生物材料：第十章 人工器官

1、第十章 人工器官第一節(jié) 人工器官的研究現(xiàn)狀一、引言當人體的器官因病不能康復行使功能時，現(xiàn)代醫(yī)學提供了四種可能恢復功能的技術途徑： 一是自體器官的移植 二是進行同種異體的器官移植 三是進行異種器官的移植 四是用 人工器官置換或替代病損器官，補償部分或全部功能。 五是？到目前為止，同種異體器官供體缺乏，異種器官移植還有許多技術問題，組織工程化器官剛起步，人工器官的使用仍是目前器官移植的主要途徑。 生命體器官或器官的部分功能的人工替代外物。一般是指用機械和生物材料加工制造的一種人體器官代用品。 模擬人體器官的結構和功能，用人工材料和電子技術制成部分或全部替代人體器官功能的裝置或器件。人工器官具備的條

2、件：可替代病損器官的結構，具備相應器官的力學性能。可替代病損器官的功能，具備相應器官的生理功能具有移植于病損器官生理位置的方法和技術。人工器官（artificial organs）定義當人體器官病損而用常規(guī)方法不能醫(yī)治時，有可能給病人使用一個人工制造的器官來取代或部分取代病損的自然器官，補償或修復或輔助其功能。二、人工器官對材料的基本要求 1、基本要求 材料在理化性能，尤其是力學和生理性能上必須滿足設計要求。 材料具有良好的生物相容性。由于組織與植入材料的相互作用，纖維包膜的形成是不可避免的，但有時可以限制植入材料的移動。 2、界面要求研究表明：材料表面的潤濕性愈好，界面結合性能愈佳；材料與組

3、織細胞界面形成鍵合愈易，則組織細胞相容性好；密度稍高的環(huán)境可提高堿性磷酸酶的活性，使界面鈣離子濃度改變，有利于界面細胞生長，從而獲得骨性結合；材料表面進行粗化或微孔化處理，或采用多孔體，有利于細胞與材料的機械嵌和，增強細胞附著；3、其他要求剛性，邊緣的鈍銳性及材料的應為松弛效應對界面細胞的吸附，生長，抑制有直接的影響，尤其是對周圍組織的破壞作用均有明顯影響。器官的形狀要力求有最佳的應力傳導效果，以保證機體細胞在界面的生長和穩(wěn)定等等。材料與組織界面的研究涉及到多個學科，而對研究成果的應用必然會指導生物材料及人工器官性能的優(yōu)化，更好地滿足醫(yī)學應用的需要。人工器官常用生物材料：金屬 合金 陶瓷 ：在

4、有些場合對強度和導電率有所要求，就要用到金屬材料。例如人造髖部的股骨，目前尚沒有能夠替代金屬的合適材料；心臟起搏器的電極也必須是金屬的。常用高分子材料有如下幾類：半晶質(zhì)：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯，滌綸。玻璃狀：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯。橡膠：聚硅酮橡膠。片狀：聚氨酯。水凝膠：聚甲基丙烯酸羥乙酯。材料種類幾乎是無限的。就其中的一種而言，影響其性質(zhì)的因素很多，例如：強度、化學活性、降解、生物兼容性，交聯(lián)性、剛性、柔韌性、鏈段、結晶和非結晶。 人工器官是人體器官的替代物，不具備人體的生物學功能，功能的發(fā)揮靠自身的物理和化學性能，無再生和修復功能。目前最大的困難是適應人體的排異性。 組織工程化器官

5、是利用各種技術，在體內(nèi)或體外生產(chǎn)一種與人體組織器官完全相同，具有生物活性的組織或器官，無免疫原性。三、人工器官與組織工程 四 人工器官的分類人工器官按功能分為11類：（1）支持運動功能的人工器官，如人工關節(jié)、人工脊椎、人工骨、 人工肌腱、肌電控制人工假肢等。（2）血液循環(huán)功能的人工器官，如人工心臟及其輔助循環(huán)裝置、人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液等。（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺機）、人工氣管、人工喉等。（4）血液凈化功能的人工器官，如人工腎（血液透析機）、人工肺等。（5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工膽管、人工腸等。（6）排尿功能的人工器官：如人工膀胱、人工輸尿管、人工尿

