生物相容性及生物學(xué)評(píng)價(jià)

1、 目錄目錄 人體生理環(huán)境人體生理環(huán)境 生物相容性生物相容性 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 病理學(xué)反應(yīng)病理學(xué)反應(yīng) 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)材料在生物體內(nèi)的反應(yīng) 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)生物材料的生物相容性評(píng)價(jià) 2.1 人體生理環(huán)境人體生理環(huán)境 生物學(xué)環(huán)境：處于生物系統(tǒng)中的生物醫(yī)用材料周?chē)那闆r或條件，其 中包括體液、有機(jī)大分子、酶、自由基、細(xì)胞等多種因素。 成人60%為體液，2/3于細(xì)胞內(nèi)，1/3為細(xì)胞外液，外液1/5在血管內(nèi)， 4/5在血管外 組織液存在于組織液存在于組織、細(xì)胞的間隙內(nèi)組織、細(xì)胞的間隙內(nèi)，絕大部分呈，絕大部分呈膠凍狀膠凍狀，不能自由流動(dòng)，因，不能自由流動(dòng)，因 此不會(huì)因重力作用而流至身體的低垂部

2、分。將注射針頭插入組織間隙內(nèi)，也此不會(huì)因重力作用而流至身體的低垂部分。將注射針頭插入組織間隙內(nèi)，也 不能抽出組織液。不能抽出組織液。組織液凝膠的基質(zhì)是膠原纖維和透明質(zhì)酸細(xì)絲組織液凝膠的基質(zhì)是膠原纖維和透明質(zhì)酸細(xì)絲。組織液中。組織液中 有極小一部分呈液態(tài)，可自由流動(dòng)。組織液中有極小一部分呈液態(tài)，可自由流動(dòng)。組織液中各種離子成分與血漿相同各種離子成分與血漿相同。組。組 織液中也存在各種血漿蛋白質(zhì)但其織液中也存在各種血漿蛋白質(zhì)但其濃度明顯低于血漿濃度明顯低于血漿。 組織液是血漿濾過(guò)毛細(xì)血管壁而形成組織液是血漿濾過(guò)毛細(xì)血管壁而形成 人體的生理環(huán)境： 體溫為37，由水、電解質(zhì)、血糖、蛋白質(zhì)等構(gòu)成相對(duì)穩(wěn)定

3、的內(nèi)環(huán)境。 細(xì)胞外液的4/5存在于血管外構(gòu)成組織液，1/5在血管內(nèi)，即血漿。 正常人血的相對(duì)密度為1.050-1.060，粘度為4-5（通常以水的粘度為1 作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算）。血漿的滲透壓約為313mOsm/L，pH值為7.35- 7.45。 模擬人體生理環(huán)境的溶液：有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、酯、生物原分子、電解有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、酯、生物原分子、電解 質(zhì)、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸鹽的質(zhì)、溶解氧、氮化合物以及可溶性碳酸鹽的NaCl水溶液水溶液，濃度約為 0.1mol/L，溶液的pH值約為5.5（0.2）的溶液。 2.2 生物相容性生物相容性 1）定義 生物材料在宿主的特定環(huán)境和部位，與宿主直接或間接接

4、觸時(shí)所產(chǎn)生物材料在宿主的特定環(huán)境和部位，與宿主直接或間接接觸時(shí)所產(chǎn) 生相互反應(yīng)的能力生相互反應(yīng)的能力。生物相容性是材料在生物體內(nèi)處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中， 能耐受宿主各系統(tǒng)作用而保持相對(duì)穩(wěn)定，不被排斥和破壞的生物學(xué)特性， 又稱(chēng)為生物適應(yīng)性和生物可接受性.材料與宿主產(chǎn)生相互作用所涉及生 物化學(xué)、生物力學(xué)和生物電學(xué)三個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)。 (宿主是能給病原體提供營(yíng)養(yǎng)和場(chǎng)所的生物。包括人和動(dòng)物) 生物相容性是指材料與生物體之間相互作用后產(chǎn)生的各種生物、物理、 化學(xué)等反應(yīng)的一種概念。一般地講，就是材料植入人體后與人體相容程 度，也就是說(shuō)是否會(huì)對(duì)人體組織造成毒害作用. 2）生物相容性分類(lèi) 兩類(lèi)：組織相容性和血液相容性

