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1、医用材料生物学基础蔡医用材料生物学基础蔡伟第三章医用植入材料与伟第三章医用植入材料与人体间的相互作用人体间的相互作用3 3第三章 相互作用炎症与伤口愈合2医用植入材料医用植入材料与人体间的相互作用与人体间的相互作用一、生物相容性概念和原理二、植入材料与组织界面反应三、三、植入材料引起的炎症与伤口愈合植入材料引起的炎症与伤口愈合四、四、植入材料引起的感染、钙化和肿瘤植入材料引起的感染、钙化和肿瘤五、植入材料的病理学反应五、植入材料的病理学反应第三章第三章第三章 相互作用炎症与伤口愈合9数数量量纤维原细胞纤维原细胞修复修复炎症炎症胶原质胶原质毛细管毛细管单核细胞单核细胞噬中性粒细胞噬中性粒细胞第三
2、章 相互作用炎症与伤口愈合10纤维原细胞纤维原细胞巨噬细胞巨噬细胞第三章 相互作用炎症与伤口愈合11第三章 相互作用炎症与伤口愈合12慢性期：慢性期：两周后材料表面可能发生的良性和恶性变化两周后材料表面可能发生的良性和恶性变化 恶性恶性变化：形成肉芽组织和发生钙化等变化：形成肉芽组织和发生钙化等 植入材料引起的反应阶段植入材料引起的反应阶段超急性期：超急性期：两小时内材料与组织和血液接触的作用两小时内材料与组织和血液接触的作用 材料表面引起蛋白材料表面引起蛋白, ,细胞和其它血液成分的沉积细胞和其它血液成分的沉积 材料与血液和组织接触后引起凝血系统、补体、材料与血液和组织接触后引起凝血系统、补
3、体、 酶、纤维蛋白原等的激活以及血细胞功能改变。酶、纤维蛋白原等的激活以及血细胞功能改变。急性期急性期：两周内植入体引起体液及细胞成分的变化两周内植入体引起体液及细胞成分的变化 良性良性变化：材料表面形成惰性表面变化：材料表面形成惰性表面; ; 恶性恶性变化：材料表面形成血栓等。变化：材料表面形成血栓等。第三章 相互作用炎症与伤口愈合13不同植入材料引起的反应不同植入材料引起的反应蛋白质蛋白质吸附吸附急性急性炎性炎性反应被诱发反应被诱发毛细血管芽开始毛细血管芽开始血管血管的再生和组织的修复过程的再生和组织的修复过程受到植入体的干扰，形成的血管网发生改变受到植入体的干扰，形成的血管网发生改变成纤
4、维细胞被激活，开始分泌新的胶原，成纤维细胞被激活，开始分泌新的胶原，胶原纤维沿着植入体表面平行生长，胶原纤维沿着植入体表面平行生长， 形成薄的形成薄的纤维囊纤维囊 无毒不降解的固体材料植入体绝对无毒不降解的固体材料植入体绝对惰性的惰性的材料：材料：纯钛、高纯氧化铝、特殊等级的聚四氟乙烯、聚乙烯等纯钛、高纯氧化铝、特殊等级的聚四氟乙烯、聚乙烯等14不同植入材料引起的反应不同植入材料引起的反应降解产物降解产物反应产物反应产物 微量的残留单体微量的残留单体催化剂残留物催化剂残留物游离添加剂游离添加剂表面污染物表面污染物 材料发生降解：材料发生降解：炎性和修复过程炎性和修复过程 细胞和细胞外成分的活性
5、细胞和细胞外成分的活性组织组织去除去除炎症持续存在炎症持续存在, ,不严重不严重导致生成较厚的纤维囊导致生成较厚的纤维囊反应产物的聚积反应产物的聚积轻微生物活性轻微生物活性无临床症状无临床症状生物活性较强生物活性较强慢性炎症慢性炎症第三章 相互作用炎症与伤口愈合15第三章 相互作用炎症与伤口愈合16包膜囊受到压力包膜囊受到压力, ,植入物活动植入物活动纤维囊变厚，血液供应受阻、生物化学副产物积蓄引起纤维囊变厚，血液供应受阻、生物化学副产物积蓄引起肿瘤肿瘤纤维囊纤维囊钙化钙化硬变，机械性能不相匹配而引起局部疼痛硬变，机械性能不相匹配而引起局部疼痛血供受阻血供受阻, ,植入物可发生持续性植入物可发
6、生持续性感染感染纤维囊壁或界面产物蓄积形成纤维囊壁或界面产物蓄积形成肿胀肿胀植入体植入体炎症反应炎症反应组织组织代谢物排出体外代谢物排出体外细胞聚集、消化和酶解材料细胞聚集、消化和酶解材料材料含有毒性物质材料含有毒性物质组织坏死组织坏死, ,发生突变发生突变, ,引起癌症引起癌症材料稳定不被代谢材料稳定不被代谢胶原纤维形成包膜囊胶原纤维形成包膜囊第三章 相互作用炎症与伤口愈合17炎症炎症纤维组织囊壁形成纤维组织囊壁形成材料降解材料降解周边组织反周边组织反应应天然珊瑚羟基磷灰石天然珊瑚羟基磷灰石A A手术法手术法7 7d d 囊壁囊壁14d 14d 囊壁完整囊壁完整30d 30d 囊壁变薄囊壁变
