生物材料：第五章 生物相容性

1、2022/7/201 第五章 生物相容性2022/7/202 第五章 生物相容性 引言 生物材料除具備一般材料的力學(xué)、機(jī)械、物理、化學(xué)等性能外，還應(yīng)滿足-生物功能。生物材料的特征是植入生物體或與生物體相接觸，材料與生物系統(tǒng)必有一定的相互作用。2022/7/203 第五章 生物相容性 1、概念 材料在生理環(huán)境中，生物體會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生一定的生物學(xué)反應(yīng)，同時(shí)材料也會(huì)作用于生物體而產(chǎn)生一定的作用，用以表征生物體與材料之間相互作用的生物學(xué)行為就是生物相容性。第一節(jié) 概述2022/7/204 第五章 生物相容性2、生物相容性對(duì)材料的基本要求 材料與生物系統(tǒng)接觸后，材料對(duì)生物體不應(yīng)產(chǎn)生明顯的有害作用，同時(shí)也不

2、會(huì)因與生物系統(tǒng)的接觸或結(jié)合而降低材料的性能和使用壽命。第一節(jié) 概述2022/7/205 第五章 生物相容性3、材料與生物系統(tǒng)相互作用的兩個(gè)方面一是材料反應(yīng)：即活體系統(tǒng)對(duì)材料的作用，包括生物環(huán)境對(duì)材料的腐蝕、降解、磨損和退化，甚至破壞。二是宿主反應(yīng)：即材料對(duì)活體系統(tǒng)的作用，包括局部和全身反應(yīng)，如炎癥、細(xì)胞毒性、凝血、過敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等，其結(jié)果可能導(dǎo)致對(duì)機(jī)體的中毒和機(jī)體對(duì)材料的排斥。 第一節(jié) 概述2022/7/206 第五章 生物相容性4、生物相容性包含的內(nèi)容材料與生物體各組織之間良好的相容性組織相容性材料應(yīng)具備抗凝血和不損傷血液成份的能力-血液相容性材料應(yīng)具備低免疫原性或低異物反應(yīng)免疫

3、相容性。第一節(jié) 概述2022/7/207第五章 生物相容性 材料方面：類型、形態(tài)、表面組成、 物理、化學(xué)及力學(xué)性能 生物系統(tǒng)：動(dòng)物種類、植入部位、受 體狀況、 存留時(shí)間和使用環(huán)境等 抗凝血能力：材料表面抑制血管內(nèi)血 液形成血栓的能力 不損傷血液成份的功能：即材料對(duì)血液的溶血 現(xiàn)象，血小板機(jī)能降低，白細(xì)胞暫時(shí) 性減少，白細(xì)胞功能不降，對(duì)血液 成份的破壞。 材料在與活體接觸時(shí)，不能影響或破壞活體的 免 疫系統(tǒng)。 組織相容性生物相容性血液相容性免疫相容性2022/7/208第五章 生物相容性5、材料的選擇 如果材料直接接觸血液用于心血管系統(tǒng)，主要應(yīng)考察材料與血液的相互作用，稱為血液相容性；如果主要考

4、察用于心血管系統(tǒng)之外與肌肉、骨骼、皮膚等組織直接接觸的材料的相容性，稱為組織相容性，兩者相互關(guān)聯(lián)，又有所區(qū)別。而長期植入人體的材料必須關(guān)注材料的抗原性或免疫學(xué)性能。 材料選擇的基本原則是？ 第一節(jié) 概述2022/7/209第五章 生物相容性1、概述 材料植入體內(nèi)，會(huì)對(duì)人體組織產(chǎn)生多種反應(yīng)，人體也會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生多種作用，相互作用的結(jié)果又會(huì)產(chǎn)生新的反應(yīng)，所以材料與生物體之間的相互作用是直接作用和間接作用。第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用2022/7/2010第五章 生物相容性 血小板血栓 血液反應(yīng) 凝血系統(tǒng)的激活 纖溶系統(tǒng)的激活 溶血反應(yīng) 補(bǔ)體系統(tǒng)的激活 免疫反應(yīng) 抗原抗體反應(yīng) 炎癥細(xì)胞粘附 組織反

5、應(yīng) 細(xì)胞增殖，形成偽內(nèi)膜 細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)變 材料反應(yīng) 物理性質(zhì)的變化 化學(xué)性質(zhì)的變化 生物體反應(yīng)（宿主反應(yīng)）材料與生物體之間的相互作用2022/7/2011第五章 生物相容性2、材料和生物之間的相互作用及其后果物理性質(zhì)變化 機(jī)械相互作用 急性全身反應(yīng)，急 摩擦 沖擊 曲撓 性中毒 神經(jīng)麻醉 化學(xué)性質(zhì)的變化 物理化學(xué)相互作用 慢性全身反應(yīng)PH、吸附性 溶入、吸附、浸透 慢毒性，致畸 透過性、化學(xué)反應(yīng)性 化學(xué)相互作用 急性局部反應(yīng) 分解修飾 血栓，炎癥 材料生物體2022/7/2012第五章 生物相容性3、生物學(xué)環(huán)境 生物學(xué)環(huán)境指處于生物系統(tǒng)中的材料周圍的情況和條件，包括與其接觸的體液，有機(jī)大分子、酶、

6、自由基、細(xì)胞等多種因素，當(dāng)然生物環(huán)境也受到材料自身組成和性質(zhì)的影響。如材料的降解產(chǎn)物可能改變與其鄰近體液的pH值和組成等。 生物學(xué)環(huán)境與植入的動(dòng)物種系、植入位置、應(yīng)用目標(biāo)、手術(shù)設(shè)計(jì)和創(chuàng)傷程度有關(guān)。 嚴(yán)格講，生物學(xué)環(huán)境是指植入材料在真正服役期間所能遇到的各種短期和長期條件的總和。2022/7/2013 第三章 生物相容性 第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用生物環(huán)境的基礎(chǔ)：1）是有機(jī)材料，雖然成份和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，但只是幾種元素（C、N、O和H）最優(yōu)化組合。2）大多數(shù)變化是通過能量的控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)的，受特殊的有機(jī)催化劑（酶）的作用。3)可排除對(duì)自然發(fā)展無用或有害的物質(zhì)。生物系統(tǒng)之間還存在著相互作用與依

7、賴。 生物體自身是一個(gè)完整的體系，對(duì)外來材料會(huì)引發(fā)局部的或系統(tǒng)水平的生物體反應(yīng)。 人體外部環(huán)境是我們熟悉的世界，大多數(shù)材料是無機(jī)物，并且被部分或全部氧化，外部環(huán)境主要與物理過程有關(guān)，沒有一種主動(dòng)的環(huán)境控制系統(tǒng)，所有變化靠擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，原子種類繁多，結(jié)構(gòu)化學(xué)成分多樣化，但沒有結(jié)構(gòu)和成分最優(yōu)化的跡象。2022/7/2014 第五章 生物相容性 第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用生物環(huán)境的種類 準(zhǔn)確定義一種材料或儀器所作用的生物環(huán)境是很困難的，原因之一是缺乏體內(nèi)環(huán)境及其局部變化的具體知識(shí)，因?yàn)榫植孔兓菫榱苏{(diào)節(jié)生命所必需的動(dòng)態(tài)平衡。此外，人們對(duì)生物與植入物結(jié)合的認(rèn)識(shí)也存在分歧，但是在材料植入之前，應(yīng)