6、道等。 （7）內(nèi)分泌功能的人工器官：如人工胰、人工胰島細胞。 （8）生殖功能的人工器官：如人工子宮、人工輸卵管、人工陰經(jīng)、人工陰道等。 （9）神經(jīng)傳導功能的人工器官，如心臟起搏器、膈起搏器等。 （10）感覺功能的人工器官，如人工視覺、人工聽覺（人工耳蝸）、人工晶體、人工角膜、人工聽骨、人工鼻等。 （11）其他類，人工硬脊膜、人工皮膚等。 人工器官按原理分類機械式裝置（如人工心臟瓣膜、人工氣管、人工晶體等）電子式裝置（如人工耳蝸、人工胰、人工腎、心臟起搏器等）人工器官按使用方式分類植入式，如人工關節(jié)、人工心臟瓣膜、心臟起搏器。體外式，如人工腎、人工肺、人工胰。這些體外式人工器官實際上都是由電子控

7、制的精密機械裝置。第二節(jié) 心血管系統(tǒng)人工器官心血管系統(tǒng)的人工器官主要包括：人工心臟、人工心臟瓣膜、人工心臟起搏器、人工血管、人工血液等。一、人工心臟人工心臟是推動血液循環(huán)完全替代或部分替代人體心臟功能的機械心臟。在人體心臟因疾病而嚴重衰竭時，植入人工心臟暫時輔助或永久替代人體心臟的功能，推動血液循環(huán)。定義：人工心臟是利用機械的方法把血液輸送到全身各器官以代替心臟的功能的裝置。人工心臟可分為暫時性，即部分取代心臟的輔助性人工心臟；長期性，即取代整個心臟的安全人工心臟。2、人工心臟的發(fā)展史1895年，試制人工心臟泵對機體的組織和器官進行灌流。本世紀30年代，研制出世界上第一個人工心臟。暫時的輔助性

8、人工心臟，實際上是一種體外循環(huán)機。1957年美國開始完全人工心臟的研究。1958年制成塑料的人工心臟，并進行了以人工心臟置換狗心臟的試驗，但這只狗只活了90分鐘。1969年，人工心臟用于人體。1982年 ，JARVIK-7是世界上第一個試圖永久性植入人體的完全人工心臟。這種人工心臟的最大缺點是需要由體外裝置提供動力的能源。1998年，首個輕便式的心臟“輔助器”投放英美市場。2000年，給病人植入首個Jarvik-2000型人工心臟，重約90克，附在心臟的左心室上。2001年7月2日，世界上第一例全植入式人工心臟植入手術在美國獲得成功。名為AbioCor。 3、心臟的功能與人工心臟心臟是人體最重

9、要的器官之一，心臟停止跳動，生命就結束。心臟通過心臟肌肉不斷地、有節(jié)奏地收縮和擴張，推動血液不斷循環(huán)，以滿足人體內(nèi)各種器官新陳代謝的需要。1小時從心臟左心室進入主動脈的血液接近200升。 人工心臟一般分為完全人工心臟和輔助人工心臟兩大類。人工心臟的應用一是為在心臟移植前等待供體時短時間的循環(huán)維持；二是在外科手術中為不能脫離體外循環(huán)者，或某些心肌功能喪失患者的一時性應用。4、人工心臟的基本構造人工心臟主要有四個部件：血泵：血泵是整個系統(tǒng)的關鍵。血泵有多種形式，如膜式、囊式、管型、擺型和螺型等。血泵的材料必須優(yōu)異的血液相容性和組織相容性以及優(yōu)異的耐曲撓性能和力學性能。作為血泵材料使用的有：聚硅氧烷

10、、聚氨酯、聚四氟乙烯及其復合材料等。檢測與控制系統(tǒng)：檢測和控制心臟的工作狀態(tài)，使之適應于人體的循環(huán)生理需要，保證人工心臟的正常進行。驅(qū)動裝置：為血泵提供動能。驅(qū)動方式有：機械、液動、氣動、電動和磁動等。能源供給：5、人工心臟的臨床應用可逆性且暫時的心功能損害；心臟手術后心功能不全；重病患者心力衰竭階段；冠狀動脈搭橋手術時缺血性心臟病；心臟瓣膜置換術短時間的輔助維護。6、人工心臟的分類 按用途分類：左心室輔助循環(huán)、右心室輔助循環(huán)及雙心室輔助循環(huán)和全人工心臟。按應用分類：短期泵、間斷性泵、長期泵和永久性泵。短期泵、間斷性泵主要為左、右室輔助循環(huán)，用以短期輔助自身心臟恢復供血功能；長期泵和永久性泵主

