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生物醫用心血管材料及器械 版權信息
- ISBN:9787030714411
- 條形碼:9787030714411 ; 978-7-03-071441-1
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
生物醫用心血管材料及器械 內容簡介
本書為“生物材料科學與工程叢書”之一。心血管疾病是一種嚴重威脅人類健康的疾病,具有高患病率、高致殘率和高死亡率的特點,即使應用目前**進、完善的治療手段,全世界每年死于心血管疾病的人數仍居各種死因首位。在眾多治療手段中,血管支架和瓣膜植入術均為臨床普遍開展的治療手段之一。經過數十年的發展,已經設計和制備了各種材料和類型的血管支架和瓣膜及產品,并對其進行了大量的實驗研究和臨床評價,發展出一大批支架和瓣膜相關材料及產品的基礎理論研究成果和實踐應用關鍵技術。研究心血管材料和器械的制備技術及其生物相容性、血液相容性、力學性能、生物可吸收性等性能,具有很好重要的研究意義和臨床價值。
生物醫用心血管材料及器械 目錄
總序
前言
**篇 心臟瓣膜研究進展及前沿
第1章 心臟瓣膜概論 3
1.1 心臟瓣膜的功能和結構 3
1.1.1 心臟瓣膜與血液循環系統 3
1.1.2 心臟瓣膜的結構和組成 5
1.1.3 心臟瓣膜病簡介 10
1.1.4 心臟瓣膜病的治療 12
1.2 人工心臟瓣膜置換手術方式 12
1.2.1 開胸手術置換 13
1.2.2 介入手術置換 13
1.3 人工心臟瓣膜種類介紹 13
1.3.1 機械瓣膜 14
1.3.2 生物瓣膜 18
1.3.3 合成高分子瓣膜 23
1.3.4 組織工程瓣膜 23
參考文獻 24
第2章 介入生物瓣膜 27
2.1 介入生物瓣膜的優勢和應用前景 27
2.2 介入生物瓣膜材料失效的機理 27
2.2.1 鈣化 27
2.2.2 內皮化困難 28
2.2.3 血栓原性 29
2.2.4 結構性退化 29
2.3 介入生物瓣膜材料的改性方法與原理 29
2.3.1 本體改性 30
2.3.2 表面修飾 31
2.4 介入生物瓣膜材料的測試評價方法 31
2.4.1 材料結構表征 31
2.4.2 生物瓣膜鈣化性能表征 31
2.4.3 生物瓣膜血栓原性表征 32
2.4.4 生物瓣膜內皮化性能表征 32
2.4.5 生物瓣膜組分穩定性表征 32
2.4.6 生物瓣膜免疫反應表征 33
2.4.7 生物瓣膜力學性能表征 33
2.4.8 相關評價標準 33
2.5 介入生物瓣膜的前沿研究方向 33
2.5.1 可預裝干燥瓣膜研究 33
2.5.2 抗鈣化研究 35
2.5.3 抗凝血研究 38
2.5.4 促內皮化研究 39
2.5.5 低免疫原性改性研究 39
2.5.6 防瓣周漏研究 40
參考文獻 40
第3章 合成高分子瓣膜 45
3.1 合成高分子瓣膜的發展需求 45
3.2 合成高分子瓣膜的材料類別 45
3.2.1 聚硅氧烷 46
3.2.2 聚四氟乙烯及膨體聚四氟乙烯 46
3.2.3 聚氨酯 47
3.2.4 其他類型聚合物 47
3.3 經導管微創介入高分子瓣膜 48
3.4 未來發展總結、展望與挑戰 50
參考文獻 50
第4章 組織工程瓣膜 53
4.1 脫細胞組織工程瓣膜 53
4.1.1 組織工程瓣膜的定義和種類 53
4.1.2 脫細胞心臟瓣膜 54
4.1.3 組織工程心臟瓣膜的再細胞化 58
4.1.4 組織工程瓣膜的挑戰 69
4.2 可降解合成材料組織工程瓣膜 70
4.2.1 用于制備可吸收瓣膜的可降解合成彈性體 72
4.2.2 基于可降解合成彈性體的可吸收瓣膜支架的結構 75
