摘要以吸附时间，血浆稀释倍数，狭窄空间的高度为变量研究纤维蛋白原(Fg)从血浆吸附到生物材料表面时，会发现Fg的吸附出现一最大值，此即Vroman效应。研究证实Vroman效应并非纤维蛋白原所独有的现象，而是一普遍现象，它反映了血浆中的蛋白质对表面有限位点的竞争吸附。我们综述了影响血浆蛋白质在生物材料表面吸附时的Vroman效应的实验因素，Vroman效应的机理以及Vroman效应对于研究血液-材料相互作用的意义。

Vroman Effect of Plasma Protein Adsorption to

Biomaterials Surfaces

Huang Jia¹Yue Yilun¹Zheng Changqiong²

1(Biomaterials and Biotechnology Institute, Department of Polymer Materials and Sciences,Sichuan University,Chengdu610065)

2(Biomedical Engineering Institute, Sichuan University,Chengdu610065)

AbstractFibrinogen adsorption from plasma to biomaterials surfaces passes through a maximum when studied as a function of adsorption time, plasma concerntration, or column height in narrow spaces and these are called Vroman effect. Studies have demonstrated that Vroman effect is a general phenomenon of plasma proteins and reflects the competitive adsorption of plasma proteins for a limited number of surface sites. In this paper,the factors affecting Vroman effect, the relationship between contact activation and fibrinogen displacement, and the significance of the Vroman effect with respect to blood-material interactions are reviewed.

Key wordsPlasma proteinAdsorptionVroman effect

1前言

生物材料与血浆接触后，血浆蛋白质迅速吸附到材料表面，并且影响随后的血细胞粘附和活化^［1］，特别是影响参与在材料表面形成血栓的血小板的粘附^［2］。由于血液(血浆)中含有100种以上不同的蛋白质，所以只有最重要的种类(包括某些痕量蛋白)才得以深入研究。最引起研究者兴趣的是纤维蛋白原(Fg)的吸附。Fg是血浆中含量较大的一种蛋白质(2～4 mg/ml)，在血液凝固中起中心作用，通过它与血小板膜上的糖蛋白(Gp)Ⅱb-Ⅲa受体结合而使血小板粘附和聚集^［3］。

1969年Leo Vroman和他的同事观察Fg从血浆中向玻璃、阳极化钽和氧化硅表面吸附时，发现Fg会经历一种变化，它在和表面接触后的几秒或几分钟内，难于用免疫学手段检测出来^［4］。它与抗Fg血清的反应性的丧失，被冠以“conversion”(反转)一词，是“Vroman”效应的最早描述。Vroman和他的同事由于受检测手段的限制而不能对造成反转的可能原因加以区别。免疫反应性的丧失，可能是由于在固体表面固定、或吸附的Fg被其他血浆蛋白质置换、或吸附的Fg被如血纤维蛋白溶酶等酶分解、或被吸附的其他蛋白质掩蔽等原因而使Fg的结构与定向发生改变，从而使其抗原决定簇的反应性改变。后两种原因会引起吸附蛋白膜的厚度明显变化，但事实上并未发现明显的膜厚度变化，所以“反转”可能的原因是：(1)吸附的Fg结构改变而引起抗血清反应性降低；(2)Fg被一种或多种不同的血浆蛋白置换。以后，许多研究者用¹²⁵I标记Fg和酶联免疫分析(ELISA)技术研究Fg吸附时，都观察到 开始吸附的Fg被血浆中与表面有较高亲合力的蛋白质置换的现象^［5～9］。血浆与固体表现短时间接触后，Fg的吸附迅速增加，然后经历一最大值，最后到达稳态时的吸附量，远低于最大值。如果吸附时间不变，而将血浆稀释为不同浓度，最大Fg吸附发生在中等血浆浓度处。将一凸透镜放在一平玻片上，如果时间与血浆浓度均保持恒定，吸附发生在平面和凸透镜之间的狭窄空间，Fg的最大吸附为一环形，而这环形的位置，与血浆溶液的纵向高度和与中心的距离有关。Fg吸附的最大值是吸附时间、血浆稀释倍数以及狭窄空间的纵向高度的函数，“Vroman效应”一词可用来描述以上三种情况。虽然许多材料都发现有Vroman效应，但Fg被置换的程度(量)变化很大。并且有些基材，如磺化PU和含大量HEMA的共聚物不随血浆稀释倍数的变化而出现最大吸收峰。

2影响血浆纤维蛋白原向生物材料表面吸附的因素

影响血浆Fg吸附的因素有：(1)材料表面性能；(2)吸附时间；(3)血浆稀释倍数；(4)温度；(5)缓冲液。因为只有考虑了Fg从血浆中吸附到材料表面时这些影响因素的作用才能正确理解不同实验所得结果。

