07-人工肾-肺-肝幻灯片

Chapter9MEDICALAPPLICATIONSOFMEMBRANES高分子合成膜的对物质透析、滤过功能人工肾膜－透析作用，膜的截留分子量<5000人工肺膜－气体交换，疏水微孔膜或硅橡胶致密膜人工肝膜－滤过吸附作用，膜的截留分子量5～8万参考文献：刘茉娥等编“膜分离技术应用手册”化工出版社，2001Thekidneyisakeycomponentofthebody'swastedisposalandacid-baseregulationmechanisms.

Eachyearapproximatelyonepersonintenthousandsuffersirreversiblekidneyfailure.IX.2.Hemodialysis 肾的功能1、代谢尾产物的排泄尿、尿酸、肌肝和其他含氮物质；非挥发性酸及其盐（硫、硝、磷）；非含氮化合物的电解质、水等。2、调节水、电解质和酸碱平衡

肾小球滤过、肾小管重吸收:调节Na+的排泄；

远端小管：H+、K+的产生及其浓度控制；

近端小管重吸收：调节磷的产生3、产生多种生物活性物质如：肾素、促红细胞生成素、前列腺素、血管舒张素和激肽等人体肾再吸收与分泌功能

近端肾小管对水钠等的重吸收功能肾小管的重吸收功能

AA-氨基酸，Glu-葡萄糖，PD-电位差，CA-碳酸脱水酶尿的浓缩功能

血液中物质的分子量血液中的分子分子量

人血蛋白67000人免疫球蛋白150000～900000

α及β链45000及10000胆红素600结合胆红素800胆固醇400凝血酶原70000凝血酶40000抗凝血酶60000α2微球蛋白700000血浆铜蓝蛋白130000转铁蛋白80000糖蛋白40000抗胰蛋白酶50000各种补体90000～400000醋酸纤维素透析膜的物质透析平衡Kolf'’stubularhemodialyzerdeviceHollowfiberandplate-and-framedialyzersRelative

solutepermeabilityforvarioussolutesregeneratedcellulosemembrane(Cuprophan150)

相对扩散系数（Dm/Dw)Clearanceforhemodialyzersandthenormalkidney

三种透析过程的液流流向示意hemodialysis；hemofiltration；hemodiafiltration血液血液透析液透析液血液血液预稀释透过液后稀释透析液透析液血液血液后洗释(a)血液透析(b)血液滤过(c)血液洗滤三种透析过程的溶质清除率HemodialysisHemofiltrationHemodiafiltration透析液中有关离子的浓度范围钠离子钙离子镁离子葡萄糖mmol/lmmol/lmmol/lg/l三种渗析过程的清除率比较对三种透析过程效率比较可知，HDF对β2－微球蛋白清除率远比HF和HD大。除以上三种透析器外，还有一种吸附－透析型膜组件，它是将滤过型或透析型膜组件分别与吸附剂结合的透析器，可直接用于分子量稍大、且不易透析的血液内代谢废物在短时间内快速除去。

目前称这类透析器为人工肝。膜的筛分系数是评价各种膜对血浆蛋白及其它有关分子滤过率大小的参数，其定义为透过液中溶质浓度除以透析器的进出口溶质浓度的平均值。Stokes半径Å筛分系数S

膜的筛分系数不同膜的筛分系数比较膜的筛分系数高表示溶质或蛋白的透过率高，对透析膜、滤过膜、血浆分离膜的筛分系数是不同的。溶质及其分子量铜仿膜（10μm）聚酰胺膜肾小球基底膜尿素（60）1.01.01.0蔗糖（342）0.81.01.0微生素B12（1355）0.61.01.0菊粉（5200）0.30.950.95白蛋白（69000）0.0020.01--

三种结构的中空纤维膜人工肾透析机理三种透析过程的液流流向示意图血液血液透析液透析液血液血液预稀释透过液后稀释透析液透析液血液血液后洗释(a)(b)(c)

(a)血液透析(b)血液滤过(c)血液洗滤

几种常用透析液组成透析液种类Na+Ca++K+Mg++CI-醋酸盐碳酸氢盐糖mmol/L醋酸盐1351.7520.7510438--11.1(200)无钾1351.7500.7510637--11.1(200)无糖1351.7520.7510438--11.1(200)高钠1401.7520.7511136--11.1(200)低钠1350.520.510336--11.1(200)碳酸氢盐1391.7520.5106.543511.1(200)

有关Na+、Ca++等离子的浓度为mmol/lASAIO渗析用水及有关饮用水成分标准物质渗析用水饮用水ASAIOABCK8

Na70

Ca2

Mg4

Cu0.10.050.05

Zn0.15.050.1Fe

0.30.30.3Mn

0.0010.001

Ba

0.1

Co0.010.010.01

Cr0.014250200

C0.0010.01

0.01Pb0.0050.050.10.05Ag0.005

0.05Sc0.0090.010.050.01As0.0050.010.2

Hg0..0002

0.001F

0.7~1.2

Cl0.51010

氯化物(Cl-)0.2

250氯胺0.1

硝酸盐(NO3-)245

20硫酸盐(SO4-)100250100250有机物＜100

氟化物(F-)

