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1、生物医用材料全册配套最生物医用材料全册配套最 完整精品课件完整精品课件 生物医用材料生物医用材料 参考教材：参考教材：生物材料与组织工程生物材料与组织工程 熊党生熊党生 编著，科学出版社编著，科学出版社 第一章第一章 绪论绪论 生物材料的发展历史生物材料的发展历史 生物材料的分类及性能生物材料的分类及性能 生物材料的研究领域生物材料的研究领域 生物材料在人体内的应用生物材料在人体内的应用 生物材料与组织工程学生物材料与组织工程学 1 生物材料发展历史生物材料发展历史 l生物生物 (医用）材料的定义医用）材料的定义 一种与生物体组织接触，用以评估、治疗、一种与生物体组织接触，用以评估、治疗、 置

2、换生物体任何组织、器官，增进和恢复其置换生物体任何组织、器官，增进和恢复其 功能的材料。功能的材料。 Biomedical materials biomaterials u生物材料的发展历史生物材料的发展历史 公元前：公元前： 棉花线棉花线缝合线缝合线 青铜或黄铜青铜或黄铜将断裂的骨连接起来：将断裂的骨连接起来： 黄金黄金修补牙齿修补牙齿 19世纪中期：世纪中期： 形成了相应的科学体系。特别是新型高分子材料的研发，为形成了相应的科学体系。特别是新型高分子材料的研发，为 生物材料的研究和应用创造了极大的机会：硫化橡胶生物材料的研究和应用创造了极大的机会：硫化橡胶制成制成 人工牙托和颚骨人工牙托和

3、颚骨 20世纪中后期生物医用材料迅速发展：世纪中后期生物医用材料迅速发展： 20世纪世纪40年代：年代： 高分子聚合物作为生物材料得到应用：有机玻璃（聚甲基丙烯高分子聚合物作为生物材料得到应用：有机玻璃（聚甲基丙烯 酸甲酯酸甲酯PMMA）在眼角和受损头骨部分的植入得到了广泛应用。）在眼角和受损头骨部分的植入得到了广泛应用。 20世纪世纪50年代：人工血管植入年代：人工血管植入 20世纪世纪60年代：人工心脏瓣膜和骨水泥固定人工关年代：人工心脏瓣膜和骨水泥固定人工关节的植入 目前：生物活性材料及可降解材料得到发展：羟基磷灰石，目前：生物活性材料及可降解材料得到发展：羟基磷灰石， 聚乳酸等聚乳酸等

4、 第一代：第一代：生物惰性材料生物惰性材料：代表材料有石膏：代表材料有石膏 、各种金属、橡胶、棉花等、各种金属、橡胶、棉花等 第二代：第二代：生物活性和可降解材料生物活性和可降解材料：代表材：代表材 料：羟基磷灰石、磷酸三钙、聚乙醇酸、料：羟基磷灰石、磷酸三钙、聚乙醇酸、 聚乳酸（聚乳酸（PLA）、聚甲氨基丙烯酸甲酯）、聚甲氨基丙烯酸甲酯 PMMA、胶原、多肽、纤维蛋白等、胶原、多肽、纤维蛋白等 生物材料的发展历程可分为两个时代生物材料的发展历程可分为两个时代： 可按以下几个方面分类：可按以下几个方面分类： 按材料组成和性质分按材料组成和性质分 按材料来源分按材料来源分 按材料使用要求分按材料

5、使用要求分 按材料在人体应用部位分按材料在人体应用部位分 按材料与人体接触时间分按材料与人体接触时间分 2 生物材料的分类生物材料的分类 1 1）按）按材料组成和性质可材料组成和性质可分为：分为： 医用金属材料医用金属材料：不锈钢、钛合金、钴基合金等。：不锈钢、钛合金、钴基合金等。 医用无机材料医用无机材料：碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料。：碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料。 医用高分子材料：医用高分子材料： 天然高分子材料天然高分子材料：再生纤维、胶原、透明质酸、：再生纤维、胶原、透明质酸、 甲壳素等。甲壳素等。 合成高分子材料合成高分子材料：硅橡胶、聚氨脂、涤伦、尼龙、：硅橡胶、聚氨脂、

6、涤伦、尼龙、 聚丙烯腈。聚丙烯腈。 医用复合材料医用复合材料：由两种或两种以上的不同材料复合而：由两种或两种以上的不同材料复合而 成，包括高分子基、金属基和陶瓷基复合材料三类。成，包括高分子基、金属基和陶瓷基复合材料三类。 例如：用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增例如：用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或玻璃纤维增 强的生物陶瓷、强的生物陶瓷、玻璃等。玻璃等。 按材料的生物活性还可分为按材料的生物活性还可分为： 生物惰性材料生物惰性材料: 体内稳定、不发生或仅发生微弱化学反应的材料。包括体内稳定、不发生或仅发生微弱化学反应的材料。包括 惰性生物陶瓷（如氧化物陶瓷：惰性生物陶瓷（如氧化物陶瓷：A

