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可吸收止血材料现状及效果评价的研究进展.doc

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(完整word)可吸收止血材料现状及效果评价的研究进展 可吸收止血材料现状及效果评价的研究进展* 叶世富1,王士斌1,2,吴文果1,2,刘源岗1,2 华侨大学化工学院,厦门 361021;2 华侨大学生物材料与组织工程研究所,厦门 361021) (1 摘要 可吸收止血材料是当前外科领域研究的热点 ,在 临床以及战争中应用广泛。其种类繁多 ,成 分复杂 ,尽 管目前国内并没有一个完善的产品国家标准和上市指导原则 ,但 是可以从 止 血 效 果 、降 解 吸 收 性 、生 物 相 容 性 ,以 及 抗菌促愈合等几个方面对其有效性进行评价。主要对可吸收材料现状及其评价工作的进展进行综述 ,同 时探讨其在 评价过程中存在的问题. 关键词 止血材料 效果评价 可吸收 中图分类号 :R318 文献标识码 :A TheStatusandEffectAssessmentResearchProgresson AbsorbableHemostaticDressing YEShifu1,WANGShibin1,2,WU Wenguo1,2,LIU Yuangang1,2 (1 CollegeofChemicalEngineering,HuaqiaoUniversity,Xiamen361021;2 Instituteof BiomaterialsandTissueEngineering,HuaqiaoUniversity,Xiamen361021) Abstract Absorbablehemostaticdressingiscurrentlyahotresearchfieldinsurgery,itwaswidelyusedin clinicalandwar.Duetothevarietyofhemostaticmaterialsandthecomplexityofcomposition,thereisnocorrespon- dingnationalstandardsandguidingprinciplesforproductsevaluationinChina.Butitseffectivenesscouldbemainlye- valuatedfromthehemostaticeffect,absorbability,biocompatibility,andtheaspectofpromotingthehealingaswellas antibacterialactivity.Theresearchesofthematerials,recentprogressesandproblemsoftheevaluationworkinthese aspectsarereviewed. hemostaticdressings,effectevaluation,absorbability Keywords 可吸收止血材料是一种用于伤口出血部位 ,能 够快速止 血,并且在一定时间内能 被人体吸收的生物医用材料[1]. 其 最大特点在于:应用于人体或动物体 内 局 部 止 血,在 实 现 快 速止血的同时,可在体内降解、无 需取出,从而避免止血完成 后去除敷料的二次伤害。作为三类医疗器械产品,可 吸收止 血材料使用要求比传统外用敷料高且风险大 ,这 就使得对于 该类产品的评价要求更高 ,更规范。 理想的止血材料应该具备以下几个特点 :止 血 迅 速,最 好能在2min内止住大动脉出血;可体内降解吸收;使用简便 易操作;质量小且 易 保 存;无 潜 在 病 源 性;价 格 低 廉;不 增 加 感染概率;不影响组织愈合 (最好促进组织愈合 )等[2]。 因 此,可吸收止血材 料的评价也主要 从 4 个 方 面 进 行:止 血 效 果、降解吸收性能、生物相容 性、抗 感染粗愈合. 本文将介绍 可吸收止血材料的现状以及评价的方法技术 ,并 探讨其评价 过程中的关键问题. 