医用高分子材料在人工肾脏上的应用

,1、人工肾的由来2、人工肾的分类3、高分子材料在人工肾方面的应用4、人工肾的发展5、小结,主要内容,肾脏的基本结构就是肾单位。肾小球分别有一根小动脉和一根小静脉作为血液的流入和流出的通道，两者之间是网状的毛细血管（与肾小囊一起构成过滤器的滤网，又称“滤膜”）。,血液流经肾小球的滤膜时，血液中的一部分物质和水份就会通过“滤膜”进入肾小管形成原始的尿液，原始的尿液在流经肾小管时，其中的一部份营养成分就会通过肾小管重吸收，其余部分则形成尿液排出体外。,肾脏的工作原理,肾脏的功能结构相当复杂，但可以把肾脏作一个很简单的比喻。 即：肾脏好比一个“过滤器”。 血液通过肾动脉流入肾脏，经肾脏的过滤作用，把血液中的有毒物质、代谢产物和多余的水分滤出，形成尿液排除体外，而经过净化的血液通过肾静脉回流至心脏。,肾小球的过滤+肾小管的分泌与重吸收,肾脏功能,代谢产物的排除，都必须通过肾脏尿液的形成，伴随尿液一同排除体外。另外，肾脏还是很多化学药物、毒物如尿素、肌酐、有机酸的代谢和排泄中心，某些在肝脏代谢的药物和毒物也通过肾脏排泄。调节体内水和渗透压，生物代谢离不开水，而水过多又会导致水钠潴留、水肿、心肺功能衰竭等，通过肾脏的尿液形成不仅可以清除多余的水分，还可以同些排泄体内废物。调节电解质浓度，肾脏是钠、钾、磷等矿物质的主要调节中心。,调节机体酸碱平衡：机体代谢产生很多有机酸，肾脏不仅可以通过尿液排泄这些有机酸，还可以通过回吸收碱或碱性物质调节机体内环境中酸碱平衡，使之处于一种稳定状态。内分泌功能: 分泌促红细胞生成素，促进骨髓造血, 促进钙质吸收，调节骨骼、血液中钙磷的代谢，维持骨骼正常结构和功能,分泌肾素、前列腺素，血管紧张素，调节血压和水盐代谢 。,肾功能衰竭,肾功能衰竭是指肾脏因各种原因而失去其正常功能后引起的疾病，根据发病的快、慢可分为急性肾功能衰竭和慢性肾功能衰竭。当肾功能衰竭时，急性和慢性肾功能衰竭均可导致终末代谢产物和内源性毒性物质在体内潴留，水、电解质、酸碱平衡紊乱以及内分泌功能失调，从而引起一系列自体中毒症状，称为尿毒症。（uremia）。此外，肾病还有肾结石、肾炎、肾虚等,人工器官artificial organs,定义： 即人造器官，是模仿人体或生物体器官的部分或全部功能，通过特定的方式和方法制造的器官。,生物医学材料料最重要的应用之一是人工器官，当人体的器官因病损不能行使功能时，现代医学提供了两种可能恢复功能的途径：一种是进行同种异体器官移植；另一种是用人工器官置换或替代病损器官，补偿其全部或部分功能。 由于同种异体器官来源困难，并存在移植器官的器官保存、免疫、排斥反应等问题，同时移植前和短时替代也需要人工器官。因此人工器官作为一种重要方法在临床广泛应用。,人工器官,人工器官目前只能模拟被代替器官1-2种维持生命所必需的最重要功能，尚不具备原生物器官的一切天赋功用和生命现象，但它拓宽了疾病治疗的途径，增加了病人获救的机会，已经并仍在继续使越来越多的患者受益。 人工肾是应用最广泛，疗效最显著的人工器官之一。目前人工肾应用最多的是中空纤维膜透析器，主要是利用高分子中空纤维膜，膜壁有孔，通过膜孔的对流，扩散以及筛分作用达到清除血液中的有毒物质和多余水分，从而使血液得到净化。,人工肾,人工肾是一种替代肾脏功能的装置，主要用于治疗肾功能衰竭和尿毒症。它将血液引出体外利用透析、过滤、吸附、膜分离等原理排除体内过剩的含氮化合物，新陈代谢产物或逾量药物等，调节电解质平衡，然后再将净化的血液引回体内。亦有利用人体的生物膜（如腹膜）进行血液净化。它是目前临床广泛应用、疗效显著的一种人工器官。就慢性肾炎和晚期尿毒症的治疗效果而言，其五年生存率已达7080%，其中约有一半患者还能部分恢复劳动力。由于上述成就，人工肾的治疗范围逐步扩大，并进入免疫性疾病的治疗领域，受到各方面的重视，成为人工器官研究最活跃的领域之一。,人工肾发展历史,19 世纪中叶，苏格兰化学家格莱姆（Thomas Graham）发现“透析”现象。1912 年11 月阿贝尔(John Abell) 通过实验发现了火棉胶膜具有半透膜的功能，该发现为透析技术在医学上的应用奠定了理论基础，同时用火棉胶膜设计了简单透析器，命名为“人工肾” 1943 年，荷兰27 岁的医生考尔夫（Kolff）与工程师玻克（Berk），用塞璐芬膜代替火棉胶，共同研制出世界上第一台转鼓式人工肾，被后人称为“KOLFF 人工肾” 1946 年, 加拿大 Murray 等研制成功第一台蟠管(Coil) 型人工肾 , 并应用临床。