醫(yī)用材料生物學(xué)基礎(chǔ)第二章醫(yī)用植入材料生物環(huán)境-三人體血液與組織液課件

1、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院 材料物理與化學(xué)二OO六年十月醫(yī)用材料生物學(xué)基礎(chǔ)第二章 生物環(huán)境1三、人體血液與組織液系統(tǒng)第二章 醫(yī)用植入材料生物環(huán)境一、生命體系結(jié)構(gòu)、人體組織與器官二、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能三、人體血液與組織液系統(tǒng)四、人體骨骼系統(tǒng)與骨組織生物力學(xué)五、人體免疫系統(tǒng)與免疫細(xì)胞第二章 生物環(huán)境2三、人體血液與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng) 材料的血液相容性取決于血液組份與材料表面的相互作用以及隨之引起的后續(xù)反應(yīng)。由于其作用機(jī)制復(fù)雜、作用途徑各異、影響因素繁多,至今尚無(wú)一個(gè)被廣泛認(rèn)可的“血液相容性”的確切定義,也沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法。第二章 生物環(huán)境3三、人體血液與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織

2、液系統(tǒng) 主要原因:一是生物體的生理機(jī)能差異。人體內(nèi)可能與材料表面發(fā)生作用的血液組份種類(lèi)繁多,而隨種族、年齡、健康狀況的不同,每個(gè)人血液組份的相對(duì)量以及各血液組份的活性亦有差異,與材料的相互作用也有所不同。二是生物材料的應(yīng)用環(huán)境差異。在不同的應(yīng)用情況下,對(duì)各種血液組份與材料的作用及變化的允許程度是不同的,很難用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量度。 第二章 生物環(huán)境4三、人體血液與組織液系統(tǒng) 體內(nèi)任何器官或組織的血流量不足，均可能造成嚴(yán)重的組織損傷甚至危及生命； 很多疾病可導(dǎo)致血液成分及性質(zhì)發(fā)生特征性變化。 生物材料不應(yīng)破壞血液的成分，不應(yīng)有溶血、凝血作用。三、人體血液與組織液系統(tǒng)第二章 生物環(huán)境5三、人體血液與組

3、織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì)血漿的成分及生理功能血細(xì)胞的生理特征與功能血液凝固肝素抗凝血物質(zhì)組織液與血液血液相容性 第二章 生物環(huán)境6三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì) 血液： 血液是一種廣義的結(jié)締組織，由液體的細(xì)胞間質(zhì)血漿plasma和懸浮于其中的血細(xì)胞blood cell組成的流體組織，在心血管系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。 第二章 生物環(huán)境7三、人體血液與組織液系統(tǒng)血液的功能 1、溝通各部分組織液、和外環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的場(chǎng)所。2、運(yùn)輸功能：把氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及激素運(yùn)輸?shù)礁髌鞴俸图?xì)胞；同時(shí)，把全身各處細(xì)胞的代謝產(chǎn)物、二氧化碳運(yùn)走以利于排出體外；3、維持體溫相對(duì)恒定：血液熱

4、容量大，可吸收大量的熱量。4、參與生理止血。5、參與機(jī)體的防御功能。 第二章 生物環(huán)境8三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì) 血液的組成及正常血量： 將血液加入抗凝劑，如草酸鉀、檸檬酸鈉或肝素等，在玻璃管中混勻，以3000轉(zhuǎn)/分鐘速度，離心30分鐘，可將血液分層。第二章 生物環(huán)境9三、人體血液與組織液系統(tǒng)第二章 生物環(huán)境10三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì) 血液的組成及正常血量： 血液Blood volume78 體重 上層淡黃色透明液體：血漿一薄層白色不透明物：白細(xì)胞 1 血小板下層深紅色不透明：紅細(xì)胞血細(xì)胞比容：男子 4050，女子3748，（hematocrit） 新