8、考慮以下四方面（四個(gè)級(jí)別）：a. 生理環(huán)境：受化學(xué)（無機(jī)）和熱學(xué)條件控制b. 生物生理環(huán)境：生理學(xué)條件加上適當(dāng)?shù)募?xì)胞分泌產(chǎn)物c. 生物環(huán)境：生物生理?xiàng)l件加上適當(dāng)?shù)挠猩幕钴S細(xì)胞d. 細(xì)胞周圍環(huán)境：有生命的活躍細(xì)胞周圍條件。2022/7/2015第四 章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用生物環(huán)境的關(guān)鍵要素：a. 人體的生化及力學(xué)條件： pH PO2 P CO2 人體生物力學(xué)性能b. 人體的無機(jī)成份： 生理元素：Ca、P、K、S、Na、Cl 微量元素：Mg、Fe、Zn、I、Cu、Al、V、 Ni、Mo、Ti、Co等c. 血的組成與成份： 90-92%的水， 8-10g/100ml血漿蛋

9、白質(zhì)2022/7/2016第五章 生物相容性4、材料在生物體內(nèi)的反應(yīng) 植入材料與生物環(huán)境之間相互作用的最簡單形式是材料與組織之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。 膨脹浸析 如果物質(zhì)（主要是體液）從組織進(jìn)入材料的內(nèi)部，材料就會(huì)因體積的增加而發(fā)生膨脹。即使沒有液體的吸收，材料也會(huì)從周圍的生物學(xué)環(huán)境中吸附一些成分或溶質(zhì)而發(fā)生膨脹。 如果液體進(jìn)入材料內(nèi)部或材料的某種組分溶解在組織的液相中，由于液體的浸入和吸收而使材料產(chǎn)生孔隙的過程叫做浸析。 浸析有害的一面也有利的一面。有害的一面是指材料體積增大，表面增加，粘度下降以及修復(fù)變形等現(xiàn)象。有利的一面是在藥物釋放高分子中會(huì)用這種浸析作用使藥物分子有計(jì)劃的釋放到組織中去。2022

10、/7/2017第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用腐蝕和溶解 金屬材料在體內(nèi)的重要反應(yīng)之一就是腐蝕和溶解，雖然有機(jī)材料和陶瓷也有腐蝕的問題，一般不顯著，金屬材料在體內(nèi)的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕 a. 腐蝕電化學(xué)：水溶液腐蝕是一種電化學(xué)現(xiàn)象，水溶液中發(fā)生的所有腐蝕過程都離不開電子的遷移，電解質(zhì)中形成電的回路，同時(shí)發(fā)生陽極和陰極過程。參考：pH值直接影響腐蝕：胃液pH=1.0 膽汁 尿液 pH=48 唾沫pH=5.0 組織液 pH=7.0 細(xì)胞液pH=782022/7/2018第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用b腐蝕類型：金屬材料在體內(nèi)的腐蝕一般認(rèn)為有八種類型。如金屬表面

11、發(fā)生的均勻腐蝕（全面腐蝕）；兩種金屬在電導(dǎo)液中接觸時(shí)發(fā)生的電蝕；金屬表面縫隙處發(fā)生的縫隙腐蝕；一種特殊的縫隙腐蝕點(diǎn)蝕；此外還有晶間腐蝕，浸析，沖蝕，應(yīng)力和疲勞腐蝕等。2022/7/2019第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用吸收和降解吸收：材料在生理環(huán)境中，可以借助體內(nèi)溶解，降解或被細(xì)胞吞噬而被人體吸收。通過吸收過程使植入體的功能發(fā)生改變，也可能導(dǎo)致植入體所用材料的機(jī)械強(qiáng)度降低。降解：在生理環(huán)境作用下，材料發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂，力學(xué)性能的下降等現(xiàn)象而使材料發(fā)生降解，導(dǎo)致材料的性能發(fā)生較大的變化。吸收與降解即有關(guān)系，又有區(qū)別。分子量較大的物質(zhì)人體無法吸收，而毒性降解產(chǎn)物人體也難以吸收。

12、2022/7/2020第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用生物分子與材料表面的反應(yīng) 在植入材料組織系統(tǒng)中并不存在表面（surface）而只有界面（interface）。固液界面可以在兩種特征水平上影響溶解在環(huán)境體液中的物質(zhì)，一是分子水平（315A），化學(xué)影響，二是高分子水平（15500A），力學(xué)性能方面。2022/7/2021第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用（i）分子水平化學(xué)方面的影響 取決于具體材料的表面化學(xué)組成結(jié)構(gòu)和離子電荷分布，無論是材料的凝血作用還是致癌作用，都是材料的副作用，要減少這些副作用，材料可以引入調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)的各種分子因素，以直接激發(fā)細(xì)胞活性。

13、 2022/7/2022第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用典型的分子變化 有機(jī)大分子的變性：蛋白質(zhì)受熱或局部化學(xué)活性的變化，分子無法恢復(fù)到原始或固有的狀態(tài)，這種分子稱為變性分子，盡管變性分子的化學(xué)成份是正?；蚪咏?，但變性分子會(huì)引發(fā)各種生物反應(yīng)。 有機(jī)金屬化合物的形成：許多金屬腐蝕的產(chǎn)物都是有機(jī)金屬絡(luò)合物或化合物，如鐵血紅蛋白絡(luò)合物。有些金屬絡(luò)合物的形成，會(huì)導(dǎo)致許多新的生物學(xué)反應(yīng)。2022/7/2023第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用（ii）界面力學(xué)狀況 在固液界面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)比分子尺度要大的多，因?yàn)槌朔肿佑绊懲猓诠?液界面還具有表面能或表面張力。表面

14、張力決定著表面的吸附性能，因而影響材料與組織之間的界面張力，進(jìn)而影響組織的功能。2022/7/2024第五章 生物相容性第二節(jié) 生物材料與生物體間的相互作用5宿主反應(yīng) 材料植入體內(nèi)會(huì)引起活體系統(tǒng)對(duì)材料的反應(yīng)，包括植入材料附近的局部組織反應(yīng)及整個(gè)活體全身的反應(yīng)?？赡馨l(fā)生的宿主反應(yīng)有多種類型，如局部反應(yīng)、全身毒性反應(yīng)、過敏反應(yīng)、致畸反應(yīng)、致癌反應(yīng)等。 宿主反應(yīng)是由植入材料的化學(xué)組成，分子及其部分結(jié)構(gòu)在生物環(huán)境下被釋放進(jìn)入組織引起的。 宿主反應(yīng)有積極的一面，如新血管內(nèi)膜在人工動(dòng)脈表面生長，組織長入多孔材料的孔隙，結(jié)果有利于組織的再生和重建。也有消極的一面，如對(duì)組織機(jī)體的中毒作用、排斥作用等。2022