11、要指雙室輔助循環(huán)、全人工心臟，用以終末期心臟疾病等待心臟移植或永久性全人工心臟移植。 7. 人工心臟材料高分子材料一直是人工循環(huán)的主要應用材料。針對人工心臟的特點聚脂類有較好的應用前途。今后還有可能利用人工材料的特點體外塑行以微創(chuàng)手術將人工心臟置入人體，或者將人工材料做成人體可降解材料，使其在一定時期后功能完成后自然降解，以免除二次手術。人工合金對人工心臟也做 出了較大的貢獻，如鎳鈦合金曾經(jīng)作為人工心臟瓣膜、心室，其堅固性、輕質(zhì)、表面光滑性非常適于人工心臟。近來有人做成鎳鈦鋯合金其優(yōu)越性更為突出。人工心臟的發(fā)展方向人工心臟的發(fā)展需要進一步解決的問題：1.小型而具有高射血效能2.安全可靠的控制系

12、統(tǒng)和能源供應模型3.經(jīng)久耐用的帶瓣血室二、人工心臟瓣膜1、引言：人工心臟瓣膜指用機械或生物組織材料加工制造的用于替代病損心臟瓣膜功能的人工器件。心臟瓣膜是保證心臟推動血液循環(huán)定向流動的生物閥門，心瓣膜的病變會影響正常血液循環(huán)。二、人工心臟瓣膜2、人工心瓣膜 金屬心瓣膜 二、人工心臟瓣膜2、人工心瓣膜 生物心瓣膜3、心臟瓣膜的基本要求 符合心臟瓣膜生物流體力學性能的要求，即瓣膜開放阻力最小，瓣膜開放時時瓣口兩側(cè)無明顯壓力差。當瓣膜關閉時，瓣膜關閉速度要快，要嚴，沒有返流。血液通過瓣口產(chǎn)生的流場近似于生理血液流場，不產(chǎn)生渦流。 材料的理化性能和機械性能穩(wěn)定，耐久性能良好，瓣膜的正常功能可保持數(shù)十年

13、或更長。 組織相容性和血液相容性好。 便于外科手術移植，消毒保存方便。 材料易得，便于制造，價格合理，容易推廣。4、心臟瓣膜的材料 人工心臟瓣膜使用的材料主要有生物瓣和非生物瓣兩大類，目前臨床使用的大多是生物瓣。生物瓣 主要有兩種，一是異種主動脈瓣瓣膜，多選用豬供體；另一種是由生物片狀組織材料制作的瓣膜，牛心包和硬腦膜最為常用。 心臟瓣膜基本由縫合環(huán)、金屬瓣架和阻塞體三部分組成。縫合環(huán)一般用聚四氟乙烯，滌綸等高分子材料。曾經(jīng)用作生物瓣材料的生物組織有：同種同體組織如闊筋膜、肺動脈；同種異體組織如主動脈瓣、硬腦膜、闊筋膜：異種異體組織如豬主動脈瓣、牛心包、牛主動脈瓣等。生物瓣的固定劑有甲醛、丙炔

14、內(nèi)酯、甘油和戊二醇。5、臨床應用：凡是瓣膜病變嚴重又無法做成型手術者，只要全身條件允許都會爭取做心瓣膜替換術，病人的年齡無絕對限制。常見的病例如下：二尖瓣狹窄：瓣膜鈣化或成漏斗樣須行瓣膜替換術二尖瓣關閉不全：二尖瓣環(huán)擴大或局部瓣葉卷縮 三尖瓣損害：三尖瓣狹窄少見，三尖瓣關閉不全，先天性三尖瓣下移。 主動脈瓣狹窄。 主動脈瓣關閉不全 。 肺動脈瓣病變。已經(jīng)臨床使用的瓣膜三 人工心臟起搏器 1、心臟房室傳導系統(tǒng)發(fā)生病變時，心房刺激不能下傳，從而心室不能正常收縮，心臟泵血功能難以維持血液正常循環(huán)，使用電子起搏器發(fā)出的電脈沖刺激心肌，促使心室預定頻率收縮，從而能正常搏動恢復泵血功能。（2）人工心臟起搏

