心血管疾病——人类的头号杀手
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—万的婴儿中患先天性心血管疾病的达6%--10%。在美国约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。
什么是人工血管
人工血管是许多严重狭窄或闭塞性血管的替代品，多是以尼龙、涤纶（Dacron）、聚四氟乙稀（PTFE）等合成材料人工制造的，适用于全身各处的血管转流术，大、中口径人工血管应用于临床已取得满意的效果。
人工血管的发展概况
a.传统人工血管(19世纪末的探索)
Nitze（）象牙制作的小管
Payr（）Carrel（）镁和铝等金属管（血栓栓塞和出血失败）
b.20世纪初的新思想
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
－s，维尼龙用于血管修复
－年，涤纶用于动脉修复
c.新型人工血管材料
碳涂层血管
蛋白或明胶涂层血管
袖状血管
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。
人工血管的材料的设计
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：
生物相容性
}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*性、无抗原性，不致癌；
工程效应
}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*，价格低廉
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。
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*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。
人工血管植入后对人体的影响
血液凝固存在两种不同的方式:内源性途径和外源性途径
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。
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：
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并对其进行肽键裂解
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
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有形成份，便形成了血栓
新型人工血管材料
碳涂层血管
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。
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。
袖状血管
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，减少吻合口处内膜增生，显著增加开通率。且内膜附碳涂层，减少血小板沉积。
人工血管的分类
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）
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）
人工血管的临床应用
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。
静脉疾病：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。
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。
不同型号的血管在临床上的应用
直径18～24mm的人工血管可应用于胸腔主动脉的人工血管置换术。
直径16～20mm*8mmY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。
直径6～8mm的锥型血管（一端8mm，另一端6mm，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。
人工血管最新进展
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，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）
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。”
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。
人工血管的展望
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。
独孤吹泡