15、/7/2025第五章 生物相容性第二節(jié) 生物材料與生物體間的相互作用5宿主反應(yīng) 傷口愈合過程 向人體中植入材料，必須引起組織的破壞，整個(gè)手術(shù)的成功與否取決于組織反應(yīng)的種類和程度，所以宿主反應(yīng)最重要的是傷口愈合過程。 1）炎癥：當(dāng)組織受傷時(shí)，其周圍的細(xì)胞會(huì)作出反應(yīng)進(jìn)行修復(fù)，一個(gè)對(duì)任何傷害都具有的瞬時(shí)反應(yīng)就稱為炎癥反應(yīng)。 炎癥反應(yīng)的結(jié)果使組織紅腫、發(fā)燒、局部痛疼。 炎癥產(chǎn)生：機(jī)體受傷后，毛細(xì)血管收縮（阻止血液泄漏）即發(fā)生腫脹，伴隨腫脹，血清從毛細(xì)血管中泄漏出來，泄漏的液體與移動(dòng)的白細(xì)胞和死組織一起組成滲泌液，一旦通過細(xì)胞溶解積聚起足夠的細(xì)胞，滲泌液變成膿。 炎癥會(huì)導(dǎo)致很嚴(yán)重的組織損傷。2022/7

16、/2026第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用2）細(xì)胞修復(fù) 傷害發(fā)生后，間質(zhì)細(xì)胞很快變成可遷移的成纖維細(xì)胞，該細(xì)胞移動(dòng)至受傷處，在血液和組織細(xì)胞釋放酶的作用下，纖維蛋白原轉(zhuǎn)化成纖維蛋白，移動(dòng)的成纖細(xì)胞利用纖維蛋白搭成組織框架，在此框架上沉積膠原，新的毛細(xì)管就形成了，傷口愈合的影響因素很多，如粘度、張力等。2022/7/2027第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用對(duì)植入物的全身反應(yīng) 身體不同部位對(duì)植入物的反應(yīng)差異很大，與材料的化學(xué)成份、微觀宏觀結(jié)構(gòu)關(guān)系也十分密切。1） 細(xì)胞對(duì)植入的反應(yīng)：細(xì)胞對(duì)植入材料的反應(yīng)與傷口愈合過程密切相關(guān)。如典型的組織反應(yīng)就是多形態(tài)核白血球在植

17、入部位出現(xiàn)，隨后異體巨細(xì)胞也會(huì)出現(xiàn)。如果植入材料對(duì)組織呈物理和化學(xué)惰性，則不會(huì)形成異體巨細(xì)胞，僅形成一薄層膠原狀組織包裹住植入物。如植入物對(duì)周圍組織有某些刺激作用，植入部位會(huì)產(chǎn)生炎癥。2022/7/2028第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用2）植入材料的系統(tǒng)效果： 植入材料不僅能通過對(duì)細(xì)胞的作用而引發(fā)對(duì)組織的影響，而且還能引發(fā)系統(tǒng)效果，如生物降解材料植入體內(nèi)會(huì)釋放出大量對(duì)人體系統(tǒng)有影響的物質(zhì)。如甲基異丁烯酸鹽會(huì)引發(fā)明顯的血壓降低，高分子材料的添加劑對(duì)系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)超過分子本身。2022/7/2029第五章 生物相容性第二節(jié) 材料與生物體間的相互作用 6、生物相容性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)生物相容

18、性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)包括體外試驗(yàn)和動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)。（1）體外試驗(yàn) 包括溶出物測(cè)定、溶血試驗(yàn)、細(xì)胞毒性試驗(yàn)等。材料溶出物測(cè)定：一般是使材料在模擬體液中溶解，測(cè)定材料主要組分的濃度或溶出的量；溶血試驗(yàn)：將測(cè)試材料與血液細(xì)胞直接接觸，通過測(cè)定紅細(xì)胞釋放出的血紅蛋白的量，檢測(cè)材料溶血作用細(xì)胞毒性：將測(cè)試材料與血液細(xì)胞直接接觸，或?qū)⒃嚇硬牧系慕杭拥絾螌优囵B(yǎng)的細(xì)胞上，觀察材料對(duì)細(xì)胞的抑制和細(xì)胞形態(tài)的變化。2022/7/2030第五章 生物相容性第二節(jié) 生物材料與生物體間的相互作用 6、生物相容性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)（2）動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)：包括急性全身毒性試驗(yàn)、刺激試驗(yàn)、致突變?cè)囼?yàn)、肌肉埋植試驗(yàn)、致敏試驗(yàn)和長期體內(nèi)試驗(yàn)等。 急性全身

19、實(shí)驗(yàn)是將一定量的材料浸提液注射到小白鼠內(nèi)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)觀察小白鼠致殘情況。 刺激試驗(yàn)是將材料與有關(guān)組織接觸，或?qū)⒉牧系慕嵋鹤⑷胗嘘P(guān)組織內(nèi)，觀察組織是否出現(xiàn)紅腫，出血、變性、壞死等癥狀。 致突變?cè)囼?yàn)是檢測(cè)基因突變 肌肉埋植試驗(yàn)是進(jìn)一步了解組織反應(yīng)。2022/7/2031第五章 生物相容性 第一、二節(jié)思考題生物相容性的基本概念和所包括的內(nèi)容是什么？材料在生物體內(nèi)的反應(yīng)主要有哪些？影響宿主反應(yīng)主要因素是什么？2022/7/2032第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 1、引言基本概念：組織相容性是衡量材料能否作為生物材料應(yīng)用的一個(gè)重要條件，是生物材料必備的最基本條件之一。 組織相容性一般是指材料與

20、活體組織之間相互容納的程度，即材料的植入或接觸對(duì)組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的影響程度。一般而言，影響程度越小，組織相容性就越好。2022/7/2033第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)：組織是由細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)組成，眾多細(xì)胞是由細(xì)胞間質(zhì)組合在一起構(gòu)成一細(xì)胞群體。細(xì)胞是組織的結(jié)構(gòu)和功能單位，人體內(nèi)的細(xì)胞有上千種，各種細(xì)胞具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。細(xì)胞間質(zhì)是由細(xì)胞產(chǎn)生的非細(xì)胞物質(zhì)，包括纖維、基質(zhì)和不斷流動(dòng)的體液（血漿、淋巴、組織液等），它們參與構(gòu)成細(xì)胞生存的微環(huán)境，起支持、聯(lián)系、營養(yǎng)和保護(hù)細(xì)胞的作用，對(duì)細(xì)胞的分化、運(yùn)動(dòng)、信息溝通也有重要的影響。2022/7/2034第五章 生物相容性第三節(jié)

21、 組織相容性 組織微環(huán)境：組織微環(huán)境的穩(wěn)定是保持細(xì)胞增殖、分化、代謝和功能活動(dòng)的重要條件，微環(huán)境成分的異常變動(dòng)也可使細(xì)胞發(fā)生病理變化，材料的植入對(duì)生物體的最直接影響就是破壞細(xì)胞的微環(huán)境，進(jìn)而影響人體系統(tǒng)和器官。 眾所周知，幾種組織相互結(jié)合組成器官，共同完成某種功能的一些器官互相聯(lián)系起來構(gòu)成系統(tǒng)，各種器官和系統(tǒng)雖功能不同，但相互之間有聯(lián)系也有影響。人體就是在神經(jīng)系統(tǒng)和激素的調(diào)節(jié)下相互協(xié)同作用完成人類的正常的功能活動(dòng)。對(duì)組織微環(huán)境的影響最終的表現(xiàn)就是器官和組織的病變和系統(tǒng)的變化。2022/7/2035第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 組織相容性的評(píng)價(jià)：包括材料在組織生理?xiàng)l件下的老化以及組織由于

