备课素材：血液透析的原理-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

血液透析的原理 先看一道试题： 血液透析膜是用人工合成的醋酸纤维膜等高分子材料做成的半透膜。透析时，透析液及人体血液同时流入透析器（原理如图所示），依靠透析膜两侧的溶质梯度、渗透梯度和水压梯度的影响，将血液中的肌酐、尿素氮等尿毒症毒素及多余水分向透析液中扩散，达到清除毒素、水分及纠正酸中毒的作用。下列叙述正确的是（　 　） A.磷脂和蛋白质分子是透析膜的主要成分 B.血液和透析液中同一物质浓度均相同C.通过人工透析可调节机体酸碱平衡D.透析膜模拟了生物膜的流动性的特点 解析：血液透析膜是用人工合成的高分子材料做成的半透膜，与细胞膜等组成成分不同，主要成分不是磷脂双分子层，是由人工合成的材料组成的，A错误；在半透膜两侧，同一物质的浓度不同，因此血液和透析液中同一物质的浓度不同，B错误；通过人工透析，可将有害废物滤过，恢复机体酸碱平衡，C正确；透析膜模拟了生物膜的选择透过性的特点，D错误。故答案为C。 此题以血液透析考查生物膜的结构与功能及内环境。 物质出入细胞的方式是高中生物学的重点之一，该知识的应用之一就是血液透析，通过特殊的血液透析膜进行选择性透析医治病人，血液滤过是通过模拟正常肾小球滤过功能和肾小管重吸收原理，补充大量的“好”水（即置换液），同时排出等量的“坏”水。透析原理基本不变，而血液透析膜的材料在不断发展，透析过程也整合了选择性必修2的内环境知识。 那么，血液透析如何发展起来的？原理是什么？材料有什么变化？ 1.血液透析的研究史 1805年，一个名叫“托马斯·格雷姆”的男孩在苏格兰诞生。长大后的格雷姆立志成为化学家，尽管父亲不赞成并且不再支持他的生活，格雷姆以写作和教学为生，继续他的研究。虽然他主要从事化学方面的研究，但是对生理学也做出了很大贡献。在他对液体扩散的研究中，格雷姆用各种薄膜（玻璃罐、陶瓷管道、穿孔金属板、粘土等）做了实验，他发现了一种利用半透膜从可溶性的低分子化合物中净化胶体溶液的方法，并将其命名为“透析”。他设计了一种装置研究透过半透膜的生物体液，为如今应用于透析的人工肾打下了基础。 1912年，约翰·雅各·阿贝尔和他的同事首次报道了对活体动物进行的弥散实验，并在次年用“火棉胶’制成管状透析器，这个装置包括大大小小的管子和它们外部的液体，动脉血从装置的一端输入，在完成透析后通过静脉形成循环。他利用水蛭素作为抗凝剂对兔子进行了2个小时的血液透析，并首次命名了“人工肾”。阿贝尔发明的活体扩散装置是现代透析机的前身。 2.血液透析滤过的基本原理 血液透析膜是一种半透膜。透析时血液和与机体溶液浓度相似的电解质混合液分别对应在中空纤维膜内外，利用半透膜原理，通过扩散、对流和超滤等方式去除血液中积累的毒素和多余水分，透析膜的孔径大小限制了血液中大分子蛋白的渗透，从而使得人体内重要的物质（例如白蛋白、凝血因子和免疫球蛋白等）得到保留，体现出半透膜的选择性。 核心原理是通过弥散（扩散）和对流两种机制协同作用，并结合置换液补充来实现高效净化。 弥散机制：利用半透膜两侧溶质的浓度差，小分子毒素（如尿素、肌酐、电解质）从血液侧（高浓度）向透析液侧（低浓度）扩散。透析液与血液反向流动，通过弥散清除小分子毒素（分子量<500 Da）。 对流机制：在跨膜压驱动下，液体（血浆水）携带中、大分子毒素（如β2-微球蛋白、炎症因子）通过滤器膜。跨膜压驱动液体和对流高效清除中、大分子毒素（分子量500 Da~50 kDa）、形成超滤液。 血液透析滤过（HDF）需额外补充无菌置换液（与血浆成分相似），按预设速率补充至血液中，以补偿滤过过程中丢失的液体，维持血容量平衡。净化后的血液回输体内。 3.血液透析膜材料 血液透析膜对膜材料的要求很高，其性能的好坏直接影响透析效果。优良的血液透析膜需要满足以下要求：无毒性、良好的生物相容性、较高的溶质选择透过性、抗污性能、一定的机械强度以及抗强氧化性。中空纤维膜由于具有极大的表面积、体积比，使用时的分离效率远远高于传统平板膜，因此在透析膜领域备受重视。 透析膜材料的发展经历了天然高分子材料到合成高分子材料的转变。纤维素及其衍生物占据了早期膜材料的主导地位，包括铜氨纤维素和醋酸纤维素等，这类材料制备出的透析膜结构对称，其致密结构不允许分子量较大的中分子毒素通过，从而会引起患者产生血液透析并发症。20世纪70年代起，合成高分子材料逐渐兴起。合成高分子材料具有更大的平均孔径，可以在相对较低的跨膜压力下提供更高的超滤率。目前，常见的制备透析膜的合成高分子材料有聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯醇、聚砜和聚醚砜等。其中，聚砜和聚醚砜是目前应用最广泛的血液透析膜材料。随着医学技术的不断进步，透析器的材料和设计也在不断改进和优化。未来，我们期待有更多具有更好生物相容性、更高通透性和更低副作用的新型透析器问世，为血液透析患者带来更好的治疗效果和生活质量。 学科网（北京）股份有限公司 $$