人造血管

人造血管的现状及发展 摘要：本文主要介绍了人工血管的历史、使用的、临床上对人工血管的要求 ,及人工血管加工方法。 关键词；人造血管、材料、临床要求、加工方法 Current situation and development of artificial blood vessels Abstract This paper describes the history of artificial blood vessels, the use of the material, the clinical requirements of artificial blood vessels, and artificial blood processing methods. Keywords ：Artificial blood vessels, materials, clinical requirements, processing methods 0引言 伴随着人类社会的发展，血管疾病，如动脉硬化，血栓栓塞，动脉瘤，一直是人类健康的一大杀手。人工血管的出现给人类带来了福音，当人体的某部分器官或组织因病变或损坏而失去功能时 ,就需要进行器官移植。如当血管由于动脉硬化、血管老化或破损等原因而不能正常工作时 ,需进行血管移植。由于异体器官强烈的排异作用、来源少、价格昂贵等原因 ,使得人造器官成为合理的代替品，因而人造血管在血管移植方面发挥着重要的作用。近四十年来，由于人工血管的出现和发展，用外科手术重建已闭塞的动脉，恢复器官和远端肢体的供血，已经成为一种常规临床手术。 1人造血管历史 人造血管的研制开始于20世纪上半世纪，各国学者首先采用金属、玻璃、聚乙烯、硅橡胶等材料制成的管状物进行动物实验，但大量的实验研究和临床应用结果表明这类人造血管因管壁无通透性，易在近期内并发腔内血栓而未能在临床上得到广泛应用[1] 1952年Voorhees首先研究将维纶制成人造血管，改变以往人造血管管壁的无通透性，于1953年开始用于临床，带有网孔的人造血管的研制是血管代用品发展史上的一个里程碑。随着纤维材料和医学生物材料的不断发展，继Voorhees之后，各国科研工作者研究出各种材料，各种加工方法生产的有孔隙的人造血管并用于动物实验和临床。六十年代后期，Gore 研究成功一种使无孔的聚四氟乙烯转变为多孔膨胀体聚四氟乙烯材料的方法，将其管状结构用于动物实验，作为血管代用品，疗效良好，于1971年首次用于临床，即所谓“Gore-tex”人造血管。目前这种血管已经广泛用于替代动脉、静脉和作为血液透析时的动静脉瘘甚至用于胰 管和作冠状动脉“搭桥”国外文献临床应用已经超过万例。[2]现在已经商品化的高分子材料人造血管有涤纶人造血管、真丝人造血管和膨体聚四氟乙烯人造血管。 2合成型人工血管材料 利用合成的方法可得到用于制备人工血管的高分子材料 ,此类材料通常具有较好的机械性能 ,但最初用此类高分子材料合成的人工血管的生物相容性不很理想。因此 ,研究人员对高分子材料进行了大量的研究 ,通过对其进行改性来提高其生物相容性。在这一方面已取得较大突破 ,并且已有部分商业化的材料应用于临床 ,如Dacron,Telfon硅橡胶和聚氨醋等。 2.1Dacron(polyethylene terephthalate,PET) 美国杜邦（Du Pont）公司的产品,其化学名称为聚对苯二甲酸醋,是 目前已商品化的人工血管之一,通过针织和梭织两种编制方式制成的具有 良好机械性能的高分子材料 ,适合于血压高患者的主动脉与大口径的动脉的替代。随着编制技术的进步 ,除了正常直管外 ,它还可以编织成双叉的人工血管。但其血液相容性不佳,不适合作小直径的人工血管。[3] 2.2 Telfon(expanded polytetrafluorothylene,ePTFE) 化学名称是聚四氟乙烯,是一种化学稳定性极佳的高分子材料,目前最著名是 W.L.Gore&Associates 公司生产的 Gore-Tex 。其优点是表面具有高负电性其血液相容性佳 ,且孔径较小 ,不需做预凝血处理 ,且平滑 ,容易缝合。