22、材料的存在而產(chǎn)生的生物學(xué)反應(yīng)等兩個(gè)雙向不同的方面，組織的生物學(xué)反應(yīng)除了全身性的毒性外，更多的是材料周圍組織的局部反應(yīng)。如炎癥、纖維性包囊、免疫、誘變甚至癌病等。值得注意的是：同一材料在體內(nèi)不同部位以及接觸時(shí)間長短的不同，其組織相容性也是不一樣的，因此應(yīng)用條件的不同，對(duì)組織相容性的要求也不一樣。2022/7/2036第四章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性2、 組織反應(yīng) 組織反應(yīng)是宿主反應(yīng)的一種，主要表現(xiàn)是組織的壞死，產(chǎn)生肉芽腫或腫瘤。組織反應(yīng)的根源仍然是細(xì)胞的變形和細(xì)胞微環(huán)境的變化。組織反應(yīng)的過程一般分為物理過程和化學(xué)過程。2022/7/2037第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 材料在組織中的

23、反應(yīng)過程 化學(xué)過程 物理過程浸出物、降解物的作用 比表面、形狀、光滑度及運(yùn)動(dòng)作用 輕微炎癥 細(xì)胞消化 纖維被膜 纖維長入 含有有毒物質(zhì) 嚴(yán)重炎癥 過度纖維變性 組織壞死，產(chǎn)生肉芽腫或腫瘤2022/7/2038第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 材料與周圍組織的作用材料植入體內(nèi)如心血管外體系炎 癥細(xì)胞消化或酶解植入體、轉(zhuǎn)化成代謝物排出體外形成由外物的組織囊膠原纖維會(huì)包圍植入體，形成被膜，把正常組織與植入體隔開不會(huì)被很快代謝掉（無毒）材料含有毒物質(zhì)會(huì)造成組織壞死發(fā)生突變引起癌癥高分子植入體往往與囊之間附著極少，受外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生纖維囊變?cè)?，影響組織的局部供血系統(tǒng)引起腫瘤纖維囊鈣化變硬，引起機(jī)械性不匹

24、配即發(fā)生疼痛由于缺乏正常的供血，植入部可發(fā)生持續(xù)性感染由于循環(huán)不暢、材料變性產(chǎn)物會(huì)蓄積在纖維囊內(nèi)，形成腫脹。2022/7/2039第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 材料引起的感染：感染是植入材料在臨床上最常見的主要并發(fā)癥之一，有大約10%的植入患者發(fā)生感染，有些感染可被抗生素和宿主的自身免疫所抑制，材料不必取出，但有些感染也經(jīng)常發(fā)生功能損失，心血管血流材料引起感染會(huì)使患者死亡。引發(fā)感染的因素很多，發(fā)生感染的機(jī)理還不清楚，但以下幾個(gè)方面應(yīng)引起注意：（i）材料的消毒，保證材料無菌，細(xì)菌感染加重。（ii）感染部位可由巨噬細(xì)胞與炎癥細(xì)胞的相互作用而抑制炎癥，但植入體可能限制了巨噬細(xì)胞的遷移，使其難

25、以產(chǎn)生抗感染生理過程。（iii）材料的形態(tài)與感染有關(guān)：單纖維材料比有孔或復(fù)合纖維材料具有更強(qiáng)的抗感染能力。（iv）材料的浸出物、降解產(chǎn)物也會(huì)引起感染，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無源性感染。2022/7/2040第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 材料引發(fā)的鈣化(calcification)材料表面形成鈣化常使材料喪失功能，使植入失敗。生物體內(nèi)產(chǎn)生的病理鈣化有兩種： 轉(zhuǎn)移性鈣化：由組織中鈣含量增加而產(chǎn)生。 營養(yǎng)不良鈣化：由營養(yǎng)供應(yīng)受阻而產(chǎn)生。植入材料一般不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移性鈣化，而是營養(yǎng)不良鈣化。按鈣化的形成因素可將鈣化分為兩種：（i）內(nèi)源性鈣化：指由材料本身的因素所引起的鈣化。 （ii)外源性鈣化：指材料以外的因

26、素所引起的鈣化。 2022/7/2041第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 例如：人工心臟聚氨酯表面上鈣化過程：沉積細(xì)胞死亡PH值改變吸附鈣質(zhì)材料和血液接觸表面有細(xì)胞沉積長時(shí)間后形成無定形磷酸鈣鹽 結(jié)晶型磷酸鈣羥基磷灰石2022/7/2042第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 影響鈣化的因素：（i）材料的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，應(yīng)力存在處先發(fā)生鈣化。（ii）材料表面的缺陷：由于缺陷能加速細(xì)胞沉積。（iii）剪切應(yīng)力，局部過熱，而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。 （iv）凝血加速鈣化，血小板吸附。 （v）體液的鈣、磷含量，成骨素、脂質(zhì)和脂蛋白，也是加速鈣化的原因。 2022/7/2043第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性

27、 阻止或延緩鈣化的措施 （i）抗血小板聚集的藥物可防止血小板在材料表面的聚積，因而可防鈣化。（ii）表面活性劑的處理：表面活性劑可防止細(xì)胞在材料表面的粘附。（iii）減少生物體固定時(shí)的壓力，因而減小材料表面的缺陷。 （iv）在局部使用鈣通道阻滯劑可防止內(nèi)源性鈣化。（v）材料交聯(lián)時(shí)選擇環(huán)氧而不用戊二醛，因后者可使組織變硬。值得注意的是，有些材料的鈣化是我們所期望的。如牙科、矯形、上頜面、耳鼻喉科應(yīng)用的材料，這些材料通 過鈣化與組織結(jié)合在一起。2022/7/2044第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 材料的致癌性（carcinoma）初步觀察表明植入物引起癌變的原因有以下幾種：（i）材料的外形：

28、粉末或海綿的材料幾乎不會(huì)發(fā)生惡性腫瘤，纖維狀的材料也很少發(fā)生，片狀材料最易發(fā)生。植入材料表面變粗糙或變軟時(shí)，腫瘤的潛伏起延長，但發(fā)病率并不降低。 （ii）埋植的方法：連續(xù)放置的片比打孔的片惡性腫瘤的發(fā)生率要高。（iii）實(shí)驗(yàn)觀察明確了腫瘤發(fā)生率和組織反應(yīng)后形成的纖維組織包膜的厚度及成熟度有直接關(guān)系。高多孔材料的組織包膜很少發(fā)生纖維化，無孔板材明顯纖維化。（iv）被致癌物質(zhì)污染或在生物老化過程中釋放致癌物質(zhì)的高分子材料埋植在動(dòng)物內(nèi)會(huì)引起惡性腫瘤。2022/7/2045第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 避免癌變措施，首先尋求致癌機(jī)理，找出本質(zhì)原因。 （i）不要采用連續(xù)相鄰的片狀材料埋植法。 （

29、ii）材料與生物組織之間盡量減小間隙，且不要發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 （iii）材料的存在要使周圍組織的生態(tài)環(huán)境盡量不受影響。 （iv）材料不溶解出有刺激性乃至有毒的物質(zhì)。2022/7/2046第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 3、組織相容性材料（1）基本要求 材料不僅要完成所需要的功能，而且在提內(nèi)還必須是惰性的組織與材料之間無任何作用，因而對(duì)組織無任何影響。（早期論點(diǎn)：材料越惰性，組織對(duì)材料的容納程度越大）。被動(dòng)的容納！ 在臨床實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，植入體內(nèi)的材料必須與相鄰的組織有密切的結(jié)合才能發(fā)揮長期的功效和較好的穩(wěn)定性，因此材料表面因具有較好的反應(yīng)活性以保證材料與組織之間有較好的結(jié)合。主動(dòng)的結(jié)合！ 本體

