生物材料：第七章 人工器官

1、第七章 人工器官Artificial Organs2022/7/201第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状一、引言当人体的器官因病不能康复行使功能时，现代医学提供了四种可能恢复功能的技术途径： 一是自体器官的移植 二是进行同种异体的器官移植 三是进行异种器官的移植 四是用 人工器官置换或替代病损器官， 补偿部分或全部功能。 五是？到目前为止，同种异体器官供体缺乏，异种器官移植还有许多技术问题，组织工程化器官刚起步，人工器官的使用仍是目前器官移植的主要途径。2022/7/202 第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状 生命体器官或器官的部分功能的人工替代外物。一般是指用机械和生物材

2、料加工制造的一种人体器官代用品。 模拟人体器官的结构和功能，用人工材料和电子技术制成部分或全部替代人体器官功能的装置或器件。人工器官具备的条件：可替代病损器官的结构，具备相应器官的力学性能。可替代病损器官的功能，具备相应器官的生理功能具有移植于病损器官生理位置的方法和技术。人工器官（artificial organs）定义当人体器官病损而用常规方法不能医治时，有可能给病人使用一个人工制造的器官来取代或部分取代病损的自然器官，补偿或修复或辅助其功能。2022/7/203 第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状二、人工器官对材料的基本要求 1、基本要求 材料在理化性能，尤其是力学和生理性能上

3、必须满足设计要求。 材料具有良好的生物相容性。由于组织与植入材料的相互作用，纤维包膜的形成是不可避免的，但有时可以限制植入材料的移动。 2022/7/204 第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状二、人工器官对材料的基本要求2、界面要求研究表明：材料表面的润湿性愈好，界面结合性能愈佳；材料与组织细胞界面形成键合愈易，则组织细胞相容性好；密度稍高的环境可提高碱性磷酸酶的活性，使界面钙离子浓度改变，有利于界面细胞生长，从而获得骨性结合；材料表面进行粗化或微孔化处理，或采用多孔体，有利于细胞与材料的机械嵌和，增强细胞附着；2022/7/205 第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状二、人

4、工器官对材料的基本要求3、其他要求刚性，边缘的钝锐性及材料的应为松弛效应对界面细胞的吸附，生长，抑制有直接的影响，尤其是对周围组织的破坏作用均有明显影响。器官的形状要力求有最佳的应力传导效果，以保证机体细胞在界面的生长和稳定等等。材料与组织界面的研究涉及到多个学科，而对研究成果的应用必然会指导生物材料及人工器官性能的优化，更好地满足医学应用的需要。2022/7/206 第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状二、人工器官对材料的基本要求5、人工器官常用生物材料：金属 合金 陶瓷 ：在有些场合对强度和导电率有所要求，就要用到金属材料。例如人造髋部的股骨，目前尚没有能够替代金属的合适材料；心脏

5、起搏器的电极也必须是金属的。常用高分子材料有如下几类：半晶质：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯，涤纶。玻璃状：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯。橡胶：聚硅酮橡胶。片状：聚氨酯。水凝胶：聚甲基丙烯酸羟乙酯。材料种类几乎是无限的。就其中的一种而言，影响其性质的因素很多，例如：强度、化学活性、降解、生物兼容性，交联性、刚性、柔韧性、链段、结晶和非结晶。2022/7/207 第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状 人工器官是人体器官的替代物，不具备人体的生物学功能，功能的发挥靠自身的物理和化学性能，无再生和修复功能。目前最大的困难是适应人体的排异性。 组织工程化器官是利用各种技术，在体内或体外生产一种与人体

6、组织器官完全相同，具有生物活性的组织或器官，无免疫原性。三、人工器官与组织工程2022/7/208第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状 四 人工器官的分类人工器官按功能分为11类：（1）支持运动功能的人工器官，如人工关节、人工脊椎、人工骨、 人工肌腱、肌电控制人工假肢等。（2）血液循环功能的人工器官，如人工心脏及其辅助循环装置、人工心脏瓣膜、人工血管、人工血液等。（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺机）、人工气管、人工喉等。（4）血液净化功能的人工器官，如人工肾（血液透析机）、人工肺等。（5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工胆管、人工肠等。2022/7/209第七章 人工器

