BIOOD生物工程

生物工程141程琳,BIOOD,血液的组成成分及其作用,血液由血细胞和血浆组成，合称全血；血细胞悬浮于血浆中，有红细胞、白细胞和血小板,血浆血浆相当于结缔组织的细胞间质，为浅黄色液体，其中除含有大量水分以外，还有无机盐、纤维蛋白原、白蛋白、球蛋白、酶、激素、各种营养物质、代谢产物等。这些物质无一定的形态，但具有重要的生理功能。1L血浆中含有900910g水（90%91%）。6585g蛋白质（6.5%8.5%）和20g低分子物质(2%).低分子物质中有多种电解质和小分子有机化合物,如代谢产物和其他某些激素等。血浆中电解质含量与组织液基本相同。由于这些溶质和水分都很容易透过毛细血管与组织液交流，这一部分液体的理化性质的变化常与组织液平行。在血液不断循环流动的情况下。血液中各种电解质的浓度，基本上代表了组织液中这些物质的浓度。,血细胞血细胞分为三类：红细胞、白细胞、血小板。1、红细胞呈双面凹陷的圆盘状，直径约为7.5微米，没有细胞核，细胞质内没有细胞器而有大量血红蛋白。血液的颜色就是由血红蛋白决定的。血红蛋白具有与氧和二氧化碳结合的能力。所以红细胞能供给全身组织所需要的氧，并带走组织内所产生的二氧化碳。3、血小板也称血栓细胞，在流动的血液中呈双面凸的圆盘状，侧面看呈梭形，直径2-4微米。血小板的功能是参与止血与凝血。,2、白细胞在血液中呈球形，能以变形运动穿过毛细血管壁进入周围组织中。根据细胞质中是否含有特殊颗粒，可把白细胞分为粒细胞和无粒细胞。粒细胞分为中性粒细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞。中性粒细胞呈圆形，直径约10-12微米，细胞核形态不一，细胞质内的特殊颗粒细小、分布均匀；具有活跃的变形运动和吞噬能力，当机体某一部分受到细菌侵犯时，以变形运动穿出毛细血管并吞噬细菌。嗜酸粒细胞呈圆形，直径约10-15微米，细胞核多为两叶，颗粒粗大、大小一致、分布均匀；也能以变形运动穿出毛细血管，但吞噬能力较差，当机体出现过敏性反应或寄生虫感染，数量往往增多，估计有减轻过敏反应和杀伤虫体的作用。嗜碱粒细胞呈圆形，直径约10-11微米，细胞核形状很不规则，颗粒大小不等、分布不均匀；特殊颗粒内含有肝素、组织胺、和慢反应物质。肝素具有抗凝血作用，有利于血液保持液体状态。组织胺和慢反应物质参与过敏反应。无粒细胞分为两种，淋巴细胞和单核细胞。,动脉血与静脉血的主要区别是：动脉血含氧合血红蛋白较多，故呈鲜红色；而静脉血含氮离血红蛋白较多，故呈紫蓝色。经过毛细血管中的血液每100毫升含的氧离血红蛋白若到心脏的血液与从心脏泵入动脉系统的血液是平衡的。这种进出心脏的血量为什么能取得平衡呢？在前面已经谈到心脏的泵血量取决于心室肌的收缩力量，而心肌的收缩力又取决于心室肌纤维的初长度。在一定范围内心室肌初长度增加，心肌的收缩力也增加，这现象称为心定律。心室肌纤维的初长度与进入心室的血量有关，进入的血量多，则心室舒张末期的容积增大，此时心室肌的初长度即增加，故心室收缩时力量增大，泵出的血量自然增大。相反，当回心血量少时心室的充盈量也减少，故心室舒张末期容积减小，心室肌的初长度减小，收缩力减弱，被泵出的血量自然减少。可见进出心脏血量的平衡是通过改变心室肌纤维的初长度来实现的。它不受神经与体液因素的影响，只取决于进入心室的血量，所以进入量与泵出量能取得平衡。若这种平衡不能维持则出现病理状态。如果回心血量大于泵出血量，则静脉系统出现淤血，肝肿大，心衰的病人可发生这种情况。,输血,血管,结构及特点,血管壁属于生物软组织，其最大的特点就是具有粘弹性。