人工器官等醫(yī)學(xué)應(yīng)用

關(guān)于人工器官等醫(yī)學(xué)應(yīng)用第1頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三一）

分類根據(jù)不同的分類方法人工器官可以分為如下幾類：1）按功能分：（1）支持運(yùn)動(dòng)功能的人工器官，如人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工肌腱、肌電控制人工假肢等。（2）血液循環(huán)功能的人工器官，如人工心臟及其輔助循環(huán)裝置、人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液等。（3）呼吸功能的人工器官，如人工肺（人工心肺機(jī)）、人工氣管、人工喉等。（4）血液凈化功能的人工器官，如人工腎（血液透析機(jī)）、人工肺等。（5）消化功能的人工器官，如人工食管、人工膽管、人工腸等。第2頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三（6）排尿功能的人工器官，如人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道等。（7）內(nèi)分泌功能的人工器官，如人工胰、人工胰島細(xì)胞。（8）生殖功能的人工器官，如人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸等。（9）神經(jīng)傳導(dǎo)功能的人工器官，如心臟起搏器、膈起搏器等。（10）感覺功能的人工器官，如人工視覺、人工聽覺（人工耳蝸）、人工晶體、人工角膜、人工聽骨、人工鼻等。（11）其他類，人工硬脊膜、人工皮膚等第3頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三2）按原理分：（1）機(jī)械式裝置（如人工心臟瓣膜、人工氣管、人工晶體等）（2）電子式裝置（如人工耳蝸、人工胰、人工腎、心臟起搏器等）3）按使用方式分：（1）植入式，如人工關(guān)節(jié)、人工心臟瓣膜、心臟起搏器。（2）體外式，如人工腎、人工肺、人工胰。這些體外式人工器官實(shí)際上都是由電子控制的精密機(jī)械裝置。第4頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三1.人工心臟和人工心臟瓣膜人工心臟人工心臟是利用外在機(jī)械動(dòng)力作用把血液輸送到全身各器官以代替原有心臟功能的裝置。所用材料主要為高分子和金屬。高分子如聚酯用作人工心臟主體的制作，金屬材料如Ti合金主要作為心臟瓣膜、心室，其堅(jiān)固性、輕質(zhì)、表面光滑性非常適于人工心臟。血液相容性（血栓和溶血）及組織相容性（感染）等是人工心臟失效的常見問題，對(duì)瓣膜等材料進(jìn)行改性以提高其生物相容性

。二）

具體介紹第5頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三第一代人工心臟模型第6頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三此人工心臟命名為CHVAD，意思是新式輔助裝置的中國(guó)心中國(guó)源創(chuàng)的微小型完全磁懸浮離心式人工心臟，在羊身上植入存活61天第7頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三人工心臟瓣膜：可植入心臟內(nèi)代替原有天然心臟瓣膜（主動(dòng)脈瓣、肺動(dòng)脈瓣、三尖瓣、二尖瓣），能使血液?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)，具有天然心臟瓣膜功能的人工器官。主要分為機(jī)械瓣，人體組織瓣，動(dòng)物組織瓣等。人體組織瓣的應(yīng)用有兩種：同種異體移植：將一個(gè)瓣膜從一個(gè)人移植到另一個(gè)人。自身移植：從本人的一個(gè)部位移植到另一個(gè)部位。應(yīng)用最多的自身移植是將肺動(dòng)脈瓣移植到主動(dòng)脈瓣，稱為Ross手術(shù)。圖5-7生物組織瓣膜實(shí)物圖第8頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三幾種常用的人工心臟瓣膜第9頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三機(jī)械瓣膜材料的選用選用Ti合金、不銹鋼、熱解碳、陶瓷、聚氨酯等材料。為防止血栓，在金屬瓣膜上采用表面改性技術(shù)涂覆熱解碳。由于銀離子能抗菌，也正在研究將銀離子注入熱解碳涂層中，提高材料的抗菌性能。第10頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三2.人工腎（人工透析機(jī)）定義：又稱人工透析機(jī)，一種透析治療設(shè)備，是用人工方法模仿人體腎小球的過濾作用，在體外循環(huán)的情況下，去除人體血液內(nèi)過剩的含氮化合物、新陳代謝產(chǎn)物或逾量藥物等，調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)平衡，以使血液凈化的一種高技術(shù)醫(yī)療儀器。原理：應(yīng)用的膜分離技術(shù)原理，需從病人動(dòng)脈將血液引流出來，在人工腎經(jīng)過透析后再?gòu)撵o脈輸入病人體內(nèi)。組成：血液凈化系統(tǒng)（透析器）、透析液供給系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分透析器是人工腎的核心部分，現(xiàn)有用于透析器的膜材料主要有用化學(xué)方法從棉花中提取的再生纖維素和改良纖維素，以及一些高分子聚合物如聚丙烯睛、聚酰胺、乙烯乙烯醇共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯等。第11頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三3.人工肝（人工肝支持系統(tǒng)）又稱人工肝支持系統(tǒng)，就是一種利用血液凈化技術(shù)暫時(shí)替代肝臟功能，使肝細(xì)胞得以恢復(fù)再生。人工肝分為三類：非生物類、生物類、混合類。第12頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三人工肝技術(shù)是一整套包含血漿置換、血液透析、血液濾過、血液/血漿灌流、分子吸附循環(huán)系統(tǒng)、連續(xù)性血液凈化治療等方法聯(lián)合應(yīng)用治療重型肝炎的技術(shù)和治療方法。臨床醫(yī)生根據(jù)患者病情選擇單用或聯(lián)合應(yīng)用以上技術(shù)。出現(xiàn)的問題：凝血：表現(xiàn)為灌流器凝血和留置管凝血等?？蓪?duì)血細(xì)胞造成機(jī)械性破壞，以致于人工肝治療后血細(xì)胞明顯下降，尤其以血小板為甚。出血：進(jìn)行人工肝治療的患者多有凝血功能障礙，再予藥物抗凝，部分患者可出現(xiàn)出血的并發(fā)癥

