《医用材料生物学基础－蔡伟第二章医用植入材料生物环境——三人体血液与组织液》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医用材料生物学基础－蔡伟第二章医用植入材料生物环境——三人体血液与组织液（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 哈尔滨哈尔滨工业大学工业大学材料学院材料学院 材料物理与化学材料物理与化学二二OO六六年十月年十月第二章 生物环境1三、人体血液与组织液系统第二章第二章 医用植入材料生物环境医用植入材料生物环境一、生命体系结构、一、生命体系结构、人体组织与器官人体组织与器官二、二、细胞结构与功能细胞结构与功能三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统四、四、人体骨骼系统与骨组织生物力学人体骨骼系统与骨组织生物力学五五、人体免疫系统与免疫细胞、人体免疫系统与免疫细胞第二章 生物环境2三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统 材料的材料的血液相容性血液相容性取决于取决于血液
2、组份血液组份与与材料表面材料表面的相互作的相互作用以及随之引起的用以及随之引起的后续反应后续反应。由于其作用机制复杂、作用途由于其作用机制复杂、作用途径各异、影响因素繁多径各异、影响因素繁多, ,至今至今尚无一个被广泛认可的尚无一个被广泛认可的“血液血液相容性相容性”的确切定义的确切定义, ,也没有也没有相应的标准评价方法。相应的标准评价方法。第二章 生物环境3三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统 主主要要原原因因: :一一是是生生物物体体的的生生理理机机能能差差异异。人人体体内内可可能能与与材材料料表表面面发发生生作作用用的的血血液液组组份份种种类类繁繁多
3、多, ,而而随随种种族族、年年龄龄、健健康康状状况况的的不不同同, ,每每个个人人血血液液组组份份的的相相对对量量以以及及各各血血液液组组份份的的活活性性亦亦有有差差异异, ,与与材材料料的的相相互互作作用用也也有有所所不不同同。二二是是生生物物材材料料的的应应用用环环境境差差异异。在在不不同同的的应应用用情情况况下下, ,对对各各种种血血液液组组份份与与材材料料的的作作用用及及变变化化的的允允许许程程度度是是不不同同的的, ,很很难难用用统一标准进行量度。统一标准进行量度。 第二章 生物环境4三、人体血液与组织液系统 体体内内任任何何器器官官或或组组织织的的血血流流量量不不足足，均均可可能能
4、造造成成严严重重的的组组织织损伤甚至危及生命；损伤甚至危及生命； 很很多多疾疾病病可可导导致致血血液液成成分分及及性质发生特征性变化。性质发生特征性变化。 生生物物材材料料不不应应破破坏坏血血液液的的成成分，不应有溶血、凝血作用。分，不应有溶血、凝血作用。三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统第二章 生物环境5三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统n人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质n血浆的成分及生理功能血浆的成分及生理功能n血细胞的生理特征与功能血细胞的生理特征与功能n血液凝固血液凝固n肝素肝素抗凝血物质抗凝血物质n组织液与血液组织液与血液n
5、血液相容性血液相容性 第二章 生物环境6三、人体血液与组织液系统人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质 n血液：血液： 血血液液是是一一种种广广义义的的结结缔缔组组织织，由由液液体体的的细细胞胞间间质质血血浆浆plasmaplasma和和悬悬浮浮于于其其中中的的血血细细胞胞blood blood cellcell组组成成的的流流体体组组织织，在在心心血血管管系系统统内内循环流动。循环流动。 第二章 生物环境7三、人体血液与组织液系统血液的功能血液的功能 1 1、沟沟通通各各部部分分组组织织液液、和和外外环环境境进进行行物物质交换质交换的场所。的场所。2 2、运运输输功功能能：把把氧氧和和营营
