Hämodialyse

Bei der Hämodialyse handelt es sich um ein therapeutisches Dialyseverfahren aus der Nephrologie, welches auf dem Prinzip der Blutfilterung beruht und das häufigste Dialyseverfahren weltweit in der Nephrologie darstellt.
Der Therapieerfolg der Hämodialyse beruht unter anderem auf dem Einsatz verschiedener Puffersubstanzen, sodass der veränderte Säure-Basen-Haushalt der niereninsuffizienten Patienten korrigiert werden kann. Da sich der Säure-Basen-Haushalt nicht während der Dialyse durch Diffusion oder Konvektion (Transportmechanismen) korrigieren lässt, ist die Zufuhr von Puffersubstanzen unabdingbar. Theoretisch eignen sich Bicarbonat, Acetat und Lactat zum Ausgleich des Gefälles zwischen Säuren und Basen, allerdings erfolgt die Hämodialysebehandlung auf Grund diverser Nachteile der Lactat- und Acetatpufferung in Deutschland ausschließlich unter Verwendung der Bicarbonatpufferung. Die Puffersubstanz ist der wichtigste Bestandteil beim Dialysat (Waschsubstanz).
Beim Bicarbonat handelt es sich um eine Puffersubstanz, die chemisch betrachtet ein Salz der Kohlensäure darstellt und physiologischerweise eine wichtige Funktion in der Aufrechterhaltung des inneren Milieus innehat. Im Gegensatz zur Acetatpufferung führt die Verwendung von Bicarbonat im Dialysat beispielsweise zu einer höheren kardiovaskulären Stabilität (geringe Veränderung der Funktion des Herzkreislaufsystems). In diversen Studien konnte bisher nachgewiesen werden, dass die Pufferung durch Acetat zu einer kardiodepressiven Wirkung führt (Verschlechterung der Herzfunktion), sodass Bicarbonat als Substanz der Wahl gilt. Die Hämodialyse stellt mit einem Anteil von 82 % der durchgeführten Dialyseverfahren in Deutschland das am häufigsten genutzte Dialyseverfahren dar.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

  • Akutes Nierenversagen (ANV) – sobald die endogene (körpereigene) Nierenfunktion nicht mehr zur Klärung des Blutes ausreicht, bedarf es eines exogenen (nicht körpereigenes) Verfahrens zur Blutreinigung. Die Klärung der harnpflichtigen Substanzen wird anhand verschiedener Parameter bestimmt. Wird bei einer Labortestung des Patientenblutes ein Serum-Harnstoffwert über 200 mg/dl, ein Serum-Kreatininwert über 10 mg/dl, ein Serum-Kaliumwert über 7 mmol/l oder eine Bicarbonat-Konzentration unter 15 mmol/l gemessen, so ist die rasche Durchführung eines Dialyseverfahrens geboten. Allerdings ist zu beachten, dass zur Indikation nicht ausschließlich Laborwerte dienen dürfen, sondern auch das klinische Erscheinungsbild (z. B. diuretikaresistente Überwässerung mit Lungenödem/Wassereinlagerung in die Lungen, Herzinsuffizienz/Herzschwäche und beginnendem Hirnödem/Hirnschwellung; Urämiezeichen wie beispielsweise Perikarditis/Herzbeutelentzündung) herangezogen werden sollte.
  • Hyperhydratationszustände (Überwässerungszustände) – ist die konservative Therapie (ausschließlich medikamentöse Therapie) vom Therapieerfolg her als nicht ausreichend zu betrachten, so ist die Hämodialyse bei diesen schwer beherrschbaren Überwässerungszuständen in der Therapie angezeigt.
  • Schwere Hyperphosphatämien (Phosphatüberschuss) – eine Überladung des Körpers mit Phosphat stellt ein massives gesundheitliches Risiko dar, welches ebenfalls eine Indikation für den Akuteinsatz der Hämodialyse darstellt.
  • Akute Intoxikationen (Vergiftungen) – Vergiftungen mit dialysierbaren Substanzen können in der Regel gut mit einer Hämodialyse behandelt werden.
  • Urämische Serositis – bei Vorliegen einer urämisch (Urämie bezeichnet das Auftreten harnpflichtiger Substanzen im Blut oberhalb der Normwerte) bedingten Entzündungsreaktion (Beispiele: Perikarditis/Herzbeutelentzündung, Endocarditis/Herzinnenhautentzündung) ist die Hämodialyse das Mittel der Wahl.