7、官 第一节 人工器官的研究现状（6）排尿功能的人工器官：如人工膀胱、人工输尿管、人工尿道等。 （7）内分泌功能的人工器官：如人工胰、人工胰岛细胞。 （8）生殖功能的人工器官：如人工子宫、人工输卵管、人工阴经、人工阴道等。 （9）神经传导功能的人工器官，如心脏起搏器、膈起搏器等。 （10）感觉功能的人工器官，如人工视觉、人工听觉（人工耳蜗）、人工晶体、人工角膜、人工听骨、人工鼻等。 （11）其他类，人工硬脊膜、人工皮肤等。 2022/7/2010第七章 人工器官 第一节 人工器官的研究现状人工器官按原理分类机械式装置（如人工心脏瓣膜、人工气管、人工晶体等）电子式装置（如人工耳蜗、人工胰、人工肾、

8、心脏起搏器等）人工器官按使用方式分类植入式，如人工关节、人工心脏瓣膜、心脏起搏器。体外式，如人工肾、人工肺、人工胰。这些体外式人工器官实际上都是由电子控制的精密机械装置。 2022/7/2011第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官心血管系统的人工器官主要包括：人工心脏、 人工心脏瓣膜、人工心脏起搏器、人工血管 人工血液等。2022/7/2012 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官一、人工心脏人工心脏是推动血液循环完全替代或部分替代人体心脏功能的机械心脏。在人体心脏因疾病而严重衰竭时，植入人工心脏暂时辅助或永久替代人体心脏的功能，推动血液循环。2022/7/2013第七章 人工

9、器官 第二节 心血管系统人工器官 1、定义：人工心脏是利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能的装置。人工心脏可分为暂时性，即部分取代心脏的辅助性人工心脏；长期性，即取代整个心脏的安全人工心脏。 2022/7/2014第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官2、人工心脏的发展史1895年，试制人工心脏泵对机体的组织和器官进行灌流。本世纪30年代，研制出世界上第一个人工心脏。暂时的辅助性人工心脏，实际上是一种体外循环机。1957年美国开始完全人工心脏的研究。1958年制成塑料的人工心脏，并进行了以人工心脏置换狗心脏的试验，但这只狗只活了90分钟。1969年，人工心脏用于人体。20

10、22/7/20151982年 ，JARVIK-7是世界上第一个试图永久性植入人体的完全人工心脏。这种人工心脏的最大缺点是需要由体外装置提供动力的能源。1998年，首个轻便式的心脏“辅助器”投放英美市场。2000年，给病人植入首个Jarvik-2000型人工心脏，重约90克，附在心脏的左心室上。2001年7月2日，世界上第一例全植入式人工心脏植入手术在美国获得成功。名为AbioCor。 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官2022/7/20162022/7/2017第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官3、心脏的功能与人工心脏心脏是人体最重要的器官之一，心脏停止跳动，生命就结束。心

11、脏通过心脏肌肉不断地、有节奏地收缩和扩张，推动血液不断循环，以满足人体内各种器官新陈代谢的需要。1小时从心脏左心室进入主动脉的血液接近200升。 人工心脏一般分为完全人工心脏和辅助人工心脏两大类。人工心脏的应用一是为在心脏移植前等待供体时短时间的循环维持；二是在外科手术中为不能脱离体外循环者，或某些心肌功能丧失患者的一时性应用。2022/7/2018 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官4、人工心脏的基本构造人工心脏主要有四个部件：血泵：血泵是整个系统的关键。血泵有多种形式，如膜式、囊式、管型、摆型和螺型等。其中后三种应用较少，有逐渐被淘汰的趋势。血泵的材料必须优异的血液相容性和组织相

12、容性以及优异的耐曲挠性能和力学性能。作为血泵材料使用的有：聚硅氧烷、聚氨酯、聚四氟乙烯及其复合材料等。检测与控制系统：检测和控制心脏的工作状态，使之适应于人体的循环生理需要，保证人工心脏的正常进行。驱动装置：为血泵提供动能。驱动方式有：机械、液动、气动、电动和磁动等。能源供给：2022/7/2019 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官5、人工心脏的临床应用可逆性且暂时的心功能损害；心脏手术后心功能不全；重病患者心力衰竭阶段；冠状动脉搭桥手术时缺血性心脏病；心脏瓣膜置换术短时间的辅助维护。2022/7/20206、人工心脏的分类 按用途分类：左心室辅助循环、右心室辅助循环及双心室辅助循