降解等性能得到了 广 泛 应 用,且 发 展 迅 速,出现了多种止血 材料[3]。Frost& Sullivan公司止血材料发展状况调查 报 告 显示,截至2009年整个敷料市场总价值超过了 60 亿 美 金, 比2004年增加了近 50%,而这其中可吸收止血敷料占到了 一半以上的比例,而 且 其 预 测:仅 仅亚太地区敷料市场的总 价值还会以每年7.5%的增长持续到2017年[4]. 目前可吸收止血材料主要有胶原类 (含微纤维蛋白胶)、 明胶、海藻酸盐、壳 聚 糖、氧 化 纤 维 素 (氧化再生纤维素 )、氰 基丙烯酸类组织胶以及很有前景的短肽等 ,这些材料来源各 不相同,止血机理也各异。尽管 也有研究者认为可通过吸附 红细胞封堵或激活补体系统等实现止血[5],但 是通常是 3 类 止血机制:(1)通过直接激活或参与凝血系统;(2)通 过 大 量 吸水等物理及其他化学途径富集伤口部位 凝血成分间接激 活生理止血过程;(3)通过强黏着物理封闭血管[6]。 其中,胶 原类的止血机理是对血小板有吸附作用 ,可 以促进血小板聚 集并刺激血小板释放凝血因子实现凝血[7];明 胶[8]由 于可以 大量吸水富集浓缩血小板和凝血因子从而实现止血 ;海 藻酸 盐类[9]除能大量 吸 水实现富集浓缩血小板和凝血因子来加 可吸收止血材料概述 进入21世纪,可吸收止血材 料因为其止血迅速、可 体内 1 * 国家自然科学基金(31170939);福建省自然科学基金(2011J01223);中央高校基本科研业务费(JB-JC1009;JB-SJ1009) 叶世富 :男 ,1989年 生 ,硕 士生 ,研究方向为生物材料 E-mail:yesu2008@126.com 王士斌 :通 讯作者 ,教 授 ,博 士生导师 ,主 要从 事组织工程 、生 物材料 、药物缓控释等领域研究 Tel:0592-6162326 E-mail:sbwang@hqu.edu.cn 材料导报 A:综述篇 2014年4月(上)第28卷第4期 ·68· 速止血外,还能释放钙镁锌等离子促进凝血 ;氧 化 纤 维 素 类[10]则主要是分子中的羧基 与 Fe2+ 结合成棕色块而达到封 堵血管效果;羟基丙烯酸类组织 胶主要依靠其良好的粘性对 血管进行封堵[11];一般认为壳聚糖不完全依靠生 理止血过程 而是多种止血机理综合作用的结果 :除 本身带正电而吸附负 电荷的血红细胞使 其 聚 集 外,也 可 以激活补体系统,对 血 小 板也有聚集作用等,其止血机理存在争议[12];而 短 肽 除 能 吸 附血小板外,还能激活内源性止血过程[13]. 正是因为止血材料类型和机理多样 ,而且国内没有一个 专业而权威的评价标准以及上市准入制度 ,造 成止血材料的 评价方法标准都不尽相同 ,其产 品质量的衡量只能参照医疗 器械的管理制度 和 评 价 方 法. 对 于 将止血药物与敷料进行 复合或者共载得到的含药敷料[14],由于其属药械 组合产品的 范畴,机制更为复杂,其评价方 法还需参照药品管理制度 ,此 处不作讨论. 血小板的粘附、聚 集、收缩与释放等基本生理特性在止 血中有重要意义. 本课题组通过 采集家兔静脉血离心制得 富含血小板血浆(PPP),加入一定大小材 料,于 37 ℃水浴 30 min,测定血小板前后浓度变化 ,来检测材料对血小板吸附的 效果。 马茂等[20]通过扫描 电镜照片以及全自动血液分析仪分 析材料与正常人体血液接触后血 小 板 的 聚 集 、吸 附 情 况,以 此了解材料对血小板的作用 ;也 有研究者采用 LDH(Lactate dehydrogenase)分析材料对血小板的吸 附 情 况[14]。Ong 等[21]则是通过壳聚糖材料与血液接触后的扫描 电镜图 ,发 现 其对血红细胞具有极强的吸附作用 ,提 出壳聚糖止血机理可 能是其与血红细胞带相反电荷相互吸附聚 集形成凝血块封 堵血管;同时,他们采用家兔全 血与材料接触 ,检 测未被材料 吸附凝血的血细胞破碎后血红蛋白的相对 浓度来表征其对 血细胞的吸附能力。 