15、器的類型：嚴格講心臟起搏器有兩種使用方式：臨時起搏和永久起搏。臨時起搏的適應癥是：1）心室率過緩（45次分鐘以下），出現(xiàn)頻繁室性早搏，心動過速，心室顫動；2）心動過緩，出現(xiàn)昏厥，心力衰竭或低血壓；3）病情嚴重的心臟病急性發(fā)作。 永久起搏的適應癥：1）病態(tài)竇房結綜合癥和慢快綜合癥；2）結下組滯：3）完全性或間歇式A-VB；4）反復發(fā)作型心室停搏；5）其他臨時起搏證明是有效的復發(fā)和難治病癥。（3）起搏器的型號與代碼一般的心臟起搏器用3-5位字母來表示其功能類別。第一位字母表示起搏心腔，第二位表示感知心腔，第三為表示對感知的響應，詳見下表： I II III IV V編碼字母起搏心腔感知心腔對感知的

16、相應程控功能頻率調(diào)制抗快速性心律失常功能V-心室A-心房D-雙腔V-心室A-心房D-雙腔O-無T-觸發(fā)起搏I-抑制起搏D-觸發(fā)抑制兼有O-無P-程控頻率或輸出M-多功能程控頻率、輸出、靈敏度C-通訊（遙測）R-頻率自適應O-無P-抗快速性心律失常S-電極D-P+SO-無四、人工血管和人造血液（1）人工血管 目前，臨床上使用的編制人工血管多用高分子纖維材料編織而成。目前，使用人工血管最大的缺陷是很難完全杜絕血栓的產(chǎn)生，尤其是在替代靜脈時更難避免。目前使用的高分子材料有聚氨酯，天然真絲，膨體聚四氟乙烯，聚酯纖維等。（2）人工血液人工血液實際上是人造血紅素，是為解決血源不足，避免疾病傳染而發(fā)展起來的

17、。目前使用較多的是人工合成的氟化碳（FC）乳劑。它的攜氧能力是血紅蛋白的數(shù)倍，對氧的溶解度也比水高20倍左右，但與血紅蛋白的不同的是物理溶解。人工血對氧和二氧化碳的攝取釋放反應都很迅速。臨床實例表明人造血液沒有毒副作用及變態(tài)，過敏反應。目前人造血液的制造是把血紅素基因轉(zhuǎn)植到細菌體內(nèi)，再利用細菌繁殖生產(chǎn)血紅素。第三節(jié) 呼吸、消化系統(tǒng)人工器官一、人工肺1、肺的結構與功能：肺組織是肺的主要部分，肺組織可分成許多肺小葉和肺段。肺組織由肺實質(zhì)和肺間質(zhì)組成。肺實質(zhì)包括肺內(nèi)各級器官及肺泡。肺間質(zhì)是指肺內(nèi)結締組織、血管、神經(jīng)和淋巴管等。肺的主要生理功能就是交換氣體，不斷地吸收外界的新鮮空氣，呼出體內(nèi)的二氧化碳

18、，保證人體新陳代謝的順利進行。2 人工肺簡介 ：又名氧合器，是一種代替人工肺臟排出二氧化碳，攝取氧氣，進行氣體交換的人工器官。人工肺基本分為4種：靜立垂平式，轉(zhuǎn)蝶式，鼓泡式和膜式。鼓泡式目前臨床應用最廣，膜式的血氣不直接接觸而隔薄膜靠氣體彌散進行血氣交換。3 幾種常見人工肺 ：1）.體外膜氧合器 70年代首創(chuàng)治療呼吸衰竭取得了巨大成績后。80年代NIH進行二組前瞻性對比研究認為體外膜氧合器可改善血氧指標，但不能提高生存率， 90年代應用已超過10000例以上，生存率由11提高到6395（嬰幼兒），成人則為40左右。2）.IVOXIVOX是一種小型中空纖維膜式氧合器，具有攝取O2和排CO2功能。

