人工心臟課件

10.4血液相容性材料指導(dǎo)老師:石曉琴小組成員:崔詩(shī)雨狄迪丁娟娟范婉華1.人工心臟血液相溶性材料與血液接觸的材料：1.具有特定用途2.良好的血液相容性種類(lèi)：聚氨酯/聚二甲基硅氧烷聚苯乙烯/聚甲基苯烯酸羥乙酯含聚氧乙烯鏈的聚合物肝素化材料尿酶固定化材料骨膠原材料應(yīng)用：人工血管人工心臟血漿別離膜血液會(huì)灌流用吸附劑細(xì)胞培養(yǎng)基材Contents簡(jiǎn)介1心室輔助裝置2全人工心臟3總結(jié)4簡(jiǎn)介人工心臟是利用機(jī)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制成像自然心臟那樣精確的組織結(jié)構(gòu)、完全模擬其功能的人工正臟是極不容易的，需要醫(yī)學(xué)、生物物理學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)等多學(xué)科的綜合應(yīng)用及相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的研究

歷史1982年，JARVIK-7是世界上第一個(gè)試圖永久性植入人體的完全人工心臟。此種人工心臟外部有驅(qū)動(dòng)裝置，患者借助管子與機(jī)器相連接，可長(zhǎng)期使用，這種人工心臟的最大缺點(diǎn)是需要由體外裝置提供動(dòng)力的能源歷史1998年，首個(gè)輕便式的心臟“輔助器〞投放英美市場(chǎng)。2000年，給病人植入首個(gè)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(shù)在美國(guó)獲得成功。名為AbioCor。重約兩磅，呈柚子狀，材料是塑料和鈦。151天身亡。完全代替心室功能并能完整植入體內(nèi)的人工心臟，不依賴(lài)體外的機(jī)器工作，能給病人更多活動(dòng)能力。由4局部構(gòu)成：金屬鈦的心臟本體、一微型鋰電池、一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及外接電池組。人造心臟本體取代患者心臟的左右心室，微型鋰電池和控制系統(tǒng)將植入患者的腹腔，外接電池組不植入人體，而是通過(guò)安裝在腹部表皮下的插座向植入的微型鋰電池充電。有兩個(gè)替代左右心室的腔室，4個(gè)接口，分別連接左右心房、主動(dòng)脈、肺動(dòng)脈。兩個(gè)腔室中間是電動(dòng)機(jī)和泵，在心臟與血管的接口局部裝有活塞，以代替心臟瓣膜的功能。鋰電池能量耗盡的時(shí)候由外掛電池組充電。起搏器原理外殼由金屬鈦鑄造而成的精密儀器。由一個(gè)慢脈沖發(fā)生器和與之相連的金屬導(dǎo)線組成安裝心臟起搏器時(shí)，醫(yī)生在患者的上胸部切一條4-6厘米的切口，將心臟起搏器埋入皮下。起搏器連接一金屬導(dǎo)線，醫(yī)生會(huì)選定一條靜脈血管〔常選取的靜脈有頭靜脈、鎖骨下靜脈、頸外靜脈或頸內(nèi)靜脈〕，通過(guò)靜脈血管將金屬導(dǎo)線插入患者的心臟。這樣，留神臟停止跳動(dòng)或跳動(dòng)太慢時(shí)，起搏器就肝發(fā)放電沖動(dòng)使心臟跳動(dòng)組成人工心臟：血泵、驅(qū)動(dòng)裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、能源血泵：膜式血泵、囊型血泵、管型血泵及螺形血泵等四種材料：硅橡膠、甲基硅橡膠、嵌段硅橡膠、聚氨酯、聚氯乙烯和復(fù)合材料等瓣膜：它是控制人工心臟血流的單向閥，人工心臟功能的好壞與瓣膜構(gòu)造有密切關(guān)系。早期階段用球瓣，現(xiàn)在常用的為碟瓣以及生物瓣。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：它是供給人工心臟血泵工作的動(dòng)能。形式多樣，大致可分為，機(jī)械、電動(dòng)、磁力、氣壓、液壓五種形式。監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控人工心臟工作狀態(tài)。根本上從血泵機(jī)能，驅(qū)動(dòng)裝置各項(xiàng)指標(biāo)及血液循環(huán)生理參數(shù)變化三個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控。能源：依靠外加能源工作以推動(dòng)血液循環(huán)。既能滿(mǎn)足功率要求，并使之微型化做到全置入體內(nèi)，長(zhǎng)期達(dá)數(shù)年使用的能源，目前尚未完全解決選用材料