30、材料盡量惰性，材料表面有好的反應(yīng)活性2022/7/2047第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 3、組織相容性材料（2）惰性材料純金屬：金 鈦 鉑。 合金：鈦鋁釩合金；鈷鉻鉬合金；鈷鉻鎳 合金；鈷鉻鎳合金。陶瓷：礬土；瓷；上釉碳；熱解石墨。高分子材料：聚四氟乙烯；聚乙烯；聚丙 烯；聚甲基丙烯酸甲酯； 有機(jī)硅樹脂等。2022/7/2048第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 3、組織相容性材料（2）表面活性材料陶瓷材料的表面噴涂改性。金屬材料的表面處理。高分子材料的表面修飾與接枝。復(fù)合材料的研制。 2022/7/2049第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 3、組織相容性材料（3）展望 天然材料

31、的改性 天然材料與合成材料的雜化 仿生材料的制備 材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)與宿主反應(yīng)之間 的關(guān)系2022/7/2050第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 4、 影響組織反應(yīng)的因素： 材料中的雜質(zhì)：雜質(zhì)的存在不僅會(huì)加速材料本身在體內(nèi)的老化，而且還會(huì)加劇組織的生物學(xué)反應(yīng)。 物理力學(xué)性能：材料的硬度、模量、彈性等應(yīng)與其周圍組織盡可能匹配。 形狀：薄膜由于其阻隔作用而容易改變周圍組織的正常生理環(huán)境，削弱其營養(yǎng)供應(yīng)，而銳利的邊角則會(huì)使其周圍組織造成損傷而加劇其組織反應(yīng)。 表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)：粗糙不均勻的表面會(huì)加劇其周圍組織的反應(yīng)。 高分子材料本體的化學(xué)結(jié)構(gòu)：主要影響其體內(nèi)的老化穩(wěn)定性，而對(duì)其組織生物學(xué)反應(yīng)的影響不十

32、分明顯。 材料表面的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。2022/7/2051第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 5、組織與材料界面： 材料表面與蛋白質(zhì)等生物大分子及細(xì)胞之間的相互作用是導(dǎo)致組織生物學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)所在，由于材料表面的組成和分子結(jié)構(gòu)以及它所吸附的蛋白質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)難以測(cè)定，因此，它們與組織生物學(xué)反應(yīng)十分復(fù)雜，甚至其中有的機(jī)理直至目前還不清楚。但是，細(xì)胞和材料表面的結(jié)合方式主要有以下幾種。2022/7/2052第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 5、組織與材料界面 暫時(shí)附著界面：若采用的材料生物相容性較差，當(dāng)材料植如入人體后肌體組織立即產(chǎn)生強(qiáng)烈的異物反應(yīng)，組織或細(xì)胞與材料的附著是短暫的，在較短的時(shí)間

33、內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)，是一種失敗的界面附著形式。 纖維結(jié)合界面：若使用的材料生物相容性不佳，或材料的表面形態(tài)與植入部位的要求不符，材料植入人體后會(huì)在材料的表面形成很厚的結(jié)締組織包裹層，隨著時(shí)間的延長，上述包裹層不僅不消失，而且還逐漸變密，鈣化，阻礙了材料與機(jī)體組織之間的物質(zhì)代謝，最終因積液、炎癥、壞死等，材料被排異，是一種不良的結(jié)合形式。2022/7/2053第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 5、組織與材料界面： 組織接觸界面：生物惰性材料植入體內(nèi)后，材料與組織的接觸界面有薄層纖維組織形成，有時(shí)還會(huì)有不同程度的鈣鹽沉積，該界面屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時(shí)間的延長纖維層逐漸變薄或消失，但在界面處無新

34、生組織生長，組織形成緩慢，是一種有效的界面結(jié)合形式。 組織結(jié)合界面：當(dāng)材料具有組織誘導(dǎo)性能時(shí)，材料與組織之間不僅有良好的接觸界面，而且可以誘導(dǎo)新組織的形成，材料與組織之間形成穩(wěn)定的結(jié)合界面，是一種理想的結(jié)合形式。2022/7/2054第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 5、組織與材料界面： 生物性結(jié)合界面：該結(jié)合界面要求材料必須具有人體組織的多相結(jié)構(gòu)和生理活性物質(zhì)，能參加到生命過程中的分子、原子的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律之中，不斷交換能量和物質(zhì)，進(jìn)入正常的人體新陳代謝，使材料和肌體組織界面形成生物性的結(jié)合，納入肌體的一部分而長期生理功能和作用，是最理想的界面結(jié)合形式。2022/7/2055第五章 生物相

35、容性第三節(jié) 組織相容性 6、 組織相容性的評(píng)價(jià)方法組織相容性的安全性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)剛頒布了一系列的評(píng)價(jià)方法，但有一些也可參考，美國、英國、加拿大聯(lián)合制訂的生物相容性評(píng)價(jià)方法，現(xiàn)簡單介紹如下：急性全身毒性：用材料和/或材料浸提液，通過單一或多種途徑，由動(dòng)物模型做試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其有害作用，只是對(duì)小動(dòng)物作初步的整體安全性觀察。刺激試驗(yàn)：利用上述浸提液作家兔皮內(nèi)刺激試驗(yàn)，按注射部位紅斑、疤痛與水腫的形成程度把被檢品刺激性分為五個(gè)等級(jí)。2022/7/2056第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 6、 組織相容性的評(píng)價(jià)方法細(xì)胞毒性：由細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、測(cè)定細(xì)胞溶解（死亡），抑制細(xì)胞生長和其它毒性，在細(xì)胞株選

36、用，細(xì)胞培養(yǎng)操作方法以及結(jié)果判斷均有不少改進(jìn)，但迄今仍無一個(gè)統(tǒng)一完善的方法。局部毒性試驗(yàn)： 將材料植入到適當(dāng)部位或組織，觀察790天，最后用光學(xué)顯微境和電子顯微鏡評(píng)價(jià)材料對(duì)活體組織的局部毒性作用，但要有“標(biāo)準(zhǔn)樣”作參比。2022/7/2057第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 6、 組織相容性的評(píng)價(jià)方法致突試驗(yàn)：用哺乳動(dòng)物或非哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，測(cè)定由材料或/和材料浸提液引起的基因突變，染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化或遣傳毒性。亞慢性、慢性毒性：方法同急性全身毒性試驗(yàn)只是實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，前者是比動(dòng)物壽命的10%少一天的時(shí)間，后者是不少于動(dòng)物壽命的10%（如大鼠2年，小鼠18個(gè)月，狗7年的生存期）。 20

37、22/7/2058第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 6、 組織相容性的評(píng)價(jià)方法致癌基因的生物評(píng)價(jià)：致癌基因包括芳香胺，多環(huán)結(jié)構(gòu)，多核芳香族碳水化合物，堿性物質(zhì)，黃曲霉素，鹵化碳水化合物，金屬（Ni，Co，Ca）。由單一途徑或多種途徑，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物整個(gè)生存期間，測(cè)之材料或/和材料浸提液對(duì)基因突變的作用。 生殖和發(fā)育毒性：主要是對(duì)計(jì)劃生育材料的毒性刺激性試驗(yàn)，如避孕藥物、緩釋藥物等。2022/7/2059第五章 生物相容性第三節(jié) 組織相容性 思考題1、材料與組織之間的界面結(jié)合形式有幾種？ 并簡述其內(nèi)容。2、組織相容性材料的基本要求是什么？3、為什么說生物大分子改性材料的組織相 容性一般較好？20