但是没有纵向弹性 ,血管壁易生成假性动脉瘤,且植覆内皮细胞也有困难[4]。 2.3硅橡胶 目前，较成功的硅橡胶产品时Dow Chemical公司生产的。它是将粉末状的肝素与硅橡胶先混合，再加工成为人工血管。然而植入后硅橡胶内的肝素在长时间接触血液后，可能会因为人体内的新陈代谢作用而被分解掉，从而失去抗凝血性，因而不适合作人工血管。 2.4聚氨醋 聚氨醋可根据设计的要求,由不同单体及方法成 ,它是一种含有多相的软硬段排列组合体 ,因此物理化学性质也各不相同。最近几年在对人工血管研究中发现 ,聚氨醋的微相分离结构使其具有 良好生物相容性 ,并可以通过分子结构设计调整其物理学性质 ,以满足特定的要求。又由于其优秀的机械能 ,因此可通过加工技术控制孔隙度 ,调整达到与然血管顺应性的匹配。我国林思聪教授对聚氨醋进了大量的研究 ,并取得大量研究成果。目前 ,临床使用的商业化的聚氨醋主要有 Biomer、pellethane、Tecolex等[5,6]。 Biomer它是最早运用于生医材料上的聚氨醋 ,年由杜邦公司首先研制出来。它具有很好的机械性能和生物相容性 ,它主要用于心脏辅助系统及人工心脏等。Biomer中由于有 1,4-亚乙基二酞胺链增长剂的加人而含有氨基链接 ,因而无热塑性 ,最终造成加工上的困难。 pellethane它是上世纪七十年代Dow Chemical公司开发出的聚醚型热塑性聚氨醋 ,以Pellethane 2363-80A为其商品名称。由于它具有热塑性 ,因此加工性能极佳。此外 ,其表面不易生成血栓 ,但是血液相容性较Bilmer差。目前 ,它主要用于心率调整器导管等。但由于它含有芳香族化合物 ,可能会在高温高压蒸汽消毒时裂解生成致癌物质 ,因此要尽量避免放置于高温高压的环境下。 Tecolex它也是Dow Chemica公司1979年开发出的热塑性Pu ,商品名为Tecoflex EG80A 。其结构设计上与pellethane相似 ,只是用脂肪族的二异氰酸盐取代了pellethane结构中的芳香族化合物 ,因此它除了有较好的光稳定性外 ,同时还具有较好的抗水解与抗热解性质 ,因此不会产生致癌性物质 ,但是其机械性能明显比芳香族差。 3临床要求 随着人们对于人造血管的质量要求日益严格 ,能成功地代换病变、老化和损伤的人体血管的人造血管必须满足下列各项要求: (1) 有多种形状和尺寸; (2) 可多次消毒; (3) 易于手术处理和缝合;4) 切割边缘不脱散或抽丝; (5) 止血性; (6) 生物相容性 (即血容性、无细胞毒性、无致癌性) ;(7) 细菌感染率低; (8) 有利于快速愈合; (9) 尺寸稳定; (10) 耐久性 (即超过病人的预期寿命) ;(11) 无凝血性; (12) 柔顺性和弹性类似于人体动脉等等; 归结起来 , 就是人造血管必须具有一定的生物力学性能指标[8]。 3.1渗透性和孔隙率 人造血管在移植手术时,管壁的抗渗透性是首要条件。纺织人造血管,尽管在加工中经致密处理 , 但是对血液仍具渗透性。可在手术前 , 用病人的血来浸渍、预凝人造血管以达到其密封性。另一方面 , 人造血管的孔隙对人造血管手术的愈合和着床有很大影响[7]。因此 , 对纺织人造血管的抗渗透性和孔径的检验是必要的。 3.2人造血管强度 人造血管在体内的力学应力和化学应力作用下 , 其寿命应达到或超过其受体者的期望寿命。此外 , 人造血管与宿主血管的管道吻合通过手术线缝合而成 , 因此 , 应确保人造血管边缘组织在移植手术中能承受手术线的拉伸负荷 , 既不破裂也不散边。综合起来 , 人造血管的强度指标有: 径向/纵向拉伸强度、顶破强度、手术线固位强度、重复针刺强度等等。 3.3人造血管的几何特征 人造血管通常是圆柱型的,几何特征由管道的壁厚和松弛内径来描述。体内真血管的几何特征 ，如血管的内径和壁厚通常随着年龄、身体上的部位而变化。大直径的血管具有较厚的管壁以承受较大的血管压力。当人造血管移植后 , 为了减少血流因流过截面的变化而引起的能量损失和减少涡流的产生，其内径应与宿主血管内径相接近，同时需考虑到移植后人造血管内腔壁上的假内膜层的厚度。 