1947 年，瑞典人Alwall 研制成功固定管型透析器,人工肾,人工肾系一种特殊装置，患者动脉血经硅胶管引入透析器，使血液和透析液隔半透膜流动而进行透析，血液被净化后再由硅胶管经静脉输回体内，如此循环不止，每次46小时。一般每周治疗3次，起着正常肾脏部分功能而替代病肾的作用。迄今，人工肾尚未能完全取代肾脏的全部生理功能，它仅能协助清除体内大部分代谢废物，并调节水、电解质及酸硷平衡。1945年开始用于临床。人工肾由透析器及透析液组成，透析器的核心是一层半透膜，可允许低分子物质如电解质、葡萄糖、水及其他代谢废物（如尿素）等通过，血细胞、血浆蛋白、细菌、病毒等则不能通过，从而调节机体电解质、体液和酸碱平衡，维持内环境的相对恒定。主要应用于急、慢性肾功能衰竭和急性药物、毒物中毒等。,人工肾治疗方法是治疗终末期肾病-尿毒症的一种方法。人工肾治疗方法所使用的最重要的设备是人工肾，人工肾模拟了人体肾脏的功能。 人工肾的功能主要是使透析治疗安全而顺利的进行。在发生异常时，它能在尚未危及病人安全之前，就能发出报警通知操作人员，同时马上停止血泵转动或让透析液旁路，中止透析治疗。,主要类型血液透析型（HD）血液滤过型（HF）血液灌流型（HP）腹膜透析型（PD）,血液透析型（HD）,概念： 透析是指溶质从半透膜的一侧透过膜至另一侧的过程。血液透析指血液在体外流经半透膜通过扩散和对流作用，从循环的血液中去除水分和代谢废物这样一种治疗方法。,扩散与对流,扩散：半透膜两侧液体各自所含溶质浓度梯度及它所形成的不同渗透浓度，溶质从浓度高的一侧通过半透膜向浓度低的一侧移动。对流：也称超滤，是指溶液和溶剂因透析膜两侧的静水压和渗透压梯度不同而跨膜转运的过程。血液透析时，利用透析器透析膜血液侧的正压及透析液侧的负压形成的静水压梯度，使液体自血液室向透析液室移动，从而将患者体内滞留的过多水分清除出去。,血液透析清除代谢废物的原理图,血液透析清除代谢废物的原理,主要是利用扩散和对流作用。透析膜本身是具有选择性的半透膜，它允许小分子的尿素、肌酐、钠、钾、氢等较小分子通过，但血中的红、白细胞、白蛋白及细菌等大分子无法通过。尿毒症病人的血中有高浓度的尿素，肌酐等代谢废物，而这些是透析液中所没有的。借助浓度差的驱动，病人血中高浓度的尿素、肌酐等代谢废物会通过透析膜扩散到透析液中去。为了增加血液与透析液两侧的浓度差，提高透析效果，所以血液透析时，血液与透析液流向相反。种类：平板、蟠管、中空纤维型。,比例式透析波传送血液透析装置,A检气器 DP透析泵 K浓缩液 V旁路阀 B检血器 DR排液L管夹 W水 BP 血泵 H加热器 P测压器 C电导计HP肝素泵 PP比例泵 D透析器 IV静脉输液 T温度感受器,虚线表示监测系统和主要运行部件之间的相互关系，以确保病人安全，即万一发现透析液电解质浓度（C2）或温度（T2）不当，则可通过旁路阀（V）变换透析液 。,影响溶质扩散运转的因素:,a溶质浓度差 b溶质分子量c半透膜的通透性d半透膜的表面积e溶剂的温度扩散速率可以用下式表达：,溶质清除率,单位时间内对某物质的排出量(mL/min)。评价透析效率。血液透析时，血中被清除的代谢废物主要有尿素、肌酐、尿酸及磷酸四种。这些物质的清除率与他们的分子量大小，血液与透析液的浓度差，透析膜的通透性，透析膜的表面积、血流量、透析液流量及透析液温度有关。,某一透析器在单位时间内，压力梯度为1 mmHg时的超滤量，超滤效率单位为mL/h/mmHg。超滤系数(KUF)：单位时间内（小时）1mmHg(0.13kpa)压力下膜对液体通透的毫升(ml)数。超滤系数单位ml/h/mmHg/。不同膜材料的透析器的超滤系数不同。超滤总量：超滤系数跨膜压透析时间跨膜压(TMP)：施加在透析器透析膜上的静水压。血流量、膜面积、红细胞压积、渗透压。,超滤率（UFR）,血液滤过型（HF）,使血液沿着高通性半透膜（多孔的）进行体外循环，并应用静水压从循环血液中去除大量液体、电解质和废物。所丢失的大量(2080l)液体由静脉内输注生理盐溶液替代。整个过程模拟肾小球的滤过功能，但并未模仿肾小管的重吸收及排秘功能，而是通过补充置换液来完成肾小管的部分功能。血液过滤与血液透析的原理上不同。,1、滤过机理描述2、血液滤过流速3、溶质的筛分系数4、血液滤过时机体的调节机理5、血液滤过的血液动力学特点6、HF对代谢的作用7、血液滤过的临床应用8、HF与HD的比较,血液灌流型（HP）,血液灌流是指血液借助体外循环通过具有广谱解毒效应或固定特异性配体的吸附剂装置，清除血液中的内源性或外源性致病物质达到 血液净化的目的。血液灌流目前主要限于吸附作用故也被称为血液吸附。“活性炭”使血液直接流过吸附性物质， 代谢废物或毒素（各种药物和毒物）被吸附在这些具有大面积微孔结构的物质表面。