意义：心血管疾病的病理机制、诊断与治疗与血管力学性质相关,血管组成的材料、结构和力学性质,结构为多层复合、中空的管道血管壁内层内皮细胞、基质膜中层弹性纤维、胶原纤维、平滑肌外层松弛的结缔组织,决定了血管的力学性质,三种组分的比例,一、血管壁的组成和一般结构：,血管壁从内向外分为内、中、外膜。(一)内膜：1、内皮：单层扁平上皮。光镜结构：细胞核居中，有核的地方稍微隆起，无核的地方很薄，呈梭形。,电镜结构：胞质内有丰富的吞饮小泡。小泡由细胞游离面或基底面的细胞膜内凹形成，有向血管内外输送物质的作用。,内皮细胞表面有胞质突起和细胞衣。细胞间有紧密连接和缝隙连接。胞质内有丰富的高尔基复合体，粗、滑面内质网。有成束的微丝，具有收缩功能，调节血管通透性。,2、内皮下层：薄层结缔组织，3、内弹性膜：由弹性蛋白组成，并有许多小孔，是内、中膜的分界。（二）中膜：因血管种类不同，它的厚度和成分也不一样。大A以弹性膜为主，中A以平滑肌为主，与内脏平滑肌相比，细且有分支。1、中A的平滑肌类似于成纤维细胞，可以产生胶原纤维、弹性纤维和基质。2、当平滑肌向内膜迁移增生时，引起动脉硬化。,（三）外膜：为疏松结缔组织，其中的弹性纤维和胶原纤维呈螺旋状或纵向分布，其中的成纤维细胞有修复膜的能力，有的A在中、外膜交界处可以看到由弹性纤维组成的外弹性膜。,弹性纤维、胶原纤维、平滑肌的空间结构,弹性纤维-存在裂隙胶原纤维-皱成波纹状网络平滑肌-螺旋状结构,平滑肌弹性纤维胶原纤维,胶原纤维,皱成波纹状网络血管一般扩张压不伸展血管扩张一定程度伸展到原有长度产生张力继续扩张产生极大张力阻碍血管进一步扩张,各组分含量对血管力学性质的影响,图例如胸主动脉弹60%胶40%胸外血管弹30%胶70%,图,平滑肌含量：主动脉大动脉分置动脉,主动脉,小动脉,毛细血管,小静脉,静脉,内皮,弹性组织,平滑肌,纤维组织,主动收缩舒张控制小动脉直径变化，甚至血管闭锁,局部供血不足,图应力松弛曲线,当血管壁径向扩张增大时，刚性很快增加的原因,血管壁的张力,两部分组成弹性张力TE平滑肌产生的主动张力TA弹性张力周向张力轴向张力,周向张力和压力、半径的关系,动脉血管的顺应性,C=dv/dp表示主动脉血管的可扩张能力越远离心脏，顺应性越差,血管壁的粘弹性,应力松弛蠕变滞后环,三种组分应力松弛曲线,三种组分应力应变曲线,不同动脉应力松弛.,人工血管,人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE）等合成材料人工制造的血管代用品，适用于全身各处的血管转流术。,目前用机器编织的人工血管有两种：一种是平织，又称机织；织物纤维紧密，具有丰富的伸展性，多孔性细致而小，但其断端容易松散，呈毛刷状，质地坚硬、缝合困难。另一种是针织，又称线圈编织。用纤维作线圈式编织，伸展性较差，多孔性大，质地柔软，其断端不易松散、缝合容易,最初用的材料为尼龙(Nylon)，后因其稳定性差，在机体内被破坏，缺点很多因而废弃。目前普遍应用的人工血管材料为聚酯及聚四氟乙烯，大多数使用的是针织人工血管。,人工血管的应用,（1）动脉疾病：用替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来来恢复血液的通路从而来治疗胸主动脉、腹主动脉、骼动脉等血管段。动脉疾病，如动脉栓塞或者动脉瘤。（2）静脉疾病：可以替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来治疗静脉疾病，如布加氏综合症。（3）动静脉瘘：可以运用在慢性肾病的血液透析过程中，在四肢部分连接自身动脉和静脉，形成一条可反复穿刺的血液透析通路,新型人工血管,（1）碳涂层血管可以显著显著提高血管开通率。均匀镶嵌于血管内壁的碳原子与血管壁有机的结合成一体，具有良好的生物相容性，与组织无反应。