19、IVOX由股靜脈插入下腔靜脈或由頸靜脈插入上腔靜脈。 3） 透析型人工肺利用人工腎的血液透析裝置，透析液內(nèi)裝入雙氧水，膜面涂有氧化銠催化劑加速雙氧水分解為氧氣，從而達到攝取氧氣和以HCO3形式排除二氧化碳的功能，糾治臨床上往常發(fā)生的呼酸代堿，尤其是醫(yī)源性呼酸代堿。4 人工肺的材料 人工肺的主要功能就是氣體交換，因此人工肺多為鼓泡式和膜式兩種。前者使用的材料多為聚氨酯、纖維素和硅樹脂等。膜式氧合器所采用的膜材以硅橡膠為主，其次是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚砜類等。膜的結構有無孔薄膜、微孔薄膜和復合膜等。二、人工肝1、簡介 眾所周知，急性肝功能衰竭死亡率很高，嚴重危害人類的身體健康，1990年美國因肝衰

20、死亡達27000人，其中10為急性可逆性肝衰。我國每年死于急性肝衰的人數(shù)遠大于此，傳統(tǒng)的內(nèi)科治療僅20有效，近年來雖有用肝移植治療急性肝衰，存活率提高5575，但因其供肝來源、免疫排斥、經(jīng)費等問題使該治療方法受到限制。人工肝支持系統(tǒng)的研究，無疑為肝功衰竭的支持提供了一條嶄新的途徑。 由于肝臟有強大的再生能力，而且對部分肝組織切除能夠完全恢復原狀及功能。因此人工肝主要用做肝臟部分功能的暫時性替代裝置，例如協(xié)助肝衰竭患者度過危險期或延長其生命，等待肝細胞再生或等待肝移植。至今尚不能長期使用和基本代替肝臟主要功能，因此被一些專家稱為人工肝輔助。2、人工肝的類型人工肝主要分為以動物肝為主要部件的生物性

21、人工肝和采用生物材料用于吸附解毒，血液透析和血漿及氨基酸的調(diào)整補充的非生物性人工肝兩大類。非生物性人工肝有以下三種： 1）血灌流吸附解毒：利用活性炭或樹脂等吸附材料，將患者血液中抑制肝細胞生長的毒性物質(zhì)等吸附清除。因為活性炭的血液相容性不好，可在活性炭外面涂以高分子生物醫(yī)學包膜，近來有用吸附樹脂代替活性炭的趨向。 2）血透析及超濾：肝衰竭患者的血液中含有一些分子量在10004000的中分子物質(zhì)與病情相關，于是可用聚丙烯腈膜或中空纖維進行血液透析以除脫。 3）血漿及氨基酸的平衡補充：補充氨基酸制劑而調(diào)整血漿氨基酸平衡。2022/7/20423、人工肝的應用人工肝主要應用血液透析法治療肝功衰竭。生

22、物人工肝支持系統(tǒng)可將肝細胞體外培養(yǎng)系統(tǒng)用于人工肝，使之具備更完備的肝功能效果，優(yōu)于傳統(tǒng)的人工肝，即參于糖、蛋白、脂肪三大代謝；完成中間代謝；清除毒素和中間代謝產(chǎn)物；具有生物合成、轉(zhuǎn)化功能；分泌具有促進肝細胞生長的活性物質(zhì)等特異性肝功能。 三、人工胰1、簡介： 糖尿病是一種常見的代謝紊亂性疾病或內(nèi)分泌病，世界人口大約2患有糖尿病。目前對糖尿病的主要療法有皮下注射胰島素，口服降糖藥，胰臟移植或胰島細胞植入，使用人工胰等。目前的人工胰能隨時測知患者的血糖值，適時地釋放適量胰島素，代替胰臟失去了機能的B細胞功能，控制血糖維持在正常值上下。人工胰裝置除可控制地給患者注入胰島素之外，還可注入葡萄糖和胰高血

