血液相容性高分子材料

1、第八章 血液相容性高分子材料(Blood Compatibility of polymer materials),為了滿(mǎn)足人工器官的發(fā)展要求，研究開(kāi)發(fā)高性能的生物醫(yī)學(xué)材料成為關(guān)鍵問(wèn)題之一，特別是與血液循環(huán)直接相關(guān)的人工器官要求選用的高分子材料應(yīng)具有良好的血液相容性。,,要判斷材料的血液相容性，通常是從其抗凝血能力合不損傷血液成分功能兩方面來(lái)考慮。,,前者即為材料抑制血管內(nèi)血液形成的血栓的能力，后者即為材料對(duì)血液的溶血現(xiàn)象（紅細(xì)胞破壞）

2、，血小板機(jī)能降低，白細(xì)胞暫時(shí)性減少，白細(xì)胞功能下降以及補(bǔ)體激活等血液生理功能的影響。,,除此，還考慮材料不致使血漿蛋白變性，不影響血液中存在的人體各種酶的活性，不影響血液中電解質(zhì)的濃度，不引起有害免疫反應(yīng)的諸多問(wèn)題。,,本章以抗凝血問(wèn)題為主要議題介紹近年來(lái)血液相容高分子材料的研究該塊與進(jìn)展。,,第一節(jié)      高分子材料與血液接觸產(chǎn)生的凝血(coagulation caus

3、ed by Polymer materials when contact with the blood),一、 血液凝固,,血液凝固指血漿由流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z動(dòng)狀態(tài)的全過(guò)程。它是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，大體分為三個(gè)步驟。,,1．凝血酶原激活物形成,,目前認(rèn)為，凝血酶原激活物的形成有兩條途徑。一是存在于血漿中的許多的凝血因子，與損傷的血管表面為起點(diǎn)，在血小板因子和鈣粒子存在的情況下，相互作用，最后形成血漿凝血酶原激活物，這稱(chēng)為內(nèi)源性凝

4、血。,,另一條途徑是細(xì)胞損傷產(chǎn)生組織因子與血液中的一些凝血因子在鈣粒子存在的條件下，相互作用，形成組織凝血酶原激活物，這稱(chēng)為外源性凝血。,,2．凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟?,血漿中存在有凝血酶原，它在血漿中沒(méi)有活性。內(nèi)源性及外源性凝固系統(tǒng)激活后，在鈣粒子和凝血酶原激活物的作用下即轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牡哪浮?,3．纖維蛋白的形成,,血漿中程溶解狀態(tài)的纖維蛋白原在凝血酶和鈣離子的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘睦w維蛋白。,,二、 血液抗凝,,在正常人體血管系

5、統(tǒng)內(nèi)的血液保持液體狀態(tài)，川流不息，并不發(fā)生凝固，原因有以下方面：,,1．血管內(nèi)膜的多相結(jié)構(gòu)使它具有親水、光滑、荷電等特點(diǎn)，從而不破壞血小板，也不使血漿蛋白變性，激活凝血因子。,,2．血流速度快，血小板不宜在血管壁大量粘附，血漿中的凝血因子也不宜于在局部聚集而相互作用。,,3．人體內(nèi)含有抑制血液凝固的物質(zhì)，例如存在于人體的大多數(shù)組織的肝素能在血液中干擾凝血酶原激活物和凝血酶原作用，起到抗凝血的作用。,,4 血漿中還發(fā)現(xiàn)另一種蛋白水解酶，成

6、為纖維蛋白溶酶。它能使纖維蛋白從新斷裂而溶解，使已凝固的的血塊從新液化，同時(shí)對(duì)纖維蛋白原以及某些血漿凝血因子亦具有溶解作用。,,三、 高分子材料與血液接觸導(dǎo)致凝血,,高分子材料與血液接觸導(dǎo)致凝血和血栓形成，其主要途徑是血液的凝固系統(tǒng)和細(xì)胞系統(tǒng)發(fā)生激活。當(dāng)然，也與補(bǔ)體系統(tǒng)變化有關(guān)，此外，還與材料的種類(lèi)和血液的流動(dòng)情況有關(guān)。,,1．蛋白質(zhì)吸附,,血液與高分子材料接觸會(huì)引起血液一系列的變化，最快的變化就使血漿蛋白在材料表面吸附。,,2．血小板

