1、人工器官中应用的高分子材料(polymer materials application in artificial organs),当人体的器官因病患不能康复行使功能时，近代医学提供了二种可能恢复功能的途径：一种是进行同种异体的器官移植，另一种用人工器官置换或替代病损器官，补偿其全部或部分功能。,前者器官来源困难，再则移植器官的器官保存、免疫、排斥反应等诸多问题尚未解决，同时移植前和短时替代也需要人工器官。,本章围绕人工器官及其使用的高分子材料为中心，作一概要介绍。,第一节 人工心脏与人工心脏瓣膜(Artificial heart valves and Artificial heart),一、
2、人工心脏,人工心脏是推动血液循环完全替代或部分替代人体心脏功能的机械心脏。在人体心脏因疾患而严重衰竭时，植入人工心脏暂时辅助或永久替代人体心脏的功能，推动血液循环。,从广义和泵功能来考虑，人工心脏的研究应追溯到1953年Gibbons将体外循环应用临床。心肺机利用滚动泵挤压泵管将血液泵出，犹如人的心脏搏血功能，行体外循环。,受此泵的启迪，1957年Kolff和Akutsu研制了人工心脏进行动物移植实验，存活15小时，开创了人工心脏的研究历史。,1958年日本渥美和彦、德国Bucherl以及美国Nose等相继设立了专门的研究中心，开展了各种类型人工心脏的研究，进行了小牛、羊、狗等多种动物的人工心
3、脏实验。,1973年后由于加强了人工心脏基础理论研究和材料方面的研究。人工心脏实验动物存活期显著延长，1980年渥美和彦试验山羊存活期232天、288天，他创造了最长成活期超过了350天，与此同时，人工心脏的研究进入临床。,1969年美国Cooley首次将全人工心脏用于临床，为一名心肌梗塞并发室壁痛患者移植了人工心脏，以等待供体进行心脏移植。虽因合并症死亡，但这是利用全人工心脏维持循环的世界上第一个病例。,1982年美国犹太大学医学中心Devries首次为61岁患严重心脏衰竭的克拉克先生成功地进行了人工心脏移植。靠这颗重300克的jarvik7型人工心脏，他生活了112天，成为世界医学史上的一
4、个重要的里程碑。,目前，世界上已进行了数例全人工心脏的临床，但人工心脏处在以动物实验为主的研究阶段。,人工心脏为全人工心脏（）和辅助人工心脏两种，前者替代心脏全部功能，后者主要替代心室部分功能。因此，辅助人工心脏又称心室辅助装置。辅助左心室功能的称左心室辅助装置（），辅助右心室功能的则称为右心室辅助装置（），辅助双心室功能的称谓双心室辅助装置（）。,全人工心脏还是辅助人工心脏，就它们的主要部件而言，都可分为四个部分，血泵则是整个系统的关系之一。,血泵有多种形式，从结构原理上可分为膜式血泵、囊式血泵、管型血泵、摆形血泵、螺形血泵五种。由于后三类血泵血流动力学效果不好，现已很少使用。,膜式和囊式血
5、泵的基本构造系由血流入道、血液流出道、人工心脏瓣膜、血泵外壳和内含弹性驱动膜或高分子弹性体制成的弹性内囊组成。在气动、液动、电磁或机械力的驱动下促使血泵的收缩与舒张，由驱动装置及监控系统调节心律、驱动压、吸引压收缩张期比。,血泵的好坏与使用时间长短除与血泵的血流动力学与结构设计有关久，主要和血泵材料的种类和性能有关。,虽然文献报道的血泵材料有加成型硅橡胶、甲基硅橡酸、嵌段硅橡胶、聚氨酯、聚醚氨酯、聚四氟乙烯织物、聚酯织物复合物、聚烯羟橡胶、生物高分子材料以及高分子复合材料，但上述各种材料相比聚氨酯具有更卓越的性能。,临床应用的Jaivik-7型以及国外主要的研究小组(表7-)，仍以聚氨酯材料B
6、iomer,Pellethane和Avcothane为主。有必要强调一点聚氨酯长期植入后血液中钙沉积易引起泵体损伤的问题尚未得到彻底的解决，有待于进一步研究。,二、人工心脏瓣膜,人工心脏瓣膜指能使心脏血液单向流动而不返流，具有人体心脏瓣膜功能的人工器官。主要用于心脏瓣膜病变，不能通过简单的手术或治疗恢复和改善瓣膜功能的患者，用人工心脏瓣膜替代病损瓣膜。人工心脏瓣膜目前主要有二类：生物瓣和机械瓣。,.机械瓣 从机械瓣发展历史看，最早使用的是笼架球瓣，其基本结构在一金属笼架内有一球型阻塞体（阀体）。当心肌舒张时阀体下降，瓣口开放血液可从心房流入心室，心脏收缩阀体上升阻塞瓣口，血液不能返流回心房，而
