Lecture+3+血液凈化、泌尿、免疫系統(tǒng)的人工器官(II)

血液凈化、泌尿、免疫系統(tǒng)的人工器官（II）人體最大的腺體和消化腺重1200~1500g，占體重1/40~1/50。人工肝兩面四個緣臟面膈面肝左葉右葉肝的解剖肝臟的血供：1/3肝動脈，2/3門靜脈肝臟的功能1.物質(zhì)代謝：包括糖、脂、蛋白、維生素等。含600多種酶，新陳代謝最活躍的器官，復(fù)雜的生理功能（合成、轉(zhuǎn)化、分解），完成通過酶介導(dǎo)的各種生理功能。2.分泌和排泄：膽汁（包括膽鹽和膽紅素）。3.參與凝血和抗凝血的調(diào)節(jié)4.免疫：吞噬、防御功能，產(chǎn)生Ig和補體；處理抗原、抗體；5.生物轉(zhuǎn)化:藥物、毒物、激素等通過氧化、分解、結(jié)合方式清除代謝過程中產(chǎn)生的和外來的毒素。6.在胚胎時期有造血功能。肝臟再生功能：切除肝組織2/3恢復(fù)原狀肝臟功能障礙物質(zhì)代謝障礙低血糖低蛋白血癥低鈉血癥低鉀血癥膽汁分泌和排泄障礙

高膽紅素血癥

肝內(nèi)膽汁淤積癥免疫功能障礙凝血障礙：出血。生物轉(zhuǎn)化功能障礙藥物代謝障礙毒物代謝障礙：氨、胺、GABA等代謝障礙而引起肝性腦病。激素滅活障礙肝功能衰竭肝功能不全（hepaticinsufficiency)

各種病因→肝細胞嚴重損害→各種功能嚴重障礙肝功能衰竭（hepaticfailure)

肝功能不全的晚期階段※常伴有肝性腦病和肝性腎衰人工肝臟是借助體外機械、化學(xué)或生物性裝置，暫時及部分替代肝臟功能，從而協(xié)助治療肝功能不全、肝衰竭或相關(guān)肝臟疾病的方法。人工肝目前根據(jù)其組成和性質(zhì)主要可分為三類：

1、非生物型，又稱物理型，主要通過物理或機械的方法進行治療，包括血漿置換（plasmaexchange,pe）、血漿膽紅素、氨及藥物灌流吸附（directhemoperfusion/plas-maabsorption，dhp/pa）、血液濾過（hf）等均屬次類。2、生物型，將生物部分，如同種及異種肝細胞與合成材料相結(jié)合組成特定的裝置，患者的血液或血漿通過該裝置進行物質(zhì)交換和解毒轉(zhuǎn)化等。

