Lecture+2+血液凈化、泌尿、免疫系統(tǒng)的人工器官

人工腎人工肝人工胰臟人造血液人造血管血液凈化、泌尿、免疫系統(tǒng)的人工器官人工腎每只腎豆形、拳頭大小，它們位于脊柱兩側(cè)、胸腔的正下方。腎是復(fù)雜的垃圾收購站，每天腎處理約200夸脫(227．5L)的血液，產(chǎn)生約2夸脫的尿(廢物和過量的水)。簡介

腎元是組成腎的基本單位，其包括腎小球和腎小管。

腎小球毛細血管與腎小管連在一起，血液中的尿酸、尿素、水、無機鹽、葡萄糖等進入腎小管形成原尿。

原尿經(jīng)過腎小管時，其中的大部分水、全部葡萄糖、部分無機鹽被重吸收，形成尿液。腎病是影響人類健康的主要疾病之一。據(jù)調(diào)查，自60年代Scribner引進常規(guī)透析療法以來，血透患者人數(shù)已達50萬人之多。據(jù)有關(guān)專家比較保守的估計，全世界每天約有10.6萬個新病人進入常規(guī)血透治療。

每年約有7000萬病人進行血液透析，其中僅有5％可望進行腎移植。這種晚期腎病患者的年發(fā)病率在世界范圍內(nèi)約為50-150人／百萬人口。根據(jù)我國部分省市的調(diào)查，我國晚期腎病患者的年發(fā)病率約為100人／百萬人12，其中大多數(shù)為青、中年。腎病也是困擾1300多萬美國人(5％美國人口)的嚴重問題。1999年，全部的晚期腎病患者達350000人，死亡68000人，花費共達179億美元。人工腎的背景長期持續(xù)地進行血液的透析濾過，每周2-3次；腎器官移植：但是因為適合的腎源緊張，所以血液透析為主要方式，人工腎變得必不可少。目前慢性腎衰竭的病人主要有兩種治療方法人工腎（Artificialkidney）：基于半透膜原理所構(gòu)建的一種能過濾清除血液毒素的裝置。人工腎又稱人工透析機，人工腎是一種透析治療設(shè)備。是用人工方法模仿人體腎小球的過濾作用，在體外循環(huán)的情況下，去除人體血液內(nèi)過剩的含氮化合物、新陳代謝產(chǎn)物或逾量藥物，調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)平衡，以使血液凈化的一種高技術(shù)醫(yī)療儀器。定義透析療法包括血液透析、血液濾過、血液灌流和腹膜透析，是分別應(yīng)用血液透析機、血濾機、血液灌流器和腹膜透析管對病人進行治療的技術(shù)。透析療法19世紀中葉，蘇格蘭化學(xué)家格（ThomasGraham）發(fā)現(xiàn)“透析”現(xiàn)象；1913年Abel等用火棉膠膜制成管狀透析裝置進行動物透析實驗；1943年Kolf等首次將轉(zhuǎn)鼓型人工腎應(yīng)用于臨床并獲得成功，開創(chuàng)了人工腎治療腎衰竭患者的歷史；1946年,加拿大Murray等研制成功第一臺蟠管(Coil)型人工腎,并應(yīng)用臨床；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進一步研制成功雙蟠管型人工腎，并應(yīng)用于急性腎衰竭和藥物中毒的治療，并由美國Travenol公司批量生產(chǎn)。人工腎的發(fā)展歷史1967年，Lipps把醋酸纖維拉成直徑200μm的空心纖維，將800~10000根纖維裝在1個透析器硬殼內(nèi)，全世界第1個空心纖維(hollowfiber)透析器問世。它的優(yōu)點是體積小、透析效率高、脫水能力強，延用至今。1960年Kill研制平板型人工腎，促進血液透析的發(fā)展與普及；1966年Steward研制空心纖維人工腎臨床應(yīng)用成功。第一臺KOLLF人工腎1946年在倫敦，哈默.史密斯醫(yī)院使用的由科爾夫發(fā)明的早起人工腎人工腎類別標(biāo)準(zhǔn)平板型人工腎（又稱Kiil型透析器）；卷管型（或稱Coil型）；中空纖維型人工腎；其中第1,2型由于時間太久，已被多數(shù)國家淘汰。目前臨床應(yīng)用的人工腎主要分為平板型人工腎卷管型人工腎中空纖維型人工腎