碳涂层微弱的负电荷排斥血小板在管壁的沉积，有效减少血栓形成机会；碳涂层不利于平滑肌细胞生长和播散，减少间质增生，可以显著显著提高血管开通率。,（2）蛋白或明胶涂层血管由于一般合成人工血管的生物相容性尚未达到理想状态，所以可以在这些高分子材料表面接上一层生物材料，以进一步提高其生物相容性，这就是生物混合型人工血管。一般所接的人工涂层包括以下几种：白蛋白，可提高人工血管的抗凝性能；纤维连接蛋白，可促进内膜形成，进而抑制凝血的发生；胶原蛋白，能促进内膜形成，防止凝血发生，还能提高人工血管的顺应性；明胶，有促进细胞黏附和生长的功能，从而在植入后能诱导内膜形成，防止凝血。,（3）袖状血管特别的袖状由电脑三维立体模型设计，优化流出道血流动力学，减少吻合口处内膜增生，显著增加开通率。且内膜附碳涂层，减少血小板沉积。,血液凝固机制,血液凝固的化学本质是溶胶状态的纤维蛋白原转变为凝胶状态的纤维蛋白，催化此反应的主要是凝血酶。而正常血液中以无活性的凝血酶原形式存在，在一定条件下被激活而成为凝血酶。凝血酶原激活物是由活化的凝血固子与磷脂胶粒和钙形成的复合物。因此，凝血因子的活化是导致血液凝固的触发机制。据触发凝血过程的方式不同，又有内源性(intrinsic)与外源性(extrinsic)凝血之分。内源性凝血指因心血管内膜受损或血液抽出体外接触异物表面而触发的，仅有血管内凝血因子参与的凝血过程；而外源性凝血则指有受损组织释放的组织凝血活素所参与的凝血过程。血液凝固过程的梗概可图解如下图：,1.凝血因子的活化本质上为蛋白质的有限水解，而许多凝血因了本身既是蛋白酶，又是酶作用的底物。这些本质为蛋白酶的凝血因子(、)的氨基酸顺序很相似，与许多丝氨酸蛋白酶同源；活性中心的丝氨酸残基参与肽键的水解。C端约250个氨基酸残基同源性很高，是具有催化活性的结构域。而N端的氨基酸序列变化较大，决定各凝血因子作用底物的专一性。它们催化的反应需Ca2+和磷脂参加。2.磷脂胶粒(内源性途径由血小板，外源性途径由组织凝血活素提供)使活化反应在胶粒表面进行，大大提高反应速度，而Ca的作用在于促进酶和底物与磷脂表面的结合。3.凝血因子活化呈瀑布效应(cascade)使血液凝固具有高效率和精密调控的特征。如右图所示。4.维生素K在内、外源性凝血中均有重要作用。5.凝血过程中的正反馈使反应不断加速，但终产物纤维蛋白有抗凝血作用。机体内凝血与抗凝血是密切联系的。,血液循环,原因及意义,双循环,人类血液循环是封闭式的，由体循环和肺循环两条途径构成的双循环。血液由左心室射出经主动脉及其各级分支流到全身的毛细血管，在此与组织液进行物质交换，供给组织细胞氧和营养物质，运走二氧化碳和代谢产物，动脉血变为静脉血；再经各级表肪汇合成上、下腔静脉流回右心房，这一循环为体循环。血液由右心室射出经肺动脉流到肺毛细血管，在此与肺泡气进行气体交换，吸收氧并排出二氧化碳，静脉血变为动脉血；然后经肺静脉流回左心房，这一循环为肺循环。,血液循环的能量,血液的流动是需要能量的，这些能量主要是心脏搏动产生的，而心脏搏动的能量归根结底又是细胞中的线粒体产生的，所以心肌细胞中的线粒体含量是相当相当多的其实线粒体也是能量产生的场所而已了，线粒体里面的活动主要是有氧呼吸的二、三阶段，哦，有氧呼吸分三个阶段：第一阶段是葡萄糖脱氢，产生还原性氢、丙酮酸和少量的ATP，这个阶段在细胞质的基质中进行。第二阶段是丙酮酸继续脱氢，同时需要水分子参与反应，产生还原性氢、二氧化碳和少量的ATP。第三阶段是前两阶段脱下的氢与氧气结合生成水，这一阶段产生了大量的ATP。,血液循环的主要功能是完成体内的物质运输。血液循环一旦停止，机体各器官组织将因失去正常的物质转运而发生新陈代谢的障碍。