血液透析中空纤维膜特性课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3/20/2013,#,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,医用膜发展历史回顾,中空纤维膜基本特性,不同膜材料透析器比较,医用膜发展历史回顾,1,改性纤维素膜，如醋酸膜,(,cellulose acetate,CA,),、,血仿膜,(,Hemophane,),合成膜，如,PAN,、,PC,、,PSU,、,PA+PAES,、,PES,、,PMMA,、,EVAL,等,新的膜或治疗方式出现？,优势,优势,high-efficiency,high-flux,医用膜发展历史回顾,1960S,非改性纤维素膜，如赛璐璐膜,(,Cellophane,),、,铜仿膜,(,Cuprophane,),1980S,优势优势high-efficiencyhigh-flux医,2,中空纤维膜的尺寸,(,Dimensions),膜的表面积,(Surface Area,),与膜孔相关的特性,(,Membrane Pore-Related Characteristics,),膜的荷电性,(,charged,),或,电位,透析器性能相关的非膜因素,(,Non-Membrane-Related Determinants,),中空纤维膜基本特性,中空纤维膜的尺寸(Dimensions)中空纤维膜基本特性,3,合成膜,（一）中空纤维膜的尺寸,（,Dimensions,）,(Synthetic membranes),中空纤维膜基本特性,合成膜（一）中空纤维膜的尺寸（Dime,4,Hagen-Poisseuile,方程式,：,QB=,P/(8,L/,r,4,),（,1,）,其中：,QB,是血流率,(blood flow rate),P,是轴向压力差,(axial,pressure drop),是血液粘度,(blood viscosity),L,是纤维长度,(fiber length),r,是中空纤维半径,(hollow fiber,radius),一个更通用的方程式结构：,QB=,P/R,（,2,）,其中,：,R,是血流动阻力,(blood flow resistance),R=8,L/,r,4,（,3,）,中空纤维膜基本特性,（一）中空纤维膜的尺寸,（,Dimensions,）,Hagen-Poisseuile方程式：中空纤维膜基本特性,5,P,1,P,2,，,P,3,P,4,(P,4,0),中空纤维膜基本特性,（一）中空纤维膜的尺寸,（,Dimensions,）,P1P2，P3P4(P40)中空纤维膜基本特性（一）,6,反超,正超,反超滤（,back ltration,）会使细胞因子诱导物质,(,cytokine-inducing substances,),进入血液,导致炎症。一些长期透析病人处于慢性,微炎症状态,，通过,HD,周期性的激活血细胞，导致长期透析症状（并发症）的发展，如败血症。,中空纤维膜基本特性,（一）中空纤维膜的尺寸,（,Dimensions,）,反超 正超反超滤（back ltration）会使细胞,7,中空纤维表面积即圆柱筒内表面积：,A,fiber,=2,rL,假设,：,r=100,m(10,-4,m),，,L=24 cm(0.24 m),则,A,fiber,=(2,)(10,-4,m)(0.24 m)=1.51 10,-4,m,2,又假设：透析器包含,12000,根纤维,则,A,dialyzer,=(A,fiber,)(,N),=,（,1.51 10,-4,m,2,）（,12000,）,=1.81m,2,（二）中空纤维膜表面积,（,Surface Area,）,中空纤维膜基本特性,中空纤维表面积即圆柱筒内表面积：（二）中空纤维膜表面积（S,8,（三）与膜孔相关的特性,（,Membrane Pore-Related Characteristics,）,渗透性,Hagen-Poisseuile,方程式,：,QB=,P/(8,L/,r,4,),在一个恒定的跨膜压,（,transmembrane pressure,）,下，超滤率直接与这个孔半径的,4,次方相关（即,r,4,）,。,水,的渗透性,（,water permeability,）,虽受到孔的数量,（,number of pores,）,影响，但最直接影响的是膜的孔平均尺寸,（,mean pore size,），,即,r,4,。,注意：渗透性是与水相关的,中空纤维膜基本特性,（三）与膜孔相关的特性（Membrane Pore-Rel,9,溶质,的弥散性一定程度上与孔的尺寸（,pore size,）相关，但主要由,膜的孔隙率,(,porosity i.e.,pore density,),决定的。,孔隙率,同时,直接,与孔的数量（,number of pores,）与,孔半径的平方（,r,2,）,成,正比的,。,（三）与膜孔相关的特性（,Membrane Pore-Related Characteristics,）,弥散性,注意：弥散性是与溶质相关的,中空纤维膜基本特性,溶质的弥散性一定程度上与孔的尺寸（pore size）相,10,高效透析器,(,high-efficiency dialyzers,),与高通量透析器,(,high-flux dialyzers,),实例比较,（三）与膜孔相关的特性,（,Membrane Pore-Related Characteristics,）,总结与实例,Property,Influencing Factor,Minor,Main,Water Permeability,Number of Pores,Pore Size,or Flux,（,i.e.,r,4,）,Solute Diffusive,Porosity(Pore Density),Pore Size,（,i.e.,r,2,）,Number of Pores,规格,Sureflux-170E,F70S,有效膜面积（,m,2,）,1.7,1.6,超过滤系数（毫升,/,小时,mmHg,）,23.3,50,净化速度,QB=200,毫升,/,分，,清除率,尿素,195,190,肌,酐,186,177,磷,175,174,中空纤维膜基本特性,高效透析器(high-efficiency dia,11,（三）与膜孔相关的特性,（,Surface Area,）,总结与实例,实际上，,毛孔具有半径的分布和,曲折,的（非圆柱形）结构,。