CN2810611Y - 一种体外人工肝支持系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种体外人工肝支持系统。包括体外血液循环管路、白蛋白液循环管路和透析液循环管路。通过体外血液循环管路，患者血液中大部分的蛋白结合毒素和水溶性毒素经第一透析器透析分离进入白蛋白液循环；通过白蛋白液循环管路，白蛋白液中的水溶性毒素经第二透析器透析分离进入透析液循环，蛋白结合毒素经第一吸附器和第二吸附器被吸附净化，白蛋白液完成在线再生；通过透析液循环管路，含水溶性毒素的透析液被常规透析机收集弃去，同时将新鲜透析液注入第二透析器进行新的循环。因此，本实用新型能有选择性和有效地清除患者血液中的蛋白结合毒素和水溶性毒素，达到减轻肝脏负担、恢复再生肝细胞，从而提高肝衰竭患者的生存率和存活时间。

Description

一种体外人工肝支持系统

技术领域

本实用新型涉及一种医疗设备，特别是一种能同时清除蛋白结合毒素和水溶性毒素、暂时性替代人体肝脏功能的体外人工肝支持系统。

背景技术

肝衰竭中，因肝脏解毒功能不足，大量蛋白结合毒素和水溶性毒素在患者血液中累积。应用目前的医学分离技术可以将水溶性毒素分离，然而以配体方式结合的蛋白结合毒素，通常的血液净化方法无法对其进行有选择性和有效地清除。

临床数据证明，蛋白结合毒素会引发人体内多种内源和外源毒性反应，因此，开发一种能同时清除血液中蛋白结合毒素和水溶性毒素的人工肝支持系统已迫在眉睫。

现有的人工肝支持系统一般采用以下两种方式：

1、非生物型人工肝支持系统

该类型人工肝支持系统是通过常规的血浆置换、血液/血浆灌流和血液透析等手段清除血液中毒素，达到减轻肝脏负担、再生肝细胞以恢复肝脏功能的目的。

血浆置换：是用健康供体血浆替换患者体内含毒素的血浆，使血液净化以达到人工肝治疗的目的。该人工肝支持系统主要由血液成分分离器、血液泵和血液通路组成。治疗时，输入口和输出口与患者血管连接，将患者血液从体内引出，通过血液成分分离器分离血浆和细胞成分，弃去带毒血浆后，将细胞成分、补充白蛋白、供体血浆和平衡液等回输体内，从而使患者血液得到净化，实现人工肝解毒的目的。血浆置换的缺点是副作用大，解毒治疗效果有限，单独使用会丢弃血浆中许多对人体有益的物质，对健康供体血浆的需求量大，造成浪费等；而且大部分蛋白结合毒素不光存在于血浆中，同时还分布在组织中，血浆置换后，毒素很快又重新在新鲜血浆中进行分布。

血液/血浆灌流：即血液吸附，通过体外循环吸附器清除血液中毒素，使血液净化以达到人工肝治疗的目的。该人工肝支持系统主要由吸附器、血液泵和血液通路组成。治疗时，输入口和输出口与患者血管连接，将患者血液从体内引出，利用吸附器中的活性炭、离子交换树脂等材料对血液中毒素进行吸附净化，实现人工肝解毒的目的。血液/血浆灌流的缺点是不能有效吸附小分子毒素，活性炭对蛋白结合毒素吸附能力很差。除毒性物质被清除外，也清除一些肝细胞生长因子和激素。若吸附剂的生物相容性差，还会导致补体系统激活引起系统炎性反应。

血液透析：是借助一种特制的半透膜选择性清除血液中毒素，使血液净化以达到人工肝治疗的目的。该人工肝支持系统主要由透析器、血液泵和血液通路组成。治疗时，输入口和输出口与患者血管连接，将患者血液从体内引出，利用透析器中的半透膜对血液中毒素进行分离，实现人工肝解毒的目的。血液透析的缺点是蛋白结合毒素往往与非透过性的白蛋白分子进行高度结合，因此不能明显透过透析膜进入透析液。

