1、Chapter 9 MEDICAL APPLICATIONS OF MEMBRANES 高分子合成膜的对物质透析、滤过功能 人工肾膜人工肾膜 透析作用，膜的截留分子量透析作用，膜的截留分子量 5000 人工肺膜人工肺膜 气体交换，疏水微孔膜或硅橡胶致密膜气体交换，疏水微孔膜或硅橡胶致密膜 人工肝膜人工肝膜 滤过吸附作用，膜的截留分子量滤过吸附作用，膜的截留分子量 58万万参考文献：参考文献：4 刘茉娥刘茉娥 等编等编 “膜分离技术应用手册膜分离技术应用手册”化工出版社，化工出版社，2001The kidney is a key component of the bodys waste disp
2、osal and acid-base regulation mechanisms.Each year approximately one person in ten thousand suffers irreversible kidney failure. 4IX.2. Hemodialysis 肾的功能1、代谢尾产物的排泄、代谢尾产物的排泄4 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、调节水、电解质和酸碱平衡4 肾小球滤过、肾小管重吸收肾小球滤过、肾小管重吸收: 调节Na+的排泄；4 远端小管：远端小管： H +
3、、K+的产生及其浓度控制；4 近端小管重吸收：近端小管重吸收：调节磷的产生3、产生多种生物活性物质、产生多种生物活性物质4 如：肾素、促红细胞生成素、前列腺素、血管舒张素和激肽等 近端肾小管对水钠等的重吸收功能肾小管的重吸收功能 AA-氨基酸，Glu-葡萄糖，PD-电位差，CA-碳酸脱水酶 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 600002 微球蛋白 700000 血浆铜蓝蛋白 13000
4、0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 dialyzersRelative solute permeability for various solutes4regenerated cellulose membrane (Cuprophan 150)4 相对扩散系数（Dm/Dw)Clearance for hemodialyzers and the normal kidney
5、 三种透析过程的液流流向示意4hemodialysis； hemofiltration；hemodiafiltration4血液4血液透析液透析液4血液4血液预稀释透过液后稀释透析液透析液血液4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4 Hemodialysis Hemofiltration Hemodiafiltration()BiBoLBiBiCCCQC()2BiBoFLFFBiBiS CCCCQQCC()BiBoBiFBoLBiCCQQ CCC 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4mmol/l4mmol/l4mmol/l4g/l 三
6、种渗析过程的清除率比较4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。4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。4 4 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。4Stokes 半径4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（
7、10m）聚酰胺膜肾小球基底膜尿素 （60）1.01.01.0蔗糖 （342）0.81.01.0微生素B12 （1355）0.61.01.0 菊粉 （5200）0.30.950.95白蛋白 （69000）0.0020.01- 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N a+Ca+K+Mg+CI -醋酸盐碳 酸 氢盐糖mmol/L醋酸盐1351.7520.7510438-11.1(200)无钾1351
8、.7500.7510637-11.1(200)无糖1351.7520.7510438-11.1(200)高钠1401.7520.7511136-11.1(200)低钠1350.520.510336-11.1(200)碳酸氢盐1391.7520.5106.543511.1(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ASAIOABCK8 Na70 Ca2 Mg4 Cu0.10.050.05 Zn0.15.050.1Fe 0.30.30.3Mn 0.0010.001 Ba 0.1 Co0.010.010.01 Cr0.01425
9、0200 C0.0010.01 0.01Pb0.0050.050.10.05Ag0.005 0.05Sc0.0090.010.050.01As0.0050.010.2 Hg0.0002 0.001F 0.71.2 Cl0.51010 氯化物(Cl-)0.2 250氯胺0.1 硝酸盐(NO3-)245 20硫酸盐(SO4-)100250100250有机物100 氟化物(F-) 0.1酚 0.0010.001 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-Kach
10、alsky不可逆热力学传质模型 )(PLJPVCPJCJmVSS)1 (lASqfDPkDWm)(lArLkPP82FSqg)(1 式中，水力渗透系数、反射系数、溶质渗透系数 分别为： 4 铜仿渗析膜装置(PT-150)通用的常数值溶质MWPm102 (m/h)Rm (min/cm)D(m/cm)尿素603.180.018.9 (13.1)(1400)肌氨酸酐1131.30.035.8 (22.8)(830)尿酸1681.1452.6 (30.7)(630)磷酸盐950.93264.4 (34.7)(750)蔗糖3420.5260.157114.0 密三糖5040.3670.241164.0
11、维生素B1213550.1660.387362.0 铜仿渗析膜装置(PT-150)通用的常数值溶质MWPm102 (m/h)Rm (min/cm)D(m/cm)尿素603.180.018.9 (13.1)(1400)肌氨酸酐1131.30.035.8 (22.8)(830)尿酸1681.1452.6 (30.7)(630)磷酸盐950.93264.4 (34.7)(750)蔗糖3420.5260.157114.0 密三糖5040.3670.241164.0 维生素B1213550.1660.387362.0 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
12、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）1.01.01.0蔗糖 （342）0.81.01.0微生素B12 （1355）0.61.01.0 菊粉 （5200）0.30.950.95白蛋白 （69000）0.0020.01-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。4 人工肾的作用原理4 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
13、液进透析液出中心管膜支撑网4 卷式人工肾4 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4 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 %4 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 2Na+ (meq)135-145100-300135-145135-1450-700K+ (meq)3.5-5.575-1503.5-5.53.5-4.00-150Ca2+ (meq)4.8-5.6 4.8-5.64.8-5.60Mg2+ (meq
14、)1.8-2.35-101.8-4.01.8-2.30-10CI- (meq)97-105100-30097-10597-1050-500HCO3- (meq)25-28 15-2225-32 P (mg)30-451000-150040-8030-50200-2000SO42- meq)1255-10150-100尿素 (mg)50-20012000-30000500-1000200-40012000-30000尿酸 (mg)506001005005010010004000 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
15、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。 4 4 人工肺4 （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CO2并吸收O2,使其成为动脉血，以取代人体肺功能得一种装
16、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/min55压差 mmHg120-200肺血体积 L11-4气血间传质时间 Sec0.1-0.33-30血膜厚度 mm0.005-0.0100.1-0.3毛细管长度 cm0.012-20 肺气量 l/min72-10气体交换面积 m250-1002-10静脉O2分压 mmHg40-50650静脉CO2分压 mmHg3-530-50 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.m2atmO2CO2硅橡胶膜聚酯网增强190(160)140770硅橡胶-聚碳酸酯共聚物膜均质
17、膜50170730 超薄聚砜-微孔聚丙烯复合膜多孔聚丙烯涂布25(2.5)11004600超薄乙烯基聚合物膜无纺布涂层175(2.5)8804700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Nyberg中空纤维凝胶膜反应器4 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
18、血坏死研究生物型人工肝用于狗缺血肝功能衰竭研究 肺的生理及功能 呼、吸功能 O2和CO2 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O2和CO2在肺部及组织重的交换 O2与CO2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O2分压 (kPa)CO2分压（kPa）动脉血13.35.3静脉血5.36.1组织4.06.7 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