3.4人造血管对管道内部应力的形变响应性 真动脉血管在舒张压下，管壁将膨胀 , 其膨胀性对稳定血流起着重要的作用。如果移植管缺乏膨胀性，这将限制血液动力学效果 , 同时会造成移植管道内腔狭小。因此有必要考察人造血管对管道内部应力的响应性指标 , 综合起来有: 在模拟体内血管承压条件下 , 测试人造血管在一定压力下的承压内径、纵向/径向顺应性； 另外为了使血液能顺畅流通 , 人造血管弯曲时应不易被压扁 , 该性能可用弯折直径/半径来表征。 4人工血管的加工 4.1较大直径人造血管的加工方法 传统的纺织型人造血管的加工方法可分为机织，针织和编织。各国的研究者和制造商为了改善产品的各项性能进行了大量的研究，出现了大量专利技术和产品。如为了增进假器植入后的愈合，二十世纪七十年代出现了机织和针织丝绒型假器，其内外表面都有伸出的纱圈，后由于渗透性大和抗张强度低而被淘汰[9][11];为了增加假器的纵向延伸性和侧向挠曲性，大部分大、中直径的机织和针织型人造血管采用了圆周向的波纹[10]。为了改善血管的弹性和柔顺性，日本学者采用弹性纱和非弹性纱通过针织和编织的方法制成具有类似天然血管弹性的管状组织，改善了假器的顺应性[12]。有关采用合理的加工技术改善人造血管各项性能的报告较多[13]-[l8]经过年研究发仅从血织制造技术上看径的人造血管生产技术在国外已较为成熟。现在研究向多学科展，与制药、医学研究结合发展。如在人造血管基布上加入抗抗生素，抗血凝类药物，提高各种假器的临床应用效果[19]。 4.2小口径血管加工方法 虽然大直径人造血管替代人体大动脉的研究己获成功，但直径小于6rnrn的用于替代小动脉和静脉的人造血管一直未获得满意的临床效果[20]，其主要原因在于血栓的形成和新生内膜增厚，导致血管堵塞，而导致移植失败。如何保证小直径人造血管的远期通畅率，成为近几年研究的重点。在中、小直径人造血管中，过去较多使用整体成型的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)，但ePTFE假器的顺应性较差，临床资料表明ePTFE假器的通畅率仅为30%。近年来聚氨酷(polyurethane，PU)材料倍受关注，与ePTFE血管对比实验表明，PU血管在更短的时间内实现了内皮化，而且新生内膜厚度明显比ePTFE血管内膜薄[21]。单纯依靠高分子材料的选择和加工工艺的改进，所生产的小直径人造血管临床应用效果都不理想。1978年，Herring等人首先报道了使用内皮细胞种植技术对人造血管进行内皮化，从而开辟了人工血管研究的新途径[22]，将自体血管内皮细胞种植在人造血管的腔壁上，经过组织培养，使其形成内皮化的内腔表面，以增强抗血栓能力[23]随着分子生物学的迅猛发展，研究者将基因工程技术引入到的研究领域之中，设想通过将目的基因转入人造血管内衬的之分泌抗凝分子等物质，以增强人造血管的抗血栓能力‘因修饰的研究必将使人造血管的应用潜力大大增加[24]。. 6结语 人造血管在血管显微外科临床上起着相当重要的作用。人们采用不同的材料 ,不同的加工方法以及根据不同的血管显微外科临床手术上的要求制造出具有不同性能的人造血管。随着生活水平及科学技术的发展 ，人造血管将会有更加广泛的应用前景 ,需要大量更加安全、廉价、适宜人体的高质量人造血管 ,这都有待于我们进一步的研究与探讨 ，提出更新、 更好的手术和提供性能更完善的人造血管。 参考文献 1段志泉，张强.实用血管外科学[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1999 2兰锡纯主编 ,心脏血管外科学（上册）[M].北京：人民卫生出版社，1985 3 Kito H ,Matsuda T.Biocompatible coating for luminal and outer surfaces of smallcaliber artificialgrat j Bilmed .Mater. 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