CN1137733C - 体外混合生物人工肝的肝支持装置 - Google Patents

Abstract

一种体外混合生物人工肝的肝支持装置，包括有壳体、模块控制电路、输入通道、血浆分离机构、血浆吸附机构、生物反应机构、血浆输出机构和输出通道，生物反应机构和血浆吸附机构分别与设置于培养箱里的血浆池一起形成内循环，输入端与输入通道连通的血浆分离机构的血浆输出端通过液管、液管阀分别通入血浆池和废血浆容器，血浆分离机构的血液浓缩成分输出端通过孟菲氏管与输出通道连通，与血浆池连通的血浆输出机构通过通过孟菲氏管与输出通道连通。本发明在更多地保留血液中有益物质基础上，对血浆进行物理性解毒，再通过高活性培养肝细胞对患者血浆中的毒性物质进行转化代谢，完全实现肝解毒，本发明还能为患者提供大量的生物活性物质。

Description

体外混合生物人工肝的肝支持装置

(一)、所属技术领域

本发明涉及一种医疗设备，特别是一种暂时性代替人体肝藏的人工肝的肝支持装置。

(二)、技术背景

现有人工肝的肝支持方法一般采用血液吸附和血浆置换两种方式。血液吸附是用吸附器直接对患者体内的血液进行处理，利用吸附器内的活性炭等材料对血液中的有毒成分进行吸附净化，达到肝解毒的目的；根据该方法制成的血液吸附型人工肝支持装置主要是由吸附器、血泵和液管构成；它属于最早的人工肝，使用时，将其输入口和输出口均与患者的血管连通，利用在吸附器里的活性炭材料以物理形式对血液中的有毒成分进行吸附净化，实现肝解毒；由于吸附材料选择性差，而且材料本身组织相容性较差，在吸附过程中，虽然它能够将血液中的有毒物质吸附除去，但它也将血液中许多对人体有益的物质一同吸附除去，引起血液中的血细胞特别是血小板的减少，因此，临床应用后疗效不能令人满意。血浆置换是用正常人的血浆替换患者体内含有毒性物质的血浆，使血液净化达到人工肝治疗目的；根据该方法制成的血浆置换型人工肝支持装置属于第二代具有一定肝功能的人工肝，它主要是由分离器、血泵和液管构成；使用时，将其输入口和输出口均与患者的血管连通，通过分离器将血液中的血浆分离出来，并将这种含有毒性物质和对人体有益物质的血浆一同丢弃，再将正常人的血浆注入患者体内，从而使患者的血液得到净化，实现肝解毒的目的；这种装置优于前述装置的地方就是去除毒性物质的同时还补充一定的生物成分如正常人所需的白蛋白、凝血因子等，因此是介于物理型与生物型人工肝之间的一种中间型技术，它仍然要丢弃血浆中许多对人体有益的物质，同时要消耗大量正常人的血浆，造成许多的浪费。总之，就解毒作用而言，上述的两种装置存在最大的缺陷均是不加选择地去除患者血液中的有毒物质和对人体有益的物质，不能算作真正意义上的人工肝，只是分别具有一定程度上的机械性解毒作用和人为补充血浆成分的作用。经上述两种方法治疗的临床表明：其黄疸下降一般在10％～30％，患者血液中的蛋白将丢失5％～10％，包括精神、中毒以及肝昏迷等症状的改善率为39.1％，最终成活率据国外资料仅为27％，而国内各家报道虽然不一，但一般不足20％。

另外，在JP64-49566A中公开了一种名称为“肝机能补助装置”的日本专利。由其图2可知，该专利的技术方案包括有壳体、模块控制电路、输入通道、透析部、血浆分离部、吸着部、代谢部、肝脏保存部、合流部和输出通道。它的工作原理大致是这样的：人体的血液经透析部后，通过血浆分离部进行血浆分离，分离出的血浆经吸着部进行物理性解毒后，再通过代谢部进行处理，然后流入到合流部，人体血液的其余部分直接流到合流部，最后均通过输出通道流回人体。这种结构的技术方案存在着如下的不足：