Kontraindikationen (Gegenanzeigen) 

Sind die Kriterien für eine Hämodialyse erfüllt, sind bisher keine Kontraindikationen bekannt.

Das Verfahren

Durchführung der Hämodialyse

  • Das Grundprinzip der Hämodialyse unter Verwendung eines Bicarbonatdialyse-Systems beruht auf dem Austausch von Stoffen, die in Flüssigkeit gelöst sind und sich in einem Kompartiment (abgegrenzter Raum) befinden, mit einem weiteren Kompartiment. Zwischen diesen Kompartimenten befindet sich eine semipermeable Membran.
  • Durch eine semipermeable Membran können nur bestimmte Substanzen beziehungsweise Moleküle diffundieren (gelangen), die über bestimmte Ladungs- und Größenwerte verfügen. Das einfachste Beispiel für eine semipermeable Membran ist gegeben, wenn durch eine solche Membran das Lösungsmittel, aber nicht der gelöste Stoff diffundieren kann. Auf dem Weg der Diffusion wandern in Abhängigkeit von der Molekülgröße der Substanzen und der Porengröße der semipermeablen Membran Stoffe entlang des bestehenden Konzentrationsgradienten (Konzentrationsunterschied der Stoffe) vom ersten Kompartiment mit hoher Konzentration in das zweite Kompartiment mit niedrigerer Konzentration. Dieser Fluss reduziert sich erst auf nahe Null, wenn ein Äquilibrium (Ausgleich) der Stoffkonzentrationen auf beiden Seiten der Membran erreicht ist.
  • Entscheidend für die Funktion der Hämodialyse ist die Trennung des Blutes der Patienten im extrakorporalen (außerhalb des Körpers) Kreislauf im Dialysator vom zweiten Kompartiment, welches die Dialysierflüssigkeit enthält. Diese Trennung des Blutes der Patienten wird durch die Dialysemembran vollzogen. Von Bedeutung ist des Weiteren, dass solche Substanzen wie zum Beispiel Kreatinin und Harnstoff, die unter Verwendung der Hämodialyse weitgehend aus dem Blut entfernt werden sollen, nicht in der Dialysierflüssigkeit enthalten sind.
  • Im Gegensatz zu den zu eliminierenden (aus dem Blut zu entfernen) Substanzen müssen Stoffe, die nicht vollständig entfernt, sondern auf einen Zielbereich eingestellt werden sollen, der Dialysierflüssigkeit zugesetzt werden. Je nach Konzentration im Blut erfolgt somit eine Reduktion oder Zugabe von Stoffen, die auf einen Zielwert eingestellt werden müssen. Als Beispiele für solche Substanzen beziehungsweise Substanzklassen sind unter anderem Elektrolyte (Blutsalze) wie Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Chlorid-, und Bicarbonat, aber auch Glucose zu nennen.
  • Um eine relevante Verbesserung des Transportes mittels Diffusion zu erreichen, ist es wichtig, dass das Blut und die Dialysierflüssigkeit im Gegenstrom durch den Dialysator geleitet werden. Hierdurch lässt sich gewährleisten, dass sich über die gesamte Länge des Dialysators vom Eintrittsschenkel des Patientenblutes bis zum Blutaustritt ein Konzentrationsgradient von der Blutseite in das Dialysatkompartiment aufrechterhalten lässt.
