1、血液凈化、泌尿、免疫系統的人工器官（II）人體最大的腺體和消化腺重12001500g，占體重1/401/50。人工肝兩面兩面 四個緣四個緣 臟面臟面 膈面膈面 肝左葉肝左葉 右葉右葉肝的解剖肝臟的血供：肝臟的血供：1/3肝動脈，肝動脈， 2/3門靜脈門靜脈肝臟的功能1.物質代謝：包括糖、脂、蛋白、維生素等。含600多種酶，新陳代謝最活躍的器官，復雜的生理功能（合成、轉化、分解），完成通過酶介導的各種生理功能。2.分泌和排泄：膽汁（包括膽鹽和膽紅素）。3.參與凝血和抗凝血的調節4.免疫：吞噬、防御功能，產生Ig和補體；處理抗原、抗體；5.生物轉化: 藥物、毒物、激素等通過氧化、分解、結合方式清除

2、代謝過程中產生的和外來的毒素。6.在胚胎時期有造血功能。 肝臟再生功能：切除肝組織肝臟再生功能：切除肝組織 2/3恢復原狀恢復原狀肝臟功能障礙物質代謝障礙物質代謝障礙l低血糖l低蛋白血癥l低鈉血癥l低鉀血癥膽汁分泌和排泄膽汁分泌和排泄障礙障礙 高膽紅素血癥 肝內膽汁淤積癥 免疫免疫功能障礙功能障礙 凝血凝血障礙障礙：出血。：出血。生物轉化功能障礙生物轉化功能障礙l藥物代謝障礙l毒物代謝障礙： 氨、胺、GABA等代謝障礙而引起肝性腦病。l激素滅活障礙肝功能衰竭肝功能不全（hepatic insufficiency) 各種病因肝細胞嚴重損害各種功能嚴重障礙肝功能衰竭（hepatic failure

3、) 肝功能不全的晚期階段常伴有肝性腦病和肝性腎衰 人工肝臟是借助體外機械、化學或生物性裝置，暫時及部分替代肝臟功能，從而協助治療肝功能不全、肝衰竭或相關肝臟疾病的方法。人工肝目前根據其組成和性質主要可分為三類：1、非生物型，又稱物理型，主要通過物理或機械的方法進行治療，包括血漿置換（plasmaexchange,pe）、血漿膽紅素、氨及藥物灌流吸附（directhemoperfusion/plas-maabsorption，dhp/pa）、血液濾過（hf）等均屬次類。2、生物型，將生物部分，如同種及異種肝細胞與合成材料相結合組成特定的裝置，患者的血液或血漿通過該裝置進行物質交換和解毒轉化等。人

4、工肝分類3、混合型，由生物與非生物型結合組成的具有兩者功能的人工肝支持系統。也有人認為，象血漿置換等方法，在去除有害物質的同時，補充了凝血因子等生物活性成分，可單獨歸為一類，即中間型或過渡型人工肝，但三型分類法可能更簡明和被普遍認可。人工肝分類1950年Merrill首先用血液透析治療肝衰；人工肝的研究始于20世紀50年代，1956年Sorrentino證明了新鮮肝組織勻漿能代謝酮體，巴比妥和氨，首次提出了“人工肝臟”的概念；1958年，Kiley首先報告出應用血液透析治療肝功衰竭。50年代中期，日本杉浦光雄、坂本啟介試制成簡易人工肝歷史60與70年代，有了微載體細胞培養法和毛細中空纖維肝細胞