需從病人動脈將血液引，在人工腎經(jīng)過透析后在從經(jīng)脈輸入病人體內(nèi)。

它的核心部分是一種用高分子材料（稱為膜材料）制成的透析器。這種膜材料具有半通透性，可以替代腎小球以實現(xiàn)其毛細血管壁的濾過功能，以達凈化血液的目的人工腎的工作機理現(xiàn)用的膜材料有用化學(xué)方法從棉花中提取的再生纖維素和改良纖維素，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。當(dāng)今世界上有300多種產(chǎn)品的人工腎，所用透析膜材料有30多種。膜材料人工腎的工作原理

人工腎是利用膜分離原理。根據(jù)Gibbs-Donnan膜平衡原理，用半透膜將引出人體外的血液與專門配制的透析液隔開。由于血液與透析液所含溶質(zhì)濃度不用，及所形成的滲透濃度差，使包含代謝產(chǎn)物的溶質(zhì)（如尿素、尿酸以及廢物硫酸鹽、酚和過剩離子Na+、K+、Cl-），在濃度梯度的驅(qū)動下從濃度高的血液一側(cè)移動到濃度低的透析液一側(cè)（彌散作用）；而水分則從濃度低的透析液一側(cè)向濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)移（滲透作用），最終實現(xiàn)動態(tài)平衡，達到清除人體代謝廢物和糾正水、電解質(zhì)和酸堿平衡的治療目的透析型人工腎有三部分組成：血液凈化系統(tǒng)（透析器）、透析液供給系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。人工腎的組成臨床透析

常用的透析器是中空纖維型結(jié)構(gòu)，有內(nèi)徑200μm，壁厚30微米左右的透析膜材料制成1~1.5萬跟空心纖維，組裝在直徑5~10cm、長約20~25cm的圓柱狀玻璃容器內(nèi)。透析器透析膜上的孔徑平均為3nm，所以只允許分子量為1.5萬以下的小分子和部分中分子物質(zhì)通過，而分子量大于3.5萬的大分子物質(zhì)不能通過。因此，蛋白質(zhì)、致熱原、病毒、細菌以及血細胞等都是不可透出的；尿的成分中大部分是水，要想用人工腎替代腎臟就必須從血液中排出大量的水分，人工腎只能利用滲透壓和超濾壓來達到清除過多的水分之目的。

現(xiàn)在所使用的人工腎即血液透析裝置都具備上述這些功能，從而對血液的質(zhì)和量進行調(diào)節(jié)，使之近于生理狀態(tài)。

當(dāng)代人工腎由微機控制，可自動檢測和控制滲透壓（經(jīng)脈回路壓力和透析液壓力之差）、透析液的溫度及濃度，并能進行靜脈口氣泡檢測及報警，漏血檢測及報警，以及透析液低電導(dǎo)檢測及報警。人工腎透析回路組成示意圖病人先接受一系列檢查；做血管入口，分為兩種：永久性血管入口（瘺管和移植片）和暫時性血管入口（如中央管）。將動脈和靜脈連接到一起就形成瘺管，這將擴張靜脈，從而增加血流量。血液透析準(zhǔn)備

