血液透析机的结构与透析系统的工作原理

         一、血液透析机的结构
血液透析机品牌很多，但结构基本相同，都是由透析液环路单元、血液环路单元、透析器 和显示与控制单元组成。血液透析机的模型如图4-2所示。 
         二、血液透析系统的组成及工作原理
         （一）透析液供给系统 透析液供给系统分为中心供给和单机供给系统。中心供给系统是指透析液由一台机器 统一配制，通过管道将稀释的透析液送往各个血透机，这个系统可降低成本，节省人力和工作时间，但由于透析液供给成分固定，无法进行个体化透析．目前只有少数医疗单位使用。 大多数医疗单位使用单机供给系统，该系统从反渗水进人透析机开始，到透析液进入透析器 前的旁路阀为止，可分为反渗水预处理、透析液配比和透析液监控三部分。

 

         1.反渗水预处理反渗水预处理主要目的是加热和除气。加热器将水加热至35～ 37 5℃，然后采用负压抽吸方法．将热水中挥发出来的气体排除，以免在测定透析液电导度时产生误差，造成假漏血报警，影响超滤系统的准确性。如果气体通过透析膜进入患者血液 中还会形成空气栓塞。

         2.透析液的配比经过预处理后的水与浓缩透析液在混合室内按一定比例稀释成所需浓度的透析液。血透机具有同时配制醋酸盐和碳酸氢盐两种透析液配比系统，需要两个 浓缩液泵，分别为酸性浓缩液泵和碳酸氢盐浓缩液泵。一般先将反渗水与含有钾、钠、氯、钙和镁的酸性浓缩液混合．pH可在2.7以下，再与碳酸氢盐浓缩液混合，pH达7.4左右，这样可减少钙、镁离子析出沉淀的机会。透析液都是以浓缩或粉末的形式由厂家供给，使用前 通过比例配制系统稀释成所需的透析液，一般为l份浓缩液与34份水混合，制成1：35的 透析液。目前常用的配比系统为电路反馈比例稀释系统，其原理如图4 -4所示。浓缩液由 泵推动均匀不断地与水混合稀释，电导计持续监测稀释完毕的透析液的电解质浓度．经电路 反馈渊整泵的转速，控制稀释比例。电导度增加，泵转述减慢，电导度下降，泵转速加快，从 而保证浓编透析液按比例混合。在很多机器中，水和浓缩透析液分别有各自的泵，水泵的转 速常常是恒定的，同定于500ml/min．仅通过电路反馈机制调控浓缩液泵的运转。

         3．透析液的监测透析液的监测主要有电导度、温度、pH及漏血等监测。是通过微处理器反馈系统对透析液供给进行调控。

         (1)电导度的监测：透析液正常电导范围在13. 0-14. 5mfl，通常为14mfl。电导度的 大小由透析液中的钠、钾、钙、氯和镁等各种离子电导度决定，由于钠离子在其中占绝大部 分，因此，透析液电导度主要反应钠离子浓度。透析液巾钠离子浓度过高易造成患者口渴、 心力衰竭；过低易引起患者抽搐、低血压等症状。

         (2)温度监测：透析液的温度，正常值应为36 5-37. 5℃，一般设为37℃，低可达 35℃。温度超过42℃，会使患者产生溶血现象；过低会引起患者寒战现象。

         (3) pH监测：透析液pH受透析液成分及浓度的影响，常随电导度异常而产生报警，pH监测的临床意义与电导度监测相似。有些血液透析机不安装pH监测探头。

         4.旁路阀旁路阀是保证患者安全的重要控制组件。只有符合要求的透析液才能通 过该闽流经透析器。当透析液电导度、温度翻pH出现波动，超出允许范围时，旁路阎就会蓝即关闭通往透析器的通道，打开旁路口，将异常透析液从旁路Ef接排出，以保证患者安全。 在单纯超滤、透析液压力异常、漏血报警等情况下，旁路阀也打开，使透析液经旁路流血。

         5.漏血报警探洲器通常利用红外线检测透析器流出液中是甭含有血液，从而判断透 析器有无破膜。当透析器破膜时，血液进入透析液，漏血检测器发出漏血报警，同时停止血象运转，防止进一步漏血。
        6.超滤控制系统超滤控制系统位于透析液进入透析器之前和出透析器之后的一段 透析液管路上，超滤准确性是衡量透析机性能优劣的一项重要指标。常用的超滤方式有定压超滤、定容超滤和程序化超滤三种。

