1.人工肾的发展概况 肾脏是人体的重要器官之一，肾脏的主要功能是对血液进行过滤，排泄尿素、肌酐、尿酸、胍的衍生物等代谢产物及某些毒物和药物，调节体内水、电解质和酸碱平衡；调节血压，激活维生素D；分泌血管活性物质和促红细胞生成素等，肾脏的这些生理功能对调节和维持体内环境中的体液量和成分有重要作用。一旦肾脏出现疾患，由于肾功能衰竭而造成新陈代谢物质在体内沉积，产生代谢紊乱，从而引起尿毒症，危及人的生命。对于肾脏发生病变的患者，目前的治疗手段以人工肾和/或肾脏移植为主，并辅以药物治疗。由于肾脏来源极为有限，人工肾治疗显得十分重要。目前，血液透析（其装置俗称人工肾）是临床上用于治疗急、慢性肾功能衰竭的最有效的常规肾脏替代疗法。
早在1861年，化学家Thomas Graham首先提出用透析方法，有选择地清除血液中有毒物质。这一设想直到1912年才开始初步实现，Abel等人制造出最初的人工肾，被称为“活扩散”人工肾。他使用圆筒形的火棉作为透析膜，可以直接清除狗体内血液中注入的药物及其代谢物，它表明血液净化作为一种治疗方法具有可行性。1956年，Kolff等人开发了缠绕式透析器，但由于透析功能较差，透析膜较脆，清毒困难，已被逐渐淘汰。1960年挪威人Kill开发了平板膜透析器。平板膜透析器的血液流动阻力小，不需要血液泵。但设备使用麻烦，每次治疗后，膜都需要更换和消毒，不适于大批量病人的治疗。1969年瑞士的Gambro开始销售改进的一次性平板膜透析器，但由于它难以获得均匀的流道宽度，性能不稳定。1966年，中空纤维膜透析器首次应用成功，由于其结构小巧紧凑、使用方便、性能可靠，很快获得了普及，并逐渐取代了其他结构的透析器。
2.人工肾的工作原理 血液透析是借助于血液透析机与患者建立体外循环的过程。血液透析机依靠具有特殊通透性的透析膜分隔血液和透析液，利用膜两测液体溶质的浓度差及膜孔径大小的差异，使血液中小于膜孔截留相对分子质量的溶质扩散、渗透通过滤膜，以除去患者血液中的代谢小分子废物和毒物；调节水和电解质平衡以及酸碱平衡。
图8-6是人工肾与人体肾脏功能的比较。人工肾依靠透析膜，使血液中的代谢产物进入由外界引入的已配制好的透析液中，并通过透析膜达到电解质的平衡，经过透析处理解毒后的血液回到人体的静脉中，而需排泄的物质则引出弃去，与人体肾脏相比，透析器起到了人工肾的作用。
人工肾对肾功能的代替，目前主要是通过体外血液净化疗法进行的。所谓血液净化疗法，就是排除血液中含有的病因性物质，并补充一些必要的物质。血液净化的基本原理分4种：渗析、过滤、吸附和交换。在此基础上形成了8种治疗过程：即间歇型腹膜透析（IPD）、连续流动型腹膜透析（CAPD）、血液透析（HD）、血液过滤（HF）、血液透析过滤（HDF）、直接血液吸附（DHA）、血浆交换（PE）、血液透析或血液过滤同血液吸附（HDA或HFA）的配合使用。临床上则应根据病人的实际情况来选择合适的治疗过程。
下面以血液透析过程为例，对血液净化过程作简单介绍。图8-7是血液透析回路。在血液透析过程中，动脉中的血液通过半透膜与透析液相接触，凭借液体间的浓度差，血液与透析液进行物质交换，即尿毒症病因物质从血液中经半透膜扩散进入透析液，而透析液中含有的人体必需的物质则扩散进入血液。交换后的血液经静脉返回体内，而有害物质则随透析液排出体外。
图8-6 人工肾与人体肾透析比较
图8-7 血液透析回路图
3.人工肾构成 人工肾由透析器、透析液供给装置和自动监护装置三部分组成，通过血液回路把人体与透析型人工肾连接起来，如图8-8所示。
透析器是人工肾的关键部件之一，血液透析过程就在透析器中进行。透析器的结构主要有盘管式、平板式和中空纤维式三种类型。
图8-8 人工肾系统简图
中空纤维透析器的基本结构如图8-9所示。将一束中空纤维置于外壳中，组装成中空纤维透析器。透析器上下共有四个管口，中间的两个进出口为血液通路，两旁的进出口为透析液通路。透析时，血液在中空纤维内流动，透析液在纤维外侧流动，一般血液与透析液呈逆向流动，通过中空纤维管壁进行透析。透析器外壳通常由透明的工程塑料（如聚碳酸酯或苯乙烯—丙烯腈共聚物）制成，便于在使用过程中观察血液的流动状况，及有无残血、凝血现象发生。自20世纪70年代初中空纤维透析器开发成功后，由于其结构小巧紧凑，重量轻，预充血量及残血量均少，体外循环量小，血流阻力小，操作简单，性能可靠，便于冲洗及消毒复用，很快获得了普及，目前临床多数使用中空纤维透析器。
图8-9 中空纤维型人工肾
1—外壳 2—中空纤维
4.透析器主要技术性能
