第三章生物相容性及生物學(xué)評(píng)價(jià)(2)

1、第三章生物相容性及生物學(xué)評(píng)價(jià)第一節(jié)：生物相容性的基本概念生物相容性的基本概念第二節(jié)：材料的血液相容性第三節(jié)：材料的組織相容性第四節(jié)：生物學(xué)評(píng)價(jià)第三節(jié)：材料的組織相容性1.材料反應(yīng)2.宿主反應(yīng) 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。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。 縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕是金屬骨植入物兩種最重要的腐蝕形式。縫隙腐蝕常發(fā)生在金屬骨植入物螺栓板材裝配結(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。 在金屬骨植入板與螺栓之間也可能發(fā)生腐蝕。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。材料反應(yīng)1.1 腐蝕

2、對(duì)單一元件裝置，如顱骨板、骨髓內(nèi)桿、內(nèi)部修補(bǔ)物、鎖釘和骨折端環(huán)扎線等，腐蝕很輕微，均勻腐蝕仍不可避免，而應(yīng)力腐蝕，或者更一般地說(shuō)，應(yīng)力增高或破裂失效(疲勞腐蝕)，大概是最重要的破壞形式。過(guò)量的氧和連續(xù)流動(dòng)的電解質(zhì)為各種腐蝕提供了高度的活性；血液中存在的許多有機(jī)小分子也會(huì)影響腐蝕速率。 耐腐蝕性能實(shí)驗(yàn) 恒溫水浴篩選、點(diǎn)蝕電位植入物與人體長(zhǎng)期接觸，耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)用于模擬人植入物與人體長(zhǎng)期接觸，耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)用于模擬人體環(huán)境，但請(qǐng)注意：現(xiàn)有的方法不能完全模擬人體環(huán)境，但請(qǐng)注意：現(xiàn)有的方法不能完全模擬人體內(nèi)的真實(shí)環(huán)境，并且，材料植入體內(nèi)后，腐蝕體內(nèi)的真實(shí)環(huán)境，并且，材料植入體內(nèi)后，腐蝕現(xiàn)象無(wú)時(shí)無(wú)刻都在發(fā)生

3、，其釋放的物質(zhì)可能造成現(xiàn)象無(wú)時(shí)無(wú)刻都在發(fā)生，其釋放的物質(zhì)可能造成機(jī)體組織的損傷，也可能由于腐蝕，導(dǎo)致器械的機(jī)體組織的損傷，也可能由于腐蝕，導(dǎo)致器械的使用性能發(fā)生變化，最終導(dǎo)致植入物失效。使用性能發(fā)生變化，最終導(dǎo)致植入物失效。 1.2 高分子材料的降解 一般的生物降解高分子材料：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)，最終代謝產(chǎn)物為CO2和H2O，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。 常用的可降解材料：有聚乙交酯、聚丙交酯、聚酰胺以及某些自增強(qiáng)材料等。 目前，各種降解材料存在的主要問(wèn)題：可降解聚合物的機(jī)械性能差可降

4、解材料在體內(nèi)的降解強(qiáng)度衰減過(guò)快2.1 2.1 傷口愈合過(guò)程簡(jiǎn)介傷口愈合過(guò)程簡(jiǎn)介2.2 2.2 植入材料的宿主反應(yīng)植入材料的宿主反應(yīng)2.3 2.3 幾種重要的宿主反應(yīng)幾種重要的宿主反應(yīng)2 宿主反應(yīng)宿主反應(yīng)創(chuàng)傷愈合過(guò)程的基本階段創(chuàng)傷凝血發(fā)炎修復(fù)和重建2.1 傷口愈合過(guò)程簡(jiǎn)介傷口愈合過(guò)程簡(jiǎn)介 創(chuàng)傷修復(fù)的基本方式是由傷后增生的細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)，充填、連接或代替缺損的組織 理想的創(chuàng)傷修復(fù)，是組織缺損完全由原來(lái)性質(zhì)的細(xì)胞來(lái)修復(fù)，恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和功能 創(chuàng)傷修復(fù)的方式組織修復(fù)的過(guò)程（1）、纖維蛋白填充 （2）、細(xì)胞增生 （3）、組織塑形6h后傷口邊緣出現(xiàn)成纖維細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞增生，形成新生小血管 肉芽組織多余

