医用材料生物学基础－蔡伟第二章医用植入材料生物环境-四人体骨骼系统与骨组织生物力学五免疫系统与免疫细胞课件

工业大学二OO六医用材料生物学基础第二章生物环境1四、骨骼与骨组织生物力学第二章医用植入材料生物环境一、生命体系结构、人体组织与器官二、细胞结构与功能三、人体血液与组织液系统四、人体骨骼系统与骨组织生物力学五、人体免疫系统与免疫细胞第二章生物环境2四、骨骼与骨组织生物力学四、人体骨骼系统与骨组织生物力学骨的形态、结构与性质

骨的形态骨的构造:骨膜/骨质/骨髓

骨的显微结构骨的化学成分与物理性质骨骼及其力学性质

骨折修复期关节的结构第二章生物环境3四、骨骼与骨组织生物力学骨的形态成人全身骨约占体重的20％，206块。形态多样，分为四类：

扁骨：呈板状，富有较大的弹性和坚固性，围成空腔对腔内器官起保护作用，如顶骨、枕骨等；不规则骨：形状不规则，如椎骨、蝶骨。第二章生物环境5四、骨骼与骨组织生物力学胸骨剑突骶骨髋骨尾骨股骨腓骨颅骨颈椎肩胛骨胸骨胸椎肱骨腰椎腕骨掌骨指骨尺骨桡骨髌骨胫骨跗骨趾骨骨跟骨腓骨股骨尾骨肋骨第二章生物环境6四、骨骼与骨组织生物力学骨的构造:骨膜/骨质/骨髓

骨膜：紧贴在除关节面以外的骨表面的一层致密纤维结缔组织膜，很坚韧，分为内外两层。内层中有一些细胞可分化为成骨细胞和破骨细胞。骨膜内含有丰富的血管和神经，对骨起营养作用。骨由骨膜、骨质和骨髓构成，有丰富的血管和神经。活体内的每一块骨都是一个活的器官。第二章生物环境7四、骨骼与骨组织生物力学骨的构造:骨膜/骨质/骨髓

骨质：分骨密质和骨松质两类。骨密质：在骨的表面，由层层紧密排列的骨板构成，结构致密坚硬，抗压、抗扭曲力强。

第二章生物环境9四、骨骼与骨组织生物力学骨的构造:骨膜/骨质/骨髓骨松质：骨松质在骨密质的内面，结构疏松，弹性较大，由许多片状的骨小梁交织排列而成。呈蜂窝状，骨小梁与压力的传递方向一致，能承受很大的压力。第二章生物环境10四、骨骼与骨组织生物力学骨的构造:骨膜/骨质/骨髓骨密质和骨松质的分布：

长骨骨干：有很厚的骨密质，骨干中央为骨髓腔。

长骨骨骺及短骨：表面有一层薄的骨密质，中央为骨松质。

扁骨：内外表面都是骨密质形成的骨板，中央为骨松质Macroscopicstructure第二章生物环境11四、骨骼与骨组织生物力学的显微结构

作用：骨组织与软骨组织均属于具有支持和保护作用的结缔组织。骨质、骨膜（血管、神经）、骨髓骨组织骨细胞：多突起，位于骨陷窝内，埋藏在固体状态基质中．基质：基质和纤维排列成紧密的骨板。具有一定的形状和强大的坚韧性和弹性。软骨组织骨组织透明软骨、弹力软骨和纤维软骨骨第二章生物环境13四、骨骼与骨组织生物力学Microscopicstructureofbone中央管第二章生物环境14四、骨骼与骨组织生物力学骨的化学成分与物理性质无机物碱性磷酸钙为主的无机盐类、碳酸钙等。作用：使骨挺硬坚实。有机物大量排列规则的骨胶原纤维束和粘多糖蛋白作用：作为骨支架，赋予骨弹性和韧性，

使骨具有基本形态。骨的可塑性：在生长、发育过程中，由于各种条件的影响使得骨的形态有所改变。骨的粘弹性：在外力作用下，骨产生的形变与时间相关。第二章生物环境15四、骨骼与骨组织生物力学骨骼及其力学性质骨骼：是人体的支架，运动的支撑。力学性质：

极限强度：

抗张强度

抗压强度

弯曲强度

刚度：

弹性模量：

韧性：应力－应变曲线：在此施加压力在此拉伸体重的着力点人体股骨的应力分布第二章生物环境17四、骨骼与骨组织生物力学PropertiesofCorticalvs.CancellousBoneSTRESSStiffer,withstandsgreaterstressCORTICAL皮质骨

骨松质CANCELLOUSGreaterArea:AbsorbsmoreEnergyPhysiologicalRegion第二章生物环境18四、骨骼与骨组织生物力学骨骼及其力学性质成人湿润密质骨试件的拉伸应力——应变曲线（σ－ε图）σ=117Mpaε桡骨腓骨肱骨σ=117Mpaε=1.5%线弹性第二章生物环境19四、骨骼与骨组织生物力学骨骼及其力学性质第二章生物环境21四、骨骼与骨组织生物力学骨Meserer（1880）Yamada（1970）整骨数弯曲强度Mpa试件数弯曲强度Mpa肱骨7男143.615－201958女138.2桡骨

