第三章-生物相容性及生物学评价2

第三章生物相容性和生物学评价，第一节：生物相容性基本概念第二节：材料血液相容性第三节：材料组织相容性第四节：生物学评价，第三节：材料组织相容性1 .材料反应2 .宿主反应，生物医用金属材料在生物体内的重要反应之一是腐蚀。 在高分子和陶瓷材料中，腐蚀一般不显着，但存在问题。 间隙腐蚀和点蚀是金属骨种植体最重要的腐蚀形式。 间隙腐蚀常发生在金属骨种植体螺栓板材组装结构的接合间隙中。 腐蚀痕迹大多在板子上的洞里。 间隙腐蚀偶尔也会发生塞子和板接合的部分。 金属骨植入板和螺栓之间也可能发生腐蚀。 腐蚀使螺栓和板子的接触区域变色，多留下“烧焦”和“熏黑”这样的痕迹。 材料反应为1.1腐蚀，对于颅骨板、骨髓内杆、内部修补物、钉子和骨折端环等单一部件装置，腐蚀轻微，均匀腐蚀是不可避免的，但应力腐蚀，或者更一般地，应力上升和破裂故障(疲劳腐蚀)可能是最重要的破坏形式。 与过剩的氧气连续流动的电解质，对各种腐蚀提供高度活性的血液中存在的许多有机小分子也会影响腐蚀速度。 经耐腐蚀性能实验恒温水浴筛选，点蚀电位植入物与人体长期接触，耐腐蚀性实验用于模拟人体环境，但目前的方法无法完全模拟人体内的实际环境。 而且植入材料后，腐蚀现象一直在发生，其释放的物质可能会引起生物组织的损伤，腐蚀可能会改变设备的使用性能，最终导致植入物故障。 1.2高分子材料的分解，一般生物降解高分子材料：人工合成的高分子有机物或天然高分子材料，在体内经过水解、氧化反应，最终代谢产物为CO2和H2O，通过呼吸系统和泌尿系统排出体外，不会蓄积在体内，几乎没有毒性作用，无需二次手术取出。 常用的可降解材料：聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、自增强材料等。 目前各种降解材料存在的主要问题有：降解性聚合物机械性能差，降解材料在体内的降解强度衰减过快，2.1伤口愈合过程概述2.2移植材料的宿主反应2.3一些重要宿主反应，2宿主反应，创伤愈合过程的基本阶段，2.1伤口愈合过程概述， 创伤修复的基本方式是创伤后增殖的细胞和细胞间质填充、连接或替代缺损组织的理想创伤修复，是组织缺损完全由原始性质的细胞修复，恢复原始结构和功能，创伤修复方式、组织修复过程，(1)、纤维蛋白填充(2)、细胞增殖(3)、组织整形， 6h后伤口边缘出现纤维细胞，血管内皮细胞增殖，形成新生的小血管，形成肉芽组织，多馀的胶原纤维被胶原酶分解过度丰富的毛细血管网的消退和伤口的粘蛋白和水分减少，伤口和组织裂隙首先填充血凝块，发生炎症，纤维蛋白附加期间， 其功能首先是止血和创面封闭，可以减轻损伤，创伤愈合类型1，1期愈合(原发愈合)组织修复以原细胞为主，修复处仅含少量纤维组织。 功能越来越好。 如上皮细胞修复，皮肤黏膜损伤2，二期愈合(瘢痕愈合)组织修复以纤维组织为主。 愈合后的功能不良，可能引起瘢痕挛缩、增生、畸形，管狭窄，骨不连，损伤部位细胞再生和分化的分子机制损伤的组织修复健全程度受损伤组织、细胞再生能力以及许多细胞因子和其他因素的控制。 与再生相关的一些生长因子：血小板来源的生长因子：血小板颗粒，引起成纤维细胞、平滑肌细胞和单核细胞的增殖和迁移。血管内皮生长因子：促进血管的形成，增加血管的透过性，成纤维细胞生长因子：在毛细血管的新生过程中，分裂内皮细胞，诱导蛋白溶解酶，溶解基底膜，使内皮细胞易于通过芽胞。 表皮生长因子对上皮细胞、成纤维细胞、胶质细胞及平滑肌细胞有增殖促进作用。 