23、糖素等。 2、應用范圍： 人工胰適用于下列患者： 胰島素依賴的糖尿病患者，低血糖時容易發(fā)生嚴重神經(jīng)系統(tǒng)反應，而且常無饑餓，出汗等前驅(qū)癥狀。糖尿病孕婦。糖尿病患者腎臟的葡萄糖閾又不正常。 糖尿病患者兼有腎臟病的?；颊邔σ葝u素呈抗藥狀態(tài)等。3、使用的材料按構造不同人工胰可分為機械人工胰和半生物人工胰兩種。對于機械型的主要由胰島素注射泵，控制微機和能連續(xù)測定血糖值的傳感器所組成。 半生物人工胰利用動物胰腺組織或細胞對人體的血糖變化迅速反應，適量釋放胰島素來調(diào)節(jié)血糖。 含少量季氨基的丙烯酸酯的共聚物，海藻酸鈉與氯化鈣，聚賴氨酸形成的聚離子復合物等材料，已成功地用做胰島細胞的包囊。有人用海藻酸鈣包埋胰島

24、細胞制成人工胰腺。 4、人工胰島素釋放系統(tǒng)和生物人工胰人工胰島素釋放系統(tǒng)人工胰島素釋放系統(tǒng)是模擬人體的胰島素對血糖反應而釋放的系統(tǒng)，模擬了人體對血糖濃度的高低而產(chǎn)生的胰島素分泌的反饋性。它通常由血糖濃度監(jiān)測、胰島素泵以及泵控制三個子系統(tǒng)組成。生物人工胰 生物人工胰主要是采用胰腺材料，并對胰組織采取免疫隔離技術后移植入受體，使植入的胰島或其它生物材料免受受體免疫系統(tǒng)的攻擊。 目前生物胰取材主要是胰島，也包括胰塊和細胞等。在來源上有人體、豬、猴、鼠等。采用的免疫隔離技術包括微囊、中空纖維、彌撒倉等。其中研究的最多的為微囊化胰島移植2022/7/2048四、人工喉和人工食管1、人工喉 人工喉又稱助講

25、器，可分為氣動人工喉、電磁人工喉和電子人工喉三種，按聲音導入方式，又分口內(nèi)導入型、頸外導入型和口腔上腭型三種。正常人的肺和支器官匯于氣管，經(jīng)喉與食道連接。喉癌病人需要切除喉頭。由于聲帶隨同切除而不能發(fā)音，氣管也因喉切除而將斷端封于頸部。肺的呼吸雖仍能使氣體流動，但不能發(fā)音，所以人工喉的主要功能主要不是為了呼吸而是利用正常的氣體呼吸進行發(fā)音重建。硅橡膠是制造人工喉的主要原料。1、氣動式人工喉：由杯罩、進氣管、振動體、導音管組成，主體材料為塑膠。振動體內(nèi)有振動發(fā)聲的橡膠膜，可調(diào)節(jié)松緊變換音調(diào)，使聲音盡量接近自然，振動體下端通過進氣管及喇叭形杯罩與氣管瘺口相通，上端有導音管通入口腔。 2、電子人工喉

26、 利用半導體元件產(chǎn)生音頻振動脈沖波，經(jīng)功率放大，由電能變?yōu)槁暷?，撞擊發(fā)聲膜產(chǎn)生特定的聲音，頻率為128-1024Hz，聲強為0-107dB。優(yōu)點是發(fā)聲方便，易學易掌握，語音清晰，清結衛(wèi)生，發(fā)聲成功率高等優(yōu)點，所以在全世界應用廣泛。缺點是發(fā)聲帶金屬聲，語聲缺乏抑揚頓挫的變化。2、人工食管： 食管是一種柔軟的肌性管，主要功能是參與機械性消化，通過蠕動方式將食物送入胃內(nèi)，人工食管不能完全模擬食管形態(tài)，官腔是持續(xù)開放型的，這就要求人工食管有合適的彈性和硬度。人工食管的研制目前仍處實驗階段。 第四節(jié) 泌尿系統(tǒng)人工器官一、引言泌尿系統(tǒng)由腎、輸尿管、膀胱和尿道組成。腎是泌尿系統(tǒng)最重要的實質(zhì)性器官，它的主要功