人工肝分類3、混合型，由生物與非生物型結(jié)合組成的具有兩者功能的人工肝支持系統(tǒng)。也有人認為，象血漿置換等方法，在去除有害物質(zhì)的同時，補充了凝血因子等生物活性成分，可單獨歸為一類，即中間型或過渡型人工肝，但三型分類法可能更簡明和被普遍認可。人工肝分類1950年Merrill首先用血液透析治療肝衰；人工肝的研究始于20世紀50年代，1956年Sorrentino證明了新鮮肝組織勻漿能代謝酮體，巴比妥和氨，首次提出了“人工肝臟”的概念；1958年，Kiley首先報告出應(yīng)用血液透析治療肝功衰竭。50年代中期，日本杉浦光雄、坂本啟介試制成簡易人工肝歷史60與70年代，有了微載體細胞培養(yǎng)法和毛細中空纖維肝細胞反應(yīng)器；1987年，Matsamura設(shè)計出最早的生物人工肝。血液透析（HD）：利用半透膜使中、小分子物質(zhì)借助濃度梯度彌散，從而清除血中毒物，能清除大量氨和有效地去除尿素、肌苷及無機磷酸鹽等小分子物質(zhì)，對中、大分子物質(zhì)清除率較低。但對暴發(fā)型肝炎進入肝昏迷的病人效果不明顯。故僅用于暴發(fā)性肝功能衰竭伴隨腎功能不全的治療血液濾過（HF）：利用液體靜壓力差作為垮膜壓，使血中毒物經(jīng)膜濾除，對中分子量物質(zhì)的清除較有效。血液透析濾過法（HDF）：HD與HF結(jié)合即；血液灌流（HP）：活性炭血液灌流對中分子物質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)清除率較高。肝功能衰竭病人血中的白細胞抑制因子，抑制肝細胞生長的細胞毒物質(zhì)以及芳香族氨基酸、酚、吲哚、短鏈脂肪酸均可被活性炭有效地吸附。血液灌流對活性碳的要求較高，需要具有良好的吸附性能和血液生物相容性，且機械強度要過關(guān)，能耐受熱壓滅菌等。為較成熟的治療手段，在物理性輔助裝置中應(yīng)用最廣，除重癥肝炎外，在急性中毒救治中亦列為首選。血漿置換（PE&PP）：將含毒血液通過血漿分離器分離，棄血漿，代替以正常血漿回輸或人血白蛋白等溶液。確切含義是血液吸附，即溶解在血液的物質(zhì)被吸附到具有豐富表面積的固態(tài)物質(zhì)上藉以從血液中清除毒物。血液灌流設(shè)備主要由血液灌注機，附件（動脈和靜脈管路等）及血液灌流器組成。常用的灌流器有兩種：一類是活性炭，一類是合成樹脂。血液灌流血液灌流目前以血漿置換和血液灌注在國內(nèi)外應(yīng)用最多；它是采用血漿分離器將患者血漿從全血中分離并棄去，同時代之以新鮮冷凍血漿或人血白蛋白等溶液。這種方法在除去血液中膽紅素、內(nèi)毒素、細胞毒性因子等有害物質(zhì)的同時，補充多種生物活性成分。血漿置換血漿置換的缺點是潛在的感染（目前檢測手段未能檢出發(fā)現(xiàn)的致病原等）、過敏、枸櫞酸鹽中毒、治療后水鈉潴留等。血漿膽紅素吸附是將血漿分離器分離出的血漿，再經(jīng)一特殊的吸附柱吸附去除部分膽紅素等，爾后回到患者體內(nèi)，主要用于單純血漿膽紅素升高，及不愿或不便使用異體血漿患者的退黃治療。類似的吸附方法還有活性炭血氨及毒素吸附及直接血液灌流（吸附）等，不同主要在于吸附柱性質(zhì)及對目標吸附物的選擇。血漿置換吸附柱人工肝血漿置換原理多孔膜材料制成空心纖維管型血漿分離器，配有自動控制裝置，并能平穩(wěn)調(diào)節(jié)置換液與棄血液的速度和比例，使患者的血容量和血流動力學(xué)保持穩(wěn)定。大劑量血漿置換。相當于人體細胞外液即體重20％的高容量血漿置換。消耗大量新鮮冷凍血漿，易發(fā)生人類免疫缺陷病毒（HIV）和肝炎病毒的經(jīng)血傳播。血漿置換（二）整體洗滌這種方法首先對患者放血，同時快速輸注白蛋白和電解質(zhì)溶液，然后再輸注新鮮血液。