,血液灌流装置图,腹膜透析型（PD）,腹膜是沿着腹腔的一层活的半透膜。将液体和电解质注入腹腔，使代谢废物由腹膜的血液供应扩散到腹腔的液体中。水也可把葡萄糖加入透析液，按人工建立的渗透压梯度通过腹膜扩散到腹腔液内。,腹膜透析装置,C电导计 H加热器 SS泵速选择器 UV紫外灯 CA导管 K浓缩液 T温度计 Vi进阀 D葡萄糖 P测压器 TM记时器 V0出阀 DC滴管 PF腹透液 i流入 W自来水 DR排液 PP比例泵 d保留 F滤器 RO反渗透单元 o流出,典型的手动或自动透析液传送定时循环式腹膜透析装置,短期（急性）使用可借助于一根钢丝将一半硬式的导管逐渐地插入。长期（持久性）使用 需经手术植入一根柔软的持久性导管注意，导管顶端的正确位置应在陶氏窝，以获得最大的透析液流速。,腹腔及常用腹膜透析管安置法,三个主要部件,人工肾要完成血液在体外循环的透析过程，必须具备三个主要部件：合乎要求的血液管道人工肾机(透析液供给装置)透析器,小型透析装置,携带式透析装置,小型透析器,携带式小型透析装置有一个透析液再生系统，可处理用过的透析液，将其引至一个特殊设计的吸附装置内，利用离子交换树脂和活性炭作为吸附剂，将透析液中的小分子代谢产物如肌酐等吸附，使透析液重新净化，重复使用，从而使一次需用透析液量减至1.05.5L。全套透析器件均装在一手提箱中，透析时，只要将已配制好的浓缩透析液加上一定比例自来水，配成常规透析液即可应用。这样便于携带，患者可出外旅行，随时可在旅馆或家中进行透析。,优点,佩带式人工肾,全套透析装置仅重8磅，透析时佩带在患者身上的全部器件仅重1.2kg 。由一高效能空心纤维透析器和一活性炭吸附器组成，并以电池为动力。每周可透析6日，每日三小时，或每周3日，每日5小时。透析时，由于活性炭吸附装置在15分钟后达到吸附饱和，故有一半时间需将透析装置连接到另外一个20L的透析液槽，使吸附剂上的肌酐、钾等小分子物质得以清除，另一半时间(每半小时有15分钟)，透析装置可与透析液槽分离开，患者可随意走动。,用透析原理制成的人工肾实际上是一台“透析机”。血液里的排泄物（尿素、尿酸等小分子、离子）能透过人工肾里的半透膜，而血球蛋白等半径大的有用物质都不能通过。,人工肾器类型,透析型人工肾(1)平板型它是由几块聚丙烯或其他高分子材料板制成的支承板,板内刻有细沟,在板间放几张半透膜,血液在半透膜间流动,板与板间充满透析液,通过半透膜,进行过滤。(2)蟠管型它是由高分子材料制成细管状透析膜,卷成螺旋状,装在一个圆筒内而成。(3)中空纤维型利用高分子材料制成极细的中空纤维,把几千甚至几万根中空纤维束集在一个圆筒形容器内,血液在中空纤维空腔内流过,透析液在中空纤维外流动,通过腹壁进行透析。,平板型和蟠管型优点:血流阻力小；缺点：预充量多；易破膜，漏血。 中空纤维型优点：容积小，体外循环量小；耐压力强，破损率低；清除率和超滤率高；残余血量少；复用方便，复用次数多。缺点：纤维内易凝血；空气进入纤维内不易排除，故影响透析效率。,过滤型人工肾这种人工肾模拟人体肾球清除溶质的生理功能,比透析型人工肾更接近人体肾。透析型人工肾去除小分子代谢物效率高。过滤型人工肾,使用过滤膜,依靠液体静压差作为推动力,使血液中水和要清除的代谢物通过而去除。吸附型人工肾吸附型人工肾所用的材料为活性炭。1970年Chang等用椰子壳制成活性炭,外用硝化纤维素与血清白朊双重覆盖,用于治疗慢性肾功能衰竭获得成功,硝化纤维素的作用是防止活性炭微粒游离,而包覆的血清白朊的作用是保证吸附型人工肾有很好的血液适应性,防止凝血,形成血栓。,吸附型人工肾由于对血液的处理时间短,所以对急性中毒的解救特别有效,如用200BAC型炭肾,对重症安眠药中毒、有机磷农药中毒等患者抢救有特效,对鼠药磷化锌中毒有很好的疗效。,人工肾是在体外进行血液净化的一种装置，可部分代替人工肾脏功能。在血液净化治疗技术中，血液透析是目前应用最广泛的一种人工器官和血液净化装置。透析型人工肾由透析器及透析液组成，透析器的核心是一层半透膜，可允许低分子物质如电解质、葡萄糖、水及其他代谢废物等通过，血细胞、血浆蛋白、细菌、病毒等则不能通过，从而调节机体电解质、体液和酸碱平衡，维持内环境的相对稳定。,透析器种类,在临床使用过的主要有三类：平板型蟠管型空心纤维型（中空纤维）目前临床上使用最多的是中空纤维透析器。也是效果最好的一种透析器。透析器是人工肾的关键，而透析膜则是关键的关键。患者治疗效果的好坏很大程度上取决于透析膜。,中空纤维型透析器,中空纤维型透析器,成千上万根（8000-15000）薄壁中空纤维纤维内径200um左右，壁厚10um左右膜透析面积约1m2,中空纤维透析器结构,由外壳与透析膜构成 外壳：苯乙烯-丙烯腈共聚物等注塑成型 中空纤维透析膜：透析膜材料 外壳与透析膜之间采用离心浇铸法用聚氨脂进行密封。 