7、l2O3、 、ZrO2等 等)、医用金、医用金 属材料（属材料（不锈钢、钛合金、钴铬合金不锈钢、钛合金、钴铬合金）。）。 生物活性材料生物活性材料： 能与周围组织发生不同程度生化反应的材料。例如生物活能与周围组织发生不同程度生化反应的材料。例如生物活 性陶瓷（性陶瓷（羟基磷灰石羟基磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2和生物玻璃和生物玻璃 等。等。 生物降解材料生物降解材料： 体内能够不断发生降解，降解产物能够被机体所吸收或排体内能够不断发生降解，降解产物能够被机体所吸收或排 除体外的材料。包括：生物降解陶瓷（除体外的材料。包括：生物降解陶瓷（-磷酸三钙磷酸三钙 - Ca3(PO4)2）和生物

8、降解高分子材料（和生物降解高分子材料（聚乳酸聚乳酸PLA） 。 2 2）按材料来源可分为）按材料来源可分为 人体自身组织人体自身组织 同种器官与组织同种器官与组织 异种同类器官与组织异种同类器官与组织 天然生物材料天然生物材料 合成材料合成材料 3）按材料使用要求分按材料使用要求分 非植入性材料：注射器等非植入性材料：注射器等 植入性材料植入性材料 血液接触性材料血液接触性材料 降解和吸收性材料降解和吸收性材料 4）按材料应用部位分为）按材料应用部位分为 硬组织材料硬组织材料 软组织材料软组织材料 血管材料血管材料 血液代用材料血液代用材料 过滤、透析膜等材料过滤、透析膜等材料 n 5 5）按

9、与人体接触时间分）按与人体接触时间分 短期接触：短期接触：2424小时，小时，A A类材料类材料 长期接触：长期接触：24ht30d, B24ht30d:t30d，C C类材料类材料 应用应用材料种类材料种类 骨骼系统骨骼系统 关节置换体（髋关节、膝关节）关节置换体（髋关节、膝关节） 固定骨折部位的骨板固定骨折部位的骨板 骨水泥骨水泥 骨缺损修复骨缺损修复 人工肌腱和韧带人工肌腱和韧带 用于补牙的牙科植入体用于补牙的牙科植入体 心血管系统心血管系统 血管弥补血管弥补 心脏瓣膜心脏瓣膜 导尿管导尿管 器官器官 人工心脏人工心脏 皮肤修复样板皮肤修复样板 人工肾脏人工肾脏 心心-肺机肺机 感觉器官

10、感觉器官 耳蜗置换耳蜗置换 眼内镜眼内镜 角膜接触镜角膜接触镜 角膜绷带角膜绷带 Ti、Ti-Al-V合金、不锈钢、聚乙烯合金、不锈钢、聚乙烯 不锈钢、不锈钢、Co-Cr合金合金 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 羟基磷灰石羟基磷灰石 Teflon, Dacron Ti、Al、Ca、磷酸盐、磷酸盐 涤纶涤纶, 特氟隆特氟隆(聚四氟乙烯聚四氟乙烯),聚氨酯聚氨酯 再生组织、不锈钢、再生组织、不锈钢、C 硅橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯硅橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯 聚氨酯聚氨酯 硅硅-胶原质复合材料胶原质复合材料 纤维素、聚丙烯纤维素、聚丙烯腈腈 硅橡胶硅橡胶 铂电极铂电极 聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡胶、水凝

11、胶聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡胶、水凝胶 硅硅-丙烯酸树脂、水凝胶丙烯酸树脂、水凝胶 胶原质、水凝胶胶原质、水凝胶 表1-1 合成材料和改性的天然材料的医学应用合成材料和改性的天然材料的医学应用 u生物材料的使用性能生物材料的使用性能 不同的生物材料具有不同的使用性能。临床医学对生物医学 材料要求：生物相容性（安全性）和功能性生物相容性（安全性）和功能性 包括： 无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和组织 细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝 血、发热和过敏等现象； 化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用； 具有与天然组织相适应的物理机械特性； 针对不同的使用目的具有特定的功能。

12、 3. 生物材料与组织工程学生物材料与组织工程学 n 1984年华人学者冯元桢首次提出了组织工程的概念。年华人学者冯元桢首次提出了组织工程的概念。 n 1987年，美国国家科学院基金会明确了年，美国国家科学院基金会明确了组织工程的定组织工程的定 义：义：“组织工程组织工程是运用工程科学和生命科学的原理及方是运用工程科学和生命科学的原理及方 法，从根本上认识正常和病理的哺乳动物组织和结构功法，从根本上认识正常和病理的哺乳动物组织和结构功 能的关系，并研究生物学的替代物，以恢复、维持和改能的关系，并研究生物学的替代物，以恢复、维持和改 进组织的生物替代物进组织的生物替代物” n 科学意义：科学意义

13、： 为解除病人痛苦提供了一种新的治疗方法为解除病人痛苦提供了一种新的治疗方法 提出了提出了复制复制“组织组织”、“器官器官”的新思想的新思想 标志着标志着“生物科技人体时代生物科技人体时代”的到来，是的到来，是“再生医学再生医学的的 新时代新时代”，是，是“一场深远的医学革命一场深远的医学革命”。 4、 生物医用材料的研究领域：生物医用材料的研究领域： 研究领域包括研究领域包括 l 生物体生物体生理环境、组织、器官生理功能生理环境、组织、器官生理功能及其及其替代替代 方法。方法。 l 具有特种生理功能的生物医学具有特种生理功能的生物医学材料的合成、改性材料的合成、改性 、加工成型、加工成型以及