第13頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三4.人工胰腺一種由微機(jī)控制的機(jī)械裝置，其原理是用人工方法取代正常胰腺的內(nèi)分泌，以補(bǔ)充胰島素的分泌不足。分類：體外型、半生物型、植入型人工胰。胰島素泵第14頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三糖尿病是體內(nèi)缺乏胰島素分泌的結(jié)果。血液中血糖過高時(shí)，胰臟分泌胰島素，胰島素促進(jìn)蒲萄糖進(jìn)入肌肉細(xì)胞和其他組織中并降低血液中葡萄糖水平。胰島素欠缺分為產(chǎn)生不足（I型糖尿?。号c免疫系統(tǒng)有關(guān)，可能源于遺傳，可注射胰島素治療）和失效（II型糖尿病，胰島素仍在產(chǎn)生但是數(shù)量不夠或身體對(duì)其有抵抗力，常見肥胖病人，）第15頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三5.人工耳蝸又稱電子耳蝸，或人工電子耳，是模擬人體耳蝸生理功能的電子裝置。由體內(nèi)和體外兩部分組成。它能將通過外耳傳入的聲能轉(zhuǎn)換成電能，通過植人鼓階、圓窗或耳囊內(nèi)的電極，直接刺激耳蝸內(nèi)殘余的聽神經(jīng)纖維，使聾人產(chǎn)生聽覺。第16頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三6.人工皮膚一種創(chuàng)面保護(hù)性覆蓋材料，主要用于受創(chuàng)傷皮膚的治療傳統(tǒng)人工皮膚由合成纖維制成的，而新型人工皮膚采用血清蛋白質(zhì)對(duì)甲殼素微細(xì)纖維進(jìn)行處理，以提高其吸附性，然后將甲殼素纖維切成長(zhǎng)度為5-15mm的短纖維，用水作分散劑，用聚乙烯醇作粘合劑制成非織造布，并切成適當(dāng)大小，包裝滅菌供臨床使用。甲殼素人工皮膚耐溶解性強(qiáng)，便于表皮細(xì)胞長(zhǎng)入，愈后不發(fā)生粘連，具有止血﹑鎮(zhèn)痛的功效，并能抑制微生物﹑菌類的繁殖，促進(jìn)傷口愈合。圖5-10用于創(chuàng)傷覆蓋的人工皮膚第17頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三7.人工肺定義：又稱氧合器，是指用來取代人體肺功能，用于血?dú)饨粨Q，調(diào)節(jié)血內(nèi)氧氣和二氧化碳含量的裝置。分類：靜立垂屏式人工肺、轉(zhuǎn)碟式人工肺、鼓泡式人工肺、膜肺。膜肺的設(shè)計(jì)原理不同于前三者，其主要依據(jù)仿生原理按照肺泡氣體彌散生理功能設(shè)計(jì)的；前三種人工肺中血液與氧氣直接接觸，而膜肺中血液和氧氣由薄膜隔開，一側(cè)通靜脈血，另一側(cè)通純氧。第18頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三發(fā)展：第一個(gè)膜肺出現(xiàn)于1955年，膜材料用的是聚氯乙烯。真正實(shí)用的膜肺出現(xiàn)于1960年，膜材料為硅橡膠。膜肺的大發(fā)展是在1980年以后，出現(xiàn)了各種高分子聚合物材料制成的各種形式的膜肺。20世紀(jì)80年代，我國(guó)的鼓泡式氧合器和聚丙烯中空纖維管型膜肺均研制成功。聚合物材料：聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、醋酸纖維素、乙基纖維素、硅橡膠等膜肺的結(jié)構(gòu)形式：平板型、中空纖維管型、液膜型（用氟碳化合物）和透析型第19頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三8.心臟起搏器定義：一類在心肌收縮發(fā)生障礙時(shí)，可以通過外部電脈沖刺激心臟使其正常工作的電子器械。分類：體外式和體內(nèi)埋植式兩種體外式：使用方法簡(jiǎn)單，在緊急情況下使用，對(duì)患者進(jìn)行搶救非常方便。還可根據(jù)患者的狀況變換心搏數(shù)。但是如果長(zhǎng)期使用，在放置電極的部位容易發(fā)生感染。體內(nèi)埋植式：將起博器植入病人腹部或腋窩皮下，對(duì)長(zhǎng)期使用者非常方便，但起搏器心搏數(shù)固定也會(huì)帶來各種問題。近年來已經(jīng)研制出可以變動(dòng)心搏數(shù)的誘導(dǎo)型起搏器。電極和接收器植于體內(nèi)，用發(fā)送器在體外控制，這樣便可以根據(jù)情況變更心搏數(shù)。圖5-11常見的心臟起搏器示意圖第20頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三二、