13、环和全人工心脏。按应用分类：短期泵、间断性泵、长期泵和永久性泵。短期泵、间断性泵主要为左、右室辅助循环，用以短期辅助自身心脏恢复供血功能；长期泵和永久性泵主要指双室辅助循环、全人工心脏，用以终末期心脏疾病等待心脏移植或永久性全人工心脏移植。 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官2022/7/20217. 人工器官材料高分子材料一直是人工循环的主要应用材料。针对人工心脏的特点聚脂类有较好的应用前途。今后还有可能利用人工材料的特点体外塑行以微创手术将人工心脏置入人体，或者将人工材料做成人体可降解材料，使其在一定时期后功能完成后自然降解，以免除二次手术。人工合金对人工心脏也做 出了较大的贡献

14、，如镍钛合金曾经作为人工心脏瓣膜、心室，其坚固性、轻质、表面光滑性非常适于人工心脏。近来有人做成镍钛锆合金其优越性更为突出。 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官2022/7/2022人工心脏的发展方向人工心脏的发展需要进一步解决的问题：1.小型而具有高射血效能2.安全可靠的控制系统和能源供应模型3.经久耐用的带瓣血室 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官2022/7/2023 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官二、人工心脏瓣膜1、引言：人工心脏瓣膜指用机械或生物组织材料加工制造的用于替代病损心脏瓣膜功能的人工器件。心脏瓣膜是保证心脏推动血液循环定向流动的生物阀门，心

15、瓣膜的病变会影响正常血液循环。（右图：心脏横切面）2022/7/2024 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官二、人工心脏瓣膜2、人工心瓣膜 金属心瓣膜 2022/7/2025第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官二、人工心脏瓣膜2、人工心瓣膜 生物心瓣膜2022/7/2026 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官二、人工心脏瓣膜3、心脏瓣膜的基本要求 符合心脏瓣膜生物流体力学性能的要求，即瓣膜开放阻力最小，瓣膜开放时时瓣口两侧无明显压力差。当瓣膜关闭时，瓣膜关闭速度要快，要严，没有返流。血液通过瓣口产生的流场近似于生理血液流场，不产生涡流。 材料的理化性能和机械性能稳定

16、，耐久性能良好，瓣膜的正常功能可保持数十年或更长。 组织相容性和血液相容性好。 便于外科手术移植，消毒保存方便。 材料易得，便于制造，价格合理，容易推广。2022/7/2027 第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官二、人工心脏瓣膜4、心脏瓣膜的材料 人工心脏瓣膜使用的材料主要有生物瓣和非生物瓣两大类，目前临床使用的大多是生物瓣。生物瓣 主要有两种，一是异种主动脉瓣瓣膜，多选用猪供体；另一种是由生物片状组织材料制作的瓣膜，牛心包和硬脑膜最为常用。 心脏瓣膜基本由缝合环、金属瓣架和阻塞体三部分组成。缝合环一般用聚四氟乙烯，涤纶等高分子材料。曾经用作生物瓣材料的生物组织有：同种同体组织如阔筋

17、膜、肺动脉；同种异体组织如主动脉瓣、硬脑膜、阔筋膜：异种异体组织如猪主动脉瓣、牛心包、牛主动脉瓣等。生物瓣的固定剂有甲醛、丙炔内酯、甘油和戊二醇。目前一致认 2022/7/2028第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官二、人工心脏瓣膜5、临床应用：凡是瓣膜病变严重又无法做成型手术者，只要全身条件允许都会争取做心瓣膜替换术，病人的年龄无绝对限制。常见的病例如下：二尖瓣狭窄：瓣膜钙化或成漏斗样须行瓣膜替换术二尖瓣关闭不全：二尖瓣环扩大或局部瓣叶卷缩 三尖瓣损害：三尖瓣狭窄少见，三尖瓣关闭不全，先天性三尖瓣下移。 主动脉瓣狭窄。 主动脉瓣关闭不全 。 肺动脉瓣病变。2022/7/2029已经临

18、床使用的瓣膜2022/7/2030第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官三 人工心脏起搏器 1、心脏房室传导系统发生病变时，心房刺激不能下传，从而心室不能正常收缩，心脏泵血功能难以维持血液正常循环,使用电子起搏器发出的电脉冲刺激心肌，促使心室预定频率收缩，从而能正常搏动恢复泵血功能。2022/7/2031第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官三 人工心脏起搏器（2）人工心脏起搏器的类型：严格讲心脏起搏器有两种使用方式：临时起搏和永久起搏。临时起搏的适应症是：1）心室率过缓（45次分钟以下），出现频繁室性早搏，心动过速，心室颤动；2）心动过缓，出现昏厥，心力衰竭或低血压；3）病情严重