高分子材料一直是人工循環(huán)的主要應(yīng)用材料。針對(duì)人工心臟的特點(diǎn)聚脂類(lèi)有較好的應(yīng)用前途，如聚烏拉坦。今后還有可能利用人工材料的特點(diǎn)體外塑行以微創(chuàng)手術(shù)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(shí)期后功能完成后自然降解，以免除二次手術(shù)。人工合金對(duì)人工心臟也做出了較大的奉獻(xiàn)，如鎳－鈦合金曾經(jīng)作為人工心臟瓣膜、心室，其鞏固性、輕質(zhì)、外表光滑性非常適于人工心臟。近來(lái)有人做成鎳－鈦－鋯合金其優(yōu)越性更為突出能源從應(yīng)用的功能設(shè)置來(lái)看可分為外置型與內(nèi)置型和固定型與可移動(dòng)型，從實(shí)用性來(lái)看，可移動(dòng)內(nèi)置電源最為理想。主要有三個(gè)研究方向：高能電池〔核能電池〕、高效儲(chǔ)電瓶〔代表產(chǎn)品為鋰電〕、經(jīng)皮充電〔研究最熱、最有希望的技術(shù)之一〕分類(lèi)人工心臟輔助人工心臟完全人工心臟左心室輔助右心室輔助雙心室輔助一時(shí)性完全人工心臟以輔助等待心臟移植永久性完全人工心臟心室輔助裝置〔VAD〕右心輔助：血泵的流入管插入右心房,流出管與肺動(dòng)脈端側(cè)吻合左心輔助：血泵的流入管可與左心房或左心室相連,流出管均與主動(dòng)脈相連雙心室輔助：血泵與自然心臟并聯(lián),即血泵流入管與自然心臟左右心房或心室相連,血泵流出道管與自然心臟主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈相連心室輔助裝置隔膜泵：模仿自然心臟而設(shè)計(jì),它的核心結(jié)構(gòu)是一個(gè)由柔韌性材料圍成的腔囊。囊腔與自然心臟的心腔一樣,用于容納血液,腔兩端連接進(jìn)、出口導(dǎo)管,并在兩接口處分別放置單向閥門(mén)瓣膜以保證血液?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)。對(duì)囊腔壁施以外力時(shí)腔內(nèi)容積被迫變化,容積減小時(shí)血液由出口流出,增加時(shí)那么接納從體內(nèi)流入的血液。如此周而復(fù)始,完成泵血功能,與自然心臟的工作極為相似臨床應(yīng)用：隔膜泵、葉輪泵葉輪泵：非仿生性的血泵〔離心泵、軸流泵及混流泵〕均采用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪驅(qū)動(dòng)血液?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng),不需要單向閥門(mén)控制血流方向,克服隔膜泵體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作壽命短、能耗高等缺點(diǎn),尤其適用于永久性植人體內(nèi)時(shí)采用進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的人工心臟的血液泵全人工心臟〔TAH〕TAH完全取代自然心臟的功能,維護(hù)全身的血液循環(huán)狀況目前臨床應(yīng)用:氣動(dòng)式CardioWestTAH和電動(dòng)式AbioCorTAHCardioWest:由氣體驅(qū)動(dòng)并植入到心臟原位。剛性泵外罩組成,含兩個(gè)球形的聚氨甲酸乙醋室腔。兩個(gè)室腔吻合到心房袖口,流出導(dǎo)管與大血管相吻合。兩根氣體驅(qū)動(dòng)線管經(jīng)皮穿出并與一外置的操縱控制系統(tǒng)相連,后者監(jiān)測(cè)泵的壓力和運(yùn)行。缺乏:控制裝置不便攜帶、需抗凝。AbioCorTAH：第一個(gè)完全獨(dú)立可植入永久性TAH。體內(nèi)：胸部裝置、一可充電電池和一微型電子箱體外：一個(gè)電池盒。胸部裝置〔1Kg〕裝一內(nèi)置馬達(dá),使血液流經(jīng)肺和身體其他部位。經(jīng)皮能量傳送技術(shù)消除了經(jīng)皮穿出的驅(qū)動(dòng)線管,減少感染發(fā)生率瓣膜心室輔助和人心臟血泵上的瓣膜是控制血泵血流的定向閥心室輔助和人工心臟功能的好壞與瓣膜的構(gòu)造有密切關(guān)系,常用屬于機(jī)械瓣的傾斜蝶瓣和雙葉瓣,及生物瓣的牛心包瓣生物瓣：用生物組織制作而成，或直接取材同種或異種心臟瓣膜。生物瓣血栓栓塞率低，不需終身抗凝，當(dāng)然也免除了抗凝所致的出血等并發(fā)癥，但其耐久性較機(jī)械瓣差，平均工作壽命在10年左右。不過(guò)生物瓣“失功〞后可再次換瓣。機(jī)械瓣：金屬跟高級(jí)復(fù)合材料制作而成，耐久性強(qiáng)，但需終身接受抗凝治療。每日需服用抗凝藥，定期化驗(yàn)?？鼓划?dāng)可發(fā)生栓塞或出血等危險(xiǎn)。機(jī)械瓣一旦失靈或卡瓣，病情常較危急近年,國(guó)外在人工心臟的研究與臨床運(yùn)用進(jìn)展迅速,許多產(chǎn)品已商業(yè)化性能良好,在臨床運(yùn)用中搶救了許多重癥心力衰竭病人的生命,但是諸如術(shù)后出血、血栓栓塞、感染、腎功能衰竭、多器官功能衰竭等并發(fā)癥發(fā)生率仍較高,嚴(yán)重影響患者的生存率。研制小型化、高功能、少并發(fā)癥、為病人提供高生活質(zhì)量的完全植入式人工心臟成為人工心臟領(lǐng)域的開(kāi)展方向。國(guó)外VAD價(jià)格昂貴,研制價(jià)格適宜的國(guó)產(chǎn)VAD是我國(guó)急需課題。但在我國(guó)目前社區(qū)醫(yī)療水平較低及經(jīng)濟(jì)不興旺的條件下,可植入式VAD的推廣應(yīng)用肯定有許多困難。開(kāi)展需進(jìn)一步解決的問(wèn)題：1.小型而具有高射血效能2.平安可靠的控制系統(tǒng)和能源供給模型3.經(jīng)久耐用的帶瓣血室2.人工腎臟人體腎的結(jié)構(gòu)與功能腎的功能分泌尿液，排出代謝廢物、毒物、藥物調(diào)節(jié)體內(nèi)水和滲透壓調(diào)節(jié)電解質(zhì)濃度調(diào)節(jié)酸堿平衡內(nèi)分泌功能腎臟的工作機(jī)理腎臟的功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，但可以把腎臟作一個(gè)很簡(jiǎn)單的比喻。即：腎臟好比一個(gè)“過(guò)濾器〞.血液通過(guò)腎動(dòng)脈流入腎臟，經(jīng)腎臟的過(guò)濾作用，把血液中的有毒物質(zhì)、代謝產(chǎn)物和多余的水分濾出，形成尿液排除體外，而經(jīng)過(guò)凈化的血液通過(guò)腎靜脈回流至心臟。人工腎的工作機(jī)理人工腎開(kāi)展歷史19世紀(jì)中葉，蘇格蘭化學(xué)家格萊姆〔ThomasGraham〕發(fā)現(xiàn)“透析〞現(xiàn)象。1912年11月阿貝爾(JohnAbell)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了火棉膠膜具有半透膜的功能，該發(fā)現(xiàn)為透析技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用奠定了理論根底，同時(shí)用火棉膠膜設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單透析器，命名為“人工腎〞1943年，荷蘭27歲的醫(yī)生考爾夫〔Kolff〕與工程師?？恕睟erk〕，用塞璐芬膜代替火棉膠，共同研制出世界上第一臺(tái)轉(zhuǎn)鼓式人工腎，被后人稱(chēng)為“KOLFF人工腎〞1946年,加拿大Murray等研制成功第一臺(tái)蟠管(Coil)型人工腎,并應(yīng)用臨床。1947年，瑞典人Alwall研制成功固定管型透析器1967年，Lipps把醋酸纖維拉成直徑200μm的空心纖維，將800~10000根纖維裝在1個(gè)透析器硬殼內(nèi)，全世界第1個(gè)空心纖維(hollowfiber)透析器問(wèn)世。它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、透析效率高、脫水能力強(qiáng)，延用至今人工腎的根本結(jié)構(gòu)

