人工肾肺肝.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chapter 9,MEDICAL APPLICATIONS OF MEMBRANES,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，,2001,The kidney is a key component of the bodys waste disposal and acid-base regulation mechanisms.Each year approximately one person in ten thousand suffers irreversible kidney failure.,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,肾小球的过滤作用,AA-入球小动脉，BA-出球小动脉,1.动脉压力，2.脂质体胶体渗透压，3.小球囊压力 (,P=2.0kPa),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 150000900000,及,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 60000,2,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 90000400000,醋酸纤维素透析膜的物质透析平衡,Kolf s tubular hemodialyzer device,Hollow fiber and plate-and-frame dialyzers,Relative,solute permeability for various solutes,regenerated cellulose membrane(,Cuprophan,150),相对扩散系数（,Dm/,Dw,),Clearance for hemodialyzers and the normal kidney,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,Hemodialysis,Hemofiltration,Hemodiafiltration,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/l,mmol/l,mmol/l,g/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2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,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（10m）,聚酰胺膜,肾小球基底膜,尿素 （60）,1.0,1.0,1.0,蔗糖 （342）,0.8,1.0,1.0,微生素B,12,（1355）,0.6,1.0,1.0,菊粉 （5200）,0.3,0.95,0.95,白蛋白 （69000）,0.002,0.01,-,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,135,1.75,2,0.75,104,38,-,11.1(200),无钾,135,1.75,0,0.75,106,37,-,11.1(200),无糖,135,1.75,2,0.75,104,38,-,11.1(200),高钠,140,1.75,2,0.75,111,36,-,11.1(200),低钠,135,0.5,2,0.5,103,36,-,11.1(200),碳酸氢盐,139,1.75,2,0.5,106.5,4,35,11.1(200),有关,Na,+,、,Ca,+,等离子的浓度为mmol/l,ASAIO渗析用水及有关饮用水成分标准,物质,渗析用水,饮用水,ASAIO,A,B,C,K,8,Na,70,Ca,2,Mg,4,Cu,0.1,0.05,0.05,Zn,0.1,5.0,50.,1,Fe,0.3,0.3,0.3,Mn,0.001,0.001,Ba,0.1,Co,0.01,0.01,0.01,Cr,0.014,250,200,C,0.001,0.01,0.01,Pb,0.005,0.05,0.1,0.05,Ag,0.005,0.05,Sc,0.009,0.01,0.05,0.01,As,0.005,0.01,0.2,Hg,0.0002,0.001,F,0.71.2,Cl,0.5,10,10,氯化物(Cl,-,),0.2,250,氯胺,0.1,硝酸盐(NO,3,-,),2,45,20,硫酸盐(SO4-),100,250,100,250,有机物,100,氟化物(F-),0.1,酚,0.001,0.001,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,M,W,P,m,10,2,(m/h),R,m,(min/cm),D(m/cm),尿素,60,3.18,0.0,18.9(13.1),(1400),肌氨酸酐,113,1.3,0.0,35.8(22.8),(830),尿酸,168,1.14,52.6(30.7),(630),磷酸盐,95,0.932,64.4(34.7),