人工腎臟 報告者:羅雪玲 94.05.03

前 言 透析器(Dialyzer)在血液透析中擔任最重要角色，俗稱人工腎臟，顧名思義，它以人工代替腎臟功能，主要靠著半透膜之特性，藉擴散、超過濾兩種物理作用，來排除血中代謝廢物及水分。這種半透膜在腹膜透析是利用人體的腹膜，再血液透析則是利用人工纖維構成的透析器，本章主要來瞭解認識透析器的透析原理、種類、基本結構、材質、特性、消毒方式、如何選擇透析器。

血液透析的原理 以半透膜將兩種溶液分開，溶質及水分子在半透膜之間移動現象稱為透析(dialysis) 其主要靠兩種物理作用: (1)擴散作用(diffusion) (2)超過濾作用(ultrafiltration)

血液透析的原理 擴散作用: A溶液之溶質分子不斷盲目碰撞半透膜上，只要溶質分子量夠小，剛好撞及孔洞，溶質就會穿越半透膜到B溶液，相對B溶液的溶質亦會作同樣碰撞運動，直到兩側溶質達到均勻分散為止。

血液透析的原理 超過濾作用 利用靜水壓或膠體滲透壓來決定水分子移動之方向，當水分子通過半透膜時，溶質會跟水流“隨波逐流”穿越半透膜，這種同時移動溶劑與溶質的現象稱為超過濾作用。

透析器的種類 依外型之差異分成三類: (1)蟠管型 (coil type)

透析器的種類 (2)平行板型 (parallel plate type)

透析器的種類 (3)空心纖維型 (hollow fuber type) 在血液透析中心絕大部分都是採用空心纖維型透析器，因為其體積小，重複使用時方便，血液填充體積比較少，一般約130ml以下。

人工腎臟之製成

人工腎臟之製成

透析器的基本結構 外殼 頭蓋:可分活動式或 固定式的螺紋帽 血液出入口 透析液出入口

透析器的基本結構 纖維束 矽環(silicon ring) Potting compound 由6000~15000根內徑約200um的微小空心纖維構成，中空為血液腔，外為透析液腔。 矽環(silicon ring) Potting compound 空心纖維兩端各附著於一個圓盤狀的支撐構造物，此構造除了固定空心纖維兩端外，它與矽環共同達成防漏的目的，血液就是通過圓盤狀構造物上的孔洞進入空心纖維的管腔，而從對側相同構造流出。

透析器的材質 依成分不同可分成兩大類: (一)纖維素膜(cellulose membrane) (二)非纖維素膜(non-cellulose membrane)

纖維素膜(cellulose membrane) 纖維素是一種由“d-葡萄糖聚合而成多醣類。 優點:天然多醣類，價格便宜，親水性強，較不會 吸附蛋白質。 缺點:膜孔小，故通透性低，對中大分子廓清 率低，超過濾率低，易活化補體反應。

纖維素膜(cellulose membrane) 依製造過程不同有下列數種: 1.Cellophane:最早使用 之透析膜，現今已不使用。 2.Cuprophan:

纖維素膜(cellulose membrane) 3.Hemophan:纖維素膜中 對補體反應 最少。

纖維素膜(cellulose membrane) 4.Cellulose acetate(CA):

纖維素膜(cellulose membrane) 5.Saponified cellulose ester(SCE) 6.Regenerated cellulose: PSN、HX90 PSN (Synthetically Modified Cellulose) 苯基 OCH 2 CH OH 2 O O OH OH ···O O O··· OH CH OH 2

非纖維素膜(non-cellulose membrane) 不是纖維素演化出來的透析膜，故叫非纖維素膜，又稱合成膜(synthetic membrane)。 優點:膜孔比纖維素膜大，通透性高，對中大分子 廓清效果好，超過濾較高，生物相容性佳， 較不易活化補體反應。 缺點:為人工合成價格較貴。

非纖維素膜(non-cellulose membrane) 1.Polymethylmethacrylate(PMMA):B1-1.3H、B1-1.6H 生物相容性高，Toray公司生產的BK系列透析器，能清除大分子物質，特別是β2-microglobulin。 2.Ethylenevinylalcohol(EVAL) 其特殊之處再不易凝固，可用於有出血傾向的病患。