同时体内一些重要器官的结构和功能将受到损害，尤其是对缺氧敏感的大脑皮层，只要大脑中血液循环停止34分钟，人就丧失意识，血液循环停止45分钟，半数以上的人发生永久性的脑损害，停止10分钟，即使不是全部智力毁掉，也会毁掉绝大部分。临床上的体外循环方法就是在进行心脏外科手术时，保持病人周身血液不停地流动。对各种原因造成的心跳骤停病人，紧急采用的心脏按摩（又称心脏挤压）等方法也是为了代替心脏自动节律性活动以达到维持循环和促使心脏恢复节律性跳动的目的。,体内各器官与组织细胞进行活动，需不断供给氧与营养物质，氧来自肺泡，营养物质来自小肠粘膜的吸收。而远离肺与肠的器官又如何能得到这些物质呢？这是因为体内有完善的血液转运系统，包括大循环（体循环）与小循环（肺循环）。血液自右心室到肺动脉、肺毛细血管、肺静脉入左心房，此为肺循环。经过此循环血液获得氧。血液自左心室到主动脉、大动脉、小动脉经毛细血管与静脉系统回到右心房，此为体循环。食入的营养物质在消化道内消化后被小肠吸收，经肠系膜静脉到门静脉入肝脏，再经肝静脉到下腔静脉而进入右心房与右心室。肺循环与体循环是相互衔接的，从左心室进入动脉的血液既含有丰富的氧也含有丰富的营养物质。经分布到全身各器官与组织的毛细血管，将动脉血输送给它们，以满足其需要，使其正常的机能活动得以维持。,微循环，是指微动脉和微静脉之间的血液循环，是血液与组织细胞进行物质交换的场所。,微循环的基本功能是进行血液和组织液之间的物质交换。正常情况下，微循环的血流量与组织器官的代谢水平相适应，保证各组织器官的血液灌流量并调节回心血量。如果微循环发生障碍，将会直接影响各器官的生理功能。,微循环的调节主要通过神经和体液调节血管平滑肌的舒缩活动来影响微循环的血流量。（1）神经调节：交感神经支配微动脉、后微动脉和微静脉的平滑肌，并以微动脉为主。当交感神经兴奋，平滑肌收缩，血管口径变小。由于交感神经对微动脉的收缩作用大于微静脉，使微循环中的血流量减少，血压下降。反之，为循环中血流量增多，血压上升。（2）体液调节：有缩血管物质，如儿茶酚胺等；舒血管药物，如乳酸、CO2和缺O2等。在微循环的血管中，微动脉和微静脉既受交感神经支配，又受体液因素的影响；而后微动脉和毛细血管前括约肌则主要受体液因素的影响。,1）迂回通路（营养通路）：组成：血液从微动脉后微动脉毛细血管前括约肌真毛细血管微静脉的通路；作用：是血液与组织细胞进行物质交换的主要场所。（2）直捷通路：组成：血液从微动脉后微动脉通血毛细血管微静脉的通路；作用：促进血液迅速回流。此通路骨骼肌中多见。（3）动-静脉短路：组成：血液从微动脉动-静脉吻合支微静脉的通路；作用：调节体温。此途径皮肤分布较多。,微循环的组成随器官而异。典型的微循环一般由微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管、通血毛细血管、动静脉吻合支和微静脉等七个部分组成，微循环的血液可通过三条途径由微动脉流向微静脉。,正常情况下，组织液的生成与回流维持着动态平衡，是保证血浆与组织液含量相对稳定的重要因素，一旦因某种原因使动态平衡失调，将产生组织液减少(脱水)或组织液过多(水肿)的不良后果。根据组织液生成与回流机制，凡影响有效滤过压和毛细血管壁通透性的各种因素，都可以影响组织液的生成与回流。,1.毛细血管血压毛细血管前阻力血管扩张时，毛细血管血压升高，有效滤过压增大组血管收缩或静脉压升高时，也可使组织液生成增加。如右心衰，因中心静脉压升高，静脉回流受阻，毛细血管后阻力增大，毛细血管血压升高，结果组织液生成增加，造成组织水肿。2.血浆胶体渗透压当血浆蛋白减少，如长期饥饿，肝病而使血浆蛋白减少或肾病引起蛋白尿(血浆蛋白丢失过多)，都可使血浆胶体渗透压降低，有效滤过压增大，组织液生成过多、回流减少而造成组织水肿。3.