4.2.3 調節基于可降解合成彈性體支架的可吸收瓣膜的力學性能 77
4.3 組織工程瓣膜面臨的挑戰 80
4.3.1 與患者相關的挑戰 81
4.3.2 與細胞生物學相關的挑戰 81
4.3.3 與細胞生物力學相關的挑戰 82
4.3.4 與組織誘導相關的挑戰 83
4.3.5 與瓣膜支架相關的挑戰 83
4.3.6 組織再生建模的挑戰 84
4.3.7 結論 84
參考文獻 85
第5章 未來發展方向 90
第二篇 心血管支架研究進展及前沿
第6章 心血管支架概述 95
6.1 動脈粥樣硬化 95
6.1.1 動脈粥樣硬化的形成 95
6.1.2 動脈粥樣硬化的危險因素 97
6.1.3 動脈粥樣硬化的發病機制 98
6.1.4 動脈粥樣硬化常見發病部位 99
6.1.5 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的治療 100
6.2 心血管支架的發展歷程 100
6.2.1 經皮冠狀動脈腔內成形術 100
6.2.2 金屬裸支架 101
6.2.3 藥物洗脫支架 101
6.2.4 生物可吸收支架 102
6.3 小結 103
參考文獻 103
第7章 非降解金屬基心血管支架 106
7.1 金屬裸支架 107
7.1.1 金屬支架的力學性能需求 107
7.1.2 金屬支架材料的性能要求 107
7.1.3 支架設計的有限元分析 108
7.1.4 金屬裸支架小結 111
7.2 藥物洗脫支架 112
7.2.1 藥物洗脫支架應用背景 112
7.2.2 藥物洗脫支架材料選擇、涂層及藥物選擇 116
7.2.3 藥物洗脫支架與金屬裸支架臨床應用比較 120
7.2.4 藥物洗脫支架小結 122
參考文獻 123
第8章 生物可吸收心血管支架 127
8.1 生物可吸收支架的應用背景 127
8.2 生物可吸收聚合物支架 128
8.2.1 全降解聚合物支架的設計原則與階段功能 129
8.2.2 生物可吸收聚合物支架制備加工技術、種類及優缺點 130
8.2.3 基于聚乳酸系列材料的血管支架 134
8.2.4 其他生物可吸收聚合物支架 140
8.2.5 3D打印生物可吸收血管支架 141
8.2.6 生物可吸收聚合物支架目前存在的問題 143
8.2.7 聚合物支架發展的難點及未來 145
8.3 生物可吸收金屬支架 145
8.3.1 生物可吸收金屬支架發展背景 145
8.3.2 生物可吸收金屬支架設計準則 146
8.3.3 鎂基生物可吸收金屬支架:性能、生物安全性及臨床試驗結果 147
8.3.4 鐵基生物可吸收金屬支架:性能及動物實驗結果 158
8.3.5 鋅基生物可吸收金屬支架 163
8.3.6 生物可吸收金屬支架的挑戰和機遇 169
參考文獻 169
第9章 心血管支架表面涂層及表面改性技術 178
9.1 血管支架表面改性 178
9.1.1 血管支架表面改性的重要性 178
9.1.2 基于化學接枝方法的支架表面改性 179
9.1.3 層層自組裝方法支架表面改性 185
9.1.4 溶膠-凝膠法支架表面改性 186
9.1.5 化學氣相沉積法支架表面改性 187
9.1.6 等離子體浸沒離子注入支架表面改性 188
9.1.7 等離子體處理支架表面改性 190
9.2 支架涂層的穩定性及測試方法 193
9.2.1 靜態測試 193
9.2.2 動態測試 195
9.2.3 黏附測試 196
9.2.4 涂層降解及藥物釋放測試 196
9.2.5 內皮細胞穩定性測試 197
9.2.6 展望 197
參考文獻 198
第10章 功能性心血管支架設計前沿研究 205
10.1 血管支架表面功能化修飾技術概述 205
10.2 多肽或抗體修飾的血管支架 207
10.2.1 多肽仿生涂層血管支架 208