5、組織相容性 定義：定義：材料與組織器官接觸時(shí)，不能被組織所侵蝕，材料與組織之間材料與組織器官接觸時(shí)，不能被組織所侵蝕，材料與組織之間 應(yīng)有一種親和能力應(yīng)有一種親和能力 組織相容性的優(yōu)劣，主要取決于材料結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性。 一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)分子質(zhì)量大，分布窄或有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料，組織相容相對(duì)分子質(zhì)量大，分布窄或有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料，組織相容 性較好性較好。其順序由好到差依次為：硅橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、 聚丙烯晴、聚酰胺、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等。 生物材料的組織相容性還與高聚物的形狀和表面粗糙程度形狀和表面粗糙程度有關(guān)。 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明：高聚物呈海綿狀、纖維狀等形狀時(shí)不易誘發(fā)惡性腫瘤 的發(fā)生，而片狀材料容

6、易誘發(fā)惡性腫瘤。表面平整光滑的材料與組織 接觸一段時(shí)間，其材料的周?chē)尚纬梢粚优c材料無(wú)明顯結(jié)合的、由纖 維細(xì)胞平行排列而成的包裹組織，易引起炎癥，使得腫瘤發(fā)生的潛伏 期縮短。若材料表面粗糙，可促使組織細(xì)胞與材料表面的黏附和結(jié)合， 腫瘤發(fā)生的潛伏期延長(zhǎng) 血液相容性 1）定義 材料與血液直接接觸時(shí)，與血液相互作用不引起凝血或血 栓、不損傷血液組成和功能等的能力和性能。 2）表現(xiàn) 在材料的表面首先吸附血漿蛋白，包括白蛋白、球蛋白、在材料的表面首先吸附血漿蛋白，包括白蛋白、球蛋白、 纖維蛋白原等；纖維蛋白原等； 繼而血小板在材料表面黏附、聚集、變形，同時(shí)血液內(nèi)一 系列凝血因子被激活，從而引起血栓的形成

7、; 溶血、白細(xì)胞減少等細(xì)胞水平的反映；溶血、白細(xì)胞減少等細(xì)胞水平的反映； 免疫成分的改變、補(bǔ)體的激活以及血小板受體、二磷酸腺免疫成分的改變、補(bǔ)體的激活以及血小板受體、二磷酸腺 苷（苷（ADPADP）和前列腺素的釋放等分子水平的反映）和前列腺素的釋放等分子水平的反映。 3）生物材料的表面與血液成分的相互作用 生物材料與血液接觸，可以激活凝血因子，啟動(dòng)凝血系統(tǒng) 形成血栓，經(jīng)內(nèi)源性凝血系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)源性凝血一般是從 凝血因子X(jué)II激活為XIIa開(kāi)始，隨后相繼激活其他凝血因 子，形成凝血。 當(dāng)材料與血液接觸時(shí)，血漿蛋白首先吸附于高聚物表面。 容易吸附-球蛋白和纖維蛋白原的材料表面，則能加速 凝血過(guò)程的形

8、成。 血小板的黏附和凝集，不僅僅與血管帶電情況有關(guān)，可能 還與材料表面吸附蛋白質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)。 血液成分與材料表面接觸并相互作用，是否會(huì)造成紅細(xì)胞 受損而引起溶血，主要與材料表面積、化學(xué)結(jié)構(gòu)、材料表表面積、化學(xué)結(jié)構(gòu)、材料表 面的粘附性、血液參數(shù)、凝血變化等因素面的粘附性、血液參數(shù)、凝血變化等因素有關(guān)。 4）生物材料表面特性對(duì)血液相容性的影響 生物體與生物材料表面的接觸，它們之間的初級(jí)反應(yīng)必然 依賴(lài)于生物材料表面的性能，如材料表面的物理性能、表 面電荷、親水性、表面自由能等，所以生物材料的表面性 質(zhì)在生物學(xué)反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。 生物材料表面的粗糙度是影響血液相容性的一個(gè)重要因素。 因?yàn)樵酱植?/p>