5、生兒55水：90蛋白質(zhì)：7低分子物：2第二章 生物環(huán)境11三、人體血液與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì)血漿的成分及生理功能血細(xì)胞的生理特征與功能血液凝固肝素抗凝血物質(zhì)組織液與血液血液相容性 第二章 生物環(huán)境12三、人體血液與組織液系統(tǒng)血漿的成分水：90血漿蛋白：76585g/L低分子物：2 電解質(zhì):與組織液含量相同。小分子有機(jī)化合物：激素 代謝產(chǎn)物 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)白蛋白:4048g/L球蛋白:1530g/L纖維蛋白原12O2、CO2 ：第二章 生物環(huán)境13三、人體血液與組織液系統(tǒng)血漿的生理功能水：90，可維持循環(huán)血量相對(duì)恒定。血漿蛋白：7，6585g/L1、形成血漿膠體滲透壓

6、：調(diào)節(jié)血管內(nèi)外的 水分分布。 等滲溶液（0.9NaCl溶液、5葡萄糖溶液） 高滲溶液（紅細(xì)胞皺縮） 低滲溶液（溶血） 2、營(yíng)養(yǎng)功能：被單核吞噬細(xì)胞吞噬，然后 被細(xì)胞內(nèi)的酶分解為氨基酸，重新用于 合成蛋白質(zhì)。第二章 生物環(huán)境14三、人體血液與組織液系統(tǒng)血漿的生理功能血漿蛋白：7，6585g/L 3、運(yùn)輸功能：蛋白質(zhì)表面親脂性結(jié)合位 點(diǎn)，與脂溶性物質(zhì)結(jié)合，運(yùn)輸脂質(zhì)等。 與低分子物質(zhì)，如激素、正離子等可 逆性結(jié)合，防止它們流失。 4、參與凝血與抗凝血功能，血漿凝血因 子、生理性抗凝物質(zhì)及促進(jìn)血纖維溶 解的物質(zhì)是血漿蛋白。5、抵抗病源物的防御功能。6、維持pH值穩(wěn)定。 第二章 生物環(huán)境15三、人體血液

7、與組織液系統(tǒng)電解質(zhì)第二章 生物環(huán)境16三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì) 血液的理化性質(zhì)： 1、比重：全血：1.051.06（紅細(xì)胞） 血漿：1.0251.03（血漿蛋白） 紅細(xì)胞：1.091.092（血紅蛋白） 2、粘度：液體分子的內(nèi)摩擦 與水相比的相對(duì)粘度： 血液：45 （紅細(xì)胞） 血漿：1.62.4 （血漿蛋白） 當(dāng)血流速度小于某一限度時(shí)，紅細(xì)胞疊連、聚集，對(duì)血流造成較大阻力，使粘滯性增大，這時(shí)粘滯性與流速成反比。 3、血漿的pH值：7.357.45 第二章 生物環(huán)境17三、人體血液與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì)血漿的成分及生理功能血細(xì)胞的生理特征與功

8、能血液凝固肝素抗凝血物質(zhì)組織液與血液血液相容性 第二章 生物環(huán)境18三、人體血液與組織液系統(tǒng)第二章 生物環(huán)境19三、人體血液與組織液系統(tǒng)血細(xì)胞 血細(xì)胞的構(gòu)成：紅細(xì)胞 red cell / red blood corpuscle, RBC 白細(xì)胞 white cell / white blood corpuscle, WBC血小板 hemoblast粒細(xì)胞：中性粒細(xì)胞 嗜酸性粒細(xì)胞 嗜堿性粒細(xì)胞淋巴細(xì)胞單核細(xì)胞第二章 生物環(huán)境20三、人體血液與組織液系統(tǒng)第二章 生物環(huán)境21三、人體血液與組織液系統(tǒng)人血紅細(xì)胞 7.5m細(xì)胞第二章 生物環(huán)境22三、人體血液與組織液系統(tǒng)紅細(xì)胞的生理特征與功能 正常紅細(xì)