淋巴回流由于约10%组织液是经淋巴管回流入血，故当淋巴液回流受阻(如丝虫病、肿瘤压迫等因素)，则受阻部位远端组织发生水肿。4.毛细血管壁的通透性若毛细血管壁通透性异常增加，致使部分血浆蛋白漏出血管，使得血浆胶体渗透压降低，组织液胶体渗透压升高，其结果，有效滤过压增大，组织液生成增多，回流减少，引起局部水肿。,临床上，微循环观察主要是观察血液循环，它可以在显微镜下直接显示。目前观察微循环的部位有十几个，但最常用且能代表全身微循环状态的主要是甲襞眼球结膜两个部位，其中甲襞是观察人体微循环的最好窗口。具有操作简单、安全方便，对人体无损伤、无刺激、敏捷准确等优点，且甲襞表皮比较薄，透光性好，微血管表浅，观察方便，因此甲襞是最常用的观察微循环的部位。其检查方法：一般是检查左手无名指，如果是常用左手干活的话建议检查右手无名指。,血液不能倒流,原因,从图中可以看出左心房和左心室、右心房和右心室之间有瓣膜，称为房室瓣，朝向心室开，保证了血液只能从心房流向心室；在左心室和主动脉、右心室和肺动脉之间有动脉瓣，朝动脉开，保证了血液只能从心室流向动脉，防止血液倒流故：因为心脏里有瓣膜，瓣膜保证血液只能朝一个方向流动,如今，我国社会与经济稳步展，然而，我国也出现了越来越多的心脏病人，并且趋于年轻化。这让我们不得不开始加强自身健康的意识。,引起心脏病的因素,1、胆固醇过高，患心脏疾病的机会比普通人多三倍，因为体内过多的胆固醇会积聚在血管内，使血管日渐狭窄，妨碍血液流通。2、吸烟人士比普通人的机会多两倍半，原因是香烟中的尼古丁或烟草化学物质会损害心脏血管,若血管出现裂痕，胆固醇便会积聚起来。3、血压高，比常人的机会多两倍半，血压高会使到血管收缩。4、糖尿病，女性患者有心脏病的机会比一般人多一倍,男性多百分之五十。5、过分肥胖，因为肥胖引致血压高，血脂肪过高,糖尿病,而这些疾病又会诱发心脏病。6、生活紧张，神经紧张令心律失常,内分泌失调，影响心跳,刺激心脏病发，正常的心脏比拳头大一点,透过循环系统不停泵送血液。心脏每天平均跳十万次，泵送约二千加仑的血液来回体内。若以七十岁的寿命来计算，心跳可达二十五亿次。,虽然中医学认为，蒸气浴时，人处于湿热空气的蒸腾中，腠理、口鼻同时感受，外至肌肤，内及脏腑，都得濡养，既可开发阳气，振奋气机，又能滋阴润燥，利水消肿。经常沐浴有调和营卫，镇静安神之功效。现代医学研究证实，蒸气浴对人体的作用因素是高温及空气湿度和冷空气或冷水刺激的双重影响。它能促进机体新陈代谢，加快血液循环、改善呼吸功能和心血管系统功能，有利于恢复疲劳和损伤组织的修复，对神经系统功能起调节作用。,外界温度过高时，人体为散热，就会扩张体表血管，导致心脏、大脑等处的血液供应减少，从而加重心、脑血管患者的缺血缺氧反应，导致病情加重，故无论什么时间，心脏病人也不适宜洗桑那浴或蒸汽浴,动脉粥样硬化是一组动脉硬化的血管病中常见的最重要的一种，其特点是受累动脉病变从内膜开始。一般先有脂质和复合糖类积聚、出血及血栓形成，纤维组织增生及钙质沉着，并有动脉中层的逐渐蜕变和钙化，病变常累及弹性及大中等肌性动脉，一旦发展到足以阻塞动脉腔，则该动脉所供应的组织或器官将缺血或坏死。由于在动脉内膜积聚的脂质外观呈黄色粥样，因此称为动脉粥样硬化。,动脉粥样硬化是累及体循环系统从大型弹力型(如主动脉)到中型弹力型(如心外膜冠状动脉)动脉内膜的疾病。其特征是动脉内膜斑块形成(尽管有严重情况下斑块可以融合)。每个斑块的组成成分不同。脂质是粥样硬化斑的基本成分。内膜增厚严格来说不属于粥样硬化斑块，而是血管内膜对机械损伤的一种适应性反应。,机理,1、LDL透过内皮细胞深入内皮细胞间隙，单核细胞迁入内膜，此即最早期。2、Ox-LDL与巨噬细胞的清道夫受体结合而被摄取，形成巨噬源性泡沫细