14、材料的特种生理功能与其结构关以及材料的特种生理功能与其结构关 系。系。 l 材料与材料与生物体的组织、血液、免疫等生物体的组织、血液、免疫等生理系统的生理系统的 相互作用相互作用。 l 材料材料灭菌、消毒、医用安全性评价灭菌、消毒、医用安全性评价方法与标准以方法与标准以 及医用材料与制品生产管理与国家管理法规。及医用材料与制品生产管理与国家管理法规。 n 生物材料学家的作用：生物材料学家的作用： 肩负着肩负着改变改变生物材料的生物材料的组成和（或）加工过程，组成和（或）加工过程， 以控制材料的生物学响应并以控制材料的生物学响应并制备出具有最大生物制备出具有最大生物 相容性的植入体相容性的植入体

15、的责任。必须同时考虑到的责任。必须同时考虑到材料性材料性 质（功能性）质（功能性），以确保所选择的材料适合于既定，以确保所选择的材料适合于既定 的应用目的。的应用目的。 生物材料科学研究的特点：是一门交叉学科，包括生物材料科学研究的特点：是一门交叉学科，包括 材料学、机械工程学、生物学、临床医学等。材料学、机械工程学、生物学、临床医学等。 5. 生物材料在人体内的应用生物材料在人体内的应用 生物材料在人体内的具体应用 生物材料在人体内的具体应用 环抱式接骨板环抱式接骨板 髌骨爪髌骨爪 骑缝钉骑缝钉 头颅微型钢板 骨科用植入物骨科用植入物 长干骨骨折及固定长干骨骨折及固定 骨科用植入物骨科用植入

16、物 人工髋关节人工髋关节 人工髋关节的外形人工髋关节的外形 整容植入材料 整容植入物整容植入物 器 械 包 血管成形术 髂动脉成形术（导丝在髂动脉成形术（导丝在X光下进入到血管内的照影光下进入到血管内的照影 ） 心肌梗塞治疗：心血管支架植入心肌梗塞治疗：心血管支架植入 n 主动脉带膜支架治疗主动主动脉带膜支架治疗主动 脉瘤脉瘤 其 它 动 脉 血 管 支 架 植 入 食道支架与气管支架 前列腺尿道支架与胆道支架前列腺尿道支架与胆道支架 其其 它它 管管 腔腔 支支 架架 植植 入入 术术 支架输送器：导丝、球囊支架输送器：导丝、球囊 介入放射植入支架手术介入放射植入支架手术- - 心脏瓣膜置换

17、体心脏瓣膜置换体 金属金属Ti制成的牙齿的植入体制成的牙齿的植入体 人造心脏人造心脏 人造关节人造关节 人工肾人工肾 心脏起搏器 工作示意图 甲壳素缝线的电镜照片甲壳素缝线的电镜照片 硅橡胶硅橡胶医用导管类医用导管类 PMMA人工晶体人工晶体 生物医用材料市发展概况生物医用材料市发展概况 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 年 200520022000 3275 2300 1650 20% 12% 单位: 亿 美 元 世 界 医 疗器 械 市 场 生 物 材 料 和 制品 全球生物医用材料市场 n 我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长我国生物医学材料

18、的生物医学工程产业的市场增长 率高达率高达 28(全球市场增长率全球市场增长率20%),居全球之首。居全球之首。 n 我国人工关节我国人工关节 替换年增长率高达替换年增长率高达30，远高于美国远高于美国 的的4。 n 775万肢残患者和每年新增的万肢残患者和每年新增的300万骨损伤患者万骨损伤患者 -需需 要大量骨修复材料要大量骨修复材料 n 2000万心血管病患者万心血管病患者 -每年需要每年需要24万套人工心瓣万套人工心瓣 膜膜 n 肾衰患者肾衰患者 -每年需要每年需要12万个肾透析器万个肾透析器 n 中国生物医用材料市场 产业发展方向 n 市场迅猛发展的需求市场迅猛发展的需求通用生物医用

19、材料，控制释通用生物医用材料，控制释 放系统，组织工程材料；放系统，组织工程材料； n 加大研发力量，加强学科交叉，发展具有自主知识加大研发力量，加强学科交叉，发展具有自主知识 产权的技术与产品；产权的技术与产品； n 加强产加强产-学学-研的结合。研的结合。 第二章生物学相关基础简介第二章生物学相关基础简介 1.人体的机体组织人体的机体组织 2.细胞细胞 3.细胞外基质细胞外基质 4.血液血液 5.骨组织骨组织 6 人体免疫系统人体免疫系统 人体由有机质和无机质构成细胞，由细胞与细胞间质组成组织，由组人体由有机质和无机质构成细胞，由细胞与细胞间质组成组织，由组 织构成器官。织构成器官。 组织

20、是一种具有生物活性的复合材料组织是一种具有生物活性的复合材料 组织的结构和性质取决于组成物的化学、物理性质及各组分的相对含组织的结构和性质取决于组成物的化学、物理性质及各组分的相对含 量量 例如：例如： 神经组织：几乎完全由细胞组成神经组织：几乎完全由细胞组成 骨骼：由骨骼胶原纤维和矿物质组成，仅含少量的细胞和基质。骨骼：由骨骼胶原纤维和矿物质组成，仅含少量的细胞和基质。 1.人体的机体组织人体的机体组织 机体的主要功能：机体的主要功能： 新陈代谢：人体新陈代谢：人体外界环境外界环境 兴奋性：机体对刺激有起反应的能力兴奋性：机体对刺激有起反应的能力 适应性：机体对环境变化的适应适应性：机体对环