非纖維素膜(non-cellulose membrane) 3.Polyacrylonitrile(PAN) 對中分子及水份通透性佳。 。 4.Polycarbonate(Gambrane) 不易產生血塊。 5.AN 69 生物相容性極佳。

非纖維素膜(non-cellulose membrane) 6.Polysulfone(PS):F6HPS、F8HPS、HF80s、HF100s、 BS-1.6L、BS-1.8UL(Toraysulfone) 生物相容性佳。 7.Polyamide: Polyflux 14S、Polyflux 21S

透析器的特性 總血液腔容積量 廓清率 超過濾 生物相容性

總血液腔容積量(total blood compartment volume) 為空心纖維束容積加上頭蓋部容積之總合，即所謂血液填充量(priming volume)，與纖維內徑、長度、數目有關，當重複使用時纖維會發生內徑改變或凝固，而改變血液填充量，影響透析器之清除率及使透析膜破裂，因此當重複使用時，血液填充量比原來的>120%或<80%時應丟棄勿用。

廓清率(clearance) 單位時間內從血中清除溶質之總數量除以此溶質在血液中最初濃度。 ex:在blood flow 200ml dialysis flow 500ml下urea廓清率 187 ml/min→每分鐘200ml血液經AK後有187ml血中urea被洗乾淨。

影響廓清率之因素 1.透析膜之通透性 2.溶質分子量 3.兩側溶質濃度差 膜愈薄，孔洞愈大，面積愈大， clearance愈大，所謂高透量(high flux)血液透析膜即是利用增加面積及孔洞大小來增加廓清效果，clearance與膜阻力成反比，如纖維內有血塊，或重複使用造成蛋白質積存膜上，都是增加阻力的原因 。 2.溶質分子量 不同尿毒素之間，分子量愈小，clearance愈大。 3.兩側溶質濃度差 HD第一小時濃度差最大，故廓清效果比透析末期好。為增強血液及透析液濃度差，以獲最大廓清率，故血液與透析液流向相反，若相同則會減少10%的廓清率。

影響廓清率之因素 4.血液流速

影響廓清率之因素 5.透析液流速

超 過 濾 血液透析超過濾主要靠靜水壓方式來脫水，這個壓力決定水份游走透析膜兩側的原動力，稱此壓力為膜上壓(transmembrane pressure，TMP)。 TMP = 血液靜水壓 – 透析液靜水壓

超 過 濾 超過濾係數(ultrafiltration rate，UFR) 是指半透膜在承受1mmhg的壓力下，每小時所能脫出之水量(ml/mmhg/hr) ，UFR與透析膜的材質厚度面積孔洞大小有關，UFR愈大表示膜孔較大，膜較薄，易清除水分及中大分子。

生物相容性(biocompatibility) 血液與透析膜接觸後引起的生理反應。 1.血栓的形成 血液與透析膜接觸後蛋白質會吸附在膜上，隨後血小板會堆積，同時活化凝血的內路途徑，形成血栓。 2.血球破壞 紅血球通過空心纖維時受到擠壓及blood pump擠壓，會造成機械性傷害，造成溶血。 ，

生物相容性(biocompatibility) 3.白血球的影響 (1)WBC數目在HD第一小時內會發生下降情形，尤其在HD後 10~15分鐘會降到谷底，在一小時之後又會逐漸恢復正 常，下降的白血球中以中性球及單核球為主， WBC下 降主要是因為WBC滯留在肺部的微血管內，而C3a、C5a 是造成WBC短時間滯留在肺血管的主因，引起肺泡換氣 不良，故HD第一小時內動脈血中氧氣會下降，降福約 5~25%。 (2)HD時WBC會黏在膜上，促進血液凝固。 (3)長期以纖維素膜透析其WBC數目↓，免疫反應差，WBC 吞噬能力差。