（1）透析有效面积。透析时在透析器内，血液隔着透析膜和血液接触的面积叫透析有效面积，一般为0.6～2.0m2，小于1m2为小孩使用，1m2以上为大人使用。
（2）超滤率。透析治疗的作用之一为排出多余的水分（脱水），透析器排出水分的效率叫超滤率。它是计算病人脱水量的依据。超滤率的单位为mL/（mmHg·h），该参数为产品制造时体外模拟参数，实际使用时受压力、血流量、血渗透压和肝素化程度等因素的影响，临床使用中的超滤率低于体外模拟参数，在透析中是一个很重要的技术参数，目前透析器的超滤率已达到20mL/（mmHg·h）以上。血液透析治疗期间体重增加较多的患者需选用水通量较大的透析器，亦即选用超滤率高的透析器。在选用大通量血液透析器时，要考虑患者心血管的稳定性和耐受程度。(www.xing528.com)
（3）清除率、透析率和下降率。
①清除率。清除率是指在血液透析过程中，单位时间内从血液中清除的某溶质的量除以透析器血液入口处该溶质的浓度，并以容量速率（KB）表示之，单位为mL/min。
式中：cbi和cbo——血透时进入和离开透析器时血液中某溶质的浓度，g/mL；
Qb——血液体积流量，mL/min。
清除率是透析器最重要的指标之一，是决定透析方案的主要因素。透析器发展前期，清除率主要以尿素、肌肝、B12为代表，近年来β2-微球蛋白的清除率则越来越受到重视。
②透析率DB。透析率是指单位时间内血液中清除某溶质的量除以入口处血液与透析液之间该物质的浓度差。
式中：cdi——透析液中该物质的浓度，g/mL。
③下降率TB表示在血透过程中某溶质下降的幅度。
对清除率、透析率和下降率有影响的因素主要有：溶质在膜两侧的浓度梯度；膜面积、通透性（阻力）；透过溶质的相对分子质量；血液流速（一般为200mL/min）与透析液流速（一般为500mL/min）等。
（4）预充血量。指透析器全部被充满的血液量（mL），因透析器的透析面积大小而不同，透析器透析面积相同时，预充血量越小越好。中空纤维透析器的预充血量一般为50～120mL。
（5）残留血量。透析结束时，经过回血操作后，残存在透析器内的血液量叫残血量，此量越小越好，一般应不大于1mL。残留血量增加会使透析效能下降，容易引起凝血及堵塞，降低透析器重复使用次数。
（6）重复使用次数。即一个透析器给同一病人能使用多少次。在透析器发展初期，透析器都为一次性使用，近年来，为减轻病人的经济负担，人们开始考虑复用透析器，因此重复使用次数也成为透析器选型的条件之一。在学术上对复用透析器有一些争论：有人认为重复多次使用易引起血液污染；另一种看法认为，前次使用时残留在膜上的蛋白覆盖有助于改善膜的生物相容性。目前重复使用次数只能通过实际使用来得出，一般用高分子材料膜作成的透析器，其重复使用次数多，能达10次以上，有的高达20次。
5.透析液供给装置 透析液供给装置由动力系统和控温系统两部分组成。前者能自动配制电解质含量接近人体的无菌透析液，保证在整个透析过程中稳恒供给透析液（一般为400～500mL/min），并提供透析液回路的负压；后者主要维持透析液恒温供给。透析液供给装置还附设浓度监护及误配报警，以预防机器及人为故障造成的误配透析液发生。
在血液透析过程中，必须补充一些人体所需成分，这需要通过配置透析液来完成。透析液的基本成分与人体体液成分相同，主要有钠、钾、钙、镁四种阳离子，氯和碱基两种阴离子，部分透析液还含有葡萄糖。透析液应能清除代谢废物，超滤过多的水分，维持水和电解质以及酸、碱平衡。透析液因使用缓冲剂的不同而分为醋酸盐透析液和碳酸氢盐透析液两种（表8-3）。碳酸氢盐透析液易形成碳酸钙和碳酸镁沉淀，还易形成二氧化碳气泡；醋酸盐透析液不产生沉淀，但对血液动力学的影响较大。
表8-3 常用透析液的成分和浓度
6.自动监护装置 自动监护装置是为了保证透析过程的体外血液循环安全进行而设置的。一般由透析液温度及负压调控系统、透析液及血液流率调控系统、透析液浓度监测系统、血液回路、动静脉压监护系统、漏血监护系统六部分组成。有的还设有电压、电流的监护，以免漏电误伤患者，近年开发的产品还附有治疗计算机程序设计系统。
血液回路是连接人体与人工肾的纽带。为保证体外血液循环的通畅及提供足够的血液流率（一般为200mL/min），管的内径为4～6mm，并设有输液、过滤、排气、注射肝素等分管。为保证体外循环过程中液流稳恒，管路中设有供转子式血泵驱动用的厚壁管段。此外，管壁应具有一定的血液相容性，避免溶血以及血小板、血细胞在管壁及滤网黏附。一般血液回路采用平均聚合度约为2500的高相对分子质量的医用聚氯乙烯制成。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