5、反應器；1987年，Matsamura設計出最早的生物人工肝。血液透析（ HD）：利用半透膜使中、小分子物質借助濃度梯度彌散，從而清除血中毒物，能清除大量氨和有效地去除尿素、肌苷及無機磷酸鹽等小分子物質，對中、大分子物質清除率較低。但對暴發型肝炎進入肝昏迷的病人效果不明顯。故僅用于暴發性肝功能衰竭伴隨腎功能不全的治療血液濾過（ HF）：利用液體靜壓力差作為垮膜壓，使血中毒物經膜濾除，對中分子量物質的清除較有效。血液透析濾過法（HDF ）：HD與 HF結合即 ；血液灌流（HP ）：活性炭血液灌流對中分子物質與蛋白質結合的物質清除率較高。肝功能衰竭病人血中的白細胞抑制因子，抑制肝細胞生長的細胞毒物

6、質以及芳香族氨基酸、酚、吲哚、短鏈脂肪酸均可被活性炭有效地吸附。血液灌流對活性碳的要求較高，需要具有良好的吸附性能和血液生物相容性，且機械強度要過關，能耐受熱壓滅菌等。 為較成熟的治療手段，在物理性輔助裝置中應用最廣，除重癥肝炎外，在急性中毒救治中亦列為首選。血漿置換（ PE&PP）：將含毒血液通過血漿分離器分離，棄血漿，代替以正常血漿回輸或人血白蛋白等溶液。確切含義是血液吸附，即溶解在血液的物質被吸附到具有豐富表面積的固態物質上藉以從血液中清除毒物。血液灌流設備主要由血液灌注機，附件（動脈和靜脈管路等）及血液灌流器組成。常用的灌流器常用的灌流器有兩種：一類是活性炭，一類是合成樹脂。血

7、液灌流血液灌流目前以血漿置換和血液灌注在國內外應用最多；它是采用血漿分離器將患者血漿從全血中分離并棄去，同時代之以新鮮冷凍血漿或人血白蛋白等溶液。這種方法在除去血液中膽紅素、內毒素、細胞毒性因子等有害物質的同時，補充多種生物活性成分。血漿置換血漿置換的缺點是潛在的感染（目前檢測手段未能檢出發現的致病原等）、過敏、枸櫞酸鹽中毒、治療后水鈉潴留等。血漿膽紅素吸附是將血漿分離器分離出的血漿，再經一特殊的吸附柱吸附去除部分膽紅素等，爾后回到患者體內，主要用于單純血漿膽紅素升高，及不愿或不便使用異體血漿患者的退黃治療。類似的吸附方法還有活性炭血氨及毒素吸附及直接血液灌流（吸附）等，不同主要在于吸附柱性質

8、及對目標吸附物的選擇。血漿置換吸附柱人工肝血漿置換原理多孔膜材料制成空心纖維管型血漿分離器，配有自動控制裝置，并能平穩調節置換液與棄血液的速度和比例，使患者的血容量和血流動力學保持穩定。大劑量血漿置換。相當于人體細胞外液即體重20的高容量血漿置換。消耗大量新鮮冷凍血漿，易發生人類免疫缺陷病毒（HIV）和肝炎病毒的經血傳播。血漿置換（二）整體洗滌 這種方法首先對患者放血，同時快速輸注白蛋白和電解質溶液，然后再輸注新鮮血液。 生物人工肝是將同種或異種供體的全肝、肝組織片、肝細胞懸液、培養肝細胞、肝細胞微粒及特定的肝細胞酶等與生物合成材料相結合組裝成某種形式的人工肝裝置。生物型人工肝體外生物人工肝支

9、持系統（EBLSS）不僅具有肝特異性的解毒功能，而且具有更高的效能： 參與糖、蛋白質、脂肪三大物質代謝； 完成中間代謝，清除毒性物質及中間代謝產物； 具有生物合成轉化功能； 分泌具有促進肝細胞生長活性的物質，如肝細胞 生長因子、肝臟刺激物質等體外生物人工肝支持系統（EBLSS）不僅具有肝特異性的解毒功能，而且具有更高的效能： 參與糖、蛋白質、脂肪三大物質代謝； 完成中間代謝，清除毒性物質及中間代謝產物； 具有生物合成轉化功能； 分泌具有促進肝細胞生長活性的物質，如肝細胞 生長因子、肝臟刺激物質等 EBLSS的基本工作原理是將培養肝細胞置于體外循環裝置，即生物反應器中，患者血液/血漿流過生物反應