21、境变化的适应 l 神经调节神经调节 l 体液调节体液调节 l 器官组织细胞的自身能力器官组织细胞的自身能力 2. 2. 细胞细胞 n 细胞是活体组织形成的基础，一定情况下，它们可以单独细胞是活体组织形成的基础，一定情况下，它们可以单独 存活。存活。一些生物体，如细菌、原生动物和一些藻类，由一些生物体，如细菌、原生动物和一些藻类，由 单个细胞组成。但是大多数细胞是多细胞生物体的组成部单个细胞组成。但是大多数细胞是多细胞生物体的组成部 分，一个典型的动物细胞悬浮在液体中是一个直径约为分，一个典型的动物细胞悬浮在液体中是一个直径约为2020 微米的球，如图所示。微米的球，如图所示。 n 大多数细胞在

22、悬浮液中的生长不是很好，它们常常贴敷于大多数细胞在悬浮液中的生长不是很好，它们常常贴敷于 某一基质进行生长。某一基质进行生长。 光面内质网内质网 细细胞核 高尔基复复合 体 核仁 微管 原生质质膜 泡囊 糙面内质内质 网网 染色质质 溶酶体 线线粒体 微纤丝纤丝 3. 细胞外基质（细胞外基质（EMC） 由细胞合成并分泌到细胞外的各种生物大分子由细胞合成并分泌到细胞外的各种生物大分子 各种生物大分子组装成高度水合的凝胶。各种生物大分子组装成高度水合的凝胶。 构成细胞外基质的大分子种类：胶原、非胶原糖蛋构成细胞外基质的大分子种类：胶原、非胶原糖蛋 白、氨基聚糖与蛋白聚糖、以及弹性蛋白。白、氨基聚糖

23、与蛋白聚糖、以及弹性蛋白。 EMC的功能：的功能： 使组织具有弹性和抗压性使组织具有弹性和抗压性 对物质转运有选择渗透性对物质转运有选择渗透性 细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用 抗凝血功能抗凝血功能 4.1 4.1 血液的主要组成及特征、功能血液的主要组成及特征、功能 1 1）组成：）组成： 白蛋白白蛋白 球蛋白球蛋白 纤维蛋白原纤维蛋白原 血血 液液 血浆血浆 （50- 60%） 血细胞（血细胞（40- 50%） 水（水（91-92%） 溶质（溶质（8-9%） Na+、K+、Ca2+、Mg2+ HCO3-、Cl-、HPO32-、SO42- 红细胞红细胞 白细胞

24、白细胞 血小板血小板 气体：气体：O2、CO2 小分子有机物小分子有机物 电解质电解质 血浆蛋白血浆蛋白 营养物质营养物质 代谢终产物代谢终产物 激素激素 4. 血液血液 血浆血浆 （中性粒细胞（中性粒细胞 （淋巴细胞）（淋巴细胞） 全血全血离心后离心后 细胞形态细胞形态 n 红细胞的功能红细胞的功能 运输运输O2和和CO2 缓冲作用：在缓冲作用：在酸碱平衡酸碱平衡起一定的缓冲作用起一定的缓冲作用 这两项功能都是通过红细胞中的血红蛋白来实现的。如果红细胞破裂，这两项功能都是通过红细胞中的血红蛋白来实现的。如果红细胞破裂， 血红蛋白释放出来，溶解于血浆中，即丧失上述功能。血红蛋白释放出来，溶解于

25、血浆中，即丧失上述功能。 2）红细胞）红细胞 3）白细胞）白细胞 白细胞有核，在血液中一般呈球形。白细胞有核，在血液中一般呈球形。 依据白细胞细胞核接触不同染色剂时，胞浆中依据白细胞细胞核接触不同染色剂时，胞浆中 是否产生特殊的嗜色颗粒可分为粒细胞及无粒细是否产生特殊的嗜色颗粒可分为粒细胞及无粒细 胞。胞。 粒细胞又可依据所含嗜色颗粒特性不同而分为粒细胞又可依据所含嗜色颗粒特性不同而分为 嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞及中性粒细胞嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞及中性粒细胞。 物理细胞可分为物理细胞可分为单核细胞和淋巴细胞单核细胞和淋巴细胞。其中单。其中单 核细胞最大，淋巴细胞最小，嗜酸数目最少，中核细

26、胞最大，淋巴细胞最小，嗜酸数目最少，中 性数目最多。性数目最多。 白细胞白细胞分类及数量分类及数量 总数总数:4.010.0 109/L 中性粒中性粒 neutrophil: 50%70% 嗜酸粒嗜酸粒 eosinophil: 0.5%5% 嗜碱粒嗜碱粒 basophil: 0%1% 单核细胞单核细胞 monocyte: 3%8% 淋巴细胞淋巴细胞 lymphocyte: 20%40% n 白细胞的主要功能白细胞的主要功能 抵抗微生物的入侵和执行免疫功能，以维持机体的生存。白细胞也通抵抗微生物的入侵和执行免疫功能，以维持机体的生存。白细胞也通 常被称为常被称为免疫细胞免疫细胞 中性粒细胞和单核