2、生物型人工肝支持系统

该类型人工肝支持系统是将患者血液从体内引出，通过一个生物反应器的内管腔完成体外循环，循环过程中使用半透膜进行中小物质的交换，而利用已培养在内管腔壁的外源性肝细胞进行合成、解毒及生物转化等功能，以达到人工肝治疗的目的。生物型人工肝的缺点是体外培养的外源性肝细胞会引起异体排斥反应，且替代人体肝脏能力有限，现阶段临床效果尚不理想，费用昂贵。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是旨在提供一种体外人工肝支持系统，采用白蛋白透析技术以在线循环的方式同时清除体内的蛋白结合毒素和水溶性毒素，高效模拟肝细胞的生物解毒过程，为肝细胞再生恢复创造条件，为肝移植赢得时间并提高成功率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

方案一

本实用新型包括体外血液循环管路、白蛋白液循环管路和透析液循环管路；其中：

1)体外血液循环管路包括一端体外血液循环管路的输入端连通的血液泵，血液泵的另一端依次经血液管路除泡器、第一透析器、血管漏斗接安全阀，安全阀的另一端接体外血液循环管路的输出端；

2)白蛋白液循环管路包括一端与第一透析器的白蛋白液循环管路的输入端连通的血液泄漏监测器，血液泄漏监测器的另一端依次经白蛋白液泵、白蛋白液管路除泡器接第二透析器，第二透析器的另一端接第一透析器的白蛋白液循环管路的输出端；

3)透析液循环管路包括透析机，其两端分别与第二透析器的两端连接。

本实用新型还可在在第二透析器和第一透析器之间依次连接第一吸附器和第二吸附器。

方案二

本实用新型包括体外血液循环管路、白蛋白液循环管路；其中：

1)体外血液循环管路包括一端与体外血液循环管路的输入端连通的血液泵，血液泵的另一端依次经血液管路除泡器、第一透析器、血管漏斗接安全阀，安全阀的另一端体外血液循环管路的输出端；

2)白蛋白液循环管路包括一端与第一透析器的白蛋白液循环管路的输入端连通的血液泄漏监测器，血液泄漏监测器的另一端依次经白蛋白液泵、白蛋白液管路除泡器、第一吸附器、第二吸附器，第二吸附器的另一端接接第一透析器的白蛋白液循环管路的输出端。

本实用新型具有的有益效果是：

1、操作方便，运行安全可靠；

2、通过本人工肝支持系统的体外血液循环管路，患者血液中大部分的蛋白结合毒素和水溶性毒素经第一透析器中的选择性半透膜以扩散方式进入白蛋白液循环管路，血液中的白蛋白以及各种有益物质则被保留而不会丢失。在这里，白蛋白液循环管路中的白蛋白液起到了特殊分子吸附剂的作用，以竞争方式结合了血液中的蛋白结合毒素；

3、通过本人工肝支持系统的白蛋白液循环管路，白蛋白液中的水溶性毒素经第二透析器中的选择性半透膜以扩散方式进入透析液循环管路。白蛋白液中的蛋白结合毒素经第一吸附器和第二吸附器被吸附净化。此时，白蛋白液完成了再生过程，被引入第一透析器的白蛋白液入口以进行新的循环；

4、通过本人工肝支持系统的透析液循环管路，含水溶性毒素的透析液被常规透析机收集弃去，同时将经电解质、葡萄糖和pH平衡的新鲜透析液注入第二透析器的透析液入口以进行新的循环。

通过上述三个循环管路，患者血液中的蛋白结合毒素和水溶性毒素被有选择性和有效地清除，达到减轻肝脏负担、恢复再生肝细胞的目的。

附图说明

图1是本实用新型的第一循环管路示意图；

图2是本实用新型的第二循环管路示意图；

图3是本实用新型的第三循环管路示意图；

图4是实施例1血浆模拟液中的人体白蛋白和蛋白结合毒素随治疗时间的浓度变化图；

图5是实施例2血浆模拟液中的人体白蛋白和蛋白结合毒素随治疗时间的浓度变化图。

图中：1.血液泵；2.血液管路除泡器；3.第一透析器；4.血管漏斗；5.安全阀；6.血液泄漏监测器；7.白蛋白液泵；8.白蛋白液管路除泡器；9.第二透析器；10.第一吸附器；11.第二吸附器；12.透析机。