醫(yī)用粘合劑作用：在外科手術(shù)中，醫(yī)用膠粘劑用于某些器官和組織的局部粘合和修補(bǔ)；手術(shù)后縫合處微血管滲血的制止骨科手術(shù)中骨骼、關(guān)節(jié)的結(jié)合與定位；齒科手術(shù)中用于牙齒的修補(bǔ)等。在計(jì)劃生育領(lǐng)域中,醫(yī)用膠粘劑更有其它方法無可比擬的優(yōu)越性：用膠粘劑粘堵輸精管或輸卵管，既簡(jiǎn)便、無痛苦，無副作用，必要時(shí)還可以很方便地重新疏通。第21頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三1）理想的醫(yī)用粘合劑應(yīng)該具備以下條件：（1）在有水的組織液的條件下也能進(jìn)行膠接；（2）常溫常壓下能與組織快速膠接；(3）在固化的同時(shí)，能與組織產(chǎn)生較大膠接強(qiáng)度；(4）不顯示毒性，不致突變，不致畸，不致癌；(5）不妨礙生物體組織的自身愈合；(6）本身無菌且能抑菌；(7）固化后膠體具彈性或韌性；(8）呈單組分液態(tài)或糊狀，不含非水溶劑(9）在組織內(nèi)可逐漸降解吸收、排泄；(10）常溫下易于儲(chǔ)存，用前不需要調(diào)配。第22頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三2)醫(yī)用粘合劑的分類從醫(yī)用膠粘劑的使用對(duì)象和性能要求：齒科用膠粘劑和外科用(或體內(nèi)用)膠粘劑按照用途：軟組織用膠粘劑,牙科用膠粘劑,骨水泥和皮膚用膠粘劑等(1)軟組織用膠粘劑①α-氰基丙烯酸酯粘合劑由于α-碳原子上—CN、—COOR等極性基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)，β-位的碳原子有很強(qiáng)的吸電性，在微量陰離子存在下就能產(chǎn)生瞬間聚合反應(yīng)，同時(shí)使聚合體形成多極性中心，為與粘接對(duì)象產(chǎn)生界面粘接力提供條件。特點(diǎn)：在生物體組織上聚合速度最快，單組分、液態(tài)、無溶劑、室溫固化、固化速度快、粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)。目前，國(guó)外該膠粘劑品種有Adhere、Cyanobond、Eastman910、等。國(guó)內(nèi)比較有名的有504止血膠(主膠為α-氰基丙烯酸正丁酯)、508醫(yī)用膠粘劑(主膠為α-氰基丙烯酸正辛酯)等第23頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三②血纖維蛋白粘合劑主要成分：濃縮的血纖維蛋白原、凝血酶、血液凝固第VIII因子、抑肽酶等。特點(diǎn)：利用二次止血原理的生理功能性粘合劑，粘合不受血小板減少等血液凝固障礙的影響，不需加熱加壓，固化比較迅速。粘合不受水分的影響，同組織的親和性好，并可適度吸收。主要用于軟組織手術(shù)創(chuàng)傷部位的止血，神經(jīng)、胰血管的粘合等。發(fā)展：早在1909年就有人研究嘗試從血液中提取凝血物質(zhì)用于止血。