血液相容性高分子材料

關(guān)于血液相容性高分子材料

為了滿足人工器官的發(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。

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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。

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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），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。

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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。

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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。

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第一節(jié)

高分子材料與血液接觸產(chǎn)生的凝血

(coagulation

causedbyPolymermaterialswhencontactwiththeblood)

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一、血液凝固

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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。

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1．凝血酶原激活物形成

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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，這稱為內(nèi)源性凝血。

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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，這稱為外源性凝血。

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2．凝血酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槟?/p>

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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?/p>

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3．纖維蛋白的形成

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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。

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二、血液抗凝

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在正常人體血管系統(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：

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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。

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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。

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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。

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4血漿中還發(fā)現(xiàn)另一種蛋白水解酶，成為纖維蛋白溶酶。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。

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三、高分子材料與血液接觸導(dǎo)致凝血

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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)。

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1．蛋白質(zhì)吸附

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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。

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2．血小板的粘附于激活

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首先，VonWiller-rand因子作為引起血小板粘附于材料蛋白表面的媒介。

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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。

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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。

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3．內(nèi)源性凝固系統(tǒng)的激活

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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)進(jìn)而形成凝血。

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4．外源性凝固系統(tǒng)的激活問(wèn)題

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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)。

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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。

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第二節(jié)

高分子材料的結(jié)構(gòu)與抗凝血的的關(guān)系

(therelationshipbetweentheanticoagulantandthestructureofPolymermaterials)

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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。

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一、含水結(jié)構(gòu)

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人體正常的血管壁結(jié)構(gòu)為什么會(huì)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

?厚的雙電層。

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二、表面電荷

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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。

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三、表面張力與界面自由能

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四、親水性與疏水性

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五、微相分離結(jié)構(gòu)

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第三節(jié)

高分子材料血液相容性的評(píng)價(jià)方法

(theevaluationmethod

of

Polymermaterialsbloodcompatibility)

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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。第46頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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47頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第四節(jié)血液相容性高分子材料的分子設(shè)計(jì)及制備

(thedesignandpreparionof

BloodCompatibilityofpolymermaterials)第48頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在深入研究了高分子材料的結(jié)構(gòu)與抗凝血性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，許多學(xué)者提出了種種血液相容性高分子材料的表面假說(shuō)，各種血液相容性材料的分子設(shè)計(jì)應(yīng)