9、的表面暴露在血液中的面積越大越粗糙的表面暴露在血液中的面積越大。 表面的潤(rùn)濕性，即材料親水性或疏水性是一個(gè)重要的因素。 親水性的材料表面比疏水性的材料表面更有利于細(xì)胞生長(zhǎng)。 人們利用血液相容性與材料表面親水性之間的這種關(guān)系， 研制和開(kāi)發(fā)了許多水凝膠高聚物材料。 水凝膠： 一種親水性的材料，具有良好的血液相容性，但機(jī)械性能 較差 可通過(guò)化學(xué)或物理的方法將其接枝到機(jī)械性能較好的材料 表面，這樣既保持了原有的機(jī)械性能，又在材料表面形成 了具有凝血作用的表面層，從而提高了材料的血液相容性。 與血液接觸的材料表面化學(xué)性質(zhì)與材料表面電學(xué)性質(zhì)緊密 相關(guān)。 高分子官能團(tuán)的種類(lèi)決定了表面電荷的種類(lèi)和多少。 材料

10、表面帶有負(fù)電荷，會(huì)引起某種蛋白質(zhì)的吸附形成鈍化 層，材料對(duì)血液的毒性減小，從而使材料具有更好的血液 相容性。 2.4 材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)材料在生物體內(nèi)的反應(yīng) 醫(yī)療器械的復(fù)雜性主要取決于植入體對(duì)于宿主的影響以及 宿主對(duì)于植入體的影響這兩方面的因素。大部分的變化對(duì)生 物體都有不利的影響。 圖圖2-1 幾種植入材料表面在生物材料環(huán)境下常見(jiàn)的變化幾種植入材料表面在生物材料環(huán)境下常見(jiàn)的變化 宿主反應(yīng)是宿主反應(yīng)是生物機(jī)體對(duì)植入材料的反應(yīng)生物機(jī)體對(duì)植入材料的反應(yīng)。宿主反應(yīng)的。宿主反應(yīng)的 發(fā)生是由于生理環(huán)境的作用，導(dǎo)致發(fā)生是由于生理環(huán)境的作用，導(dǎo)致構(gòu)成材料的組分原子、分構(gòu)成材料的組分原子、分 子以及顆粒、碎

11、片等代謝產(chǎn)物進(jìn)入機(jī)體組織子以及顆粒、碎片等代謝產(chǎn)物進(jìn)入機(jī)體組織。生物材料進(jìn)入。生物材料進(jìn)入 機(jī)體后，可產(chǎn)生以下宿主反應(yīng)：機(jī)體后，可產(chǎn)生以下宿主反應(yīng)： （1 1）宿主反應(yīng)）宿主反應(yīng) l 局部組織反應(yīng)，是組織對(duì)手術(shù)創(chuàng)傷的局部組織反應(yīng)，是組織對(duì)手術(shù)創(chuàng)傷的急性或炎性反應(yīng)急性或炎性反應(yīng)； l 全身毒性反應(yīng)，是由于材料降解在合成加工及消毒過(guò)程中全身毒性反應(yīng)，是由于材料降解在合成加工及消毒過(guò)程中吸吸 收或形成的低相對(duì)分子質(zhì)量產(chǎn)物造成的，有急性和慢性反應(yīng)；收或形成的低相對(duì)分子質(zhì)量產(chǎn)物造成的，有急性和慢性反應(yīng)； l 過(guò)敏反應(yīng)，是由于材料降解所產(chǎn)生的過(guò)敏反應(yīng)，是由于材料降解所產(chǎn)生的毒物毒物造成的；造成的； l 致