1.由于从患者体内流出血液的速度必须与流回患者体内的血液速度相同，并且为了照顾患者的承受能力，患者的血液只能以低速度缓慢流动。因此，分离出的血浆只能在这个慢速度的流动过程中，通过吸着部、代谢部进行慢速解毒，其肝解毒的效率非常低，而且长时间的对患者血液的工作，使患者无法耐受。

2.从日本专利的图3中可知，由代谢部和肝脏保存部构成的生物反应机构，其结构非常复杂，在其代谢部中，血浆与保存液之间通过半透膜相隔，以透析的原理使血浆中的毒性物质依靠浓度差弥散至保存液内，再由保存液循环带到一个整体肝处，由一个整体肝脏将这些毒性物质处理掉。这种靠整体肝脏进行解毒的结构形式会造成解毒缓慢，而且效率非常低。

3.从日本专利的图3、5、6、7中可知，以生物方式解毒是依靠整体肝脏进行的，其整体肝脏主要来源于如猪、狗、猩猩及狒狒等动物肝或人的尸体肝，要保持这些整体肝脏的活性，就必须采用复杂结构对其进行养护，而且该整体肝脏的活性保持时间一般在48小时～72小时，最多不会超过72小时。由于肝源极其有限，因此也是该专利技术不能得以广泛实施的主要原因之一。

(三)、发明内容

本发明的目的就是提供一种体外混合生物人工肝的肝支持装置，它可以在更多地保留血液中对人体有益物质的基础上，只需用少量的正常人血浆，利用活性炭对血浆进行吸附式解毒，并通过人工培养的高活性培养肝细胞对患者血浆中的毒性物质进行摄取吸收、转化代谢，完全彻底地实现肝解毒，同时给患者补充大量的由肝细胞合成分泌的生物活性物质。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有壳体、模块控制电路、输入通道、血浆分离机构、血浆吸附机构、生物反应机构、血浆输出机构和输出通道，其特征在于：壳体内的培养箱里设置有血浆池，生物反应机构和血浆吸附机构分别与血浆池一起形成内循环，输入端与输入通道连通的血浆分离机构的血浆输出端通过液管、液管阀分别通入血浆池和废血浆容器，血浆分离机构的血液浓缩成分输出端通过孟菲氏管与输出通道连通，与血浆池连通的血浆输出机构通过通过孟菲氏管与输出通道连通。

本发明为体外人工肝支持装置，不置入患者体内，而是将患者血液引出，经过不同功能作用的处理后，再汇合流回患者体内，如此反复，最终达到人工肝支持与替代治疗的作用。其工作原理描述如下：

将本发明的输入通道通过穿刺与患者动脉或静脉连通，将输出通道通过穿刺与患者静脉连通，以实现血路的连通。

首先，通过血浆分离机构将患者血液分离成无形的且带有毒性物质的血浆和有形的血液浓缩成分，控制液管阀，使带有毒性物质的血浆经血浆输出端、液管输送到废血浆容器中而将其丢弃，血液浓缩成分经血液浓缩成分输出端、孟菲氏管、输出通道流回患者体内，同时，在模块控制电路的作用下，通过血浆输出机构和输血器以与血浆输出端流出带有毒性物质血浆同样速度向患者体内注入正常人的血浆，此过程反复进行，直至废血浆容器中的带有毒性物质的血浆达到所要处理的血浆量为止，此为第一步人工肝治疗，其目的是将患者体内含有较多毒性物质的血浆丢弃掉，向患者体内补入正常人的血浆，实现对血液的解毒与净化。