10、器時，通過半透膜或直接接觸的方式與培養肝細胞間進行物質交換，從而起到理想的人工肝支持作用。經過近十年的努力，肝細胞的分離、高密度培養以及生物反應器等EBLSS的關鍵技術已得到初步的解決。 生物型人工肝（二）生物人工肝的肝細胞培養 新分離的肝細胞在懸液中由于缺乏立體支架而難以維持其活性及功能，單層培養肝細胞在細胞的生物活性、存活時間及增殖能力方面均明顯優于肝細胞懸液，缺點是單位面積細胞數較少，且不便隨意取出。 微載體培養：新分離的肝細胞懸液加入經膠原被覆的葡聚糖微載體間隙振動，可使肝細胞粘附于微載體進行培養，通過為肝細胞提供立體支撐作用而維持良好的形態和功能，達到高密度、高活性、長期培養的目的。

11、使用陽性電荷培養瓶（皿）、聚羥乙基異丁酸被覆或使用激素定量培養液、旋轉培養等，抑制肝細胞單層貼壁生長，促進其相互聚集成50200um的多細胞球形體，有明顯的分化增殖能力，能長期維持正常的生物學功能，尤其具有取代方便的優點。中空纖維培養細胞法：數百根中空纖維的外側空間播種肝細胞，中空纖維內灌流培養液，通過多孔質的中空纖維補充營養及氧分，以維持肝細胞生存。（三）生物人工肝的生物反應器 生物反應器是EBLSS中肝衰竭患者血液/血漿與肝細胞進行物質交換、發揮人工肝支持作用的關鍵部位。理想的生物反應器應為肝細胞提供較好的生存條件，并達到較好的物質交換。多孔空心纖維細管，平行排列于密閉箱內，形成管內腔和管

12、外腔，管壁半透膜（孔徑0.2m）允許約10萬道爾頓分子量以下的物質通過，而細胞及免疫球蛋白不能通過，起到免疫隔離作用。生物人工肝問世不久，很快發現它雖能較好地替代肝臟的解毒與生物合成功能，但肝衰竭患者體內積累的大量代謝產物及毒性物質難以在有限的交換中由培養肝細胞解毒，反過來還可能對培養肝細胞的存活及生物學功能產生不利影響。將早期偏重于解毒作用的人工肝支持方法與之相結合，組成混合型（或雜交型）生物人工肝，可使人工肝的生物合成轉化功能及解毒作用更加完善。混合型生物人工肝血液灌流和血漿置換兩種安全可靠、簡便實用的方法，與培養肝細胞生物反應器一起成功構成了“三合一”混合生物人工肝支持系統。不僅輔以肝細

13、胞反應器保溫、加氧等措施，而且配有血漿循環池和微機自動控制系統，提高了系統的實用效率和安全性能。混合型人工肝胰臟(pancreas)：一個大而細長的葡萄串狀的腺體，橫于胃后，居脾臟和十二指腸之間；其右端(胰頭)較大、朝下，左端(胰尾)是橫著的，尾部靠著脾，是人體一個重要的臟器。人工胰臟胰臟有兩部分，一是胰腺，是外分泌腺，產生胰液；二是胰島，胰島就像大海中的島嶼，是胰臟內一堆又一堆的細胞構成的器官，胰島是內分泌腺，產生胰島素。所以，胰臟是人體內唯一的一個既是外分泌腺又是內分泌腺的腺體，一個特殊的臟器。胰的外分泌液或胰液經胰管輸入十二指腸，其中含有各種消化酶。在胰內另有散在的島狀細胞團，稱為胰島或

