血液透析中空纖維膜特性ppt課件

1、血液透析中空纖維膜特性中空纖維膜根底知識 (研發(fā)人員培訓(xùn)版) 威海威高血液凈化制品 高晉權(quán) 2019-03-02M：63178201 ： jqgao2019163;n醫(yī)用膜開展歷史回想n中空纖維膜根本特性n不同膜資料透析器比較; 改性纖維素膜 ，如醋酸膜(cellulose acetate,CA) 、血仿膜 (Hemophane)合成膜，如PAN、PC、PSU、PA+PAES、PES、PMMA、EVAL等新的膜或治療方式出現(xiàn)？優(yōu)勢優(yōu)勢high-efficiencyhigh-flux醫(yī)用膜開展歷史回想1960S非改性纖維素膜，如賽璐璐膜(Cellophane) 、銅仿膜(Cuprophane)1

2、980S;u中空纖維膜的尺寸(Dimensions)u膜的外表積(Surface Area)u與膜孔相關(guān)的特性(Membrane Pore-Related Characteristics)u膜的荷電性 (charged)或電位u透析器性能相關(guān)的非膜要素(Non-Membrane-Related Determinants)中空纖維膜根本特性; 合成膜一中空纖維膜的尺寸一中空纖維膜的尺寸 Dimensions Dimensions (Synthetic membranes)中空纖維膜根本特性;Hagen-Poisseuile方程式： QB = P/(8L/r4) 1其中： QB是血流率(blood

3、 flow rate) P是軸向壓力差(axial pressure drop) 是血液粘度(blood viscosity) L是纖維長度(fiber length) r是中空纖維半徑(hollow fiber radius)一個更通用的方程式構(gòu)造：QB = P/R 2其中：R是血流動阻力(blood flow resistance) R= 8L/r4 3 中空纖維膜根本特性一中空纖維膜的尺寸一中空纖維膜的尺寸 Dimensions Dimensions ;P1P2， P3P4(P40)中空纖維膜根本特性一中空纖維膜的尺寸一中空纖維膜的尺寸 Dimensions Dimensions ; 反

4、超 正超反超濾back filtration會使細(xì)胞因子誘導(dǎo)物質(zhì)(cytokine-inducing substances)進入血液,導(dǎo)致炎癥。一些長期透析病人處于慢性微炎病癥態(tài)，經(jīng)過HD周期性的激活血細(xì)胞，導(dǎo)致長期透析病癥并發(fā)癥的開展，如敗血癥。中空纖維膜根本特性一中空纖維膜的尺寸一中空纖維膜的尺寸 Dimensions Dimensions ;中空纖維外表積即圓柱筒內(nèi)外表積： Afiber =2rL假設(shè)： r = 100 m (10-4m) ，L=24 cm (0.24 m) 那么Afiber =(2)( 10-4m)( 0.24 m) =1.51 10-4m2又假設(shè)：透析器包含12000

5、根纖維那么Adialyzer= (Afiber)( N) = 1.51 10-4m212000 =1.81m2二中空纖維膜外表積二中空纖維膜外表積 Surface Area Surface Area 中空纖維膜根本特性;三與膜孔相關(guān)的特性三與膜孔相關(guān)的特性 Membrane Membrane Pore-Related Characteristics Pore-Related Characteristics 浸透性浸透性Hagen-Poisseuile 方程式：QB = P/(8L/r4)l在一個恒定的跨膜壓 transmembrane pressure 下，超濾率直接與這個孔半徑的4次方相關(guān)即

6、r4。l水的浸透性water permeability雖遭到孔的數(shù)量 number of pores 影響，但最直接影響的是膜的孔平均尺寸 mean pore size ，即r4 。留意：浸透性是與水相關(guān)的留意：浸透性是與水相關(guān)的中空纖維膜根本特性;l溶質(zhì)的彌散性一定程度上與孔的尺寸 pore size 相關(guān)，但主要由膜的孔隙率(porosity i.e., pore density)決議的。l孔隙率同時直接與孔的數(shù)量 number of pores 與孔半徑的平方r2成正比的。三與膜孔相關(guān)的特性三與膜孔相關(guān)的特性Membrane Membrane Pore-Related Character