主要有：透析器透析液供給裝置自動(dòng)監(jiān)護(hù)裝置三個(gè)局部組成。透析器是人工腎的關(guān)鍵，而透析膜那么是關(guān)鍵的關(guān)鍵?；颊咧委熜Ч暮脡暮艽蟪潭壬先Q于透析膜。利用透析原理制成的人工腎實(shí)際上是一臺(tái)“透析機(jī)〞。血液里的排泄物〔尿素、尿酸等小分子、離子〕能透過(guò)人工腎里的半透膜，而血球蛋白等半徑大的有用物質(zhì)都不能通過(guò)。人工腎的工作機(jī)理——血液透析去除體內(nèi)代謝廢物，保持電解質(zhì)和酸堿平衡排除體內(nèi)潴留的水分血液透析的原理擴(kuò)散——所謂擴(kuò)散，即溶質(zhì)依賴(lài)膜兩側(cè)的濃度差，由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)移動(dòng)。超濾——超濾又稱(chēng)超過(guò)濾，用于截留水中膠體大小的顆粒，而水和低分子量溶質(zhì)那么允許透過(guò)膜。對(duì)流——溶質(zhì)依賴(lài)水的跨膜移動(dòng)稱(chēng)為對(duì)流。比擴(kuò)散快得多透析是指溶質(zhì)從半透膜的一側(cè)透過(guò)膜至另一側(cè)的過(guò)程。血液透析指血液在體外流經(jīng)半透膜通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流作用，從循環(huán)的血液中去除水分和代謝廢物這樣一種治療方法。中空纖維型透析器成千上萬(wàn)根〔8000-15000〕薄壁中空纖維纖維內(nèi)徑200um左右，壁厚10um左右膜透析面積約1m2空纖維透中析器結(jié)構(gòu)

