Что такое диализат и диализуемая жидкость биохимия

Как работает диализ

Диализ удаляет из организма продукты обмена веществ и жидкости, которые ваши почки не в состоянии удалить. Целью диализа также является поддержание баланса организма путем корректировки уровней различных токсических веществ в крови. Без диализа все пациенты с неработающими почками умерли бы от скопления токсинов в организме.

Принципы диализа

Существует два типа диализа: перитонеальный диализ и гемодиализ. Какой бы вариант лечения не был выбран, цели диализа очень похожи: диализ предназначен для замены основных почечных функций. Цели терапии: удаление продуктов обмена веществ, удаление лишней жидкости и поддержание сбалансированного количества химических соединений (электролитов) и других веществ в организме. Для эффективного диализа требуется: полупроницаемая мембрана, подача крови, диализный раствор и метод удаления лишней жидкости.

Полупроницаемая мембрана

В процессе диализа полупроницаемая мембрана отделяет кровь от диализного раствора. Эта мембрана пропускает через себя только определенные вещества. Она позволяет удалить продукты обмена веществ, воду, электролиты и другие вещества из крови в диализный раствор (и иногда в другом направлении) посредством процесса, называемого диффузией. Перемещение продуктов жизнедеятельности и других веществ зависит от проницаемости мембраны, размера и структуры различных веществ, состава диализного раствора и подачи крови к мембране.

Кровоснабжение

Чем эффективнее подача крови к мембране, тем выше качество диализной терапии. При гемодиализе подача крови может контролироваться диализным аппаратом.

Диализирующий раствор

В случае применения любого из двух методов диализа диализирующий раствор обеспечивает удаление из крови продуктов обмена веществ. Кроме этого, он содержит определенные вещества, помогающие корректировать дисбаланс, являющийся результатом почечной недостаточности.

Удаление жидкости

Удаление жидкости при гемодиализе достигается путем очень разных процессов (в отличие от перитонеального диализа). При гемодиализе диализный аппарат использует разницу давлений, чтобы спровоцировать жидкость выходить из крови через мембрану в диализирующий раствор. При перитонеальном диализе в диализном растворе используется глюкоза. Это дает эффект стимулирования перемещения избыточной жидкости из крови в диализный раствор, который периодически сливают.

Цель диализа

Какой бы метод диализа не использовался, он преследует следующие цели: удаление продуктов обмена веществ, удаление лишней жидкости, корректировка электролитного дисбаланса и корректировка уровня pH организма.

Источник

Концепция диализа была представлена ​​в 1861 году шотландским химиком Томасом Грэмом. Он использовал эту технику для разделения растворенных веществ сахарозы (малая молекула) и гуммиарабика (большая молекула) в водном растворе. Он назвал диффундирующие растворенные вещества кристаллоидами и те, которые не проходят через мембрану коллоидами.

Исходя из этой концепции, диализ можно определить как процесс самопроизвольного отделения взвешенных коллоидных частиц от растворенных ионов или молекул малых размеров через полупроницаемую мембрану. Чаще всего диализные мембраны изготавливаются из целлюлозы, модифицированной целлюлозы или синтетического полимера (ацетата целлюлозы или нитроцеллюлозы).

СОДЕРЖАНИЕ

Принципы диализа

Из-за размера пор мембраны большие молекулы в образце не могут проходить через мембрану, тем самым ограничивая их диффузию из камеры для образца. Напротив, небольшие молекулы будут свободно диффундировать через мембрану и достичь равновесия по всему объему раствора, тем самым изменяя общую концентрацию этих молекул в образце и диализате (см. Диализный рисунок справа). После достижения равновесия конечная концентрация молекул зависит от объемов используемых растворов, и если уравновешенный диализат заменен (или заменен) свежим диализатом (см. Процедуру ниже), диффузия еще больше снизит концентрацию малых молекул. в образце.

Диализ можно использовать для введения или удаления небольших молекул из образца, поскольку небольшие молекулы свободно перемещаются через мембрану в обоих направлениях. Это делает диализ полезным методом для множества применений. См. Раздел « Трубки для диализа» для получения дополнительной информации об истории, свойствах и производстве полупроницаемых мембран, используемых для диализа.

Наконец, ультрафильтрация, которая представляет собой конвективный поток воды и растворенных веществ вниз по градиенту давления, вызванному гидростатическими или осмотическими силами. При диализе ультрафильтрация удаляет из образца молекулы отходов и лишние жидкости.