19、的心脏病急性发作。 永久起搏的适应症：1）病态窦房结综合症和慢快综合症；2）结下组滞：3）完全性或间歇式A-VB；4）反复发作型心室停搏；5）其他临时起搏证明是有效的复发和难治病症。2022/7/2032第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官三 人工心脏起搏器（3）起搏器的型号与代码一般的心脏起搏器用3-5位字母来表示其功能类别。第一位字母表示起搏心腔，第二位表示感知心腔，第三为表示对感知的响应，详见下表： I II III IV V编码字母起搏心腔感知心腔对感知的相应程控功能频率调制抗快速性心律失常功能V-心室A-心房D-双腔V-心室A-心房D-双腔O-无T-触发起搏I-抑制起搏D-触

20、发抑制兼有O-无P-程控频率或输出M-多功能程控频率、输出、灵敏度C-通讯（遥测）R-频率自适应O-无P-抗快速性心律失常S-电极D-P+SO-无2022/7/2033第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官四、人工血管和人造血液（1）人工血管 目前，临床上使用的编制人工血管多用高分子纤维材料编织而成。目前，使用人工血管最大的缺陷是很难完全杜绝血栓的产生，尤其是在替代静脉时更难避免。目前使用的高分子材料有聚氨酯，天然真丝，膨体聚四氟乙烯，聚酯纤维等。2022/7/2034第七章 人工器官 第二节 心血管系统人工器官四、人工血管和人造血液、（2）人工血液人工血液实际上是人造血红素，是为解决血

21、源不足，避免疾病传染而发展起来的。目前使用较多的是人工合成的氟化碳（FC）乳剂。它的携氧能力是血红蛋白的数倍，对氧的溶解度也比水高20倍左右，但与血红蛋白的不同的是物理溶解。人工血对氧和二氧化碳的摄取释放反应都很迅速。临床实例表明人造血液没有毒副作用及变态，过敏反应。目前人造血液的制造是把血红素基因转植到细菌体内，再利用细菌繁殖生产血红素。2022/7/2035第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官一、人工肺1、肺的结构与功能：肺组织是肺的主要部分，肺组织可分成许多肺小叶和肺段。肺组织由肺实质和肺间质组成。肺实质包括肺内各级器官及肺泡。肺间质是指肺内结缔组织、血管、神经和淋巴管等。2

22、022/7/2036第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官一、人工肺1、肺的结构与功能：肺的主要生理功能就是交换气体，不断地吸收外界的新鲜空气，呼出体内的二氧化碳，保证人体新陈代谢的顺利进行。2022/7/2037第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官一、人工肺2 人工肺简介 ：又名氧合器，是一种代替人工肺脏排出二氧化碳，摄取氧气，进行气体交换的人工器官。人工肺基本分为4种：静立垂平式，转蝶式，鼓泡式和膜式。鼓泡式目前临床应用最广，膜式的血气不直接接触而隔薄膜靠气体弥散进行血气交换。2022/7/2038第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官一、人工肺3 几种常见

23、人工肺 ：1）.体外膜氧合器 70年代首创治疗呼吸衰竭取得了巨大成绩后。80年代NIH进行二组前瞻性对比研究认为体外膜氧合器可改善血氧指标，但不能提高生存率， 90年代应用已超过10000例以上，生存率由11提高到6395（婴幼儿），成人则为40左右。2）.IVOXIVOX是一种小型中空纤维膜式氧合器，具有摄取O2和排CO2功能。IVOX由股静脉插入下腔静脉或由颈静脉插入上腔静脉。 2022/7/2039第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官一、人工肺3、几种常见人工肺 ：3） 透析型人工肺利用人工肾的血液透析装置，透析液内装入双氧水，膜面涂有氧化铑催化剂加速双氧水分解为氧气，从而达

24、到摄取氧气和以HCO3形式排除二氧化碳的功能，纠治临床上往常发生的呼酸代碱，尤其是医源性呼酸代碱。2022/7/2040第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官一、人工肺4 人工肺的材料 人工肺的主要功能就是气体交换，因此人工肺多为鼓泡式和膜式两种。前者使用的材料多为聚氨酯、纤维素和硅树脂等。膜式氧合器所采用的膜材以硅橡胶为主，其次是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚砜类等。膜的结构有无孔薄膜、微孔薄膜和复合膜等。2022/7/2041第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官二、人工肝1、简介 众所周知，急性肝功能衰竭死亡率很高，严重危害人类的身体健康，1990年美国因肝衰死亡达27000