7、istics Pore-Related Characteristics 彌散性彌散性留意：彌散性是與溶質(zhì)相關(guān)的留意：彌散性是與溶質(zhì)相關(guān)的中空纖維膜根本特性; 高效透析器(high-efficiency dialyzers)與高通量透析器(high-flux dialyzers)實例比較三與膜孔相關(guān)的特性三與膜孔相關(guān)的特性 Membrane Membrane Pore-Related Characteristics Pore-Related Characteristics 總結(jié)與總結(jié)與實例實例 Property PropertyInfluencing FactorInfluencing Fact

8、orMinorMainWater Permeability Number of Pores Pore Size or Flux（i.e.,r4 ） Solute Diffusive Porosity (Pore Density)Pore Size（i.e.,r2） Number of Pores規(guī)格規(guī)格Sureflux-170ESureflux-170EF70SF70S有效膜面積（m2）1.71.6超過濾系數(shù)（毫升/小時mmHg）23.350凈化速度QB=200毫升/分，清除率尿素195190肌酐186177磷175174中空纖維膜根本特性;三與膜孔相關(guān)的特性三與膜孔相關(guān)的特性 Surface

9、 Surface Area Area 總結(jié)與實例總結(jié)與實例實踐上，毛孔具有半徑的分布和曲折的非圓柱形構(gòu)造。中空纖維膜根本特性;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(charged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性膜在溶液中的荷電緣由：膜資料本身的荷電官能基團(如磺酸 -SO3H 、羧酸 COOH 或胺基團 R-NH2, R2-NH ，R3-N，R4N+X-和/或溶液中離子在膜外表不同程度的吸附。負(fù)電荷膜外表離子分布1、膜的電位(zeta電位)定義：膜的電位是膜外表動電效應(yīng)中，固液相之間相對運動時剪切面上的電位差。電位可以反映出膜外表荷電性質(zhì)、荷電分布密度等，是研討膜外表荷電性的重要參數(shù)。

10、;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(charged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性2、膜外表的荷電性對溶質(zhì)去除率的影響 大量實驗闡明闡明帶電溶質(zhì)和荷電膜之間的靜電相互作用對蛋白質(zhì)在超濾膜中的傳質(zhì)具有很大影響。 O k a d a等人經(jīng)過流動電位的丈量計算出了單個纖維素和甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中空纖維的電位，并經(jīng)過H32PO42標(biāo)志的分散實驗獲得了磷酸陰離子經(jīng)過這兩種膜的分散浸透系數(shù)。對于由陰離子和陽離子高分子涂于甲基丙烯酸甲酯膜外表構(gòu)成的膜，其上的電位和磷酸浸透系數(shù)之間有很好的關(guān)聯(lián)性；而對于外表改性的纖維素膜卻沒有同樣的關(guān)聯(lián)性。;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(ch

11、arged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性 Suzuki等人用放射性同位素示蹤的磷酸氫二鈉(Na2HPO4)調(diào)查了其在銅仿膜(Cuprophan)和血仿膜 (Hemophan)血液透析器上的浸透系數(shù)，其中血仿膜是由二乙氨基乙基纖維素取代原再生纖維素膜上的氫氧基。負(fù)荷電量高的銅仿膜上磷酸離子的去除率較小，這與磷酸陰離子和負(fù)荷電膜之間存在的靜電相互作用是一致的。 Nakajima 等人同樣調(diào)查了銅仿膜和血仿膜血液透析器上的磷酸離子浸透系數(shù)，得出了類似的結(jié)果。;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(charged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性 郭瑞敏和沈文清等報道了不同的透析膜對維持性血