7、的粘附于激活,,首先，Von Willer-rand 因子作為引起血小板粘附于材料蛋白表面的媒介。,,粘附的血小板與材料表面的的接觸，血小板表面受到刺激，激活變得粘性并發(fā)生變形，進(jìn)一步聚集并從其內(nèi)部使發(fā)出大量的5－羥色胺、三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、腎上腺素等。,,釋放的二磷酸腺苷又使更多的血小板變形、粘附、聚集并在釋放出上述物質(zhì)，進(jìn)而形成血小板血栓導(dǎo)致凝血。,,3．內(nèi)源性凝固系統(tǒng)的激活,,高分子材料表面和血液接觸，激活血液的內(nèi)源性凝固系統(tǒng)

8、進(jìn)而形成凝血。,,4．外源性凝固系統(tǒng)的激活問(wèn)題,,高分子材料單純和血液接觸一般不激活外源性凝固系統(tǒng)。而當(dāng)高分子材料植入人體或血管時(shí)，受傷的組織或血管壁會(huì)釋放組織凝血活素進(jìn)入血液進(jìn)而啟動(dòng)外源性凝固系統(tǒng)。,,總之，人體的每一個(gè)凝血因子都以無(wú)活性的狀態(tài)存在于血液或組織中，一旦高分子材料和血液接觸或損傷組織即血管壁，則可激活內(nèi)源性及外源性凝固系統(tǒng)，各種凝血因子被活化，即變成有催化活性的酶，進(jìn)而活化下一個(gè)相應(yīng)的凝血因子。,,第二節(jié) &#

9、160; 高分子材料的結(jié)構(gòu)與抗凝血的的關(guān)系(the relationship between the anticoagulant and the structure of Polymer materials),高分子材料與血液接觸雖然產(chǎn)生凝血和形成血栓，但是，并非所有的的材料產(chǎn)生凝血程度以及形成凝血的時(shí)間都是一樣的。進(jìn)一步研究高分子材料的結(jié)構(gòu)與抗凝血性能之間的關(guān)系是極其必要的。,,一、含水結(jié)構(gòu),,人體正常的血管壁結(jié)構(gòu)為什么會(huì)

10、具有良好的血液相容性呢？其結(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，壁與液相接角的的界面存在許多電解質(zhì)，形成了大約10 Å厚的雙電層。,,二、表面電荷,,正常血管壁內(nèi)皮細(xì)胞ζ電位為－8～－13mV。血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷后膠原組織外露，ζ電位變?yōu)檎c(diǎn)，隨即形成血栓。,,三、表面張力與界面自由能,,四、親水性與疏水性,,五、微相分離結(jié)構(gòu),,第三節(jié) 高分子材料血液相容性的評(píng)價(jià)方法(the evaluation method of Polymer mate

11、rials blood compatibility ),高分子材料的血液相容性評(píng)價(jià)方法與程序經(jīng)過(guò)二十多年各國(guó)科學(xué)家的共同努力,已取得較大的進(jìn)展。,,把抗凝血與溶血作為血液相容性研究的中心議題,從材料表面理化 特性,血漿蛋白的競(jìng)爭(zhēng)吸附,血小板的粘附與激活、紅細(xì)胞、白細(xì)胞的粘附、變形與激活、內(nèi)源性凝固系統(tǒng)的接觸活化等五個(gè)方面展開(kāi)工作，基本建立了四大類(lèi)方法，即材料表面特征表征法、體外試驗(yàn)法、半體內(nèi)試驗(yàn)法及體內(nèi)試驗(yàn)法。,,第四節(jié) 血液相容性高