12、癌、致畸、致突變反應(yīng)，是由于材料中或降解產(chǎn)物中產(chǎn)致癌、致畸、致突變反應(yīng)，是由于材料中或降解產(chǎn)物中產(chǎn) 生的有害物質(zhì)造成的；生的有害物質(zhì)造成的； l 適應(yīng)性反應(yīng)，是慢性的、長(zhǎng)期的，包括機(jī)械力對(duì)組織和材適應(yīng)性反應(yīng)，是慢性的、長(zhǎng)期的，包括機(jī)械力對(duì)組織和材 料相互作用的影響。料相互作用的影響。 材料反應(yīng)是材料反應(yīng)是材料對(duì)生物機(jī)體作用產(chǎn)生的反應(yīng)材料對(duì)生物機(jī)體作用產(chǎn)生的反應(yīng)，材料反應(yīng)，材料反應(yīng) 的結(jié)果可導(dǎo)致材料的結(jié)果可導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變結(jié)構(gòu)破壞和性質(zhì)改變，主要包括：，主要包括： （2 2）材料反應(yīng)）材料反應(yīng) u1 1）生理腐蝕）生理腐蝕 生理環(huán)境對(duì)材料的化學(xué)侵蝕作生理環(huán)境對(duì)材料的化學(xué)侵蝕作 用，致使

13、用，致使材料產(chǎn)生離解、氧化等材料產(chǎn)生離解、氧化等 u2 2）吸收）吸收 材料在生理環(huán)境中，可以通過(guò)吸收材料在生理環(huán)境中，可以通過(guò)吸收 過(guò)程使其功能改變，也可過(guò)程使其功能改變，也可導(dǎo)致材料物理機(jī)械性能導(dǎo)致材料物理機(jī)械性能 改變改變； u3 3）降解及失效）降解及失效 在在生理環(huán)境作用下，材料可生理環(huán)境作用下，材料可 能被機(jī)體降解，導(dǎo)致材料失效能被機(jī)體降解，導(dǎo)致材料失效。磨損可以使修復(fù)。磨損可以使修復(fù) 體部件之間結(jié)合受損，造成修復(fù)體失效。機(jī)械力體部件之間結(jié)合受損，造成修復(fù)體失效。機(jī)械力 作用也可能引起材料失效。作用也可能引起材料失效。 A A植入體對(duì)宿主的反應(yīng)植入體對(duì)宿主的反應(yīng)B B宿主對(duì)植入體的

14、反應(yīng)宿主對(duì)植入體的反應(yīng) 1.1.局部局部 a.a.血液血液-材料的反應(yīng)材料的反應(yīng) b.b.蛋白質(zhì)的吸收蛋白質(zhì)的吸收 c.c.凝結(jié)凝結(jié) d.d.纖維蛋白溶解纖維蛋白溶解 e.e.血小板的粘著，活化，釋放血小板的粘著，活化，釋放 f. f. 補(bǔ)充活化補(bǔ)充活化 g.g.白血球粘著，活化白血球粘著，活化 h. h. 溶血現(xiàn)象溶血現(xiàn)象 i.i.毒性毒性 j.j.改變了正常的愈合改變了正常的愈合 k.k.包成囊狀包成囊狀 l.l.外來(lái)體的反應(yīng)外來(lái)體的反應(yīng) m.m.形成形成血管翳血管翳 n.n.感染感染 o.o.形成腫瘤形成腫瘤 2 2. .全身反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng)全身反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng) a a形成血栓形成血栓 b

15、b植入體元素在血液中數(shù)量增加植入體元素在血液中數(shù)量增加 c c高度過(guò)敏癥高度過(guò)敏癥 d d淋巴顆粒的傳輸淋巴顆粒的傳輸 1. 1. 物理機(jī)制的反應(yīng)物理機(jī)制的反應(yīng) a. a. 摩擦磨損摩擦磨損 b b疲勞損傷疲勞損傷 c c應(yīng)力腐蝕引起斷裂應(yīng)力腐蝕引起斷裂 d d腐蝕腐蝕 e e降解及分解降解及分解 2. 2. 生理反應(yīng)生理反應(yīng) a a吸收組織物質(zhì)吸收組織物質(zhì) b b酶的降解酶的降解 c. c. 鈣化鈣化 2.4.1 膨脹與浸析 植入材料與生物環(huán)境間最簡(jiǎn)單的相互作用形式是：在不發(fā)生反應(yīng)的條 件下，材料通過(guò)界面的轉(zhuǎn)移。 膨脹：物質(zhì)從組織進(jìn)入生物材料，致密的材料就會(huì)因?yàn)轶w積增加而發(fā)物質(zhì)從組織進(jìn)入生物

