人工器官之人工血管培训课件.ppt

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1、人工器官之人工血管,人工器官之人工血管,在人体约10万公里长的血管里日夜不停地循环着约5L的血液，以氧合的 方式将这些血液分配到身体的每一个细胞，并带走废物。因此心血管系统是人体的“生命线”。正是系统的疾病成为我国和发达国家首要的死亡原因。它占我国死亡总人数的1/4.据统计，我国每年新生12001500万的婴儿中患先天性心血管疾病的达6%-10%。在美国约4000万人某种形式的心血管疾病，动脉粥硬化是美国死亡人数的一半。,心血管疾病-人类的头号杀手,2,人工器官之人工血管,在人体约10万公里长的血管里日夜不停地循环着约5L的血液，以,3,人工器官之人工血管,3人工器官之人工血管,定义发展分类应

2、用发展前沿,人工血管,4,人工器官之人工血管,人工血管4人工器官之人工血管,定义：人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE）聚氨酯等合成材料人工制造的血管代用品，适用于全身各处的血管转流术。与之相关的科学 ： 生物学 力学 医学,什么是人工血管？,5,人工器官之人工血管,定义：人工血管是以尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE）聚氨酯等,人工血管的发展概况,6,人工器官之人工血管,人工血管的发展概况6人工器官之人工血管,19世纪末的探索 Nitze（1897） 象牙制作的小管 Payr （ 1900）Carrel（1907） 镁和铝等金属管（血栓栓塞和出血失败）,1）传统人工血管,7,人工器官之

3、人工血管,19世纪末的探索1）传统人工血管7人工器官之人工血,天然材料：人们将同种和异种动物的动脉用格林试剂、福尔马林、酒精或冷冻、冷冻干燥保存，再移植的研究；（木本诚二用酒精保存的羊和牛的主动脉置换人的主动脉是患者活了8年之久）人工材料：高分子的发展，合成纤维人工血管（尼龙、涤纶、聚四氟乙稀（PTFE），临床上比较理想的是涤纶和聚四氟乙烯 1940s，维尼龙用于血管修复 1958年，涤纶用于动脉修复各种新型人工血管材料,20世纪初的新思想,8,人工器官之人工血管,天然材料：人们将同种和异种动物的动脉用格林试剂、福尔马林、酒,1、碳涂层血管 2、蛋白或明胶涂层血管 3、袖状血管,新型人工血管材

4、料,9,人工器官之人工血管,1、碳涂层血管 新型人工血管材料9人工器官之人工血管,随着生物医学工程的发展，目前，在外科手术中，人工血管主要用于暂时性和永久性的取代患者缺损的动脉或静脉，或作为动脉阻塞时的分流通道，以及肾病患者进行血液透析时所需的动静脉移植替代管，特别是大口径人工血管在组织修复、血管重建手术中已取得了广泛的应用。但是内径6mm的人工血管替代人体小动脉或静脉一直未获得满意的效果。其主要原因是由于血栓形成及新生内膜增厚、血流阻力较大使人工血管阻塞。因此人工血管植入后防止其管径狭窄、小口径人工血管内皮化地研究已经成为人工血管研究的热点和难点。,10,人工器官之人工血管,随着生物医学工程

5、的发展，目前，在外科手术中，人工血管主要用于,人工血管的材料的设计,11,人工器官之人工血管,人工血管的材料的设计11人工器官之人工血管,优良的的人工血管设计必须仔细考虑血管构造和流变学性质。作为人工血管材料，除满足一般医用高分子所必须的条件之外，还应具备以下条件：,人工血管的材料设计,12,人工器官之人工血管,人工血管的材料设计12人工器官之人工血管,在体内不变形，没有异物反应，在体内不老化；富有粘弹性，与人体血管尽可能近似；具备对血液流动有利状态具有适当的网眼结构，便于集体组织的长入而组织化；优良的抗凝血性能，无毒性、无抗原性，不致癌；,生物相容性,13,人工器官之人工血管,在体内不变形，

