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，研究開發(fā)高性能的生物醫(yī)學(xué)材料成為關(guān)鍵問題之一，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，后者即為材料對血液的溶血現(xiàn)象（紅細胞破壞），血小板機能降低，白細胞暫時性減少，白細胞功能下降以及補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)的諸多問題。

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本章以抗凝血問題為主要議題介紹近年來血液相容高分子材料的研究該塊與進展。

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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狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z動狀態(tài)的全過程。它是一個復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程，大體分為三個步驟。

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1．凝血酶原激活物形成

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目前認為，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，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，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，同時對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)和細胞系統(tǒng)發(fā)生激活。當(dāng)然，也與補體系統(tǒng)變化有關(guān)，此外，還與材料的種類和血液的流動情況有關(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)進而形成凝血。

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4．外源性凝固系統(tǒng)的激活問題

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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，受傷的組織或血管壁會釋放組織凝血活素進入血液進而啟動外源性凝固系統(tǒng)。

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總之，人體的每一個凝血因子都以無活性的狀態(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，進而活化下一個相應(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間都是一樣的。進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)皮細胞ζ電位為－8～－13mV。血管內(nèi)皮細胞損傷后膠原組織外露，ζ電位變?yōu)檎c，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價方法

(theevaluationmethod

of

Polymermaterialsbloodcompatibility)

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高分子材料的血液相容性評價方法與程序經(jīng)過二十多年各國科學(xué)家的共同努力,已取得較大的進展。第46頁,共53頁，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,血漿蛋白的競爭吸附,血小板的粘附與激活、紅細胞、白細胞的粘附、變形與激活、內(nèi)源性凝固系統(tǒng)的接觸活化等五個方面展開工作，基本建立了四大類方法，即材料表面特征表征法、體外試驗法、半體內(nèi)試驗法及體內(nèi)試驗法。第47頁,共53頁，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)計及制備

(thedesignandpreparionof

BloodCompatibilityofpolymermaterials)第48頁,共53頁，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，各種血液相容性材料的分子設(shè)計應(yīng)