医用材料生物学基础第三章医用植入材料与人体间的相互作用课件

哈尔滨工业大学材料学院 材料物理与化学二OO六年十月第三章相互作用1炎症与伤口愈合医用植入材料2第三章相互作用炎症与伤口愈合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运与细胞中的蛋白质共价结合引言3第三章相互作用炎症与伤口愈合受伤4第三章相互作用炎症与伤口愈合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5第三章相互作用炎症与伤口愈合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。6第三章相互作用炎症与伤口愈合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。7第三章相互作用炎症与伤口愈合随着时间的推移，细胞群体的种类发生变化，在几个小时之内，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。8第三章相互作用炎症与伤口愈合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9第三章相互作用炎症与伤口愈合纤维原细胞10第三章相互作用炎症与伤口愈合巨噬细胞11第三章相互作用炎症与伤口愈合植入材料引起的反应阶段12第三章相互作用炎症与伤口愈合超急性期：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。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不同植入材料引起的反应无毒不降解的固体材料植入体－－绝对惰性的材料：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，形成薄的纤维囊纯钛、高纯氧化铝、特殊等级的聚四氟乙烯、聚乙烯等13第三章相互作用炎症与伤口愈合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1415第三章相互作用炎症与伤口愈合包膜囊受到压力,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,引起癌症材料稳定不被代谢胶原纤维形成包膜囊16第三章相互作用炎症与伤口愈合炎症 纤维组织囊壁形成材料降解 周边组织反应天然珊瑚羟基磷灰石

A手术法7d

囊壁14d囊壁完整30d囊壁变薄90d-360d囊壁菲薄,为胶原纤维组织E镍-钛合金类、G胶原止血海绵

H硅橡胶中D镍-钛记忆合金

F血管支架优7

d材料呈大片状被囊壁包裹,分解的小颗粒被巨噬细胞吞噬-多核巨14～90d材料分解成小片,分别被多个小180～360天材料减少,有的植入点乃至消失材料及增生的纤维结缔组织囊壁压迫引起肌肉组织变性和萎缩,D、F、G30

天细胞反应。已缓解,60天基本消失,而优于对照材料。ABC90

天仍囊壁包裹。见肌细胞轻度萎缩,而劣于对照材料。羟基磷灰石生物陶瓷

B手术法++7d羟基磷灰石义眼台C手术法++7d镍-钛记忆合金D注射法-7d镍-钛合金颅骨钉E注射法+7d镍-钛合金血管支架

-7dF注射法+7d胶原止血海绵注射法G硅橡胶

H注射法0/7d第三章相互作用17羟基磷灰石类30

天至90

天囊壁结缔组织增生反应仍较明炎显症与,壁伤厚口,愈劣合①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②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。18第三章相互作用炎症与伤口愈合生物材料—组织界面③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。④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。19第三章相互作用炎症与伤口愈合生物材料—组织界面⑤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