继续通过血浆分离机构将患者血液分离成无形的且带有毒性物质的血浆和有形的血液浓缩成分，控制液管阀，使带有毒性物质的血浆经血浆输出端、液管输送到血浆池中，血液浓缩成分仍经血液浓缩成分输出端、孟菲氏管、输出通道流回患者体内，待血浆池中的血浆达到一定高度时，启动血浆输出机构，将血浆池中的血浆经血浆输出机构、孟菲氏管、输出通道以与血浆输出端流出带有毒性物质血浆同样速度输回患者体内，从而实现患者体内血液与体外装置之间的平衡而稳定的循环流动。

其次，血浆池内带有毒性物质的血浆与血浆吸附机构进行高速循环流动，血浆吸附机构将吸去血浆中多数有害物质，直至血浆吸附机构的吸附量达到饱和为止，从而实现对血浆的物理性解毒，此为第二步人工肝治疗。在此过程中，血浆吸附机构也吸去了血浆中对人体有益的物质，这一不足在第三步的生物人工肝治疗中可以得到充分地弥补。

血浆池内经过上述解毒处理的血浆再与生物反应机构进行高速循环流动，生物反应机构内培养有大量高活性的培养肝细胞，血浆通过生物反应机构时，高活性的培养肝细胞对血浆中的毒性物质进行特异性的摄取、转换、代谢，同时合成分泌释放大量生物活性物质进入血浆，如此反复，患者的血浆在以生物的方式进行完全彻底地解毒的同时，又补充了人体所需的大量生物活性物质，从而完成了第三步生物人工肝治疗。

综上所述，本发明如同将患者血液引入一个体外第二肝脏一样，由体外的本发明来完成患者体内丧失功能的肝脏的生理功能，这就是混合生物人工肝支持疗法或替代疗法。通过本发明的治疗作用，患者可通过自身肝再生而恢复，或经过其它治疗如肝移植而恢复。本发明正是为上述肝再生或肝移植等创造条件，争取时间和机会，是一种过度性的有效和必不可少的治疗手段，它在挽救肝衰竭患者生命方面，具有重要的意义。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1.装置结构简单，使用方便，运行可靠，而且临床治疗效果好：患者的黄疸下降在50％左右，不影响患者血液中的蛋白浓度，即蛋白不会丢失，凝血酶原时间比现有技术明显缩短了3～7秒，包括精神、中毒以及肝昏迷等症状的改善率为87.6％，最终成活率在50％以上。

2.血浆吸附机构只对患者血浆进行去毒处理，保护了患者血液中的有形成分，消除了对血细胞的任何影响；

3.血浆吸附机构虽然仍去除了血浆中对人体有益的物质，但这一缺陷由生物反应机构中的人工培养的高活性培养肝细胞通过合成分泌释放入血浆中而得到充分的弥补；

4.通过生物反应机构中人工培养的高活性培养肝细胞，对血浆中的毒性物质进行摄取吸收、转化代谢，从而完全彻底地实现真正意义上的肝解毒，同时可向患者体内补充大量的由培养肝细胞合成分泌的生物活性物质，使其完全具备正常肝脏的基本功能。

5.由于生物反应机构和血浆吸附机构均分别与血浆池形成单独的循环，因此，可以使血浆在生物反应机构和血浆吸附机构中高速流动，这不仅避免对患者的影响，而且显著地提高了解毒效率。

(四)、附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的原理图。

图中：1.壳体；2.输入通道；3.输出通道；4.培养箱；5.血浆池；6.输入端；7.血浆输出端；8.血液浓缩成分输出端；9.孟菲氏管；10.分离器；11.肝素注入器；12.输入泵；13.吸附器；14.吸附循环泵；15.生物反应器；16.循环泵；17.输出泵；18.摄像头；19.废血浆容器；20.输血器。

(五)、具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、2所示，本发明包括有壳体1、模块控制电路、输入通道2、血浆分离机构、血浆吸附机构、生物反应机构、血浆输出机构和输出通道3，结合图3可知，其特征在于：壳体1内的培养箱4里设置有血浆池5，生物反应机构和血浆吸附机构分别与血浆池5一起形成内循环，输入端6与输入通道2连通的血浆分离机构的血浆输出端7通过液管、液管阀分别通入血浆池5和废血浆容器19，血浆分离机构的血液浓缩成分输出端8通过孟菲氏管9与输出通道3连通，与血浆池5连通的血浆输出机构通过通过孟菲氏管9与输出通道3连通。

