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.ppt

1、第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,1,哈尔滨工业大学 材料学院 材料物理与化学 二OO六年十月,医用材料生物学基础,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,2,医用植入材料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、植入材料引起的炎症与伤口愈合 四、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,第三章,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,3,生物体（宿主）反应,界面反应,凝血 纤维蛋白、血小板等 炎性反应 中性粒细胞、吞噬细胞 纤维囊 成纤维细胞激活分泌胶原,局部的宿主反应,远端和全身的影响,组织聚积、致癌、致敏,蛋白质吸附到材料表面上 材料的侵出物过膜转

2、运 与细胞中的蛋白质共价结合,引言,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,4,受伤,血液与材料相互作用,慢性炎症,急性炎症,暂时性基质形成,肉芽组织,纤维包囊形成,机体的防御反应,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,5,植入材料引起炎症的机理和规律,正常伤口的愈合过程,植入过程,组织切开、移走受损的组织 周围组织伤口愈合过程,植入体改变和延长,炎症,修复阶段,植入体刺激原持续存在,基本相似,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,6,身体对局部微脉管系统和 组织细胞损伤的最初反应,正常伤口的愈合过程,组织在结构上 和功能上修复损伤,炎症,修复阶段,组织、血管破坏,血液流出（纤维蛋白原、激活血小板、淤积红细

3、胞）凝血（在凝血酶的作用下，纤维蛋白原变为不溶纤维网） 血管膨胀,中性粒细胞、血浆蛋白及细胞外液中炎性介质从管壁渗出，炎性介质通过趋化过程把巨噬细胞大量吸引到受损伤部位急性炎性反应期。,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,7,身体对局部微脉管系统和 组织细胞损伤的最初反应,正常伤口的愈合过程,组织在结构上 和功能上修复损伤,炎症,修复阶段,毛细血管长入受伤区域，开始血管的再生和组织的修复过程， 成纤维细胞分泌胶原（结缔组织的基本结构蛋白）， 炎症过程在修复再建的过程中消退，结果形成一层纤维结缔性瘢痕组织。,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,8,随着时间的推移，细胞群体的种类发生变化，在几个小时之

4、内，中性白细胞占主导地位；一天左右，巨噬细胞等其它吞噬细胞大量增加，这些细胞大量吞噬和消化和去除受伤组织的死细胞和其它产物。,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,9,数 量,纤维原细胞,修复,炎症,胶原质,毛细管,单核细胞,噬中性粒细胞,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,10,纤维原细胞,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：两周后材料表面可能发生的良性和恶性变化 恶性变化：形成肉芽组织和发生钙化等,植入材料引起的反应阶段,超急性期：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,细胞和其它血液成分的沉积 材料与血液和组织接触后引

5、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。,急性期：两周内植入体引起体液及细胞成分的变化 良性变化：材料表面形成惰性表面; 恶性变化：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,蛋白质吸附 急性炎性反应被诱发 毛细血管芽开始血管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 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， 形成薄的纤维囊,无毒不降解的固体材料植入体绝对惰性的材料：,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,降解产物 反应产物 微量的残留单体

6、 催化剂残留物 游离添加剂 表面污染物,材料发生降解：,炎性和修复过程,细胞和细胞外成分的活性,组织,去除,炎症持续存在,不严重 导致生成较厚的纤维囊,反应产物的聚积,轻微生物活性 无临床症状,生物活性较强 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,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肿瘤 纤维囊钙化硬变，机械性能不相匹配而引起局部疼痛 血供受阻,植入物可发生持续性感染 纤维囊壁或界面产物蓄积形成肿胀,植入体,炎症反应,组织,代谢物排出体外,细胞聚集、消化和酶解材料,材料含有毒性物质,组织坏死,发生突变,引

7、起癌症,材料稳定不被代谢,胶原纤维形成包膜囊,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,17,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,18,暂时附着界面: 不合格的医用生物材料植入生物体内,组织立即产生强烈的异物反应或毒性反应,界面只是暂时性附着,在短时间内就产生排异作用而消失 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组织层所包裹,随着时间的延长,此包囊层变厚逐渐致密,钙化,阻碍材料与机体组织间的物质代谢,最终因炎症积液,坏死而被排异,是一种不良的界面结合形式。,生物材料组织界面,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,19,骨接触界面: 生物惰性材料,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,纤维层逐渐变薄或消失,还可能在界面上形成薄层骨,缺乏明显的新生细胞生长,骨形成缓慢,是一种有效的界面结合形式。 骨结合界面: 植入磷钙成分的结构材料时,其类似于人体骨的无机成分和结构,亲骨性好,新生细胞活跃,骨生长明显,材料与骨组织间很快形成稳定的骨结合界面,是目前比较理想的界面结合形式。,生物材料组织界面,第三章 相互作用,炎症与伤口愈合,20,生物性结合界面: 植入这种材料,要求材料必须具有人体组织的多相结