27、中性粒细胞和单核-巨噬细胞可吞噬入侵机体的微生物和其他义务，巨噬细胞可吞噬入侵机体的微生物和其他义务， 并可清除机体自身的坏死组织；并可清除机体自身的坏死组织； 淋巴细胞的主要功能是参与免疫反应。淋巴细胞的主要功能是参与免疫反应。 又称血栓细胞（又称血栓细胞（thrombocyte） 形态：形态： 呈两面微凸的圆盘状，平均面积呈两面微凸的圆盘状，平均面积8um2， 受刺激时伸出伪足。受刺激时伸出伪足。 4）血小板）血小板 l 血小板的功能血小板的功能 1. 1. 正常值正常值: :(100-300)(100-300)10109 9/L/L 50 50 10109 9/L/L有出血倾向有出血倾向

28、 血小板过少血小板过少 则有出血倾向；则有出血倾向； 血小板过多则血栓形成血小板过多则血栓形成 2.2.功能功能: : 维持血管内皮的完整维持血管内皮的完整: :支持和修复支持和修复; ; 参与生理止血全过程参与生理止血全过程 参与凝血参与凝血: :如血小板磷脂如血小板磷脂,PF,PF3 3 促进和抑制纤维蛋白溶解促进和抑制纤维蛋白溶解: :血小板释放的血小板释放的5-HT5-HT 刺激血管内皮释放血管激活物刺激血管内皮释放血管激活物, , 激活纤溶酶原而使纤维激活纤溶酶原而使纤维 蛋白降解；血小板第蛋白降解；血小板第6 6因子因子( (抗纤维蛋白因子抗纤维蛋白因子,PF,PF6 6) )抑制

29、抑制 纤维蛋白溶解纤维蛋白溶解 4.2 凝血和血栓的形成凝血和血栓的形成 （释放前（释放前 列环素）列环素） 血管损伤血管损伤 血管内皮下血管内皮下 组织组织 血小板激活血小板激活 （粘附、聚集、释放）（粘附、聚集、释放） 血小板止血栓血小板止血栓 （初期止血）（初期止血） 血凝块形成与维持血凝块形成与维持 （二期止血）（二期止血） 凝血系统激活凝血系统激活 纤维蛋白网形成纤维蛋白网形成 血管收缩血管收缩 （血小板因子）血小板因子） 2.血流的冲刷和稀释作用血流的冲刷和稀释作用 循环不息循环不息,使偶尔被激活的凝血因子被冲走使偶尔被激活的凝血因子被冲走; 稀释被激活的凝血因子稀释被激活的凝血因

30、子; 3. 纤维蛋白的吸附作用和巨噬细胞的吞噬作用纤维蛋白的吸附作用和巨噬细胞的吞噬作用: 吸附和吞噬凝血因子吸附和吞噬凝血因子 4.体内生理性抗凝物质体内生理性抗凝物质 有三类有三类: 丝氨酸蛋白酶抑制物丝氨酸蛋白酶抑制物 蛋白质细胞系统（肝素：防止血栓形成）蛋白质细胞系统（肝素：防止血栓形成） 组织因子途径抑制物组织因子途径抑制物 4.3 4.3 血液凝固的控制血液凝固的控制( (体内抗凝系统体内抗凝系统) ) 1.血管内皮具有抗凝作用血管内皮具有抗凝作用 4.4 动脉硬化动脉硬化与与支架介入治疗支架介入治疗及及 其其支架内再狭窄支架内再狭窄 动脉硬化动脉硬化: 支架植入技术支架植入技术

31、利用穿刺、导管、球囊导管扩张和金属内利用穿刺、导管、球囊导管扩张和金属内 支架植入等技术，是狭窄、闭塞的血管或支架植入等技术，是狭窄、闭塞的血管或 腔道扩张、再通的技术。包括冠脉支架、腔道扩张、再通的技术。包括冠脉支架、 肾动脉支架、脑血管支架、大动脉（主动肾动脉支架、脑血管支架、大动脉（主动 脉、腹动脉）血管支架、食道支架等脉、腹动脉）血管支架、食道支架等 血管支架内再狭窄血管支架内再狭窄 什么是血管支架内再狭窄？什么是血管支架内再狭窄？ 植入血管支架材料引起的血栓植入血管支架材料引起的血栓( (凝血凝血) )过程，这是血管支过程，这是血管支 架植入后易引起的并发症。金属裸支架再狭窄发生率约

32、架植入后易引起的并发症。金属裸支架再狭窄发生率约 为为30%30%，药物涂层支架，药物涂层支架再狭窄发生率小于再狭窄发生率小于10%10%。 血管支架内再狭窄血管支架内再狭窄形成原因：形成原因： 凝血过程是血液和外界材料接触后，在数秒内血浆蛋白凝血过程是血液和外界材料接触后，在数秒内血浆蛋白 （白蛋白，（白蛋白，- -球球蛋白和纤维蛋白蛋白和纤维蛋白）竞争吸附，接着是）竞争吸附，接着是 血小板被活化粘着而形成血栓，即所谓血小板血栓反应。血小板被活化粘着而形成血栓，即所谓血小板血栓反应。 与此同时，血液中的内、外因素等一系列凝固性蛋白的与此同时，血液中的内、外因素等一系列凝固性蛋白的 串级活化反