生物人工肝是將同種或異種供體的全肝、肝組織片、肝細胞懸液、培養(yǎng)肝細胞、肝細胞微粒及特定的肝細胞酶等與生物合成材料相結(jié)合組裝成某種形式的人工肝裝置。生物型人工肝體外生物人工肝支持系統(tǒng)（EBLSS）不僅具有肝特異性的解毒功能，而且具有更高的效能：①參與糖、蛋白質(zhì)、脂肪三大物質(zhì)代謝；②完成中間代謝，清除毒性物質(zhì)及中間代謝產(chǎn)物；③具有生物合成轉(zhuǎn)化功能；④分泌具有促進肝細胞生長活性的物質(zhì)，如肝細胞生長因子、肝臟刺激物質(zhì)等體外生物人工肝支持系統(tǒng)（EBLSS）不僅具有肝特異性的解毒功能，而且具有更高的效能：①參與糖、蛋白質(zhì)、脂肪三大物質(zhì)代謝；②完成中間代謝，清除毒性物質(zhì)及中間代謝產(chǎn)物；③具有生物合成轉(zhuǎn)化功能；④分泌具有促進肝細胞生長活性的物質(zhì)，如肝細胞生長因子、肝臟刺激物質(zhì)等EBLSS的基本工作原理是將培養(yǎng)肝細胞置于體外循環(huán)裝置，即生物反應(yīng)器中，患者血液/血漿流過生物反應(yīng)器時，通過半透膜或直接接觸的方式與培養(yǎng)肝細胞間進行物質(zhì)交換，從而起到理想的人工肝支持作用。經(jīng)過近十年的努力，肝細胞的分離、高密度培養(yǎng)以及生物反應(yīng)器等EBLSS的關(guān)鍵技術(shù)已得到初步的解決。生物型人工肝（二）生物人工肝的肝細胞培養(yǎng)新分離的肝細胞在懸液中由于缺乏立體支架而難以維持其活性及功能，單層培養(yǎng)肝細胞在細胞的生物活性、存活時間及增殖能力方面均明顯優(yōu)于肝細胞懸液，缺點是單位面積細胞數(shù)較少，且不便隨意取出。