创伤、神经内分泌改变、免疫功能改变、代谢改变、创伤反应、创伤性炎症利弊、利益：有利于创伤侵入伤口间隙的纤维蛋白原修复纤维蛋白，裂隙和细胞增殖的网架中性粒细胞抗菌作用，巨噬细胞去除坏死组织局部血流灌注的增加， 提供细胞增殖营养成分的弊病：反应强或不利于创伤治愈的大量血浆渗出血容量减少闭合性创伤的严重炎症组织内压过高，阻碍局部血循环的大量组织细胞的开裂产物损伤其他器官，图2-2生物材料在体内的反应随时间变化，强度的时间经过主要是植入体的大小、形状、植入体2.2生物材料植入物的宿主反应：炎症反应包括急性炎症反应、慢性炎症反应、粒状组织的形成等。 其强度随时间的变化与植入体的大小、形状、位置及材料的物理化学性质不同。 例如急性炎症性反应： PTFE血管植入物外表面附着有脓和多形态的白细胞。 慢性炎症性反应：淋巴细胞和单核细胞聚集在聚乙烯植入物产生的磨屑周围。 免疫系统的反应化学物质对免疫系统的作用具有双向性，即化学物质在不同条件下分别表现为对机体的免疫抑制和过敏反应。 免疫抑制：机体材料直接损伤免疫细胞的形态和功能，降低机体免疫功能，易受感染因素和肿瘤的攻击。 苯、Pd、Hg等。 过敏反应：生物材料还影响免疫细胞的抗原识别能力和过敏，引起过高的病理免疫应答，表现为过敏和过敏反应。 器官移植的排斥反应等。 宿主的抗移植物排斥反应类型，超急性排斥反应，急性排斥反应，慢性排斥反应，血管连接后几分钟到几小时，移植后几天到几年，移植后几个月到几年，2.3一些重要的宿主反应1 )移植材料和肿瘤的发生，肿瘤是生物体由于各种肿瘤因子的长期协同作用，某些敏感细胞群逐渐发生，过度即使这些肿瘤因子失去作用，细胞的增殖仍在继续。 这种肿痛性细胞增殖应区别于以下几种正常细胞增殖。 (1)区别于儿童生长分裂细胞、皮肤和造血骨髓细胞的增殖分化；(2)区别于炎性和修复性增殖，区别于外伤引起的成纤维细胞和胶原细胞增殖；(3)区别于局部组织刺激和内分泌干扰引起的细胞增殖。 最基本的区别是，这些细胞增殖在刺激去除后停止，在一定程度上可能消退。 良性肿瘤：肿块一直在其原发部位扩大，与周围正常组织有明显的界限，根性柔软，比较善良。 合理完美的外科手术切除是可以治疗的。 对机体的危害很轻。 除非在身体要害处生长，良性肿瘤不会对生命构成威胁。 恶性肿瘤：以浸润和扩散方式生长、发展。 恶性肿瘤细胞不仅可以通过原发部位，还可以通过血液、淋巴和其他体液途径扩散到与原发部位无关的身体其他部位，形成与原发肿瘤相同类型的肿瘤。材料移植机体引起肿瘤的可能性与物理、化学因素有关。 2 )移植感染、移植感染与生物材料相关的感染的最初过程是生物材料表面的细菌粘附。 引起植入物感染的微生物主要是各种条件的病原菌，经由空气、宿主和手术医师皮肤引起的内源性转位到达宿主植入物表面和经血播种植入物材料的化学组成、表面形态、能量状态、亲(疏)水性、表面电荷等是影响细菌黏附的重要因素。 许多植入物表面具有理化活性，诱发炎症和免疫反应，正常的组织细胞在植入物表面影响粘附和定影，形成有利于微生物定影的植入物周围微环境。 附着在材料表面的细菌不断生长繁殖，合成多糖粘液物质，与吸附在材料表面的生物细胞外基质蛋白一起形成包围生物材料表面的生物膜。 这种生物膜能够保护细菌本身免受人体体液和细胞分泌的免疫物质的免疫作用。 细菌生物膜是一种高度组织化的多细胞细菌群体结构，细菌之间存在着广泛的化学信息和遗传信息交流，进行抗性质粒的传递，保持着遗传多样性。 由于生物膜带有胶质性和负电，限制了带正电物质的侵入，例如金属离子和某种抗生素保护了菌落中心的细胞，这种特殊化的“顽固细胞”群在存在抗生素的环境下不会生长，但不会死亡，药物效应一旦解除，顽固细胞就会成为正常的细菌菌菌落该机制临床上与生物材料相关的感染难以恢复，恢复后引起复发问题，为减少与生物材料相关的感染发生，应减少细菌污染。 这包括在移植生物材料前彻底治愈慢性感染病灶，移植生物材