浅谈人造血液与人造血管王月悦化科院环科系08080402摘要：简单介绍了人造血液与人造血管出现的必然性以及国、内外人造血液与人造血管的发展及研究现状。

综述了它们的应用，指明了其发展的方向关键词：人造血液、人造血管、必然性、现状、氟碳化合物人工血液(Artificial blood)是指一类具有载氧能力的人造制剂,它能代替血液在组织中进行氧气和二氧化碳的交换[1]。

现实生活中，与血管有关的疾病往往是危及人生命的。

比如,下肾主动脉、髂动脉以及下行的胸主动脉瘤的膨胀会导致血管扩张;动脉粥样硬化会导致动脉变窄甚至闭塞;颈动脉粥样硬化会导致中风;冠状动脉粥样硬化会导致心脏病,当血管由于动脉硬化老化或破损等原因而不能正常工作时,需进行血管移植。

因此我们引入了人造血管的概念,人造血管在血管移植方面发挥着重要的作用[3]。

（一）人造血液与人造血管出现的必然性众所周知,如果人体失血超过30%,必须进行输血抢救，但是,在早期的临床上输血往往失败。

这又是什么原因呢？1 9 00年,奥地利33岁的生物学家兰特斯坦纳将同一个人的红细胞分别注入几个人的血清中,结果有的血清中发生了凝集反应,有的却没有反应。

由此发现人血存在着3种基本组合,即A、B、O三种血型。

以后进一步发现,人类的血型为A、B、O、A B四型,并发现一些亚型。

血型的发现,奠定了血液分类学的基础,也揭开了输血之所以会失败的奥秘。

从此临床上严格规定输血前必须进行血型鉴定。

但是,由于血型的限制,血源的匾乏,以及输血前准备工作的繁琐,使科学家们对血液的研究转向研制人造血液。

（二）人造血液与人造血管的发展人造血液的发展应该从本世纪30年代说起，那时候的生物学家将重点放在研究血红蛋白的结构上。

但是,限于当时的条件,他们只能从人血中提出红细胞,进行脱氧、冷冻和干燥,制成血红素粉保存起来。

到用时.用生理盐水配成血红素液,作为血液代用品。

然而,这并非是人造血,实际上是人血的提取物。

1 9 6 6年,美国医学博士克拉克在实验室里研究氟碳化合物溶液。

一次一只老鼠意外地掉进了此溶液中。

过了很久,克拉克才察觉这个不速之客,并将其捞出。

结果.本应淹死的老鼠却抖抖身子一溜烟地逃之夭夭了。

这是什么缘故呢?于是克拉克有意将一只白鼠浸入氟碳溶液中,经浸几小日寸后，捞上来的舀鼠仍安然无恙。

克拉克进一步研究证明,氟碳溶液具有很强的含氧能力,其含氧量比水大10倍,是血液的2倍多。

克拉克立即意识到它可能是人造血液的理想材料。

这个发现开创了人造血液的研究方向。

1968年,美国哈佛大学教授盖耶从一只经麻醉的老鼠身上抽去了90%的血液,代之以一种全氟碳乳液,然后将其放入密闭的玻璃罩内,再向罩内加注氧气,10分钟后,麻醉的老鼠不仅苏醒,而且存活了8个小时。