12、液透析患者血磷的影響,得到血仿膜對磷的去除效果優(yōu)于聚砜膜和銅仿膜，作者以為能夠由于血仿膜是獨一帶正電荷的膜，其膜外表的正電荷達(dá)(0.860.14)m v，血中的磷帶負(fù)電荷，正負(fù)相吸。所以血仿膜除了普通透析器共有的彌散去除作用外，還有將血液中的磷吸附在膜上的作用，因此對磷的去除高于其他膜。其他膜均帶負(fù)電荷，無此種作用。;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(charged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性3、膜外表荷電性與補體激活作用、蛋白質(zhì)吸附等特性的關(guān)系 1 緩激肽的釋放被公以為是引起透析過程中超敏性反響(也被稱為初次運用綜合征)的緣由之一。當(dāng)血漿和負(fù)荷電外表接觸時產(chǎn)生活化作用，此時血

13、漿激肽釋放酶產(chǎn)生高分子質(zhì)量的激肽原前驅(qū)物，進而釋放具有很強炎性作用趨勢的緩激肽。 Renaux等人的研討闡明透析膜外表荷電量和激肽釋放酶以及緩激肽的活化作用直接相關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fresenius聚砜血液透析器膜與血漿接觸后，激肽釋放酶的活化作用非常小，而對于帶高負(fù)荷電的其它合成膜，如聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯，其活化作用非常大。;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(charged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性 2不少研討者經(jīng)過丈量透析膜外表電位值的變化，來調(diào)查蛋白質(zhì)吸附情況。 Y a n等人研討發(fā)現(xiàn)白蛋白的吸附使AN69聚丙烯腈膜上負(fù)荷電量添加。他們以為當(dāng)溶液p H為7時，吸附的白

14、蛋白中帶負(fù)電的氨基酸殘基的存在呵斥了膜上負(fù)電量的添加。 W e r n e r及其協(xié)作者調(diào)查了溶有肝素或肝素化人血漿的電解質(zhì)K C l (0.001M)溶液中幾種透析膜上的流動電位。實驗闡明隨著肝素濃度的添加，銅仿膜和改性纖維素血仿膜上負(fù)荷電量添加；隨著血漿蛋白質(zhì)濃度的添加，膜上負(fù)荷電量也添加。實驗還發(fā)現(xiàn)當(dāng)肝素濃度高于0.5U/m l和蛋白質(zhì)濃度高于1.2m g/m l時，膜上電位反而有所下降。但未給出這種反常景象出現(xiàn)的緣由。;四膜的荷電性四膜的荷電性(charged)(charged)或或 電位電位中空纖維膜根本特性 K o k u b o等人用細(xì)胞色素C和乳白蛋白作為模型蛋白質(zhì)，調(diào)查了蛋白

15、質(zhì)吸附對聚丙烯膜上的電位和離子浸透系數(shù)的影響。當(dāng)溶液pH值為7時，細(xì)胞色素C帶正電，-乳白蛋白帶負(fù)電。細(xì)胞色素C吸附到聚丙烯膜外表上后，膜上負(fù)荷電量減少，因此磷酸氫二鈉和氯化鈉的分散浸透系數(shù)添加。相反，-乳白蛋白的吸附使膜上負(fù)電量添加，從而使磷酸氫二鈉和氯化鈉的分散浸透系數(shù)減小。因尿素呈電中性，這兩種蛋白質(zhì)的吸附使其分散浸透系數(shù)僅有略微的減少。K o b u b o等人的研討結(jié)果再次顯示透析膜外表電位和帶電離子的去除率之間有很好的關(guān)聯(lián)性。 以上研討闡明血漿或血液接觸后，透析膜外表或膜孔內(nèi)會構(gòu)成蛋白質(zhì)層，從而使溶質(zhì)和溶劑分散添加了額外的阻力。這層蛋白質(zhì)層還可引起膜外表荷電量的改動，進而影響補體激

