人工肾的发展与应用

蔡东江，曾强生

中山大学附属第五医院 a.设备科；b.核医学科，广东 珠海 519000

1 人工肾的定义与原理

血液透析机俗称“人工肾”，是一种能代替部分肾功能，清除血液中有害物质，纠正体内电解质与维持酸碱平衡的体外血液透析装置。

工作原理[11]：主要是根据半透膜原理，将患者血液与透析液引入透析器中，血液与透析液被透析器中的透析膜(半透膜)分隔在两侧，反方向流动，利用各自不同的浓度和渗透压互相进行扩散和渗透，血液内多余的有毒物质可向透析液中扩散，透析液中的有用离子物质向浓度高的一侧渗透，经过透析的血液回流进患者体内，循环往复，达到清除血液中的代谢废物和毒物，调节血液中水、电解质及酸碱平衡的目的，达到治疗效果。

由于在透析的过程中，透析液的渗透浓度接近或高于患者血浆中的渗透浓度，因此，有时需在透析液一侧增加负压，可有效地增加体内水分的排出，该过程为超滤作用。血液透析主要通过超滤作用达到排除体内过多水分的目的。在透析过程中，渗透、扩散、滤过和超滤等作用同时进行。

2 人工肾应用范畴的扩展

人工肾主要用于急性肾功能衰竭及慢性肾功能衰竭治疗，特别是慢性肾功能衰竭，还可以用于急性中毒和其它一些疾病，如肝性昏迷、 肝肾综合症、肝硬化、顽固腹水、高尿酸血症、高胆红素血症、严重水和电解质紊乱、酸碱失衡等使用常规疗法无效时，亦可考虑应用血液透析治疗。

随着新技术的发展和临床治疗的需要，血液透析的概念已演化为血液净化，治疗对象从最初单一肾脏病领域发展到临床各个科室。现在的血液净化技术包括血液透析、血液滤过、血液透析滤过、血液灌流、血浆置换、连续性肾脏替代治疗、腹膜透析等[12]。它的作用已远远超出了当初单纯清除血液中有害物质的概念,而是同时具有维持其它重要器官功能及调整机体内环境平衡的作用。

由透析基本原理发展的各种治疗模式，已延伸应用于肝衰 、胰腺炎、高脂血症、多脏器功能衰竭等病症的治疗。针对某些毒物不能由透析膜透出情况，均可考虑采用血液灌流、血液滤过等方法。

血液灌流是利用体外循环灌流器的吸附作用清除血液中的毒素及代谢废物；血浆置换是将患者的异常血浆非选择性地分离后弃去， 然后将血浆的有形成分以及所补充的平衡液和白蛋白输回体内，以清除大分子物质。但存在治疗费用高，有病毒(肝炎)传染的可能等缺点。

3 人工肾的发展历程

19世纪中叶，苏格兰化学家格莱姆（Thomas Graham）发现“透析”现象。1912年11月阿贝尔(John Abell)通过实验发现了火棉胶膜具有半透膜的功能，该发现为透析技术在医学上的应用奠定了理论基础，同时用火棉胶膜设计了简单透析器，命名为“人工肾”；1943年，荷兰27岁的医生考尔夫（Kolff）与工程师玻克（Berk），用塞璐芬膜代替火棉胶，共同研制出世界上第一台转鼓式人工肾，被后人称为“KOLFF人工肾”[2]；1946年,加拿大 Murray 等研制成功第一台蟠管(Coil)型人工肾 ,并应用临床。1947年，瑞典人Alwall研制成功固定管型透析器[1]。1953年,Engelberg成功研制改良型蟠管透析器；1955年，Kolff进一步研制成功双蟠管型人工肾，并应用于急性肾衰竭和药物中毒的治疗，并由美国 Travenol 公司批量生产。

1960年,挪威 Kill研制成功Kill型平板透析器，促进了血液透析的发展及普及，一直沿用至1970年左右，随后瑞典学者将 Kill 型透析器改良为小型多层平板透析器，又称积层型透析器[3]。1967年，Lipps把醋酸纤维拉成直径200μm的空心纤维，将800～10000根纤维装在1个透析器硬壳内，全世界第1个空心纤维( hollow fiber)透析器问世[2]。它的优点是体积小、透析效率高、脱水能力强，延用至今。