,中空纤维膜基本特性,（三）与膜孔相关的特性（Surface Area）总结,12,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,膜在溶液中的荷电原因：,膜材料本身的荷电官能基团,(,如磺酸,（,-SO3H,）,、羧酸,（,COOH,）,或胺基团,（,R-NH2,R2-NH,，,R3-N,，,R4N+X-,）,和,/,或溶液中离子在膜表面不同程度的吸附,。,负电荷膜表面离子分布,1,、,膜的,电位,(zeta,电位,),定义：,膜的,电位是膜表面动电效应中，固液相之间相对运动时剪切面上的电位差。,电位可以反映出膜表面荷电性质、荷电分布密度等，是研究膜表面荷电性的重要参数。,（四）膜的荷电性(charged)或电位中空纤维膜基本特性,13,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,2,、膜表面的荷电性对溶质清除率的影响,大量实验表明,表明带电溶质和荷电膜之间的静电相互作用对蛋白质在超滤膜中的传质具有很大影响。,O k a d a,等人通过流动电位的测量计算出了单个纤维素和甲基丙烯酸甲酯,(PMMA),中空纤维的,电位，并通过,H,32,PO4,2,标记的扩散实验获得了磷酸阴离子通过这两种膜的扩散渗透系数。对于由阴离子和阳离子高分子涂于甲基丙烯酸甲酯膜表面形成的膜，其上的,电位和磷酸渗透系数之间有很好的关联性；而对于表面改性的纤维素膜却没有同样的关联性。,（四）膜的荷电性(charged)或电位中空纤维膜基本特性,14,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,Suzuki,等人用放射性同位素示踪的磷酸氢二钠,(Na,2,HPO,4,),考察了其在铜仿膜,(Cuprophan),和血仿膜,(Hemophan),血液透析器上的渗透系数，其中血仿膜是由二乙氨基乙基纤维素取代原再生纤维素膜上的氢氧基。负荷电量高的铜仿膜上磷酸离子的清除率较小，这与磷酸阴离子和负荷电膜之间存在的静电相互作用是一致的。,Nakajima,等人同样考察了铜仿膜和血仿膜血液透析器上的磷酸离子渗透系数，得出了相似的结果。,（四）膜的荷电性(charged)或电位中空纤维膜基本特性,15,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,郭瑞敏和沈文清等报道了不同的透析膜对维持性血液透析患者血磷的影响,得到血仿膜对磷的清除效果优于聚砜膜和铜仿膜，作者认为可能因为血仿膜是唯一带正电荷的膜，其膜表面的正电荷达,(0.860.14)m v,，血中的磷带负电荷，正负相吸。所以血仿膜除了一般透析器共有的弥散清除作用外，还有将血液中的磷吸附在膜上的作用，因而对磷的清除高于其他膜。其他膜均带负电荷，无此种作用。,（四）膜的荷电性(charged)或电位中空纤维膜基本特性,16,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,3,、,膜表面荷电性与补体激活作用、蛋白质吸附等特性的关系,（,1,）,缓激肽的释放被公认为是引起透析过程中,超敏性反应,(,也被称为首次使用综合征,),的原因之一,。,当血浆和负荷电表面接触时产生活化作用，此时血浆激肽释放酶产生高分子质量的激肽原前驱物，进而释放具有很强炎性作用趋势的缓激肽。,Renaux,等人的研究表明透析膜表面荷电量和激肽释放酶以及缓激肽的活化作用直接相关。他们发现当,Fresenius,聚砜血液透析器膜与血浆接触后，激肽释放酶的活化作用非常小，而对于带高负荷电的其它合成膜，如聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯，其活化作用非常大。,（四）膜的荷电性(charged)或电位中空纤维膜基本特性,17,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,（,2,）,不少研究者通过测量透析膜表面,电位值的变化，来考察蛋白质吸附情况。,Y a n,等人研究发现白蛋白的吸附使,AN69,聚丙烯腈膜上负荷电量增加。他们认为当溶液,p H,为,7,时，吸附的白蛋白中带负电的氨基酸残基的存在造成了膜上负电量的增加。,W e r n e r,及其合作者考察了溶有肝素或肝素化人血浆的电解质,K C l(0.001M),溶液中几种透析膜上的流动电位。实验表明随着肝素浓度的增加，铜仿膜和改性纤维素血仿膜上负荷电量增加；随着血浆蛋白质浓度的增加，膜上负荷电量也增加。实验还发现当肝素浓度高于,0.5U/m l,和蛋白质浓度高于,1.2m g/m l,时，膜上,电位反而有所下降,。,但未给出这种反常现象出现的原因。,（四）膜的荷电性(charged)或电位中空纤维膜基本特性,18,（四）膜的荷电性,(charged),或,电位,中空纤维膜基本特性,K o k u b o,等人用细胞色素,C,和,乳白蛋白作为模型蛋白质，考察了蛋白质吸附对聚丙烯膜上的,电位和离子渗透系数的影响。当溶液,pH,值为,7,时，细胞色素,C,带正电,，,-,乳白蛋白带负电。细胞色素,C,吸附到聚丙烯膜表面上后，膜上负荷电量减少，因此磷酸氢二钠和氯化钠的扩散渗透系数增加。相反，,-,乳白蛋白的吸附使膜上负电量增加，从而使磷酸氢二钠和氯化钠的扩散渗透系数减小。因尿素呈电中性，这两种蛋白质的吸附使其扩散渗透系数仅有略微的减少。,K o b u b o,等人的研究结果再次显示透析膜表面,电位和带电离子的清除率之间有很好的关联性。,以上研究表明血浆或血液接触后，透析膜表面或膜孔内会形成蛋白质层，从