  • Zur Funktion der Hämodialyse ist jedoch ein weiteres Funktionsprinzip von Bedeutung. Neben der Diffusion durch die semipermeable Membran spielt auch der Mechanismus der Ultrafiltration eine signifikante Rolle in der Arbeitsweise des Dialysesystems. Mit Hilfe der Ultrafiltration wird der Entzug von Wasser aus dem Blut möglich. Das so entfernte Wasser wird im Anschluss in das Kompartiment geleitet, welches das Dialysat enthält.
  • Als treibende Kraft der Ultrafiltration ist der Transmembrandruck (TMP) an der Dialysatormembran zu nennen. Der Transmembrandruck setzt sich aus zwei Stellgrößen zusammen. Zum einen wird der Transmembrandruck durch den positiven Rücklaufdruck im Blutkompartiment beeinflusst, zum anderen lässt sich als weiteren Einflussfaktor der negative Druck im Dialysatkompartiment anführen. Der positive Rücklaufdruck wird auch als sogenannter Venendruck bezeichnet, wo hingegen der negative Druck im Dialysatkompartiment den sogenannten Saugdruck darstellt.
  • Neben dem Transmembrandruck bestimmt der dialysemembranspezifische Ultrafiltrationskoeffizient (KUF) das pro Stunde erreichbare Ultrafiltratvolumen. Die verschiedenen Membranen unterscheiden sich primär im KUF. Als Hauptgruppen dieser Membrantypen lassen sich Low-flux- und High-flux-Membranen unterscheiden.
  • Die sogenannten Low-flux-Membranen verfügen über eine relativ geringe Porengröße. Resultat ist somit ein niedriger dialysemembranspezifischer Ultrafiltrationskoeffizient von 5-15 ml/h/mmHg. Im Gegensatz zu den Low-flux-Membranen zeichnen sich die High-flux-Membranen durch größere Poren aus, was dazu führt, dass eine signifikante Clearance für Mittelmoleküle erfolgt. Als Beispielsubstanz dieser Mittelmoleküle ist das β2-Mikroglobulin anzuführen, welches in der Abwehrfunktion des Organismus eine tragende Rolle innehat. Als Folge dieser Membraneigenschaften haben High-flux-Dialysatoren einen höheren KUF von 20-70 ml/h/mmHg.
  • Zu beachten ist jedoch, dass High-flux-Dialysatoren nur mit modernen Dialysegeräten eingesetzt werden dürfen. Als Anforderung an diese Dialysegeräte ist die Steuerung der Ultrafiltration durch Fluss- oder Druckkontrolle im Dialysatkreislauf zu nennen. Überdies ist zu anzuführen, dass durch Erhöhung des Druckes im Dialysatkompartiment die notwendige Drosselung der Ultrafiltration bei High-flux-Dialyse erreicht wird. Folge dieser Drosselung ist die Richtungsumkehr des Transmembrandruckes. Hieraus resultiert, dass die Ultrafiltration von Wasser aus dem Blutkompartiment in das Dialysatkompartiment zuerst stark abnimmt und in der Folge zum Übertritt von Dialysat ins Blut führen kann. Mittels Ultrafiltration werden das Wasser sowie die gelösten kleinmolekularen Stoffe druckabhängig durch die semipermeable Dialysemembran befördert.