14、Langerhans島。胰島的-細胞分泌胰島素，起降低血糖，促進肝糖原的合成等作用。胰島-細胞分泌胰高血糖素，可以促進肝糖原分解，使血糖升高。胰島素和胰高血糖素互相反饋，控制血糖穩定在一個小的范圍內。如果因為任何原因導致胰島素絕對或相對不足，就會導致糖尿病。胰島人工胰腺，也叫閉環式胰島素泵系統閉環式胰島素泵系統，由胰島素泵、連續血糖監測裝置（CGM）和微型電腦組成，并由智能程序控制的根據患者血糖水平自動調節胰島素劑量的電子生化儀器系統。人工胰臟利用復雜的計算機算法，將現有的胰島素泵療法和實時連續血糖監測(CGM) 技術整合在一起，有助預防出現危險的或潛在地危機生命的低血糖情況，并預防由于高血糖

15、引起的并發癥。CGM系統可以向胰島素泵發送無線信號，如果CGM系統監測到血糖水平高，人工胰臟系統就會指令胰島素泵增大胰島素劑量；如果監測到血糖水平低，人工胰臟系統就會指令胰島素泵停止供應胰島素。人工胰腺系統將會使1型糖尿病患者受益。1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，機體制造胰島素的能力喪失。1型糖尿病患者必須通過注射方式或者使用胰島素泵來補充胰島素。但是，補充多少胰島素非常難以確定。1型糖尿病患者必須隨時監控體內血糖水平，確保不能過高或過低。而血糖水平受到多種因素影響，比如健身情況、疾病狀況甚至壓力大小。胰島素泵是一個形狀、大小如同BP機，通過一條與人體相連的軟管向體內持續輸注胰島素的裝置。它模

16、擬人體健康胰腺分泌胰島素的生理模式。俗稱人工胰腺”。內裝有一個放短效胰島素的儲藥器，外有一個顯示屏及一些按鈕，用于設置泵的程序，靈敏的驅動馬達緩慢地推動胰島素從儲藥器經輸注導管進入皮下。輸注導管長度不一，牢固地將泵與身體連接起來。胰島素泵胰島素泵胰島素泵由泵、小注射器和與之相連的輸液管組成。小注射器最多可以容納3毫升的胰島素，注射器裝入泵中后，將相連的輸液管前端的引導針用注針器扎入患者的皮下（常規為腹壁），再由電池驅動胰島素泵的螺旋馬達推動小注射器的活塞。將胰島素輸注到體內胰島素泵的基本用途是模擬胰腺的分泌功能，按照人體需要的劑量將胰島素持續地推注到使用者的皮下，保持全天血糖穩定，以達到控制糖

17、尿胰島素泵 - 組成1. 以色列研究出人工胰臟；2. 法國首創人工胰臟移植；3. 人工胰臟在美國試用；4. 我國人工胰臟的研究處于起步階段，但是效果卓然，已經研制出了新型閉環無創胰島素泵集成系統。研究進展1979年 時代雜志人工胰腺可以隨身攜帶1980年 AS-6C1980年開發閉環式胰島素泵 不用于臨床 用于藥物研究1983年 AS6MP83年CPI1984年 有最大量限制的功能徳國第一代胰島素泵西門子公司出品人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質角色的白蛋白中放入血紅素分子，制成白蛋白血紅素，這就是人工血液，嚴格來說只能取代人體血液攜

18、帶氧氣的功能，并無法取代白血球的免疫功能與血小板的凝血功能。人工血液由日本早稻田大學、慶應大學和熊本大學研究小組成功開發出的可以大量生產和長期保存的人工血液，使用這種人工血液輸血不必擔心病毒感染和血型不符。動物實驗顯示，這種人工血液可把肺部呼吸的氧氣輸送到體內各個組織器官。迄今為止，大多數生產人工血液的嘗試均以失敗告終。19世紀，醫生給病人靜脈注射動物血、奶、油和其他液體，結果均未成功。甚至在1901年發現了人類的血型之后，醫生們仍一直在尋找血液的替代品。第一次和第二次世界大戰、肝炎以及人體免疫缺陷病毒（HIV）的發現，提高了人們對人工血液研究進展的關注。20世紀80和90年代，制藥公司研發了

