewna składa się z dwóch warstw – ściennej i trzewnej – i jest zbudowana z komórek nabłonka płaskiego, zwanych mezotelium. Badania wykazały, że może ona pełnić funkcję filtra, podobną do tej, którą spełniają plastikowe naczynia w sztucznej nerce. Płynąca tutaj przez naczynia krew oddaje do płynu dializacyjnego szkodliwe produkty przemiany materii (na zasadzie dyfuzji).

Przygotowanie pacjenta do procedury dializy otrzewnowej polega na chirurgicznym wykonaniu nacięcia w dolnej części jamy brzusznej, przez które lekarz wprowadza cewnik (obecnie głównie tzw. cewnik Tenckhoffa). Jest to oczywiście procedura jednorazowa, cewnik pozostaje w miejscu aż do zakończenia cyklu dializ. W następnym etapie jamę otrzewnej napełnia się płynem dializacyjnym, który został podgrzany do temperatury ciała. Dializa może być ręczna albo automatyczna. Wielką zaletą tej metody jest możliwość wykonywania jej w domu pacjenta, podczas snu chorego. Osoba dializowana prowadzi więc w dzień aktywne życie – chodzi do pracy czy szkoły, a także podróżuje, ponieważ zestawy do dializy łatwo przewieźć. Najwygodniejsza jest automatyczna dializa otrzewnowa (ADO). Aparat, zwany cyklerem, podłączamy samodzielnie wieczorem. Kontroluje on ilość podawanego płynu (podgrzewanie jest automatyczne), drenuje zużyty płyn i ponownie napełnia jamę otrzewnej kolejną jego porcją. Podłącza się go każdej nocy. Życie z dializą otrzewnową jest o wiele mniej skomplikowane niż w przypadku klasycznej hemodializy. Pacjent mieszka w domu i może pojechać w każde miejsce, gdzie tylko da się dostarczyć zestawy płynu dializacyjnego. W przypadku hemodializy trzeba się niestety za każdym razem udać do centrum dializ.

Dializie otrzewnowej może się poddać większość pacjentów. Wśród przeciwwskazań są przebyte wcześniej poważne zabiegi chirurgiczne w obrębie jamy brzusznej i duża otyłość. W tym przypadku półprzepuszczalność błony otrzewnowej często jest upośledzona. Z metodą nie wiążą się jakieś specjalne powikłania. Stany zapalne w obrębie ujścia cewnika występują rzadko. Co ważne, nowe cyklery pozwalają na monitorowanie dializy online.

Droga do bionicznej nerki

Czy jest szansa, aby porzucić hemodializy oraz dializy otrzewnowe na rzecz urządzenia, które będzie można po prostu wszczepić pacjentowi? Wydaje się, że tak. Na konferencji nefrologów, która odbyła się w Waszyngtonie w 2019 r., zespół badaczy z University of California w San Francisco zaprezentował przełomowe wyniki badań nad prototypowym bioreaktorem, mogącym zastąpić ludzkie nerki. Urządzenie wielkości zwykłego smartfona składa się z dwóch istotnych elementów: hemofiltra i bioreaktora. Pierwszy z nich usuwa z krwi szkodliwe produkty przemiany materii, natomiast drugi przywraca równowagę elektrolitową. Badania nad projektem wyszły już z fazy stricte laboratoryjnej, obecnie trwają pierwsze testy na zwierzętach. Co istotne – urządzenie nie wymaga zasilania, energię czerpie po prostu z ciśnienia krwi. Ponadto, w przeciwieństwie do klasycznego przeszczepienia nerki, pacjent nie musi przyjmować leków immunosupresyjnych.

Warto tutaj dodać, że w ogólnoświatowych badaniach nad wszczepialną sztuczną nerką biorą też udział Polacy. Naukowcy z Politechniki Krakowskiej wraz z zespołem z Uniwersytetu Medycznego w Lublinie opracowali ostatnio materiały na bazie szkieletów metaloorganicznych (MOF), których zadaniem jest pochłanianie toksyn mocznicowych (np. kwas moczowy, mocznik) u pacjentów z niewydolnością nerek.