生物相容性及生物学评价

生物相容性及生物学评价第一页，共二十二页，2022年，8月28日第三节：材料的组织相容性1.材料反应2.宿主反应第二页，共二十二页，2022年，8月28日生物医用金属材料在机体内重要反应之一是腐蚀。对高分子和陶瓷材料来说，腐蚀一般不是很显著，但是也存在着问题。缝隙腐蚀和点蚀是金属骨植入物两种最重要的腐蚀形式。缝隙腐蚀常发生在金属骨植入物螺栓板材装配结构的接合间隙内。腐蚀痕迹大多在板上的孔洞处。缝隙腐蚀偶尔也发生栓与板接合的部分。在金属骨植入板与螺栓之间也可能发生腐蚀。腐蚀常使螺栓与板的接触区域变色，留下像“烧焦”或“熏黑”的痕迹。材料反应1.1

腐蚀第三页，共二十二页，2022年，8月28日对单一元件装置，如颅骨板、骨髓内杆、内部修补物、锁钉和骨折端环扎线等，腐蚀很轻微，均匀腐蚀仍不可避免，而应力腐蚀，或者更一般地说，应力增高或破裂失效(疲劳腐蚀)，大概是最重要的破坏形式。过量的氧和连续流动的电解质为各种腐蚀提供了高度的活性；血液中存在的许多有机小分子也会影响腐蚀速率。第四页，共二十二页，2022年，8月28日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，但请注意：现有的方法不能完全模拟人体内的真实环境，并且，材料植入体内后，腐蚀现象无时无刻都在发生，其释放的物质可能造成机体组织的损伤，也可能由于腐蚀，导致器械的使用性能发生变化，最终导致植入物失效。

第五页，共二十二页，2022年，8月28日1.2

高分子材料的降解一般的生物降解高分子材料：一种人工合成的高分子有机物，或天然高分子材料，其在体内经水解、氧化反应，最终代谢产物为CO2和H2O，通过呼吸系统或泌尿系统排出体外，不在体内蓄积，几乎没有毒性作用，也不需要二次手术取出。常用的可降解材料：有聚乙交酯、聚丙交酯、聚酰胺以及某些自增强材料等。目前，各种降解材料存在的主要问题：可降解聚合物的机械性能差可降解材料在体内的降解强度衰减过快第六页，共二十二页，2022年，8月28日2.1伤口愈合过程简介2.2植入材料的宿主反应2.3几种重要的宿主反应2

宿主反应第七页，共二十二页，2022年，8月28日创伤愈合过程的基本阶段创伤凝血发炎修复和重建2.1伤口愈合过程简介第八页，共二十二页，2022年，8月28日创伤修复的基本方式是由伤后增生的细胞和细胞间质，充填、连接或代替缺损的组织

理想的创伤修复，是组织缺损完全由原来性质的细胞来修复，恢复原有的结构和功能

创伤修复的方式第九页，共二十二页，2022年，8月28日组织修复的过程（1）、纤维蛋白填充

（2）、细胞增生（3）、组织塑形6h后伤口边缘出现成纤维细胞，血管内皮细胞增生，形成新生小血管

肉芽组织多余的胶原纤维被胶原蛋白酶降解；过度丰富的毛细血管网消退和伤口的粘蛋白及水分减少伤口及组织裂隙先由血凝块充填，继而发生炎症，有纤维蛋白附加其间，其功用首先是止血和封闭创面，可减轻损伤第十页，共二十二页，2022年，8月28日创伤愈合类型1、一期愈合（原发愈合）组织修复以本来细胞为主，修复处仅含少量纤维组织。愈后功能良好。如上皮细胞修复，皮肤粘膜损伤2、二期愈合（瘢痕愈合）组织修复以纤维组织为主。愈后功能不良，可能有瘢痕挛缩或增生，引起畸形，管道狭窄，骨不连第十一页，共二十二页，2022年，8月28日