由外殼與透析膜構(gòu)成外殼：苯乙烯-丙烯腈共聚物等注塑成型中空纖維透析膜：透析膜材料外殼與透析膜之間采用離心澆鑄法用聚氨脂進(jìn)行密封。一般此類(lèi)透析器長(zhǎng)約20～25cm，直徑3～5cm。內(nèi)裝有壁厚6～13μm，直徑200～300μm的中空纖維透析管8000～12000根。血液流經(jīng)空心纖維管內(nèi)，透析膜外有透析液流動(dòng)。Structureofatypicalhollowfiberdialyzer中空纖維非常細(xì)，把它們成千上萬(wàn)根地束集在一個(gè)圓筒形容器中，血液在空心絲中心流動(dòng)，透析液在空心絲外側(cè)流動(dòng)，通過(guò)膜壁進(jìn)行透析。血液透析器的核心部件

中空纖維膜

中空纖維透析器：尿素去除率可達(dá)160mL·min-1肌酐去除率130ML·min-1每小時(shí)可脫水600ML左右。

Dialyzer(ArtificialKidney)HollowFiberDialyzer中空纖維型透析器中空纖維型透析器是目前臨床使用最多、效果最好的一類(lèi)透析器。決定透析器性能最重要的部件是透析膜血液流進(jìn)血液流出透析液流出透析液流進(jìn)樹(shù)脂人工腎的研究現(xiàn)狀與未來(lái)開(kāi)展目前，對(duì)于慢性腎衰竭的病人主要有兩種治療方法，一種就是長(zhǎng)期持續(xù)地進(jìn)行血液的透析濾過(guò)，每周兩到三次；由于腎移植技術(shù)已日趨成熟，所以另一種方法就是腎器官移植，但隨著腎功能衰竭病人的逐漸增加，缺乏適宜的腎源是一個(gè)制約因素。所以目前主要的治療手段還是血液透析。現(xiàn)在，空心纖維型人工腎尚在臨床廣泛使用，吸附型人工腎、超濾型人工腎正在研制中，最終使人工腎朝多功能、小型化的方向開(kāi)展，我們期待佩戴式或便攜式透析系統(tǒng)早日應(yīng)用于臨床。但是，血液透析濾過(guò)并非完全的腎替代治療，它們只是提供了腎臟的去除濾過(guò)功能，并沒(méi)有替代腎臟的自我平衡、調(diào)節(jié)、代謝和內(nèi)分泌功能。所以，尋找一種能長(zhǎng)期、完全的腎功能替代治療的方法，是科研人員和醫(yī)務(wù)工作者急需解決的問(wèn)題。他研究的生物人工腎主要由生物人工血濾器和生物人工腎小管兩局部組成，前者使用人工生物膜包裹具有活性的內(nèi)皮細(xì)胞，有效防止宿主對(duì)移植細(xì)胞的排異反響，同時(shí)多種腎源性物質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)合成來(lái)實(shí)現(xiàn)；后者具有再生、分裂、分泌的功能，使得具有腎小球的濾過(guò)、分泌和腎小管細(xì)胞的重吸收、代謝和內(nèi)分泌功能，讓我們看到未來(lái)仿生腎應(yīng)用臨床的希望全球第一個(gè)可植入人工腎臟去除