9、胞呈雙凹圓盤(pán)狀，具有較大的表面積。成熟的紅細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中最主要的成分是血紅蛋白，沒(méi)有細(xì)胞核和細(xì)胞器。 選擇通透性：O2 、 CO2、Cl-、HCO3-、尿 素可自由通過(guò)。正離子很難通過(guò)。可塑變形性：可變形通過(guò)較小口徑的毛細(xì)管 和孔隙，通過(guò)后恢復(fù)形狀。 功能：運(yùn)輸O2 、 CO2，并維持血液酸堿平衡。溶血：紅細(xì)胞的破壞，紅細(xì)胞壽命120天。第二章 生物環(huán)境23三、人體血液與組織液系統(tǒng)白細(xì)胞的生理特征 呈球形，有核，無(wú)色，體積比紅細(xì)胞大，直徑一般為10一20m。 粒細(xì)胞：中性粒細(xì)胞 （桿狀核） 15 （分葉核） 5070 嗜酸性粒細(xì)胞 0.55 嗜堿性粒細(xì)胞 01淋巴細(xì)胞 2040單核細(xì)胞 38第

10、二章 生物環(huán)境24三、人體血液與組織液系統(tǒng)白細(xì)胞的生理特征及功能粒細(xì)胞：中性粒細(xì)胞 （桿狀核） 防御病菌、 （分葉核） 清除壞死組織 嗜酸性粒細(xì)胞 、 嗜堿性粒細(xì)胞 淋巴細(xì)胞 在機(jī)體特異（獲得性）免疫過(guò)程中起著重要作用。單核細(xì)胞 直徑1530m ，核為腎形或馬蹄形。 源于骨髓，進(jìn)入血液中尚未成熟，進(jìn)入組織后， 可達(dá)5080 m，被稱(chēng)為巨噬細(xì)胞。 伸出偽足，可作變形運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)血管壁：血細(xì)胞滲出趨向化學(xué)物質(zhì)游走的特性（化學(xué)物質(zhì)濃度梯度游走）趨化性將異物包圍并吞入胞漿內(nèi)吞噬作用第二章 生物環(huán)境25三、人體血液與組織液系統(tǒng)血小板的生理特征及功能 功能：促進(jìn)止血和加速血凝。 血小板不具完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，無(wú)

11、細(xì)胞核，是巨噬細(xì)胞分離出來(lái)的小塊胞質(zhì)，體積小，直徑只有24 m 。 血液凝固： 血液由流動(dòng)的溶膠狀態(tài)變?yōu)槟z狀態(tài)的過(guò)程。它是一系列復(fù)雜的化學(xué)連鎖反應(yīng)的結(jié)果，最終使原來(lái)溶解于血漿中的纖維蛋白原轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘睦w維蛋白。第二章 生物環(huán)境26三、人體血液與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì)血漿的成分及生理功能血細(xì)胞的生理特征與功能血液凝固肝素抗凝血物質(zhì)組織液與血液血液相容性 第二章 生物環(huán)境27三、人體血液與組織液系統(tǒng) 與人工心瓣膜植入材料實(shí)際接觸的血液與流過(guò)瓣膜的血液量相比非常微小,即使在材料表面張力的剪切作用下,對(duì)血液中的紅細(xì)胞等有一定的破壞(即發(fā)生溶血),但只要在一定限度內(nèi),

12、由于血液具有很強(qiáng)的再生能力,隨時(shí)間的推移其不利影響并不顯著;而如果在材料表面有血栓生成(即發(fā)生凝血),由于其具有累積效應(yīng),隨時(shí)間的推移,凝血程度越來(lái)越高,對(duì)人體造成嚴(yán)重影響。因此,對(duì)心血管材料來(lái)講,血液相容性中最受關(guān)注的是抗凝血性能。第二章 生物環(huán)境28三、人體血液與組織液系統(tǒng)肝素抗凝血物質(zhì) 肝素是重要的抗凝血物質(zhì)，是一種含琉的粘多糖，它存在于所有的組織中，肺、肝的含量最多，但正常人血液中含量甚微。 肝素的抗凝血作用：1、抑制某些凝血因子，從而使凝血酶原不易轉(zhuǎn)變?yōu)槟浮?、在肝素濃度高時(shí)，能抑制凝血酶的活性。3、抑制血小板粘著、聚集，間接影響血小板因子的釋放。第二章 生物環(huán)境29三、人體血液