中心靜脈導(dǎo)管是各種血液凈化療法的血管通路之一。主要有單腔、雙腔和三腔導(dǎo)管，目前雙腔導(dǎo)管最常用。導(dǎo)管置入的部位有頸內(nèi)靜脈、股靜脈和鎖骨下靜脈。中心靜脈臨時導(dǎo)管置管術(shù)中心靜脈臨時導(dǎo)管穿刺示意圖因右頸內(nèi)靜脈與無名靜脈和上腔靜脈幾乎成一直線且右側(cè)胸膜頂?shù)陀谧髠?cè)，右側(cè)無胸導(dǎo)管，故首選右頸內(nèi)靜脈插管。

根據(jù)穿刺點的不同分前、中、后三種路徑，以中路最為常用。頸內(nèi)靜脈置管術(shù)定位：胸鎖乳突肌三角（以胸鎖乳突肌的鎖骨頭、胸骨頭和鎖骨形成的三角區(qū)）的頂端作為穿刺點，約距鎖骨上緣3～5cm。頸總動脈前外側(cè)。進針：鎖骨內(nèi)側(cè)端上緣切跡作為骨性標(biāo)志，頸內(nèi)靜脈正好經(jīng)此而下行與鎖骨下靜脈匯合。

穿刺時左拇指按壓此切跡。在其上方1～1.5cm進針。針干與皮膚呈30°～45°，針尖略偏外。此路徑頸內(nèi)靜脈較淺，穿刺成功機會大。中路法頸內(nèi)靜脈頸內(nèi)靜脈局解頸內(nèi)靜脈置管頸內(nèi)靜脈置管頸內(nèi)靜脈置管頸內(nèi)靜脈置管雙腔管，導(dǎo)管長度19～20cm。腹股溝穿刺處常規(guī)備皮。體位：患者仰臥位，屈膝、大腿外旋外展45°，特殊患者如心衰，不能平臥可采用半坐位。完全坐位或前傾位則不宜行股靜脈置管。穿刺點選擇腹股溝韌帶下2～3cm，股動脈內(nèi)側(cè)0.5～1cm處。股靜脈置管股靜脈置管將兩根針插入永久性血管入口。一根導(dǎo)出血液，一根將清洗干凈的血液輸回體內(nèi)。約一杯量的血液留在體外。血液從體內(nèi)被抽出；向血管或人工腎注入防凝劑，防止凝結(jié)；血液流經(jīng)人工腎，廢物與多余水分被清除；清潔后的血液通過氣壓指示器；血液通過靜脈回到人體內(nèi)。血液透析過程

血液濾過（hemofiltration，HF）是通過機器（泵）或病人自身的血壓，使血液流經(jīng)體外回路中的一個濾器，在濾過壓的作用下濾出大量液體和溶質(zhì)，即超濾液（ultrafiltrate）；同時補充與血漿液體成分相似的電解質(zhì)溶液，即置換液（substitute），以達到血液凈化的目的。血液濾過

整個過程模擬腎小球的濾過功能，但并未模仿腎小管的重吸收及排泌功能，而是通過補充置換液來完成腎小管的部分功能

血液濾過與血液透析的原理上不同。前者通過對流作用及跨膜（trans-membranepressure,TMP)清除溶液及部分溶質(zhì)，其溶質(zhì)清除率取決于超濾量及濾過膜的篩漏系數(shù)（sievingcoefficient)；

后者則是通過彌散作用清除溶質(zhì)，其溶質(zhì)清除率與溶質(zhì)的當(dāng)量成正比。因此血液透析比血液濾過有更高的小分子物質(zhì)清除率，而血液濾過對中分子物質(zhì)清除率高于血液透析。

血液濾過是模仿腎單位的濾過和腎小管的重吸收及排泌功能，將動脈血引入血濾器，水及溶質(zhì)被濾出，清除體內(nèi)過多的水分及毒素

濾器基本結(jié)構(gòu)和透析器一樣，有平板型和空心纖維型，濾過膜是用高分子聚合材料制成的非對稱膜，即由微孔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所支持的超薄膜，膜上各孔徑大小和長度都相等，故血濾時溶質(zhì)的清除率與其分子量無關(guān)。血濾器血濾器的特性：由無毒無致熱原，具有與血液生物相容性好的材料制成；截留分子量明確，使代謝產(chǎn)物（包括中分子物質(zhì)）順利通過，而大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)等仍留在血液內(nèi)；高濾過率；不易吸收蛋白，以避免形成覆蓋膜，影響濾過率；物理性能高度穩(wěn)定。