一般此类透析器长约2025cm，直径35cm。内装有壁厚613m，直径200300m的中空纤维透析管800012000根。血液流经空心纤维管内，透析膜外有透析液流动。,Structure of a typical hollow fiber dialyzer,中空纤维非常细，把它们成千上万根地束集在一个圆筒形容器中，血液在空心 丝中心流动，透析液在空心丝外侧流动，通过膜壁进行透析。,血液透析器的核心部件中空纤维膜,Dialyzer (Artificial Kidney),中空纤维透析器： 尿素清除率可达160mL min-1 肌酐清除率130ML min-1 每小时可脱水600ML左右。,Hollow Fiber Dialyzer,国内的中空纤维透析器,国内在临床使用的透析器主要依赖进口的聚砜或聚酰胺透析器。聚砜透析器由于其良好的综合性能在国内得到广泛认可。聚醚砜(polyethersulfone，PES)与聚砜材料属同一家族高分子材料.成都欧赛医疗器械有限公司研制开发的高通量聚醚砜中空纤维膜血液透析器(OCI-HD150)，有效膜面积为1.5m2体外测定超滤系数为72ml(mmHgh)，尿素清除率为1 85 mlmin，肌酐清除率为168 mlmin,制造人工肾，关键在于研制出高选择性半透膜。目前研制的制膜材料有多种多样，它们主要是高分子化合物。,制成的半透膜的形式也有多种多样，有的制成膜、有的制成中空纤维状。这些膜在显微镜下观察，上面布满了微孔，孔的直径只有百万分之二到千万分之三毫米。,透析膜的基本要求,（1）容易透过需要清除的分子量较低的和中等分子量的溶质，不允许透过蛋白质。透析膜的孔径应不超过3m，（2）具有适宜的超滤渗水性。（3）有足够的湿态强度。（4）具有好的血液相容性，不引起血液凝 固、溶血现象发生。（5）对人体是安全无害的。（6）灭菌处理后，膜性能不改变。 (7)透析膜厚度较薄(1020m)，能耐受一定压力(500mmHg以上)以增加透析效果和防止透析过程中破膜引起溶血和失血。,透析膜材料,未修饰的纤维素膜：铜仿膜、双醋酸纤维素膜等改良或再生纤维素膜： 血仿膜、三醋酸纤维素膜等合成膜：聚酰胺膜、聚砜膜、聚碳酸脂膜、聚醚砜膜、聚丙烯腈膜等,纤维素类,纤维素类透析膜是最早使用的血液透析膜材料,其湿态机械强度和尿素等溶质的透过率能满足临床的基本要求然而纤维素膜的缺点是其压密性差,在高压长时间作用下,纤维素膜易发生蠕变而导致膜孔径变小,使通量不可逆的下降,随着其它新型膜材料的出现逐渐被取代.,聚丙烯腈硅橡胶,聚丙烯腈硅橡胶是最常用的一种医用高分子化合物。用它制成的薄膜具有半透膜作用，能像肾脏一样将废物排出体外，将有用物质留在体内。 它除了可作人工肾外，由于它有极高的可选择性，还可用它制成人工肝的渗透膜。它能够把血液里的毒物或血液里过量的氨迅速地排出体外。过量的氨是肝脏发病时氨基酸转化而成的。还可以用聚丙烯腈硅橡胶做成空心纤维管。,硅橡胶（聚硅氧烷）：含有 Si O Si 的聚合物，是一类重要的医用高分子材料。与聚硅氧烷的结合比较通常的C-C和C-O结合更稳定而且具有优良的耐热性，耐水性，耐药性，耐气候变化，绝缘性。硅橡胶的特点之一是在高分子材料中透气性特别好。,silicone rubber with (left) nitrile functional groups and (right) fluorine functional groups,聚丙烯腈硅橡胶 聚丙烯氟硅橡胶,Key Properties：Advantages,Good thermal stabilityConstancy of properties over a wide temperature range leading to large operating range (e.g. 100 to 250C)Excellent resistance to oxygen, ozone and sunlightFlexibilityGood electrical insulation Anti-adhesive propertiesLow chemical reactivityLow toxicity,聚丙烯腈-丙烯磺酸盐共聚物嵌段共聚物 block copolymer,这类共聚物是由丙烯腈与丙烯磺酸钠共聚而成。共聚物的大分子内部，既有亲水性链段（聚丙烯磺酸链盐），又有疏水性性链段（聚丙烯腈），前者提供了尿素的溶质通透性，后者提供了湿态强度。