27、能是生產(chǎn)尿液，腎不僅起排泄作用，還對肌體水電解質(zhì)平衡和酸堿平衡起重要的調(diào)節(jié)作用。同時還分泌腎素，前列腺素，促紅細胞生成素。二、人工腎1、簡介 人工腎是一種替代腎臟功能的裝置，主要用于治療腎功能衰竭和尿毒癥。腎臟通過排泄（主要是泌尿）排出體內(nèi)多種，大量的代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)體內(nèi)水，鹽代謝和酸堿平衡，保持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)；并通過內(nèi)分泌功能參與血液循環(huán)等功能的體液調(diào)節(jié)。人工腎主要是將血液引出體外利用透析，過濾，吸附，分離等原理排除體內(nèi)過剩的含氮化合物，新陳代謝產(chǎn)物或過量的藥物等，調(diào)節(jié)電解質(zhì)平衡，然后再將凈化的血液引回體內(nèi)。2、基本結構人工腎一般由供水系統(tǒng)，凈化系統(tǒng)和監(jiān)護系統(tǒng)組成。因為病人一次透析需要用

28、210240L的無離子水或蒸餾水，所以要有提供用水的裝置。凈化系統(tǒng)主要包括透析器及透析液供給和血液體外循環(huán)用的附屬管路。3、類型一般分為透析型，濾過型，吸附型3大類。1）中空纖維型透析器（簡稱HFAK）是最常用，又較先進的透析型人工腎。這種人工腎上萬根內(nèi)徑為210260um的由醋酸纖維膜和銅珞玢膜制成的空心纖維管組成，裝在一透明容器中，兩端配有動脈和靜脈血路，使血液和透析液分別在空心纖維管內(nèi)外做反向流動，通過纖維管壁透。2）吸附型人工腎不使用透析液，而是用高分子膜包被活性炭顆粒來吸附血液中的肌酐，肌酸，尿酸，毒性藥物等。由于它不能清除尿素和水分，也不能調(diào)節(jié)電解質(zhì)及酸堿平衡紊亂，因而不能單獨完成

29、腎衰患者的血液凈化，多和透析型配合使用。由于對中分子毒素吸附有優(yōu)良效果，故多用于急性藥物中毒患者的搶救。這種人工腎俗稱“碳腎”。 3）濾過型人工腎它是模仿正常人體腎小球清除溶質(zhì)的機理工作的：使患者體外循環(huán)血液通過裝有用聚丙烯困制成的濾過膜（AN69）或用聚砜膜制成的中空纖維的特制濾器，通過提高跨膜壓來增大超濾率，借以有效清除溶質(zhì)。這種人工腎不需要透析液，設備簡單，能有效地清除中分子量毒素，還不會發(fā)生失衡綜合癥和低血壓，是目前使用較好的一種。但是它只能模仿腎小球的濾過功能，另靠輸入置換液來代替腎小管和集合管的重吸收功能，是它不足之處。 4）生物人工腎生物人工腎是根據(jù)組織工程的原理制造出來的，它由

30、生物人工血濾器和生物人工腎小管輔助裝置兩部分組成，前者使用生物材料膜包裹具有活性的內(nèi)皮細胞，使移植的細胞逃避宿主的排斥，通過轉(zhuǎn)基因技術，并合成分泌多種腎原性物質(zhì)。后者具有腎小管的再生、分裂、分化、分泌等功能。因此，生物人工腎應具有正常腎的濾過、分泌和腎小管的重吸收、內(nèi)分泌和代謝等多種功能。 4、透析膜的工作原理實際上透析膜是具有一定大小孔隙的薄膜，不同物質(zhì)的溶液或同種物質(zhì)不同濃度或壓力差的溶液在透析膜兩邊可以達到濃度和成份的平衡。在血液中應除去的毒物中，小分子量者是指水、尿素(分子量60)、肌酐(分子量113)，尿酸(分子量168)等。中等分子量一般指分子量在1000-5000左右，如維生素B

