Le sang passe par une circulation extracorporelle dans un dialyseur où il est séparé du liquide de dialyse par une membrane semi-perméable artificielle.
Les solutés diffusent à travers la membrane dans les deux sens, la direction d'un soluté particulier étant régie par la composition du liquide dialysé et du sang.
L'ultrafiltration, c'est-à-dire l'élimination de l'eau plasmatique, est réalisée en appliquant une pression positive relative au sang. Elle peut être utilisée seule, sans diffusion, pour réduire la surcharge en liquide.
Traditionnellement, la membrane est composée de cuprophane, un dérivé de la cellulose. Plus récemment, des membranes synthétiques de structure polymérique ont été utilisées car elles sont associées à une moindre activation des facteurs humoraux et à une moindre détérioration des cellules sanguines.
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