生物材料及人工器官复习资料

第1章概述1.什么是人工器官、生物材料？简述它们的分类。

二者有何关系？1）人工器官：广义上，是一种人造的或人工合成的、可以部分或全部、短期或长期地、体内或体外使用的，用来取代病损器官或补偿其生理功能的装置。

狭义上，替换了原自然器官并能发挥其全部功能的人造装置。

分类如下：一.根据功能完善程度分类：⑴维持生命最低限度的人工器官；⑵能代替主要部分或大部分天然器官功能的人工器官；⑶能替代天然器官；⑷具有超自然器官功能的人造器官。

二.按具体功能分类：血液循环系统、呼吸系统、血液透析、消化系统、支持运动、感觉、生育、泌尿、内分泌、神经；其它：人工皮肤、人工硬脑膜、人工大脑导水管、人工乳房等。

三.按位置分：1.体内（植入式）;2.体外。

四.按时间分： 1.暂时性;2.永久性。

2）生物医学材料：用于修复和替换生物组织或器官，以增进或恢复其功能的材料和用于生理系统疾病的诊断、治疗的材料。

分类如下：一．按材料组分分：无机、金属、高分子、复合二．按材料来源分：天然、合成三．按应用部位分：硬软心牙整四．按使用要求分：降解、植入、一次性？3）人工器官与生物医学材料关系◆相互促进共同发展1.生物医学材料是人工器官的基础2.人工器官的需求和发展又促进了生物医学材料的发展3.材料的发展为人工器官的功能实现提供了可能第2章人工心脏及心室辅助1.正常情况下，血液不凝固，主要机理：答：1）正常的血管内膜光滑,血小板不易粘附、聚集。

2）内皮细胞能产生抗凝血的物质（如抗凝血酶Ⅲ）和抗血小板聚集的物质（如前列腺环素）。

3.）正常血流速度和流向对防止血栓形成起重要作用。

正常的血流速度较快,有形成份(细胞)在血管中心流动(轴流),血浆在边缘流动(边流),使血小板不易与血管壁的内皮细胞发生粘附和聚集。

4.）正常时，血液中的凝血因子虽不断被激活，但又不断被血液稀释或冲走；尽管血管上时有微量的纤维蛋白沉着，但又不断地被纤维蛋白溶解酶所溶解。

2.简述人工心脏及心室辅助的主要形式（组成）和分类。

1）血泵。

形状容积、血流动力、溶凝、力学、老化、噪声、协调。

按搏动方式分为脉动式和非脉动式；按形状分为容积式和叶片式。

2）监测与控制系统。

主要内容包括血泵的功能(驱动压力、搏出量、回流量等)；驱动装置的运行指标；生理指标（心率、输出量、压力、血C02等）3）驱动装置。

为血泵的搏动提供动能，有叶动式、气动式、电动式、磁力驱动式。

4）能源供给。

有交流电源、电池、核能源和生物能源之分。

3.对比说明容积式和叶片式血泵的优缺点1)容积式：A.优点：脉动式，与人的正常生理结构相适应，有利于脏器的血液微循环灌注。

B.缺点：体积大，结构复杂，不易植入体内；必须有管路连接体内外，故易感染；关键部件瓣和膜易损坏，且是血栓易形成的部位；能耗大。

2）叶片式：A.优点：不需要单向阀门，结构比较简单，体积小，流量大，效率高，易植入体内；与血液接触面积小，抗血栓性能好；因可植入，感染问题可得到较好解决；耐久性好；功耗低；易于操作；价格较低。

B.缺点：非仿生；叶片高速旋转，对血液成份可能造成破坏；长期密封困难。

4.简述心脏起搏器的原理、构造和功能类型。

答：心脏起搏器是通过发放电脉冲模拟心脏的冲动发生和传导等电生理功能，治疗由于某些心律失常所致的心脏机能障碍的一种电子装置。

1）构造：它由脉冲发生器和电极-导线构成。

·脉冲发生器：由能源、释放与调节电脉冲的电路和外壳组成，要求小、轻、薄、功能多、寿限长、安全可靠。

·电极按其接触心肌的部位分为：心外膜-心肌电极、心内膜电极；起搏方式分为单极起搏和双极起搏。

导线包括金属丝导体和绝缘包鞘。

2）功能类型：A.心室按需型—电极置于心室，起搏器按规定的频率发放脉冲起搏心室。

只能保证心室起搏节律，不能兼顾保持心房与心室收缩的同步、顺序、协调，属非生理性。

B.心房按需型—电极置于心房。

起搏器按规定频率发放脉冲起搏心房，并下传激动心室，保持心房和心室的顺序收缩。

既能保持心房和心室之间的顺序、协调关系，也能保持心室内的正常传导顺序，是生理性起搏。

C.双腔起搏器—心房和心室都放置电极，根据患者自身的心率状况，起搏器可采用不同的起搏方式心房起搏或心室起搏，总能保持心房和心室得到同步、顺序、协调的收缩，是生理性起搏。

