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人工肺

人工肺

人工肺又名氧合器或气体交换器，是一种代替人体肺脏排出二氧化碳、摄取氧气，进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环，需和血泵配合称为人工心肺机。

简介
人体呼吸系统从外界空气中吸入氧，使氧气进入肺部血液，再运输到身体各部分使用。另一方面，肺部血液里的二氧化碳则渗透到气泡里，再排出体外。吸入的气体，顺着支气管在肺叶里的各级分支，到达支气管最细的分支末端形成的肺泡。肺泡是细支气管末端的球状小囊，每个肺约有三亿个肺泡，其总面积约等于一个网球场的大小，它们在把氧气供应给血液以及排出无用的二氧化碳的过程中起着关键作用。肺泡外面包绕着丰富的毛细血管。肺泡壁和毛细血管壁都是一层扁平的上皮细胞，吸气时，空气中的氧气透过肺泡壁和毛细血管壁进入血液；同时，血液中的二氧化碳也透过这毛细血管壁和肺泡壁进入肺泡，然后随着呼气的过程排出体外。
人工肺又名氧合器或气体交换器，是一种代替人体肺脏排出二氧化碳、摄取氧气，进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环，需和血泵配合称为人工心肺机。70年代初，已将人工肺作为一个单独的人工器官进行研究。因它可以不用血泵而进行部分呼吸支持，并且有植入性人工肺的实验报告。因此，美国人工脏器学会(ASAIO)每年均有专门小组讨论人工肺的进展。
目前用于心脏手术的人工肺大部采用一次使用的附有热交换装置的鼓泡式人工肺。该式人工肺己趋成熟在国内外得到广泛应用。随着工业化的发展，肺部疾患愈来愈多，人工肺在肺部疾病中的应用亦愈显重要。人工肺的研制成功，特别是近十余年来膜式人工肺的问世，为解决呼吸功能衰竭又开辟了一条新的途径。
图1. 人工肺及操作系统
铁肺和人工呼吸器
20世纪40至50年代，脊髓灰质炎在世界各地流行，导致许多患者全身瘫痪，因此必须依赖机械呼吸器维持生命。在此之前，已有了筒形呼吸器，这种呼吸器被称为铁肺（如图2所示），它是由美国工程师德林克在1929年发明。铁肺能把病人的躯干密封起来，箱内的压力变化可把空气输入和排出病人的肺部。铁肺曾救了许多人的命，但20世纪50年代后期，正压呼吸器制成后，铁肺便被淘汰了。正压呼吸器用一根管子插入患者的气管，把空气输入肺部，而且可以模仿人的呼吸的正常节奏；经过改良后，正压呼吸器 还能让肺在每两次呼吸之间休息，并预先把空气增温加湿，能维持患者的生命达数月之久。
图2. 美国马萨诸塞州波斯顿的瓦伦·E·科林斯公司制造的世界上最早的铁肺
人工肺的分类
目前使用的人工肺有两种类型：
（1）鼓泡式氧合器（如图3A所示），血液被氧气（或氧与二氧合碳混合气）吹散过程中进行气体交换，血液中形成的气泡用硅类除泡剂消除，根据形态有筒式和袋式，是目前应用最广的，第四军医大学西京医院研制并生产的西京-87型氧合器，其主要部件性能达国际水平，为国内各医院欢迎。
（2）膜式氧合器（如图3B所示），用高分子渗透膜制成，血液和气体通过半透膜进行气体交换，血、气互相不直接接触，血液有形成分破坏少，其外形有平膜式和中空纤维式。
图3. 鼓泡式氧合器和膜式氧合器
人工心肺机
人工心肺机是利用特殊人工装置将回心静脉血引出体外，进行气体交换、调节温度和过滤后，输回体内动脉的生命支持技术。由于这种特殊人工装置取代了人体心肺功能，又称为心肺转流，这种人工装置称为人工心肺机，如图4所示。
人工心肺机工作原理如图5所示，基本装置包括：
（1）血泵： 为驱使体外氧合血单向流动，回输体内动脉，代替心脏排血功能的主要部件。
（2）氧合血单向流动装置。
（3）氧合器： 氧合静脉血，排出二氧化碳，代替肺进行气体交换。
（4）变温器：利用循环水温与导热薄金属隔离板，降低或升高血液温度的装置。可作单独部件存在，但多与氧合器组成一体。
（5）滤器：由20～40μm 微孔的高分子材料滤网组成的装置，放置于动脉供血管路，用于有效滤除血液成分或气体等形成的微栓。
图4.人工心肺机
图5. 人工心肺机工作原理图
扩展阅读
[1] 梅早仙，孙昕，吴琦. 人工肺的现状和发展[J]. 生物医学工程学杂志，2010,27（6）：1410-1414
[2] 胡敏. 人工肺的膜材料：研究与应用[J]. 中国组织工程研究，16（29）：5469-5476
[3] 范立冬，肖南，张治刚. 膜式人工肺的研究进展和展望[J]. 医疗卫生装备，2008，29（12）：28-30
[4] 古群英，陈添华，宋晓林，等. 人工肺的应用与肺膜材料性能评价, 中国组织工程研究与临床康复，2008，12（23）：4522-4524
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