国外人造血管的发展敖　伟　陈南梁 (东华大学,上海,200051)摘　要:叙述了人造血管的产生、性能要求、采用的材料和一般的加工方法,并介绍了国外人造血管发展状况,以及目前存在的问题和将来的发展方向。

关键词:人造血管,医用纺织品,发展,国外0　引言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。

1　人造血管的产生早在40年代,Hufnaged就开始研究生物体血管的移植,当时限于条件,只能采用硬质塑料管代替血管植入生物体内,由于严重的凝血反应,实验没有一例获得成功。

1952年Voorhees在一次实验中偶然发现植入生物体内的真丝缝线上覆盖有一层内皮细胞,他设想假定植入生物体内的织物也发生同样的现象,就能避免血液和植入物的直接接触从而防止凝血现象的产生,这就为人造血管的发展提供了思路。

2　人造器官的性能要求为制造具有实用性的人造血管,首先要明确人造血管的性能要求。

它必须具有良好的生物相容性及一定的机械性能。

生物相容性方面,要求其不引起异常的免疫、排异和过敏反应,对细胞的生长无不良影响,没有致畸、致变作用。

机械性能方面,要求其具有较高的缝接强度;一定的弹性;其变形能力应和所替代的器官或组织相一致;具有长期使用的稳定性,无明显的生物降解现象;结构和几何形状无明显改变;其表面具有一定的粗糙度,以利于周围细胞的成长。

3　采用的材料和加工的方法目前人造血管使用最多的原料是聚酯、聚四氟乙烯纤维,这是因为它们结构稳定性好,在体内可长期工作而不发生降解。

内径大于10mm的人造血管一般用机织物或针织物制成,前者结构稳定,后者弹性较好。

血管的管壁必须保持适当的紧密程度,并具有一定的孔洞,这样周围组织就能附在血管外壁并通过管壁向内生长,使血管内壁覆盖一层薄薄的内皮细胞。

同时为了保证具有一定的伸缩性能和较好的密封性能,人造血管一般都做成波纹状。

接口处周围组织会通过接口处内壁从而加强密封性,血液流经时不会发生凝血和渗漏现象。

内径小于10m m的血管,因上皮细胞在内壁的生长可能会影响到血液的正常流动,故上述制造方法不适用。

内径为6mm～10mm的人造血管一般用具有微孔效应的聚四氟乙烯制成,因它本身具有很好的生物相容性和防凝血性,不需要通过内皮细胞的覆盖来防止凝血现象。

直径6—1—2000年第12期 产业用纺织品mm 以下的人造窄腔血管,由于阻力增大血流受到限制,因此,窄腔血管内壁必须设计成微结构表面,使内皮细胞在表皮上依附,非织造织物的组织符合这一要求。

Annis 利用静电作用,将聚氨酯和丁二醇的共聚物从其溶液中萃取出来,使纤维状沉积在一回转轴上,堆积成厚约500μm 的管状物。

动物实验表明,用该材料所制的人造血管在使用过程中内壁会形成一层极薄的内膜,厚度在5μm 左右,不影响正常的血液流动。

机织方法可加工成直径8mm 以上的人造血管,空隙度低于经编血管,但较硬挺,一般常用于心脏周围高压区域内的血管置换。

针织的人造血管具有多孔结构,易于与人体组织相容,但也会引起移植时血液渗出,因而在编织中将其内外表面拉绒来填满孔隙。

4　最近国外人造血管的发展状况4.1　改善弹性和弹性恢复率的人造血管日本将弹性纱和非弹性纱用针织和编织的方法制成人造血管,具有天然血管那样弹性的管状组织,已经克服了通常遇到的植入人体的血管由于持续搏动的血液流动产生的液体压力而变质的危险。

