《医用材料生物学基础－蔡伟 第三章医用植入材料与人体间的相互作用（3）.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医用材料生物学基础－蔡伟 第三章医用植入材料与人体间的相互作用（3）.ppt（20页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 哈尔滨哈尔滨工业大学工业大学材料学院材料学院 材料物理与化学材料物理与化学二二OO六六年十月年十月第三章 相互作用1炎症与伤口愈合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2炎症与伤口愈合生物体（宿主）反应生物体（宿主）反应 界面反应界面反应凝血凝血 纤维蛋白、血小板等纤维蛋白、血小板等炎性反应炎性反应 中性粒细胞、吞噬
2、细胞中性粒细胞、吞噬细胞纤维囊纤维囊 成纤维细胞激活分泌胶原成纤维细胞激活分泌胶原局部的宿主反应局部的宿主反应远端和全身的影响远端和全身的影响组织聚积、组织聚积、致癌、致敏致癌、致敏蛋白质吸附蛋白质吸附到材料表面上到材料表面上材料的侵出物材料的侵出物过膜转运过膜转运与细胞中的蛋白质与细胞中的蛋白质共价结合共价结合 引言引言第三章 相互作用3炎症与伤口愈合受伤受伤 血液与材料相互作用血液与材料相互作用 慢性炎症慢性炎症 急性炎症急性炎症 暂时性基质形成暂时性基质形成 肉芽组织肉芽组织 纤维包囊形成纤维包囊形成 机体的防御反应机体的防御反应 第三章 相互作用4炎症与伤口愈合植入材料引起炎症的机理和
3、规律植入材料引起炎症的机理和规律正常伤口的愈合过程正常伤口的愈合过程植入过程植入过程组织切开、移走受损的组织组织切开、移走受损的组织周围组织周围组织伤口愈合过程伤口愈合过程 植入体改变和延长植入体改变和延长炎症炎症修复阶段修复阶段植入体植入体刺激原持续存在刺激原持续存在 基基本本相相似似 第三章 相互作用5炎症与伤口愈合身体对局部微身体对局部微脉管系统脉管系统和和组织组织细胞细胞损伤的最初反应损伤的最初反应正常伤口的愈合过程正常伤口的愈合过程组织在结构上组织在结构上和功能上修复损伤和功能上修复损伤炎症炎症修复阶段修复阶段 组组织织、血血管管破破坏坏,血血液液流流出出（纤纤维维蛋蛋白白原原、激激
4、活活血血小小板板、淤淤积积红红细细胞胞）凝凝血血（在在凝凝血血酶酶的的作作用用下，纤维蛋白下，纤维蛋白原原变为不溶纤维网）变为不溶纤维网）血血管管膨膨胀胀,中中性性粒粒细细胞胞、血血浆浆蛋蛋白白及及细细胞胞外外液液中中炎炎性性介介质质从从管管壁壁渗渗出出，炎炎性性介介质质通通过过趋趋化化过过程程把把巨巨噬细胞噬细胞大量吸引到受损伤部位大量吸引到受损伤部位急性炎性反应期。急性炎性反应期。第三章 相互作用6炎症与伤口愈合身体对局部微身体对局部微脉管系统脉管系统和和组织组织细胞细胞损伤的最初反应损伤的最初反应正常伤口的愈合过程正常伤口的愈合过程组织在结构上组织在结构上和功能上修复损伤和功能上修复损伤
5、炎症炎症修复阶段修复阶段 毛毛细细血血管管长长入入受受伤伤区区域域，开开始始血血管管的的再再生生和和组组织的修复过程，织的修复过程，成成纤纤维维细细胞胞分分泌泌胶胶原原（结结缔缔组组织织的的基基本本结结构构蛋蛋白），白），炎炎症症过过程程在在修修复复再再建建的的过过程程中中消消退退，结结果果形形成成一层纤维结缔性瘢痕组织。一层纤维结缔性瘢痕组织。第三章 相互作用7炎症与伤口愈合 随随着着时时间间的的推推移移，细细胞胞群群体体的的种种类类发发生生变变化化，在在几几个个小小时时之之内内，中中性性白白细细胞胞占占主主导导地地位位；一一天天左左右右，巨巨噬噬细细胞胞等等其其它它吞吞噬噬细细胞胞大大量量
6、增增加加，这这些些细细胞胞大大量量吞吞噬噬和和消消化化和和去去除除受受伤伤组组织织的的死死细细胞胞和其它产物。和其它产物。第三章 相互作用8炎症与伤口愈合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章 相互作用9炎症与伤口愈合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10炎症与伤口愈合第三章 相互作用11炎症与伤口愈合慢性期：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