5、的膠原纖維被膠原蛋白酶降解；過(guò)度豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)消退和傷口的粘蛋白及水分減少傷口及組織裂隙先由血凝塊充填，繼而發(fā)生炎癥，有纖維蛋白附加其間，其功用首先是止血和封閉創(chuàng)面，可減輕損傷創(chuàng)傷愈合類型v1、一期愈合 （原發(fā)愈合） 組織修復(fù)以本來(lái)細(xì)胞為主，修復(fù)處僅含少量纖維組織。愈后功能良好。如上皮細(xì)胞修復(fù)，皮膚粘膜損傷v2、二期愈合（瘢痕愈合） 組織修復(fù)以纖維組織為主。愈后功能不良，可能有瘢痕攣縮或增生，引起畸形，管道狹窄，骨不連 損傷處細(xì)胞再生與分化的分子機(jī)制損傷處細(xì)胞再生與分化的分子機(jī)制 受損組織修復(fù)的完好程度不僅取決于受損組織、細(xì)胞的再生能力，同時(shí)也受許多細(xì)胞因子及其他因素的調(diào)控。與再與再生有關(guān)的

6、幾種生長(zhǎng)因子：生有關(guān)的幾種生長(zhǎng)因子： u血小板源性生長(zhǎng)因子：源于血小板 顆粒，能引起成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和單核細(xì)胞的增生和游走。u血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子：促進(jìn)血管的形成，增加血管的通透性u(píng)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子：在毛細(xì)血管的新生過(guò)程中，能使內(nèi)皮細(xì)胞分裂并誘導(dǎo)其產(chǎn)生蛋白溶解酶，溶解基底膜便于內(nèi)皮細(xì)胞穿越生芽。u表皮生長(zhǎng)因子：對(duì)上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞有促增殖作用。創(chuàng)傷神經(jīng)內(nèi)分泌變化免疫功能變化代謝變化組織破壞細(xì)胞失活局部反應(yīng)全身性反應(yīng)炎癥細(xì)胞增生體溫反應(yīng)并發(fā)癥感染休克創(chuàng)傷引起的反應(yīng)創(chuàng)傷性炎癥利弊u(yù)益處：利于創(chuàng)傷修復(fù)滲入傷口間隙內(nèi)的纖維蛋白原變?yōu)槔w維蛋白，可充填裂隙和作為細(xì)胞增生的網(wǎng)架中

7、性粒細(xì)胞抗菌作用、巨噬細(xì)胞清除壞死組織局部血流灌注增加，提供細(xì)胞增生的營(yíng)養(yǎng)成分 u弊端：反應(yīng)強(qiáng)烈或廣泛，不利于創(chuàng)傷治愈大量血漿滲出血容量縮減閉合性創(chuàng)傷的嚴(yán)重炎癥組織內(nèi)壓過(guò)高， 阻礙局部血循環(huán)大量組織細(xì)胞的裂解產(chǎn)物損壞其他器官圖圖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理化學(xué)性質(zhì)不同導(dǎo)致傷口區(qū)域的不同。以及材料的物理化學(xué)性質(zhì)不同導(dǎo)致傷口區(qū)域的不同。2.2 生物材料植入物的宿主反應(yīng)：炎癥反應(yīng)包括急性炎癥反應(yīng)，慢性炎性反應(yīng)，粒狀組織的形成等。其強(qiáng)度隨時(shí)間

8、的變化與植入體大小、形狀、位置及材料的物理化學(xué)性質(zhì)而不同。例如：急性炎性反應(yīng)：在PTFE血管植入物外表面發(fā)生的流膿和附著有多形態(tài)的白血球。慢性炎性反應(yīng)：聚乙烯植入物產(chǎn)生的磨損磨屑的周?chē)奂馨图?xì)胞和單核白血球。免疫系統(tǒng)反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)對(duì)免疫系統(tǒng)的作用具有雙向性，即化學(xué)物質(zhì)可在不同的條件下分別表現(xiàn)為對(duì)機(jī)體的免疫抑制免疫抑制或超敏反應(yīng)超敏反應(yīng)。l 免疫抑制：生物材料可直接損傷免疫細(xì)胞的形態(tài)和功能，使機(jī)體免疫功能下降，導(dǎo)致個(gè)體易受感染因素或腫瘤的攻擊。如苯、Pd、Hg等等。l 超敏反應(yīng)反應(yīng)：生物材料也可影響免疫細(xì)胞的抗原識(shí)別能力或過(guò)敏性，引起過(guò)高的病理性免疫應(yīng)答，表現(xiàn)為過(guò)敏或超敏反應(yīng)。如器官移植的排斥反

