2 生物相容性及其评价

2.1 引言

可植入人体的医疗器械在现代医学应用中的作用越来越重要。近年来，医疗水平的发展和人口老龄化对医学植入材料及新的医疗设备提出了更高的要求。但不幸的是，几乎所有的医疗设备都会使人体产生不同程度的不良反应，包括炎症、纤维变性、血栓或感染等。为了提高医疗植入材料的安全性，材料发展的一个主要要求就是组织响应性。研究表明，植入组织后的蛋白吸附和随后的构象改变会引起免疫反应，研究结果也强调表面性能（物理、化学性能）的改变会减少蛋白吸附和细胞粘连，进而提高植入材料的生物相容性。与血液接触的医疗器械也可以引起很多反应，包括表面血栓、补体激活等。

生物材料区别于其他材料的一个关键性质是生物相容性，然而生物相容性很难定义，其内容包括很多，其中最相关的是生物材料的表面性能。但是直到今天，仍然没有清楚的规则用于设计生物相容性好的生物材料，也就是说生物相容性的概念还未完全被人们所了解。生物相容性之所以很难被定义主要是因为以下两点：①无渗出引起生物学反应的物质的生物材料在体内以某种方式愈合，这被认为具有生物相容性，但并不是所有无渗出的生物材料都具有生物相容性。②人体对植入的材料发生反应，把它们包裹成厚度为50～200 μm的无血管的硬的胶原袋，这个反应虽然被认为是异体反应，但是这也是可以接受的。这种不可控的生物学包囊直接影响许多植入装置的性能，如植入的电子传感器和药物释放载体。包囊的出现防止了装置和组织之间的亲密接触，但也严重降低了它们的性能。

早期材料和机体的生物相容性指的是生物惰性。这就要求生物材料在组织周围不发生变化，包括不致畸、不致癌、不致敏和不引发毒性反应。然而这个概念是有问题的，因为没有材料不和机体发生反应，所以说，“惰性”仅仅指的是机体能够容忍的程度。Ratner的定义是生物体能够接受材料，如植入的表面具有和细胞及生物系统的体液发生相互作用以及能够和机体组织发生正确的反应的能力［1］。这个定义需要生物材料表面和生物系统两方面的知识。

生物材料表面的物理化学性质和生物系统之间是在界面发生反应的，因此，两者的界面变得更加重要。影响的因素包括表面的化学结构、亲/疏水性、离子基团以及多种成分的结构域，如结晶、无定型区域和材料的拓扑结构，如粗糙度。总之，材料的生物相容性是由材料最初的表面性质决定的。

活体组织对生物材料的所有反应都受到很多因素的影响，这些反应决定了生物材料在体内的接受程度及其能否行使其功能。一般情况下，材料和机体之间的反应对机体而言都是不利的，对于接触血液的装置来说，生物相容性主要是指与血液成分的相互作用；对于不接触血液的材料来说，生物相容性主要是指与局部组织的相互作用。生物相容性的好坏受到很多因素的影响，无数的交叉领域决定了生物相容性不但受材料的力学、物理化学性质对机体容忍程度的影响，而且受特异性的应用位置、补体系统的反应、细胞免疫以及病人个体本身的生理状况的影响。生物相容性是一种系统的性质，它包括物理的、化学的、生物学的、医学的和工程学的各个方面，如图2-1所示。

图2-1 生物相容性所依赖的“体系参数”