25、人，其中10为急性可逆性肝衰。我国每年死于急性肝衰的人数远大于此，传统的内科治疗仅20有效，近年来虽有用肝移植治疗急性肝衰，存活率提高5575，但因其供肝来源、免疫排斥、经费等问题使该治疗方法受到限制。人工肝支持系统的研究，无疑为肝功衰竭的支持提供了一条崭新的途径。 由于肝脏有强大的再生能力，而且对部分肝组织切除能够完全恢复原状及功能。因此人工肝主要用做肝脏部分功能的暂时性替代装置，例如协助肝衰竭患者度过危险期或延长其生命，等待肝细胞再生或等待肝移植。至今尚不能长期使用和基本代替肝脏主要功能，因此被一些专家称为人工肝辅助。 2022/7/2042第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官

26、二、人工肝2、人工肝的类型人工肝主要分为以动物肝为主要部件的生物性人工肝和采用生物材料用于吸附解毒，血液透析和血浆及氨基酸的调整补充的非生物性人工肝两大类。非生物性人工肝有以下三种： 1）血灌流吸附解毒：利用活性炭或树脂等吸附材料，将患者血液中抑制肝细胞生长的毒性物质等吸附清除。因为活性炭的血液相容性不好，可在活性炭外面涂以高分子生物医学包膜，近来有用吸附树脂代替活性炭的趋向。 2）血透析及超滤：肝衰竭患者的血液中含有一些分子量在10004000的中分子物质与病情相关，于是可用聚丙烯腈膜或中空纤维进行血液透析以除脱。 3）血浆及氨基酸的平衡补充：补充氨基酸制剂而调整血浆氨基酸平衡。2022/7

27、/2043第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官二、人工肝3、人工肝的应用人工肝主要应用血液透析法治疗肝功衰竭。生物人工肝支持系统可将肝细胞体外培养系统用于人工肝，使之具备更完备的肝功能效果，优于传统的人工肝，即参于糖、蛋白、脂肪三大代谢；完成中间代谢；清除毒素和中间代谢产物；具有生物合成、转化功能；分泌具有促进肝细胞生长的活性物质等特异性肝功能。 2022/7/2044第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官三、人工胰1、简介： 糖尿病是一种常见的代谢紊乱性疾病或内分泌病，世界人口大约2患有糖尿病。目前对糖尿病的主要疗法有皮下注射胰岛素，口服降糖药，胰脏移植或胰岛细胞植入，

28、使用人工胰等。目前的人工胰能随时测知患者的血糖值，适时地释放适量胰岛素，代替胰脏失去了机能的B细胞功能，控制血糖维持在正常值上下。人工胰装置除可控制地给患者注入胰岛素之外，还可注入葡萄糖和胰高血糖素等。 2022/7/2045第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官三、人工胰2、应用范围： 人工胰适用于下列患者： 胰岛素依赖的糖尿病患者，低血糖时容易发生严重神经系统反应，而且常无饥饿，出汗等前驱症状。糖尿病孕妇。糖尿病患者肾脏的葡萄糖阈又不正常。 糖尿病患者兼有肾脏病的。患者对胰岛素呈抗药状态等。2022/7/2046第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官三、人工胰3、使用的

29、材料 按构造不同人工胰可分为机械人工胰和半生物人工胰两种。对于机械型的主要由胰岛素注射泵，控制微机和能连续测定血糖值的传感器所组成。 半生物人工胰利用动物胰腺组织或细胞对人体的血糖变化迅速反应，适量释放胰岛素来调节血糖。 含少量季氨基的丙烯酸酯的共聚物，海藻酸钠与氯化钙，聚赖氨酸形成的聚离子复合物等材料，已成功地用做胰岛细胞的包囊。有人用海藻酸钙包埋胰岛细胞制成人工胰腺。 2022/7/2047第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官三、人工胰4、人工胰岛素释放系统和生物人工胰人工胰岛素释放系统人工胰岛素释放系统是模拟人体的胰岛素对血糖反应而释放的系统，模拟了人体对血糖浓度的高低而产生

