血液透析装置的背景、基本结构及工作原理

血液透析装置的背景、基本结构及工作原理2.1 血液透析装置历史发展血液透析已经有近一个世纪的历史了，但是由于我国发展较晚，国内在50年代才开始逐步引入临床试用，到了60-70年代正式起步。

80年代后我国的血液透析进入了一个发展高潮时期，透析人数也逐渐增多。

到了90年代，我国的血液透析单位的年增加率超过40%，透析人数的年增加率将近20%，使得血液透析装置的数目也在不断增加。

目前，全世界正在面临这透析人群迅速增长的趋势，透析人群由2000年的426000人在10年内增加到2010年的2000000人，预计在2020年将会增加至400万人。

到目前，尿毒症患者的存活时间可长达30年，在全世界范围内约有超过100万尿毒症患者在接受血液透析治疗。

国内肾脏病情势也不容乐观，慢性肾脏病的总患病率为9.3%，也就是说每10个成人就有一人患病，而其中1%可能会发展成为尿毒症。

肾脏代替治疗是临床医学关于肾衰竭治疗的一朵奇葩，给肾脏功能衰竭的患者的治疗带来了光明和力量。

它不仅挽救了患者的生命，而且还持续显著的提高患者的生活质量。

[10]2.2 血液透析装置的基本结构2.2.1 体外血液循环通路循环通路是指患者血液体外循环的动力由血泵提供，患者血液从动脉引出，经动脉管路流至透析器，再经过透析器透析完成后回流至患者静脉的整个闭合回路。

如图2.1为血液透析体外循环回路。

完成整个回路所需要的设备包含：血泵、肝素泵、动（静）脉压力监测系统、空气探测器、静脉夹、漏血检测器。

图2.1 血液透析体外循环回路（1）血泵：由于在血液透析时，管道和透析器的内部均存在阻力，故需要采用血泵驱动血液的流动，它是决定血流量的主要因素,现在透析器多选用蠕动泵。

（2）肝素泵：肝素是使血液迅速达到抗凝作用的首选药物，为防止血液在透析器等体外管道中凝集，因此需要持续不断地注入肝素，所以使用肝素泵是必要的。

肝素泵和血泵一样，常采用蠕动泵。

肝素静脉注射5min可产生全身抗凝作用，其半衰期为4小时，可在4～6 小时排尽。

（3）动静脉压力检测系统：一般在透析机上会有静脉压表，用来显示患者血液在经透析器透析后回流至静脉时的压强。

而动脉压的测量则是透析机上的动脉压检测口通过和动脉管路连接进行实时监测。

若是在血泵前测量，动脉压为负值，反应血浆的流速和动脉的血流量；若是在血泵后测量，动脉压为正值，主要反应透析器内血流阻力。

（4）“四合一”组件——威高1）空气探测器：防止气泡返回患者体内。

威高采用业界独创带有血液判别器的气泡检测器，具有双重气泡检测功能，最高精度可达0.0003mL。

可以减少空气栓塞的发生，从而最大程度保障患者安全。

2）血液判别器：判别当前管路中血液的浓度。

在引血上机时，当血液浓度达到一定程度时，机器自动提高安全等级，气泡检测器自动打开，并且不能关闭。

血液浓度达到一定程度时，血泵自动停止，避免意外失血情况。

这样能最大程度保证患者安全。

3）管路判别器：用于检测管路是否安装到组件中。

如果管路没安装到组件中，机器会进行提醒，并且治疗不能进行。

可以最大程度保证患者安全。

4）静脉夹：当检测到返回患者静脉的血液中有气泡或发生其他影响治疗安全的报警时，静脉夹自动弹出将管路夹死，使气泡不能进入人体。

气泡检测器和静脉夹在同一个组件中，管路安装方便，同时不会发生检测到气泡，但管路没有安装在静脉夹的情况。

可以最大程度保证患者安全2.2.2 透析液回路透析液通路是指浓缩的透析A液、B液与反渗水按一定的比例通过透析液配比装置配比形成合格的透析液。

透析液通过透析器与患者血液形成弥散、对流和超滤等过程后，进入平衡腔，然后流经透析器再回到平衡腔并将透析废液排出。

透析液通路是血液透析过程的重要通路之一，图2.2是血液透析透析液回路，主要包括以下各个单元：（1）透析液制备：透析用水的纯度要求极高。

如果透析用水中含有有害物质，通过透析液进入患者的血液中，长期积累会导致患者慢性中毒。

所以要用反渗水作为透析用水。

反渗水的制备包含前期对杂质的过滤（机械滤过、除铁除锰、水软化装置、活性炭滤过、去离子纯水装置）和反渗装置的处理。

制备好的反渗水通过减压、加热、脱气、浓缩A液和B液的混合得到透析液。

（2）透析液过滤器：用于过滤透析液中的杂质和毒素，使得进入透析器的透析液更纯净。

（3）透析器：是血液和透析液进行物质交换的场所。

通过透析器可以清除毒素和体内潴留过多的水分，同时补充体内所需的营养物质，维持内环境的水、电解质和酸碱平衡。

（4）超滤控制系统：超滤是指在透析过程中，液体在透析膜两边的压力差图 2.2血液透析透析液回的作用下通过透析膜运动的过程，是移除患者体内多余水分的重要手段。

其中的核心部件为平衡腔，它精确控制透析液流量，保证精准的清除人体内毒素，并由超滤泵配合，精确控制超滤系数，提高超滤的准确性，保证人体内脱水治疗效果。

（5）漏血检测报警系统：是重要的安全监护装置。

透析过程中，透析器的破膜率通常约为3%-5%。

如果破膜能够及时发现并处理，可以减少血液的流失，减少患者危病几率。

如果破裂较为严重且未能及时发现并处理，不仅会使大量血液流失，而且会使细菌进入人体导致感染。

2.2.3 透析液供给装置现在的透析液供给通常是依赖于预先配置好的浓缩A液、B液和水处理装置，将其由机器按照一定的比例混合，即可用于透析[7]。

进入透析器的透析液是反渗水通过处理后，与浓缩液混合、过滤后形成的。

图2.3是透析液形成示意图.图2.3透析液形成示意图（1）反渗水的制备：在一次透析过程中，需要跟患者血液进行物质交换的透析液流量大约为120L，城市的自来水中含有各种微量元素，其中包含了大量重金属元素，同时还含有一些消毒剂、细菌和内毒素，与血液接触将会导致这些物质进入人体。

