[发明专利]用于体外循环二氧化碳去除的方法

说明书

本发明总地涉及一种适于体外循环肺支持的方法。该方法依赖于暴露血液，其由半渗透膜与透析液隔开。本发明的透析液包含缓冲剂并具有对H⁺离子的高缓冲能力。二氧化碳、碳酸氢根和氢阳离子可通过半渗透膜高效地转运到透析液。本发明还允许透析液的再生和再循环并因此允许其再循环和重复使用。取决于病症和需要，透析液的多功能性允许调节透析液的pH、允许在体外循环回路中向透析液和/或向血液添加流体以及允许在体外循环回路中从血液去除物质。因此，本发明是多功能的，并适于治疗或预防呼吸性酸中毒、代谢性酸中毒、与肺功能不全和/或肾功能不全和/或肝功能不全相关的疾病。例如，当肾功能受限时，可通过本发明的方法提供血液的酸‑碱平衡；而当肝功能受限时，可通过本发明的方法从血液去除毒素。

本发明总的涉及一种适于体外循环肺支持的方法。在此方法中，使用透析液，并且二氧化碳、碳酸氢根和氢阳离子可从血液通过半渗透膜高效地转运到透析液。本发明适于治疗或预防与血液中不希望有的物质的存在和/或不希望的血液pH相关的多种病症，如肺功能不全、肾功能不全和/或肝功能不全。

代谢物在血液中的转运

脊椎动物(人或动物)体的代谢物之一是二氧化碳(CO₂)，其主要产生自细胞呼吸。一般来说，在脊椎动物(人或动物)体内，由于代谢活动，在外周组织中产生二氧化碳。在外周组织的毛细血管中，组织中产生的二氧化碳将沿着其分压梯度向血液中、主要是向红细胞中扩散。在脊椎动物体内，二氧化碳在血液中的转运有三种主要途径：(a)溶解的CO₂(二氧化碳远比氧更易溶于血液中)，(b)与血液蛋白如血红蛋白和血浆蛋白结合，和(c)呈碳酸氢根离子和H⁺离子的离子对形式。在静息的成年人体内，每分钟会产生大约10mmol的CO₂。此外，红细胞中每分钟会产生大约8mmol H⁺离子(大约15000mmol/天)。肾通常承担大约100mmol H⁺离子/天的去除。

基于成年人血液量(5升)计算，每分钟会有10mmol CO₂加载到5升血液中，即每升血液2mmol H⁺离子。

在分子水平上，与蛋白结合的二氧化碳(b)通过与血液蛋白例如血红蛋白的氨基基团缔合形成氨甲酰蛋白如氨甲酰血红蛋白而可逆地结合到血液蛋白如血红蛋白和血浆蛋白。二氧化碳通常不会像氧那样与铁结合，而是与血红蛋白蛋白质的氨基基团和其他血液蛋白、特别是血浆蛋白的多肽链上的氨基基团结合。碳酸氢根离子(c)源于二氧化碳，其在进入血红细胞(红细胞)中后与水结合形成碳酸(H₂CO₃)。该反应主要由碳酸酐酶催化，碳酸酐酶尤其是见于血红细胞中。该酶也见于肺内皮中及身体的其他部位处。碳酸然后解离形成碳酸氢根离子(HCO₃^-)和氢阳离子：

该反应的反应物(离析物和产物)以动态平衡存在——如由上面方程式中的箭头定性所示。根据Le Chatelier的原理，添加或去除一种或多于一种反应物(无论是在体内还是在体外)导致反应根据平衡的移动。对于该反应的发生本身，碳酸酐酶不是严格需要的；然而，其对于高效的转化来说很重要。

作为代谢活动的结果，人体或动物体不仅产生二氧化碳，而且产生酸性有机分子。酸性有机分子是H⁺离子的又一来源。H⁺离子的存在将影响血液pH。然而，在人体或动物体内，如血液之类的流体必须保持在窄的pH范围内，例如，在人体中保持在pH 7.35至7.45，即微碱性的范围内。血液的缓冲因此很重要。当对象患有与过量H⁺离子相关的病症时，血液的缓冲能力通常会不足以使血液保持在该pH范围内。

通常，在碳酸解离成氢阳离子和碳酸氢根离子时形成的氢阳离子可与血液中、特别是红细胞中的蛋白质结合。主要的细胞内氢阳离子受体或用于结合氢阳离子的缓冲剂是蛋白质血红蛋白。氢阳离子主要与血红蛋白的组氨酸侧链结合。