其主要的特点是:弹性纱线通过喷气的方法被缠绕使纤维产生卷曲。

当管状组织形成后,管内外表面的纱线就形成大的线圈。

因为这些线圈很容易相互缠结,因而圈状纤维同样会有卷曲。

这种人造血管采用单一组分或多种组分的涤纶弹力丝,这种纱线既可单独使用又可与其他形式的纱线结合起来使用。

弹性纱的伸长性能是很重要的,低于90%伸长的弹性纱的弹性回复率不应低于5%,经膨化处理后卷曲伸长率不应低于200%,在300%～600%之间效果最好。

由于将具有良好的伸长性能的弹性纱织入管状组织,因而这种人造血管植入人体后在血管持续搏动时不易失去弹性。

另外,由此方法纺纱和编织后,纱线会形成圈状和卷曲,使血管具有良好的渗透性和一定的紧密程度。

弹性纱只要求它们具有良好的稳定性,以涤纶丝和聚四氟乙烯为好。

这样的管状组织对血液有较好的渗透性。

直径在4mm ～30mm 之间的人造血管都能有效地工作,对水的渗透性应达到120m mHg 压强下为500cc /(min ·c m 2)～3000cc /(min ·cm 2)。

如果必要的话,管状组织还可经过传统的表面处理如骨胶化、蛋白化、拼贴或细胞纤维化,使其具有更好的生物相容性。

4.2　用纱线缠绕的聚四氟乙烯人造血管美国新泽西州奥克兰医疗研究所研制出一种外部用聚四氟乙烯丝束缠绕的微孔聚四氟乙烯管(见图1)。

这种人造血管有很大的拉伸力、较小的撕裂传递性,缝接处强力和抗挤压性能也有所提高。

图　1聚四氟乙烯由于其卓越的生物相容性,很少产生血凝块,尤其适合作植入人体的人造血管。

血管由经膨化的聚四氟乙烯制成,它们能长期与人体组织结合,血液渗透性较好,且具有微孔结构,允许天然组织生长和细胞新陈代谢。

然而微孔结构增加了沿管长度方向上撕裂传递的危险性,尤其是在缝合洞的植入过程中和缝线的抽出过程中。

为解决这一问题,采用聚四氟乙烯丝束螺旋地缠绕在膨化的聚四氟乙烯管外部形成复合结构,卷绕的密度可调节,丝束经热处理和压力装置粘附于管壁。

另外,可在相反方向上交叉地缠绕另一根丝束。

这种结构有较高的横向拉伸强力和纵向缝合强力,从而减小了撕裂的可能性。

4.3　采用具有高度热收缩性能的纱线制成的人造血管尽管用针织的方法制成的人造血管具有天鹅绒的表面,但还是对血液的渗透性太大。

以前的工艺曾用过针织的收缩或采用膨胀试剂增大密度的方法,但这样会破坏织物中的纱线而降低其机械性能。

意大利开发了一种具有创造性的人造血管—2— 产业用纺织品 第18卷总第123期(见图2)。

将具有高度热收缩性能的基础纱线和具有热稳定性的纱线交织,再将织物放入沸腾的热水中,使基础纱线收缩。

基础纱线非常光滑,形成织物的基础结构,效果纱线形成向两侧伸展的线圈而形成天鹅绒表面,可减少血液的渗透。

这种产品在生产时不需用超喂的办法。

图　24.4　提高了生物性能的涤纶人造血管英国的Sulzer Vascutek 通过改善涤纶管状组织的表面,可增强其生物性能。

其方法是在涤纶表面粘合一个聚四氟乙烯薄层,聚四氟乙烯薄层进入涤纶层,形成相互渗透的一层,由此增强涤纶人造血管的性能。

4.5　薄而易弯曲的人造血管美国新泽西州奥克兰的医疗研究所研制了一种易弯曲的、很薄的人造血管(见图3),它可通过导管植入人体。

图　3这种人造血管由平纹布料制成。

经纬纱都由48根扁平涤纶丝制成,5.56dtex 粗细。

血管长度方向上有波浪似的弯曲,使管体柔韧,并可纵向伸长。

波纹沿管长度方向上以合适的隔距出现。

最小的间隔是每厘米6个弯曲。