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。

1、白蛋白液

本实用新型白蛋白液中含蛋白结合毒素受体蛋白，以竞争方式结合患者血液中蛋白结合毒素，达到血液净化的目的。已确定可分离的蛋白结合毒素有：胆红素、胆酸、中短链脂肪酸、毒性脂肪酸、芳香族氨基酸、硫醇、一氧化氮、血氨、色氨酸、吲哚及酚类代谢产物等。

本实用新型受体蛋白是人体血清白蛋白，一般来说，白蛋白的浓度范围是1～50g/100ml，较佳浓度是6～40g/100ml，更佳浓度是8～30g/100ml，最佳浓度是8～20g/100ml。

本实用新型白蛋白液中还含有其他组分，如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、乳酸钠和葡萄糖等，根据不同患者血液中的电解情况进行适当的调整。一般来说，上述各组分的离子浓度范围和较佳浓度分别为：

Na⁺   一般130～145mmol/l    较佳135～140mmol/l

Ca²⁺  一般1.0～2.5mmol/l    较佳1.5～2.0mmol/l

K⁺    一般2.0～4.0mmol/l    较佳3.0～3.5mmol/l

Mg²⁺  一般0.2～0.8mmol/l    较佳0.4～0.6mmol/l

Cl^-   一般100～110mmol/l    较佳104～108mmol/l

COOH^- 一般30～40mmol/l      较佳33～38mmol/l

以下是一项白蛋白液的配比实例：

每升白蛋白液中含：人体血浆10～20％(w/v)的血清白蛋白、6.10g氯化钠、4.00g醋酸钠、0.15g氯化钾、0.31g二水氯化钙、0.15g六水氯化镁和1.65g单水葡萄糖。

2、透析液

本实用新型透析液为重碳酸盐缓冲液，可清除同时进入白蛋白液循环的水溶性毒素，实现白蛋白液的初步再生。已确定可清除的水溶性毒素有：肌酐、尿素氮、白介素-6、肿瘤坏死因子-、苯二氮卓类、铜及其他。

本实用新型重碳酸盐缓冲液由碳酸钠和碳酸氢钠按一定配比配制而成。一般来说，上述各组分的离子浓度范围和较佳浓度分别为：

Na⁺   一般1.1～1.9mmol/l    较佳1.1～1.5mmol/l

CO₃ ^2- 一般0.1～0.9mmol/l    较佳0.1～0.5mmol/l

HCO₃ ^- 一般0.1～0.9mmol/l    较佳0.5～0.9mmol/l

以下是一项重碳酸盐缓冲液的配比实例：

每升重碳酸盐缓冲液中含：85.86g十水碳酸钠和58.80g碳酸氢钠。

3、第一透析器

本实用新型第一透析器为高通量透析器，透析膜为中空纤维膜，其功能是：其一，在透析过程中，允许患者血液中的蛋白结合毒素和水溶性毒素经由体外血液循环侧顺利透过进入白蛋白液循环侧，而阻止血液中结合蛋白结合毒素的白蛋白和白蛋白液中的受体白蛋白透过；其二，透析膜的白蛋白液循环侧含有受体蛋白入口和吸附区域功能结构，确保受体蛋白能进入该区域以充分结合体外血液循环侧的蛋白结合毒素。

透析膜材料包括聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚醋酸纤维素等，膜结构需满足以下条件：其一，膜壁足够薄，一般壁厚是50m，较佳壁厚是40m，最佳壁厚是30m或更薄；其二，膜表面积足够大，一般表面积是1m2，最佳表面积是2m2；其三，膜孔径足够小，能阻止白蛋白透过，较佳截留分子量是20000～66000Da，最佳截留分子量是50000～66000Da，一般对血液中蛋白质分子的透过率控制在0.1，最佳是0.01或更低。

目前，上述高通量透析器已完全商业化，现有的产品如费森尤斯公司的HF80、金宝公司的Polyflux 21、贝尔克公司的BLS 819G和百特公司的CT 190G等。

上述各透析器的主要产品信息如下：

                                    表1

型号	壁厚m	表面积m2	血液预充ml	超滤系数ml/h/mmHg	膜材料	灭菌方式
							HF 80Polyflux 21BLS 819GCT 190G	40503015	1211	11014510960	55688036	聚砜聚酰胺聚醚砜醋酸纤维素	环氧乙烷环氧乙烷射线射线