38、22/7/2060第五章 生物相容性第四節(jié) 血液相容性2022/7/2061 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性 材料方面：類型、形態(tài)、表面組成、物理、 組織相容性 化學(xué)及力學(xué)性能 生物系統(tǒng)：動(dòng)物種類、植入部位、受體狀況、 存留時(shí)間和使用環(huán)境等 抗凝血能力：材料表面抑制血管內(nèi)血液形成 生物相容性 血液相容性 血栓的能力 不損傷血液成份的功能：即材料對(duì)血液的溶血 現(xiàn)象，血小板機(jī)能降低，白細(xì)胞暫時(shí)性 減少，白細(xì)胞功能不降，對(duì)血液成份的 破壞。 免疫相容性 材料在與活體接觸時(shí)，不能影響或破壞活體的 免 疫系統(tǒng)。 2022/7/2062 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性1、體液與內(nèi)環(huán)境： 人

39、體內(nèi)的液體稱為體液。約占人體重量的60%，其中細(xì)胞內(nèi)占2/3，稱為細(xì)胞內(nèi)液；細(xì)胞外的1/3稱為細(xì)胞外液，主要分為組織液和血漿兩大部分。組織液是存在于組織細(xì)胞周圍的組織間隙中的液體，包括淋巴液和腦脊液。細(xì)胞所需要的營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣均有細(xì)胞外液直接供給，細(xì)胞的代謝產(chǎn)物也直接排至細(xì)胞外液中。細(xì)胞外液是細(xì)胞直接生存的環(huán)境，稱為人體的內(nèi)環(huán)境。2022/7/2063 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液2、血液與內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定 人體的外環(huán)境變化劇烈，但人體的內(nèi)環(huán)境只能在一定范圍內(nèi)變化，必須維持內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定是在神經(jīng)和體液的調(diào)節(jié)下，通過各器官系統(tǒng)的活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的，是維持正常生命的基本條件

40、。人體的外環(huán)境通過胃、腸、肺、腎等與血液進(jìn)行物質(zhì)交換，血液又不斷與組織液進(jìn)行物質(zhì)交換，而組織也與細(xì)胞內(nèi)液進(jìn)行物質(zhì)交換。 營養(yǎng)物質(zhì) 營養(yǎng)物質(zhì)人體外環(huán)境 血液 組織液 細(xì)胞內(nèi)液 代謝產(chǎn)物 代謝產(chǎn)物2022/7/2064 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液3、血液的組成及理化性能 血液有血漿和血細(xì)胞兩部分組成。 （1） 血漿 血漿的組成：9092%的水；溶質(zhì)占810%（血漿蛋白68%；非蛋白有機(jī)物12%；無機(jī)鹽0.9%）。蛋白中的白蛋白主要功能是維持血漿膠體滲透壓，球蛋白參與人體的免疫作用，纖維蛋白與血液凝固有關(guān)，無機(jī)鹽保持血漿晶體滲透壓、酸堿度以及 神經(jīng)肌肉的正常興奮。非蛋白有機(jī)物主要

41、是尿酸、尿素、肌酸、肌酐、氨基酸氨和膽紅素等。 血漿的滲透壓：血漿中的多種溶質(zhì)顆粒有相當(dāng)大的滲透壓，由晶體物質(zhì)（電解質(zhì)、葡萄糖和尿素等）形成的滲透壓叫晶體滲透壓，由膠體物質(zhì)（蛋白類）形成的滲透壓叫膠體滲透壓，兩者之和叫血漿滲透壓。2022/7/2065 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液3、血液的組成及理化性能 （1） 血漿血漿滲透壓的生理意義：晶體滲透壓的生理意義：毛細(xì)管壁能使水分子和晶體物質(zhì)自由通過，所以毛細(xì)管兩側(cè)（血漿和組織液之間）的晶體滲透壓基本相等。紅細(xì)胞及一般細(xì)胞的細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)的通透有一定的選擇性，一般水分子能通過，而晶體物質(zhì)難以通過。若細(xì)胞外液的晶體滲透壓改變，就會(huì)影

42、響水分子進(jìn)出細(xì)胞，因而使細(xì)胞的功能和形態(tài)發(fā)生變化。若細(xì)胞外液的滲透壓低于血漿滲透壓時(shí)，細(xì)胞外液中的水分就會(huì)進(jìn)入紅細(xì)胞，使紅細(xì)胞膨脹，體積變大，嚴(yán)重時(shí)紅細(xì)胞會(huì)被脹破，使血紅蛋白逸出，這種現(xiàn)象就叫溶血。2022/7/2066 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液3、血液的組成及理化性能 （1） 血漿膠體滲透壓的生理意義：膠體滲透壓一般較小，在正常情況下血漿蛋白是不能通過毛細(xì)血管壁的，一般血漿中的蛋白濃度也比組織液中的蛋白濃度高，因此可使組織液中水分進(jìn)入血管內(nèi)，保持血管內(nèi)的血容量。若膠體滲透壓下降，由組織液進(jìn)入毛細(xì)血管的水份減少，而保留在細(xì)胞間隙中的水份增多，形成水腫，反之引起組織脫水。2

43、022/7/2067 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液3、血液的組成及理化性能（2）血細(xì)胞: 紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板紅細(xì)胞：無細(xì)胞核和細(xì)胞器，呈雙凹型圓盤，中間薄，邊緣厚，直徑約8微米，主要功能是輸送氧氣和二氧化碳，對(duì)血液的酸堿度有緩沖作用，發(fā)揮作用的是紅細(xì)胞中的血紅蛋白。細(xì)胞數(shù)量（5.0101012/L)，當(dāng)紅細(xì)胞數(shù)量或血紅蛋白含量低于正常范圍時(shí)成為貧血白細(xì)胞：無色有核細(xì)胞，體積比紅細(xì)胞大，在血液中呈球型，數(shù)量較少，（4.010109/L)。白細(xì)胞數(shù)量變化相對(duì)紅細(xì)胞而言要大，但也有相對(duì)的穩(wěn)定值，疾病會(huì)使其變化較大。白細(xì)胞的功能通過吞噬及免疫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人體的防御功能。血小板：骨髓

44、中細(xì)胞質(zhì)脫落下來的小塊，呈雙面凸起的圓形或橢圓型，無細(xì)胞核，直徑24微米，成人的血小板數(shù)量100300109/L，血小板的功能主要是促進(jìn)止血和參與凝血。2022/7/2068 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液3、血液的組成及理化性能（3）血量、血型與血壓：血量：人體內(nèi)的血液總量，約為體重78%。血管中流動(dòng)的血液叫循環(huán)血液；滯留在肝、肺、腹腔靜脈以及皮下靜脈，流動(dòng)較慢，血細(xì)胞比容較高的血量叫儲(chǔ)存血量；失血10%，血壓不會(huì)明顯下降，失血20%，會(huì)出現(xiàn)臨床癥狀，若失血30%，又不能及時(shí)搶救，會(huì)有生命危險(xiǎn)。血型：血型是細(xì)胞膜上特異抗原的類型。紅細(xì)胞，白細(xì)胞和血小板以及一般組織都有血型。血