同时，由于分子链局部上带有负电荷，能防止血小板的粘附与变形，改善膜的血液相容性。调节亲疏水单体比例以及制膜条件，可以制备具有不同孔径的透析膜。这种膜的特点是对中等分子量的溶质透过性高，血液相容性好，用于临床的聚丙烯腈透析器大多数是平膜制成的积层式平板型透析器,聚砜的特性,聚砜是一种热塑性高强度工程塑料；聚砜的主链由于为苯环，通过醚、砜、异丙基等基团联接而成，因此兼有聚芳砜的刚性、耐热性及聚芳醚的柔性。耐温性好，介电性能优良，在水和湿气或190的环境下，仍保持高的介电性能。此外，耐辐照也是它的优点。极高的血液相容性,聚醚砜中空纤维膜,优点优异的稳定性疏松的结构良好的生物相容性较好的吸附能力,德国费森尤斯(Fresenius)聚砜膜透析器 通过FDA认证,聚氨酯,热塑性弹性体的分类: 所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温度,断裂伸长率50%,外力撤除后复原性比较好的的高分子材料。聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽，性能范围很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。,TPU 的分子链结构（二级结构）,大分子二元醇和异氰酸酯连接形成长分子链，因为分子链较长，表现为柔性，就成为在整个分子链中的软段结构。短链二元醇和异氰酸酯连接成短链结构，因为链短，表现为刚性，就成为分子链中的硬段结构。这样硬段软段相间的特殊结构赋予了TPU既有弹性又有不错的机械性能且可热塑加工的特殊性能，从而使TPU作为介于塑料和橡胶之间的一个新类高分子材料得到广泛应用,TPU 的硬度范围相当宽，从Shore A 60Shore D 80并且在整个硬度范围内具有高弹性；TPU在很宽的温度范围内-40120，具有柔性，而不需要增塑剂； TPU对油类（矿物油，动植物油脂和润滑油）和好的许多溶剂有良抵抗能力；TPU 还有良好的耐天候性，极优的耐高能射线性能。众所周知的耐磨性，抗撕裂性，屈扰强度都是优良的；拉伸强度高，伸长率大，长期压缩永久变形率低等都是TPU的显著优点。,此外还有：,铜氨纤维素 醋酸纤维素聚乙烯-乙烯醇共聚物聚醚聚碳酸酯共聚物聚乙烯醇丙烯腈等三元接枝共聚物，聚乙烯醇丙烯腈接枝、甲基丙烯酸-羟乙酯及接枝N-取代羟丙基丙烯酰胺共聚膜。,Cellulose Hollow Fiber铜氨纤维素 Cupro(cuprammonium),Cellulose membranes in place of the phospholipid-bilayer membranes used by real kidneys.,膜的 高通量 与 低通量,人工合成膜的孔径更大，对水的通透性及超滤率高，对中大分子毒素的清除率更高。尽管透析膜的超滤率和对大分子的清除率并不完全平行，但大孔径透析膜常被称为“高通量” 膜。小孔径的透析膜被称为“低通量”,高通量血液透析溶质清除机制,弥散 透析器弥散清除溶质主要与膜的厚度、孔径、透析液两侧溶质梯度差及物质分子量大小、形状有关。低通量透析器由于膜孔径较小，对低分子蛋白质弥散清除能力差，而高通量透析器膜孔径较大，不但小分子物质主要通过弥散清除 ，低分子量蛋白质也能部分清除。,对流,对流方式清除溶质，除了与膜孔径及溶质分子量有关外，还与水清除量有关，欲增加清除率，必须增加水分的超滤量。高通量血液透析(high-flux hemodialysis，HFHD）低分子蛋白的跨膜清除主要以对流方式进行 吸附 吸附是高通量透析器清除中大分子溶质的一种重要方式。透析膜与血液接触后就开始吸附低分子蛋白质。吸附量及吸附蛋白种类与透析膜的材料、结构和疏水性有关。大分子物质如，2-微球蛋白清除主要与高通量透析器的吸附作用相关。,中空纤维透析器重点检测项目,该产品是配合血液透析装置供急慢性肾功能衰竭等患者进行血液透析用的医疗器械。化学性能 异常毒性 溶血反应 无菌 热原物理机械性能尿素、肌酐下降率超滤率环氧乙烷残留量透析器的标志透析器的包装标志及使用说明书透析器大包装的标志,血液透析器膜材料的发展趋势,随着透析技术的不断发展,血液透析对透析膜材料的要求越来越高,膜材料除了具有高渗透性能和成膜后能去除血液中有害成分外,还要求膜材料具有良好的血液相容性. 目前,单一的膜材料不能充分满足上述要求,对现有膜材料进行共混、接枝、镶嵌以及运用等离子体等技术对材料进行改性等已成为今后一段时期内透析器膜材料的发展趋势.,血液透析滤过概述: 血液透析滤过（HDF）,是在血液透析的基础上，采用高通透性的透析滤过膜，提高超滤率，从血中滤出大量含毒素的体液，同时输入等量置换液的一种血液净化方法，其目的是在透析清除小分子毒素的同时，增强对中分子毒素的清除作用。