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1、2024/7/8第九章第九章 血液透析膜血液透析膜9.1 9.1 血液透析及血液透析膜发展概况血液透析及血液透析膜发展概况 1919世世纪纪中中叶叶，苏苏格格兰兰化化学学家家Thomas Thomas GrahamGraham发发现现涂涂有有蛋蛋清清的的羊羊皮皮纸纸起起一一种种半半透透膜膜的的作作用用：晶晶体体物物质质能能够够经经羊羊皮皮纸纸扩扩散散到到水水中中，而而胶胶体体物物质质不不能能。他他把把这这种种现现象象第第一一次次称称为为“透透析析”，并并预预言言他他的的这这一一发发现现将将会会在在医学上得到应用。医学上得到应用。18401840年年，PiorryPiorry首首先先使使用用“尿
2、尿毒毒症症”一一词词，他他认认为为尿尿毒毒症症是是尿尿滞滞留留在血液中引起中毒，从而出现了一系列临床症状。在血液中引起中毒，从而出现了一系列临床症状。19121912年年，AbellAbell进进行行了了一一次次活活体体扩扩散散试试验验，他他将将动动物物的的血血液液流流经经火火棉棉胶胶膜膜（一一种种纤纤维维素素类类半半透透膜膜），结结果果发发现现血血液液中中的的毒毒素素及及电电解解质质可可以以通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。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。12024/7/8 19241924年年德德国国医医生生HaasHaas利利用用
3、火火胶胶棉棉制制成成1.2m1.2m长长的的火火棉棉胶胶管管，总总面面积积为为1.5-2.1m1.5-2.1m2 2，用用水水蛭蛭素素作作为为抗抗凝凝剂剂，对对第第一一例例尿尿毒毒症症患患者者作作了了透透析析实实验验，如如图图所所示示。到到19281928年年为为止止，HaasHaas医医生生共共对对6 6位位病病人人进进行行了了透透析析试试验验，均均以以失失败败告告终终。虽虽然然HaasHaas没没有有取取得得好好的的治治疗疗效效果果但但在在人人体体进进行行了了首首次次实实践践，为以后发展打下了良好的基础。为以后发展打下了良好的基础。19431943年年荷荷兰兰医医生生Willem Will
4、em KolffKolff研研制制出出第第一一台台供供临临床床使使用用的的转转鼓鼓式式人人工工肾肾，如如图图所所示示，并并于于19451945年年对对一一位位6767岁岁的的重重症症肾肾衰衰竭竭患患者者进进行行治治疗疗，转转鼓鼓式式人人工工肾肾发发挥挥了了正正常常人人体体的的肾肾功功能能并并成成功功的的延延续续了了病病人人的的生生命命，直直到到患患者者在在7373岁岁时时由由于于其其他他疾疾病病而而死死亡亡。随随后后KolffKolff又又成成功功的的在在其其他他1616位位患患者者身身上上进进行行治治疗疗，都都取取得得了了不不错错的的疗疗效效，从从而而验验证证了了AbellAbell和和Ha
5、asHaas对对于于人人工肾治疗肾脏疾病理念的有效性。工肾治疗肾脏疾病理念的有效性。22024/7/8 二二战战以以后后，Willem Willem Kolff Kolff 转转鼓鼓式式人人工工肾肾在在美美国国波波士士顿顿Peter Peter Brent Brent Brigham Brigham HospitalHospital得得到到极极大大地地改改进进，即即著著名名的的Kolff-Brigham Kolff-Brigham kidneykidney。Kolff-BrighamKolff-Brigham人人工工肾肾在在朝朝鲜鲜战战争争中中救救助助了了大大量量的的因因外外伤伤引引起起的的肾
6、肾功功能能丧丧失伤员。失伤员。自自KollfKollf转转鼓鼓式式人人工工肾肾可可以以成成功功治治疗疗尿尿毒毒症症病病人人以以后后，世世界界各各国国开开始始研研究究更更为为先先进进和和有有效效的的透透析析器器。其其中中平平板板式式透透析析器器成成为为这这一一阶阶段段的的典典型型成成果果。19481948年年首首先先出出现现了了Skegg-LeonardsSkegg-Leonards平平板板式式透透析析器器，到到19601960年年，挪挪威威科科学学家家Fredrik Fredrik KiilKiil将将平平板板式式透透析析器器发发展展到到了了顶顶峰峰，直直到到19901990年年才才逐逐渐被淘