6、没有异物反应，在体内不老化；生物相容性13人工,有耐疲劳性容易加工成型易于缝合，不会绽开材料易于获得，易于消毒，价格低廉,工程效应,14,人工器官之人工血管,有耐疲劳性工程效应14人工器官之人工血管,从血流动力学方面考虑：血管是可变型的，血液流动和管壁相互耦合，血管有两种受力状态：周向收拉和周向受压。血管的力学性质对血流和脉波传播产生显著的影响。同时管壁具有通透性，与物质交换有关。血管的多级分支和尺寸变化：当血管内径小于1mm时不能，血液看成连续介质。,人工血管的材料,15,人工器官之人工血管,人工血管的材料15人工器官之人工血管,人工血管的多孔性人工血管的皱纹,人工血管材料,16,人工器官之

7、人工血管,人工血管的多孔性人工血管材料16人工器官之人工血管,从生物学和医学方面考虑：在人体内植入人工脏器时，血流与异物接触很可能出现溶血、凝血、蛋白质变性问题 凝血：血小板破裂触发的（由于流体力学和表面因素所促成的）溶血：溶血释放的血红素，在一定浓度下有毒性。（湍流、材料表面粗糙度有关）由于蛋白质吸附于材料表面而引起的问题：由局部的高切应力和表面因素引起。当一种有弱键结合的蛋白质被扭曲而变形时，就出现了变性，不能再重新建立原来的组态。,人工血管材料,17,人工器官之人工血管,从生物学和医学方面考虑：在人体内植入人工脏器时，血流与异物接,血液凝固机理(1) 血液凝固存在两种不同的方式 内源性途

8、径和外源性途径 当机体组织受损而释放组织因子时血液凝固按照外源性途径进行 当血管内膜受损或血液接触异物时血液凝固按照内源性途径进行,人工血管植入后对人体的影响,18,人工器官之人工血管,血液凝固机理人工血管植入后对人体,因此，生物材料植入后引起的凝血按内源性途径进行，其凝血反应的基本过程如下：,19,人工器官之人工血管,因此，生物材料植入后引起的凝血按内源性途径进行，其凝血反应的,a. 接触活化 内源性凝血的触发，是从因子XII激活开始的。因子XIIa可以将激肽释放酶原激活为激肽释放酶，其反过来也可以激活因子XII，从而产生大量的因子XIIa，因子XIIa可以将因子XI激活为因子XIa并对其进

9、行肽键裂解,血液凝固机理,20,人工器官之人工血管,a. 接触活化血液凝固机理 20人工器官之人工血管,b.磷脂胶粒反应 在因子XIa生成以后，在聚集的血小板磷脂胶粒表面上发生了一系列反应，直至凝血酶的生成。其间大量的因子IX、VIII、X、V集中于磷脂胶粒表面，大大加快了反应速度此阶段的反应可分为三步： i因子IX的激活 ii因子X的激活 iii凝血酶原的激活,血液凝固机理,21,人工器官之人工血管,b.磷脂胶粒反应血液凝固机理 21人工器官之人工血管,c. 凝胶生成 生成的凝血酶脱离磷脂胶粒，由许多不溶性血纤维蛋白多聚体所形成的血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

10、有形成份，便形成了血栓,血液凝固机理,22,人工器官之人工血管,c. 凝胶生成血液凝固机理 22人工器官之人工血管,新型人工血管材料：1、碳涂层血管 2、蛋白或明胶涂层血管 3、袖状血管,人工血管的材料,23,人工器官之人工血管,新型人工血管材料：人工血管的材料23人工器官之人工血管,可以显著提高血管通透性。均匀镶嵌于血管内壁的碳原子与血管壁有机的结合成一体，具有良好的生物相容性，与组织无反应。碳涂层微弱的负电荷排斥血小板在管壁的沉积，有效减少血栓形成机会；碳涂层不利于平滑肌细胞生长和播散，减少间质增生，可以显著显著提高血管开通率。,24,人工器官之人工血管,可以显著提高血管通透性。均匀镶嵌于

11、血管内壁的碳原子与血管壁有,蛋白或明胶涂层血管 由于一般合成人工血管的生物相容性尚未达到理想状态，所以可以在这些高分子材料表面接上一层生物材料，以进一步提高其生物相容性，这就是生物混合型人工血管。一般所接的人工涂层包括以下几种：白蛋白，可提高人工血管的抗凝性能；纤维连接蛋白，可促进内膜形成，进而抑制凝血的发生；胶原蛋白，能促进内膜形成，防止凝血发生，还能提高人工血管的顺应性；明胶，有促进细胞黏附和生长的功能，从而在植入后能诱导内膜形成，防止凝血。,25,人工器官之人工血管,蛋白或明胶,特别的袖状由电脑三维立体模型设计，优化流出道血流动力学，减少吻合口处内膜增生，显著增加开通率。且内膜附碳涂层，