对于管壁不到0.5mm 的人造血管,波纹宽度可相对较小,这不会降低弯曲性能和结构稳定性。

有较小波纹宽度的人造血管可减少血栓、血块的形成,并增强管的内部强力。

另外,管内还有一放射性透明管,由覆盖上或填充进放射性透明粒子的不绣钢或钛丝制成,因而外科医生在移植过程中和移植后可看到人造血管,观察其位置是否合适。

4.6　双针横移组织的针织人造血管英国研制了一种用于心血管手术的针织人造血管(见图4)。

心血管人造血管需较大的纵向和横向强力以及较高的线圈模量。

图　4这种经编组织在编织时存在两针以上的延展线,每根延展线都超过一针,这样所生产的织物,其延展线比传统经编织物至少长50%,并且阻止横向变形(具有较高的线圈模量)。

由于其单位纱线内比传统组织有更少的线圈,因而轴向有较小的膨胀能力。

更重要的是,延展线处在接近于垂直于经轴的平面上,可在沿周长方向形成束缚。

这种组织较稳定,不易松散,且有良好的耐磨性。

4.7　具有三层结构的人造血管美国新泽西州奥克兰的医疗研究所研制了三层结构的人造血管,那是将几个二维的编织层粘在一起或缝在一起形成的。

传统的单层组织易出现”剪刀现象”,即当血液流过时单层组织随管的膨胀和收缩而出现的现象,这就导致将要生长进入人造血管的组织与人造血管分离,因而阻碍愈合和人造血管与天然组织的同化。

一层组织由一种材料组成,这是为了在组织的内外表面实现所需的不同的结构和功能特性。

人造血管内壁孔洞相对较小而外壁孔洞相对较大。

内壁光滑且有较低的空隙率,可阻止血液渗透,减少血栓和血凝块的形成,外壁的孔隙增进联结组织的生长。

组织从内表面到外表面形成一个曲折的通路。

与传统的单层编织组织相比较,三层结构有以下特征:可控制孔隙率;抗脱散;具有良好的自—3—2000年第12期 产业用纺织品我支持结构,可防止膨胀和塌陷;具有纵向的相容性,易于移植;编织时插入一根轴向的染色纱,以使外科医生看到人造血管是否扭曲。

4.8　成型的纺织人造血管美国新泽西州奥克兰医疗研究所开发出了成型的可移植人造血管。

这种血管是连续织成的无缝、沿长度方向上直径和形状均不断变化的圆管。

直径的变化是通过不断地增加和减少与纬纱编织的经纱得到的(见图5)。

这样不断的变化可在计算机控制的电子提花机上实现。

这一方法可使管子无缝,实现从一直径变为另一直径连续的变化。

为编制弯曲的管,可在管的一个边缘不断减少经纱,而在另一边缘不断增加经纱。

要保持一致的直径则纺织过程中总经纱不变。

图　5两支或三支的结构更为复杂,但仍遵循同样的原则。

通过不断地将经纱从一个织造段转移到另一个织造段,在分叉处可形成一封闭的结构(见图6)。

在分支的织造过程中,两根分离的纬纱分别是用来编织两个分支。

经纱从主管处转移到支管处不断地和纬纱交织。

图　6而对于薄的纺织修复管,其直径和分支的形状都是受限制的。

因而,对于有分支和多种直径的血管,直径只要有一点变化,织造必须有突然的改变,这是难以想象的。

因而采取先织造出标准的血管,再进行分支、剪切、缝纫的方法,但是这需要较高的劳动技术。

5　小结人造血管对于血管移植起着相当重要的作用。

目前已有不同直径和形状的人造血管,根据血管的不同部位,采用不同的材料和加工方法,使其具有不同的特性,这在一定程度上满足了人们的需要。

随着生活水平和医疗水平的提高,人造血管的应用会越来越广泛,对人造血管的数量与种类以及质量提出更高的要求。

数量上的增加期待着生产率的提高和成本的下降,然而其质量则是更为重要的一面。

由于人造血管移入人体后就作为人体的一部分,因而对其质量要求是很高的。