         (1)定压超滤：通过控制透析液的负压，直接改变跨膜压的大小，从而产生相应的超滤量．这种超滤控制方式不够精确，易引起低血压。 
         (2)定容超滤：通过独立的超滤泵，直接从透析液路中恒速地抽取所需的超滤量，而跨膜压的大小则随透 析负压的改变而变化。定容超滤一般比较准确。 用泵控制容量的定容超滤：定容超滤控制是容量调控，超滤控制部分是一个闭合系统，通过微探测器控制的泵在透析输入的流量中将需超滤的液体定容移出，其 精确度取决于超滤泵的校正。超滤控制系统如图4- 5所示。 容量平衡装髓：有很多血液透析机的容量超滤系统是通过容量平衡装置来实现的。容量平衡装赞是由两个平衡室及8个开关瓣膜组成(图4-6)．每个平衡室又 被弹力膜分为新鲜透析液室及州后透折液室两部分，每 个室有两个开关瓣膜，当新鲜透析液泵人左面的室内时，液体压力作用于弹力膜，使右面室 的开关瓣膜开放，使等量的用后透析液排出，新鲜透析液可以充满整个平衡室。在第二期，用后透析液进入平衡室的右侧，压力作用于弹力膜，将等量的新鲜透析液排人透析器。两个 容量平衡室交替同步工作，保证了透析液的不断流动。由于流入或流出容量平衡室的透析液的容量拥同，超滤泵所超滤出来的液体实际上即为透 析器内的超滤址。

  

         (3)程序化超滤：是指从透析开始至透析结束，将不同超滤程序录人电脑，根据患者的需要，采用不同的 超滤程序，达到超滤目标。持续恒速超滤不一定是清除水分的昂好方法，部分患者用持续恒速超滤会发生低压。程序化超滤在临床应用上是在透析开始时尽可能 多地清除水分，然后逐渐减少超滤量的方法，达到理想 的超滤目标。 
 

         （二）血液环路

         在血液透析机中，血液环路是指患者血液在体外流动的管路。血液环路由两部分组成，血液由患者输送至透析器的管路称为动脉血液管路，血液南透析器返回患者体内的管路称 为静脉血液管路。动脉血路巾装有血泵、肝素泵、动脉壶和动脉压监测器。静脉血路中装有静脉壶、静脉压监测器、空气监测器和静脉夹，如图4－7所示。

         1．血泵血泵的作用是推动血液由透析器返回患者体内，并且保持适当的血流量。常州的血泵通常为蠕动式血泵，血泵的速率范围在50-500ml/min之问，精确度为±10%．血泵应该经常校正。测餐血流速度准确的方法是气泡法，是将空气泡注入血液环路，然后测 量气泡经过某一特定管路的时间。血泵中的管路轻度堵塞会使血流速降低，严重者可导致血红细胞损伤。

         2.空气收集室也称为动静脉壶。在血液环路中，测定压力的装置内设有空气收集 室。其主要作用是收集和排除不慎进入血液环路的空气，在空气收集室内测量血液环蹄内的压力。空气收集室一般都设有1-3个接头，作用是：

         ①排除聚集在壶内的空气，调节液 面；

         ②提供压力测定的部位，避免探头与血液直接接触；

         ③动脉壶常用作各种输液、输血的接口。静脉壶常作为空气探测部位。

         3．动、静脉血液压力监测器动脉血压监测器大多位于血泵前，测定动脉负压，起监测 动脉血流的作用。动脉接头松脱或输液等原因，使空气进入血路，动脉负压减小；血流量不 足时，动脉负压增大。静脉压监测器位于透析器后．测定静脉回流的阻力。静脉压高说明血液回流受阻，静脉压低提示静脉血路接头有松脱。

         4.肝素泵注射肝素的日的是防止血凝。肝索泵一般从血泵和透析器之间接人动脉 血路，肝素泵实际上是一推进栓连接20ml的注射器，推进栓可使肝素连续或定量输注。先进的肝素泵可自动预充肝素，直接读出累积输注世。与人工间断推注相比，肝索泵持续推 注．用量准确，便于精细调节，避免肝素在血液中的浓度出现峰谷波动。

