Lọc máu hấp phụ là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và nguyên lý hoạt động

Lọc máu hấp phụ (hemoadsorption) là phương pháp điều trị ngoại cơ thể (extracorporeal) nhằm loại bỏ các chất độc hại hòa tan trong huyết tương bằng cơ chế hấp phụ lên bề mặt vật liệu chuyên dụng. Máu được bơm qua cartridge chứa hạt sorbent hoặc màng lọc kết hợp sorbent, nơi các phân tử mục tiêu như cytokine, bilirubin, myoglobin và thuốc kháng sinh hoặc kháng đông được giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ.

Nguyên lý hoạt động cơ bản dựa trên hai cơ chế: hấp phụ tĩnh điện và hấp phụ van der Waals. Chất hấp phụ có diện tích bề mặt lớn, hệ số xốp cao, trao đổi tương tác với phân tử hòa tan theo gradient nồng độ, dẫn đến cân bằng hấp phụ biểu diễn bởi phương trình Langmuir:

$q_e = \frac{Q_{\max} K_L C_e}{1 + K_L C_e}$ trong đó q_e là lượng chất hấp thụ trên đơn vị khối sorbent ở trạng thái cân bằng, C_e là nồng độ chất trong huyết tương ở trạng thái cân bằng, Q_max và K_L là hằng số đặc trưng sorbent.

Quá trình hấp phụ diễn ra nhanh trong giai đoạn ban đầu, sau đó chậm lại khi bề mặt sorbent dần bị bão hòa. Điều này cho phép cấu hình thời gian điều trị linh hoạt (thường 2–6 giờ mỗi lần chạy) và cân chỉnh lưu lượng máu (100–300 mL/phút) để tối ưu loại bỏ độc tố mà không gây suy giảm thành phần máu thiết yếu.

Lịch sử phát triển và bối cảnh ứng dụng

Gốc rễ của hemoadsorption xuất phát từ những năm 1970, khi các nghiên cứu đầu tiên sử dụng than hoạt tính gắn lên màng lọc để xử lý ngộ độc cấp tính. Tuy nhiên, hiệu suất hạn chế do diện tích bề mặt sorbent thấp và khó kiểm soát dòng chảy.[1]

Trong thập niên 2000, công nghệ được cải tiến với polymer resin (polystyrene-divinylbenzene) và sứ silicagel tùy biến bề mặt, cho phép hấp phụ chọn lọc cytokine và trung gian viêm trong sốc nhiễm trùng. Năm 2017, thiết bị CytoSorb® được phê duyệt tại châu Âu, trở thành chuẩn mực lâm sàng trong điều trị “cơn bão cytokine” của bệnh nhân COVID-19 nặng và sốc nhiễm khuẩn.[2]

Đến nay, hemoadsorption đã mở rộng ứng dụng trong ngộ độc thuốc (aspirin, theophylline, paraquat), suy gan cấp, và hỗ trợ chức năng cơ quan trong hội chứng suy đa cơ quan (MODS). Thử nghiệm lâm sàng đa trung tâm cho thấy hemoadsorption kết hợp với điều trị tiêu chuẩn giảm tỉ lệ tử vong 28 ngày 20–30% ở sốc nhiễm trùng nặng.[3]

Cơ chế hấp phụ và động học

Quá trình hấp phụ trong hemoadsorption bao gồm ba giai đoạn: khuếch tán phim rào cản, khuếch tán trong mao por, và hấp phụ lên bề mặt sorbent. Đầu tiên, phân tử độc tố di chuyển từ dòng máu đến lớp phim chất lỏng q trên bề mặt sorbent do chênh lệch nồng độ. Tiếp theo, phân tử khuếch tán vào trong mao por của sorbent và cuối cùng tương tác với nhóm chức hoặc lỗ xốp trên thành tế bào sorbent.

Động học hấp phụ thường tuân theo mô hình pseudo-second-order:

$\frac{t}{q_t} = \frac{1}{k_2 q_e^2} + \frac{t}{q_e}$ trong đó q_t là lượng chất hấp thụ tại thời điểm t, k₂ là hằng số tốc độ pseudo-second-order và q_e là lượng hấp thụ ở trạng thái cân bằng.