7、薄90d-360d90d-360d囊壁菲薄囊壁菲薄,为胶原纤维组织为胶原纤维组织E E镍镍- 钛合金类、钛合金类、G G胶原止血海绵胶原止血海绵H H硅橡胶硅橡胶中中D D镍镍- 钛记忆合金钛记忆合金F F血管支架血管支架优优羟基磷灰石类羟基磷灰石类30 天至天至90 天囊壁结天囊壁结缔组织增生反应仍缔组织增生反应仍较明显较明显,壁厚壁厚,劣劣 7 d材料呈材料呈大片状被大片状被囊壁包裹囊壁包裹,分解的小分解的小颗粒被巨颗粒被巨噬细胞吞噬细胞吞噬噬- -多核巨多核巨细胞反应。细胞反应。1490d材材料分解成料分解成小片小片,分别分别被多个小被多个小囊壁包裹。囊壁包裹。180360 天材料减天材
8、料减少少,有的植有的植入点乃至入点乃至消失消失 材料及增生材料及增生的纤维结缔的纤维结缔组织囊壁压组织囊壁压迫引起肌肉迫引起肌肉组织变性和组织变性和萎缩萎缩,D D、F F、G G30 天天已缓解已缓解,60 天天基本消失基本消失,而而优优于对照材于对照材料。料。ABC90 天仍天仍见肌细胞轻见肌细胞轻度萎缩度萎缩,而而劣劣于于对照材料。对照材料。羟基磷灰石生物陶瓷羟基磷灰石生物陶瓷B B手术法手术法+7d羟基磷灰石义眼台羟基磷灰石义眼台C C手术法手术法+7d镍镍- 钛记忆合金钛记忆合金D D注射法注射法-7d镍镍- 钛合金颅骨钉钛合金颅骨钉E E注射法注射法+7d镍镍- 钛合金血管支架钛合
9、金血管支架F F注射法注射法-7d胶原止血海绵胶原止血海绵注射法注射法G G+7d硅橡胶硅橡胶 H H注射法注射法0/7d第三章 相互作用炎症与伤口愈合18暂时附着界面暂时附着界面: : 不合格的医用生物材料植入生物体内不合格的医用生物材料植入生物体内, ,组织组织立即产生强烈的异物反应或毒性反应立即产生强烈的异物反应或毒性反应, ,界面只是界面只是暂时性附着暂时性附着, ,在短时间内就产生排异作用而消失在短时间内就产生排异作用而消失纤维结合界面纤维结合界面: : 植入体内的生物材料表面被很厚的纤维结缔植入体内的生物材料表面被很厚的纤维结缔组织层所包裹组织层所包裹, ,随着时间的延长随着时间的
10、延长, ,此包囊层变厚逐此包囊层变厚逐渐致密渐致密, ,钙化钙化, ,阻碍材料与机体组织间的物质代谢阻碍材料与机体组织间的物质代谢, ,最终因炎症积液最终因炎症积液, ,坏死而被排异坏死而被排异, ,是一种不良的是一种不良的界面结合形式。界面结合形式。 生物材料生物材料组织组织界面界面第三章 相互作用炎症与伤口愈合19骨接触界面骨接触界面: : 生物惰性材料生物惰性材料, ,与各组织形成薄层纤维组织与各组织形成薄层纤维组织界面或伴有不同程度钙盐沉积。但随时间的延长界面或伴有不同程度钙盐沉积。但随时间的延长, ,纤维层逐渐变薄或消失纤维层逐渐变薄或消失, ,还可能在界面上形成薄还可能在界面上形成
11、薄层骨层骨, ,缺乏明显的新生细胞生长缺乏明显的新生细胞生长, ,骨形成缓慢骨形成缓慢, ,是是一种有效的界面结合形式。一种有效的界面结合形式。骨结合界面骨结合界面: : 植入磷钙成分的结构材料时植入磷钙成分的结构材料时, ,其类似于人体其类似于人体骨的无机成分和结构骨的无机成分和结构, ,亲骨性好亲骨性好, ,新生细胞活跃新生细胞活跃, ,骨生长明显骨生长明显, ,材料与骨组织间很快形成稳定的骨材料与骨组织间很快形成稳定的骨结合界面结合界面, ,是目前比较理想的界面结合形式。是目前比较理想的界面结合形式。 生物材料生物材料组织组织界面界面第三章 相互作用炎症与伤口愈合20生物性结合界面生物性
12、结合界面: : 植入这种材料植入这种材料, ,要求材料必须具有人体组织要求材料必须具有人体组织的多相结构和生理活性物质的多相结构和生理活性物质, ,能参加到生命过程能参加到生命过程中的分子中的分子, ,原子的运动变化规律之中原子的运动变化规律之中, ,不断交换能不断交换能量和物质或产生相互组合量和物质或产生相互组合, ,进入正常的人体代谢进入正常的人体代谢, ,使材料与机体组织界面形成生物性粘合使材料与机体组织界面形成生物性粘合, ,纳入机纳入机体的一部分而长期发挥生理功能作用体的一部分而长期发挥生理功能作用, ,这是理想这是理想的界面结合形式。的界面结合形式。 生物材料生物材料组织组织界面界面21 结束语结束语