         5.空气探测器和静脉夹空气探测器采用超声探测的疗法，将静脉壶或静脉管路置于 超声发射和接收两个探头之问，当血液液面下降或有气泡进人静脉血流时，机器发出空气报警，同时血泵停转，静脉央关闭．防止空气或气泡进入患者体内。

         （三）透析液与透析器

         1．透析液透析液成分与人体的血液成分相似，主要由钠、钾、钙、镁四种阳离子与氧、 碱基两种阴离子及葡萄糖等组成。常用透析液有两种，一种是醋酸盐透析液，另一种是碳酸氢盐透析液。醋酸盐透析液制备容易，成本低，方便储存但会引起患者不适．如低血压、恶心、呕吐、疲乏和头痛等现象，所以目前醋酸盐透析液使用得越来越少。 碳酸氢盐透析液符合患者的生理要求，能够纠正酸中毒现象，避免低氧血症．心血管 稳定性好，透析中不适症状减少。缺点是配制浓缩液时必须把酸陛与碱肚分开以避免形成碳酸钙和碳酸镁沉淀，高浓度的碳酸氧盐不断地释放出二氧化碳使其浓度不断降低，碳酸氯盐浓缩液可生长细菌；所眦碱性浓缩液以同体形式保存，使用时现配。酸性浓缩 液中常加入2~ 4mmol/L．的醋酸以防钙镁沉淀。碳酸氧盐透析液是目前常用的透 析液。

         2.透析膜早的透析膜是用涂上鸡蛋清的羊皮纸制作的。

         (1)理想的透析膜材料应满足的要求

         1)扩散对流特陛：对低分子物质有高度扩散性。特别是对磷酸盐以及有选择的渗透 中分子物质或微球蛋白等分了龄较大的特殊毒性物厦。

         2)血液相容性：理想的透析膜材料应具有优异巾澈相容陛．不促进凝血，与有核血细胞及其释放的单核因子和酶不发生反应，对血细胞没有损害作用。

         3)黏附特陛：在常规透析中，透析膜黏附蛋白质和药物应视为一个缺点。因为黏附会干扰血浆成分和减少血液中药物浓度，影响膜的扩散能力。然而有时膜对蛋白质有选择性 黏附是临床所需要的，如微球蛋白等有害物质．若透析膜能黏附这种异常蛋白质，则可以弥补透析对微球蛋白的清除不足。

         4)物理陡质：保持在使用中膜的物理性能稳定，不易破裂，没有颗粒释放，在不同压力梯度下物质运转稳定等。

         (2)常用透析膜材料的结构驶特点：制作透析膜的材料主要有天然高分子和合成高分 子材料两大类。常用透析膜如下：
         1)纤维索膜：南棉花加工而得。有以下几种．如再生纤维素、铜仿膜、铜铵膜、皂化纤维 索酯膜等。生物相容性不如其他类型，超滤系数小．但价格便宜，是目前常用的透析膜。

         2)替代纤维索膜：也称醋酸纤维索膜。是南纤维素与醋酸相结合而制成的．有醋酸纤 维膜、双醋酸纤维膜、三醋酸纤维膜。替代纤维索膜比纤维素膜生物相容性有所提高。

         3)合成纤维索膜：在膜的制作过程巾，向液化的纤维素中加入一种合成的3位氩基化合韧，改变了膜的表丽，提高生物相容性。这种膜的商品名为帆仿膜．生物相容眭好，但超滤 系数不如合成膜。

         4)合成膜：非纤维素膜，包括聚丙烯腈膜、聚砜和磺化聚砜膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚碳酸酯膜等。生物相容性好，转运系数和超滤系数均较大，不仅可制成透析膜，还可以制成 血滤膜。

         5)其他：透析膜结合维生索E或结合肝素，用于无肝素透析，防止凝血。还有的透析膜 具有吸附中分子物质等功能，均为前述四种膜的改良而来。 3透析器所确透析器的基本结构都是由血液问隙、透析膜及透析液间隙组成。其基 本原理是建立平行接触的流体通路，保证血液及透析液之间接触面积大。按发明先后顺 序，常见透析器类型有盘管型、平板型和中空纤维型。 
         (l)盘管型透析器：盘管型透析器是早应用的透 析器。基本构造为管状的透析膜夹在两层平行的网状
隔板之问，外表为固定的容器。盘管型透析器血流阻力 高，透析效率低．透析时间长，超滤不易控制，预充量多，残余帆量多，易破膜，近来在临床上很少应用。