Диффузионный диализ

Электродиализ

Доннан Диализ

Обратный электродиализ

Электро-электродиализ

Процедура диализа

Оборудование

Общий протокол

Типичная процедура диализа образцов белка выглядит следующим образом:

Общий объем образца и диализата определяет конечную равновесную концентрацию малых молекул по обе стороны мембраны. Используя соответствующий объем диализата и многократные замены буфера, можно снизить концентрацию мелких загрязняющих веществ в образце до приемлемого или незначительного уровня. Например, при диализе 1 мл образца против 200 мл диализата концентрация нежелательных диализируемых веществ будет уменьшена в 200 раз при достижении равновесия. После двух дополнительных замен буфера по 200 мл каждая, уровень загрязнения в образце будет снижен в 8 x 10 6 (200 x 200 x 200) раз.

Оптимизация переменных и протокола

Хотя диализ образца относительно прост, универсальная процедура диализа для всех применений не может быть предоставлена ​​из-за следующих переменных:

Кроме того, конечная точка диализа в некоторой степени субъективна и зависит от области применения. Следовательно, общая процедура может потребовать оптимизации.

Мембраны для диализа и MWCO

Диализные мембраны производятся и характеризуются в соответствии с предельными значениями молекулярной массы (MWCO). В то время как мембраны с MWCO в диапазоне от 1 до 1000000 кДа коммерчески доступны, наиболее часто используются мембраны с MWCO около 10 кДа. MWCO мембраны является результатом количества и среднего размера пор, созданных во время изготовления диализной мембраны. MWCO обычно относится к наименьшей средней молекулярной массе стандартной молекулы, которая не будет эффективно диффундировать через мембрану во время расширенного диализа. Таким образом, диализная мембрана с молекулярной массой 10 кДа обычно удерживает более 90% белка с молекулярной массой не менее 10 кДа.

Важно отметить, что MWCO мембраны не является четко определенной величиной. Молекулы с массой, близкой к пределу MWCO мембраны, будут диффундировать через мембрану медленнее, чем молекулы, значительно меньшие, чем MWCO. Чтобы молекула могла быстро диффундировать через мембрану, она обычно должна быть по крайней мере в 20-50 раз меньше, чем рейтинг MWCO мембраны. Следовательно, нецелесообразно отделять белок 30 кДа от белка 10 кДа с помощью диализа через диализную мембрану, рассчитанную на 20 кДа.

Диализные мембраны для лабораторного использования обычно изготавливаются из пленки регенерированной целлюлозы или сложных эфиров целлюлозы. См. Ссылку для обзора целлюлозных мембран и производства.

Форматы лабораторного диализа

Широкий выбор диализных устройств (или диализаторов) доступен от нескольких поставщиков. Диализаторы предназначены для определенных диапазонов объемов пробы и обеспечивают большую безопасность пробы, а также повышенную простоту использования и производительности при проведении диализных экспериментов с использованием трубок. Наиболее распространенными предварительно отформатированными диализаторами являются линейки продуктов Slide-A-Lyzer, Float-A-Lyzer и Pur-A-lyzer / D-Tube / GeBAflex Dialyzers.

Поставщики

Приложения

Диализ имеет широкий спектр применения. Их можно разделить на две категории в зависимости от типа используемого диализа.

Диффузионный диализ

Некоторые применения диффузионного диализа объясняются ниже.

Электродиализ

Некоторые применения электродиализа объясняются ниже.

Преимущества и недостатки диализа

Диализ имеет как преимущества, так и недостатки. Следуя структуре предыдущего раздела, обсуждаются плюсы и минусы в зависимости от типа используемого диализа. Преимущества и недостатки как диффузионного диализа, так и электродиализа описаны ниже.

Диффузионный диализ

Электродиализ

Основным недостатком электродиализа является ограничение плотности тока, процесс должен проводиться при более низкой плотности тока, чем максимально допустимая. Дело в том, что при приложении определенного напряжения диффузия ионов через мембрану не является линейной, что приводит к диссоциации воды, что снижает эффективность работы. Другой аспект, который следует учитывать, заключается в том, что, хотя для работы требуется низкая энергия, чем выше концентрация соли в исходном сырье, тем выше будет необходимая энергия. Наконец, в случае некоторых продуктов необходимо учитывать, что электродиализ не удаляет микроорганизмы и органические загрязнители, поэтому необходима дополнительная обработка.