6、养养物物质质以以及及激激素素运运输输到到各各器器官官和和细细胞胞；同同时时，把把全全身身各各处处细细胞胞的的代代谢谢产产物物、二二氧氧化化碳碳运运走走以以利于利于排出体外；排出体外；3 3、维维持持体体温温相相对对恒恒定定：血血液液热热容容量量大大，可吸收大量的热量。可吸收大量的热量。4 4、参与生理、参与生理止血止血。5 5、参与机体的、参与机体的防御防御功能。功能。 第二章 生物环境8三、人体血液与组织液系统人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质 n血液的组成及正常血量：血液的组成及正常血量： 将将血血液液加加入入抗抗凝凝剂剂，如如草草酸酸钾钾、柠柠檬檬酸酸钠钠或或肝肝素素等等，在在玻玻
7、璃璃管管中中混混匀匀，以以30003000转转/ /分分钟钟速速度度，离离心心3030分分钟钟，可可将血液分层。将血液分层。第二章 生物环境9三、人体血液与组织液系统第二章 生物环境10三、人体血液与组织液系统人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质 n血液的组成及正常血量：血液的组成及正常血量： 血液血液Blood volumeBlood volume7 78 8 体重体重 上层淡黄色透明液体：上层淡黄色透明液体：血浆血浆一薄层白色不透明物：一薄层白色不透明物：白细胞白细胞 1 1 血小板血小板下层深红色不透明：下层深红色不透明：红细胞红细胞血细胞比容血细胞比容：男子：男子 40 40505
8、0，女子，女子37374848，（hematocrithematocrit） 新生儿新生儿5555水：水：90蛋白质：蛋白质：7低分子物：低分子物：2第二章 生物环境11三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统n人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质n血浆的成分及生理功能血浆的成分及生理功能n血细胞的生理特征与功能血细胞的生理特征与功能n血液凝固血液凝固n肝素肝素抗凝血物质抗凝血物质n组织液与血液组织液与血液n血液相容性血液相容性 第二章 生物环境12三、人体血液与组织液系统血浆的成分血浆的成分水水：90血浆蛋白血浆蛋白：76585g/L低分子物低分子物：2
9、电解质电解质:与组织液含量相同。与组织液含量相同。小分子有机化合物：小分子有机化合物：激素激素 代谢产物代谢产物 营养物质营养物质白蛋白白蛋白:4048g/L球蛋白球蛋白:1530g/L纤维蛋白原纤维蛋白原12O2、CO2 ：第二章 生物环境13三、人体血液与组织液系统血浆的生理功能血浆的生理功能水水：90，可维持循环血量相对恒定。，可维持循环血量相对恒定。血浆蛋白血浆蛋白：7，6585g/L1、形成血浆胶体、形成血浆胶体渗透压渗透压：调节血管内外的：调节血管内外的 水分分布。水分分布。 等渗溶液（等渗溶液（0.9NaCl溶液、溶液、5葡萄糖溶液葡萄糖溶液） 高渗溶液（红细胞皱缩）高渗溶液（红
10、细胞皱缩） 低渗溶液（溶血）低渗溶液（溶血） 2、营养营养功能：被单核吞噬细胞吞噬，然后功能：被单核吞噬细胞吞噬，然后 被细胞内的酶分解为氨基酸，重新用于被细胞内的酶分解为氨基酸，重新用于 合成蛋白质。合成蛋白质。第二章 生物环境14三、人体血液与组织液系统血浆的生理功能血浆的生理功能血浆蛋白血浆蛋白：7，6585g/L 3、运输运输功能：蛋白质表面亲脂性结合位功能：蛋白质表面亲脂性结合位 点，与脂溶性物质结合，运输脂质等。点，与脂溶性物质结合，运输脂质等。 与低分子物质，如激素、正离子等可与低分子物质，如激素、正离子等可 逆性结合，防止它们流失。逆性结合，防止它们流失。 4、参与、参与凝血凝
11、血与与抗凝血抗凝血功能，血浆凝血因功能，血浆凝血因 子、生理性抗凝物质及促进血纤维溶子、生理性抗凝物质及促进血纤维溶 解的物质是血浆蛋白。解的物质是血浆蛋白。5、抵抗病源物的、抵抗病源物的防御防御功能。功能。6、维持、维持pH值稳定值稳定。 第二章 生物环境15三、人体血液与组织液系统电解质电解质第二章 生物环境16三、人体血液与组织液系统人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质 n血液的理化性质：血液的理化性质： 1 1、比重比重：全血：全血：1.051.051.061.06（红细胞）（红细胞） 血浆：血浆：1.0251.0251.031.03（血浆蛋白）（血浆蛋白） 红细胞：红细胞：1.0