对于一些材料，Fg从血浆中吸附到材料表面的吸附量，随时间增加仅微有增加。吸附与置换有时发生得很快，特别是用未稀释的血浆时，吸附Fg的量似乎不随时间而改变。血浆稀释后与表面接触，Fg吸附速率与随后Fg的置换会有所降低。稀释倍数很高的血浆，观察不到Fg置换；且Fg吸附随时间变化的过程，与未稀释血浆的Fg吸附过程类似，但吸附量大大降低。不同吸附时间的吸附等温线和Fg的吸附峰值不同，时间越长，峰值越小，且血浆稀释倍数越高峰值出现越小。已研究过的生物材料包括玻璃、PU(如Biomer、Tecoflex)，HEMA和EMA共聚物，硅橡胶、PVC和PE等。疏水性材料如PS和PEMA上血浆稀释倍数较小处Fg吸附量较大，且最大吸附值通常发生在血浆稀释倍数较小处，而不是发生在血浆浓度较大处。不同研究者对相同材料吸附Fg的量有不相同的报道^［6，21］，这是由于所用的实验条件如吸附时间、温度不同所致。将Fg吸附量与表面性能，如润湿性或接触角相联系的尝试并不成功^［6］。Vroman与Adames^［4］注意到氧化硅上Fg的“反转”在37 ℃时比在10 ℃或25 ℃时发生得快得多，并且程度也较明显。温度也强烈影响PE与玻璃从血浆和纯溶液中Fg的吸附^［8］。从血浆中Fg吸附到玻璃上的量，在25 ℃时比在37 ℃时明显增大，可能是置换Fg的作用被低温所抑制。另一种解释是，酶如血浆蛋白酶对Fg的蛋白水解作用在25 ℃被抑制，所以导致吸附的Fg的量增加，但这一解释与以下研究有冲突，即Fg在正常血浆中和在无纤维蛋白溶酶原的血浆中，从玻璃上被置换下来的情况是类似的。血浆稀释剂对Fg吸附的影响，使Fg吸附与被置换过程进一步复杂化。例如，Tris缓冲液稀释血浆比柠檬酸-磷酸缓冲生理盐水稀释血浆所吸附到玻璃上的Fg量多一倍^［8］。

基于以上总结，我们知道有许多因素影响Fg吸附到合成材料上。因此，对Fg吸附测定(从纯溶液和从血浆中)的报道进行对比时，必须考虑不同实验室所用的不同实验条件。

3内源性凝血蛋白质在Vroman效应中的作用

带负电的材料，如玻璃和高岭土，可通过内源性途径(或接触相途径)引发血液凝固。机理是吸附的因子ⅩⅡ(Hageman因子)的自激活，然后ⅩⅡa蛋白水解，又激活另两个凝血因子：前激肽释放酶(PK)和因子Ⅺ，使其变为酶活性形式的激肽释放酶和因子Ⅺa。另一蛋白质，高分子量激肽原(HMWK)与PK和因子Ⅺ形成复合物而循环，并帮助这两种因子在材料表面定位，从而被因子ⅩⅡa激活。新形成的激肽释放酶对系统施以正反馈，能产生更多的因子ⅩⅡa。近来还发现通过激肽释放酶和/或因子ⅩⅡa蛋白水解，切断HMWK而产生的两条链的HMWK活化形式(HMWKa)，对带负电荷表面有较大亲合力，从而有更大的促凝血活性。

Vroman和他的同事报道，当用天然缺乏HMWK的血浆作吸附实验时，材料吸附Fg的“反转”大大延缓^［10］。他们进一步报道用无因子ⅩⅡ的血浆时，“反转”作用稍有延缓；而用无因子Ⅺ或PK的血浆时，“反转”与往常一样。Slack等人也证明玻璃与PE的Vroman峰不受缺PK的影响。Schmaier等人证明缺HMWK血浆中观察到的“反转”现象，可通过加入纯化HMWK而扭转^［11］。Scott等人发现蛋白水解活化的HMWK(HMWKa)比未断裂形式HMWK对高岭土有更高亲合力，Fg的吸附可抑制HMWK吸附而非HMWKa对高岭土的吸附。Vroman等人对HMWK在Fg置换中HMWK的作用提供了更多的证据^［5］，他们测定Fg在载玻片和凸透镜体系中的沉积，所用的是正常和缺HMWK的血浆，血浆注入玻璃载玻片和凸透镜形成的狭窄空间里，停留一段时间，洗掉，最后用抗血清测Fg值。在最狭窄处，有Fg存在，距中心很远处，很少或无Fg。他们解释说在很狭窄的区域，有足够的Fg涂复于玻璃上，但由于HMWK在血浆中浓度很小不足以置换Fg。在空隙较大处，两种蛋白质都足够，HMWK置换先吸附上的Fg。与正常血浆相比，用无HMWK血浆时，从中心到观察不到Fg吸附的位点之间的距离增大。Poot等^［12］用抗体和两步ELISA法检测吸附的Fg，也表明HMWK在置换从血浆中吸附到玻璃上的Fg时起作用。然而对PE，观察不到HMWK的作用，有研究表明低密度脂蛋白(LDL)与某些表面Fg低吸附量有关^［12］，也有人认为高密度脂蛋白(HDL)的优先吸附是表面Fg吸附量低的原因^［13］。

总之，这些观察均表明HMWKa对Fg从负电荷表面上被置换起着主要作用。因此，Vroman效应和接触活化之间的关系，使生物材料领域的研究者面临一种矛盾。一方面，因为Vroman效应被引发，正常血浆中Fg对材料的吸附量逐渐减少，这暗示内源性凝血途径被引发。另一方面，吸附Fg的减少表明材料将粘附较少的血小板而使促凝血性降低^［14］。因此，对材料血液相容性的评价，依据有所不同，<