Характеризация новых экспериментальных материалов для гемодиализных мембран и моделирование процесса диализа мочевины с их использованием

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Острый дефицит гемодиализных картриджей в России, вызванный наложенными европейским союзом ограничениями на поставки высокотехнологичного оборудования, привел к необходимости разработки отечественных относительно недорогих и эффективных мембран для гемодиализа. В работе получены экспериментальные мембраны на основе полисульфона и проведена их характеризация. Выполнено сравнение влияния порообразователей полиэтиленгликоля и поливинилпирролидона на структуру и транспортные характеристики полученных мембран. Предложена нестационарная одномерная модель диализа мочевины. Особенностью модели является учет микрогетерогенной структуры мембраны. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными по временным зависимостям концентрации мочевины в камере диализата диализной системы позволяет сделать вывод, что модель адекватно описывает исследуемую систему. Проведена теоретическая оценка эффективности функционирования полученных мембранных материалов в условиях, соответствующих процессу гемодиализа, а также сравнение показателей удаления мочевины с гемодиализными картриджами серии Nephral ST от широко представленной на мировом рынке компании Baxter. Показано, что мембрана на основе полисульфона, полученная с использованием поливинилпирролидона, демонстрирует результаты, немногим уступающие показателям серийно выпускаемых картриджей, что свидетельствует о ее перспективности для производства половолоконных мембран для гемодиализных картриджей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Э. Козмай

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 350040, Краснодар

М. В. Порожный

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 350040, Краснодар

В. В. Гиль

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 350040, Краснодар

Д. С. Лопатин

ООО “Новая сервисная компания”

Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 353204, Краснодарский край, станица Динская

А. В. Родиченко

ООО “Новая сервисная компания”

Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 353204, Краснодарский край, станица Динская

И. В. Ворошилов

ООО “Краснодарский компрессорный завод”

Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 353204, Краснодарский край, станица Динская