12、减少血小板沉积。,26,人工器官之人工血管,特别的袖状由电脑三维立体模型设计，优化流出道血流动力学，减少,人工血管的分类,27,人工器官之人工血管,人工血管的分类27人工器官之人工血管,根据人工血管的制造方法可以将人工血管分为两类：平织(又称机织），另一种是针织（又称线圈编织）。,人工血管的分类,28,人工器官之人工血管,人工血管的分类28人工器官之人工血管,人工血管的分类,29,人工器官之人工血管,人工血管的分类29人工器官之人工血管,平织因纤维上下交左右穿梭编织即经纬线编织，织物纤维紧密，具有丰富的伸展性，多孔性细致而小，但其断端容易松散，呈毛刷状，质地坚硬、缝合困难。,针织是用纤维作线圈

13、式编织，伸展性较差，多孔性大，质地柔软，其断端不易松散、缝合容易。 （大多数使用针织）,30,人工器官之人工血管,平织因纤维上下交左右穿梭编织即经纬线编织，织物纤维紧密，具有,人工血管在临床的应用,31,人工器官之人工血管,人工血管在临床的应用31人工器官之人工血管,32,人工器官之人工血管,32人工器官之人工血管,人工器官之人工血管培训课件,（1） 动脉疾病：用替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来恢复血液的通路从而来治疗胸主动脉、腹主动脉、骼动脉等血管段。动脉疾病，如动脉栓塞或者动脉瘤。,34,人工器官之人工血管,（1） 动脉疾病：用替代或者架桥（血管旁路手术）的方式来恢复,（2） 静脉疾病

14、：可以替代或者架桥（血管旁路手术）的方式治疗静脉疾病，如布加氏综合症。,35,人工器官之人工血管,（2） 静脉疾病：可以替代或者架桥（血管旁路手术）的方式,（3） 动静脉瘘：可以运用在慢性肾病的血液透析过程中，在四肢部分连接自身动脉和静脉，形成一条可反复穿刺的血液透析通路。,36,人工器官之人工血管,（3） 动静脉瘘：可以运用在慢性肾病的血液透析过程中，在四,不同型号的血管在临床上的应用,37,人工器官之人工血管,不同型号的血管在临床上的应用37人工器官之人工血管,直径1824 mm 的人工血管可应用于胸腔主动脉的人工血管置换术。,38,人工器官之人工血管,直径1824 mm 的人工血管可应用

15、于胸腔主动脉的人工血,直径1620 mm * 8 mm Y 型人工血管可应用于腹主动脉、双髂（股）动脉的人工血管转流术及升主动脉 双颈（或双锁骨下）动脉的人工血管转流术。,39,人工器官之人工血管,直径1620 mm * 8 mm Y 型人工血管可应,直径610 mm 的人工血管可应用于四肢各处动脉及颈部动脉的人工血管转流术。,40,人工器官之人工血管,直径610 mm 的人工血管可应用于四肢各处动脉及颈部动,直径 68 mm 的锥型血管（一端 8 mm，另一端 6 mm，其间为逐渐递减过程）可用于肢体（特别是下肢）长度人工血管转流时改善两端自体血管口径不一而造成的吻合困难。,41,人工器官之

16、人工血管,直径 68 mm 的锥型血管（一端 8 mm，另一端,人工血管 最新进展,42,人工器官之人工血管,人工血管 最新进展42人工器官之人,2006-10-26 01:26:00来源:华夏时报网友评论0条进入论坛人造血管直径小于6毫米填补国际空白将应用于心脏病治疗本报记者鲍颖报道记者昨日获悉，北京理工大学已经成功研发直径小于6毫米的“人造血管”，这项技术填补了国际空白，有助于心脏病的治疗。据北京理工大学材料科学与工程学院副院长杨荣杰教授介绍，这种抗凝血材料及小口径血管样品采用丝素蛋白为基本原料，直径3-5毫米，经阜外医院的医生在一条狗身上进行实验，观察了一年半，这条狗目前状况良好，未发生