         (2)平板型透析器：由透析膜和支撑板相隔而重叠 组成。基本结构如图4-8所示。血液和透析液逐层分 开，血液流人两膜之问，透析液流人膜与分隔板之间，与血流方向相反。近年来，平板型透析器已很少应用，主要原因是组装消毒操作复杂。在国外只有少数地区仍 在使用。

     

         优点：膜内部血流阻力小；破膜率比盘型低；溶液清除率和超滤能力比盘管型高；透析器 内残留血量少。
 

         缺点：与空心纤维透析器比较，压力耐受性差， 预充量多，破膜率高，清除率和超滤率低。

         (3)中空纤维型透析器：空心纤维透析器叉称为毛细管透析器。血液由圆柱形外壳的上部人口处进人由数千条薄壁空心纤维构成的壳内，经过纤维管从下部出口处流出，经血液环路返圆患者体内。纤维内径200tim，壁厚10μm左右，纤维束两端与透析器外壳固定，能耐受500mmHg的跨膜压，而透析液 在管的周围逆方向平行流动，是目前常用的透析器。 中空纤维透析器如图4-9所示。 空心纤维透析器的优点是：容积小，体外循环量 小；耐压力强，破损率低；消除率和超滤率高；残余血量少；并可以重复使用。 空心纤维透析器的缺点是：由于血凝而造成残 血量增大，消毒残留很难冲洗干净。空气进入纤维 内不易排出，帮影响透析效率。
 

         （四）监测报警系统

         l.透析液环路的监测报警系统主要包括电导度、温度、气体、透析液压力及漏血的监测。

         (1)电导度监测：透析液制备完成之后．电导度的监测是十分重要的。若患者接触了高渗或 低渗的透析液，可导致脑损伤或严重的溶血。电导计可监测透析液中总的电解质组成。电导计应经常校正。它一般安置于透析液进入透析器之前，如果透析液的电导率不符合标准，透析机将自动打开旁路阀门，使透析液流血透析液管路。电导计的精确度受透析澉温度及气泡的影响。

         (2)温度监测；透析液环路中有温度指示计及热敏元件．用来监测透析液的温度，使其 保持在一个恒定的范围内。透析液温度的异常可引起患者不通甚至死亡。低温一般不危及患者的生命，所以，透析液温度的监测主要是对高温的监测。温度监测的精确度一般小于 0 5℃，透析液温度超出正常范围时，将会出现警报，并打开旁路阀门，将透析液排至透析液 输出系统。

         (3)压力监测：空心纤维型透析器依靠透析液负压超滤，需要用负压敏感元件来监测和调整透析液的负压。负压过大可导致因超滤量过多而引起的低血压，甚至膜破裂漏血；过低 会引起透析液中溶解的气体释放。透析液的压力，在正压超过l133Pa及负压超过－59. 98Pa时，机器将会出现报警。

         (4)透析液流量的监测：透析液流量与透析治疗的效果关系密切。常用的透析液流速为500ml/min，波动范围为50ml／min，超出此范围将会报警。一般应用电子流量计监测透析液的流量，精确率小于3%。

         (5)漏血检测器：冈为透析液的流速很高，肉眼很难看出血红蛋白的存在。漏血检测器是应用透析液的透光强度来监测的。用单光束穿过透析液管路，照射到光电管上，如透析液 中混有血液，则透析液透光减弱，光电效应改变，引起机器报警，并自动关闭血泵，以防止血液进一步丢失。用光电管检测漏血量的敏感度为0.4 ~ 0. 5mg/L，与此相当的咀红蛋白的浓度为70mg/L。如果透析液中混有空气或其他物质也可发生报警。

