人工肾脏PPT

1小组成员：宋美慧孙靖师茎石良孙晨石超2高分子材料在人工肾脏上的应用3人体肾的结构与功能肾的功能•分泌尿液，排出代谢废物、毒物、药物•调节体内水和渗透压•调节电解质浓度•调节酸碱平衡•内分泌功能45肾单位•组成肾脏的结构和功能的基本单位•每个肾脏有一百多万个肾单位•包括肾小体和肾小管•肾小体由肾小球和肾小囊组成6肾小体纳米级微孔7肾脏的基本结构就是肾单位，也是肾脏的核心部分，每个肾单位都由一个肾小球、肾小囊和肾小管组成。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。8肾脏的工作机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。91011不同物质通过肾小球滤膜的能力决定于被滤过物质的分子大小及其所带的电荷。下表表示被滤过物质的分子量和有效半径对滤过的影响。一般来说，有效半径小于1.8nm的物质，如葡萄糖（分子量180）的有效半径为0.36nm，它可以被完全滤过。有效半径大于3.6nm的大分子物质，如血浆白蛋白（分子量约69000）则几乎完全不能滤过。有效半径介于葡萄糖和白蛋白之间的各种物质，随着有效半径的增加，它们被滤过的量逐渐降低。12物质分子量有效半径（nm)滤过能力水180．101．0钠230．141．0尿素600．161．0葡萄糖1800．361．0蔗糖3420．441．0物质的有效半径和肾小球滤过能力的关系滤过能力的值为1.0，表示自由滤过，0则不能滤过13菊粉55001．480．98肌球蛋白170001．950．75卵白蛋白430002．850．22血红蛋白680003．250．03血浆白蛋白690003．550．01物质分子量有效半径（nm）滤过能力14以上事实提示，滤过膜上存在着大小不同的孔道，小分子物质很容易通过各种大小的孔道，而有效半径较大的物质只能通过较大的孔道。用不同有效半径的中性右旋糖酐分子进行实验，也清楚地说明了被滤过物质的大小对滤过的影响（见下图）。有效半径小于1.8nm的中性右旋糖酐能自由通过滤过膜，有效半径大于3.6nm的右旋糖酐就完全不能通过。有效半径在1.8-3.6nm的右旋糖酐，其滤过量与有效半径成反比，即随着有效半径增大，滤过量就不断减少。15不同的有效半径和带不同电荷对右旋糖酐滤过能力的作用滤过能力的值为1.0，表示自由滤过，0则不能滤过16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）。肾功能衰竭17肾功能衰竭和尿毒症发病率与治疗全世界–发病率：50-150人/百万人口–治疗•54万人使用人工肾，五年存活率超过85%•发达国家95%晚期肾衰患者进行透析治疗中国–发病率：100-200人/百万人口–治疗•1000家左右医院开展透析治疗•10-15%晚期肾衰患者进行透析治疗1819人工肾的工作机理人工肾发展历史•19世纪中叶，苏格兰化学家格莱姆（ThomasGraham）发现“透析”现象。1912年11月阿贝尔(JohnAbell)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”20•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21•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。•1960年,挪威Kill研制成功Kill型平板透析器，促进了血液透析的发展及普及，一直沿用至1970年左右，随后瑞典学者将Kill型透析器改良为小型多层平板透析器，又称积层型透析器22•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23人工肾的基本结构主要有：透析器透析液供给装置自动监护装置三个部分组成。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。24利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。25人工肾的工作机理——血液透析清除体内代谢废物，保持电解质和酸碱平衡排除体内潴留的水分26血液透析的原理•扩散——所谓扩散，即溶质依赖膜两侧的浓度差，由高浓度侧向低浓度侧移动。•超滤——超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。•对流——溶质依赖水的跨膜移动称为对流。比扩散快得多27•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。28扩散与超滤•半透膜的两侧的血液及透析液中的中小分子溶质，因浓度差异而从一侧流到另一侧的现象叫作扩散（或清除）。如此可使血液中的尿毒分子经透析液带出体外。•如果在透析液侧加上负压或高渗透压物质如高浓度葡萄糖，則会使血液中的水份大量的移到透析液中，而带离人体，这种作用即叫作超滤(或对流)。29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：溶质分子量半透膜厚度半透膜面积温度溶质浓度差扩散速率30血液透析清除代谢废物的原理•主要是利用扩散作用。•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3132•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。33人工肾的关键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。34透析器种类在临床使用过的主要有三类：平析型盘管型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。35中空纤维型透析器36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1m237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20～25cm，直径3～5cm。内装有壁厚6～13μm，直径200～300μm的中空纤维透析管8000～12000根。血液流经空心纤维管内，透析膜外有透析液流动。38Structureofatypicalhollowfiberdialyzer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39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。Dialyzer(ArtificialKidney)40HollowFiberDialyzer41中空纤维型透析器中空纤维型透析器是目前临床使用最多、效果最好的一类透析器。决定透析器性能最重要的部件是透析膜血液流进血液流出透析液流出透析液流进树脂42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。（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。43透析膜材料DialysisMembranematerials44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：聚砜膜、聚碳酸脂膜、聚酰胺膜、聚醚砜膜、聚丙烯腈膜等45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.46CelluloseHollowFiber铜氨纤维素Cupro(cuprammonium)Cellulosemembranesinplaceofthephospholipid-bilayermembranesusedbyrealkidneys.47CuprocharacteristicsCuproisthemostsilk-likeofallcelluloseFilamentsareextremelyfineDensity=1.54g/cm3ChemicalresistancetoacidsandalkalisinbodyfluidisexcellentPoresizeissmallenoughforfiltratingcellsandproteins.thecuproprocessisnolongerusedintheUnitedstates--tootoxic.48共聚物copolymerWhentwodifferenttypesofmonomersarejoinedinthesamepolymerchain,thepolymeriscalledacopolymer.交替共聚物Whenthetwomonomersarearrangedinanalternatingfashion,thepolymeriscalled,ofcourse,analternatingcopolymer4950无规共聚物randomcopolymer:thetwomonomersmayfollowinanyorder:51嵌段共聚物blockcopolymerallofonetypeofmonomeraregroupedtogether,andalloftheotheraregroupedtogether52•接枝共聚物graftcopolymerWhenchainsofapolymermadeofmonomerBaregraftedontoapolyme