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Bei der Hämodialyse wird das Blut des Patienten über einen Filter geleitet und anschliessend wieder zum Patienten zurückgeführt. Im Filter verlassen die Giftstoffe durch kleine Poren das Blut, während gleichzeitig die lebenswichtigen Blutbestandteile zurückgehalten werden. Durch die Poren des Filters kann ausserdem überschüssiges Körperwasser abgepresst werden. Gesteuert wird dieser Vorgang von einem Dialysegerät, das neben einer Blutpumpe insbesondere auch die Sicherheit garantierenden Überwachungseinrichtungen besitzt. Über das Hämodialysegerät wird dem Blut gleichzeitig ein Medikament (z.B. Heparin) zugesetzt, das das Blut während der Behandlungszeit ungerinnbar macht.
Die Hämodiafiltration ist ein Verfahren welches die Hämodialyse und die Hämofiltration kombiniert.