         (6)超滤计：新型透祈机装有超滤计来表明已超滤的容量。

         (7)空气检测器：当透析液中含气量超过允许水平时，气体监测系统会发生报警信号， 并开动旁路阀门，使透析液排出。

         2.血液环路的临测报警系统血液环路的监测报警系统主要包括压力监测和空气监测。

         (l)压力监测：血液环路的压力畸测分动脉血液环路和静脉血液环路压力监测两种。血液环路压力的监测主要是预防及处理血液环路内的管道断裂及梗阻，梗阻的原因有内源性及外源性，内源性为凝块或血管壁的因素，外源性为管路绞锁或止血钳夹闭管路。如果血泵连续运转，静脉血液环路梗阻会造成空气进入血液循环，动脉血液环路的梗阻会引起透析膜的破裂。 血液环路压力常见的监测部位是在血泵前的动脉侧空气收集室及透析器后的静脉侧空气收集室。 动脉血液环路的压力监测范同一般为-31. 99 ~17. 99kPa．动脉血液环路的压力可 以反映穿刺针的阻力，内瘘所提供的血流情况。若动脉血液环路内持续的负压未被检测出来，会引起溶血及空气进入血液环路。 静脉血液环路的压力炼测范围一般为-6 5~33. 33kPa，精确度小于1.5%。它可以反映透析针及瘘管对血流量的阻力。如果透析制使用时问相对较长，静脉血液环路的压力增加时．表明痿管内静脉窄。当血液环路内的压力超过所规定的限制时，机器将报警并自动关闭血泵。

         (2)空气检测器：空气栓塞是血液透析操作中严重的并发症，发生率为1/2000。一般 来说，空气栓塞是由气泡造成，而不是大量的空气引起的。宅气检测器一般置于静脉血液回路，对气泡十分敏感，一旦测得，即自动夹闭管路，叼断血泵。临床上常用的空气检测器是超声气泡检测系统。 空气进入透析系统的途径：血象前管路接合处．盐水输入处，肝素输入处。与泵相连的瘘内帆流量不当，或动脉针位置不当，引起过度负压，引起血中溶解的气体释放。透析系统静脉输液不慎。监测装嚣等处。 
         3.患者监测系统 新一代透析机增加了患者监测系统，在医护人员与机器之间、医护 人员与患者之间对话基础上，逐步实现血遥机与患者之间的对话，即血透机根据透析患者状况，及时调整透析方案，给予适当处理，避免低血压并发症的发生。

         (1)体温监测：主要监测血液和透析液温度，以保持透析期间产生的热量和散发的热量 平衡。设置咀透机控制体温在某个范围内，如35℃，这种低温透析对增加血流动力学稳定， 防止低血压特别有用。

         (2)血压监测：血透机自动监测血压．当血压超过设定值时，血透机自动报警。

         (3)心电图监测：血透机可记录血透时心电用，并可传送到监测中心.，实现远程透析监测。

         (4)血容量监测：血透机通过光学或超声感受器，测定动脉血路上的血细胞比容或蛋白质浓度，推算出血容量的变化。当血液中水分超滤清除，血容量降低．血细胞比容和蛋白质浓度增加，血透机通过测定计算…血容量下降程度。由于血容量下降在血压下降之前，及时干预可 预防低血压的发生。干预措施包括降低超滤率，增加透析液钠浓度，输人生理或高渗盐水等。

         （五）清洗消毒系统 透析结束后或开始前，血液透析机可自动进行清洗消毒。电脑控制的清洗消毒有多种 程序可以选择，使用时可见透析器说明书。清洗消毒的方法一般有3种：热水冲洗，热水的温度一般为85℃，可选范围为80-100℃，冲洗时间一般为20分钟；化学制剂消毒．一般用5%的状氯酸钠消毒；另外还有射线淌毒。

         （六）微电脑处理系统
血液透析机还配备微电脑处理系统，可以自动检测及调控透析机超滤的过程，其液晶显 示器可显示出操作程序，白行判断报警的原因及解除信号等，使血液透析机系统更为完善和精确。

         （七）附属设备 自然界的水中含有许多物质，其中包括离子、有机物、无机物，同体颗粒及悬浮物，如细
菌、病毒、甚至溶解一些气体如氩，城市中的生活用水中还含有氯胺。透析用水必须经过处 理，目的是除去水中的杂质，减少透析过程中并发症的发生。水处理的步骤在各个透析中心稍有不同，但基本处理原则一致，其主要步骤如同4-10所示。