体外血栓凝血弹性描记法因可以记录血栓形成过程 ,甚 至记录血栓的稳定性强度等特点 ,成 为一种非常有效的评价 材料能否诱导血栓形成以及诱导能力的方法[22],也 越来越被 广泛采用。体外凝血时间是直接 测定材料与血液接触后凝 血时间的变化,测定方法主要有试管法及毛细管法[18,23],前 者主要是以晃动试管血液不能流动为时间记录终点 ,后 者以 毛细管折断后形成凝血丝为终点。 动态凝血曲线的斜率可 以显示材料与血液凝血能力 ,血浆复钙则可 用于评价材料中 血浆接触后是否会使得含有的内凝系统所 需要的凝血因子 发生变化[24]。二者也是检测材料的血液相容性的一部分内 容。因为止血效果和材料的物理性能也有一定的关系[25],对 凝血性能相关的指 标 检 测,还 包 括例如材料的吸水率、孔 隙 率、粘附能力等 材 料 物理性能的测试。 总 体 而 言,体 外 凝 血 指标的检测虽然能在一程度上对止血材料 的止血效果进行 筛选,但是体内情况复杂,实际效果与体外情况仍有差异 。 可吸收止血材料评价的研究现状 随着可吸收止血材料的不断发展 ,其 评价指标以及评价 方法 也 愈 趋 完 善。 美 国 FDA(Foodand Drug Administra- tion)在2006年发布了可吸收止血材料 的上市指导草案[15], 尽管未能囊括所有的可吸收止血材料 ,但 仍具有较大的指导 意义。对可吸收止血材料有效性的评价可以从止血效果 、降 解吸收性、生物相容性以及抗 菌促愈合等几个方面进行。 作 为关键指标的止血 效 果 评 价,主 要 可 以 分 为 体 外、体 内 止 血 评价两大部分;降解吸收性能则 是作为植入性医疗器械的基 本要求,也是其评价的基本指标之一;不影响伤口愈合以及 不增加感染概率也是对理想可吸收止血材料的基本要求[16], 因此抗感染促愈合评价极具现实意义。 2 止血效果评价进展 止血效果主要包括体外凝血检测和体内止血两方面。 体外凝血检测方法很多 ,如凝血 Xa因子 抗体检测,凝 血酶原 时间(PT)、活 化 部 分 凝 血 酶 原 时 间 (APTT)、凝 血 酶 时 间 (TT)测定,以及 血 小 板 吸 附、聚 集 实 验,全血吸附实验等都 可以在一定程度上对材料凝血性能 进 行 说 明. 体 内 使 用 效 果则主要从动物水平以及临床水平上进行评价。 2.1 体内止血效果评价 2.1.2 动物创伤止血模 型 在 止 血材料研究中发挥了独特的作 用,使得实验过程 展 现得更加直观可信,为 全 面、系 统、深 入 地认识和阐释止血本质 、止血材料研发及临 床治疗提供了宝 贵资料。目前所用到的模型动物主要有小鼠 、大 鼠、兔 子、狗 和猪;评价指标主要有止血时 间 、失 血量等;创面生成的方式 主要是切割伤,可以分为静脉 创伤、动 脉创伤、动 静脉混合创 伤,还有凝血障碍动 物 模 型[26],也有血管缝合后的创伤渗血 模型[27]。具体创伤模 型主要有股动脉创伤、尾 静 脉 创 伤、皮 肤创伤模型,以及肝脏、脾脏创伤等,也有选 取在肾部[28]进 行 的。 Carraway等[29]选用体重为35~44kg的雌 性 Yorkshire 杂交种猪,于腹股 沟 区,用 电 刀 分 离 覆 盖 肌 肉,暴 露 5cm 长 度的股动脉,以血管夹夹持,同 时结扎周围的动脉分支,制 备 动脉创伤。Dai等[14]采 用了 4 月龄的雄性新西兰白兔 (体 重 3~4kg). Warner[30]则 选 择 体 重 为 275~300g 的 雄 性 SD 大鼠,建立大鼠肝脏、脾出血模 型,具 体操作方法是在肝右叶 制作4 mm×5 mm 的 创 面;也 有 采 取 左 叶 部 分 切 除 的[31]. Soper等[32]采用气 雾 剂 型 α-氰 基 丙 烯 酸烷基酯组织胶接喷 体外止血效果评价 2.1.1 于1964年提出 并被广泛接受的血液凝固 “瀑 布 学 说 ”, 主要分为内源性凝血以及外源性凝血两条途径 ,即 认为血液 凝固是一系列凝血因子相继酶解激活的过程 ,最 终生成凝血 酶形成纤维蛋白凝块。PT、APTT 以及 TT 的测定则除了可 以显示材料凝血能力外 ,还可以 检测实验材料是否通过激活 凝血系统中的多种凝血因子起作用 ,从而探讨止血机理。 [17] 以及高娟等 [18] 将材料与血液接触 后,采 用 APTT 来 筛 Fu 选内源性凝血系统是否敏感,采 用 PT 来进行外源性凝血系 统敏感性的筛选,采用 TT 来测定共同凝血途径功能是否正 常,从而判 断材料在止血过程 中起作用的途径以及止血效 果;这几项指标已成为临床标准实验,可以直接采用自动凝 血仪进行[14]。对血液 Xa等组织因子抗体检测,则 是因 为 组 织因子在生物材料诱发的血栓形成过程中起着主导作用[19]。 可吸收止血材料现状及效果评价的研究进展/叶世富等 ·69· 洒到猪大面积渗血伤口内 ,结果在数秒内完全止血 。 动物选择及创伤模型的不同 ,也 会使得止血效果不尽相 同,这主要因为动物体积大小 、创 伤部位、大小都对止血效果 有很大的影响。这也使得材料在动 物实验止血效果的横向 对比相对困难,如 表 1 所 示,无 法 简单进行止血效果优劣比 较,也不能得知适用伤口类型 。刘宿等[33]探讨了 明胶纤维网 (Gelfoam,GF)在浅表创面、深部创面和实质脏器3类不同出 血创面的止 血 效 果,显 示 相 同 材料深部位创面效果差异显 著.鉴于此,最好 的 解 决 方法是对伤口进行分类,并 且 使 动 物选择流程以及创伤制造过程标准化 ,然 后对止血材料进行 分类,采用相适应的模型进行评价,从而指出材料适用范围 等。 表1 市售可吸收止血材料的止血效果 Table1 Theeffectivenessofabsorbablehemostaticmaterialsonsale 可吸收止血材料商品名 主要成分 创伤模型 止血时间 文献 猪,肾脏部分切除、肝脏手 术止血;人前臂切割伤 动脉 兔子肝部出血 犬、大鼠前列腺 兔子耳部、肝脾部出血 兔子肝部创伤 临床,如骨面渗血 John等[34]及 李宝强等[35] Belman等[36] Ellis-Behnke等[13] Hanisch等[37] 张妍等[38] Benesch等[39] 史立新[40] 马铃薯淀粉 能够迅速止血约2min TraumaDEX 壳聚糖 缩氨酸 纤维蛋白胶 壳聚糖/胶原蛋白 海藻酸盐 氧化再生纤维素 HemConBandage Self-assemblingpeptide Avitine 舒宁可 Kaltostat Surgicel 1~5min 15s 迅速止血 1~2min 约 3min 2~8min 目前,还没 有一种方法可以完 全替代体内评价的方法, 但是采用体外止血的方法进行筛选可以极大减 少 动 物 的 使 用。由于近年来,动 物 保 护主义思想的影响,尽 量 减 少 使 用 动物进行实验已经成 为 一 种 趋 势[41]. 体外止血评价或者半 体内评价方法越来越成为广大科研工作者寻求的方向 ,以 求 既能达到快速准确地筛选并评价材料止血效果的目的 ,又 遵 循尽量少使用动物甚至不使用动物的原则。 磊等[51]在同一只耳的耳背中部分别切开 2个切口,一 个切口 内植入截面尺寸 3 mm×1 mm、长 度 10 mm 的 丝 素 支 架 材 料;也有直接埋入兔 子 肝 脏[20],一定时间后取出检测材料损 失。 体内降解实验同 样 存 在 动物以及植入部位不同降解效 果不一样的问题。牛雯[49]同时进行了小鼠颅内以及腹内降 解实验,一定时间后比色法测定脑匀浆液中 材料残留以及生 理盐水洗腹腔抽出液中材料含量 ,结 果显示肝部的降解效果 最好。但 是,TomihataK 等[52]对壳聚糖膜在体内外降解情 况进行了对比,结果显示:动物 体内环境更为复杂,壳 聚糖的 降解与体内特定酶相关 ,降解时间较之体外可能更长 . 降解吸收性评价 可吸收材料的降 解 吸 收 性 能是作为其区别于传统止血 材料的特征之一,完全吸收时间 也是产品安全风险的一个重 要影响因素.因此,FDA 要求生产者提供通过动物实验得到 的产品完全吸收 时 间。 