19、幾種人工血液，但在人體試驗中出現了心肌梗塞乃至死亡后，部分公司放棄了相關研究。某些早期制品還會導致毛細血管破裂以及血壓飆升。但在進一步的研究中，人們發現了兩大類血液替代品血紅蛋白攜氧血紅蛋白攜氧載體載體（HBOC）和全氟碳化物全氟碳化物（PFC）現在，已經有部分人工血液接近測試階段的尾聲，很快便可在醫院應用。另有一些則已經開始應用。例如，被稱為牛血紅蛋白多聚（Hemopure）的HBOC類血液替代品目前正應用于受HIV威脅嚴重的南非。而在歐美，一種名為Oxygent的PFC類攜氧載體已進入人體試驗的后期階段。2010年10月，在澳洲一婦女被用人工合成血液救活，尚屬世界首例。1、人體血液由血漿、

20、紅細胞、白細胞和血小板組成，成分非常復雜，要制造出一種完全代替血液的溶液非常困難，但研制一種臨時替代品，在急需情況下能短時間內代替血液中某種成分的作用卻是可行的。人工血液 - 組成制法2、人工血液的傳統制造法是將過期紅血球內的血紅素抽出使用。早期直接用抽出的血紅素試驗，發現在注入血流中經數小時后就會分解成兩個、次單位，然后很快地這些次單位會積存在腎臟，造成毒性；另一個問題是人工血紅素如果不經過改造，雖然可以和氧結合，但釋放氧到組織的能力不佳，結果也不得理想。3、人們通過這種試驗就想到通過化學方法把兩個、分子連結得更穩固些。4、這種產品對熱很穩定，可用高熱殺死病毒和其它感染病源，而且釋放氧的功能

21、也很不錯，同時這種經改造過的人工血紅素還可以把適當的治療藥物用化學方法鍵合到人工血紅素內。 5、最新的人工血紅素制造原理是把血紅素基因轉植到細菌體內，利用細菌作為制造工廠，再進行大量復制。采用這種技術來生產血紅素的優點是被轉植到細菌體內的基因可以作局部的修改，使生產出來的血紅素在穩定性和釋氧能力等方面都能得到適當的調整人工血液1、血紅素的分子量約為64500 dalton，主要存在于紅血球中，由四個勝肽鏈所組成，分別為二個鏈與二個鏈，每一個鏈由141個氨基酸所組成，而鏈則為146個氨基酸所組成。每條鏈及鏈上皆有一個原血紅素基與之相連，其中的亞鐵離子（Fe2+）可以利用配位鍵的方式與一個氧分子結

22、合，能夠可逆地行使攜氧與釋氧的功能，因此每一個血紅素分子最多可以攜帶四個氧分子。人工血液 - 研究方向2、在人體內當紅血球行經肺臟時，由于肺泡里的氧分壓高達100毫米汞柱（mmHg），使得紅血球里的每一血紅素分子可以充分地攜帶氧氣。當攜氧的紅血球行經人體的各部分組織或器官時，由于氧分壓降至約40毫米汞柱，紅血球里的血紅素分子便將其所攜帶的氧分子釋放出來，以參與附近細胞的新陳代謝作用。血紅素與氧分子的親和力，與紅血球內的一重要分子（2,3-DPG）有相當密切的關系。經由純化過程所取得的血紅素溶液，由于紅血球被打破，造成2,3-DPG分子的流失，導致血紅素對氧的親和力過高，而降低了其在人體組織或器