,HDF的工作机制与血液透析相同，包括溶质的弥散、对流和水分的超滤。 血液透析的溶质清除主要依靠弥散功能，对流只占极小比例，而HDF由于超滤量大幅度提高，溶质通过对流清除的比例明显增大；血液透析由于膜的孔径较小，只能清除小分子毒素，而HDF采用高分子合子膜，孔径增大，能有效清除中分子毒素。,血液滤过（HF）是不同于血液透析的另一种血液净化方法。它模拟正常人肾脏的肾小球滤过原理，以对流的方式滤过清除血液中的水分和尿毒症物质。血液透析则依赖透析膜两侧物质的浓度差与渗透压差所产生的扩散作用来进行溶质和水分的交换。 因此，HF是一种比血透更接近正常肾小球滤过生理的肾脏替代治疗。,器材: 透析滤过器的构造与透析器相同，为空心纤维状，有血室和透析液室之分，血液和透析分别有进出口。膜多由聚砜膜或聚丙烯腈膜等高分子合成膜制成，面积与透析器一致，1.22.0m2,超滤系数（Kuf）一般均在150ml/h.kpa以上，通透性介于透析和血滤之间。,透析滤过机 无单独专用的血液透析滤过机，而是在透析机的基础上增加HDF功能。有HDF功能的透析机应具备以下条件。 能进行碳酸氢盐透析 具有足够的超滤能力 一般透析可设置的最大超滤率不超过3kg/h,HDF因需要大量超滤以提高对流效果且防止高通透性的反超滤，故超滤率应超过3kg/h以上。,血透,透析滤过,增设置换液平衡系统 HDF时大量超滤液从体内排出，需要输入等量置换液进行平衡。为防止血容量的快速丢失或急骤扩张，引起低血压或心衰，要求机器具有准确的容量超滤系统和置换液输入平衡系统，一般机器均安装置换液泵以控制置换液的输入量，由机器根据所设置的置换量和实际超滤量由机器自动调节输入速度。,需有置换液加热装置，由于大量的输注置换液，单靠透析液加热不足以维持血液的温度，大多数机器附有加热装置，使置换液温度提高到37。C。,置换液 置换液成分及含量与血液滤过置换液相同，含钾、钠、氯、钙、镁、及葡萄糖，碱基多采用乳酸根离子或碳酸氢根离子。 目前置换液供给有两种方式：外挂式和内生式。外挂式使用袋装或瓶装的无菌无热原的置换液，悬挂在机器上，通过置换液管连接到血路，由平衡称或置换液泵控制输入：,内生式是利用透析机的透析液供给系统，将配制好的透析液一部分通过能滤过细菌和致热原的滤器，在透析同时生成置换液直接使用，此时置换液成分及浓度与透析液相同。,技术要点 HDF体外循环的建立及透析部分的操作与血液透析相同，连接置换液时应注意无菌操作。 HDF根据置换液输入血路的部位不同，分为前稀释和后稀释两种方式。 置换液在透析滤过器动脉口之前输入为前稀释。 在透析滤过器的静脉口之后输入为后稀释。,前稀释将血液稀释后进入透析滤过器， 减小血液毒素的浓度，影响毒素的清除 效果，但滤器不易凝血。后稀释在血液大量滤出超滤液之后将置 换液与浓缩了的血液混合回输体内，毒 素清除效率高，但因血液浓缩比例高， 如血流量不足或肝素用量不当，易发生 滤器凝血。,静脉,滤过器,动脉,置换液 滤出液,前稀释法血滤过,肝素,静脉,滤过器,动脉,滤出液 置换液,后稀释法,肝素,治疗时间 在透析滤过器和透析流量固定的情况下，治疗时间取决于透析时间和置换液量，一般治疗时间与常规的血液透析相同，为45小时，置换液为810L。HDF对溶质的清除率等于透析弥散的清除率加上对流的清除率。 患者净超滤量等于总超滤量减去置换液量,置换液量的计算 1、体重计算法 按患者体重的4050%计算 2、尿素动力学计算 每周置换液量（L） 每周蛋白质摄入量（g）0.127,0.7（g/L） 计算出每周置换液量可分23次HF,3、残余肾功能计算法 因为HF时滤出液中的溶质浓度与血浆水相同，所以1ml滤出液即等于1ml的尿素清除率。如果患者的残余肾功能为0，而又要求通过HF 替代肾功能、达到5ml/min的尿素清除率的话，那么每天需要滤出和置换7.2L,每周需50.4L。通常HF治疗的置换液用量为每周6090L，相当于69ml/min的清除率。若患者的残余肾功能为5ml/min,那么HF治疗后的总清除率则可达10ml/min。,肝素的用量 肝素用量的调节方法与血液透析相 同，调节时应考虑以下因素，后稀释法的肝素用量要比前稀释法的用量大；置换量增大，超滤率增加，血液浓缩程度加重，肝素用量也应增大。,患者的选择 HDF的主要目的是利用透析滤过膜来清除中分子毒素，故尿毒症患者出现中分子物质积蓄的表现时，均可考虑HDF治疗；与血液滤过相比，HDF不仅能清除中分子物质，还能保证不影响小分子毒素的清除效果，特别适用于需要血滤又不能增加透析次数的患者。 