1、第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,1,哈尔滨工业大学 材料学院 材料物理与化学二OO六年十月,医用材料生物学基础,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,2,第二章 医用植入材料生物环境,一、生命体系结构、人体组织与器官 二、细胞结构与功能 三、人体血液与组织液系统 四、人体骨骼系统与骨组织生物力学 五、人体免疫系统与免疫细胞,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,3,三、人体血液与组织液系统,材料的血液相容性取决于血液组份与材料表面的相互作用以及随之引起的后续反应。由于其作用机制复杂、作用途径各异、影响因素繁多,至今尚无一个被广泛认可的“血液相容性”的确切定义,也没有相应
2、的标准评价方法。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,4,三、人体血液与组织液系统,主要原因:一是生物体的生理机能差异。人体内可能与材料表面发生作用的血液组份种类繁多,而随种族、年龄、健康状况的不同,每个人血液组份的相对量以及各血液组份的活性亦有差异,与材料的相互作用也有所不同。二是生物材料的应用环境差异。在不同的应用情况下,对各种血液组份与材料的作用及变化的允许程度是不同的,很难用统一标准进行量度。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,5,体内任何器官或组织的血流量不足，均可能造成严重的组织损伤甚至危及生命；很多疾病可导致血液成分及性质发生特征性变化。生物材料不应破坏血液的成
3、分，不应有溶血、凝血作用。,三、人体血液与组织液系统,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,6,三、人体血液与组织液系统,人体血液的构成及性质 血浆的成分及生理功能 血细胞的生理特征与功能 血液凝固 肝素抗凝血物质 组织液与血液 血液相容性,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,7,人体血液的构成及性质,血液：血液是一种广义的结缔组织，由液体的细胞间质血浆plasma和悬浮于其中的血细胞blood cell组成的流体组织，在心血管系统内循环流动。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,8,血液的功能,1、沟通各部分组织液、和外环境进行物质交换的场所。 2、运输功能：把氧和营养
4、物质以及激素运输到各器官和细胞；同时，把全身各处细胞的代谢产物、二氧化碳运走以利于排出体外； 3、维持体温相对恒定：血液热容量大，可吸收大量的热量。 4、参与生理止血。 5、参与机体的防御功能。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,9,人体血液的构成及性质,血液的组成及正常血量：将血液加入抗凝剂，如草酸钾、柠檬酸钠或肝素等，在玻璃管中混匀，以3000转/分钟速度，离心30分钟，可将血液分层。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,10,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,11,人体血液的构成及性质,血液的组成及正常血量：,血液Blood volume 78 体重,上层淡黄
5、色透明液体：血浆,一薄层白色不透明物：白细胞1 血小板,下层深红色不透明：红细胞 血细胞比容：男子 4050，女子3748， （hematocrit） 新生儿55,水：90 蛋白质：7 低分子物：2,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,12,三、人体血液与组织液系统,人体血液的构成及性质 血浆的成分及生理功能 血细胞的生理特征与功能 血液凝固 肝素抗凝血物质 组织液与血液 血液相容性,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,13,血浆的成分,水：90,血浆蛋白：7 6585g/L,低分子物：2,电解质:与组织液含量相同。 小分子有机化合物：激素代谢产物营养物质,白蛋白:4048g/
6、L 球蛋白:1530g/L 纤维蛋白原,12 ,O2、CO2 ：,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,14,血浆的生理功能,水：90，可维持循环血量相对恒定。,血浆蛋白：7，6585g/L,1、形成血浆胶体渗透压：调节血管内外的 水分分布。等渗溶液（0.9NaCl溶液、5葡萄糖溶液）高渗溶液（红细胞皱缩）低渗溶液（溶血） 2、营养功能：被单核吞噬细胞吞噬，然后被细胞内的酶分解为氨基酸，重新用于合成蛋白质。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,15,血浆的生理功能,血浆蛋白：7，6585g/L,3、运输功能：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。与低分子物质，如
7、激素、正离子等可逆性结合，防止它们流失。 4、参与凝血与抗凝血功能，血浆凝血因子、生理性抗凝物质及促进血纤维溶解的物质是血浆蛋白。 5、抵抗病源物的防御功能。 6、维持pH值稳定。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,16,电解质,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,17,人体血液的构成及性质,血液的理化性质：1、比重：全血：1.051.06（红细胞）血浆：1.0251.03（血浆蛋白）红细胞：1.091.092（血红蛋白）2、粘度：液体分子的内摩擦与水相比的相对粘度：血液：45 （红细胞）血浆：1.62.4 （血浆蛋白）当血流速度小于某一限度时，红细胞叠连、聚集，对血流造成较
8、大阻力，使粘滞性增大，这时粘滞性与流速成反比。 3、血浆的pH值：7.357.45,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,18,三、人体血液与组织液系统,人体血液的构成及性质 血浆的成分及生理功能 血细胞的生理特征与功能 血液凝固 肝素抗凝血物质 组织液与血液 血液相容性,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,19,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,20,血细胞,血细胞的构成：,红细胞 red cell / red blood corpuscle, RBC,白细胞 white cell / white blood corpuscle, WBC,血小板 hemoblast,