В. В. Никоненко

ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет

Email: kozmay@yandex.ru
Россия, 350040, Краснодар

Список литературы

  1. GBD Chronic Kidney Disease Collaboration // The Lancet. 2020. V. 395. № 10225. P. 709–733.
  2. Сигитова О.Н. //Вестник современной клинической медицины. 2008. Т. 1. № 1. С. 83–87.
  3. Levey A.S., Coresh J., Balk E., Kausz A.T., Levin A., Steffes M.W., Hogg R.J., Perrone R.D., Lau J., Eknoyan G. // Ann. Intern. Med. 2003. V. 139, № 2, P. 137–147.
  4. Готье С.В., Хомяков С.М. // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2023. Т. 25. № 3. С. 8–30.
  5. Friedrich J.O., Wald R., Bagshaw S.M., Burns K.E., Adhikari N.K. // Crit Care. 2012. V. 16. № 4. Art. № R146.
  6. Locatelli F., Carfagna F., Del Vecchio L., La Milia V. // Nephrol. Dial. Transplant. 2018. V. 33. № 11. P. 1896–1904.
  7. Giuliani A., Karopadi A.N., Prieto-Velasco M., Manani S.M., Crepaldi C., Ronco C. // Perit Dial Int. 2017. V. 37. № 5. P. 503–508.
  8. Chuasuwan A., Pooripussarakul S., Thakkinstian A., Ingsathit A., Pattanaprateep O // Health Qual. Life Outcomes. 2020. V. 18. № 1. Art. № 191.
  9. Румянцева Е.И. // Проблемы стандартизации в здравоохранении. 2021. № 1–2. С. 41–49.
  10. Smye S.W., Clayton R.H. // Med Eng Phys. 2002. V. 24. № 9. P. 565–574.
  11. Jaffrin M.Y., Gupta B.B., Malbrancq J.M. // J. Biomech. Eng. 1981. V. 103. № 4. P. 261–266.
  12. Akcahuseyin E., Vincent H.H., van Ittersum F.J., van Duyl W.A., Schalekamp M.A.D.H. // Comput Meth Programs Biomed. 1990. V. 31. P. 215–224.
  13. Vincent H.H., van Ittersum F.J., Akcahuseyin E., Vos M.C., van Duyl W.A., Schalekamp M.A.D.H. // Blood Purif. 1990. V. 8. № 3. P. 149–159.
  14. Jaffrin M.Y., Ding L.H., Laurent J.M. // J. Biomech. Eng. 1990. V. 112. № 2. P. 212–219.
  15. Waniewski J., Lucjanek P., Werynski A. // Artif. Organs. 1993. V. 17. № 1. P. 3–7.
  16. Waniewski J., Lucjanek P., Werynski A. // Artif. Organs. 1994. V. 18. № 12. P. 933–936.
  17. Legallais C., Catapano G., von Harten B., Baurmeister U. // J. Membr. Sci. 2000. V. 168. P. 3–15.
  18. Ding W., Li W., Sun S., Zhou X., Hardy P.A., Ahmad S., Gao D. // Artif. Organs. 2015. V. 39. № 6. P. E79–E89.
  19. Cancilla N., Gurreri L., Marotta G., Ciofalo M., Cipollina A., Tamburini A., Micale G. // J. Membr. Sci. 2022. V. 646. Art. № 120219.
  20. Pstras L., Stachowska-Pietka J., Debowska M., Pietribiasi M., Poleszczuk J., Waniewski J. // Biocybern Biomed Eng. 2022. V. 42. № 1. P. 60–78.
  21. Donato D., Boschetti-de-Fierro A., Zweigart C., Kolb M., Eloot S., Storr M., Krause B., Leypoldt K., Segers P. // J. Membr. Sci. 2017. V. 541. P. 519–528.
  22. Eloot S., Vierendeels J., Verdonck P. // Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2006. V. 9. № 6. P. 363–370.
  23. Rambod E., Beizai M., Rosenfeld M. // Biomed. Eng. Online. 2010. V. 9. Art. № 21.
  24. Patil G.C. Doctor Blade: A Promising Technique for Thin Film Coating. In: Sankapal B.R., Ennaoui A., Gupta R.B., Lokhande C.D. (eds) Simple Chemical Methods for Thin Film Deposition. Singapore: Springer, 2023.
  25. Карпенко Л.В., Демина О.А., Дворкина Г.А., Паршиков С.Б., Ларше К., Оклер Б., Березина Н.П. // Электрохимия. 2001. Т. 37. № 3. С. 328–335. [Karpenko L.V., Demina O.A., Dvorkina G.A., Parshikov S.B., Larchet C., Auclair B., Berezina N.P. // Russ. J. Electrochem. 2001. V. 37. № 3. P. 287–293.]
  26. Письменская Н.Д., Невакшенова Е.Е., Никоненко В.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 3. С. 147–156. [Pismenskaya N.D., Nevakshenova E.E., Nikonenko V.V. // Pet. Chem. 2018. V. 58. P. 465–473.]
  27. Newman J., Thomas-Alyea K.E. Electrochemical Systems. NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2004.
  28. Басова Е.М., Буланова М.А., Иванов В.М. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2011. Т. 52. № 6. С. 419–425.
  29. Lide D.R. Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, FL: CRC Press, 2005.
  30. Mareev S.A., Evdochenko E., Wessling M., Kozaderova O.A., Niftaliev S.I., Pismenskaya N.D., Nikonenko V.V. // J. Membr. Sci. 2020. V. 603. P. 118010.
  31. Larchet C., Nouri S., Auclair B., Dammak L., Nikonenko V. // Adv. Colloid Interface Sci. 2008. V. 139. P. 45–61.
  32. Mareev S.A., Nikonenko V.V. // Electrochim. Acta. 2012. V. 81. P. 268–274.
  33. Zabolotsky V.I., Nikonenko V.V. // J. Membr. Sci. 1993. V. 79. P. 181–198.
  34. Salmeron-Sanchez I., Asenjo-Pascual J., Avilés-Moreno J.R., Ocón P. // J. Memb. Sci. 2022. V. 659. P. 120771–120783.
  35. Kozmai A.E., Nikonenko V.V., Zyryanova S., Pismenskaya N.D., Dammak L., Baklouti L. // J. Memb. Sci. 2019. V. 590. P. 117291−117304.
  36. Mackie J.S., Meares P. // Proc. R. Soc. A: Math. Phys. Eng. Sci. 1955. V. 232. № 1191. P. 498−509.
  37. Kozmai A., Porozhnyy M., Ruleva V., Gorobchenko A., Pismenskaya N., Nikonenko V. // Membranes. 2023. V. 13. Art. № 103.
  38. https://renalcare.baxter.com/nephral-datasheet.
  39. Miyasaka T., Sakai K. // J Artif Organs. 2023. V. 26. P. 1–11.
  40. Ouseph R., Hutchison C.A., Ward R.A. // Nephrol. Dial. Transplant. 2008. V. 23. P. 1704–1712.
  41. Collins M.C., Ramirez W.F. // J. Phys. Chem. 1979. V. 83. № 17. P. 2294–2301.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое описание методики изготовления мембран.

Скачать (139KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема моделируемой системы. ДПС1 и ДПС2 – диффузионные пограничные слои, прилегающие к мембране со стороны камер А и B, соответственно; индексы 1 и 2 обозначают границы мембраны с соответствующими камерами. Концентрационный профиль мочевины изображен красной линией.

Скачать (96KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Концентрационные зависимости электропроводности (а, б) и коэффициента диффузионной проницаемости (в, г) исследованных образцов (указаны около соответствующих кривых). Маркерами обозначены экспериментальные данные, линиями обозначены результаты расчетов по микрогетерогенной модели.

Скачать (318KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изображения поверхностей (а, в, д) и боковых срезов (б, г, е) мембраны 1 (а, б), мембраны 2 (в, г) и мембраны 3 (д, е), полученные с использованием растровой электронной микроскопии.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временные зависимости концентрации мочевины в камере диализата при различных значениях концентрации мочевины в камере дилюата (указаны около соответствующих кривых) для мембраны 2 (а) и мембраны 3 (б). Маркерами обозначены экспериментальные данные, линиями обозначены результаты расчетов по модели.

Скачать (223KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Временные зависимости концентрации мочевины в камере дилюата (линии) для мембраны 2 и мембраны 3 (указаны около соответствующих кривых) в условиях, соответствующих проведению процесса гемодиализа, и значение концентрации мочевины на выходе из камеры дилюата за один проход через диализатор Nephral ST 300 (маркер).

Скачать (116KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Время достижения концентрации мочевины в камере дилюата (указана под соответствующей группой столбцов в моль л–1) (а) и среднее значение потока мочевины в камеру диализата (б) для картриджей серии Nephral ST и гипотетических диализаторов с мембранами 2 и 3 (указаны на соответствующих столбцах).

Скачать (275KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024