4、第二透析器

本实用新型第二透析器为低通量透析器，透析膜为中空纤维膜，其功能是：在透析过程中，允许白蛋白液中的水溶性毒素顺利透过进入透析液循环，而阻止白蛋白透过，达到清除白蛋白液中水溶性毒素的目的。

透析膜材料包括聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚醋酸纤维素等，膜结构特征如下：壁厚一般为50m，表面积一般为1m2，截留分子量低于1000Da。

目前，上述低通量透析器亦完全商业化，现有的产品如费森尤斯公司的F8、金宝公司的Polyflux 6L、贝尔克公司的BLS 512G和百特公司的CA 210G等。

上述各透析器的主要产品信息如下：

                            表2

型号	壁厚m	表面积m2	血液预充ml	超滤系数ml/h/mmHg	膜材料	灭菌方式
							F8Polyflux 6LBLS 512GCA 210G	40503515	1112	11011577125	78109	聚砜聚酰胺聚醚砜醋酸纤维素	环氧乙烷热射线射线

5、第一吸附器

本实用新型第一吸附器为活性炭吸附柱，其功能是吸附清除白蛋白液中的蛋白结合毒素，实现白蛋白液的在线再生。一般来说，活性炭吸附柱采用血液灌流级医用活性炭填柱，柱体积为250ml或350ml。

目前已商业化的产品有爱尔血液净化器材厂的YTS系列一次性血液灌流器和金宝公司的ADSORBA 250、ADSORBA 350等。

6、第二吸附器

本实用新型第二吸附器为阴离子交换吸附柱，其功能是吸附清除白蛋白液中的蛋白结合毒素，实现白蛋白液的在线再生。一般来说，阴离子交换吸附柱采用季铵型阴离子型聚苯乙烯一二乙烯苯树脂填柱，柱体积为250ml或350ml。

目前已商业化的产品有丽珠医用生物材料有限公司的HA系列血液灌流器和旭医疗公司的BRS 350等。其他如血液泵、除泡器、血管漏斗、安全阀、血液泄漏监测器和透析机均可市售。

具体实施例

实施例1：

如图1所示，用液管将血液泵1和血液管路除泡器2与费森尤斯HF 80透析器3的血液入口连通，费森尤斯HF 80透析器3的血液出口与血管漏斗4和安全阀5连通构成体外血液循环管路；用液管将血液泄漏检测器6、白蛋白液泵7和白蛋白液管路除泡器8与费森尤斯F8透析器9的白蛋白液入口连通，费森尤斯F8透析器9的白蛋白液出口构成白蛋白液循环管路；用液管将常规透析机12与费森尤斯F8透析器9的透析液入口和出口连通构成透析液循环管路。

实施例2：

如图2所示，用液管将血液泵1和血液管路除泡器2与金宝Polyflux 21透析器3的血液入口连通，金宝Polyflux 21透析器3的血液出口与血管漏斗4和安全阀5连通构成体外血液循环管路；用液管将血液泄漏检测器6、白蛋白液泵7和白蛋白液管路除泡器8与金宝Polyflux 6L透析器9的白蛋白液入口连通，金宝Polyflux 6L透析器9的白蛋白液出口与YTS-100活性炭吸附柱10和HA-230血液灌流器11连通构成白蛋白液循环管路；用液管将常规透析机12与金宝Polyflux 6L透析器9的透析液入口和出口连通构成透析液循环管路。

实施例3：

如图3所示，用液管将血液泵1和血液管路除泡器2与贝尔克BLS 819G3的血液入口连通，贝尔克BLS 819G透析器3的血液出口与血管漏斗4和安全阀5连通构成体外血液循环管路；用液管将血液泄漏检测器6、白蛋白液泵7和白蛋白液管路除泡器8与YTS-100活性炭吸附柱10和HA-230血液灌流器11连通构成白蛋白液循环管路。