13、與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì)血漿的成分及生理功能血細(xì)胞的生理特征與功能血液凝固肝素抗凝血物質(zhì)組織液與血液血液相容性 第二章 生物環(huán)境30三、人體血液與組織液系統(tǒng)組織液與血液?jiǎn)渭?xì)胞生物多細(xì)胞生物遠(yuǎn)古海洋細(xì)胞外液：鹽溶液浸浴循環(huán)系統(tǒng)血管內(nèi)：血漿組織間隙液：鹽溶液血液：血漿、蛋白質(zhì)、血細(xì)胞第二章 生物環(huán)境31三、人體血液與組織液系統(tǒng)組織液與血液體液6070 wt 細(xì)胞內(nèi)液4045 wt 細(xì)胞外液2025 wt 組織液1520 wt 血漿45 wt 淋巴液、腦脊液細(xì)胞膜毛細(xì)血管壁第二章 生物環(huán)境32三、人體血液與組織液系統(tǒng) 組織液來(lái)自血液，可透過(guò)毛細(xì)血管壁再進(jìn)入血液。 通過(guò)

14、組織液的生成與回流，將血液中的氧氣及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)到組織間隙，供細(xì)胞利用，細(xì)胞代謝的產(chǎn)物也進(jìn)入血液而被帶走。 組織液組織液蛋白質(zhì)較少，其它成分基本與血漿相似。少量通過(guò)毛細(xì)淋巴管形成淋巴液，再返回血液。第二章 生物環(huán)境33三、人體血液與組織液系統(tǒng) 組織液的生成與回流取決于毛細(xì)血管的壓。 有效濾過(guò)壓組織液生成壓組織液回流壓 組織液生成壓(毛細(xì)血管壓組織液膠體滲透壓) 組織液回流壓(組織液靜水壓血漿膠體滲透壓)組織液的生成與回流第二章 生物環(huán)境34三、人體血液與組織液系統(tǒng)組織液是組織、細(xì)胞直接所處環(huán)境 。組織、細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞膜與組織液發(fā)生物質(zhì)交換。組織液與血液通過(guò)毛細(xì)血管壁進(jìn)行物質(zhì)交換。 細(xì)胞、組織與血液

15、進(jìn)行物質(zhì)交換必須以組織液為中介。組織液和血液之間的物質(zhì)交換 擴(kuò)散：液體中溶質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 吞飲：大分子通過(guò)毛細(xì)血管壁內(nèi)皮細(xì)胞膜吞飲 并轉(zhuǎn)送出去。 組織液和血液之間的物質(zhì)交換第二章 生物環(huán)境35三、人體血液與組織液系統(tǒng)三、人體血液與組織液系統(tǒng)人體血液的構(gòu)成及性質(zhì)血漿的成分及生理功能血細(xì)胞的生理特征與功能血液凝固肝素抗凝血物質(zhì)組織液與血液血液相容性 第二章 生物環(huán)境36三、人體血液與組織液系統(tǒng)材料的血液相容性單因素評(píng)價(jià)結(jié)果 動(dòng)態(tài)凝血時(shí)間t/min 溶血率/% 血小板消耗率/%碳素梯度材料 40.7 1.17 19.2碳離子注入鈦合金 41.8 1.36 26.7氮離子注入鈦合金 37.0 1.13 35.9低溫?zé)峤馓?46.6 1.76 18.4化學(xué)氣相沉積碳 36.0 1.33 25.8涂層 30.3 1.56 43.6涂層 3