1972年奧地利開發(fā)成功粘合劑“FS”用于神經(jīng)修復(fù)，英國(guó)Kumanote大學(xué)醫(yī)院為了提高胰管和空腸的吻合效果，在手述中使用了該粘合劑。第24頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三(2)硬組織用粘合劑①牙科粘合劑牙科治療和修復(fù)應(yīng)用的粘接材料：粘固劑、合成粘合劑和復(fù)合樹脂。作用：固定修復(fù)，或正畸矯治器及附件等的粘固，窩洞的基襯和暫時(shí)充填。第25頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三發(fā)展：傳統(tǒng)的粘固劑屬于無機(jī)類材料，俗稱水門汀，例如磷酸鋅等。近代發(fā)展了含有機(jī)化物的改性材料，如丁香油、聚羧酸、玻璃離子體等。20世紀(jì)30年代德國(guó)曾推出以甲基丙烯酸甲酯（MMA）為主體的粘接材料，用作正畸治療和松動(dòng)牙固定。50年代美國(guó)開發(fā)α-氰基丙烯酸酯類快速粘合劑，用于牙齦切除、拔牙等手術(shù)傷口的止血和粘接，以代替縫合，作牙周敷料治療口腔潰瘍以及正畸領(lǐng)間牽引松動(dòng)牙固定等方面。70年代以后，開發(fā)了能與牙齒形成某種化學(xué)性聯(lián)結(jié)的粘合劑，其中4-META和phenyl-p，已被廣泛用作配制粘合劑。第26頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三②骨組織用粘合劑通常人工骨和人工關(guān)節(jié)與骨組織的接合，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥，由于其單體易引起細(xì)胞毒性反應(yīng)，骨水泥與骨組織界面有纖維組織生長(zhǎng)，形成厚的結(jié)合組織膜，同時(shí)伴有血壓下降、聚合物的熱效應(yīng)對(duì)骨水泥四周產(chǎn)生損傷，以及結(jié)合力不充分等問題。近年來磷酸鈣系骨水泥越來越引起重視。作用是使埋入骨內(nèi)的材料表面活化，使在材料表面上形成的骨組織與骨直接結(jié)合。羥基磷灰石或定向玻璃陶瓷等，反應(yīng)層薄、界面結(jié)合力或機(jī)械強(qiáng)度好，有利于臨床應(yīng)用。第27頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三三、

藥用高分子材料1概述定義：一類人工合成的用于一定治療目的的功能高分子。根據(jù)藥用高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途分為：有藥理活性的高分子藥物、藥物載體用高分子材料、高分子薄膜包衣及控釋膜材料、常規(guī)醫(yī)藥包裝用高分子材料等。其中前三種材料均參與構(gòu)成藥劑，即形成高分子藥物制劑，由此在充分合理地發(fā)揮藥效的同時(shí)，盡可能避免或減低副作用。第28頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三2藥用高分子材料與低分子藥物制劑相比，高分子藥物制劑一般具有低毒、高效、緩釋、長(zhǎng)效、可定點(diǎn)釋放等優(yōu)點(diǎn)。通常具備如下條件：1)高分