45、型分為兩個(gè)系統(tǒng)：ABO血型系統(tǒng)和Rh血型系統(tǒng),前者是依據(jù)紅細(xì)胞膜上凝集原的有無和類型劃分，后者的抗原結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，分為C c D d E e六種血型。2022/7/2069 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性一、血液（3）血量、血型與血壓血型的一般常識(shí)： 雙親和子女間血型的關(guān)系雙親血型 子女可能有的血型 子女不可能有的血型OO O A B ABOA O A B ABOB O B A ABOAB A B O AB AA O A B ABAB O A B ABAAB A B AB OBB O B A ABBAB A B AB OABAB A B AB O2022/7/2070 第五章 生物相容

46、性 第四節(jié) 血液相容性（3）血量、血型與血壓血壓：液體在管內(nèi)的流動(dòng)的動(dòng)力是管道兩端存在的壓力差，同樣血液在血管的流動(dòng)也靠壓力差，動(dòng)脈中的壓力最高，小動(dòng)脈、毛細(xì)管中的壓力依次減小，靜脈中壓力最低，正是這種壓力差，促使血液從動(dòng)脈經(jīng)毛細(xì)血管流向靜脈，最后返回心臟。血管內(nèi)的壓力就是血壓，一般是指動(dòng)脈血壓（血液對(duì)動(dòng)脈血管壁的側(cè)壓力）。在每一心動(dòng)周期中，動(dòng)脈血壓隨著心室的收縮和舒張而發(fā)生規(guī)律性的波動(dòng)。心收縮時(shí)動(dòng)脈血壓升高，達(dá)到的最高值稱為收縮壓；心舒張時(shí)動(dòng)脈血壓達(dá)到的最低值稱為舒張壓。正常人收縮牙90130mmHg 舒張壓6080mmHg （1mmHg=0.133kPa) 2022/7/2071 第五章

47、生物相容性 第四節(jié) 血液相容性二、血液的凝固與抗凝1、血液凝固：血液流出血管后，逐漸由流體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴荒芰鲃?dòng)的膠凍狀的血塊，這一過程稱為凝血。凝血過程需要許多稱為凝血因子的物質(zhì)參與，一般認(rèn)為有12種，除一種是鈣離子外，其余均為蛋白質(zhì)。2、血液凝固的基本過程： 凝血過程基本上分為三個(gè)階段：凝血酶原激活有兩個(gè)途徑：完全依賴血漿內(nèi)的凝血因子逐步使因子X激活而發(fā)生凝血的過程稱為內(nèi)源性凝血；需要依靠血管外組織釋放的因子III來參與因子X激活的過程稱為外源性凝血。凝血酶原激活物的形成凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟咐w維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白2022/7/2072 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性二、血液的凝固與抗

48、凝2、血液凝固的基本過程：（1）凝血酶原激活物的形成內(nèi)源性凝血 ：當(dāng)血管壁損傷暴露出膠原纖維時(shí)，能促使血小板破裂并釋放血小板因子，此因子在鈣離子與血漿中的有關(guān)因子相互作用下凝血酶原激活物形成（凝血酶原酶復(fù)合物），稱為內(nèi)源性凝血。外源性凝血：當(dāng)血管破裂伴隨血管外組織損傷時(shí)，組織細(xì)胞釋放出組織因子III進(jìn)入血液, 在鈣離子存在下互相作用形成凝血酶原酶復(fù)合物，稱為外源性凝血。（2）凝血酶原轉(zhuǎn)化為凝血酶：存在與血漿中的凝血酶原是沒有活性的，而凝血酶原復(fù)合物可催化凝血酶原轉(zhuǎn)化為具有活性的凝血酶。（3）纖維蛋白的形成：血漿中呈溶解狀態(tài)的纖維蛋白原在凝血酶和鈣離子的作用下，轉(zhuǎn)變成不溶性的絲狀纖維蛋白。這些絲

49、狀的不溶纖維蛋白相互交織成網(wǎng)，將細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)形成血凝塊。2022/7/2073 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性2、血液凝固的基本過程兩個(gè)系統(tǒng)示意圖： 內(nèi)源性凝固系統(tǒng) 外源性凝固系統(tǒng) 纖維蛋白 不溶性細(xì)絲 狀 蛋白形成血栓 組織損傷產(chǎn)生組織因子（組織凝血活素與血液中一些凝血因子在Ca+存在下相互作用組織凝血酶原激活物存在于血漿中的許多凝血因子，以與損傷的血管表面接觸為起點(diǎn)，在血小板因子和Ca+存在下，相互作用，形成血漿酶原激活物血漿凝血因子與血小板因子 血漿凝血因子+組織因子（有I-X種） Ca+ Ca+ 血漿凝血酶原激活物 組織凝血酶原激活物在肝臟中合成，存在于血漿中，但在血漿中無活性

50、凝血酶原Ca+凝血酶原激活 凝血酶Ca+凝血酶纖維蛋白原 網(wǎng)羅血細(xì)胞 2022/7/2074 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性二、血液的凝固與抗凝3、人體的抗凝血機(jī)制：正常情況下，血液是不會(huì)在血管中凝固的，原因很多，主要有以下幾個(gè)方面：a. 血管內(nèi)膜的多相結(jié)構(gòu)使其具有親水、光滑、荷電等特點(diǎn)，從而不破壞血小板，也不使血漿蛋白變性，不激活凝血因子。b. 血流速度快，血小板不易在血管壁上大量粘附，血漿中的凝血因子也不易在局部聚集而相互作用。c. 人體內(nèi)含有血液凝固的物質(zhì)。如肝素、抗凝血酶、纖維蛋白溶酶（使纖維蛋白重新斷裂而溶解）。d.其它物理、化學(xué)方法：血液降溫可減緩凝血速度，如設(shè)法除去Ca+

51、，（如草酸鹽），檸檬酸可與Ca+形成終合物。2022/7/2075 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性二、血液的凝固與抗凝4、血液凝固的加速與抗凝；加速凝血的方法：利用粗糙面（溫鹽水紗布或明膠海棉等）壓迫傷口，因?yàn)榇植诿婵梢约せ钅承┮蜃雍痛偈寡“褰怏w，溫?zé)崮芗铀倜复俜磻?yīng)，有利于止血。注射維生素K可加速肝臟合成某些因子，加速凝血。延緩或防止凝血的方法：在凝血過程中，鈣離子始終起催化作用，是造成凝血的關(guān)鍵因素，所以，消除血液中的鈣離子可延緩凝血，甚至可以防止血液的凝固。一般用草酸或檸檬酸鹽，與鈣離子形成沉淀或絡(luò)合物。2022/7/2076 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性二、血液的凝固

52、與抗凝5、纖維蛋白的溶解：已經(jīng)凝固的血塊，在一定的條件下可以重新液化，該液化過程叫做纖維蛋白溶解（簡稱纖溶）。纖溶的過程有兩個(gè)基本階段：血漿中的纖溶酶原激活物 纖溶酶纖維蛋白纖維蛋白原纖溶酶纖維蛋白降解產(chǎn)物2022/7/2077 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性三、材料導(dǎo)致的凝血材料與血液接觸 血漿蛋白快速吸附在材料表面，產(chǎn)生白蛋白、球蛋白及各種蛋白的競(jìng)爭(zhēng)吸附。球蛋白纖維蛋白原導(dǎo)致凝血 血小板吸附，血小板在材料表面受到刺激，激活變得粘性，變形，由圓形變成有偽足的多孔狀圓形進(jìn)而釋放APP*，使更多的血小板變形。血栓的形成 凝血因子 被 活 化凝血因子X被活化 血纖維蛋白沉積血板小放出凝血因