16、材料，致密的材料就會(huì)因?yàn)轶w積增加而發(fā) 生膨脹生膨脹。主要是指液體物質(zhì)、周?chē)囊合嘟橘|(zhì)中的某些成分或溶質(zhì)。 浸析：當(dāng)液體進(jìn)入材料的內(nèi)部，或是生物材料的某種成份溶解在組織當(dāng)液體進(jìn)入材料的內(nèi)部，或是生物材料的某種成份溶解在組織 的液體相中時(shí)，就將這種產(chǎn)生材料孔隙的過(guò)程的液體相中時(shí)，就將這種產(chǎn)生材料孔隙的過(guò)程。 膨脹和浸析都是擴(kuò)散的結(jié)果。 造成膨脹最簡(jiǎn)單的情況：從固定的濃度、完全均勻的混合液體到無(wú)限 大介質(zhì)的擴(kuò)散。 吸收造成的影響可以總結(jié)為：顏色的變化、體積的變化、可能還有力 學(xué)性能的變化。 一般情況下，作為吸收的次級(jí)效應(yīng)，力學(xué)性能的變化包括：彈性模量 的降低，內(nèi)部粘度的增加，延展性的增加，如果植入材

17、料與被吸收的 物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，延展性也可能降低，摩擦系數(shù)的變化以及抗磨損性能 的降低。 導(dǎo)致浸析的最簡(jiǎn)單的情況：擴(kuò)散物質(zhì)以恒定的速率離開(kāi)材料的表面。 膨脹和浸析引起的材料變形有不少有害的效果。 膨脹的影響： 膨脹會(huì)降低材料的彈性極限，而且會(huì)導(dǎo)致一種靜態(tài)疲勞或 “裂紋”的失效形式。 浸析的影響： 作為膨脹的相反作用，浸析對(duì)性能的影響一般不會(huì)太顯著。 可能發(fā)生的問(wèn)題是對(duì)浸析產(chǎn)物的局部和系統(tǒng)整體的生物反 應(yīng)。 過(guò)度浸析（例如金屬晶間浸析）可以導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度的降低。 浸析造成的缺陷可以聚合成空洞。對(duì)剛性材料來(lái)說(shuō)，如果 空洞所占的體積百分比大到一定值，就會(huì)造成彈性模量的 降低，其降低的數(shù)量與空洞體積百分比的

18、二次方成正比。 2.4.2 腐蝕與溶解 生物醫(yī)用金屬材料在機(jī)體內(nèi)重要反應(yīng)之一是腐蝕和溶解。 對(duì)高分子和陶瓷材料來(lái)說(shuō)，腐蝕一般不是很顯著，但是也 存在著問(wèn)題。 金屬在腐蝕時(shí)發(fā)生陽(yáng)極溶解反應(yīng)，陽(yáng)極金屬溶解越多，失 去的電子數(shù)越多，則由陽(yáng)極輸出的電量也越大。 縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕是兩種最重要的腐蝕形式。 縫隙腐蝕常發(fā)生在螺栓板材裝配結(jié)構(gòu)的接合間隙內(nèi)。腐蝕 痕跡大多在板上的孔洞處?？p隙腐蝕偶爾也發(fā)生栓與板接 合的部分。 在板與螺栓之間也可能發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕常使 螺栓與板的接觸區(qū)域變色，留下像“燒焦”或“熏黑”的 痕跡。 2.4.3 生物分子與材料表面的反應(yīng) 生物材料一旦植入體內(nèi)用來(lái)連接、修復(fù)損傷的

19、組織、器官等，人體的人體的 組織即將對(duì)植入體進(jìn)行反應(yīng)組織即將對(duì)植入體進(jìn)行反應(yīng)。這種反應(yīng)通常只在材料與生物體接觸的 界面上進(jìn)行的。 生物分子與材料表面的反應(yīng)的方式取決于植入的位置，反應(yīng)的過(guò)程與 材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有關(guān)，包括生物結(jié)合、毒性反應(yīng)、排異與吸收。 不同的生物材料可直接損傷免疫細(xì)胞的形態(tài)和功能，或者經(jīng)吸收干擾生物材料可直接損傷免疫細(xì)胞的形態(tài)和功能，或者經(jīng)吸收干擾 神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)等神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)等，使機(jī)體免疫功能低下，導(dǎo)致個(gè)體易受感染因素或 腫瘤的攻擊，也可影響免疫細(xì)胞的抗原識(shí)別能力或過(guò)敏性，引起病理 性免疫應(yīng)答，表現(xiàn)為過(guò)敏反應(yīng)或自身的免疫性疾病。 化學(xué)物對(duì)免疫系統(tǒng)的作用具有雙向性，即化學(xué)物可