微載體培養(yǎng)：新分離的肝細胞懸液加入經(jīng)膠原被覆的葡聚糖微載體間隙振動，可使肝細胞粘附于微載體進行培養(yǎng)，通過為肝細胞提供立體支撐作用而維持良好的形態(tài)和功能，達到高密度、高活性、長期培養(yǎng)的目的。使用陽性電荷培養(yǎng)瓶（皿）、聚羥乙基異丁酸被覆或使用激素定量培養(yǎng)液、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)等，抑制肝細胞單層貼壁生長，促進其相互聚集成50～200um的多細胞球形體，有明顯的分化增殖能力，能長期維持正常的生物學(xué)功能，尤其具有取代方便的優(yōu)點。中空纖維培養(yǎng)細胞法：數(shù)百根中空纖維的外側(cè)空間播種肝細胞，中空纖維內(nèi)灌流培養(yǎng)液，通過多孔質(zhì)的中空纖維補充營養(yǎng)及氧分，以維持肝細胞生存。（三）生物人工肝的生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器是EBLSS中肝衰竭患者血液/血漿與肝細胞進行物質(zhì)交換、發(fā)揮人工肝支持作用的關(guān)鍵部位。理想的生物反應(yīng)器應(yīng)為肝細胞提供較好的生存條件，并達到較好的物質(zhì)交換。多孔空心纖維細管，平行排列于密閉箱內(nèi)，形成管內(nèi)腔和管外腔，管壁半透膜（孔徑0.2μm）允許約10萬道爾頓分子量以下的物質(zhì)通過，而細胞及免疫球蛋白不能通過，起到免疫隔離作用。生物人工肝問世不久，很快發(fā)現(xiàn)它雖能較好地替代肝臟的解毒與生物合成功能，但肝衰竭患者體內(nèi)積累的大量代謝產(chǎn)物及毒性物質(zhì)難以在有限的交換中由培養(yǎng)肝細胞解毒，反過來還可能對培養(yǎng)肝細胞的存活及生物學(xué)功能產(chǎn)生不利影響。將早期偏重于解毒作用的人工肝支持方法與之相結(jié)合，組成混合型（或雜交型）生物人工肝，可使人工肝的生物合成轉(zhuǎn)化功能及解毒作用更加完善?；旌闲蜕锶斯じ窝汗嗔骱脱獫{置換兩種安全可靠、簡便實用的方法，與培養(yǎng)肝細胞生物反應(yīng)器一起成功構(gòu)成了“三合一”混合生物人工肝支持系統(tǒng)。不僅輔以肝細胞反應(yīng)器保溫、加氧等措施，而且配有血漿循環(huán)池和微機自動控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的實用效率和安全性能?；旌闲腿斯じ我扰K(pancreas)：一個大而細長的葡萄串狀的腺體，橫于胃后，居脾臟和十二指腸之間；其右端(胰頭)較大、朝下，左端(胰尾)是橫著的，尾部靠著脾，是人體一個重要的臟器。人工胰臟胰臟有兩部分，一是胰腺，是外分泌腺，產(chǎn)生胰液；二是胰島，胰島就像大海中的島嶼，是胰臟內(nèi)一堆又一堆的細胞構(gòu)成的器官，胰島是內(nèi)分泌腺，產(chǎn)生胰島素。所以，胰臟是人體內(nèi)唯一的一個既是外分泌腺又是內(nèi)分泌腺的腺體，一個特殊的臟器。胰的外分泌液或胰液經(jīng)胰管輸入十二指腸，其中含有各種消化酶。在胰內(nèi)另有散在的島狀細胞團，稱為胰島或Langerhans島。胰島的β-細胞分泌胰島素，起降低血糖，促進肝糖原的合成等作用。胰島α-細胞分泌胰高血糖素，可以促進肝糖原分解，使血糖升高。胰島素和胰高血糖素互相反饋，控制血糖穩(wěn)定在一個小的范圍內(nèi)。如果因為任何原因?qū)е乱葝u素絕對或相對不足，就會導(dǎo)致糖尿病。胰島人工胰腺，也叫閉環(huán)式胰島素泵系統(tǒng)，由胰島素泵、連續(xù)血糖監(jiān)測裝置（CGM）和微型電腦組成，并由智能程序控制的根據(jù)患者血糖水平自動調(diào)節(jié)胰島素劑量的電子—生化儀器系統(tǒng)。人工胰臟利用復(fù)雜的計算機算法，將現(xiàn)有的胰島素泵療法和實時連續(xù)血糖監(jiān)測(CGM)技術(shù)整合在一起，有助預(yù)防出現(xiàn)危險的或潛在地危機生命的低血糖情況，并預(yù)防由于高血糖引起的并發(fā)癥。CGM系統(tǒng)可以向胰島素泵發(fā)送無線信號，如果CGM系統(tǒng)監(jiān)測到血糖水平高，人工胰臟系統(tǒng)就會指令胰島素泵增大胰島素劑量；如果監(jiān)測到血糖水平低，人工胰臟系統(tǒng)就會指令胰島素泵停止供應(yīng)胰島素。人工胰腺系統(tǒng)將會使1型糖尿病患者受益。1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，機體制造胰島素的能力喪失。1型糖尿病患者必須通過注射方式或者使用胰島素泵來補充胰島素。但是，補充多少胰島素非常難以確定。1型糖尿病患者必須隨時監(jiān)控體內(nèi)血糖水平，確保不能過高或過低。而血糖水平受到多種因素影響，比如健身情況、疾病狀況甚至壓力大小。胰島素泵是一個形狀、大小如同BP機，通過一條與人體相連的軟管向體內(nèi)持續(xù)輸注胰島素的裝置。它模擬人體健康胰腺分泌胰島素的生理模式。俗稱\"人工胰腺”。內(nèi)裝有一個放短效胰島素的儲藥器，外有一個顯示屏及一些按鈕，用于設(shè)置泵的程序，靈敏的驅(qū)動馬達緩慢地推動胰島素從儲藥器經(jīng)輸注導(dǎo)管進入皮下。輸注導(dǎo)管長度不一，牢固地將泵與身體連接起來。胰島素泵胰島素泵胰島素泵由泵、小注射器和與之相連的輸液管組成。小注射器最多可以容納3毫升的胰島素，注射器裝入泵中后，將相連的輸液管前端的引導(dǎo)針用注針器扎入患者的皮下（常規(guī)為腹壁），再由電池驅(qū)動胰島素泵的螺旋馬達推動小注射器的活塞。將胰島素輸注到體內(nèi)胰島素泵的基本用途是模擬胰腺的分泌功能，按照人體需要的劑量將胰島素持續(xù)地推注到使用者的皮下，保持全天血糖穩(wěn)定，以達到控制糖尿胰島素泵-組成以色列研究出人工胰臟；法國首創(chuàng)人工胰臟移植；人工胰臟在美國試用；我國人工胰臟的研究處于起步階段，但是效果卓然，已經(jīng)研制出了新型閉環(huán)無創(chuàng)胰島素泵集成系統(tǒng)。研究進展1979年時代雜志《人工胰腺》可以隨身攜帶1980年AS-6C1980年開發(fā)閉環(huán)式胰島素泵不用于臨床用于藥物研究1983年AS6MP83年CPI1984年有最大量限制的功能徳國第一代胰島素泵