HDF具有心血管状态稳定的特点，故适用于常规血透中易发生低血压和不耐受超滤的患者。,1、HDF由于输入大量的置换液，如无菌操作不当或换液质量有问题，极易发生寒颤发热。如置换液为内生式，则应定期更换滤器，经常对置换液进行细菌培养，防止热原反应。,并发症及注意事项,2、少数患者在首次行HDF时，出现头昏、 胸闷或全身不适等非特异性症状，偶有心动过速，这些症状难以解释，可能是由于HDF同时清除体内某些有用物质，如激素等，造成了内环境紊乱所致，暂时减少血流量、减少置换量，可减轻症状，大多数患者经数次HDF治疗后会适应。,3、无加热装置的HDF，置换液流量大时患者可能出现寒颤、发抖，尤其在冬天。此时宜采取前稀释法，并将置换液预热。,4、超滤设置不当、机器故障导致液体进出量失衡，可引起低血压或心衰，应即找出原因，排除故障，否则应停止HDF，进行血透，同时调整超滤量，纠正低血压或心衰。,5、由于采用高分子合成膜，生物相容性提高，过敏反应发生率明显减少，但由于膜的通透性增高，在超滤率较小时，可能发生反超滤。故要求HDF的置换量足够大，避免使用透析滤过器进行血液透析。,在美国透析患者中超出20%的死亡是由于 退出透析导致的。 在英国及其他国家这一比例低于美国。退出透析后患者多在714天死亡。退出透析不等于是拒绝透析。,每周透析次数的问题 开展长时间透析国家 （欧洲国家透析时间大于美国），患者每周Kt/V（尿素清除分数）值比较高，总体死亡率相应较低。 法国的一家透析中心（Tassin）采用低流速纤维素膜透析，所有患者每周透析三次，每次8小时，每周平均Kt/V达到1.67。更重要的是所有患者不用降压药物，血压也都正常，并发症发生率和死亡率较世界上其他透析中心显著下降。,一般透析次数为每周二三次结合我们的实际要逐步实行才能保证透析充分、降低死亡率,血液灌流,定义：血液灌流是血液借助体外循环引入装入固态吸附剂的容器中，以吸附清除某些外源性或内源性的毒物，达到血液净化的一种治疗方法。 这一过程有点类似于血液透析，所不同的是在“净化”的机理方面，血液透析是借助超滤及透析作用而除去小分子代谢废物及水分，而血液灌流则有赖于吸附剂、酶、活细胞等对血液某些成分进行吸附或分解等加工处理。目前临床上主要用于抢救药物和毒物中毒，在这个领域血液透析和腹膜透析等常规血液净化方法更为有效。,一、血液灌流发展史,1948年1858年1964年1966年1970年以后,Muirhead ReidSchreinerYatzidis张明瑞,离子交换树脂离子交换树脂未包裹活性炭白蛋白火棉胶超薄半透膜包裹活性炭作HP吸附剂及包裹技术有很大发展,吸附狗血中BUN巴比妥中毒尿毒症及药物中毒,二 血液灌流吸附剂（一）HP吸附剂要求,1.无毒无过敏反应2.与血液接触不发生理化反应3.有一定机械强度,不发生微粒脱落4.有强大吸附作用5.生物相容性好,（二）常用吸附剂,1.活性炭（Charcoals） 制备：椰子壳石油木材骨骼,高温蒸馏、炭化、酸洗及活化活性炭,结构及性能：球状、柱状、纤维状 大表面积（1000m2/g）、多孔（大孔径500A0） 中孔（20 500A0）、小孔，20 A0 吸附谱： 肝酐、尿酸、中分子毒物、胍类、酚类、氨、 药物及芳香族氨基酸,吸附原理： 非特异性吸附，对无极性、疏水分子吸附力强 包裹材料：白蛋白火棉胶、丙烯酸水凝胶、醋酸纤维素、明胶、硅、尼龙等 活性炭之生物相容性及炭粒脱落,包裹材料要求,1.膜厚0.055，强度高，不易破损2.膜微孔0.54.5nm，溶质易通过3.血液相容性好4.易消毒,2. 树脂：,高分子合成树脂是由苯乙烯与二乙烯苯聚合制成的环球形共聚体,(2)结构及性能 大孔径环球形共聚体，表面积500m2/g，吸附性稍逊于活性炭，生物相容性较活性炭好。(3)吸附谱 极性树脂：极性大，带亲水基团物质 非极性树脂：脂溶性物质(4)吸附原理 物理化学性吸附：电荷相斥、相吸；(5)包裹问题 树脂也需包裹,3. 免疫吸附剂,将特异性免疫活性物质加入吸附剂中，以吸附血液中特异致病因子 吸附柱：由常用吸附剂做成 配体：是固定在吸附柱上的免疫吸附物 由HE演化而来,载体与配体,1载体：能固定配体的吸附材料 琼脂糖凝胶、丙烯酰胺凝胶、聚羟乙基异丁烯酸脂凝胶、活性炭、硅胶2 配体： 抗原、抗体或有特定物理化学亲和力的物质，蛋白A,（三）免疫吸附原理,免疫吸附原理：免疫吸附抗原抗体结合补体Fc免疫复合物结合静电结合疏水结合,抗原固定型 抗体固定型 补体固定型 蛋白A固定型 静电结合型 疏水结合型,免疫吸附剂类型：,造型 ： 圆柱形、腰鼓形、梭形等 活性炭：100300g 树脂：NK107 XAD-4 250350g,三、HP灌流器及灌流机（一）HP灌流器,（二）血液灌流机,1专用血液灌流机：内有报警、加温系统，可按需设定温度等；2亚太HP、HE两用机：有加温及报警系统；,. 