33、应而进一步使可溶性血纤维蛋白聚合成为不串级活化反应而进一步使可溶性血纤维蛋白聚合成为不 溶性血纤维蛋白凝胶裹卷红血球，白血球，也裹进血小溶性血纤维蛋白凝胶裹卷红血球，白血球，也裹进血小 板而形成红色血栓。板而形成红色血栓。 血管支架内再狭窄的形成血管支架内再狭窄的形成 A： 植入之前；植入之前； B：植入之后，内膜和：植入之后，内膜和 中层撕裂；中层撕裂； C：红细胞和富纤维蛋：红细胞和富纤维蛋 白原血栓形成，及血小白原血栓形成，及血小 板聚积；板聚积； D：内附壁血栓形成；：内附壁血栓形成； E：内膜和中层的平滑：内膜和中层的平滑 肌细胞增殖和迁移导致肌细胞增殖和迁移导致 内膜增生；内膜增生

34、； F：血管晚期重塑引起：血管晚期重塑引起 再狭窄。再狭窄。 药物涂层支架抑制再狭窄药物涂层支架抑制再狭窄 5. 骨骼组织骨骼组织 l骨骼是人体的力学支柱，承受着各种载荷的作骨骼是人体的力学支柱，承受着各种载荷的作 用。用。 l人体骨骼分为躯干、四肢和颅骨三大部分，每人体骨骼分为躯干、四肢和颅骨三大部分，每 一部分都由许多不同形状的骨相互连接而成，一部分都由许多不同形状的骨相互连接而成， 组成了人体整个骨骼系统。组成了人体整个骨骼系统。 l为了保证人体的正常生活、运动和劳动，每一为了保证人体的正常生活、运动和劳动，每一 块骨都必须有足够的承载能力。它由两方面来块骨都必须有足够的承载能力。它由两

35、方面来 衡量：衡量： 强度强度：在载荷作用下具有足够抵抗破坏的能力：在载荷作用下具有足够抵抗破坏的能力 ； 刚度刚度：在载荷作用下具有足够抵抗变形的能力：在载荷作用下具有足够抵抗变形的能力 。 强度和刚度是骨的重要的力学性能，取决于它的强度和刚度是骨的重要的力学性能，取决于它的 成分和结构。成分和结构。 骨的结构骨的结构 各种骨断裂状态各种骨断裂状态 5.1 骨组织结构及特点骨组织结构及特点 骨骨 骨的成分骨的成分 骨密质骨密质 骨松质骨松质 骨膜骨膜 骨质骨质 骨髓骨髓 骨结构骨结构 骨细胞骨细胞 有机质有机质 无机质：无机质： 骨胶原纤维骨胶原纤维 粘糖蛋白粘糖蛋白 羟基磷灰石羟基磷灰石

36、有机质有机质占质量的占质量的1/3，由骨，由骨胶原胶原 纤维纤维和少量的粘蛋白组成。和少量的粘蛋白组成。 骨胶原纤维平行排列成束，借助骨胶原纤维平行排列成束，借助 粘蛋白粘合在一起，形成网状结粘蛋白粘合在一起，形成网状结 构，使骨具有很大的弹性和韧性。构，使骨具有很大的弹性和韧性。 骨胶原纤维具有良好的塑性，拉骨胶原纤维具有良好的塑性，拉 长时延伸率可达长时延伸率可达20%以上。以上。 无机盐无机盐占重量的占重量的2/3：主要成分：主要成分 为为羟基磷灰石羟基磷灰石，分子式，分子式Ca10（ ） ）6（）（） ，它们是一些 ，它们是一些 微小颗粒（长约，横截微小颗粒（长约，横截 面积约面积约）

37、， ），是骨质坚硬 是骨质坚硬 的主要因素。的主要因素。 骨骼组织是一种优化材料，其力学性达到了理性化，决定于它们的成分骨骼组织是一种优化材料，其力学性达到了理性化，决定于它们的成分 和结构和结构 无机盐晶体牢固地贴附在纵向平行排列的片状骨胶原纤维上，就形成无机盐晶体牢固地贴附在纵向平行排列的片状骨胶原纤维上，就形成 一片片的骨板；一片片的骨板； 若贴附在相互交错的胶原纤维上，则形成棒状骨小梁。若贴附在相互交错的胶原纤维上，则形成棒状骨小梁。 由于骨胶原纤维中存在有大量的无机盐晶体，使骨组织既有较好的弹由于骨胶原纤维中存在有大量的无机盐晶体，使骨组织既有较好的弹 性与韧性，又有较大的强度与刚度

38、，成为抗压的支柱。性与韧性，又有较大的强度与刚度，成为抗压的支柱。 骨骼结构特点骨骼结构特点 骨表面有骨膜，它具有缓和受力状态、使受力均匀的作用。骨表面有骨膜，它具有缓和受力状态、使受力均匀的作用。 骨内部的骨髓腔，从受力构件来说，合理的结构。骨内部的骨髓腔，从受力构件来说，合理的结构。 人体全身的块骨头，不论其形态和类型（分长、短、扁和不规则骨四种类人体全身的块骨头，不论其形态和类型（分长、短、扁和不规则骨四种类 型），都是由密质骨和松质骨构成。型），都是由密质骨和松质骨构成。 密质骨由整齐排列的板状骨板组成，致密坚硬，强度刚度大；密质骨由整齐排列的板状骨板组成，致密坚硬，强度刚度大； 松质