9、應(yīng)。宿主抗移植物排斥反應(yīng)類型宿主抗移植物排斥反應(yīng)類型超急性排斥反應(yīng)超急性排斥反應(yīng)急性排斥反應(yīng)急性排斥反應(yīng)慢性排斥反應(yīng)慢性排斥反應(yīng)血管接通后數(shù)分鐘血管接通后數(shù)分鐘 至至 數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí)移植后移植后 數(shù)天至數(shù)天至2 2周周移植后移植后 數(shù)月數(shù)月 至至 數(shù)年數(shù)年2.3 幾種重要的宿主反應(yīng)1）植入材料與腫瘤的產(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。 這種腫痛性細(xì)胞增生應(yīng)與以下幾種正常細(xì)胞增生相區(qū)別。 (1)與兒童生長(zhǎng)分裂細(xì)胞，皮膚和造血骨髓細(xì)胞的增

10、殖分化相區(qū)別； (2)與炎癥性和修復(fù)性增生相區(qū)別，如外傷引起的成纖細(xì)胞和膠原細(xì)胞增生； (3)同局部組織受刺激或內(nèi)分泌紊亂引起的細(xì)胞增生相區(qū)別。 基本區(qū)別在于：上述這些細(xì)胞增生在刺激除去后就停頓了，并可能在一定程度上消退。 良性腫瘤： 腫瘤塊一直在它們的原發(fā)部位擴(kuò)大生長(zhǎng)，同周?chē)徑恼＝M織有一明顯邊界區(qū)分，秉性柔和，相對(duì)善良。 經(jīng)合理而完善的外科手術(shù)切除是可治療的。對(duì)機(jī)體危害較輕。 除非它們生長(zhǎng)在機(jī)體要害部位，否則良性腫瘤一股是不會(huì)構(gòu)成對(duì)生命威脅的。 惡性腫瘤： 通過(guò)浸潤(rùn)與擴(kuò)散方式進(jìn)行生長(zhǎng)、發(fā)展。 惡性腫瘤細(xì)胞不僅可以在原發(fā)部位繼續(xù)生長(zhǎng)和蔓延，而且還可以通過(guò)血液、淋巴和其它體液途徑擴(kuò)散到與原

11、發(fā)部位無(wú)關(guān)的身體其它部部位，形成與原發(fā)腫瘤同樣類型的腫瘤。 材料植入機(jī)體引起腫瘤可能同物理、化學(xué)性的因材料植入機(jī)體引起腫瘤可能同物理、化學(xué)性的因素有關(guān)素有關(guān). 2）植入感染植入感染 生物材料相關(guān)的感染最初過(guò)程是生物材料表面的細(xì)菌黏附. 引起植入物感染的微生物主要是各種條件致病菌，可來(lái)源于空氣、宿主和手術(shù)醫(yī)師的皮膚，經(jīng)內(nèi)源性移位到達(dá)宿主植入物表面或經(jīng)血行播散 植入物材料的化學(xué)組成、表面形貌、能量狀態(tài)、親(疏)水性、表面電荷等均是影響細(xì)菌黏附的重要因素. 大多數(shù)植入物表面有理化活性，能激發(fā)炎癥和免疫反應(yīng)，影響正常組織細(xì)胞在植入物表面黏附與定植，并形成有利于微生物定植的植入物周?chē)h(huán)境。黏附在材料表

12、面的細(xì)菌不斷生長(zhǎng)、繁殖，合成多糖的黏質(zhì)物，與吸附到材料表面的機(jī)體細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，共同形成包繞生物材料表面的生物膜生物膜. 這層生物膜可以保護(hù)細(xì)菌本身避開(kāi)人體體液以及細(xì)胞分泌的免疫物質(zhì)的免疫作用。細(xì)菌生物膜是具有高度組織化的多細(xì)胞細(xì)菌群體結(jié)構(gòu)，細(xì)菌之間存在廣泛的化學(xué)信息及遺傳信息交流，進(jìn)行著耐藥質(zhì)粒耐藥質(zhì)粒的傳遞，并保持遺傳多樣性。由于生物膜具有黏質(zhì)性及帶負(fù)電，限制了帶限制了帶正電物質(zhì)的進(jìn)入，如金屬離子和某些抗生素正電物質(zhì)的進(jìn)入，如金屬離子和某些抗生素，菌菌落中心的細(xì)胞就受到了很好的保護(hù)落中心的細(xì)胞就受到了很好的保護(hù)，這種特化的“頑固細(xì)胞”群在抗生素存在的環(huán)境下不會(huì)生長(zhǎng)，但也不會(huì)死亡，當(dāng)藥物效力解除后，頑固細(xì)胞能成長(zhǎng)為正常的細(xì)菌菌落。這種機(jī)制造成了臨床上生物材料相關(guān)感染經(jīng)久難愈、愈后復(fù)發(fā)的難題為了減少生物材料相關(guān)的感染的發(fā)生，一方面應(yīng)減少細(xì)菌的污染，這包括在植入生物材料之前，徹底地治愈