因此自来水需依次经过过滤、除铁、软化、活性炭吸附、反渗透等一系列的处理变成为反渗水才可以作为浓缩透析液的稀释用水（RO水）。

故需用专门的水处理系统制备透析用的反渗水。

图2.4即为反渗水的制备过程示意图。

（2）透析液的配比装置：常见的配比装置有：比例泵、计量泵和硅油泵。

图2.4 反渗水制备过程2.3 血液透析装置的工作原理血液透析是指血液和透析液在半透膜的作用下进行物质交换的过程。

血液透析的两个基本机制是浓度差和压力差，也即弥散和对流。

对于溶质的清除，压力差是浓度差的驱动力。

2.3.1 血液透析的两个基本机制（1）弥散——浓度差：弥散是指溶质从高浓度侧向低浓度侧运动的过程，溶质运动的本质是其内部分子的运动[1]。

浓度差作为其驱动力，通过限定的空间使得膜两侧物质的浓度达到相同趋势。

通过弥散作用清除小分子溶质（如尿素、肌酐、尿酸、胍类、胺类、酚类等）。

图2.5是弥散原理图。

影响弥散的主要因素包括溶质浓度梯度、血液流速和透析液流速，但血液流速主要取决于溶质的分子量。

1）溶质浓度梯度：溶质从A液进入B液或者从B液返回A液的相对速率取决于溶质与半透膜的碰撞频率。

随着碰撞频率的升高，溶质的转运速率逐渐上升。

而半透膜两侧溶质的相对浓度决定碰撞频率，当两侧浓度相等时达到平衡状态。

2）溶质的分子量：分子量越大的溶质，通过半透膜的转运的速率越慢。

分子量的大小取决于溶质分子的运动速率和其体积的大小。

分子在溶液中的运动速率与其分子量的大成反比。

溶质的分子量与其体积大小成正比。

图2.5 弥散原理图（2）超滤——压力差：超滤是指液体在压力梯度作用下通过半透膜的转运过程，是对水分的清除。

而对于大分子物质（如生长激素、胰岛素）的清除采用吸附的方法，常用于血液灌流。

超滤主要取决于总的压力梯度差（TMP）和透析器对于水的通透性。

图2.6是超滤原理图。

其主要跨膜压和超滤系数的影响。

图2.6 超滤原理图1）跨膜压（TMP）：透析器内血液侧的正压与透析液侧的负压之间的压力差叫做跨膜压。

跨膜压决定水的超滤速率。

跨膜压=超滤率/超滤系数2）超滤系数（K uf）：是衡量透析膜对水的通透性的指标。

其定义为：当跨膜压力为1mmHg时，在1h内液体通过单位透析膜面积的毫升数。

2.3.2 血液透析装置的工作原理血液透析是指半透膜两侧的溶液进行的弥散、超滤及渗透作用，包括溶质的移动和水的移动，即血液（膜内）通过透析器和透析液（膜外）利用半透膜的作用，在浓度梯度和压力梯度的作用下进行物质交换，使血液中的代谢废物、毒素和过多的电解质向透析液移动，而透析液中的钙离子、碱基等人体所需的营养物质向血液中移动；清除患者血液中的代谢废物和毒物；调整水、电解质和酸碱平衡[6]。

如图2.7是透析过程示意图。

净化血液图2.7 透析过程示意图将患者的血液和透析液同时引进透析器（两者的流动方向相反），一般人体动脉血液从透析器上端进，下端出返回人体，而透析液从透析器下端旁路进，透析废液从上端旁路出。

利用透析器（人工肾）的半透膜，通过半透膜弥散原理清除毒物，通过超滤及渗透原理清除患者体内多余的水分并补充碱基和钙，纠正患者酸中毒，调整电解质紊乱，替代肾脏的排泄和平衡的功能。

图2.8是透析图文示意图。

净化血液图2.8 透析图文示意图在透析开始阶段，血液和透析液浓度差最大，透析速度也最快，随着血液中尿毒素浓度的下降，透析后期，尿毒素向膜外移动的速度也渐缓慢，而透析液中的钙和碱基等营养物质的浓度要略高于血液中的浓度，可以给血液补充适当的钙离子和碱基[8]。

2.3.3透析器透析器也即是人工肾，它可以代替人体肾脏的部分功能。

图2.9是空心纤维透析器的结构示意图。

透析器主要是通过半透膜，将患者的血液与透析液同时引进透析器，两者在透析膜的两侧反向流动，借助膜两侧的浓度梯度和压力梯度以达到清除毒素和体内潴留过多的水分，同时补充体内所需营养物质的目的。

目前常用的透析器是空心纤维型透析器，其破损率低，清除率和超滤率高，残余血量低，但纤维内容易凝血。

威高采用的透析器材料为聚砜膜（疏水）和PVP （亲水）共混，不仅减少了内环境蛋白的损失，又提高了生物相容性。

最大限度避免血膜交互反应减少对血管内皮细胞的损伤，减少透析时不良反应的发生，增加患者舒适感。

图2.9 空心纤维透析器的结构示意图。