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2020/2/26第九章血液透析膜9.1血液透析及血液透析膜发展概况19世纪中叶，苏格兰化学家ThomasGraham发现涂有蛋清的羊皮纸起一种半透膜的作用：晶体物质能够经羊皮纸扩散到水中，而胶体物质不能。他把这种现象第一次称为“透析”，并预言他的这一发现将会在医学上得到应用。1840年，Piorry首先使用“尿毒症”一词，他认为尿毒症是尿滞留在血液中引起中毒，从而出现了一系列临床症状。1912年，Abell进行了一次活体扩散试验，他将动物的血液流经火棉胶膜（一种纤维素类半透膜），结果发现血液中的毒素及电解质可以通过火棉胶膜向外扩散，而大分子物质如血细胞、蛋白质等不能通过。2020/2/261924年德国医生Haas利用火胶棉制成1.2m长的火棉胶管，总面积为1.5-2.1m2，用水蛭素作为抗凝剂，对第一例尿毒症患者作了透析实验，如图所示。到1928年为止，Haas医生共对6位病人进行了透析试验，均以失败告终。虽然Haas没有取得好的治疗效果但在人体进行了首次实践，为以后发展打下了良好的基础。1943年荷兰医生WillemKolff研制出第一台供临床使用的转鼓式人工肾，如图所示，并于1945年对一位67岁的重症肾衰竭患者进行治疗，转鼓式人工肾发挥了正常人体的肾功能并成功的延续了病人的生命，直到患者在73岁时由于其他疾病而死亡。随后Kolff又成功的在其他16位患者身上进行治疗，都取得了不错的疗效，从而验证了Abell和Haas对于人工肾治疗肾脏疾病理念的有效性。2020/2/26二战以后，WillemKolff转鼓式人工肾在美国波士顿PeterBrentBrighamHospital得到极大地改进，即著名的Kolff-Brighamkidney。Kolff-Brigham人工肾在朝鲜战争中救助了大量的因外伤引起的肾功能丧失伤员。自Kollf转鼓式人工肾可以成功治疗尿毒症病人以后，世界各国开始研究更为先进和有效的透析器。其中平板式透析器成为这一阶段的典型成果。1948年首先出现了Skegg-Leonards平板式透析器，到1960年，挪威科学家FredrikKiil将平板式透析器发展到了顶峰，直到1990年才逐渐被淘汰。1964年美国科学家RichardStewart首先开创了中空纤维式透析器。随后中空纤维透析器取代了传统的管式和平板式透析器，并于1964至1967年在陶氏化学公司进行了工业化生产。此项技术使得中空纤维透析器以低廉的价格稳定的生产。到今天为止，中空纤维透析器仍然是治疗急、慢性肾衰竭病人的主流产品。2020/2/26图9-2活体扩散机器（Abell及他的同事，1913）图9-1GeorgHaas医生在德国Giessen大学进行透析实验图9-3WillemKolff转鼓式人工肾（1943）2020/2/26图9-4Kolff-Brigham人工肾（1952）图9-5Kill平板式透析器结构示意图图9-6早期的中空纤维透析器2020/2/26图9-7肾功能和肾元结构2020/2/26图9-8人工肾示意图2020/2/26图9-9血液透析示意图2020/2/262020/2/26再生纤维素（AKZO，铜仿膜）改良纤维素(AKZO，血仿膜）聚丙烯腈（Asahi，PAN－DX）聚砜（Fresenius，PS400)聚甲基丙烯酸甲酯(Toray，PMMA)聚醚砜(新材料)膜材料醋酸纤维素合成材料2020/2/26图9-10我国医疗机构常用的透析器2020/2/26IncidenceofESRD（end-stagerenaldisease）(permillionpopulation),2006数据来源：USRDS（美国肾脏病数据系统）中国：366,600中国:400元/次每月:10-12次每年:120-144次每年:48,400元～57600／人2020/2/26AmericanSwedenGermanyOthercountry鉴于以上原因，我们需要发展自己的生物医用膜技术，从而打破国内市场被国外产品垄断的局面。