23、官中的釋氧功能。因此若以血紅素為基質來制備人工替代血液，必須對純化出來的血紅素溶液做適當的物理或化學修飾，以符合人體的生理要求。目前以血紅素為基材發展的人工替代血液，大致可分為包覆型人工替代血液、基因重組型人工替代血液與聚合型人工替代血液等。a、包覆型人工替代血液：以磷脂質經由乳化技術將血紅素包覆起來，形成直徑約100200奈米大小的顆粒，如此可以避免血紅素在體內被快速分解掉，增加其在人體血液循環中的半衰期，且在人體膠體滲透壓的限制下，可以有正常的血紅素濃度。在包覆過程中同時也把2,3-DPG分子包覆在磷脂質里面，以調控血紅素分子對氧分子的親和力。b、基因重組型人工替代血液：主要是利用基因技術

24、，將血紅素的或鏈的基因轉殖到大腸桿菌里面，由大腸桿菌來表現，制造出血紅素分子。利用基因技術可以改變或鏈上某些特定的氨基酸，例如將鏈上第108個氨基酸，由原來的天門冬胺酸改變成離胺酸，可以使得血紅素對氧的親和力降低。c、聚合型人工替代血液：又可分為分子內部交聯型血紅素、分子與分子間交聯型血紅素與共軛交聯型血紅素。3、分子內部交聯型血紅素：血紅素分子內部的交聯可以用PLP（pyridoxyl 5-phosphate）分子代替2,3-DPG分子，做為修飾血紅素對氧分子親和力的交聯劑。由于PLP和2,3-DPG對脫氧狀態的血紅素分子結合的位置相同，因此可以穩定其去氧結構，使血紅素對氧的親和力降低。這樣

25、的分子內部交聯也同時穩定了血紅素的四聚體結構，避免在人體血液循環過程中被快速分解掉，因此可以改善血紅素分子在人體內滯留的半衰期。4、分子與分子間交聯型血紅素：分子內部交聯后的血紅素分子，若進一步以另一交聯劑將血紅素分子與分子間交聯起來，則可以有效地增加其在人體血液循環中的半衰期達六至七倍。目前較常用的交聯劑為戊二醛。聚合血紅素最重要的就是控制其分子量分布及適當的攜氧能力，較適當的分子量大小約在20萬40萬dalton，以不超過50萬dalton為佳，也就是相當于二至八個血紅素分子聚合的大小。若聚合程度過高，則聚合后的血紅素溶液黏度會過大，導致血液流變性質的改變。若血紅素分子聚合程度過低，則無法

26、得到適當的攜氧能力以及在人體內的適當半衰期。然而戊二醛與血紅素分子進行的聚合反應很快，所制造出來的聚合血紅素分子量分布往往相當廣，容易造成許多過聚合的高分子聚合物。此外，戊二醛聚合血紅素無法在儲存及加熱過程中維持穩定結構，容易釋放出對人體有害的戊二醛分子，因此戊二醛并非制造聚合血紅素最佳的交聯劑。5、共軛交聯型血紅素：利用交聯劑將血紅素分子以共價鍵結的方式鍵結在水溶性高分子鏈上，目的除了增加血紅素分子的體積以減緩血紅素分子由腎絲球體漏出外，亦可避免血液中其它蛋白質的吸附，以降低人體免疫系統的攻擊。人工血管是以尼龍、滌綸、聚四氟乙烯（PT-FE）等合成材料人工制造的血管代用品，適用于全身各處的血管轉流術。人工血管人工血管血管的制造，國外的研究，近年來絕大多數是采取醫用高分子材料進行編織。我國在50年代末，60年代初，才開始進行研究，起初是用尼龍(Nylon)織成，后因尼龍降解，在生體內植入后發生破裂而被淘汰。現在多采用滌綸(Dacron)纖維編織人工血管，己大量應用于臨床，如治療主動脈瘸，主動脈狹窄，上下腔靜脈切除更換術等，最長可達37cm。目前用高分于材料由機器編織的人了血管，平