D.频率自适应性起搏器—智能化，根据机体需氧量的要求而自动调节起搏频率。

起搏频率加快，则心排血量相应增加，是生理性起搏。

5.简述主动脉内气囊反搏（IABP）的操作原理。

答：利用一根带有气囊的导管插入主动脉内，配合病人的心脏的收缩与舒张进行抽吸与加压，帮助心脏工作。

分为以下两个阶段：1）收缩抽吸：在心室收缩之前的瞬间，控制装置抽气，致使气囊收缩，主动脉压力下降，留出主动脉空间，心脏射血进入主动脉，可缓解心脏负荷。

2）舒张加压：在心室舒张之前的瞬间，气囊突然充气，排开一定的血液，使主动脉的压力增大，心脏出口处压力增高，冠状动脉和其它几个动脉分支灌注压增大，血液被压入这些动脉，使心肌缺血得到缓解，其它血管的血液供应也得到改善，心搏出量上升，并对脑及上肢的供血也得到改善。

这一充气扩张过程又叫做“反搏”。

◎影响：气囊的容积、阻塞度、位置、驱动气体、病人的机体因素6.简述动力性心肌成形术骨骼肌辅助心脏的原理。

答：应用带神经血管蒂的背阔肌包裹心室，同时植入心脏肌肉刺激系统，在该系统的脉冲刺激下，移植的背阔肌转化为耐疲劳肌肉，并与心室同步收缩，增强心脏的收缩功能，限制心室的继续扩张，从而达到长期辅助心脏，治疗慢性心力衰竭的目的。

※骨骼肌辅助心脏的途径：动力性心肌成形术、骨骼肌心室、主动脉外球囊反搏、动力性主动脉成形术7.人工心泵对材料的要求：1．高的弹性和机械强度；2．与血液、体液长期接触不被腐蚀和老化；3．优异的抗血栓性能；4．耐受消毒。

泵体材料：嵌段型聚醚聚氨酯、聚硅氧烷与聚氨酯的嵌段共聚物、钛、硅橡胶、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。

8.人工心脏及其辅助循环装置存在的问题与发展方向1．存在的问题A．抗血栓性能的提高；B．机械性能的改进，实现生理性调控；C．植入后感染；D．能源；E．长期性、永久性植入。

2．发展方向A．小型化，微型化，同时具有高供血效能；B．无线自动控制，体内外无连线，根据身体需要自动调控生理参数；C．不凝血，不老化，不腐蚀，经久耐用；D．安全可靠的控制系统和能源供应。

第3章人工心瓣人工心脏瓣膜的作用：控制血液单向流动，防止返流（止逆阀）。

人工心瓣包括：生物瓣和机械瓣人工心瓣常见问题有哪里？理想的人工心瓣应该满足哪些条件（性能要求）？答：存在的问题有：血栓，凝血相关出血，组织过度增生，感染，疲劳、磨损、化学变性导致的失效。

性能要求：机械性能、生物相容性、耐久性、血流动力学、价格人工机械瓣分类：笼球瓣、笼碟瓣、斜碟瓣、双叶瓣机械瓣的结构：·缝合环：用于缝合安装人工瓣膜的环体·瓣架：用于支撑阻塞体和限制阻塞体的位置及运动距离·阻塞体：相当于天然心瓣的瓣叶,在血流作用下开启与关闭，起单向阀作用1.对比四种人工机械瓣的优缺点答：1）笼球瓣和笼碟瓣的特点：A.周围血流型，即血流必须绕过阻塞体，从其周边通过，血流阻力和跨瓣压差大，易产生涡流，血流动力学差，易造成血栓，溶血多。