12、91.091.0921.092（血红蛋白）（血红蛋白） 2 2、粘度粘度：液体分子的内摩擦：液体分子的内摩擦 与水相比的相对粘度：与水相比的相对粘度： 血液：血液：4 45 5 （红细胞）（红细胞） 血浆：血浆：1.61.62.4 2.4 （血浆蛋白）（血浆蛋白） 当当血血流流速速度度小小于于某某一一限限度度时时，红红细细胞胞叠叠连连、聚聚集集，对对血血流流造造成成较较大大阻阻力力，使使粘粘滞滞性性增增大大，这这时时粘粘滞性与流速成反比。滞性与流速成反比。 3 3、血浆的血浆的pHpH值值：7.357.357.457.45 第二章 生物环境17三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系
13、统人体血液与组织液系统n人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质n血浆的成分及生理功能血浆的成分及生理功能n血细胞的生理特征与功能血细胞的生理特征与功能n血液凝固血液凝固n肝素肝素抗凝血物质抗凝血物质n组织液与血液组织液与血液n血液相容性血液相容性 第二章 生物环境18三、人体血液与组织液系统第二章 生物环境19三、人体血液与组织液系统血血细胞细胞 n血细胞的构成：血细胞的构成：红细胞红细胞 red cell / red blood corpuscle, RBC 白细胞白细胞 white cell / white blood corpuscle, WBC血小板血小板 hemoblast粒细胞：
14、中性粒细胞粒细胞：中性粒细胞 嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞 嗜碱性粒细胞嗜碱性粒细胞淋巴细胞淋巴细胞单核细胞单核细胞第二章 生物环境20三、人体血液与组织液系统第二章 生物环境21三、人体血液与组织液系统人血红细胞人血红细胞 7.5m细胞第二章 生物环境22三、人体血液与组织液系统红细胞的生理特征与功能红细胞的生理特征与功能 正常红细胞呈双凹圆盘状，具有较大的正常红细胞呈双凹圆盘状，具有较大的表面积。成熟的红细胞的细胞质中最主要的表面积。成熟的红细胞的细胞质中最主要的成分是血红蛋白，没有细胞核和细胞器。成分是血红蛋白，没有细胞核和细胞器。 选择通透性：选择通透性：O2 、 CO2、Cl-、HCO3
15、-、尿尿 素可自由通过。正离子很难通过。素可自由通过。正离子很难通过。可塑变形性：可变形通过较小口径的毛细管可塑变形性：可变形通过较小口径的毛细管 和孔隙，通过后恢复形状。和孔隙，通过后恢复形状。 功能功能：运输：运输O2 、 CO2，并维持血液酸碱平衡。并维持血液酸碱平衡。溶血溶血：红细胞的破坏，红细胞寿命：红细胞的破坏，红细胞寿命120天。天。第二章 生物环境23三、人体血液与组织液系统白细胞的生理特征白细胞的生理特征 呈呈球球形形，有有核核，无无色色，体体积积比比红红细细胞胞大大，直径一般为直径一般为10一一20m。 粒细胞粒细胞：中性粒细胞：中性粒细胞 （杆状核）（杆状核） 15 （分
16、叶核）（分叶核） 5070 嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞 0.55 嗜碱性粒细胞嗜碱性粒细胞 01淋巴细胞淋巴细胞 2040单核细胞单核细胞 38第二章 生物环境24三、人体血液与组织液系统白细胞的生理特征及功能白细胞的生理特征及功能粒细胞粒细胞：中性粒细胞：中性粒细胞 （杆状核）（杆状核） 防御病菌、防御病菌、 （分叶核）（分叶核） 清除坏死组织清除坏死组织 嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞 、 嗜碱性粒细胞嗜碱性粒细胞 淋巴细胞淋巴细胞 在机体特异（获得性）免疫过程中起着重要作用。在机体特异（获得性）免疫过程中起着重要作用。单核细胞单核细胞 直径直径1530m ，核为肾形或马蹄形。，核为肾形或马蹄形。