7、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12炎症与伤口愈合不同植入
8、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无毒不降解的固体材料植入体绝对绝对惰性的惰性的材料材料：纯钛、高纯氧化铝纯钛、高纯氧化铝、特殊等级的聚四氟乙烯、聚乙烯等特殊等级的聚四氟乙烯、聚乙烯等第三章 相
9、互作用13炎症与伤口愈合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生物活性较强较强慢性炎症慢性炎症14第三章 相互作用15炎症与伤口愈合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
10、，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16炎症与伤
11、口愈合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
12、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
13、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17炎症与伤口愈合暂时附着界面暂时附着界面:不不合合格格的的医医用用生生物物材材料料植植入入生生物物体体内内,组组织织立立即即产产生生强强烈烈的的异异物物反反应应或或毒毒性性反反应应,界界面面只只是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
14、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:植植入入体体内内的的生生物物材材料料表表面面被被很很厚厚的的纤纤维维结结缔缔组组织织层层所所包包裹裹,随随着着时时间间的的延延长长,此此包包囊囊层层变变厚厚逐逐渐渐致致密密,钙钙化化,阻阻碍碍材材料料与与机机体体组组织织间间的的物物质质代代谢谢,最最终终因因炎炎症症积积液液,坏坏死死而而被被排排异异,是是一一种种不不良良的的界面结合形式。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18炎症与伤口愈合骨接触界面骨接触界面:生生物物惰惰性性材材料料,与与各各组组织织形形成成薄薄层层纤纤维维组组织织界界面面或或伴伴有有不不同同
15、程程度度钙钙盐盐沉沉积积。但但随随时时间间的的延延长长,纤纤维维层层逐逐渐渐变变薄薄或或消消失失,还还可可能能在在界界面面上上形形成成薄薄层层骨骨,缺缺乏乏明明显显的的新新生生细细胞胞生生长长,骨骨形形成成缓缓慢慢,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:植植入入磷磷钙钙成成分分的的结结构构材材料料时时,其其类类似似于于人人体体骨骨的的无无机机成成分分和和结结构构,亲亲骨骨性性好好,新新生生细细胞胞活活跃跃,骨骨生生长长明明显显,材材料料与与骨骨组组织织间间很很快快形形成成稳稳定定的的骨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
16、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19炎症与伤口愈合生物性结合界面生物性结合界面:植植入入这这种种材材料料,要要求求材材料料必必须须具具有有人人体体组组织织的的多多相相结结构构和和生生理理活活性性物物质质,能能参参加加到到生生命命过过程程中中的的分分子子,原原子子的的运运动动变变化化规规律律之之中中,不不断断交交换换能能量量和和物物质质或或产产生生相相互互组组合合,进进入入正正常常的的人人体体代代谢谢,使使材材料料与与机机体体组组织织界界面面形形成成生生物物性性粘粘合合,纳纳入入机机体体的的一一部部分分而而长长期期发发挥挥生生理理功功能能作作用用,这这是是理理想想的界面结合形式。的界面结合形式。生物材料生物材料组织组织界面界面第三章 相互作用20炎症与伤口愈合