31、12(分子量1355)、菊粉(分子量5200)等。血液從人體動脈引出，進入透析器，在透析膜的兩邊發(fā)生離子的交換，血液中低、中分子量如PO4-3, SO4-2, 肌肝酸, 脲素, 肝素等應清除的物質(zhì)排出血液, 而HCO3-2等從透析液適當補充到血液中,血液中的大分子物質(zhì)如血漿蛋白和血液細胞不會從小孔隙中向外流失, 外面的細菌病毒也不會跑進血液內(nèi)部做成感染。經(jīng)清除后的血液進再回到人體的靜脈中去。 透析膜的工作原理 第四節(jié) 泌尿系統(tǒng)人工器官三、人工膀胱 1、概述膀胱是儲存和排除尿液的肌性囊狀器官，其容量大約有300-500毫升。當受傷或病變時會引起尿路部分區(qū)段受阻或梗塞，影響腎功能。因此必須對其進行

32、改道或更換。人工膀胱有兩類：用自體組織或異體組織的生物組織材料制作的人工膀胱；用合成高分子材料制作的人工膀胱兩大類。前者是利用腸管（如結腸、回腸）代替膀胱，也可用肛門括約肌自肛門排尿，一般稱為自體人工膀胱再造術。2、人工膀胱的用途與作用人工膀胱已有40多年的研究歷史。膀胱腫瘤、放射性膀胱炎、間質(zhì)性膀胱炎、膀胱結核及先天性膀胱畸形等患者需要膀胱重建，目前多以自體腸管用作膀胱重建，尚存在尿瘺、酸中毒、腎功能惡化等并發(fā)癥。人工膀胱開發(fā)成為急待解決的問題。理想的人工膀胱應具有以下作用保護腎臟功能；有效的尿液儲存；能完全排空；抗感染和異物沉積；生物相容性。3、材料 除自體再造人工膀胱外，利用高分子材料制

33、作人工膀胱假體及人工尿道多用于膀胱切除術。用做人工膀胱的高分子材料必須具有良好的血液相容性，在尿液中的性能穩(wěn)定性，對泌尿系統(tǒng)無刺激和良好的密封性。常用的材料有：硅橡膠、聚四氟乙烯、滌綸、聚氨酯、聚乙烯海綿、天然乳膠等。4、類型體外留置型：采用各種造口術，用引流管將尿液引出體外，用集尿袋作人工膀胱積蓄尿液。移行上皮細胞再生型：利用移行上皮細胞再生能力強的特點，膀胱部分切除后，在盆腔內(nèi)設置膀胱支架，使殘留的膀胱及尿道組織沿支架再產(chǎn)生一個完整的膀胱，然后除去支架。全置換式人工膀胱：比較復雜，包括人工輸尿管、單向止逆瓣、集尿器、人工括約肌以及人工尿道等。第五節(jié) 其它人工器官 隨著現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，一

34、些高新技術的人造器官猶如雨后春筍般地涌出，為人類的健康帶來了福音。1人工皮膚看起來毫不出色的人造皮膚市場，卻生氣盎然。最近，日本明治制果公司將由牛身上“骨膠原”制成的人造皮膚，成功地商品化。這種人造皮膚，是由牛的真皮抽出骨膠原制成，沒有排斥反應，而且表皮形成能力優(yōu)異，治療灼傷效果很好。 2. 人工中耳 在日本，人造中耳己開始試用，產(chǎn)品分內(nèi)外兩部分。體外部裝在耳朵的后方，功能是將麥克風捕捉到的聲音，以電子信號放大，再用無線電傳送到體內(nèi)。體內(nèi)部則用手術理入中耳腔內(nèi)，由耳小鼓振蕩于和線圈構成。線圈在收到無線電信號之后，便將信號轉(zhuǎn)換成電壓，振動耳小鼓振蕩于，然后再傳達給中耳的鐙骨，這種半隱藏式人造中耳不但能使患者聽到所有人耳能聽到的聲音，而且聽起來清楚、自然，也有立體感。 2022/7/20672022/7/2068 人工耳蝸（感應式）的組成示意圖 3人工關節(jié)與假肢 人造關節(jié)的材料以不易磨損者最佳。經(jīng)過不斷的改良之后，發(fā)現(xiàn)以金屬和高密度聚乙烯（HDP）合成的最好。目前使用的材料有鈷、欽和陶瓷等。人造假肢有支撐型和感知型，后者實際上是一個傳感器。4.人工骨俄國、德國的一些醫(yī)院上個世紀七十年代就開始對患者使用生物陶瓷人造骨，這種人道骨成分含有鈣和磷酸鹽離子。漢堡市一家醫(yī)院用這