30、的胰岛素分泌的反馈性。它通常由血糖浓度监测、胰岛素泵以及泵控制三个子系统组成。 生物人工胰 生物人工胰主要是采用胰腺材料，并对胰组织采取免疫隔离技术后移植入受体，使植入的胰岛或其它生物材料免受受体免疫系统的攻击。 目前生物胰取材主要是胰岛，也包括胰块和细胞等。在来源上有人体、猪、猴、鼠等。采用的免疫隔离技术包括微囊、中空纤维、弥撒仓等。其中研究的最多的为微囊化胰岛移植。2022/7/2048第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官四、人工喉和人工食管1、人工喉 人工喉又称助讲器，可分为气动人工喉、电磁人工喉和电子人工喉三种，按声音导入方式，又分口内导入型、颈外导入型和口腔上腭型三种。正

31、常人的肺和支器官汇于气管，经喉与食道连接。喉癌病人需要切除喉头。由于声带随同切除而不能发音，气管也因喉切除而将断端封于颈部。肺的呼吸虽仍能使气体流动，但不能发音，所以人工喉的主要功能主要不是为了呼吸而是利用正常的气体呼吸进行发音重建。硅橡胶是制造人工喉的主要原料。2022/7/2049第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官1、气动式人工喉：由杯罩、进气管、振动体、导音管组成，主体材料为塑胶。振动体内有振动发声的橡胶膜，可调节松紧变换音调，使声音尽量接近自然，振动体下端通过进气管及喇叭形杯罩与气管瘘口相通，上端有导音管通入口腔。 2、电子人工喉 利用半导体元件产生音频振动脉冲波，经功率

32、放大，由电能变为声能，撞击发声膜产生特定的声音，频率为128-1024Hz，声强为0-107dB。优点是发声方便，易学易掌握，语音清晰，清结卫生，发声成功率高等优点，所以在全世界应用广泛。缺点是发声带金属声，语声缺乏抑扬顿挫的变化。2022/7/2050第七章 人工器官 第三节 呼吸、消化系统人工器官2、人工食管： 食管是一种柔软的肌性管，主要功能是参与机械性消化，通过蠕动方式将食物送入胃内，人工食管不能完全模拟食管形态，官腔是持续开放型的，这就要求人工食管有合适的弹性和硬度。 人工食管的研制目前仍处实验阶段。天津第二中心医院的田柳堤等报道的人工食管其主体材料是甲基乙烯基硅橡胶，以尼龙织物为骨

33、架增强，在硅橡胶配方中加入补强剂，经混炼、模压硫化，成品为半透明哑铃状管，内外光洁，弹性可折屈的哑铃形管。全长180mm，壁厚2mm，在中段50mm范围内径14mm，上下部内径25mm，内径过度处呈流线型，外径变换处呈直角56。尼龙织物骨架的作用是增强弹性和撕裂强度 2022/7/2051第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官一、引言泌尿系统由肾、输尿管、膀胱和尿道组成。肾是泌尿系统最重要的实质性器官，它的主要功能是生产尿液，肾不仅起排泄作用，还对肌体水电解质平衡和酸碱平衡起重要的调节作用。同时还分泌肾素，前列腺素，促红细胞生成素。2022/7/2052第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人

34、工器官二、人工肾1、简介 人工肾是一种替代肾脏功能的装置，主要用于治疗肾功能衰竭和尿毒症。肾脏通过排泄（主要是泌尿）排出体内多种，大量的代谢产物，调节体内水，盐代谢和酸碱平衡，保持内环境的相对稳定状态；并通过内分泌功能参与血液循环等功能的体液调节。人工肾主要是将血液引出体外利用透析，过滤，吸附，分离等原理排除体内过剩的含氮化合物，新陈代谢产物或过量的药物等，调节电解质平衡，然后再将净化的血液引回体内。2022/7/2053第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官二、人工肾2、基本结构人工肾一般由供水系统，净化系统和监护系统组成。因为病人一次透析需要用210240L的无离子水或蒸馏水，所以要有

35、提供用水的装置。净化系统主要包括透析器及透析液供给和血液体外循环用的附属管路。2022/7/2054第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官二、人工肾3、类型一般分为透析型，滤过型，吸附型3大类。1）中空纤维型透析器（简称HFAK）是最常用，又较先进的透析型人工肾。这种人工肾上万根内径为210260um的由醋酸纤维膜和铜珞玢膜制成的空心纤维管组成，装在一透明容器中，两端配有动脉和静脉血路，使血液和透析液分别在空心纤维管内外做反向流动，通过纤维管壁透。2022/7/2055第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官二、人工肾2）吸附型人工肾不使用透析液，而是用高分子膜包被活性炭颗粒来吸附血液中