0.1酚

0.0010.001

注：表中的单位为mg/L;ASAIO美国人工脏器学会标准;A美国公共卫生部门(1962);B世界卫生组织(WHO)的国际标准(1958);C中国卫生标准

Kedem-Kachalsky不可逆热力学传质模型

式中，水力渗透系数、反射系数、溶质渗透系数分别为：

铜仿渗析膜装置(PT-150)通用的常数值溶质MWPm×102(m/h)σRm(min/cm)D(μm/cm)尿素603.180.018.9(13.1)(1400)肌氨酸酐1131.30.035.8(22.8)(830)尿酸1681.14——52.6(30.7)(630)磷酸盐950.932——64.4(34.7)(750)蔗糖3420.5260.157114.0

密三糖5040.3670.241164.0

维生素B1213550.1660.387362.0

铜仿渗析膜装置(PT-150)通用的常数值溶质MWPm×102(m/h)σRm(min/cm)D(μm/cm)尿素603.180.018.9(13.1)(1400)肌氨酸酐1131.30.035.8(22.8)(830)尿酸1681.14——52.6(30.7)(630)磷酸盐950.932——64.4(34.7)(750)蔗糖3420.5260.157114.0

密三糖5040.3670.241164.0

维生素B1213550.1660.387362.0

刮号内为文献[12]的数据，所有数据在T=310K时测得。Stokes半径Å筛分系数S人工肾的筛分系数

不同膜的筛分系数比较溶质及其分子量铜仿膜（10μm）聚酰胺膜肾小球基底膜尿素（60）1.01.01.0蔗糖（342）0.81.01.0微生素B12（1355）0.61.01.0菊粉（5200）0.30.950.95白蛋白（69000）0.0020.01--人工肾人工肾－依靠透析膜两侧血液和透析液中电解质的浓度差，使血液中的代谢产物透析通过膜进入透析液中，经透析处理解毒后的血液回到人体的静脉中，而排入透析液中的小分子毒物被弃去，最后达到血液的净化。

人工肾的作用原理

板框式人工肾外壳透析液出血液出透析液进血液出透析液进透析液进血液透析液透析液进血液出血液进透析液出血液进透析液出]中心管膜支撑网

卷式人工肾

中空纤维膜式人工肾外壳透析液进血液流出中空纤维透析液出血液流进血液透析液三种人工肾的市场占有率及发展趋势板式中空纤维盘管式应用比例%

正常血液及血液透析前后血液中溶质的浓度溶质正常血液(浓度/L)24小时尿去除量肾功能不全者血中浓度（L）6-8小时透析去除量透析前透析后水(l)

1.5-2.0

2Na+(meq)135-145100-300135-145135-1450-700K+(meq)3.5-5.575-1503.5-5.53.5-4.00-150Ca2+(meq)4.8-5.6

4.8-5.64.8-5.60Mg2+(meq)1.8-2.35-101.8-4.01.8-2.30-10CI-(meq)97-105100-30097-10597-1050-500HCO3-(meq)25-28

15-2225-32

P(mg)30-451000-150040-8030-50200-2000SO42-meq)1255-10150-100尿素(mg)50-20012000-30000500-1000200-40012000-30000尿酸(mg)50600100～50050～1001000～4000人工肾装置工作流程图

AD空气检测器BD血液检测器BP血液泵CG电导表CO浓缩液CS电导传感器D透析器DP透析液泵DR排放口H加热器HP肝素灌输泵LC管路夹IV静脉流体NPG负压表PP比例泵PPG正压表TG温度表TS温度传感器V旁路阀W水透析系统血路监控系统各种人工肾的消毒方式膜种类ETO蒸汽γ射线S铜仿膜+++血仿膜+++醋酸纤维+-+聚砜+++聚丙烯睛+-+聚甲基丙烯酸甲酯--+聚碳酸酯+-+聚酰胺+-+乙烯聚乙烯醇(EVAL)+-+

（ETO）环氧乙烷法、蒸气法及γ射线消毒法。

人工肺（膜式氧合器）膜式氧合器的作用

人工肺－指由人工合成膜组装成的，具有气血交换功能，能排除静脉血中的CO2并吸收O2,使其成为动脉血，以取代人体肺功能得一种装置。用高分子膜制成得氧合器也称膜肺。人体肺与人工肺特性比较比较项目

单位人体肺人工肺肺血流量L/min55压差mmHg120-200肺血体积L11-4气血间传质时间Sec0.1-0.33-30血膜厚度mm0.005-0.0100.1-0.3毛细管长度cm0.012-20肺气量l/min72-10气体交换面积m250-1002-10静脉O2分压mmHg40-50650静脉CO2分压mmHg3-530-50

各种氧合器用膜的性质聚合物膜结构

膜总厚度(μm)透过系数ml/min.m2atmO2CO2硅橡胶膜聚酯网增强190(160)140770硅橡胶-聚碳酸酯共聚物膜均质膜50170730

超薄聚砜-微孔聚丙烯复合膜多孔聚丙烯涂布25(2.5)11004600超薄乙烯基聚合物膜无纺布涂层175(2.5)8804700聚丙烯膜多孔25良好良好聚四氟乙烯膜多孔500良好良好

括号内为膜的有效厚度平板折叠式氧合器(Travenol型)血液进出口微孔膜氧气流道网支撑片外壳可膨胀的薄片血液流道网

Kolobow型膜式氧合器

中空纤维膜氧合器

中空纤维编织线血液气体心脏手术过程中体外循环流程示意图

人工肝

人工肝的构成及作用

人工肝－采用动物肝脏培养细胞或人类肝肿瘤细胞系的细胞作为生物成分，以中空纤维腔作为生物反应器载体，并联合应用吸附技术的一种生物和非生物集成装置，达到血液脱毒的目的