损伤处细胞再生与分化的分子机制受损组织修复的完好程度不仅取决于受损组织、细胞的再生能力，同时也受许多细胞因子及其他因素的调控。与再生有关的几种生长因子：

血小板源性生长因子：源于血小板α颗粒，能引起成纤维细胞、平滑肌细胞和单核细胞的增生和游走。血管内皮生长因子：促进血管的形成，增加血管的通透性第十二页，共二十二页，2022年，8月28日成纤维细胞生长因子：在毛细血管的新生过程中，能使内皮细胞分裂并诱导其产生蛋白溶解酶，溶解基底膜便于内皮细胞穿越生芽。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促增殖作用。第十三页，共二十二页，2022年，8月28日创伤神经内分泌变化免疫功能变化代谢变化组织破坏细胞失活局部反应全身性反应炎症细胞增生体温反应并发症感染休克创伤引起的反应第十四页，共二十二页，2022年，8月28日创伤性炎症利弊

益处：利于创伤修复渗入伤口间隙内的纤维蛋白原变为纤维蛋白，可充填裂隙和作为细胞增生的网架中性粒细胞抗菌作用、巨噬细胞清除坏死组织局部血流灌注增加，提供细胞增生的营养成分弊端：反应强烈或广泛，不利于创伤治愈大量血浆渗出→血容量缩减闭合性创伤的严重炎症→组织内压过高，阻碍局部血循环大量组织细胞的裂解产物→损坏其他器官第十五页，共二十二页，2022年，8月28日图2-2生物材料在体内的反应随时间的变化强度随时间的变化主要取决于植入体大小、形状、植入位置以及材料的物理化学性质不同导致伤口区域的不同。2.2

生物材料植入物的宿主反应：第十六页，共二十二页，2022年，8月28日炎症反应包括急性炎症反应，慢性炎性反应，粒状组织的形成等。其强度随时间的变化与植入体大小、形状、位置及材料的物理化学性质而不同。例如：急性炎性反应：在PTFE血管植入物外表面发生的流脓和附着有多形态的白血球。慢性炎性反应：聚乙烯植入物产生的磨损磨屑的周围聚集淋巴细胞和单核白血球。第十七页，共二十二页，2022年，8月28日免疫系统反应化学物质对免疫系统的作用具有双向性，即化学物质可在不同的条件下分别表现为对机体的免疫抑制或超敏反应。免疫抑制：生物材料可直接损伤免疫细胞的形态和功能，使机体免疫功能下降，导致个体易受感染因素或肿瘤的攻击。如苯、Pd、Hg等等。超敏反应：生物材料也可影响免疫细胞的抗原识别能力或过敏性，引起过高的病理性免疫应答，表现为过敏或超敏反应。如器官移植的排斥反应。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日宿主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接通后数分钟至数小时移植后数天至2周移植后数月至数年第十九页，共二十二页，2022年，8月28日2.3几种重要的宿主反应

1）植入材料与肿瘤的产生肿瘤是机体在各种致瘤因子长期协同作用下，某部易感细胞群体逐渐发生的、过度的异常反应性增生，往往持续增长，且与整体不相协调。即使这些致瘤因子已经停止作用，细胞的增生仍继续进行下去。这种肿痛性细胞增生应与以下几种正常细胞增生相区别。(1)与儿童生长分裂细胞，皮肤和造血骨髓细胞的增殖分化相区别；(2)与炎症性和修复性增生相区别，如外伤引起的成纤细胞和胶原细胞增生；(3)同局部组织受刺激或内分泌紊乱引起的细胞增生相区别。基本区别在于：上述这些细胞增生在刺激除去后就停顿了，并可能在一定程度上消退。第二十页，共二十二页，2022年，8月28日良性肿瘤：肿瘤块一直在它们的原发部位扩大生长，同周围邻近的正常组织有一明显边界区分，秉性柔和，相对善良。经合理而完善的外科手术切除是可治疗的。对机体危害较轻。除非它们生长在机体要害部位，否则良性肿瘤一股是不会构成对生命威胁的。恶性肿瘤：通过浸润与扩散方式进行生长、发展。恶性肿瘤细胞不仅可以在原发部位继续生长和蔓延，而且还可以通过血液、淋巴和其它体液途径扩散到与原发部位无关的身体其它部部位，形成与原发肿瘤同样类型的肿瘤。材料植入机体引起肿瘤可能同物理、化学性的因素有关.第二十一页，共二十二页，2022年，8月28日

2）植入感染植入感染生物材料相关的感染最初过程是生物材料表面的细菌黏附.引起植入物感染的微生物主要是各种条件致病菌，可来源