9、粒细胞：中性粒细胞嗜酸性粒细胞嗜碱性粒细胞,淋巴细胞,单核细胞,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,21,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,22,人血红细胞 7.5m,细胞,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,23,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 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。,选择通透性：O2 、 CO2、Cl-、HCO3-、尿素可自由通过。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和孔隙，通过后恢复形状。,功能：运输O2 、 CO2，并维持血液酸碱平衡。 溶血：红细胞的破坏，红
10、细胞寿命120天。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,24,白细胞的生理特征,呈球形，有核，无色，体积比红细胞大，直径一般为10一20m。,粒细胞：中性粒细胞 （杆状核） 15（分叶核） 5070嗜酸性粒细胞 0.55 嗜碱性粒细胞 01,淋巴细胞 2040,单核细胞 38,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,25,白细胞的生理特征及功能,粒细胞：中性粒细胞 （杆状核） 防御病菌、 （分叶核） 清除坏死组织嗜酸性粒细胞 、 嗜碱性粒细胞,淋巴细胞 在机体特异（获得性）免疫过程中起着重要作用。,单核细胞 直径1530m ，核为肾形或马蹄形。源于骨髓，进入血液中尚未成熟，进入组织
11、后，可达5080 m，被称为巨噬细胞。,伸出伪足，可作变形运动，穿过血管壁：血细胞渗出 趋向化学物质游走的特性（化学物质浓度梯度游走）趋化性 将异物包围并吞入胞浆内吞噬作用,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,26,血小板的生理特征及功能,功能：促进止血和加速血凝。,血小板不具完整的细胞结构，无细胞核，是巨噬细胞分离出来的小块胞质，体积小，直径只有24 m 。,血液凝固：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 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。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,27,三、人体血液与组织液系统,
12、人体血液的构成及性质 血浆的成分及生理功能 血细胞的生理特征与功能 血液凝固 肝素抗凝血物质 组织液与血液 血液相容性,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,28,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,即使在材料表面张力的剪切作用下,对血液中的红细胞等有一定的破坏(即发生溶血),但只要在一定限度内,由于血液具有很强的再生能力,随时间的推移其不利影响并不显著;而如果在材料表面有血栓生成(即发生凝血),由于其具有累积效应,随时间的推移,凝血程度越来越高,对人体造成严重影响。因此,对心血管材料来讲,血液相容性中最受关注的是抗凝血性能。,第二章 生物环境,三、人体血液
13、与组织液系统,29,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 多糖，它存在于所有的组织中，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，从而使凝血酶原不易转变为凝血酶。 2、在肝素浓度高时，能抑制凝血酶的活性。 3、抑制血小板粘着、聚集，间接影响血小板因子的释放。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,30,三、人体血液与组织液系统,人体血液的构成及性质 血浆的成分及生理功能 血细胞的生理特征与功能 血液凝固 肝素抗凝血物质 组织液与血液 血液相容性,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,31,组织液与血液,单细胞生物,多细胞
14、生物,远古海洋,细胞外液：盐溶液,浸浴,循环系统,血管内：血浆,组织间隙液：盐溶液,血液：血浆、蛋白质、血细胞,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,32,组织液与血液,体液 6070 wt ,细胞内液 4045 wt ,细胞外液 2025 wt ,组织液1520 wt ,血浆45 wt ,淋巴液、脑脊液,细胞膜,毛细血管壁,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,33,组织液来自血液，可透过毛细血管壁再进入血液。通过组织液的生成与回流，将血液中的氧气及营养物质运到组织间隙，供细胞利用，细胞代谢的产物也进入血液而被带走。,组织液,组织液蛋白质较少，其它成分基本与血浆相似。,少量通过毛
15、细淋巴管形成淋巴液，再返回血液。,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,34,组织液的生成与回流取决于毛细血管的压。有效滤过压组织液生成压组织液回流压组织液生成压(毛细血管压组织液胶体渗透压)组织液回流压(组织液静水压血浆胶体渗透压),组织液的生成与回流,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,35,组织液是组织、细胞直接所处环境 。 组织、细胞通过细胞膜与组织液发生物质交换。 组织液与血液通过毛细血管壁进行物质交换。细胞、组织与血液进行物质交换必须以组织液为中介。 组织液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。吞饮：大分子通过毛细血管壁内皮细胞膜吞饮并转送出去。,组织
16、液和血液之间的物质交换,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,36,三、人体血液与组织液系统,人体血液的构成及性质 血浆的成分及生理功能 血细胞的生理特征与功能 血液凝固 肝素抗凝血物质 组织液与血液 血液相容性,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,37,材料的血液相容性单因素评价结果,动态凝血时间t/min 溶血率/% 血小板消耗率/% 碳素梯度材料 40.7 1.17 19.2 碳离子注入钛合金 41.8 1.36 26.7 氮离子注入钛合金 37.0 1.13 35.9 低温热解碳 46.6 1.76 18.4 化学气相沉积碳 36.0 1.33 25.8 涂层 30.3 1.56 43.6 涂层 38.2 1.25 39.9 石墨 27.9 1.64 36.1 金刚石薄膜 34.2 1.99 47.2 64钛合金27.4 1.21 51.5,第二章 生物环境,三、人体血液与组织液系统,38,三、人体血液与组织液系统,溶血率:材料对红细胞的破坏程度动态凝血时间:是凝血因子激活后,不溶性的纤维蛋白细丝交织成网,包罗红细胞、白细胞、血小板和血浆等血液有形成份而形成血栓的程度 血小板消耗率:材料对血小板的吸附及微血栓生成时对血小板的包罗等程度,