1960年，美国西雅图市昆顿 （Quinton）和斯雷玻纳（Seribner），发明了动静脉外瘘，供长期慢性透析之用，生存时间得以延长数周至数月，1966年纽约退伍军人管理局医院的外科医生布鲁舍（Brescia），将血液透析的动静脉外瘘改为内瘘，使生存时间延长至数年[3]。动静脉内瘘的建立是透析史上的一个里程碑，使人工肾逐渐在临床上得到广泛应用(见表1)。

表1 人工肾发展过程

今天的人工肾不管在性能还是功能都有不小的改进，再生、改良纤维素膜、合成聚合物膜等透析效果及生物相容性更好的透析膜的选用；采用安全和合理的科学方法配制透析液；透析设备反馈控制、自动监测等功能，全面的保证了血液透析的安全和有效。

随着人工肾设备的不断改进和科学技术的不断进步，近年来，世界各国救治的急、慢性肾衰竭患者的数量逐年增加，治疗质量和效果逐年提高。据文献显示，依比较保守的估计，全世界每天约有10.6万个新病人进入常规血透治疗，其中仅5%可望进行肾移植。目前我国慢性肾功能衰竭发病率为每年每百万人口50～100人[3]，不仅病人家属，还有政府的医疗、保健部门都带来巨大的负担和压力。所以，如何快速、有效地救治慢性肾衰竭患者成为医学领域需要面对的难题。

4 人工肾的未来展望

目前，对于慢性肾衰竭的病人主要有两种治疗方法，一种就是长期持续地进行血液的透析滤过，每周两到三次；由于肾移植技术已日趋成熟，所以另一种方法就是肾器官移植，但随着肾功能衰竭病人的逐渐增加，缺乏合适的肾源是一个制约因素。所以目前主要的治疗手段还是血液透析。

现在，空心纤维型人工肾尚在临床广泛使用，吸附型人工肾、超滤型人工肾正在研制中，最终使人工肾朝多功能、小型化的方向发展，我们期待佩戴式或便携式透析系统早日应用于临床。

但是，血液透析滤过并非完全的肾替代治疗，它们只是提供了肾脏的清除滤过功能，并没有替代肾脏的自我平衡、调节、代谢和内分泌功能。所以，寻找一种能长期、完全的肾功能替代治疗的方法，是科研人员和医务工作者急需解决的问题。

组织工程是一个迅速发展的领域，应用组织工程的有关技术研制的生物人工肾，对急慢性肾功能衰竭的治疗、完全的肾功能替代治疗带来了希望。

美国密歇根大学的休姆博士从1989年就开始对生物人工肾进行系列的实验研究[4]。他研究的生物人工肾主要由生物人工血滤器和生物人工肾小管两部分组成，前者使用人工生物膜包裹具有活性的内皮细胞，有效避免宿主对移植细胞的排异反应，同时多种肾源性物质通过转基因技术合成来实现；后者具有再生、分裂、分泌的功能，使得具有肾小球的滤过、分泌和肾小管细胞的重吸收、代谢和内分泌功能，让我们看到未来仿生肾应用临床的希望。据报道，该项目目前正在临床实验阶段，到时对慢性肾衰竭的病人只需进行仿生肾的移植手术即可。

未来的人工肾将向着植于体内的仿生肾发展[13,14]，使患者能摆脱费时费力，冗长的血液透析。它的发展与完善，必将成为人工肾发展史上的里程碑，给肾功能衰竭的治疗带来革命性的改变，更有效地挽救或延长了无数宝贵的生命。

肾脏是第一个用人工装置替代部分功能的实质器官,也是第一个被成功移植的器官,同时也很有可能成为第一个被生物人工装置完全替代的脏器。

21世纪是真正的生命科学的世纪，医学技术的发展将继续得益于分子生物学、化学、物理学等最新理论的应用，特别是正在进行的人类基因研究工程，其必将促进医学技术走向新的高峰，人类对许多顽疾的最终攻克将有望从基因水平找到答案。

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