39、骨有棒状骨小梁互相交错、不规则排列而成，类似于工程上的桁架结构，能松质骨有棒状骨小梁互相交错、不规则排列而成，类似于工程上的桁架结构，能 承受较大的弹性变形能力。承受较大的弹性变形能力。 这两种类型骨的不同分布，使骨骼的力学性能更趋于完美。这两种类型骨的不同分布，使骨骼的力学性能更趋于完美。 骨的功能和结构的适应性是长期进化的结果骨的功能和结构的适应性是长期进化的结果 骨实现用最小的材料获得最大的功能的原则。骨实现用最小的材料获得最大的功能的原则。 骨骼在外载荷作用下要发生变形，其内部会产生应力，一般在受到不骨骼在外载荷作用下要发生变形，其内部会产生应力，一般在受到不 同形式的载荷后的变形可分

40、为拉伸与压缩、剪切、扭转和弯曲等几种同形式的载荷后的变形可分为拉伸与压缩、剪切、扭转和弯曲等几种 基本变形形式或几种基本变形形式的复合，称复合变形。基本变形形式或几种基本变形形式的复合，称复合变形。 5.2 骨的力学性能骨的力学性能 轴向拉或压截面上的应力轴向拉或压截面上的应力 骨骼在一对大小相等、方向相反的轴向外力作用骨骼在一对大小相等、方向相反的轴向外力作用 下，发生沿骨的轴线方向的伸长或缩短的变形。下，发生沿骨的轴线方向的伸长或缩短的变形。 例：例： l 人用双手拉单杠时，上肢长管状骨因受体重而被人用双手拉单杠时，上肢长管状骨因受体重而被 拉伸拉伸轴向拉伸轴向拉伸 l 人体站立时，下肢长

41、管状骨受体重被压缩人体站立时，下肢长管状骨受体重被压缩轴轴 压缩。压缩。 三种不同材料（钢、玻璃、骨）力三种不同材料（钢、玻璃、骨）力 学应力应变曲线比较学应力应变曲线比较 钢为塑性材料，有明显的弹性阶段、屈服点和屈服阶段，延伸率可达钢为塑性材料，有明显的弹性阶段、屈服点和屈服阶段，延伸率可达 以上。以上。 玻璃为典型的脆性材料，无屈服点、无塑性区，断裂前几乎无塑性变形，玻璃为典型的脆性材料，无屈服点、无塑性区，断裂前几乎无塑性变形， 延伸率很小。延伸率很小。 润滑骨的力学性能介于塑性和脆性材料之间润滑骨的力学性能介于塑性和脆性材料之间 骨骼的骨干部近似脆性材料骨骼的骨干部近似脆性材料 骨压缩

42、时应力应变曲线与拉伸时基本相似。压缩极限应力大于拉伸的。骨压缩时应力应变曲线与拉伸时基本相似。压缩极限应力大于拉伸的。 骨骼在损伤治疗和愈合中的生物力学问题骨骼在损伤治疗和愈合中的生物力学问题 应力应力是骨增生的主要因素是骨增生的主要因素 l应力对骨的改变、生长和吸收起着重要的调节应力对骨的改变、生长和吸收起着重要的调节 作用，对每一个骨要有一个合适的应力作用范作用，对每一个骨要有一个合适的应力作用范 围。围。 l机体生长阶段，骨增生多于骨吸收；机体生长阶段，骨增生多于骨吸收； l老年阶段，再吸收多于骨增生；老年阶段，再吸收多于骨增生； l成年阶段，骨增生和再吸收基本处于一种动态成年阶段，骨增

43、生和再吸收基本处于一种动态 平衡阶段。平衡阶段。 l这种骨增生和再吸收除了受内分泌激素的影响这种骨增生和再吸收除了受内分泌激素的影响 外，也受应力的影响。外，也受应力的影响。 弹性模量弹性模量是骨修复材料的重要性能之一，应与所修复的人体骨相匹配，是骨修复材料的重要性能之一，应与所修复的人体骨相匹配， 过高或过低都不能满足人体要求。过高，在应力作用下承受应力的人过高或过低都不能满足人体要求。过高，在应力作用下承受应力的人 工骨将于自体骨产生不同的应变，在人工骨与自体骨的接触面处会产工骨将于自体骨产生不同的应变，在人工骨与自体骨的接触面处会产 生相对位移，从而造成界面处松动。长时间作用下还会造成生

44、相对位移，从而造成界面处松动。长时间作用下还会造成应力屏蔽应力屏蔽 ，引起自体骨组织的功能退化和吸收；过低，在应力作用下变形较大，引起自体骨组织的功能退化和吸收；过低，在应力作用下变形较大 ，起不到固定和支撑作用。，起不到固定和支撑作用。 应力是骨增生的主要因素应力是骨增生的主要因素 如将大鼠的前两肢截肢，变为后两肢行走的动物，如将大鼠的前两肢截肢，变为后两肢行走的动物， 因后肢所受应力增加，后肢的骨骼有明显的增粗，因后肢所受应力增加，后肢的骨骼有明显的增粗， 密度增加，强度增加，这是由于应力的增加引起骨密度增加，强度增加，这是由于应力的增加引起骨 增生所致。增生所致。 相反，若加于骨上面的应