17、 源于骨髓，进入血液中尚未成熟，进入组织后，源于骨髓，进入血液中尚未成熟，进入组织后， 可达可达5080 m，被称为巨噬细胞。被称为巨噬细胞。 伸出伪足，可作变形运动，穿过血管壁：伸出伪足，可作变形运动，穿过血管壁：血细胞渗出血细胞渗出趋向化学物质游走的特性趋向化学物质游走的特性（化学物质浓度梯度游走）（化学物质浓度梯度游走）趋化性趋化性将异物包围并吞入胞浆内将异物包围并吞入胞浆内吞噬作用吞噬作用第二章 生物环境25三、人体血液与组织液系统血小板的生理特征及功能血小板的生理特征及功能 功能：功能：促进止血和加速血凝。促进止血和加速血凝。 血血小小板板不不具具完完整整的的细细胞胞结结构构，无无细
18、细胞胞核核，是是巨巨噬噬细细胞胞分分离离出出来来的的小小块块胞胞质质，体积小，直径只有体积小，直径只有24 m 。 血液凝固：血液凝固： 血液由流动的溶胶状态变为凝胶状态的过程。血液由流动的溶胶状态变为凝胶状态的过程。它是一系列复杂的化学连锁反应的结果，最终使它是一系列复杂的化学连锁反应的结果，最终使原来溶解于血浆中的纤维蛋白原转变为不溶性的原来溶解于血浆中的纤维蛋白原转变为不溶性的纤维蛋白。纤维蛋白。第二章 生物环境26三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统n人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质n血浆的成分及生理功能血浆的成分及生理功能n血细胞的生理特征
19、与功能血细胞的生理特征与功能n血液凝固血液凝固n肝素肝素抗凝血物质抗凝血物质n组织液与血液组织液与血液n血液相容性血液相容性 第二章 生物环境27三、人体血液与组织液系统 与人工心瓣膜植入材料实际接触的血液与与人工心瓣膜植入材料实际接触的血液与流过瓣膜的血液量相比非常微小流过瓣膜的血液量相比非常微小, ,即使在即使在材料表面张力的剪切作用下材料表面张力的剪切作用下, ,对血液中的对血液中的红细胞等有一定的破坏红细胞等有一定的破坏( (即发生即发生溶血溶血),),但但只要在一定限度内只要在一定限度内, ,由于血液具有很强的由于血液具有很强的再生能力再生能力, ,随时间的推移其不利影响并不随时间的
20、推移其不利影响并不显著显著; ;而如果在材料表面有血栓生成而如果在材料表面有血栓生成( (即发即发生生凝血凝血),),由于其具有累积效应由于其具有累积效应, ,随时间的随时间的推移推移, ,凝血程度越来越高凝血程度越来越高, ,对人体造成严重对人体造成严重影响。因此影响。因此, ,对心血管材料来讲对心血管材料来讲, ,血液相容血液相容性中最受关注的是抗凝血性能。性中最受关注的是抗凝血性能。第二章 生物环境28三、人体血液与组织液系统肝素抗凝血物质肝素抗凝血物质 肝素是重要的抗凝血物质，是一种含琉的粘肝素是重要的抗凝血物质，是一种含琉的粘多糖，它存在于所有的组织中，肺、肝的含量最多糖，它存在于所
21、有的组织中，肺、肝的含量最多，但正常人血液中含量甚微。多，但正常人血液中含量甚微。 肝素的肝素的抗凝血作用抗凝血作用：1、抑抑制制某某些些凝凝血血因因子子，从从而而使使凝凝血血酶酶原原不不易易转变转变为凝血酶为凝血酶。2、在肝素浓度高时、在肝素浓度高时，能能抑制抑制凝血酶的凝血酶的活性活性。3、抑抑制制血血小小板板粘粘着着、聚聚集集，间间接接影影响响血血小小板板因子的释放。因子的释放。第二章 生物环境29三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统n人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质n血浆的成分及生理功能血浆的成分及生理功能n血细胞的生理特征与功能血细胞的生理
22、特征与功能n血液凝固血液凝固n肝素肝素抗凝血物质抗凝血物质n组织液与血液组织液与血液n血液相容性血液相容性 第二章 生物环境30三、人体血液与组织液系统组织液与血液组织液与血液单细胞生物单细胞生物多细胞生物多细胞生物远古海洋远古海洋细胞外液：盐溶液细胞外液：盐溶液浸浴浸浴循环系统循环系统血管内：血浆血管内：血浆组织间隙液：盐溶液组织间隙液：盐溶液血液：血浆、蛋白质、血细胞血液：血浆、蛋白质、血细胞第二章 生物环境31三、人体血液与组织液系统组织液与血液组织液与血液体液体液6070 wt 细胞内液细胞内液4045 wt 细胞外液细胞外液2025 wt 组织液组织液1520 wt 血浆血浆45 w