通 常 认 为 氧 化纤维素的降解时间为 2~6周不等,即可分解为单糖而被吸收[42];国 产的泰绫,其 成 分为 天 然 植 物 提 取 的 再 生 纤 维 素 ,7~10 天 即 可 迅 速 吸 收[43];但 是Ibrahim 等[44]报道在经过心脏手术后 多 年,还 能 见到氧化纤维素的 组 织 学 证 据;而 α-氰 基 丙 烯 酸 酯 (医 用 生 物吻合胶)人体内降解时间一般为 3~4周[45];微 纤维胶原如 艾薇停降解时间为8周以内[46];壳聚糖降解时 长则是 4 周到 半年不等[39,47,48]。 对材料生物降解 吸 收 性 能 的评价主要也是从两个方面 进行:体外降解实验以及动物水平的体内降解实验 。 体外降解实验过 程 中,模 拟 液 的 选 择、降解条件的控制 显得十分重要;常见降解液主要 有生理盐水以及模拟组织液 等。马茂[20]采 用 PBS(Phosphatebuffersaline)配 制 的 Ⅰ 型 胶原酶溶液以及0.1%(质量分数)的胃蛋白酶溶液 来考察胶 原壳聚糖复 合海绵的体外降解率。 第四军医大学的牛雯 等[49]则选择了脑组织匀浆液以及脑组织 、肝、肾、肺 部组织混 合匀浆液来进行降解实验。 体内降解实验 动 物 有 小 鼠、大 鼠、兔、狗 等,埋 入 部 位 各 异.田文华[50]将止血纺 织材料分别埋植于兔脊柱两侧肌肉 内,在埋植后7 天、14 天、90 天进行组织病理学研究. 而 杨 2.2 生物相容性评价 生物相容性是指 生 命 体 组织对非活性材料产生反应的 一种本能,一般是指材料与宿主之 间 的 相 容 性,包 括 组 织 相 容性和血液相容性[53],可以说生物材料的生物相 容性是始终 贯穿于整个研究中 的 主 题[54]。 体内降解完全吸收也能从侧 面说明材料的生物相容性。 从 20 世纪 70 年代后期至今,生 物材料的生物学评价标准化研究已经形成 从细胞水平到整 体动物比较完整的评价体系[55]。在细胞水平,通 过定性或者 定量分析材料与细胞直接或间接接触后细胞生长 、代 谢和增 殖情况,已成为验证可吸收止血 材料相容性的基本实验 ,其 也是一种快速有效的初级毒性筛选程序 .Johnson等[56]甚至 认为体外实验较之于体内实验在区别材料 的毒性以及对细 胞影响方面更有优势。 随着生物相容性评价体系的日趋完善 ,生物材料相容性 评价也出现了采用分子生物学的方法检测手段 ,例 如 Yeh 等[57]采用酶联免疫吸附定量分析 巨噬细胞 TNF-α的 分泌来 显示其生物相容 性。 但 是 生 物 材 料体内毒性和降解实验在 目前的技术手段下还没有办法被完全替代 ,所以从动物整体 水平来评价可吸收止血材料的生物相容性也显得必不可少。 体内评价除 考察体内降解速 率 以 外 ,主要是从全身急性毒 2.3 材料导报 A:综述篇 2014年4月(上)第28卷第4期 ·70· 性、慢性毒性等方面来进行评价,这 一部分国内外均有相关 标准参考[58];此外,也有进行皮肤的致敏实验 、局 部刺激实验 来检验生物材料或者医疗器械有无潜在过敏原[59]。 致 敏 实 验常用的有最大剂量法和接触斑贴法[60],采用的 动物通常为 豚鼠。 Surg,2009,88(4):1377 2 Peng HenryT,etal.Novelwoundsealants:Biomaterialsand applications[J].ExpertRev MedDevices,2010,7(5):639 KingKelly,NeufferMarcusC,McDivittJonathan,etal.He- mostaticdressingsforthefirstresponder-Areview[J].Mili- tary Med,2004,169(9):716 PoornimaSrinivasan.Analysisofthewoundcareandwound closuremarketinAsia-Pacific:Ablendoftraditionalandad- vanced products for effective wound healing [EB/OL]. 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