45、力减少，会使再吸收多于相反，若加于骨上面的应力减少，会使再吸收多于 骨增生，骨骼就萎缩，骨质疏松。骨增生，骨骼就萎缩，骨质疏松。 将人从腰部以下用石膏固定周，结果表明固将人从腰部以下用石膏固定周，结果表明固 定期骨含钙、磷量下降，拆除石膏周后才会复原定期骨含钙、磷量下降，拆除石膏周后才会复原 。 对宇航员作失重实验，发现宇航员骨失钙，要做特对宇航员作失重实验，发现宇航员骨失钙，要做特 殊体操可使钙恢复。殊体操可使钙恢复。 应力刺激对骨骼的再生和修复起重要作用应力刺激对骨骼的再生和修复起重要作用 l骨是机体能再生和修复的组织：骨是机体能再生和修复的组织： 修复组织的化学成分和物理性质与原骨组织相

46、同；修复组织的化学成分和物理性质与原骨组织相同； 必须在骨折部位施加一定的压应力，使之产生形必须在骨折部位施加一定的压应力，使之产生形 变变 骨组织在形变下产生骨痂。骨组织在形变下产生骨痂。 应力大，骨痂丰富，促使再生和愈合。应力大，骨痂丰富，促使再生和愈合。 骨折再接手术，经周，骨痂形成，并大量析出骨折再接手术，经周，骨痂形成，并大量析出 矿物质后，此时的骨骼已有了一定强度；矿物质后，此时的骨骼已有了一定强度； 开始一定的功能训练，增加应力，促使钙质的形成，开始一定的功能训练，增加应力，促使钙质的形成， 增加强度；增加强度； 经过周能全部愈合，达到原来的强度。经过周能全部愈合，达到原来的强度

47、。 接骨板的应力遮挡保护作用接骨板的应力遮挡保护作用 l 应力遮挡保护作用是在两种不同弹性模量（骨骼和接骨板应力遮挡保护作用是在两种不同弹性模量（骨骼和接骨板 ）之间，高弹性模量的接骨板（是骨的十倍）承担了更多）之间，高弹性模量的接骨板（是骨的十倍）承担了更多 的复载，保护了较低弹性模量的骨骼，使其少承载甚至不的复载，保护了较低弹性模量的骨骼，使其少承载甚至不 承载。承载。 骨折再接手术所使用的加压内固定接骨板太坚硬或螺钉固骨折再接手术所使用的加压内固定接骨板太坚硬或螺钉固 定拧的太紧时，反会因应力遮挡保护作用而使断骨四周的定拧的太紧时，反会因应力遮挡保护作用而使断骨四周的 骨外膜受不到应力，

48、也不发生形变，骨痂不能形成。骨外膜受不到应力，也不发生形变，骨痂不能形成。 因断端部位缺少应受的压应力，使骨增生和再吸收不再处因断端部位缺少应受的压应力，使骨增生和再吸收不再处 于平衡状态，再吸收超过了骨增生，引起了骨质疏松，强于平衡状态，再吸收超过了骨增生，引起了骨质疏松，强 度明显减弱。这种加压坚硬内固定接骨板的应力遮挡作用度明显减弱。这种加压坚硬内固定接骨板的应力遮挡作用 在手术治疗中应充分注意。在手术治疗中应充分注意。 有些学者认为，手术中机械固定中的螺栓拧得太紧而造成有些学者认为，手术中机械固定中的螺栓拧得太紧而造成 断端局部应力集中，长时间的局部应力过大，反而引起骨断端局部应力集中

49、，长时间的局部应力过大，反而引起骨 的再吸收而萎缩，最终使固定变松了。所以，机械固定时的再吸收而萎缩，最终使固定变松了。所以，机械固定时 的机械力应在一定适宜的应力范围，过大、过小都不适宜的机械力应在一定适宜的应力范围，过大、过小都不适宜 。 骨骼中钙质的沉积和溶解还与内分泌物质有关骨骼中钙质的沉积和溶解还与内分泌物质有关 生长素生长素 肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素 甲状腺素甲状腺素 雌激素雌激素 维生素等等。维生素等等。 免疫系统的主要功能免疫系统的主要功能 l识别和清除侵入体内的抗原性异物（如病原微识别和清除侵入体内的抗原性异物（如病原微 生物、异体细胞等）生物、异体细胞等） l重要的防御

50、系统，重要的防御系统， 识别和清除自身变形的细胞（如肿瘤细胞、受病识别和清除自身变形的细胞（如肿瘤细胞、受病 毒感染的细胞等），从而维持机体内部的稳定毒感染的细胞等），从而维持机体内部的稳定 性。性。 l若免疫功能下降或失调，将使机体的抗病能力若免疫功能下降或失调，将使机体的抗病能力 降低，从而引起各种感染性疾病、肿瘤或自身降低，从而引起各种感染性疾病、肿瘤或自身 免疫性疾病。免疫性疾病。 6. 人体免疫系统人体免疫系统 免疫系统的构成免疫系统的构成 l 组成：免疫器官、免疫组织、免疫细胞。组成：免疫器官、免疫组织、免疫细胞。 l 核心成分：淋巴细胞（最重要的免疫细胞）核心成分：淋巴细胞（最重