生物相容性(biocompatibility) 4.淋巴球的影響 淋巴球中的自然殺手細胞，是面對過濾性病毒及惡性腫瘤細胞的第一線防禦細胞，長期HD病患此種細胞活性會被壓抑，故HD病患較容易感染B型肝炎，而且常變成 B型肝炎帶原者，以及HD病患惡性腫瘤發生率較高。 5.嗜伊紅性血球增加 可能與血液接觸到一些抗原物質之故。

生物相容性(biocompatibility) 6.補體活化 血液接觸生物相容性差的透析膜，會產生補體活化反應，產生C3a、C5a過敏毒素，其主要與透析膜化學結構上氫氧根OH‾有關，這些毒素會使血管通透性增加， mast cell釋放histamine ，也會刺激巨噬細胞釋放interleukinⅠ，引起發燒、洗後倦怠、食慾不振、血管擴張、低血壓、蛋白質分解增加、白蛋白合成減少的副作用。 7.刺激β2-微球蛋白的產生 β2-微球蛋白長期堆積會產生類澱粉性病變腕關節隧道症候群，有些透析膜反而會刺激β2-微球蛋白產生，尤其是纖維素膜。

透析器的消毒方式 ETO (Ethylene Oxide gas) Gamma Radiation Steam Sterilization

東元綜合醫院用人工腎臟一覽表(Single Use) 廠牌 Toray Fresineus Asahi Baxter 型號 B1-1.3H B1-1.6H F6HPS F8HPS HX90 PSN120 材質 PMMA PS Biomembrane Polysynthane 面積(m²) 1.3 1.6 1.8 1.2 UFR 12 14 8.5 11.1 33 6.7 Urea 180 187 183 188 193 Cr 156 167 175 181 159 phosphate 140 155 165 Vit B12 86 98 80 102 113 61 血液填充量 76 95 110 125 75 消毒方式 γ-ray steam ETO 膜厚(μm) 20 40 15 9 內徑(μm) 200 220

東元綜合醫院用人工腎臟(Single Use)

東元綜合醫院用人工腎臟一覽表(Ruse) 廠牌 Toray Fresineus Gambro 型號 BS-1.6L BS-1.8UL HF80s HF100s Ployflux 14s Ployflux 21s 材質 Toraysulfone polysulfone polyamide 面積(m²) 1.6 1.8 2.4 1.4 2.1 UFR 50 52 55 60 62 83 Urea 195 197 192 271 186 Cr 184 188 180 252 172 187 phosphate 182 177 240 168 185 Vit B12 143 150 135 190 125 149 血液填充量 87 99 110 138 102 152 消毒方式 γ-ray steam 膜厚(μm) 40 35 內徑(μm) 200 215

東元綜合醫院用人工腎臟(Ruse)

東元綜合醫院用人工腎臟(Ruse)

東元綜合醫院用人工腎臟(Ruse)

高透量(high flux)透析膜 它的特性: 高超過濾係數:高透量強調其超過濾率之高，一 般指UFR > 20ml/hr/mmHg。 高廓清率:對小分子如BUN、Cr廓清率並沒有非常 明顯優於傳統透析膜，最大長處在於 對中大分子的廓清率。 高價格

逆過濾現象(back filtration) 水分在透析中理論上應從血液腔流向透析液腔，但high flux透析膜透水效果很好，卻產生一副作用就是逆過濾。 原因:因為血液腔內靜水壓落差的結果，導致透析器末端之透析液腔內壓力反而高於血液腔內之壓力，容易發生因為透析液的倒灌而造成熱原反應及敗血症 。

逆過濾現象(back filtration)

透析器之選擇 好透析膜須具備的條件及考慮因素: 高廓清率 高超過濾係數 生物相容性 流失營養物質少 無殘留毒性物質及熱原反應 血液殘留少 低逆過濾 價格便宜 可重複使用

結 語 透析器在血液透析中扮演靈魂的角色，〝工欲善其事，必先利其器 〞，好的透析器對病人透析品質及預後息息相關，但選擇透析器並無ㄧ定標準，有些條件會相互衝突，應就病人需要性作適當的選擇，以獲最大優點及最少缺點