如图1、2所示，同时结合图3可知，血浆分离机构是由分离器10、肝素注入器11和与模块控制电路连接的输入泵12构成，血浆分离机构的输入端6通过液管经输入泵12与分离器10的入口连通，肝素注入器11与分离器10的入口连通，分离器10的血浆出口即是血浆分离机构的血浆输出端7，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆分离机构的血液浓缩成分输出端8。

如图1、2所示，并结合图3可知，血浆吸附机构是由液管、吸附器13和与模块控制电路连接的吸附循环泵14构成，与血浆池5连通的吸附机构的入口通过液管将吸附器13和吸附循环泵14互相串接后，其出口与血浆池5连通。

如图1、2所示，并结合图3可知，生物反应机构是由液管、置于培养箱4内的生物反应器15和与模块控制电路连接的循环泵16构成，与血浆池5连通的生物反应机构的入口通过液管将生物反应器15和循环泵16互相串接后，其出口与血浆池5连通。

如图1、2所示，并结合图3可知，血浆输出机构是与血浆池5连通的液管通过跟模块控制电路连接的输出泵17后与孟菲氏管9连通，输血器20与输出泵17的输入口连通。

如图2所示，并结合图3可知，为了便于观察血浆池5中血浆量及血浆液面情况，更好地操作和使用本装置，血浆池5的侧面设置有与模块控制电路连接的血浆液面监测装置。血浆液面监测装置可以是摄像头18。

本发明为体外人工肝支持装置，不置入患者体内，而是将患者血液引出，经过不同功能作用的处理后，再汇合流回患者体内，如此反复，最终达到人工肝支持与替代治疗的作用。现结合图1、2及图3，将其工作原理描述如下：

将本发明的输入通道2通过穿刺与患者动脉或静脉连通，将输出通道3通过穿刺与患者静脉连通，以实现血路的连通。

首先，模块控制电路控制输入泵12将患者的血液送入分离器10中，分离器10将患者血液分离成无形的且带有毒性物质的血浆和有形的血液浓缩成分，控制液管阀，使带有毒性物质的血浆经血浆输出端7、液管输送到废血浆容器19中而将其丢弃，血液浓缩成分经血液浓缩成分输出端8、孟菲氏管9、输出通道3流回患者体内，同时，在模块控制电路的作用下，通过输出泵17和输血器20以与血浆输出端7流出带有毒性物质血浆同样速度向患者体内注入正常人的血浆，此过程反复进行，直至废血浆容器中的带有毒性物质的血浆达到所要处理的血浆量为止，此为第一步人工肝治疗，其目的是将患者体内含有较多毒性物质的血浆丢弃掉，向患者体内补入正常人的血浆，实现对血液的解毒与净化。

继续通过模块控制电路控制输入泵12将患者的血液送入分离器10中，分离器10将患者血液分离成无形的且带有毒性物质的血浆和有形的血液浓缩成分，控制液管阀，使带有毒性物质的血浆经血浆输出端7、液管输送到血浆池5中，血液浓缩成分仍经血液浓缩成分输出端8、孟菲氏管9、输出通道3流回患者体内，待血浆池5中的血浆达到一定高度时，启动输出泵17，将血浆池5中的血浆经输出泵17、孟菲氏管9、输出通道3以与血浆输出端7流出带有毒性物质血浆同样速度输回患者体内，从而实现患者体内血液与体外装置之间的平衡而稳定的循环流动。