20、在不同的條件下分化學(xué)物可在不同的條件下分 別表現(xiàn)為對(duì)機(jī)體的免疫抑制或過(guò)敏別表現(xiàn)為對(duì)機(jī)體的免疫抑制或過(guò)敏。 2.4.4 高分子材料的水解與降解 水分的吸收特性和高分子的水解特性共同決定了材料在生 理環(huán)境中的行為。 酶和自由基是生物降解應(yīng)該考慮的兩個(gè)主要因素。 一般的生物降解材料一般的生物降解材料：一種人工合成的高分子有機(jī)物，或 天然高分子材料，其在體內(nèi)經(jīng)水解、氧化反應(yīng)，最終代謝體內(nèi)經(jīng)水解、氧化反應(yīng)，最終代謝 產(chǎn)物為產(chǎn)物為COCO2 2和和H H2 2O O，通過(guò)呼吸系統(tǒng)或泌尿系統(tǒng)排出體外，不 在體內(nèi)蓄積，幾乎沒(méi)有毒性作用，也不需要二次手術(shù)取出。 常用的可吸收材料：有聚乙交酯、聚丙交酯、聚酰胺以及

21、 某些自增強(qiáng)材料等。 目前，各種降解材料存在的主要問(wèn)題降解材料存在的主要問(wèn)題： 可降解聚合物的機(jī)械性能差 可吸收材料在體內(nèi)的降解強(qiáng)度衰減過(guò)快 2.5 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng) 2.5.1 傷口愈合過(guò)程 一旦組織或器官被損傷或損壞，鄰近細(xì)胞的反應(yīng)就是將他們修復(fù)。任 何傷口最直接的反應(yīng)就是發(fā)炎。創(chuàng)傷形成后，傷口處的毛細(xì)血管收縮 阻礙血液的流失，起凝血止血的作用。 生物材料植入后形成的傷口愈合經(jīng)過(guò)一系列的過(guò)程： 間質(zhì)細(xì)胞與纖維細(xì)胞移動(dòng)到傷口處的組織 壞死的組織殘骸，血塊等被粒細(xì)胞核巨噬細(xì)胞移走 成纖維細(xì)胞利用纖維素構(gòu)成的支架分化膠原 新的毛細(xì)血管形成 內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞都能夠釋放膠原酶，保持傷口處的膠原質(zhì)

22、含量 達(dá)到平衡 2-4周后，傷口處逐漸恢復(fù)和發(fā)生組織在建。 在傷口愈合期間： 傷口組織的蛋白糖和多聚糖將會(huì)減少 成纖維細(xì)胞的增值速率變得緩慢，達(dá)到膠原合成和溶解的新平衡，傷 口開(kāi)始愈合。 在傷口修復(fù)期間，傷口的愈合過(guò)程將隨著組織的變化而變化。 圖圖2-2 生物材料在體內(nèi)的反應(yīng)隨時(shí)間的變化生物材料在體內(nèi)的反應(yīng)隨時(shí)間的變化 機(jī)體對(duì)生物材料植入體在急性炎癥反應(yīng)、慢性炎癥反應(yīng)、粒急性炎癥反應(yīng)、慢性炎癥反應(yīng)、粒 狀組織的形成和外來(lái)體響應(yīng)狀組織的形成和外來(lái)體響應(yīng)這幾個(gè)方面的變化.強(qiáng)度隨時(shí)間的強(qiáng)度隨時(shí)間的 變化主要取決于植入體大小、形狀、植入位置以及材料的物變化主要取決于植入體大小、形狀、植入位置以及材料的