7、汰。渐被淘汰。19641964年年美美国国科科学学家家Richard Richard StewartStewart首首先先开开创创了了中中空空纤纤维维式式透透析析器器。随随后后中中空空纤纤维维透透析析器器取取代代了了传传统统的的管管式式和和平平板板式式透透析析器器，并并于于19641964至至19671967年年在在陶陶氏氏化化学学公公司司进进行行了了工工业业化化生生产产。此此项项技技术术使使得得中中空空纤纤维维透透析析器器以以低低廉廉的的价价格格稳稳定定的的生生产产。到到今今天天为为止止，中中空空纤纤维维透透析析器器仍仍然然是是治治疗疗急、慢性肾衰竭病人的主流产品。急、慢性肾衰竭病人的主流产
8、品。32024/7/8图图9-2 活体扩散机器（活体扩散机器（Abell及他的同事，及他的同事，1913）图图9-1 Georg Haas医生在德国医生在德国Giessen大学进行透析实验大学进行透析实验图图9-3 Willem Kolff 转鼓式人工肾（转鼓式人工肾（1943）42024/7/8图图9-4 Kolff-Brigham9-4 Kolff-Brigham人工肾（人工肾（19521952）图图9-5 Kill9-5 Kill平板式透析器平板式透析器结构示意图结构示意图图图9-6 9-6 早期的早期的中空纤维透析器中空纤维透析器52024/7/8图图9-7 肾功能和肾元结构肾功能和肾
9、元结构62024/7/8图图9-8 人工肾示意图人工肾示意图72024/7/8图图9-9 血液透析示意图血液透析示意图82024/7/892024/7/8再生纤维素（AKZO，铜仿膜）改良纤维素 (AKZO，血仿膜）聚丙烯腈（Asahi，PANDX）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102024/7/8图图9-10 我国医疗机构常用的透析器我国医疗机构常用的透析器112024/7/8Incidence of ESRD（end-stage renal disease）(per million population
10、),2006数据来源：数据来源：USRDS（美国肾脏病数据系统）（美国肾脏病数据系统）中国：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122024/7/8AmericanSwedenGermanyOther country鉴鉴于于以以上上原原因因，我我们们需需要要发发展展自自己己的的生生物物医医用用膜膜技技术术，从从而而打打破破国国内内市市场场被被国国外外产产品垄断的局面。品垄断的局面。FMC:35%（费森尤斯）（费森尤斯）Gambro:20%（金宝）（金宝）Baxter:5%（百特）（百特）40A：Japan：Asahi和和
11、Toray约约1515；B：德国贝朗、德国迈博锐、意大德国贝朗、德国迈博锐、意大利贝尔克以及埃及海迪尼娜及其它利贝尔克以及埃及海迪尼娜及其它约约2525；C：中国：山西华鼎、山东潍坊和中国：山西华鼎、山东潍坊和江苏朗生（约占中国市场的江苏朗生（约占中国市场的5 5）。）。图图9-11 血液透析器生产厂家血液透析器生产厂家132024/7/8142024/7/8lSpinningl solutionlPartitionlWater图图9-12 血液透析膜专用喷丝板血液透析膜专用喷丝板152024/7/89.2 9.2 血液透析概念及工作原理血液透析概念及工作原理9.2.1 9.2.1 血液透析概
12、念血液透析概念 血血液液透透析析：血血液液透透析析(hemodialysis)(hemodialysis)是是根根据据Gibbs-DonmanGibbs-Donman膜膜平平衡衡原原理理将将患患者者血血液液和和透透析析液液同同时时引引入入透透析析机机内内，当当它它们们分分别别流流经经透透析析膜膜两两侧侧时，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。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。血血液液透透析析器器：血血液液透透析析器器（HemodialysisHemodialysis，HDHD）又又称称透透析析型型人人工工肾肾，是是用用人人工工方方法法模模仿仿人人体
