Lecture+2+血液净化、泌尿、免疫系统的人工器官课件

1、人工肾人工肝人工胰脏人造血液人造血管血液净化、泌尿、免疫系统的人工器官人工肾每只肾豆形、拳头大小，它们位于脊柱两侧、胸腔的正下方。肾是复杂的垃圾收购站，每天肾处理约200夸脱(2275L)的血液，产生约2夸脱的尿(废物和过量的水)。简介 肾元是组成肾的基本单位，其包括肾小球和肾小管。 肾小球毛细血管与肾小管连在一起，血液中的尿酸、尿素、水、无机盐、葡萄糖等进入肾小管形成原尿。 原尿经过肾小管时，其中的大部分水、全部葡萄糖、部分无机盐被重吸收，形成尿液。长期持续地进行血液的透析滤过，每周2-3次；肾器官移植：但是因为适合的肾源紧张，所以血液透析为主要方式，人工肾变得必不可少。目前慢性肾衰竭的病人

2、主要有两种治疗方法人工肾（Artificial kidney）：基于半透膜原理所构建的一种能过滤清除血液毒素的装置。人工肾 又称人工透析机，人工肾是一种透析治疗设备。是用人工方法模仿人体肾小球的过滤作用，在体外循环的情况下，去除人体血液内过剩的含氮化合物、新陈代谢产物或逾量药物，调节水和电解质平衡，以使血液净化的一种高技术医疗仪器。定义 透析疗法包括血液透析、血液滤过、血液灌流和腹膜透析，是分别应用血液透析机、血滤机、血液灌流器和腹膜透析管对病人进行治疗的技术。透析疗法1967 年，Lipps 把醋酸纤维拉成直径200m 的空心纤维，将80010000 根纤维装在1 个透析器硬壳内，全世界第1

3、 个空心纤维( hollow fiber) 透析器问世。它的优点是体积小、透析效率高、脱水能力强，延用至今。1960年Kill研制平板型人工肾，促进血液透析的发展与普及；1966年Steward研制空心纤维人工肾临床应用成功。1946年在伦敦，哈默.史密斯医院使用的由科尔夫发明的早起人工肾平板型人工肾卷管型人工肾中空纤维型人工肾 需从病人动脉将血液引，在人工肾经过透析后在从经脉输入病人体内。 它的核心部分是一种用高分子材料（称为膜材料）制成的透析器。这种膜材料具有半通透性，可以替代肾小球以实现其毛细血管壁的滤过功能，以达净化血液的目的人工肾的工作机理 现用的膜材料有用化学方法从棉花中提取的再生

4、纤维素和改良纤维素，以及一些高分子聚合物，如聚丙烯腈、聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、聚甲基丙烯酸甲脂等。当今世界上有300多种产品的人工肾，所用透析膜材料有30多种。膜材料透析型人工肾有三部分组成：血液净化系统（透析器）、透析液供给系统和自动控制系统。人工肾的组成临床透析 透析膜上的孔径平均为3nm，所以只允许分子量为1.5万以下的小分子和部分中分子物质通过，而分子量大于3.5万的大分子物质不能通过。因此，蛋白质、致热原、病毒、细菌以及血细胞等都是不可透出的； 尿的成分中大部分是水，要想用人工肾替代肾脏就必须从血液中排出大量的水分，人工肾只能利用渗透压和超滤压来达到清除过多的水分之目的。 现在所使

5、用的人工肾即血液透析装置都具备上述这些功能，从而对血液的质和量进行调节，使之近于生理状态。 当代人工肾由微机控制，可自动检测和控制渗透压（经脉回路压力和透析液压力之差）、透析液的温度及浓度，并能进行静脉口气泡检测及报警，漏血检测及报警，以及透析液低电导检测及报警。 病人先接受一系列检查；做血管入口，分为两种：永久性血管入口（瘘管和移植片）和暂时性血管入口（如中央管）。将动脉和静脉连接到一起就形成瘘管，这将扩张静脉，从而增加血流量。血液透析准备 中心静脉导管是各种血液净化疗法的血管通路之一。主要有单腔、双腔和三腔导管，目前双腔导管最常用。导管置入的部位有颈内静脉、股静脉和锁骨下静脉。中心静脉临时