10.2.2 抗體修飾血管支架 211
10.2.3 展望 218
10.3 仿生內皮的血管支架涂層設計 218
10.3.1 內皮、血栓形成和炎癥反應 219
10.3.2 血管內皮祖細胞 219
10.3.3 血管內皮祖細胞的捕獲 221
10.3.4 展望 227
10.4 一氧化氮釋放型血管支架 228
10.4.1 一氧化氮 228
10.4.2 一氧化氮與血管功能 229
10.4.3 局部一氧化氮釋放 229
10.4.4 一氧化氮供體支架臨床表現 231
10.4.5 展望 232
10.5 基因洗脫血管支架 232
10.5.1 基因治療 232
10.5.2 基因洗脫支架 233
10.5.3 基因載體類型 234
10.5.4 基因類型及支架介導基因遞送系統 237
10.5.5 基因洗脫支架治療心血管疾病實例 239
10.5.6 展望 240
參考文獻 240
第11章 心血管支架發展的方向與挑戰 259
關鍵詞索引 261
生物醫用心血管材料及器械 節選
**篇 心臟瓣膜研究進展及前沿 第1章 心臟瓣膜概論 1.1 心臟瓣膜的功能和結構 1.1.1 心臟瓣膜與血液循環系統 血液循環系統(圖1.1)是血液在體內流動的通道,主要由動脈、靜脈、血液和心臟組成。血液占成人體重的7%~8%,具有氧氣供應、營養輸送、廢物代謝、提供免疫、調節體液平衡和維持體溫等功能。血液的成分為血漿和血細胞,其中血漿約占血液的55%、血細胞約占血液的45%。血漿的主要成分是水、無機鹽、蛋白質和葡萄糖,其含有豐富的營養物質;血細胞則分為紅細胞、白細胞和血小板三類。心臟不停地跳動為血液在血液循環系統中流動提供了動力,使血液泵入血管流向全身。血液循環系統可以分為體循環和肺循環。體循環開始于左心室,血液從左心室搏出后,流經主動脈及其派生的若干動脈分支,將血液送入相應的器官。動脈再經多次分支,管徑逐漸變細,血管數目逐漸增多,*終到達毛細血管,在此處通過細胞間液同組織細胞進行物質交換。血液中的氧和營養物質被組織吸收,而組織中的二氧化碳和其他代謝產物進入血液中,變動脈血為靜脈血。此間靜脈管徑逐漸變粗,數目逐漸減少,直到*后所有靜脈均匯集到上腔靜脈和下腔靜脈,血液即由此回到右心房,從而完成了體循環過程。 體循環:左心室→主動脈→全身小動脈→全身毛細血管→全身小靜脈→上、下腔靜脈→右心房。 肺循環自右心室開始。靜脈血被右心室搏出,經肺動脈到達肺泡周圍的毛細血管網,在此排出二氧化碳,吸收新鮮氧氣,變靜脈血為動脈血,然后再經肺靜脈流回左心房。 肺循環:右心室→肺動脈→肺泡周圍的毛細血管→肺靜脈→左心房。 左心房的血再入左心室,又經大循環遍布全身。這樣血液通過體循環和肺循環不斷地運轉,完成了血液循環的重要任務。 圖1.1 人體血液循環示意圖 從上面的血液流動過程可以看出,無論是體循環還是肺循環,血液均按一定方向周而復始地流動。心臟收縮時的壓力提供了血液單向向前流動的*初動力,但是,心臟在擴張過程中壓力會降低,血液有倒流的可能,心臟瓣膜的存在可以避免這一狀況的發生。心臟瓣膜位于心臟到血管的出口處,或者心室和心房的交界處,它是附著在心臟或者血管上的一層薄膜狀的結締組織,只能單向開啟。 心房和心室之間的瓣膜稱為房室瓣,心室和動脈之間的瓣膜稱為動脈瓣或者半月瓣。 心臟是一個同步的雙泵系統。在心臟跳動周期開始時,左右兩個心房會同時收縮,而左右心室舒張,心房的壓力大于心室,房室瓣打開,通過心房的擠壓作用和心室的抽吸作用,血液從心房進入心室;接著心室收縮,心房舒張,于是心室內的壓力急劇增加,血液被擠出,心室中的血液有兩種可能路徑,一是重新流回到心房,二是經過主動脈或者肺動脈進行體循環或者肺循環,但是心室中的壓力增大使房室瓣關閉,而心室中的壓力高于動脈壓,從而心室的血液只能進入動脈中;再接著心室和心房都擴張,兩者壓力都降低,心房的壓力減小有利于靜脈血回流,心室壓力減小有利于心房中的血液流入心室,但是由于心室還與動脈連接,而動脈壓力大于舒張期中心室的壓力,故而動脈瓣在壓力作用下關閉,從而避免動脈血流回入心室中。