17、血管堵塞。据了解，目前全球每年有超过60万人需要进行血管重建手术。其中直径大于6毫米的人造血管已经实现了商品化，而小于6毫米的小口径的血管的制备则成为一个国际性的难题。而一旦临床实验成功，这种小口径的人造血管可以用于取代病人缺损的动静脉，或作为动脉阻塞时的分流通道，以及成为肾病患者进行血液透析时所需要的动静脉移植替代管。届时，这种“人造血管”的成本至少能降低50，使更多患者能够接受。（来源：华夏时报）,人造血管直径小于6毫米,43,人工器官之人工血管,2006-10-26 01:26:00来源:华夏时报,2011年07月29日08:24科技日报刘霞 我要评论(0)导读美国科学家从生物的循环系统

18、获取灵感，研发出了类似于血管结构的复合材料，其可用于制造能自我愈合、自我冷却的轻质而坚硬的材料等。据美国每日科学网站7月28日（北京时间）报道，美国科学家从生物的循环系统获取灵感，研发出了类似于血管结构的复合材料，其可用于制造能自我愈合、自我冷却的轻质而坚硬的材料、像树一样运送物质和能量的动力材料以及超材料等。相关研究发表在最新一期先进材料杂志上。复合材料是两种或更多材料的结合体，其拥有多种材料的性能。复合材料既轻质又坚硬，因此，非常适合做结构材料。很多复合材料都是靠纤维增加强度的，由嵌入树脂内的编织纤维网制成，比如石墨、玻璃纤维、合成纤维凯芙拉等都可用作嵌入材料。伊利诺斯大学的科学家利用新方

19、法制造出的这种复合材料，其内部含有便于液体或气体流动的细小管道，这些细小管道能在这种复合材料内形成一个毛细管网络，就像树内的脉管网络一样。参与该研究的伊利诺斯大学化学、材料科学及工程专业教授杰弗里摩尔表示，“树是不可思议的结构材料，它们能像水泵一样吸入液体，从根部朝叶子运送物质和能量。我们也希望能研制出具有同样功能的材料，现在已经迈出了第一步。”,美研发出模拟血管结构的复合材料,44,人工器官之人工血管,2011年07月29日08:24科技日报刘霞 我要评论(0,为了制造这些小管道，科学家们对一些特殊纤维进行了处理，让它们在高温下降解，当温度进一步升高时，这些被降解的纤维会蒸发，只留下细小的管

20、道。最新材料有一个显著的特征，只需让不同的液体在该材料内循环，其就具备多功能性。科学家们让不同的液体在复合材料内循环，演示了其四种功能：温度调节、化学反应、导电和改变电磁特征。他们通过让冷却剂或热流体在其中循环以调节温度；将化学物质注入不同的血管分支中，让其混合在一起产生了一个冷光反应；通过使用能导电的液体从而使该材料具备了导电性。通过使用铁磁铃（一种具有极强渗透性的纳米流体，在磁场作用下会呈现强磁化状态）改变了其电磁特征。接下来，科学家们希望研发出相互连接的管道网络，以便研制出可自我愈合、自我冷却的聚合物或燃料电池等。该研究的合作者、材料科学与工程和航空航天工程教授南希索托斯表示：“这不仅是

21、一个微流路设备，也不仅是芯片上的小玩意，这种结构材料能模拟生物系统的很多功能，这是一个巨大的进步。”,美研发出模拟血管结构的复合材料,45,人工器官之人工血管,为了制造这些小管道，科学家们对一些特殊纤维进行了处理，让它们,置换人工器官最主要的一个问题是防止血栓的形成。尤其是代替静脉时，血流缓慢，伪内膜长厚，易发生血栓，故难度更大。人工血管若被血栓堵塞，则遭致失败，故要特别注意材料选择，抗凝剂的应用和技术改进，防止感染等。小口径的人工血管移植后远期畅通率的提高有待于解决的首要问题。聚氨脂和聚四氟乙烯人工血管抗血栓性能好。,人工血管的展望,46,人工器官之人工血管,置换人工器官最主要的一个问题是防止血栓的形成。尤其是代替静脉,Thank you for listening!,47,人工器官之人工血管,47人工器官之人工血管,