西門子公司出品人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質(zhì)角色的白蛋白中放入血紅素分子，制成白蛋白血紅素，這就是人工血液，嚴格來說只能取代人體血液攜帶氧氣的功能，并無法取代白血球的免疫功能與血小板的凝血功能。人工血液由日本早稻田大學(xué)、慶應(yīng)大學(xué)和熊本大學(xué)研究小組成功開發(fā)出的可以大量生產(chǎn)和長期保存的人工血液，使用這種人工血液輸血不必擔心病毒感染和血型不符。動物實驗顯示，這種人工血液可把肺部呼吸的氧氣輸送到體內(nèi)各個組織器官。迄今為止，大多數(shù)生產(chǎn)人工血液的嘗試均以失敗告終。19世紀，醫(yī)生給病人靜脈注射動物血、奶、油和其他液體，結(jié)果均未成功。甚至在1901年發(fā)現(xiàn)了人類的血型之后，醫(yī)生們?nèi)砸恢痹趯ふ已旱奶娲?。第一次和第二次世界大?zhàn)、肝炎以及人體免疫缺陷病毒（HIV）的發(fā)現(xiàn)，提高了人們對人工血液研究進展的關(guān)注。20世紀80和90年代，制藥公司研發(fā)了幾種人工血液，但在人體試驗中出現(xiàn)了心肌梗塞乃至死亡后，部分公司放棄了相關(guān)研究。某些早期制品還會導(dǎo)致毛細血管破裂以及血壓飆升。但在進一步的研究中，人們發(fā)現(xiàn)了兩大類血液替代品——血紅蛋白攜氧載體（HBOC）和全氟碳化物（PFC）現(xiàn)在，已經(jīng)有部分人工血液接近測試階段的尾聲，很快便可在醫(yī)院應(yīng)用。另有一些則已經(jīng)開始應(yīng)用。例如，被稱為牛血紅蛋白多聚（Hemopure）的HBOC類血液替代品目前正應(yīng)用于受HIV威脅嚴重的南非。而在歐美，一種名為Oxygent的PFC類攜氧載體已進入人體試驗的后期階段。2010年10月，在澳洲一婦女被用人工合成血液救活，尚屬世界首例。1、人體血液由血漿、紅細胞、白細胞和血小板組成，成分非常復(fù)雜，要制造出一種完全代替血液的溶液非常困難，但研制一種臨時替代品，在急需情況下能短時間內(nèi)代替血液中某種成分的作用卻是可行的。人工血液-組成制法2、人工血液的傳統(tǒng)制造法是將過期紅血球內(nèi)的血紅素抽出使用。早期直接用抽出的血紅素試驗，發(fā)現(xiàn)在注入血流中經(jīng)數(shù)小時后就會分解成兩個α、β次單位，然后很快地這些次單位會積存在腎臟，造成毒性；另一個問題是人工血紅素如果不經(jīng)過改造，雖然可以和氧結(jié)合，但釋放氧到組織的能力不佳，結(jié)果也不得理想。3、人們通過這種試驗就想到通過化學(xué)方法把兩個α、β分子連結(jié)得更穩(wěn)固些。4、這種產(chǎn)品對熱很穩(wěn)定，可用高熱殺死病毒和其它感染病源，而且釋放氧的功能也很不錯，同時這種經(jīng)改造過的人工血紅素還可以把適當?shù)闹委熕幬镉没瘜W(xué)方法鍵合到人工血紅素內(nèi)。5、最新的人工血紅素制造原理是把血紅素基因轉(zhuǎn)植到細菌體內(nèi)，利用細菌作為制造工廠，再進行大量復(fù)制。采用這種技術(shù)來生產(chǎn)血紅素的優(yōu)點是被轉(zhuǎn)植到細菌體內(nèi)的基因可以作局部的修改，使生產(chǎn)出來的血紅素在穩(wěn)定性和釋氧能力等方面都能得到適當?shù)恼{(diào)整人工血液1、血紅素的分子量約為64500dalton，主要存在于紅血球中，由