Ziel eines jeden Verfahrens muss es jedoch sein, eine hohe Biokompatibilität zu erreichen. Unter dem Begriff Biokompatibilität versteht man die Abwesenheit einer Aktivierung von entzündlich aktiven Blutzellen und Plasmaproteinen. Zur Bestimmung der Biokompatibilität gilt als aussagekräftigster Parameter die Aktivierung des Komplementsystems (in der Infektionsabwehr aktives körpereigenes System). Mit der Aktivierung des Komplementsystems geht die Produktion der Komplementfaktoren C3a und C5a einher. Mit Hilfe dieser Parameter lässt sich feststellen, dass die High-flux-Membranen eine überlegene Biokompatibilität gegenüber Low-Flux-Membranen haben. Unter Betrachtung diverser Studien mit teilweise unterschiedlichen Designs (Durchführungsart der Studie) konnte belegt werden, dass synthetische (künstlich hergestellte) High-flux-Membranen sowohl eine deutlich geringere Komplementaktivierung, Granulozytendegranulation (Aktivierung spezieller weißer Blutkörperchen, die in der angeborenen Abwehrfunktion eine wichtige Rolle spielen) und Zytokininduktion (Entzündungsfaktor-Aktivierung) verursachen als auch trotz größerer Poren über eine geringere Durchlässigkeit von fieberverursachenden Mediatoren (Substanzen, die eine Fieberentstehung fördern) als Low-flux-Membranen verfügen.

Vorteile der Bicarbonatpufferung gegenüber der Acetatpufferung:

  • Ein entscheidender Vorteil der Verwendung von Bicarbonat als Puffersubstanz ist, dass es sich beim Bicarbonat um einen physiologischen Puffer handelt. Im Gegensatz hierzu stellt das Acetat eine nicht-physiologische Substanz dar, die somit als indirekte Puffersubstanz erst zu Bicarbonat verstoffwechselt werden muss. Auf Grund dessen wird bei dieser Metabolisierung (Verstoffwechselung) zu Bicarbonat pro Molekül Acetat ein Wasserstoffion verbraucht. Da jedoch der Säure-Basen-Haushalt des Patienten gestört ist, kann diese Zeitverzögerung durch den Verbrauch von Wasserstoffionen zu einer weiteren Verschlechterung des Gleichgewichtes führen.
  • Wie bereits beschrieben stellt die Acetatpufferung einen Unsicherheitsfaktor für das Herzkreislaufsystem dar. Dieser Unsicherheitsfaktor ist insbesondere davon abhängig, mit welcher Ultrafiltrationsrate die Dialysetherapie erfolgt. Bei hohen Ultrafiltrationsraten sind bei der Anwendung der Acetatdialyse häufig Blutdruckabfälle aufgetreten. Im Gegensatz hierzu sind bei nahezu identischen Ultrafiltrationsraten bei der Anwendung der Bicarbonatdialyse weitaus seltener Blutdruckabfälle festgestellt worden. Dieser Effekt beruht auf der direkten gefäßerweiternden Wirkung des Acetats, was in der Folge zu einem massiven Blutdruckabfall führt.
  • Im Gegensatz zur Acetatdialyse findet bei der Bicarbonatdialyse darüber hinaus ein rascherer Rückstrom von Gewebewasser in das Gefäßsystem statt, sodass eine Unterfüllung des Gefäßsystems verhindert werden kann. 
  • Weiterhin ist anzuführen, dass es bei der Dialyse mittels Acetatpufferung im Vergleich zur Bicarbonatdialyse weitaus häufiger zu Blutdruckabfällen, Übelkeit und Krämpfen kommt.

Literatur

  1. Plum J: Hämodialyse oder Peritonealdialyse. Der Nephrologe. 2010. doi10.1007/s11560-009-0331-7
  2. Hörl W: Dialyseverfahren in Klinik und Praxis: Technik und Klinik. Georg Thieme Verlag 2003
  3. Lonnemann G: Technik der Hämodialyse. Der Nephrologe. 2007. 2:252-260
  4. Molony D: Evidence-Based Nephrology. Blackwell Publishing Group 2009
  5. Keller C: Praxis der Nephrologie. Springer Verlag 2010
  6. Risler T: Facharzt Nephrologie. Elsevier Verlag 2008
  7. Liomin E, Schneider H, Streicher E: Hämodynamik bei Hämodialyse, Hämofiltration und Hämodiafiltration Bicarbonat- vs Azetatpufferung. Klin Wochenschr. 1984. 62:911-919

     
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