上述的血液循环流动过程中，始终通过肝素注入器11向分离器10中注入肝素，以防止血液在循环流动过程中发生凝固。

在保持上述血液循环流动的基础上，模块控制电路控制吸附循环泵14使血浆池内带有毒性物质的血浆与吸附器13进行高速循环流动，利用吸附器13内的活性炭吸去血浆中多数有害物质，直至吸附器13的吸附量达到饱和为止，从而实现对血浆的物理性解毒，此为第二步人工肝治疗。在此过程中，吸附器13也吸去了血浆中对人体有益的物质，这一不足在第三步的生物人工肝治疗中可以得到充分地弥补。

在确定吸附循环泵14停止工作的前提下，模块控制电路控制循环泵16使血浆池5内经过上述解毒处理的血浆再与生物反应器15进行高速循环流动，生物反应器15是中空纤维型生物反应器，其内腔培养有大量高活性的培养肝细胞，血浆通过生物反应器15外腔时，通过中空纤维上的半透膜与高活性的培养肝细胞进行双向物质交换与交流，高活性的培养肝细胞对血浆中的毒性物质进行特异性的摄取、转换、代谢，同时合成分泌释放大量生物活性物质进入血浆，如此反复，患者的血浆在以生物的方式进行完全彻底地解毒的同时，又补充了人体所需的大量生物活性物质，从而完成了第三步生物人工肝治疗。

综上所述，本发明如同将患者血液引入一个体外第二肝脏一样，由体外的本发明来完成患者体内丧失功能的肝脏的生理功能，这就是混合生物人工肝支持疗法或替代疗法。通过本发明的治疗作用，患者可通过自身肝再生而恢复，或经过其它治疗如肝移植而恢复。本发明正是为上述肝再生或肝移植等创造条件，争取时间和机会，是一种过度性的有效和必不可少的治疗手段，它在挽救肝衰竭患者生命方面，具有重要的意义。

Claims (7)

1.一种体外混合生物人工肝的肝支持装置，包括有壳体(1)、模块控制电路、输入通道(2)、血浆分离机构、血浆吸附机构、生物反应机构、血浆输出机构和输出通道(3)，其特征在于：壳体(1)内的培养箱(4)里设置有血浆池(5)，生物反应机构和血浆吸附机构分别与血浆池(5)一起形成内循环，输入端(6)与输入通道(2)连通的血浆分离机构的血浆输出端(7)通过液管、液管阀分别通入血浆池(5)和废血浆容器(19)，血浆分离机构的血液浓缩成分输出端(8)通过孟菲氏管(9)与输出通道(3)连通，与血浆池(5)连通的血浆输出机构通过通过孟菲氏管(9)与输出通道(3)连通。

2.如权利要求1所述的体外混合生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：血浆分离机构是由分离器(10)、肝素注入器(11)和与模块控制电路连接的输入泵(12)构成，血浆分离机构的输入端(6)通过液管经输入泵(12)与分离器(10)的入口连通，肝素注入器(11)与分离器(10)的入口连通，分离器(10)的血浆出口即是血浆分离机构的血浆输出端(7)，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆分离机构的血液浓缩成分输出端(8)。

3.如权利要求1所述的体外混合生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：血浆吸附机构是由液管、吸附器(13)和与模块控制电路连接的吸附循环泵(14)构成，与血浆池(5)连通的吸附机构的入口通过液管将吸附器(13)和吸附循环泵(14)互相串接后，其出口与血浆池(5)连通。

4.如权利要求1所述的体外混合生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：生物反应机构是由液管、置于培养箱(4)内的生物反应器(15)和与模块控制电路连接的循环泵(16)构成，与血浆池(5)连通的生物反应机构的入口通过液管将生物反应器(15)和循环泵(16)互相串接后，其出口与血浆池(5)连通。

5.如权利要求1所述的体外混合生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：血浆输出机构是与血浆池(5)连通的液管通过跟模块控制电路连接的输出泵(17)后与孟菲氏管(9)连通，输血器(20)与输出泵(17)的输入口连通。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的体外混合生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：血浆池(5)的侧面设置有与模块控制电路连接的血浆液面监测装置。

7.如权利要求6所述的体外混合生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：血浆液面监测装置是摄像头(18)。

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