13、体肾肾小小球球的的过过滤滤功功能能，在在体体外外循循环环的的情情况况下下，去去除除人人体体血血液液内内过过剩剩的的含含氮氮化化合合物物，新新陈陈代代谢谢产产物物或或逾逾量量药药物物等等，调调节节水水和和电电解解质质平平衡衡，以以使使血血液液净净化化的的一一种种高高技技术术医医疗疗装装置置，是是目目前前治治疗疗肾肾功功能能衰竭和尿毒症时广为采用而疗效显著的一种人工器官。衰竭和尿毒症时广为采用而疗效显著的一种人工器官。162024/7/89.2.2 9.2.2 血液透析原理血液透析原理 血血液液透透析析：血血液液透透析析(hemodialysis)(hemodialysis)是是根根据据Gibbs
14、-DonmanGibbs-Donman膜膜平平衡衡原原理理将将患患者者血血液液和和透透析析液液同同时时引引入入透透析析机机内内，当当它它们们分分别别流流经经透透析析膜膜两两侧侧时时，通通过过透透析析膜膜的的溶质和水作跨膜移动而进行物质交换的一种方法。溶质和水作跨膜移动而进行物质交换的一种方法。血血液液透透析析器器：血血液液透透析析器器（HemodialysisHemodialysis，HDHD）又又称称透透析析型型人人工工肾肾，是是用用人人工工方方法法模模仿仿人人体体肾肾小小球球的的过过滤滤功功能能，在在体体外外循循环环的的情情况况下下，去去除除人人体体血血液液内内过过剩剩的的含含氮氮化化合合
15、物物，新新陈陈代代谢谢产产物物或或逾逾量量药药物物等等，调调节节水水和和电电解解质质平平衡衡，以以使使血血液液净净化化的的一一种种高高技技术术医医疗疗装装置置，是是目目前前治治疗疗肾肾功功能能衰衰竭竭和和尿尿毒毒症症时时广广为为采采用用而而疗疗效效显显著的一种人工器官。著的一种人工器官。血血液液相相容容性性是是指指生生物物材材料料表表面面抑抑制制血血管管内内血血液液形形成成血血栓栓的的能能力力和和生生物物材材料料对对血血液液的的溶溶血血现现象象（红红细细胞胞破破坏坏）、血血小小板板功功能能降降低低、白白细细胞胞暂暂时时性性减减少少、功功能能下下降降以以及及补补体体激激活活等等血血液液生生理理功
16、功能能的的影影响响。此此外外，还还有有材材料料不不致致使使血血浆浆蛋蛋白白变变性性，不不影影响响血血液液中中存存在在的的生生命命体体多多种种酶酶的的活活性性，不不改改变变血血液液中中电电解解质质浓浓度度渗渗透透压压，不不引引起起有有害害的的免免疫疫反反应应等等。因因而而，对对于于透透析析器器膜膜材材料料，血血液液相相容容性性起起到到至至关关重重要要的的作用。作用。扩散、超滤、吸附作用。扩散、超滤、吸附作用。172024/7/8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
17、中空纤维膜 膜结构对血液相容性影响的研究膜结构对血液相容性影响的研究 182024/7/8 Nipro公司三醋酸纤维素公司三醋酸纤维素透析膜结构透析膜结构 膜结构对血液相容性影响的研究膜结构对血液相容性影响的研究 192024/7/8费森尤斯公司聚砜透析膜结构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膜结构对血液相容性影响的研究 202024/7/8好洗宝（好洗宝（HOSPAL）丙烯腈）丙烯腈膜结构对血液相容性影响的研究膜结构对血液相容性影响的研究 阿克苏（阿克苏（AKZO）丙烯腈）丙烯腈旭化成（旭化成（ASAHI）丙烯腈）丙烯腈212024/7/8膜结构对血液相容性影响的研究膜
18、结构对血液相容性影响的研究 东丽（东丽（TORAY）聚甲基丙烯酸甲酯）聚甲基丙烯酸甲酯222024/7/8PES-DF PES-SF 膜结构对血液相容性影响的研究膜结构对血液相容性影响的研究 膜天（膜天（MOTIMO）聚醚砜）聚醚砜232024/7/8PES-CS PES-LS 膜结构对血液相容性影响的研究膜结构对血液相容性影响的研究 膜天（膜天（MOTIMO）聚醚砜）聚醚砜242024/7/8项目取得的主要成果项目取得的主要成果 纯水通量检测报告纯水通量检测报告纯水通量：纯水通量：(740.013)L/m2h合同指标：合同指标：20 L/m2h252024/7/8项目取得的主要成果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检测报告牛血清蛋白截留率：牛血清蛋白截留率：99.2%合合 同同 指指 标：标：98%262024/7/8聚醚砜中空纤维血液透析器聚醚砜中空纤维血液透析器聚醚砜中空纤维血液浓缩器聚醚砜中空纤维血液浓缩器样品样品272024/7/8纺制血液透析膜用喷丝板纺制血液透析膜用喷丝板新型血液透析膜临床测试平台新型血液透析膜临床测试平台关键技术关键技术282024/7/8牛血实验牛血实验29