FMC:35%（费森尤斯）Gambro:20%（金宝）Baxter:5%（百特）40％A：Japan：Asahi和Toray约15％；B：德国贝朗、德国迈博锐、意大利贝尔克以及埃及海迪尼娜及其它约25％；C：中国：山西华鼎、山东潍坊和江苏朗生（约占中国市场的5％）。图9-11血液透析器生产厂家2020/2/262020/2/26SpinningsolutionPartitionWater图9-12血液透析膜专用喷丝板2020/2/269.2血液透析概念及工作原理9.2.1血液透析概念血液透析：血液透析(hemodialysis)是根据Gibbs-Donman膜平衡原理将患者血液和透析液同时引入透析机内，当它们分别流经透析膜两侧时，通过透析膜的溶质和水作跨膜移动而进行物质交换的一种方法。血液透析器：血液透析器（Hemodialysis，HD）又称透析型人工肾，是用人工方法模仿人体肾小球的过滤功能，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等，调节水和电解质平衡，以使血液净化的一种高技术医疗装置，是目前治疗肾功能衰竭和尿毒症时广为采用而疗效显著的一种人工器官。2020/2/269.2.2血液透析原理血液透析：血液透析(hemodialysis)是根据Gibbs-Donman膜平衡原理将患者血液和透析液同时引入透析机内，当它们分别流经透析膜两侧时，通过透析膜的溶质和水作跨膜移动而进行物质交换的一种方法。血液透析器：血液透析器（Hemodialysis，HD）又称透析型人工肾，是用人工方法模仿人体肾小球的过滤功能，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等，调节水和电解质平衡，以使血液净化的一种高技术医疗装置，是目前治疗肾功能衰竭和尿毒症时广为采用而疗效显著的一种人工器官。血液相容性是指生物材料表面抑制血管内血液形成血栓的能力和生物材料对血液的溶血现象（红细胞破坏）、血小板功能降低、白细胞暂时性减少、功能下降以及补体激活等血液生理功能的影响。此外，还有材料不致使血浆蛋白变性，不影响血液中存在的生命体多种酶的活性，不改变血液中电解质浓度渗透压，不引起有害的免疫反应等。因而，对于透析器膜材料，血液相容性起到至关重要的作用。扩散、超滤、吸附作用。2020/2/26前人在对人工肾孔径和孔径分布的研究中利用PES作为膜材料、NMP为溶剂、PVP作为致孔剂、水作为芯液和凝固浴进行纺丝实验，调节PVP在纺丝液中的含量，得到三种不同膜结构的中空纤维膜膜结构对血液相容性影响的研究2020/2/26Nipro公司三醋酸纤维素透析膜结构膜结构对血液相容性影响的研究2020/2/26费森尤斯公司聚砜透析膜结构膜结构对血液相容性影响的研究2020/2/26好洗宝（HOSPAL）丙烯腈膜结构对血液相容性影响的研究阿克苏（AKZO）丙烯腈旭化成（ASAHI）丙烯腈2020/2/26膜结构对血液相容性影响的研究东丽（TORAY）聚甲基丙烯酸甲酯2020/2/26PES-DFPES-SF膜结构对血液相容性影响的研究膜天（MOTIMO）聚醚砜2020/2/26PES-CSPES-LS膜结构对血液相容性影响的研究膜天（MOTIMO）聚醚砜2020/2/26项目取得的主要成果－纯水通量检测报告纯水通量：(74±0.013)L/m2·h合同指标：20L/m2·h2020/2/26项目取得的主要成果－牛血清蛋白截留率检测报告牛血清蛋白截留率：99.2%合同指标：＞98%2020/2/26聚醚砜中空纤维血液透析器聚醚砜中空纤维血液浓缩器样品2020/2/26纺制血液透析膜用喷丝板新型血液透析膜临床测试平台关键技术2020/2/26牛血实验