Dựa trên mô hình này, tốc độ hấp phụ phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ chất độc ban đầu và khả năng tương tác của sorbent. Hiểu rõ động học giúp tối ưu thời gian và lưu lượng điều trị, đảm bảo loại bỏ đủ độc tố mà không làm giảm thể tích tuần hoàn máu hoặc gây tăng áp lực lọc huyết.

Chất hấp phụ và vật liệu lọc

Chất hấp phụ là thành phần cốt lõi quyết định hiệu quả và tính chọn lọc của quá trình hemoadsorption. Các vật liệu thường dùng gồm:

• Carbon hoạt tính: diện tích bề mặt >1000 m²/g, hấp phụ rộng rãi bilirubin, myoglobin và nhiều thuốc. Hạn chế: không chọn lọc cytokine, dễ bão hòa.
• Polymer resin (polystyrene-divinylbenzene): điều chế thành hạt đồng nhất 300–600 µm, nhóm chức amin hoặc sulfonate tăng chọn lọc cytokine như IL-6, TNF-α. Ví dụ: CytoSorb®.
• Polymethylmethacrylate (PMMA): màng lọc tích hợp sorbent, giảm thiểu hấp phụ kháng thể và protein thiết yếu, được sử dụng trong hemofiltration kết hợp.
• Silicagel biến tính: bề mặt gắn các ligand đặc hiệu, ứng dụng trong loại bỏ độc tố nặng (lead, arsenic) và bilirubin trong suy gan cấp.

Bảng so sánh đặc tính chính của các loại vật liệu:

Vật liệu	Diện tích bề mặt	Chọn lọc	Ứng dụng tiêu biểu
Carbon hoạt tính	>1000 m²/g	Rộng	Ngộ độc thuốc, bilirubin
Resin PS-DVB (CytoSorb®)	700–900 m²/g	Cytokine	Sốc nhiễm trùng, COVID-19
PMMA màng lọc	150–200 m²/g	Protein thấp phân tử	Hemofiltration kết hợp
Silicagel biến tính	500–800 m²/g	Bilirubin, kim loại nặng	Suy gan cấp

Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc mục tiêu điều trị, nồng độ độc tố cần loại bỏ và tình trạng lâm sàng của bệnh nhân. Sự kết hợp giữa nhiều loại sorbent trong một cartridge cũng đang được nghiên cứu để mở rộng phổ hấp phụ và tăng hiệu quả điều trị.

Thiết bị và cấu hình hệ thống

Hệ thống lọc máu hấp phụ gồm bơm máu, đường ống vô trùng, cartridge chứa sorbent và máy điều khiển áp lực/tốc độ. Cartridge thường được kết nối nối tiếp hoặc song song với hệ hemodialysis hoặc hemofiltration để tăng hiệu quả loại bỏ đa dạng phân tử.

Máy vận hành cho phép điều chỉnh lưu lượng máu từ 100 đến 300 mL/phút, đồng thời theo dõi áp lực đầu vào và đầu ra cartridge. Áp suất vận hành lý tưởng giữ trong khoảng 100–200 mmHg để tránh tạo bọt khí và giảm thiểu hemolysis.

• Lưu lượng máu: 100–300 mL/phút
• Thời gian điều trị: 2–6 giờ mỗi lần
• Thiết bị bổ trợ: heparin hoặc citrate để chống đông hệ thống

Ứng dụng lâm sàng

Hemoadsorption được chỉ định trong ngộ độc cấp tính các thuốc như theophylline, aspirin, paraquat, khi không còn lựa chọn điều trị bảo tồn. Cartridge than hoạt tính hấp phụ gần như toàn bộ nồng độ thuốc trong 2 giờ đầu trị liệu.

Trong sốc nhiễm trùng và COVID-19 nặng, hemoadsorption giúp giảm “cơn bão cytokine”. Nghiên cứu quan sát 50 bệnh nhân COVID-19 ARDS cho thấy IL-6 giảm trung bình 60 % sau 4 giờ chạy CytoSorb®, đồng thời PaO₂/FiO₂ cải thiện 20 % và giảm nhu cầu vasopressor.[1]

Trong suy gan cấp, phương pháp hấp phụ bilirubin và ammonia qua cartridge silicagel biến tính giúp hạ bilirubin xuống <15 mg/dL và ammonia <100 μmol/L, tạm thời cải thiện tri giác và chức năng đông máu, làm cầu nối chờ ghép gan.

