Lecture+2+血液净化、泌尿、免疫系统的人工器官

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(227．5L)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。肾病是影响人类健康的主要疾病之一。据调查，自60年代Scribner引进常规透析疗法以来，血透患者人数已达50万人之多。据有关专家比较保守的估计，全世界每天约有10.6万个新病人进入常规血透治疗。

每年约有7000万病人进行血液透析，其中仅有5％可望进行肾移植。这种晚期肾病患者的年发病率在世界范围内约为50-150人／百万人口。根据我国部分省市的调查，我国晚期肾病患者的年发病率约为100人／百万人12，其中大多数为青、中年。肾病也是困扰1300多万美国人(5％美国人口)的严重问题。1999年，全部的晚期肾病患者达350000人，死亡68000人，花费共达179亿美元。人工肾的背景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主要有两种治疗方法人工肾（Artificialkidney）：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19世纪中叶，苏格兰化学家格（ThomasGraham）发现“透析”现象；1913年Abel等用火棉胶膜制成管状透析装置进行动物透析实验；1943年Kolf等首次将转鼓型人工肾应用于临床并获得成功，开创了人工肾治疗肾衰竭患者的历史；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；1953年,Engelberg成功研制改良型蟠管透析器；1955年，Kolff进一步研制成功双蟠管型人工肾，并应用于急性肾衰竭和药物中毒的治疗，并由美国Travenol公司批量生产。人工肾的发展历史1967年，Lipps把醋酸纤维拉成直径200μm的空心纤维，将800~10000根纤维装在1个透析器硬壳内，全世界第1个空心纤维(hollowfiber)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。第一台KOLLF人工肾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人工肾类别标准平板型人工肾（又称Kiil型透析器）；卷管型（或称Coil型）；中空纤维型人工肾；其中第1,2型由于时间太久，已被多数国家淘汰。目前临床应用的人工肾主要分为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。膜材料人工肾的工作原理

人工肾是利用膜分离原理。根据Gibbs-Donnan膜平衡原理，用半透膜将引出人体外的血液与专门配制的透析液隔开。由于血液与透析液所含溶质浓度不用，及所形成的渗透浓度差，使包含代谢产物的溶质（如尿素、尿酸以及废物硫酸盐、酚和过剩离子Na+、K+、Cl-），在浓度梯度的驱动下从浓度高的血液一侧移动到浓度低的透析液一侧（弥散作用）；而水分则从浓度低的透析液一侧向浓度高的一侧转移（渗透作用），最终实现动态平衡，达到清除人体代谢废物和纠正水、电解质和酸碱平衡的治疗目的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

常用的透析器是中空纤维型结构，有内径200μm，壁厚30微米左右的透析膜材料制成1~1.5万跟空心纤维，组装在直径5~10cm、长约20~25cm的圆柱状玻璃容器内。透析器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。人工肾透析回路组成示意图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。中心静脉临时导管置管术中心静脉临时导管穿刺示意图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3～5cm。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1～1.5cm进针。针干与皮肤呈30°～45°，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脉置管双腔管，导管长度19～20cm。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2～3cm，股动脉内侧0.5～1cm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-membranepressure,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（sievingcoefficient)；

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。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，影响滤过率；物理性能高度稳定。

腹膜透析（Peritonealdialysis）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(continuousambulatory-peritonealdialysis,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(wearableartificialkid-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(dailydialysiS)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