3普通血透机（1）HP时将V回路水浴于400C温水中；（2）与血透器串联使用：透析液加温，HP灌流器在HD透析器前；,四、HP操作技术（一）血管通路,临时通道，要求血流量达200mlmin以上 1颈内静脉股静脉双腔留置导管； 2桡动脉贵要静脉穿刺；,（二）HP灌流器装置及冲洗（见图）,1HP器V端垂直向上，A端向下放置于架上， 连接导管V端于HP器V端上（上口）；2将运血导管A端连接冲洗吊瓶，导管充满液体后再连接于HP器A端上（下口）；,3开动血泵用NS冲洗HP器，流量200-300 mlmin；总量5000ml；4冲洗结束前的500ml NS中加入肝素20mg（4mgdl），循环冲洗20分钟，使HP器充满肝素盐水；,图1,（三）肝素化方法 用量较HD大,1首剂负荷量：0.81.6mg/kg；2追加维持量：812mg/h，维持CT在2030分钟WBPTT 120秒,（四）HP开始阶段注意事项,1血流量从50ml/min开始，每5分钟增加5080 ml，1520分钟后可增加至200ml/min。流量与吸附关系（150200ml/min）2初20分钟内极易发生低血压等生物不相容反应: （1）每35分钟测血压一次或心电、血压监护； （2）在HP20分钟左右静脉注入地米10mg；,（五）结束HP措施,1结束HP前，将HP 灌流器调正方位使A端在上，V端向下；2用NS250ml/空气回血；3鱼精蛋白中和肝素，用量为肝素总量之2/31/2；,（六）总灌流时间,1HP一般23小时结束，3小时后需更换HP器；2HP结束后如有药物反跳可在数小时/1天后再次HP；3总疗程以中毒/疾病情况而不同；,五HP前后检查及术中监护（一）HP前后检查,1病人一般情况、中毒情况；2术前后查血常规、CT/APTT，药物中毒者HP前及每半小时查药物血浓度；3其它疾病：查HP前后有关指标以对比，如血氨、胆红素、甲状腺素等；,（二）术中监护,1观察生命体征： 呼吸、心率、血压及神志， 观察效果；2灌流情况：血流量、动静脉压力、有无凝血情况（CT/APTT）；3副反应情况：发冷、发抖、低血压、WRC/血小板下降，出血现象，胸闷、气急、碳粒脱落等；,六、HP之副反应（一）低血压：中毒过深、血容量不足、生物相容性不良、过敏等，大多出现于半小时内；（二）发冷、发抖及发热：生物相容性不良/致热原反应；,（三）对血小板、白血球及凝血因子影响,1血小板及白血球有不同程度下降。2出血或凝血：凝血因子被吸附、破坏而消耗。,（四）碳粒脱落 冲洗/包裹不良（五）空气栓塞 技术事故（六）其它 低血钙、低血糖、吸附氨基酸、 激素及药物吸附,七血液灌流的临床应用（一）药物或毒素中毒1药物/毒物中毒时HP的指征：（1）血浆浓度已达致死浓度。（2）有继续吸收，经内科治疗无效，病情加重。（3）严重中毒、长时昏迷、已发生心肺肾等脏器损害。（4）原有肝/肾功能不全，对毒物排泄不利者。（5）具有产生代谢障碍或有延缓效应的药物中毒。2HP对药物清除谱及清除效果,表 血液透析、活性炭、树脂对某些药物的清除率,药物名称 标准血液透析 活性炭 XAD-4树脂 acetaminophen 0.4 0.5 0.7异戊巴比妥 0.26 0.3 0.9乙酰水杨酸 0.5 0.51 二乙基溴比乙酰脲 0.31 0.55 1.0地高辛 0.2 0.3-0.6 0.4 ethchlorynol 0.32 0.7 1.0 苯乙呱啶酮 0.16 0.65 0.8paraquate 0.5 0.6 0.9戊巴比妥 0.27 0.5 0.85茶碱 0.5 0.7 0.75tricyclics 0.35 0.35 0.8,3HD与HP选择：上表已涉及原则：（1）HD与HP效果相似者选HD；（2）醇类锂及水杨酸中毒选HD（HDHP）；（3）脂溶性药物与蛋白结合率高及有机磷中毒选HP；（4）有低温状态下选HD+HP；,4HP治疗药物中毒之评价（1）对脂溶性、有机磷、某些安眠药HP效果明显优于HD；（2）HP仅能清除药物和毒物，不能清除药物已产生之效应； 有机磷阿托品、胆碱脂酶复活剂（3）对毒物引起的呼吸、心血管抑制、酸碱平衡等作相应治疗；,（二）HP治疗药物中毒之非适应症,1.毒物作用迅速/代谢清除率HP清除率2.HP效果HD效果3.药物产生酸中毒且能被HD清除4.药物分布容积极大，或不可逆5.药物无严重毒性,（三）HP对尿毒症之治疗,1HP对肌酐、尿酸及中分子物质有良好清除作用2h HP=610hHD；2HP对改善病人消化道