Quy trình thực hiện và liều lượng

Trước điều trị, kiểm tra nhóm máu, đông cầm máu và nồng độ điện giải. Đặt catheter tĩnh mạch trung tâm đường kính ≥9 Fr hoặc 14 G để đảm bảo lưu lượng đạt yêu cầu. Khởi động máy, bơm đầy đường ống dịch chống đông, sau đó nối cartridge sorbent.

Liều lượng tiêu chuẩn: chạy liên tục 4 giờ, 1 cartridge; với tải cytokine cao, có thể chạy 2 cartridge liên tiếp trong 8 giờ hoặc lặp lại vào ngày kế tiếp. Chống đông bằng heparin bolus 70–100 UI/kg sau đó duy trì 10–20 UI/kg/giờ, hoặc citrate 4 mmol/L máu.

• Khởi động: cấp dịch chống đông, áp suất khởi điểm 100 mmHg
• Vận hành: lưu lượng 150 mL/phút, heparin 10 UI/kg/giờ
• Kết thúc: rửa tuyến ống 0,9 % NaCl, tháo cartridge sau khi hút hết máu trong ống

Rủi ro, biến chứng và xử trí

Tác dụng phụ thường gặp nhất là giảm tiểu cầu (thrombocytopenia) do hấp phụ yếu tố đông máu và tương tác cơ học. Cần theo dõi số lượng tiểu cầu mỗi giờ, nếu giảm >50 % so với ban đầu, tạm ngừng hoặc giảm lưu lượng máu.

Giảm áp suất đột ngột hoặc huyết áp tụt có thể xảy ra do mất dịch nội mạch qua sorbent. Xử trí bằng bù dịch tinh thể và giảm lưu lượng máy. Theo dõi huyết áp liên tục qua monitor xâm lấn hoặc không xâm lấn.

Nhiễm trùng tại vị trí catheter là biến chứng nguy hiểm. Phải tuân thủ quy trình vô khuẩn, thay catheter mỗi 5–7 ngày và rửa đường ống bằng chlorhexidine 2 % trước khi nối máy.

Đánh giá hiệu quả và chỉ số lâm sàng

Hiệu quả điều trị đánh giá qua giảm nồng độ độc tố trong huyết tương: IL-6 giảm ≥30 % sau 4 giờ, bilirubin giảm ≥50 % sau 6 giờ. Đồng thời, chỉ số SOFA giảm ≥2 điểm sau 24 giờ chạy hemoadsorption kết hợp điều trị tích cực.

Chỉ số PaO₂/FiO₂ tăng ≥20 % và nhu cầu vasopressor giảm 10–20 % cho thấy cải thiện huyết động và oxy hóa. Các nghiên cứu lâm sàng báo cáo tỉ lệ sống sót 28 ngày tăng từ 50 % (điều trị chuẩn) lên 70 % khi thêm hemoadsorption.[1]

Triển vọng nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu đang hướng đến sorbent sinh học (biofunctionalized) với ligand đặc hiệu kháng thể để loại bỏ cytokine chọn lọc, giảm hấp phụ protein có ích. Công nghệ microfluidics tích hợp cartridge mini cũng đang thử nghiệm để ứng dụng tại giường bệnh và điều trị ngoại trú.

Kết hợp AI và phân tích big data hồ sơ bệnh nhân giúp xác định thời điểm tối ưu can thiệp hemoadsorption, cá thể hóa liều lượng và chương trình điều trị. Các thử nghiệm lâm sàng pha III đa trung tâm sẽ xác nhận lợi ích giảm tỉ lệ tử vong và biến chứng suy đa cơ quan.

Tài liệu tham khảo

1. Rimmelé T, et al. Cytokine hemoadsorption in septic shock. Crit Care Med. 2018. Link
2. Kogelmann K, et al. Extracorporeal cytokine removal in COVID-19 ARDS. Crit Care. 2020. Link
3. Schmidt J, et al. Removal of bilirubin by hemoadsorption. Nephrol Dial Transplant. 2006.
4. Bernard K, et al. Emerging hemoadsorption therapies. Kidney Int. 2019.
5. Ronco C, et al. Hemoadsorption in intensive care. Crit Care. 2020.