36、的肌酐，肌酸，尿酸，毒性药物等。由于它不能清除尿素和水分，也不能调节电解质及酸碱平衡紊乱，因而不能单独完成肾衰患者的血液净化，多和透析型配合使用。由于对中分子毒素吸附有优良效果，故多用于急性药物中毒患者的抢救。这种人工肾俗称“碳肾”。 2022/7/2056第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官二、人工肾3）滤过型人工肾它是模仿正常人体肾小球清除溶质的机理工作的：使患者体外循环血液通过装有用聚丙烯困制成的滤过膜（AN69）或用聚砜膜制成的中空纤维的特制滤器，通过提高跨膜压来增大超滤率，借以有效清除溶质。这种人工肾不需要透析液，设备简单，能有效地清除中分子量毒素，还不会发生失衡综合症和低血压

37、，是目前使用较好的一种。但是它只能模仿肾小球的滤过功能，另靠输入置换液来代替肾小管和集合管的重吸收功能，是它不足之处。 2022/7/2057第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官4）生物人工肾 生物人工肾是根据组织工程的原理制造出来的，它由生物人工血滤器和生物人工肾小管辅助装置两部分组成，前者使用生物材料膜包裹具有活性的内皮细胞，使移植的细胞逃避宿主的排斥，通过转基因技术，并合成分泌多种肾原性物质。后者具有肾小管的再生、分裂、分化、分泌等功能。因此，生物人工肾应具有正常肾的滤过、分泌和肾小管的重吸收、内分泌和代谢等多种功能。 2022/7/2058第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器

38、官4、透析膜的工作原理 实际上透析膜是具有一定大小孔隙的薄膜，不同物质的溶液或同种物质不同浓度或压力差的溶液在透析膜两边可以达到浓度和成份的平衡。在血液中应除去的毒物中，小分子量者是指水、尿素(分子量60)、肌酐(分子量113)，尿酸(分子量168)等。中等分子量一般指分子量在1000-5000左右，如维生素B12(分子量1355)、菊粉(分子量5200)等。血液从人体动脉引出，进入透析器，在透析膜的两边发生离子的交换，血液中低、中分子量如PO4-3, SO4-2, 肌肝酸, 脲素, 肝素等应清除的物质排出血液, 而HCO3-2等从透析液适当补充到血液中,血液中的大分子物质如血浆蛋白和血液细胞

39、不会从小孔隙中向外流失, 外面的细菌病毒也不会跑进血液内部做成感染。经清除后的血液进再回到人体的静脉中去。 2022/7/2059第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官透析膜的工作原理2022/7/2060第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官三、人工膀胱 1、概述 膀胱是储存和排除尿液的肌性囊状器官，其容量大约有300500毫升。当受伤或病变时会引起尿路部分区段受阻或梗塞，影响肾功能。因此必须对其进行改道或更换。人工膀胱有两类：用自体组织或异体组织的生物组织材料制作的人工膀胱；用合成高分子材料制作的人工膀胱两大类。前者是利用肠管（如结肠、回肠）代替膀胱，也可用肛门括约肌自肛门排尿，一

40、般称为自体人工膀胱再造术。2022/7/2061第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官2、人工膀胱的用途与作用人工膀胱已有40多年的研究历史。膀胱肿瘤、放射性膀胱炎、间质性膀胱炎、膀胱结核及先天性膀胱畸形等患者需要膀胱重建，目前多以自体肠管用作膀胱重建，尚存在尿瘘、酸中毒、肾功能恶化等并发症。人工膀胱开发成为急待解决的问题。理想的人工膀胱应具有以下作用保护肾脏功能；有效的尿液储存；能完全排空；抗感染和异物沉积；生物相容性。2022/7/2062第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官四、人工膀胱3、材料 除自体再造人工膀胱外，利用高分子材料制作人工膀胱假体及人工尿道多用于膀胱切除术。用做

41、人工膀胱的高分子材料必须具有良好的血液相容性，在尿液中的性能稳定性，对泌尿系统无刺激和良好的密封性。常用的材料有：硅橡胶、聚四氟乙烯、涤纶、聚氨酯、聚乙烯海绵、天然乳胶等。2022/7/2063第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官四、人工膀胱4、类型体外留置型：采用各种造口术，用引流管将尿液引出体外，用集尿袋作人工膀胱积蓄尿液。移行上皮细胞再生型：利用移行上皮细胞再生能力强的特点，膀胱部分切除后，在盆腔内设置膀胱支架，使残留的膀胱及尿道组织沿支架再产生一个完整的膀胱，然后除去支架。全置换式人工膀胱：比较复杂，包括人工输尿管、单向止逆瓣、集尿器、人工括约肌以及人工尿道等。2022/7/20