23、物 理化學(xué)性質(zhì)不同導(dǎo)致傷口區(qū)域的不同。理化學(xué)性質(zhì)不同導(dǎo)致傷口區(qū)域的不同。 圖圖2-3 急性炎癥反應(yīng)急性炎癥反應(yīng)圖圖2-4 局部慢性炎癥反應(yīng)局部慢性炎癥反應(yīng) 肘部補(bǔ)體周?chē)嬖诹馨图?xì)肘部補(bǔ)體周?chē)嬖诹馨图?xì) 胞和單核白血球，在外來(lái)胞和單核白血球，在外來(lái) 大細(xì)胞周?chē)牧芽谀苡^察大細(xì)胞周?chē)牧芽谀苡^察 到聚乙烯磨損的碎屑。到聚乙烯磨損的碎屑。 在在PTFE血管植入物外表面發(fā)血管植入物外表面發(fā) 生的流膿和附著有多形態(tài)的生的流膿和附著有多形態(tài)的 白血球白血球 圖圖2-5 外來(lái)體對(duì)于完整的膝關(guān)外來(lái)體對(duì)于完整的膝關(guān) 節(jié)置換體節(jié)置換體滑膜下關(guān)節(jié)囊滑膜下關(guān)節(jié)囊的聚乙的聚乙 烯磨屑的反應(yīng)。在磨屑小的碎烯磨屑的反應(yīng)。在

24、磨屑小的碎 片表面存在外來(lái)巨噬細(xì)胞和片表面存在外來(lái)巨噬細(xì)胞和腹腹 腔巨噬細(xì)胞腔巨噬細(xì)胞。 金屬磨屑包含金屬磨屑包含 在腹腔巨噬細(xì)胞內(nèi)部在腹腔巨噬細(xì)胞內(nèi)部。 圖圖2-5磨屑反應(yīng)磨屑反應(yīng) 圖圖2-6硅橡膠乳房補(bǔ)體界面上纖維囊硅橡膠乳房補(bǔ)體界面上纖維囊 的密度的密度 纖維囊內(nèi)部沒(méi)有血管。纖維囊內(nèi)部沒(méi)有血管。圖中乳圖中乳 房補(bǔ)體開(kāi)裂，顯微照片頂部的房補(bǔ)體開(kāi)裂，顯微照片頂部的 橢圓形小塊代表了組織于生物橢圓形小塊代表了組織于生物 材料界面的硅凝膠。材料界面的硅凝膠。 2.5.2 免疫反應(yīng)與補(bǔ)體系統(tǒng) 免疫反應(yīng)：人體對(duì)病原體或異物通過(guò)免疫系統(tǒng)時(shí)作出的防 御反應(yīng)。所說(shuō)的免疫反應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是抗原抗體反應(yīng)。 當(dāng)病原

25、體或異物侵入人體后,激化人體內(nèi)的淋巴細(xì)胞產(chǎn)生 體液免疫和細(xì)胞免疫。 體液免疫：體內(nèi)的B淋巴細(xì)胞被抗原刺激后產(chǎn)生全身或局 部性的抗體。 細(xì)胞免疫：體內(nèi)的T淋巴細(xì)胞被抗原刺激后產(chǎn)生細(xì)胞抗毒 性作用。 兩種免疫，前者能消滅病原體，后者可中和毒素。 人體有許多物質(zhì)可以作為特異性抗原，由于某種因素激活 機(jī)體的免疫系統(tǒng)而發(fā)生免疫反應(yīng)，免疫反應(yīng)幾乎可以發(fā)生 在全身各個(gè)系統(tǒng)。 2.5.3 全身反應(yīng) 系統(tǒng)的毒性是隨著生物材料植入體內(nèi)后，宿主對(duì)材料降解 或產(chǎn)生磨粒磨損而造成的。 生物材料毒性在植入體內(nèi)之前必須被嚴(yán)格的研究和評(píng)估過(guò)。 對(duì)于每一種生物材料來(lái)說(shuō)，它的毒性常常有一個(gè)門(mén)檻值，對(duì)于每一種生物材料來(lái)說(shuō)，它的毒性