6、导管置管术中心静脉临时导管 因右颈内静脉与无名静脉和上腔静脉几乎成一直线且右侧胸膜顶低于左侧，右侧无胸导管，故首选右颈内静脉插管。 根据穿刺点的不同分前、中、后三种路径，以中路最为常用。颈内静脉置管术定位：胸锁乳突肌三角（以胸锁乳突肌的锁骨头、胸骨头和锁骨形成的三角区）的顶端作为穿刺点，约距锁骨上缘35cm。颈总动脉前外侧。进针： 锁骨内侧端上缘切迹作为骨性标志，颈内静脉正好经此而下行与锁骨下静脉汇合。 穿刺时左拇指按压此切迹。在其上方11.5cm 进针。针干与皮肤呈3045，针尖略偏外。此路径颈内静脉较浅，穿刺成功机会大。 中路法颈内静脉颈内静脉局解颈内静脉置管颈内静脉置管颈内静脉置管颈内静

7、脉置管双腔管，导管长度1920cm。腹股沟穿刺处常规备皮。体位：患者仰卧位，屈膝、大腿外旋外展45，特殊患者如心衰，不能平卧可采用半坐位。完全坐位或前倾位则不宜行股静脉置管。穿刺点选择腹股沟韧带下23cm，股动脉内侧0.51cm 处。股静脉置管股静脉置管将两根针插入永久性血管入口。一根导出血液，一根将清洗干净的血液输回体内。约一杯量的血液留在体外。血液从体内被抽出；向血管或人工肾注入防凝剂，防止凝结；血液流经人工肾，废物与多余水分被清除；清洁后的血液通过气压指示器；血液通过静脉回到人体内。血液透析过程 血液滤过（hemofiltration，HF）是通过机器（泵）或病人自身的血压，使血液流经体

8、外回路中的一个滤器，在滤过压的作用下滤出大量液体和溶质，即超滤液（ultrafiltrate）；同时补充与血浆液体成分相似的电解质溶液，即置换液（substitute），以达到血液净化的目的。血液滤过 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泌功能，而是通过补充置换液来完成肾小管的部分功能 血液滤过与血液透析的原理上不同。 前者通过对流作用及跨膜（trans-membrane pressure , TMP)清除溶液及部分溶质，其溶质清除率取决于超滤量及滤过膜的筛漏系数（sieving coefficient)； 后者则是通过弥散作用清除溶质，其溶质清除率与溶质的当量成正比。

9、因此血液透析比血液滤过有更高的小分子物质清除率，而血液滤过对中分子物质清除率高于血液透析。 血液滤过是模仿肾单位的滤过和肾小管的重吸收及排泌功能，将动脉血引入血滤器，水及溶质被滤出，清除体内过多的水分及毒素 滤器基本结构和透析器一样，有平板型和空心纤维型，滤过膜是用高分子聚合材料制成的非对称膜，即由微孔基础结构所支持的超薄膜，膜上各孔径大小和长度都相等，故血滤时溶质的清除率与其分子量无关。血滤器血滤器的特性：由无毒无致热原，具有与血液生物相容性好的材料制成；截留分子量明确，使代谢产物（包括中分子物质）顺利通过，而大分子物质如蛋白质等仍留在血液内；高滤过率；不易吸收蛋白，以避免形成覆盖膜，影响滤

10、过率；物理性能高度稳定。 腹膜透析（Peritoneal dialysis）是利用腹膜作为半渗透膜，利用重力作用将配制好的透析液经导管灌入患者的腹膜腔，这样，在腹膜两侧存在溶质的浓度梯度差，高浓度一侧的溶质向低浓度一侧移动（弥散作用）；水分则从低渗一侧向高渗一侧移动（渗透作用）。通过腹腔透析液不断地更换，以达到清除体内代谢产物、毒性物质及纠正水、电解质平衡紊乱的目的。腹膜透析腹膜透析与血液透析相比各具优势。 持续不卧床腹膜透析(continuous ambulatory- peritoneal dialysis, CAPD)具有设备简单、操作易行；对中分子物质清除更为有效及对残余肾功能保护较好

11、等特点。 腹膜透析特别适合儿童、老年人和血透禁忌等人群，是特别符合我国国情需要的一种有效肾脏替代治疗手段，具有良好发展前景。腹膜透析腹膜透析 自从上世纪80年代不卧床腹膜透析(CAPD)问世以来，Shaldon等人就致力于研究佩戴式或便携式人工肾系统(wearable artificial kid-ney，WAK)。早年，Muriasco和Shettigar报道的WAK装置过于庞大，且工作效率低下， 缺乏有效和安全的控制 。 而最近的研究报道了一些真正的可称为WAK的装置，从而再次激起了人们对该领域的兴趣便携式人工肾目前越来越多的研究发现，透析时间的延长和透析频率的加大，可以明显改善终末期肾衰