B.阀体与瓣架碰撞，易磨损。

笼球瓣大，易产生期前收缩，出现心律失常。

C.笼碟瓣碟片不灵活，可能卡在笼架的对角位造成患者因急性闭锁不全而突然死亡，且有瓣柱折断、碟片磨损、甚至脱落的危险。

2)斜碟瓣的特点·优点A.铰链代替笼架，重量较轻，体积较小,轻巧。

B.半中心血流型,血流经过阻力较小,血流动力学性能较好，耐久性好。

·缺点：a.铰链可能折断 b.血栓问题仍没有很好解决3)双叶瓣的特点·优点：属中心血流型，血流动力学好，其血流动力学状况优于以往所有的机械瓣。

瓣叶运动灵活，有效瓣口面积较大，跨瓣压差小，血栓栓塞率低。

广泛采用。

·缺点：两个瓣叶运动不同步；关闭性能不够理想；铰链处机械加工困难；抗凝问题仍没有彻底解决。

2.简述如何对人工心瓣进行材料选择人工心瓣材料的要求：足够的强度,并具有良好的耐磨损、抗冲击和抗疲劳性，良好的抗腐蚀性能，良好的血液相容性。

即遵循安全性、可靠性、持久性的原则·瓣架、阻塞体（瓣叶）材料：硅橡胶、聚四氟乙烯、缩醛树脂、聚氨酯；钴合金、钛合金、不锈钢；石墨、低温各向同性热解碳涂层、类金刚石涂层·缝合环材料：涤纶、聚四氟乙烯、超低温各向同性碳LTIC生物瓣：自体组织生物瓣、同种异体生物瓣（主动脉、硬脑膜）、异种生物瓣（猪主动脉、牛心包）人工心脏膜置换术的指征/手术适应症：二尖瓣狭窄、二尖瓣关闭不全、三尖瓣损害、主动脉瓣狭窄、主动脉瓣关闭不全、肺动脉瓣3.什么是生物瓣的钙化？其机理如何？试分析影响钙化的因素。

答：生物瓣钙化主要是钙、磷以结晶形式沉积在生物瓣组织中，导致生物瓣材料弹性、韧性和机械强度发生很大变化，造成生物瓣失灵。

钙化沉积物是一种复杂晶格结构的羟基磷灰石样物质。

钙化是一个复杂的物理化学和生物化学过程，产生钙化的因素很多，其确切的机理尚不完全清楚。

影响因素有：宿主、血流动力学、表面电荷、瓣膜材料、材料应力分布、戊二醛处理、内皮化、制造工艺。

人工心瓣的血流动力学评估指标：跨瓣压差、有效截面、逆流、血流模式和剪切力4.试对比说明机械瓣与生物瓣各自的优缺点。

（1）机械瓣：耐久性优异。

但是，血流动力学效果较差；非生物刚性材料，关闭不柔和；易产生血栓栓塞，须终身抗凝；价格较高。

（2）生物瓣：材料来源易得，造价较低；仿生性强，瓣叶具有柔性，中心血流型，血流阻力小，对血液成份破坏少，血流动力学效果较好；生物材料，血栓率低，一般不必终身抗凝但钙化常造成生物瓣失灵，另外，原发性胶原组织退变而引起的瓣叶撕裂、穿孔、或钙化变硬等，致使瓣膜失效。

5.人工心瓣的选择原则机械瓣：年轻患者（45岁以下）服抗凝药无禁忌者、儿童生物瓣：对抗凝治疗有绝对禁忌者、希望妊娠的年轻妇女、60岁以上及心脏病严重，估计寿命不会超过15年者、边远地区无法进行抗凝治疗与监护者6.人工心瓣领域发展的三大方向或挑战1）开发新的人工材料，提高机械瓣的抗凝血性；2）通过采用非支架生物瓣，新的抗钙化处理和固定技术，提高生物瓣的耐久性；3）改善血流动力学，尤其是减小或消除高剪应力、漏血和滞留。

第4章人工血管人工血管需满足的条件：⑴在体内不变性，无毒性；⑵对人体组织无异物反应；⑶不发生癌；⑷无抗原性；⑸有耐久性，经长期使用，不失去原有的物理性;⑹容易加工成型；⑺耐受消毒，不变性，不变型；⑻价廉。

合成人工血管的必要条件⑴具备医用高分子材料的条件；⑵无毒，无异物反应，有大的疲劳强度，在体内无劣化；⑶富有弹性和伸展性，尽可能的近似机体的血管；⑷适当的孔性：A.便于宿主组织长入管壁，使组织覆盖或形成“新内膜”，使人工血管机质化；B.小血管长入，使管壁中间部位生长内皮细胞并得到血液营养供应，防止营养变性。