26、常常有一個(gè)門(mén)檻值， 低于這個(gè)值則說(shuō)明生物材料不具有毒性。重復(fù)使用同種材 料的反應(yīng)與第一次使用這種材料的反應(yīng)是相似的。 由生物材料引起的免疫性反應(yīng)，或是材料的降解和磨損常 常具有很低的門(mén)檻值。盡管增加生物材料的使用量可能不 會(huì)引起惡化的反應(yīng)，但是重復(fù)的使用材料時(shí)門(mén)檻值會(huì)降低 或引起毒性增加。 系統(tǒng)的毒性由免疫反應(yīng)引起。當(dāng)宿主受到外來(lái)物質(zhì)入侵時(shí) 免疫系統(tǒng)發(fā)出響應(yīng)保護(hù)機(jī)體。 高度敏感的免疫響應(yīng)：那些不正常的、多余的、不受控制 的反應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)的釋放和炎癥反應(yīng)的刺激會(huì)導(dǎo) 致機(jī)體損壞。 一般由于免疫反應(yīng)或是材料降解和磨損引起的系統(tǒng)毒性是 不可能被預(yù)測(cè)的，因?yàn)槊庖唔憫?yīng)取決于各個(gè)機(jī)體的基因、 材料的

27、劑量、植入的位置等。 個(gè)體的免疫系統(tǒng)千差萬(wàn)別，可能與用來(lái)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物差異很 大。 高敏感反應(yīng)可以分成4中類(lèi)型。 由于生物材料在人體內(nèi)降解或磨損會(huì)引起的體系反應(yīng)。生 物材料釋放的有毒物質(zhì)可能會(huì)損壞一個(gè)特定的器官。這通 ?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)生物材料化學(xué)分析和材料在組織內(nèi)的降解和 磨損產(chǎn)物等分析被測(cè)試出來(lái)。 磨損產(chǎn)物的生物學(xué)反應(yīng)很重要并且具有爭(zhēng)議。很多生物材 料包含有幾種復(fù)合物，磨損作用也受幾種物質(zhì)共同的影響， 正如全關(guān)節(jié)置換器的磨損顆粒有金屬、高分子聚合物和陶 瓷材料。 材料的實(shí)際形狀、尺寸和化學(xué)成分對(duì)全身的高度過(guò)敏反映實(shí)際形狀、尺寸和化學(xué)成分對(duì)全身的高度過(guò)敏反映 作用的影響還是未知的作用的影響還是未知的。

28、 2.5.4 材料與腫瘤的產(chǎn)生 腫瘤是機(jī)體在各種致瘤因子長(zhǎng)期協(xié)同作用下，某部易感細(xì) 胞群體逐漸發(fā)生的、過(guò)度的異常反應(yīng)性增生，往往持續(xù)增 長(zhǎng)，且與整體不相協(xié)調(diào)。即使這些致瘤因子已經(jīng)停止作用， 細(xì)胞的增生仍繼續(xù)進(jìn)行下去。 2.5.5 植入感染 在整個(gè)炎癥過(guò)程中，酶被這些細(xì)胞合成，利用和釋放。同 時(shí)由于細(xì)胞的數(shù)量在變化，酶的含量也是變化的。 在炎癥反應(yīng)中，最重要的酶是溶酶體酶，它們是由炎細(xì)胞 內(nèi)的溶酶體釋放。 粒細(xì)胞早期酶活性和巨噬細(xì)胞相同，巨噬細(xì)胞后期酶活性 變化。 人造合成材料是無(wú)生命力的，因此免疫效應(yīng)物的作用過(guò)程 可能會(huì)引起免疫反應(yīng)，或者是作為一種半抗原，在和其它 成份結(jié)合后而引起免疫反應(yīng)。 2.7 生物材料的生物相容性評(píng)價(jià)生物材料的生物相容性評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)生物相容性應(yīng)從微觀至宏觀、從局部至整體、從靜態(tài)至 動(dòng)態(tài)等反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律和結(jié)果進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。 2.7.1 生物學(xué)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的選擇 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO10993-1是由ISO/TC 194國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織醫(yī)療器 械生物學(xué)評(píng)價(jià)技術(shù)委員會(huì)制定的。 I