42、64第七章 人工器官 第四节 泌尿系统人工器官 动力型人工膀胱 固定容量型人工膀胱 2022/7/2065第七章 人工器官 第五节 其它人工器官 随着现代医疗事业的发展，一些高新技术的人造器官犹如雨后春笋般地涌出，为人类的健康带来了福音。1人工皮肤 看起来毫不出色的人造皮肤市场，却生气盎然。最近，日本明治制果公司将由牛身上“骨胶原”制成的人造皮肤，成功地商品化。这种人造皮肤，是由牛的真皮抽出骨胶原制成，没有排斥反应，而且表皮形成能力优异，治疗灼伤效果很好。 2022/7/2066第七章 人工器官 第五节 其它人工器官2. 人工中耳 在日本，人造中耳己开始试用，产品分内外两部分。体外部装在耳朵的

43、后方，功能是将麦克风捕捉到的声音，以电子信号放大，再用无线电传送到体内。体内部则用手术理入中耳腔内，由耳小鼓振荡于和线圈构成。线圈在收到无线电信号之后，便将信号转换成电压，振动耳小鼓振荡于，然后再传达给中耳的镫骨，这种半隐藏式人造中耳不但能使患者听到所有人耳能听到的声音，而且听起来清楚、自然，也有立体感。 2022/7/20672022/7/2068 人工耳蜗（感应式）的组成示意图 2022/7/20692022/7/20702022/7/20712022/7/20722022/7/2073第七章 人工器官 第五节 其它人工器官3人工关节与假肢 人造关节的材料以不易磨损者最佳。经过不断的改良之

44、后，发现以金属和高密度聚乙烯（HDP）合成的最好。目前使用的材料有钴、钦和陶瓷等。人造假肢有支撑型和感知型，后者实际上是一个传感器。2022/7/2074第七章 人工器官 第五节 其它人工器官4.人工骨俄国、德国的一些医院上个世纪七十年代就开始对患者使用生物陶瓷人造骨，这种人道骨成分含有钙和磷酸盐离子。汉堡市一家医院用这种人造骨制成颌骨，移植在患者体内，两年后复查，发现人造颌骨组织的成分已发生变化，其中已含有18患者本人的成分，而且移植的人造颌骨能和人体骨骼一样吸收营养和生长。2022/7/2075第七章 人工器官 第五节 其它人工器官5、人工角膜人工角膜也有三类，一是异体角膜，二是动物角膜，

45、还有就是 高分子材料角膜，目前临床应用的几乎全是第一类，组织工程角膜成功以后有可能替代异体角膜。由于疾病或意外伤害引起的角膜混浊，如将瞳孔遮住，就要造成失明。除进行人体角膜移植外，可用透明的高分子材料如硅橡胶、聚甲基丙烯酸酯类、聚酯等材料的薄片制成人工角膜进行移植，也取得良好的效果。我国于1970年代初期，就已由郑一仁等成功地制成人工角膜，并用于临床，使许多盲人重见了光明。 2022/7/2076第七章 人工器官 第六节 其它人工器官6、人工玻璃体玻璃体是眼球的主要部分，体积约占眼球的70，它对视网膜起保护作用，若破坏了玻璃体就会造成失明。当眼部由于某些疾病而要进行手术 (如晶状体摘除，视网膜

46、剥离、人工角膜)或玻璃体发生意外事故时，就要补充或替换玻璃体。 人工玻璃体必须具备：无菌，有与眼睛的要求相适应的折射率等光学特性，对眼组织无刺激无障碍，可在眼内长期保留，易于简单的操作注入，易于保存等。聚乙烯醇水凝胶基本上能满足上述要求 2022/7/2077第七章 人工器官 第六节 其它 人工器官 7、人工晶体 人眼中的晶状体，犹如照相机中高折射率的镜头。如在眼疾手术后，晶状体也被摘除，则需佩戴高倍折射率的眼镜，十分不便。而如能将一种透明而具有高折射率的人工晶状体植于眼内，便可使病人恢复视力。这种人工晶状体一般用聚甲基丙烯酸酯类的透明高分子材料制成，单用聚甲基丙烯酸甲酯会显得太脆, 所以一般采用甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯共聚以增加期韧性，也可采用甲基丙烯酸环已酯和甲基丙烯酸丁酯共聚以