Источник

Диализ

Из Википедии — свободной энциклопедии

Диализ — очистка коллоидных растворов и субстанций высокомолекулярных веществ от растворённых в них низкомолекулярных соединений при помощи полупроницаемой мембраны. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а неспособные диализировать (проходить через мембрану) коллоидные частицы остаются за ней. Простейший диализатор представляет собой мешочек из коллодия (полупроницаемого материала), в котором находится диализируемая жидкость. Мешочек погружают в растворитель (например, в воду). Постепенно концентрация диализирующего вещества в диализируемой жидкости и в растворителе становится одинаковой. Меняя растворитель, можно добиться практически полной очистки от нежелательных примесей. Скорость диализа обычно крайне низка (недели). Ускоряют процесс диализа увеличивая площадь мембраны и температуру, непрерывно меняя растворитель. Процесс диализа основан на процессах осмоса и диффузии, что объясняет способы его ускорения.

Диализ применяют для очистки коллоидных растворов от примесей электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. Диализ применяют в промышленности для очистки различных веществ, например в производстве искусственных волокон, при изготовлении лекарственных веществ.

В качестве мембран для диализа применяют естественные перепонки (бычий или свиной пузырь, плавательный пузырь рыб) и искусственные пленки из нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы, целлофана, купрофана, нефрофана и других материалов. Искусственные мембраны имеют преимущество перед естественными, так как их можно готовить с различной и хорошо воспроизводимой проницаемостью. При выборе материала для мембраны часто необходимо принимать во внимание заряд мембраны в том или ином растворителе, который возникает в результате диссоциации самого вещества мембраны или избирательной адсорбции на ней ионов, или неравномерного распределения ионов по обе стороны мембраны. Наличие заряда у мембраны иногда может служить причиной коагуляции при диализе коллоидных растворов, частицы которых несут заряд, противоположный по знаку заряду мембраны.

Существует большое разнообразие приборов для проведения диализа, называемых диализаторами. Все эти приборы построены по общему принципу: диализируемая жидкость («внутренняя жидкость») находится в сосуде, в котором она отделена от воды или другого растворителя («внешняя жидкость») мембраной, проницаемой для низкомолекулярных веществ и не проницаемой для коллоидных частиц и макромолекул. Скорость диализа возрастает с увеличением поверхности мембраны, с повышением температуры, при помешивании диализируемой жидкости и при увеличении разности концентраций низкомолекулярных веществ между внутренней и внешней жидкостями.

Источник

Как работает диализ?

Диализ удаляет из организма продукты обмена веществ и жидкости, которые ваши почки не в состоянии удалить. Целью диализа также является поддержание баланса организма путем корректировки уровней различных токсических веществ в крови. Без диализа все пациенты с неработающими почками умерли бы от скопления токсинов в организме.

Принципы диализа

Существует два типа диализа: перитонеальный диализ и гемодиализ. Какой бы вариант лечения не был выбран, цели диализа очень похожи: диализ предназначен для замены основных почечных функций. Цели терапии: удаление продуктов обмена веществ, удаление лишней жидкости и поддержание сбалансированного количества химических соединений (электролитов) и других веществ в организме. Для эффективного диализа требуется: полупроницаемая мембрана, подача крови, диализный раствор и метод удаления лишней жидкости.

Полупроницаемая мембрана

В процессе диализа полупроницаемая мембрана отделяет кровь от диализного раствора. Эта мембрана пропускает через себя только определенные вещества. Она позволяет удалить продукты обмена веществ, воду, электролиты и другие вещества из крови в диализный раствор (и иногда в другом направлении) посредством процесса, называемого диффузией. Перемещение продуктов жизнедеятельности и других веществ зависит от проницаемости мембраны, размера и структуры различных веществ, состава диализного раствора и подачи крови к мембране.

Кровоснабжение

Чем эффективнее подача крови к мембране, тем выше качество диализной терапии. При гемодиализе подача крови может контролироваться диализным аппаратом.

Диализирующий раствор

В случае применения любого из двух методов диализа диализирующий раствор обеспечивает удаление из крови продуктов обмена веществ. Кроме этого, он содержит определенные вещества, помогающие корректировать дисбаланс, являющийся результатом почечной недостаточности.

Удаление жидкости

Удаление жидкости при гемодиализе достигается путем очень разных процессов (в отличие от перитонеального диализа). При гемодиализе диализный аппарат использует разницу давлений, чтобы спровоцировать жидкость выходить из крови через мембрану в диализирующий раствор. При перитонеальном диализе в диализном растворе используется глюкоза. Это дает эффект стимулирования перемещения избыточной жидкости из крови в диализный раствор, который периодически сливают. Цель диализа

Цель диализа

Какой бы метод диализа не использовался, он преследует следующие цели: удаление продуктов обмена веществ, удаление лишней жидкости, корректировка электролитного дисбаланса и корректировка уровня pH организма.