这个试验是鼓舞人心的,但氟碳化合物在微细血管里会凝集成簇,产生血疲,堵塞血管,因而仍不具实用价值。

1978年2月旧本医生内藤良一用全氟蔡烷和全氟三丙胺的混合物做原料,再经表面活性剂乳化,制得一种牛奶状的白色悬浮液。

经动物试验后,又给自己身上注入了50毫升,结果没有什么不良反应。

于是,他向全世界宣布制成了真正的人造血液。

随后,1 9 7 9年,我国也制成了这种氟碳人造血。

19 79年4月,日本福岛医科大学将新人造血液用于临床手术中的输血,效果良好。

5月,又进行第二次应用,再度获得成功。

从此这种人造血液被医学界正式认可。

’不过,人造血液虽然可以不受血型限制,易于运输,易于保存,而且无毒无菌,但它只有输送氧气的单一功能,所以实质上仅是红细胞的代用品。

因此,如何使人造血具有人血的多种功能,还有待于科学家们的进一步探索。

而人造血管就相对于人造血液就迟了十几年。

1952年，Voorhees首先发现心内人工缝合材料有被血液纤维素包绕形成光滑表面的性能，因此研究将维纶(Vinyon/N0)制成人造血管,以改变以往人造血管管壁的无通透性,在移植于狗腹主动脉获得成功后,并于第二年用于临床。

涤纶人造血管的研制始于1957年。

涤纶人造血管植入人体后,血液立即深入管壁微孔形成一凝血层,而后外周肉牙组织包绕吻合口及管壁纤维束,并深入血管内壁形成肉牙内膜面,供内皮细胞和平滑肌细胞生长、爬行和覆盖。