腹膜透析（Peritonealdialysis）是利用腹膜作為半滲透膜，利用重力作用將配制好的透析液經(jīng)導(dǎo)管灌入患者的腹膜腔，這樣，在腹膜兩側(cè)存在溶質(zhì)的濃度梯度差，高濃度一側(cè)的溶質(zhì)向低濃度一側(cè)移動（彌散作用）；水分則從低滲一側(cè)向高滲一側(cè)移動（滲透作用）。通過腹腔透析液不斷地更換，以達到清除體內(nèi)代謝產(chǎn)物、毒性物質(zhì)及糾正水、電解質(zhì)平衡紊亂的目的。腹膜透析腹膜透析與血液透析相比各具優(yōu)勢。持續(xù)不臥床腹膜透析(continuousambulatory-peritonealdialysis,CAPD)具有設(shè)備簡單、操作易行；對中分子物質(zhì)清除更為有效及對殘余腎功能保護較好等特點。

腹膜透析特別適合兒童、老年人和血透禁忌等人群，是特別符合我國國情需要的一種有效腎臟替代治療手段，具有良好發(fā)展前景。腹膜透析腹膜透析

自從上世紀80年代不臥床腹膜透析(CAPD)問世以來，Shaldon等人就致力于研究佩戴式或便攜式人工腎系統(tǒng)(wearableartificialkid-ney，WAK)。早年，Muriasco和Shettigar報道的WAK裝置過于龐大，且工作效率低下，缺乏有效和安全的控制。

而最近的研究報道了一些真正的可稱為WAK的裝置，從而再次激起了人們對該領(lǐng)域的興趣便攜式人工腎目前越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，透析時間的延長和透析頻率的加大，可以明顯改善終末期腎衰竭患者的生活。如將終末期腎功能不全患者的透析方案由每周三次改為每天一次，其生活質(zhì)量將得到很大的提高，其透析并發(fā)癥(貧血和高血壓)、心理癥狀、住院頻率和藥物使用狀況(磷結(jié)合劑和抗高血壓藥物)都較傳統(tǒng)透析方式大幅下降每天一次的透析方案(dailydialysiS)還可以增加患者食欲(有利于改善患者營養(yǎng)狀況及提高血清白蛋白水平)。

更有利于控制容量、糾正代謝性酸中毒和電解質(zhì)紊亂(鈉潴留，高鉀血癥和高磷血癥)；

并且還可以通過有效的控制血壓而降低心血管事件的發(fā)生率和死亡率，避免透析過程中因低血壓而引起的心源性暈厥。盡管CAPD治療實現(xiàn)了這個目的，但是全世界范圍內(nèi)只有不到10％的透析患者在使用這種透析模式。

因為盡管腹膜透析連接管較前有了很大的改進，但腹膜炎仍然是一個棘手的問題。

而一旦腹膜透析患者的殘余腎功能喪失，那么其體液交換將不得不依賴于增加高滲糖的濃度，這會使得發(fā)生包裹性腹膜硬化的風(fēng)險升高，甚至危及患者的生命便移式人工腎原理圖我國首例穿戴式人工腎實用中可穿戴型人工腎WAK便攜式人工腎便攜式透析裝置攜帶式小型透析裝置有一個透析液再生系統(tǒng)，可處理用過的透析液，將其引至一個特殊設(shè)計的吸附裝置內(nèi)，利用離子交換樹脂和活性炭作為吸附劑，將透析液中的小分子代謝產(chǎn)物如肌酐等吸附，使透析液重