Источник

Диализ белков: концентрирование и обессоливание. Обзор

Диализ — процесс разделения молекул в растворе по разности их скоростей диффузии через полупроницаемую мембрану. После многократной замены внешнего раствора состав среды по обеим сторонам от мембраны (концентрация солей, pH) будет тот же, что и в окружающем растворе.

Это распространенный метод, который применяется для удаления нежелательных небольших молекул (солей, красителей и др.), из более крупных макромолекул (белков, ДНК, полисахаридов).

Диализ используется для обессоливания, удаления меченых реагентов, низкомолекулярных примесей, исследования связывания активной фармсубстанции, изучения клеток, очистки вирусов, обработки крови.

Продукция Thermo FS для диализа даёт возможность работать с образцами в широком диапазоне объёмов от 10 мкл до 250 мл. Специальные диализные ёмкости не требуют применения клипс и других дополнительных приспособлений, что позволяет сэкономить время, избегать потерь или загрязнений образца и процесс простым.

Продукты снабжены MWCO-мембраной (Molecular Weight Cut-Off), предназначенной для диализа молекул с молекулярным весом до 2; 3,5; 7; 10 или 20 кДа.

Выбор подходящего продукта определяется, в большей степени, объемом и молекулярным весом (MWCO).

Наличие у типов продуктов для диализа позиций с различными MWCO-мембранами

Планшет и вставки (10-100 мкл)

Применяются для быстрой одновременной обработки нескольких образцов небольшого объема (до 96 образцов по 10-100 мкл). Диализ может быть проведен за 2-4 часа с выходом продукта более 90%.

Вставки имеют два варианта заказа по MWCO – 3.5K и 10K.

Ёмкости (10-2000 мкл)

Представляют собой полипропиленовые стаканчики со встроенной мембраной. Различаются по объему (до 2 мл) и MWCO. Вставляются в обычные центрифужные пробирки на 1,5; 15 и 50 мл (заказываются отдельно). Диализ происходит за 15 мин с выходом продукта боле 95%.

Кассеты (0,1-70 мл)

Обеспечивают простое и эффективное удаление буферных солей и мелких загрязнений образцов объемом от 0,1 мл до 30 мл (до 70 мл у кассет типа G2). После добавления образца в кассету её помещают в сосуд с буфером. Поплавок на верхней части кассеты обеспечивает плавучесть.

У кассет типа G2 конструкция позволяет загружать образец обычной пипеткой.

Колбы (150-250 мл)

Пригодны для работы с образцами объемом от 150 до 250 мл. Обеспечивают простое и эффективное удаление буферных солей и мелких загрязнений. Образцы могут быть легко добавлены и удалены пипеткой или путем прямой заливки через широкое отверстие в верхней крышке колбы. После чего колба помещается в сосуд с буфером. Поплавок на горлышке колбы обеспечивает плавучесть.

Мешки (15-100 мл)

Мешки (трубки) для диализа представляют собой трубочки из регенерированной целлюлозы. Концы фиксируются с помощью специальных зажимов (заказываются отдельно). Отличаются объёмом вмещаемого образца (до 100 мл), диаметром и MWCO. Диализ может быть проведен за 4 – 6 часов с выходом продукта более 90%.

Цветовая кодировка по MWCO

Для удобства пользователей производителем разработана специальная цветовая кодировка всех типов продуктов для диализа в зависимости от значения MWCO.

MWCO / Тип продукта

Замена буферного раствора

Замена буферного раствора — важный этап при подготовке образцов биологических проб, такая процедура выполняется для подготовки образцов перед выделением целевого компонента или перед последующим длительным хранением пробы. При использовании диализных кассет, мешков и других ёмкостей, необходимо достаточно большое количество буфера и затрат времени. Использование центрифужных концентраторов Vivaspin20 совместно с диализными вставками VSA005 (Sartorius) позволяют ускорить этот процесс с затратой меньшего количества буфера и эффективно проводить одновременно его обессоливание и концентрирование.

Одновременно с этим при концентрировании белков, склонных к преципитации при повышенном содержании солей, необходимо дольше их поддерживать в растворенном состоянии. Использование концентраторов с диализными вставками позволяет проводить постепенную градиентную замену буфера и более эффективно понижает концентрацию солей. А так как замена буфера при таком способе происходит значительно быстрее, целевые белки в большей степени защищены от действия протеаз.

Источник