组织学检查发现,移植物腔内形成假性内膜,厚1~2mm,其主要成分为纤维结缔组织。

Rachael等检查了4种人造血管,证实自体化成分为纤维细胞、平滑肌细胞、胶原和弹性组织、少内皮细胞。

移植物外被2mm或2mm以上的纤维组织所包绕。

织物腔面的内皮细胞可能来源于：(1)宿主血管细胞向移植血管侧爬行;(2)经管壁微孔穿入的毛细血管或小血管中来的内皮细胞；(3)血流中脱落的内皮细胞种植。

目前涤纶人造血管有3种类型：机织、针织和绒毛型,管壁有皱褶,为无缝管;有直形、分叉形和各种口径供选择。

涤纶人造血管网眼孔隙较大,为减少移植中渗出,试用前必须预凝。

1970年William Gore创造了非织物的膨体聚四氟乙烯人造血管。

它是惰性材料,所以具有反应轻的特点。

这种血管的特点是能抗外来压迫,一旦形成血栓,易于手术摘除。

1957年,我国的医务人员将不同口径和类型的真丝人造血管移植于狗的胸、腹、颈和股动脉后对组织学变化和通畅率进行了观察。

结果表明真丝人造血管网孔适度,组织反应轻,新生内膜生长完整。

人造血管使用最多的纤维材料是聚酯和膨体聚四氟乙烯。

直线状或交叉型的人造血管使用经编或机织制成,管状机织的植入物在狭幅织机上织造,绝大多数为515~1615tex长丝平纹织物。

采用热定型可使其结构呈皱缩结构,以改进聚酯材料人造血管的处置特性。

（三）人造血液与人造血管的现状国外人造血管的研制现状国外已经开发了成型的移植无缝管状人造血管。

并且可以随长度逐渐改变直径。

这种形状和直径的变化是通过不断改变经纱根数,使用计算机控制的提花织机来完成的。

这种技术省略了织造后加工的过程,尤其适用于如分叉织物的织造。

在拉舍尔经编针织机上可织造管状和交叉管状人造血管。

目前许多研究正集中在半导体纤维的使用,特别是在可吸收的双组分纤维、表面改型和三维支架的应用上。

我国人造血管的研制现状及落后原因近年来,我国对人造血管的研制和开发所取得的成效和突破主要表现在下列几个方面：(1)人造血管的生物力学性能表征。

在我国,虽然上世纪60年代就自行开发了第一代的真丝人造血管,但目前市场仍以进口人造血管为主。

影响产品开发的因素固然是多方面的,但对人造血管的生物力学基本性能研究严重匮乏是主要原因之一。

所以说,了解并掌握人造血管的生物力学性能表征的方法是一个突破。

(2)开发了经不同制备工序加工的系列经编人造血管,并且从人造血管的整体层面和单纤维层面的纺织结构和力学性能,对人造血管的管壁结构和性能的变化进行了研究。

经编人造血管的制备过程通常分为5个工序:1经编。

以经平绒组织为基础,形成管状物；2.洗涤。

在70℃热水下,用净洗剂去除油迹和不净物；3紧密。

在化学助剂,高温高压下,减少织物的结构孔隙；4.波形化。

将管状物压模成波形,以加强纵向顺应性和径向顺应性；5.热定型。

采用高温的方法对波形进行定型,保持人造血管的波纹状。

经过研究发现在经编加工后线圈结构在连接部位已存在一定的不均匀性,这是人造血管在周向拉伸中该部位具有高断裂的主要原因。

知道了这一点,将为今后制备经编人造血管提供一定的依据。

(3)近年来，随着人们对生活质量要求的提高,医学模式的转变,外科治疗原则的总体趋势也开始向微创简捷的方向发展。

针对动脉扩张性疾病,国内出现了微创的血管腔内疗法,其原理是通过血管内植入金属支架,人造血管复合体移植物,从而将病变段血管隔绝于正常循环血流之外。

该疗法创伤小,恢复快,并发症小,具有简捷微创、疗效确实的优点[2]。

国外人造血管经过一个长时期的发展已趋于成熟,其与国产人造血管相比有绝对的竞争优势。

据调查,现在我国各大医院的临床手术中,所采用的人造血管多为进口。

基于这种情况,分析限制我国人造血管研发的因素主要有3个方面。

一是我国高分子材料发展的限制,如用于小直径人造血管开发的聚氨酯类产品,用于血管组织工程基布的具有良好生物性能的可降解材料的发展都不尽如人意。

二是各行业之间缺乏良好的合作,人造血管的研究开发是一个涉及材料工程、生物工程、医学和纺织工程等各个学科的交叉学科,需要各个学科专门人才突破行业间的隔阂,密切合作,共同研究,才能取得较大进展。

其三,也是最重要的是我国缺乏对人造血管生物力学性能表征的研究,在研究开发过程中没有合适的测试手段对产品的质量进行体外监测和评价,只通过短期的动物实验进行研究。

这一方面提高了开发的实验经费和开发周期,限制了产品研究开发的进行。

另一方面,由于不能对所开发的产品的性能给出合乎国际标准的各项测试指标,不能取信于消费者,限制了产品的市场开发,造成如今进口人造血管产品几乎垄断我国市场的现状。

因此必须充分认识国内外人造血管研究的差距和限制我国人造血管发展的制约条件,加大我国产品开发的力度,尽早实现系列产品的国产化[3]。

（四）人造血管的材料研究人造血管的研制开始于20世纪初,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大量动物实验,但因其易在短期内并发腔内血栓而未能在临床上得到广泛应用。

1952年Voorhees首先研究将维纶制成人造血管,改变了以往人工血管管壁的无通透性。

接下来的几年中,V oorhees,Blakemore以及Jaretzki做了大量的临床试验,研制了带有网孔的人造血管,这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。

随后,专家们测试了很多材料,如PVC(聚氯乙烯),聚丙烯腈(腈纶),丝绸,尼龙以及粘胶。

聚丙烯腈(腈纶)和尼龙制得的人造血管会在体内退化,因此这两种材料很快被淘汰。

PTFE(聚四氟乙烯)长丝直径比较大,其制得的人造血管不论是机织还是针织都较硬较重,因此较难缝合,其实用性不如聚酯(涤纶)人造血管。

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),但其人造血管的顺应性较差,临床资料表明ePTFE人造血管的通畅率仅为30%。

近年来聚氨酯(PU)材料倍受关注,因为这种材料具备良好的顺应性和弹性,具有优良的抗血栓性。

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[3]。

（五）人造血液与人造血管的应用人工血液因有效缓解血液紧张问题,避免异体间输血反应,减少传播血液性疾病。

且能充分利用过期或已污染的库存血液,减少血液资源的浪费。

被受到广泛的重视,研究力度强劲。