7、通过主动脉瓣流入主动脉至体循环。,笼架球瓣有好几种球型式，但由于置换手术后常出现心律失常，特别是心室失常，其原因主要是由于笼架在心室内占一定的体积，心脏收缩时，心肌接触笼架后就易产生期前收缩。之后发展了碟瓣。,碟瓣工作原理同笼架球瓣相同，只是阀体为碟型，瓣架变低，支柱有三根，亦有四根的，架有开放式的，亦有封闭式的。,由于碟瓣和笼架球瓣属周围血流型，即血液必须绕过阻塞体，从其周边通过，因此血流阻力和跨瓣压差大，易产生涡流，造成血栓形成，溶血多。碟片强度不好还会造成变形磨损等情况。,此外，使用中还发现阻塞体卡在笼架的对角位造成患者因急性闭锁不全而突然死亡。因此，此类机械瓣未被广泛采用。,后来在此基
8、础上又发展了倾斜蝶瓣。阀体仍为蝶型，但它由圆形瓣环内交链结构将其悬夹于瓣环内流入面呈凸形，流出面呈凹形。,植入后，当心室舒张时碟片开放金属丝钩住碟片凹面边缘，使碟片倾斜度度，血液从碟片两侧流过，形成一个大孔和一个小孔，尽管阻塞体仍在中央，由于碟片倾斜度，故血流大部分从瓣中心流过，又称为半中心血流型。,较多的最新的瓣是双叶瓣，其基本结构是圆形瓣环内，两个半圆形瓣环内，两个半圆形的蝶片以轴的形式固定在底环上，尤如两扇门一样可以自由开关，开放角度可达。属中心血流型。,机械瓣虽然类繁多，但基本结构相同，由缝合环、金属瓣架和阻塞体三部分组成。,（）缝合环 此为人工瓣膜固定于患者心脏瓣环的部分，因需用缝线
9、固定，均采用针织材料。常用的材料有聚四氟乙烯、聚酯、聚丙烯，近期有采用碳纤维的。织物要求有一定的松紧性和厚度，便于缝合后和瓣环贴紧。,（）金属瓣架 它由金属低环及支柱组成，底环系血液流入口，外侧有环形凹槽以固定缝合环。金属架大多采用钛合金和超硬金属，用得最多的是超硬金属Stellite。,（）阻塞体 阻塞体又称阀体，它是控制瓣膜关闭的关键部件，不同类型的人工瓣膜，阻塞体的形式不尽相同。,阻塞体的尺寸目前有二种设计方式，一种是阻塞体外径大于金属环内径，另一种是小于金属环内径，这二种设计各有利弊。由于倾斜瓣的大量使用，后一种设计更臻完善。,阻塞体的材料曾采用过硅橡胶（主要用于笼架球型瓣），Deli
10、ne(用于Bjorkhiley型瓣），聚四氟乙烯（eall瓣）和各向同性碳等。目前广泛应用的是各向同性碳。,.生物瓣 全部或部分使用生物组织，经特殊处理而制成的人工心脏瓣膜称为生物瓣。,由于年代的机械瓣存在诸如血流不畅，易形成血栓等缺点，探索生物瓣的工作得到发展。目前根据取材来源不同，生物瓣可分为自体、同种异体、异体三类。,二十多年的努力，生物瓣虽临床得到应用，但在流体力学、瓣功能持久性及生物相容性方面仍达不到人的心瓣膜的标准。,具有近似人体心瓣的流体力学性能，即瓣口开放阻力最小，瓣口两侧无压力差。 使用寿命长，瓣材料和它的化学和物理性能长期稳定不变。,与人体有良好的相容性，无致血栓作用，无异
11、物反应，不破坏血液成份，不引起免疫学的排异反应，瓣活动无噪音，不影响病人正常生活。 便于外科原位置换，易于制造，价格适宜，便于推广应用。,（）生物瓣的材料 生物瓣的支架通常采用金属合金或塑料支架，外层包绕涤纶编织物。生物材料主要用作瓣叶。材料来源可分为六类，各种生物瓣的体型和机械瓣一样有一个缝合环以固定在患者的瓣环上。,（）生物瓣材料的处理 由于长期植入体内并在血液中承受一定的压力，生物瓣材料会发生组织退化、变性与磨损。生物瓣材料中的蛋白成分也会在体内引起免疫排异反应，从而降低材料的强度。,为解决这些问题虽采用过深冷、抗菌素漂洗、环氧乙烷、甲醛、射线、丙内酯处理等，但效果甚差，直到采用甘油浸泡
12、和戍二醛处理，才大大地提高了生物膜的强度。,材料必须新鲜，要求在屠杀后一小时内取出。保持清洁并置于生理盐水中，解剖处理清除脂肪及其他杂物。再将生物组织用Hank液浸泡、漂洗，从而清除组织内绝大部分可溶性蛋白，以减少生物瓣在人体内的抗原性。,然后用.戊二醛溶液浸泡，使赖氨酸和羟赖氨酸残余的氨基之间以化学键的方式交联。,目前，生物瓣的手术死亡率及近期效果与其他型机械瓣并无显著差异。,第二节 人工肺(Artificial lung),一、人工肺的类型.静立垂屏式人工肺.转碟式人工肺.鼓泡式人工肺.膜式人工肺,二、膜式人工肺的材料.无孔薄膜.微孔薄膜.复合膜,三、膜式人工肺的类型.平板型.管型.液膜型.透析型,