实施例1和实施例2第一透析器的模拟液配制：

正常、年轻、健康男性供体血浆中加入如下浓度模拟物质，以达到高蛋白结合毒素浓度水平：

游离胆红素          110mg/l

溴磺酚钠            230mg/l

苯酚                530mg/l

游离脂肪酸(辛酸)    750mg/l

步骤如下：将110mg游离胆红素、230mg溴磺酚钠、530mg苯酚和750mg辛酸溶于50ml 0.1mol/l的NaOH溶液中，再加入2.5g人体白蛋白(脱脂，Sigma公司)并溶解，用30wt％的醋酸调节pH至7.4；随后将上述50ml溶液加入至950ml健康供体血浆中，取其中500ml注入血浆瓶内待用。

实施例1和实施例2第一透析器的预充液配制：

0.9wt％的NaCl溶液中加入一定量的人体血清白蛋白后溶解待用。白蛋白浓度一般控制在1～50g/100ml以内，较佳浓度是6～40g/100ml，最佳浓度是8～30mg/100ml。

步骤如下：将9g氯化钠溶于1000ml重蒸水中，再加入100g人体血清白蛋白溶解待用。

实施例1和实施例2的具体操作步骤如下：

1、接通电源；

2、按图1所示连接管路；

3、使用预充液对第一透析器的透析膜进行预充，预充时间15min，预充温度20℃；

4、设置血浆模拟液流速为200ml/min，白蛋白液流速为200ml/min，透析液流速为200ml/min。体外血液循环管路设置肝素帽，补充肝素以防止血凝。重碳酸盐缓冲液为非闭合循环；

5、开启体外血液循环管路，按产品规格进行血液预充；开启白蛋白液循环管路和透析液循环管路，进行血液中蛋白结合毒素和水溶性毒素的分离、清除；

6、单次操作周期为90min，停机后断开管路和患者静脉的连接；

7、收集血浆模拟液中的人体白蛋白和蛋白结合毒素随治疗时间变化的浓度数据，如图4和图5所示。

实施例1和实施例2的结果如下：

单次循环治疗后，作为蛋白结合毒素标志的胆红素水平明显降低，同时其他蛋白结合毒素如溴磺酚钠、苯酚和辛酸水平亦得到明显改善，而血浆模拟液中的人体白蛋白水平无明显变化。上述结果表明，本实用新型体外人工肝支持系统能有选择性和有效地清除蛋白结合毒素，而血浆白蛋白则被保留、不会丢失。

Claims (3)

1、一种体外人工肝支持系统，其特征在于包括体外血液循环管路、白蛋白液循环管路和透析液循环管路；其中：

1)体外血液循环管路包括一端体外血液循环管路的输入端连通的血液泵(1)，血液泵(1)的另一端依次经血液管路除泡器(2)、第一透析器(3)、血管漏斗(4)接安全阀(5)，安全阀(5)的另一端接体外血液循环管路的输出端；

2)白蛋白液循环管路包括一端与第一透析器(3)的白蛋白液循环管路的输入端连通的血液泄漏监测器(6)，血液泄漏监测器(6)的另一端依次经白蛋白液泵(7)、白蛋白液管路除泡器(8)接第二透析器(9)，第二透析器(9)的另一端接第一透析器(3)的白蛋白液循环管路的输出端；

3)透析液循环管路包括透析机(12)，其两端分别与第二透析器(9)的两端连接。

2、根据权利要求1所述的一种体外人工肝支持系统，其特征在于：在第二透析器(9)和第一透析器(3)之间依次连接第一吸附器(10)和第二吸附器(11)。

3、一种体外人工肝支持系统，其特征在于包括体外血液循环管路、白蛋白液循环管路；其中：

1)体外血液循环管路包括一端与体外血液循环管路的输入端连通的血液泵(1)，血液泵(1)的另一端依次经血液管路除泡器(2)、第一透析器(3)、血管漏斗(4)接安全阀(5)，安全阀(5)的另一端体外血液循环管路的输出端；

2)白蛋白液循环管路包括一端与第一透析器(3)的白蛋白液循环管路的输入端连通的血液泄漏监测器(6)，血液泄漏监测器(6)的另一端依次经白蛋白液泵(7)、白蛋白液管路除泡器(8)、第一吸附器(10)、第二吸附器(11)，第二吸附器(11)的另一端接接第一透析器(3)的白蛋白液循环管路的输出端。

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