(750),蔗糖,342,0.526,0.157,114.0,密三糖,504,0.367,0.241,164.0,维生素B,12,1355,0.166,0.387,362.0,铜仿渗析膜装置(PT-150)通用的常数值,溶质,M,W,P,m,10,2,(m/h),R,m,(min/cm),D(m/cm),尿素,60,3.18,0.0,18.9(13.1),(1400),肌氨酸酐,113,1.3,0.0,35.8(22.8),(830),尿酸,168,1.14,52.6(30.7),(630),磷酸盐,95,0.932,64.4(34.7),(750),蔗糖,342,0.526,0.157,114.0,密三糖,504,0.367,0.241,164.0,维生素B,12,1355,0.166,0.387,362.0,刮号内为文献12的数据，所有数据在T=310K时测得。,Stokes 半径,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（10m）,聚酰胺膜,肾小球基底膜,尿素,（60）,1.0,1.0,1.0,蔗糖 （342）,0.8,1.0,1.0,微生素B,12,（1355）,0.6,1.0,1.0,菊粉 （5200）,0.3,0.95,0.95,白蛋白 （69000）,0.002,0.01,-,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),1.5-2.0,2,Na,+,(meq),135-145,100-300,135-145,135-145,0-700,K,+,(meq),3.5-5.5,75-150,3.5-5.5,3.5-4.0,0-150,Ca,2+,(meq),4.8-5.6,4.8-5.6,4.8-5.6,0,Mg,2+,(meq),1.8-2.3,5-10,1.8-4.0,1.8-2.3,0-10,CI,-,(meq),97-105,100-300,97-105,97-105,0-500,HCO,3,-,(meq),25-28,15-22,25-32,P (mg),30-45,1000-1500,40-80,30-50,200-2000,SO,4,2-,meq),1,25,5-10,1,50-100,尿素,(mg),50-200,12000,-,30000,500-1000,200-400,12000-30000,尿酸,(mg),50,600,100,500,50,100,1000,4000,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,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CO,2,并吸收O,2,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/min,5,5,压差,mmHg,12,0-200,肺血体积,L,1,1-4,气血间传质时间,Sec,0.1-0.3,3-30,血膜厚度,mm,0.005-0.010,0.1-0.3,毛细管长度,cm,0.01,2-20,肺气量,l/min,7,2-10,气体交换面积,m,2,50-100,2-10,静脉,O,2,分压,mmHg,40-50,650,静脉,CO,2,分压,mmHg,3-5,30-50,各种氧合器用膜的性质,聚合物膜,结构,膜总厚度,(,m),透过系数,ml/min.m,2,atm,O,2,CO,2,硅橡胶膜,聚酯网增强,190(160),140,770,硅橡胶,-,聚碳酸酯共聚物膜,均质膜,50,170,730,超薄聚砜,-,微孔聚丙烯复合膜,多孔聚丙烯涂布,25(2.5),1100,4600,超薄乙烯基聚合物膜,无纺布涂层,175(2.5),880,4700,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，用于替代肝功能,衰竭,病人的肝脏。,人工肝,是细胞生物血与膜工程学结合的产物。,Dixit 改良中空纤维膜生物反应器,CA膜,150000-200000,PS膜,(2,m),Nyberg中空纤维凝胶膜反应器,肝细胞血液灌流型人工肝,生物型人工肝物质传递模型,人与动物间血液透析生物型肝脏模型,综合型人工肝辅助装置,人工肝用于猪肝缺血坏死研究,生物型人工肝用于狗缺血肝功能衰竭研究,谢谢！,THANK YOU!,肺的生理及功能,呼、吸功能,O,2,和CO,2,气体的交换功能,呼吸运动节律的调节功能,在肺部的交换 在组织内的交换,O,2,和CO,2,在肺部及组织重的交换,O,2,与CO,2,在肺部及组织内的交换,动脉、静脉、组织中气体分压,血液种类,O,2,分压,(kPa),CO,2,分压（,kPa,）,动脉血,13.3,5.3,静脉血,5.3,6.1,组织,4.0,6.7,肝脏是一个生物反应器,肝脏的化学成分,肝脏的生理与生化功能,1、胆汁代谢,胆汁酸、胆红素的代谢,2、物质代谢,糖、脂、蛋白质、维生素激素等的代谢，极低密度脂蛋白的 合成等,3、凝血功能,血管、血小板、凝血系统、抗凝血系统以及纤维蛋白溶解系统的相互作用与动态平衡。,4、解毒功能,代谢终产物、各种异物、毒物及腐败产物等非营养性物质在体内的生物转化。解毒方式有：化学作用、分泌功能、蓄积作用、吞噬作用等。,5、免疫功能,6、造血和调节血液循环,7、再生功能,