從上述的心臟中血液循環過程可以看出,在一個心臟跳動周期中,首先是二尖瓣和三尖瓣同時開啟和關閉,隨后是肺動脈瓣和主動脈瓣同時開啟和關閉。 血液在心臟中的流動路徑如圖1.2所示。在心臟的節律跳動過程中,心房和心室均存在收縮和舒張兩個階段,收縮期腔室壓力增加,腔室內血液流出壓力使瓣膜打開,舒張期腔室壓力顯著減小,外部壓力使瓣膜關閉,從而防止已經流出的血液再次返回原腔室。簡單來說,心臟瓣膜是心臟中心房與心室之間,心室與大動脈之間的大門,只能沿著血液流動的方向開啟,確保血液沿著一個方向通過心臟,防止血液逆流。 圖1.2 心臟解剖圖及其血流方向 1.1.2 心臟瓣膜的結構和組成 心臟瓣膜根據位置不同可分為兩類(圖1.3),分別是房室瓣和動脈瓣(又稱半月瓣),其中,左心房和左心室之間的瓣膜由兩片瓣葉組成,稱為二尖瓣,右心房和右心室之間的瓣膜由三片瓣葉組成,稱為三尖瓣;左心室和主動脈之間的瓣膜稱為主動脈瓣,右心室和肺動脈之間的瓣膜稱為肺動脈瓣,動脈瓣均由三片瓣葉組成。 雖然心臟中的四個瓣膜的作用均是保證血液的單向流動,但其結構也存在顯著差別,Misfeld等的文章詳細報道了四種心臟瓣膜微觀和宏觀結構的差別[1]。總體來說,二尖瓣和三尖瓣幾何結構較為相似,而主動脈瓣和肺動脈瓣幾何結構較為相似,它們的大體差別列于表1.1。三尖瓣和二尖瓣皆由強韌的腱索固定在心室的乳頭肌上,以免瓣葉被血液在心臟收縮時所產生的強大壓力沖斷,在心室舒張時,腱索和乳頭肌松弛,房室瓣打開,在心室收縮時,腱索和乳頭肌張緊,房室瓣關閉。動脈瓣則由三片半月形的瓣葉組成,沒有腱索和乳頭肌結構。 圖1.3 房室瓣和動脈瓣解剖圖 表1.1 四種心臟瓣膜的特征 四種心臟瓣膜在外觀結構上存在較大差異,但是它們的組成成分和微觀結構基本相似。人體心臟瓣膜主要由細胞外基質和瓣膜細胞構成(圖1.4),與大部分組織不同的是,瓣膜內部沒有毛細血管,細胞外基質提供了瓣膜的力學性能和瓣膜細胞生長的微環境,瓣膜細胞則賦予了瓣膜生物活性以及自我更新和信號轉導的能力。 心臟瓣膜細胞外基質的組成成分與結締組織類似,主要由膠原蛋白、彈性蛋白和糖蛋白組成,其中含量*高的組分是膠原蛋白,大約占瓣膜干重的60%,主要決定瓣膜的機械強度[2]。瓣膜中的膠原蛋白主要為Ⅰ型膠原蛋白(74%)和Ⅲ型膠原蛋白(24%),以及少量的Ⅳ型膠原蛋白(2%)[3]。膠原蛋白的力學性能與其微觀結構有關,其基本組成單元為原膠原,原膠原由三股肽鏈通過氫鍵作用纏繞而成,三條鏈中兩條為α1鏈,一條為α2鏈,這兩種肽鏈中均富含甘氨酸和脯氨酸殘基。三種肽鏈中經常有甘氨酸-脯氨酸-羥脯氨酸三聯交替出現的順序排列,這種排列有助于肽鏈通過氫鍵相互作用形成三螺旋結構,而這種三螺旋結構也可
生物醫用心血管材料及器械 作者簡介
王云兵,國家生物醫學材料工程技術研究中心主任、四川大學生物醫學工程學院院長、科技部生物材料靠前交流合作基地主任、中國生物材料學會副理事長,國家有突出貢獻中青年專家,中國生物醫學工程學會醫療器械咨詢工作委員會副主任委員、國家產業基礎專家委員會委員,國家生物材料及醫療器械領域多個戰略發展規劃與咨詢報告責任專家,靠前生物材料科學與工程學會聯合會Felow等。 長期從事心血管材料及器械的應用前沿及轉化研究,開發了用于先天性心臟病治療的全降解心臟封堵器,以及用于冠心病治療的全降解血管支架等多個優選首創產品。已申請國內外近500項,在靠前期刊上發表學術論文近200篇。獲教育部技術發明獎一等獎(2020年)和中國僑界貢獻獎一等獎(2020年)等獎項。
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