12、竭患者的生活。如将终末期肾功能不全患者的透析方案由每周三次改为每天一次，其生活质量将得到很大的提高，其透析并发症(贫血和高血压)、心理症状、住院频率和药物使用状况(磷结合剂和抗高血压药物)都较传统透析方式大幅下降 每天一次的透析方案(daily dialysiS)还可以增加患者食欲(有利于改善患者营养状况及提高血清白蛋白水平)。 更有利于控制容量、纠正代谢性酸中毒和电解质紊乱(钠潴留，高钾血症和高磷血症)； 并且还可以通过有效的控制血压而降低心血管事件的发生率和死亡率，避免透析过程中因低血压而引起的心源性晕厥。 尽管CAPD治疗实现了这个目的，但是全世界范围内只有不到10的透析患者在使用这种透

13、析模式。 因为尽管腹膜透析连接管较前有了很大的改进，但腹膜炎仍然是一个棘手的问题。 而一旦腹膜透析患者的残余肾功能丧失，那么其体液交换将不得不依赖于增加高渗糖的浓度，这会使得发生包裹性腹膜硬化的风险升高， 甚至危及患者的生命便移式人工肾原理图我国首例穿戴式人工肾实用中可穿戴型人工肾 WAK便携式人工肾便携式透析装置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

14、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。便携式透析装置全套透析装置仅重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。人工肾的开发比例式透析波传送血液透析装置：虚线表示监

15、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 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)透析器血液管道组成：包括血液进出透析器的管道系统。有以下三个部分:(一)血泵: 这是血透机驱动血液体外循环的动力。现代血透机泵速为0350m1min。

16、(二)肝素泵: 用于血透抗凝持续补给肝素，可根据需要调速。(三)动静脉管路: 用于血液体外循环的管道。血液在体外管道中流动，要求组成管壁的生物材料具有良好的血液相容性，以减少红细胞、血小板等血液有形成分遭受破坏。管腔的内径为45mm，以保证足够的血液循环量。在一般情况下，血液在体外管道中流动可依靠病人自身的血压为动力，但有时需用血泵，故在进出透析器的管道上还装有用血泵的管道增厚部分。血液管道的要求主要结构包括：透析液的供给与循环系统自动监护系统。人工肾机(血透机)普通仅有醋酸盐透析液供给系统，浓缩透析液与透析用水按1:34(容量:容量)在血透机内稀释混合，加温后供给透析器。先进血透机不仅有醋酸

17、盐透析液供给系统，而且有碳酸氢盐透析液供给系统。醋酸盐浓缩液稀释倍数同普通透析机，碳酸氢盐透析液则依生产厂家设计不同而变化。基本过程是碳酸氢盐透析液酸液(A液)和碱液（B液）分装于两个容器内。血透机首先分别按一定比例稀释A液和B液，稀释后的A液和B液再按一定比例混合，提供电解质、PH值及温度均符合要求的透析液。透析液的供给与循环系统 根据是否需预先人工配制的透析液有半自动型和全自动型。透析液的流程两种方式：单流程式 亦称单通道式，系指透析液经透析器流出后即废弃。优点：流程简单、透析效果较好，缺点是透析液量大、费用贵、供液装置和储水槽体积较大、不易搬动。再循环式 系指透析液经透析器流出后，再引入

18、净化吸附装置处理，然后供连续循环使用。加有净化器(吸附筒)。优点：减少透析液的用量(一次透析8小时仅需5.5L的透析液)，缩小透析液供给装置的体积。人工肾机透析液供给装置组成包括有两部分：血路监护报警透析液路监护报警自动监护装置 动脉压报警 动脉压在血泵前测量，故为负值。动脉压负值大小取决于泵速、动脉针内径、病人血压和瘘管血流量大小。动脉压负值在标准透析(血流量200mlmin)时，为-50-100mmHg。 静脉压报警 静脉压在血泵后测量，故为正值。静脉压取决于血泵速度及血液回流体内遇到的阻力。标准透析时，静脉压一般在+50+100mmHg。静脉压过高常由于抗凝不充分和血流回路不畅，结果增加强迫超滤。 空气报警 由于泵前输液或血路导管破裂，空气可进入血路。血路监护报警 温度报警：一般情况下，透析液温度保持在36.037.5，平均37。需要特殊治疗时，透析液温度可低至34，或高达39。此外，透析液消毒温度可调节在8090，超过90即报警。电导度报警：透析液电导度反映总离子浓度，一般在13.515.0mMhocm之间。漏血报警：当透析膜破裂，血液进入透析液，通过光