透析（Dialysis）－滲透之應用（一）

透析（Dialysis）－滲透之應用（一）
國立台北科技大學工程科技研究所吳威毅博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

當一張半透膜（Semipermeable membrane）隔開溶液和純溶劑或兩種不同濃度的溶液時，由於兩端溶液濃度的差異，純溶劑或低濃度溶液端的溶劑會通過半透膜滲入至高濃度端，這一現象稱為滲透（Osmosis）。滲透是重要的生理現象之一，生物利用滲透將氧氣與養分從血液運送至細胞，同時將身體產生的廢物從細胞中移除。

分子的大小決定了分子是否能通過半透膜，如果分子太大便不能通過半滲透膜。生物體內的細胞膜是天然的半透膜，水與一些小分子溶質如葡萄糖可穿過微血管壁在細胞與微血管間移動，蛋白質大分子不行。因此不能通過半滲透膜的蛋白質分子，在決定體液之滲透壓裡扮演了一個決定性的角色。血壓-滲透壓間的平衡控制了微血管內與微血管周圍體細胞內水與溶質的分布。微血管內部之血壓將水分從血漿排出（過濾），但血漿中因膠體蛋白質分子所產生的滲透壓則傾向將水分拉回血漿中（再吸收）。這「過濾-再吸收」的平衡隨著體內位置的不同而改變；譬如在動脈毛細管末端，血液從較高壓力的心臟被推出，血壓高於血液的滲透壓，因此有利於過濾現象；反之在靜脈毛細管末端，血壓低，血液的滲透壓較高，所以細胞新陳代謝產生的廢棄物由細胞進入微血管，由血液循環帶走。

透析（Dialysis）近似於滲透，差別在於透析所使用的半透膜之孔徑較一般滲透實驗所使用的滲透膜大，溶劑分子與小的溶質粒子可以通過，較大的膠體粒子如蛋白質便無法通過。（對於小的分子與大的分子並無正確的區隔線，且透析膜是具有多樣化的孔徑大小）。透析膜包括動物的膀胱、羊皮紙與玻璃紙。

透析在醫學上最重要的使用是用於人工腎臟，人工腎臟藉由血液離析方式來淨化腎臟機能不全病人之血液（圖一），俗稱洗腎。血液從身體被引流出後進入長長的玻璃透析管中，透析管為人造的半透膜做成封套或微小空心纖維，此透析管浸泡於透析液裡，透析液為一成份組成像血漿的等滲透壓溶液。小分子的廢棄物質如尿素，從血液中通過透析膜到溶液中被移除，但細胞、蛋白質與其他重要的血液組成成份因為分子體積較大無法通過透析膜得以保留。因為透析液中的葡萄糖、氯化鈉、碳酸氫鈉與氯化鉀濃度與在血液中相同，以至於這些物質的濃度不會因為透析而改變。由於透析液之濃度可被控制，還可同時解決血液中電解質不平衡的問題。透析液每兩小時更換一次，且一般血液透析程序需進行 4－7 小時。

圖一

參考資料
1.John McMurry, Mary E. Castellion, David S. Ballantine; “Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry”, 5th edition, Pearson, pp. 283-285, 2007.