53、子，血小板變形、聚集后釋放血小板因子，血小板因子*，這兩種因子促進(jìn)血液凝固，與此同時(shí)，血小板變形，表面膜破裂，釋放血小板因子，引發(fā)內(nèi)源性激活。紅血球粘附 紅細(xì)胞發(fā)生破壞產(chǎn)生溶血溶血產(chǎn)生的紅細(xì)胞素 2022/7/2078 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系含水結(jié)構(gòu)：含水或親水性材料表面具有較好的抗凝血性能。 眾所周知，血管壁具有良好的血液相容性，只要了解血管內(nèi)壁的形態(tài)，就能更好的了解含水結(jié)構(gòu)對(duì)血液相容性的影響。血管壁的界面自由能非常低，大約在0.10.3 Pa，如此低的界面自由能是血管壁與血液相容的重要原因。 血管壁內(nèi)皮細(xì)胞最外層含有大量的碳水化合物，如含

54、有羥基基因的糖鏈，它處在異常的吸水膨潤狀態(tài)，向細(xì)胞外液伸展，該糖鏈富含水類似于水凝膠，厚度大約100300A，凝膠層的水與血管內(nèi)皮、血小板、紅細(xì)胞中的水處同一狀態(tài)，因而血管內(nèi)皮、細(xì)胞成分和血的界面能極，低界面上無蛋白質(zhì)吸附和變性。因而不會(huì)吸附血小板，不會(huì)形成凝血因子，應(yīng)具有較好的抗凝血性能。 一般而言，水凝膠中的含水率影響血小板的吸附與變性。2022/7/2079 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系表面電荷 正常血管壁內(nèi)皮電位為-8-13mv，血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷后膠原組織外露，電位變?yōu)檎姟ｋS即形成血栓。細(xì)胞電泳的測(cè)定可知：紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板在泳場(chǎng)中均

55、向陽極移動(dòng)，它們表面均帶負(fù)電荷。對(duì)凝血影響較大的血小板研究證明血小板表面含有唾液酸而帶負(fù)電荷。因此，帶負(fù)電的紅白細(xì)胞、血小板在帶有適當(dāng)負(fù)電荷的材料表面上，粘附較為困難，但是容易粘附在表面帶有正電荷的材料上，進(jìn)而繼發(fā)凝血與血栓形成。2022/7/2080 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系表面電荷 從減少血小板粘附角度看，負(fù)電荷表面可以提高材料的抗凝血性，但是與此相反，內(nèi)源性凝血因子在帶負(fù)電荷的材料上易活化并進(jìn)而激發(fā)血小板活化，這意味著表面帶有負(fù)電荷的材料不一定就具有好的抗凝血能力。 2022/7/2081 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的

56、結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系表面電荷怎樣的表面才能具有良好的抗凝血性呢？ 內(nèi)源性凝血因子接觸活化過程中，PK與因子、HMW復(fù)合物的尺寸在50100A左右，而血小板的尺寸是23um，所以有人提出具有抗凝血性的材料表面應(yīng)具有負(fù)、正離子鑲嵌結(jié)構(gòu)，在此構(gòu)造下，為抑制血小板粘附材料總體呈負(fù)電狀，而在局部微觀上為防止凝血因子活化，在100A范圍內(nèi)帶正電荷。 2022/7/2082 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系 表面張力與界面自由能 （I）表面張力：指物質(zhì)表面層微粒間存在的一種平行于表平面的力。它導(dǎo)致液體表面的緊縮，從而維持了最小表面積的一定界面，即表面張力的大小

57、反 映了表面自動(dòng)收縮趨勢(shì)的大小。 （II）比表面自由能：表示產(chǎn)生單位面積新表面使體內(nèi)自由能的增加?；蛘弑硎疚镔|(zhì)在本體相內(nèi)的微粒移位至表面層（非膨脹）而形成單位面積新表面所需消耗的可逆功。對(duì)于平衡表面，表面張力與表面自由能在數(shù)學(xué)值上是相等的，只是在作用上概念不同。 2022/7/2083 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系 表面張力與界面自由能（III）接觸角和濕潤式浸潤所謂接觸角，即從固液氣三相的交界處，由固液界面經(jīng)過液體內(nèi)部至液氣界面的夾角稱為接觸角（）。90，可以認(rèn)為液體對(duì)本身躺著的固體是不濕潤的。90，即為可被濕潤，越小液體對(duì)固體的濕潤程度越大。當(dāng)

58、=0或=180時(shí)，則稱為完全濕潤和完全不濕潤。當(dāng)=0固液界面的粘附力與液體的內(nèi)聚功等同，在這種情況下，S-S，L-L和S-L間分子的的相互作用力是相同的，當(dāng)=180時(shí)，液固兩相之間沒有相互作用，固體不被液體浸潤。浸潤：固體浸入液體，使原有的g-s界面由液固界面所代替，甚至在某些多孔性生物的孔隙也浸入大量的液體，這個(gè)過程稱為浸潤。2022/7/2084 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性 表面張力與界面自由能（III）接觸角和濕潤式浸潤研究表明，材料表面張力值越大，凝血時(shí)間越短，也就是表面能越大，固體表面和血液接觸越容易凝血形成血栓，因?yàn)楸砻婺艿偷牟牧暇哂幸种蒲“逭掣降淖饔?。但也有例外：?/p>

59、向同性碳臨界表面張力較高約為5.0 Pa，而嵌段聚醚聚氨酯和聚酯聚甲基硅氧烷共聚物的臨界表面張力大約為2.32.8Pa，若單從表面張力判斷，各向同性碳的抗凝血性能應(yīng)較差，但事實(shí)與其相反。2022/7/2085 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系親水性和疏水性材料表面與血液接觸后，由于血液中蛋白濃度大于血小板，蛋白擴(kuò)散速度也大于血小板，所以材料表面首先吸附血漿蛋白，而后是血小板粘附，釋放血小板因子而凝血。一般而言，親水性表面要比疏水性表面吸附蛋白量少，但也有人發(fā)現(xiàn)，不同性能的材料表面表現(xiàn)出對(duì)不同蛋白的吸附性能，如：白蛋白易吸附在親水區(qū)，阻止血小板粘附，-球

60、蛋白在疏水區(qū)選擇吸附，易使血小板粘附。超疏水表面同樣具有較好的血液相容性，可能是因?yàn)榻缑孀杂赡芴螅鞍撞灰自诒砻嫖?，即材料表面與蛋白或血小板之間的粘附功遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于血液內(nèi)部的內(nèi)聚功。2022/7/2086 第五章 生物相容性 第四節(jié) 血液相容性四、材料的結(jié)構(gòu)與血液相容性之間的關(guān)系親水性和疏水性 材料表面親、疏水鍵段的運(yùn)動(dòng)能力亦是影響抗凝血性能的一個(gè)重要因素，只要其表面高分子鍵段的運(yùn)動(dòng)接近液體狀態(tài)，血小板就很難粘附在這類材料的表面，即使材料的含水率一樣，表面分子運(yùn)動(dòng)能力大的材料上所粘附的血小板亦小。若將材料表面分子的運(yùn)動(dòng)與上述水的運(yùn)動(dòng)情況結(jié)合起來考慮，對(duì)研究血小板在材料表面的粘附問題是很有意義的