15－20221尺骨

15－20221股骨7男178.015－201776女157.3胫骨7男165.715－202096女162.8腓骨

15－20221新鲜成人密质骨弯曲强度均值第二章生物环境22四、骨骼与骨组织生物力学Load-DeformationcurvesofseveralmaterialsLOADSTEEP

=

STIFF第二章生物环境23四、骨骼与骨组织生物力学骨折修复期血肿的形成与急性炎症期：第二章生物环境25四、骨骼与骨组织生物力学骨折修复期1、血肿的形成：血肿软组织损伤、血管破裂骨折巨噬细胞、血小板、血细胞生化反应毛细血管通透性纤维蛋白原不溶纤维蛋白素凝血因子：凝血酶、血小板、钙纤维网架纤维细胞胶原、骨基质骨折处肉芽组织入侵细胞、毛细血管增生使血块吸收，形成收集入侵细胞第二章生物环境26四、骨骼与骨组织生物力学关节的基本结构：关节面、关节囊、关节腔第二章生物环境29四、骨骼与骨组织生物力学关节的基本结构articularcartilage:关节软骨减少骨面间的摩擦并缓冲撞击，增加关节的灵活性。Meniscus：半月板增加关节的弹性，减少骨面的冲击和振荡，使两骨关节面互相适应，有利于关节运动。关节囊：纤维层：与骨膜相续，增厚则形成韧带。

滑膜层：薄而光滑，衬于纤维层内面，附着于关节软骨的边缘，含有丰富的血管和淋巴管，分泌少量滑液，润滑关节面和关节软骨，同时具有吸收作用。第二章生物环境30四、骨骼与骨组织生物力学第二章医用植入材料生物环境一、生命体系结构、人体组织与器官二、细胞结构与功能三、人体血液与组织液系统四、人体骨骼系统与骨组织生物力学五、人体免疫系统与免疫细胞第二章生物环境31四、骨骼与骨组织生物力学五、人体免疫系统与免疫细胞免疫人体免疫系统淋巴细胞吞噬细胞第二章生物环境32四、骨骼与骨组织生物力学人体免疫系统——免疫

immunity：免疫一词来源于拉丁文，原意指古代罗马元老院的元老们在职期间可以免除各种公民的义务和法律起诉。历史上免疫是指机体不得疾病，尤其是不得传染性疾病。实际上，针对传染性疾病的防御机制也参与机体对非感染性外源物质的应答，即对外源性物质的反应。这些防御机制保护机体不受传染，清除引起组织损伤和疾病的外源性物质。免疫：机体对入侵异物的识别、排除和消灭的过程。第二章生物环境33四、骨骼与骨组织生物力学人体免疫系统1、非特异性免疫（先天免疫）：对许多病原微生物具有防御作用，不需要依赖任何一种特殊微生物刺激的影响。

皮肤、粘膜阻止病原微生物入侵的屏障作用；

表面分泌物的杀菌作用；

吞噬细胞的吞噬作用等。

免疫

immunity：第二章生物环境34四、骨骼与骨组织生物力学人体免疫系统2、特异性免疫（适应性免疫、获得性免疫）

免疫

immunity机体通过隐性感染、传染病或预防接种等方式，使病原微生物与免疫细胞接触后，所获得的防御机能，仅针对某一特定的病原微生物（特异抗原）发挥作用。种牛痘、打预防针。第二章生物环境35四、骨骼与骨组织生物力学人体免疫系统——免疫系统

由淋巴器官和淋巴组织组成，在功能上，由各种免疫细胞协同作用完成。淋巴器官中枢淋巴器官：脊髓、胸腺外周淋巴器官：淋巴结、脾、扁桃体第二章生物环境36四、骨骼与骨组织生物力学中枢淋巴器官：脊髓（B细胞）、胸腺（T细胞）

执行生成免疫细胞的功能，多功能造血干细胞在此发育成为B和T淋巴细胞。外周淋巴器官：淋巴结、脾、扁桃体等

成熟免疫细胞在此执行应答功能，随血流转移到此的淋巴细胞与某种抗原接触后，分化、增殖成为具有免疫功能的细胞。第二章生物环境37四、骨骼与骨组织生物力学返回淋巴器官第二章生物环境38四、骨骼与骨组织生物力学淋巴细胞胸腺依赖淋巴细胞：T细胞（记忆、效应T细胞）脊髓依赖淋巴细胞：B细胞杀伤性淋巴细胞：K细胞

存在于血液和脾中，数量很少，约占血中淋巴细胞的5－7％，通过抗体的特异性有目的地杀死靶细胞。自然杀伤性淋巴细胞：NK