血液相容性高分子材料.ppt

第八章 血液相容性高分子材料(Blood Compatibility of polymer materials)为了满足人工器官的发展要求，研究开发高性能的生物医学材料成为关键问题之一，特别是与血液循环直接相关的人工器官要求选用的高分子材料应具有良好的血液相容性。要判断材料的血液相容性，通常是从其抗凝血能力合不损伤血液成分功能两方面来考虑。前者即为材料抑制血管内血液形成的血栓的能力，后者即为材料对血液的溶血现象（红细胞破坏），血小板机能降低，白细胞暂时性减少，白细胞功能下降以及补体激活等血液生理功能的影响。除此，还考虑材料不致使血浆蛋白变性，不影响血液中存在的人体各种酶的活性，不影响血液中电解质的浓度，不引起有害免疫反应的诸多问题。本章以抗凝血问题为主要议题介绍近年来血液相容高分子材料的研究该块与进展。第一节 高分子材料与血液接触产生的凝血(coagulation caused by Polymer materials when contact with the blood)一、血液凝固 血液凝固指血浆由流动状态转变为胶动状态的全过程。它是一个复杂的生物化学反应过程，大体分为三个步骤。1凝血酶原激活物形成 目前认为，凝血酶原激活物的形成有两条途径。一是存在于血浆中的许多的凝血因子，与损伤的血管表面为起点，在血小板因子和钙粒子存在的情况下，相互作用，最后形成血浆凝血酶原激活物，这称为内源性凝血。另一条途径是细胞损伤产生组织因子与血液中的一些凝血因子在钙粒子存在的条件下，相互作用，形成组织凝血酶原激活物，这称为外源性凝血。2凝血酶原转变为凝血酶 血浆中存在有凝血酶原，它在血浆中没有活性。内源性及外源性凝固系统激活后，在钙粒子和凝血酶原激活物的作用下即转变为有活性的的凝血酶。3纤维蛋白的形成 血浆中程溶解状态的纤维蛋白原在凝血酶和钙离子的作用下，转变为不溶性的纤维蛋白。二、血液抗凝 在正常人体血管系统内的血液保持液体状态，川流不息，并不发生凝固，原因有以下方面：1血管内膜的多相结构使它具有亲水、光滑、荷电等特点，从而不破坏血小板，也不使血浆蛋白变性，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，血浆中的凝血因子也不宜于在局部聚集而相互作用。3人体内含有抑制血液凝固的物质，例如存在于人体的大多数组织的肝素能在血液中干扰凝血酶原激活物和凝血酶原作用，起到抗凝血的作用。4 血浆中还发现另一种蛋白水解酶，成为纤维蛋白溶酶。它能使纤维蛋白从新断裂而溶解，使已凝固的的血块从新液化，同时对纤维蛋白原以及某些血浆凝血因子亦具有溶解作用。三、高分子材料与血液接触导致凝血 高分子材料与血液接触导致凝血和血栓形成，其主要途径是血液的凝固系统和细胞系统发生激活。当然，也与补体系统变化有关，此外，还与材料的种类和血液的流动情况有关。1蛋白质吸附 血液与高分子材料接触会引起血液一系列的变化，最快的变化就使血浆蛋白在材料表面吸附。2血小板的粘附于激活 首先，Von Willer-rand 因子作为引起血小板粘附于材料蛋白表面的媒介。粘附的血小板与材料表面的的接触，血小板表面受到刺激，激活变得粘性并发生变形，进一步聚集并从其内部使发出大量的5羟色胺、三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、肾上腺素等。释放的二磷酸腺苷又使更多的血小板变形、粘附、聚集并在释放出上述物质，进而形成血小板血栓导致凝血。3内源性凝固系统的激活 高分子材料表面和血液接触，激活血液的内源性凝固系统进而形成凝血。4外源性凝固系统的激活问题 高分子材料单纯和血液接触一般不激活外源性凝固系统。而当高分子材料植入人体或血管时，受伤的组织或血管壁会释放组织凝血活素进入血液进而启动外源性凝固系统。总之，人体的每一个凝血因子都以无活性的状态存在于血液或组织中，一旦高分子材料和血液接触或损伤组织即血管壁，则可激活内源性及外源性凝固系统，各种凝血因子被活化，即变成有催化活性的酶，进而活化下一个相应的凝血因子。第二节 高分子材料的结构与抗凝血的的关系(the relationship between the anticoagulant and the structure of Polymer materials)高分子材料与血液接触虽然产生凝血和形成血栓，但是，并非所有的的材料产生凝血程度以及形成凝血的时间都是一样的。进一步研究高分子材料的结构与抗凝血性能之间的关系是极其必要的。一、含水结构 人体正常的血管壁结构为什么会具有良好的血液相容性呢？其结构是相当复杂的，壁与液相接角的的界面存在许多电解质，形成了大约10 厚的双电层。二、表面电荷 正常血管壁内皮细胞电位为813mV。血管内皮细胞损伤后胶原组织外露，电位变为正点，随即形成血栓。三、表面张力与界面自由能 四、亲水性与疏水性 五、微相分离结构 第三节 高分子材料血液相容性的评价方法(the evaluation method of Polymer materials blood compatibility)高分子材料的血液相容性评价方法与程序经过二十多年各国科学家的共同努力,已取得较大的进展。把抗凝血与溶血作为血液相容性研究的中心议题,从材料表面理化 特性,血浆蛋白的竞争吸附,血小板的粘附与激活、红细胞、白细胞的粘附、变形与激活、内源性凝固系统的接触活化等五个方面展开工作，基本建立了四大类方法，即材料表面特征表征法、体外试验法、半体内试验法及体内试验法。第四节 血液相容性高分子材料的分子设计及制备(the design and preparion of Blood Compatibility of polymer materials)在深入研究了高分子材料的结构与抗凝血性能关系的基础上，许多学者提出了种种血液相容性高分子材料的表面假说，各种血液相容性材料的分子设计应运而生。一、高含水扩散表面 二、微相分离结构 三、活性药物表面 四、伪内膜表面