16、活、免疫反響和帶電溶質(zhì)的去除率。;五透析器性能相關(guān)的非膜要素五透析器性能相關(guān)的非膜要素 Non- Non-Membrane-Related Determinants Membrane-Related Determinants 如滅菌方式，EO、Steam膜孔變??；射線滅菌膜孔稍變大。中空纖維膜根本特性;纖維束構(gòu)造、間距影響傳質(zhì)填充密度 packing densities 普通地， 50%或60%，都會導(dǎo)致液流分布不均，前者會導(dǎo)致透析液短途徑，后者導(dǎo)致在膜束中央?yún)^(qū)域流量的損失。？1. 55%D packing 70%分母以外殼主體部最小內(nèi)徑積 ？2. 60.5% D packing 70%分母以

17、透析器外殼橫斷面積0.907 填充密度=纖維占據(jù)的橫斷面積透析器外殼有效橫斷面積100%=透析器外殼主體部最小內(nèi)徑橫斷面積單根纖維占據(jù)的橫斷面積根數(shù)中空纖維膜根本特性五透析器性能相關(guān)的非膜要素五透析器性能相關(guān)的非膜要素 Non- Non-Membrane-Related Determinants Membrane-Related Determinants ;不同膜資料透析器比較一非改性纖維素透析器一非改性纖維素透析器 Unmodified Cellulosic Dialyzers Unmodified Cellulosic Dialyzers銅仿膜銅仿膜纖維素分子模型;不同膜資料透析器比較一非

18、改性纖維素透析器一非改性纖維素透析器 Unmodified Unmodified Cellulosic DialyzersCellulosic Dialyzers銅仿膜銅仿膜銅仿膜纖維素銅仿膜特點：1、膜底層水凝膠構(gòu)造及其高的抗張強度允許膜低的壁厚與高的孔隙率；2、膜構(gòu)造的對稱性，傳質(zhì)阻力均勻；3、膜顯著的親水性與低的平均孔徑。臨床運用：1、高密度羥基基團HO-)，血液接觸誘發(fā)補體活化突出；2、有效去除溶于水的小分子毒素，但對中、大尺寸的毒素不能去除。;二改性纖維素透析器二改性纖維素透析器 Modified Cellulosic Modified Cellulosic Dialyzers Di

19、alyzers 醋酸膜醋酸膜不同膜資料透析器比較纖維素被酯化的程度，稱酯化度纖維素酯化時每 100個葡萄糖殘基中被酯化的羥基數(shù)。被充分酯化的纖維素稱三醋酸纖維素，酯化度為280300。大部分被酯化的稱二醋酸纖維素，酯化度為200260。醋酸纖維素構(gòu)造or Hor H;二改性纖維素透析器二改性纖維素透析器 Modified Cellulosic Modified Cellulosic Dialyzers Dialyzers 醋酸膜醋酸膜不同膜資料透析器比較醋酸纖維素膜醋酸纖維素膜特點：1、低的壁厚，通常是在6-15微米范圍內(nèi)，和對稱的構(gòu)造；2、膜的親水性與較大的平均孔徑。臨床運用：1、羥基基團H

20、O-) 大部分或完全被取代，使補體激活減弱和白細(xì)胞的減少；2、通常有較大的平均孔徑，較高的水浸透性和中分子的去除。;二改性纖維素透析器二改性纖維素透析器 Modified Cellulosic Modified Cellulosic DialyzersDialyzers血仿膜血仿膜不同膜資料透析器比較纖維素一小部分羥基小于5被叔胺基團取代，然而龐大的叔胺基團經(jīng)過空間位阻機制有效阻斷了更大比例的羥基基團。-CH2CH2N(C2H5)2改性合成纖維素構(gòu)造;二改性纖維素透析器二改性纖維素透析器 Modified Modified Cellulosic DialyzersCellulosic Dialyzers血仿膜血仿膜不同膜資料透析器比較血仿膜血仿膜特點：1、低的壁厚，通常是在8微米左右，和對稱的構(gòu)造；2、膜的親水性與較大的平均孔徑。臨床運用： 補體活化的衰減和白細(xì)胞減少的程度類似于醋酸纖維素透析器，;不同膜資料透析器比較三合成膜透析器三合成膜透析器 Synt