23、t 淋巴液、脑脊液淋巴液、脑脊液细胞膜细胞膜毛细血管壁毛细血管壁第二章 生物环境32三、人体血液与组织液系统 组组织织液液来来自自血血液液，可可透透过过毛毛细细血血管管壁壁再进入血液。再进入血液。 通通过过组组织织液液的的生生成成与与回回流流，将将血血液液中中的的氧氧气气及及营营养养物物质质运运到到组组织织间间隙隙，供供细细胞胞利利用用，细细胞胞代代谢谢的的产产物物也也进进入入血血液液而而被被带带走。走。 组织液组织液组织液蛋白质较少，其它成分基本与血浆相似。组织液蛋白质较少，其它成分基本与血浆相似。少量通过毛细淋巴管形成淋巴液，再返回血液。少量通过毛细淋巴管形成淋巴液，再返回血液。第二章 生
24、物环境33三、人体血液与组织液系统 组织液的生成与回流取决于毛细血管的压。组织液的生成与回流取决于毛细血管的压。 有效滤过压有效滤过压组织液生成压组织液回流压组织液生成压组织液回流压 组织液生成压组织液生成压(毛细血管压组织液胶体渗透压毛细血管压组织液胶体渗透压) 组织液回流压组织液回流压(组织液静水压血浆胶体渗透压组织液静水压血浆胶体渗透压)组织液组织液的生成与回流的生成与回流第二章 生物环境34三、人体血液与组织液系统n组织液是组织、细胞直接所处环境组织液是组织、细胞直接所处环境 。n组织、细胞通过细胞膜与组织液发生物质交换。组织、细胞通过细胞膜与组织液发生物质交换。n组织液与血液通过毛细
25、血管壁进行物质交换。组织液与血液通过毛细血管壁进行物质交换。 细细胞胞、组组织织与与血血液液进进行行物物质质交交换换必必须须以以组组织液为中介。织液为中介。n组织液组织液和血液之间的物质交换和血液之间的物质交换 扩散：液体中溶质分子的热运动过程。扩散：液体中溶质分子的热运动过程。 吞饮：大分子通过毛细血管壁内皮细胞膜吞饮吞饮：大分子通过毛细血管壁内皮细胞膜吞饮 并转送出去。并转送出去。 组织液组织液和血液之间的物质交换和血液之间的物质交换第二章 生物环境35三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统n人体血液人体血液的构成及性质的构成及性质n血浆的成分及生理功能血
26、浆的成分及生理功能n血细胞的生理特征与功能血细胞的生理特征与功能n血液凝固血液凝固n肝素肝素抗凝血物质抗凝血物质n组织液与血液组织液与血液n血液相容性血液相容性 第二章 生物环境36三、人体血液与组织液系统材料的血液相容性单因素评价结果材料的血液相容性单因素评价结果 动态凝血时间动态凝血时间t/mint/min 溶血率溶血率/%/% 血小板消耗率血小板消耗率/%/%碳素梯度材料碳素梯度材料 40.7 1.17 19.2 40.7 1.17 19.2碳离子注入钛合金碳离子注入钛合金 41.8 1.36 26.7 41.8 1.36 26.7氮离子注入钛合金氮离子注入钛合金 37.0 1.13 3
27、5.9 37.0 1.13 35.9低温热解碳低温热解碳 46.6 1.76 18.4 46.6 1.76 18.4化学气相沉积碳化学气相沉积碳 36.0 1.33 25.8 36.0 1.33 25.8涂层涂层 30.3 1.56 43.6 30.3 1.56 43.6涂层涂层 38.2 1.25 39.9 38.2 1.25 39.9石墨石墨 27.9 1.64 36.1 27.9 1.64 36.1金刚石薄膜金刚石薄膜 34.2 1.99 47.2 34.2 1.99 47.26 64 4钛合金钛合金27.4 1.21 51.527.4 1.21 51.5 第二章 生物环境37三、人体血液与组织液系统三、三、人体血液与组织液系统人体血液与组织液系统 溶血率溶血率: :材料对红细胞的破坏程度材料对红细胞的破坏程度 动态凝血时间动态凝血时间: :是凝血因子激活后是凝血因子激活后, ,不不溶性的纤维蛋白细丝交织成网溶性的纤维蛋白细丝交织成网, ,包罗包罗红细胞、白细胞、血小板和血浆等红细胞、白细胞、血小板和血浆等血液有形成份而形成血栓的程度血液有形成份而形成血栓的程度 血小板消耗率血小板消耗率: :材料对血小板的吸附材料对血小板的吸附及微血栓生成时对血小板的包罗等及微血栓生成时对血小板的包罗等程度程度 第二章 生物环境38三、人体血液与组织液系统
