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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2019-06-26 17:03
摘要：
目的：評(píng)估聚氨酯人工血管的綜合物理性能。
方法：參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0500-2004《心血管植入物人工血管》中的方法，測(cè)試聚氨酯人工血管的軸向拉伸強(qiáng)度、周向拉伸強(qiáng)度、薄膜加壓破裂強(qiáng)度、縫線牽拉強(qiáng)度、反復(fù)穿刺后強(qiáng)度、滲透性以及擴(kuò)張內(nèi)徑。
結(jié)果：試驗(yàn)得到樣品各測(cè)試項(xiàng)目的均值分別為軸向拉伸強(qiáng)度770.81 N、周向拉伸強(qiáng)度6.71 N·mm-1、薄膜加壓破裂強(qiáng)度294.78 kPa、縫線牽拉強(qiáng)度34.89 N、反復(fù)穿刺后強(qiáng)度2264 mmHg、滲透性為0 mL·min-1、擴(kuò)張內(nèi)徑2.20%。
結(jié)論：加強(qiáng)型聚氨酯材料人工血管有較好的綜合物理性能，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。
心血管疾病是危害人類健康的常見(jiàn)疾病之一，其發(fā)病率和死亡率在全球范圍內(nèi)居高不下[1-3]。血管移植和血管重建修復(fù)是心血管疾病的主要或輔助治療手段[4]。移植血管的主要來(lái)源為生物血管或人工血管[5]。同種異體生物血管和異種生物血管移植物易形成血栓，且來(lái)源緊缺[6]。自體生物血管大多來(lái)源于自體靜脈血管，不僅來(lái)源有限，帶來(lái)的創(chuàng)傷也比較大[7]，并且，在實(shí)際臨床中，有將近1/3的病人由于各種原因無(wú)法進(jìn)行自體血管的移植[8-9]。所以臨床上需要大量的人工血管作為移植替代物。
人工血管的開(kāi)發(fā)和研制距今已有6 0多年的歷史，目前用于制造人工血管的原料有滌綸（PET）、膨體聚四氟乙烯（ePTFE）、聚氨酯（PU）和天然桑蠶絲等[10-12]。其中，聚氨酯材料因其優(yōu)良的生物相容性(包括血液相容性和組織相容性)、耐磨性及耐疲勞等性能受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[13-15]。但是，針對(duì)其物理性能的評(píng)價(jià)，目前多為單一項(xiàng)目的定性評(píng)估，缺少綜合多方面物理性能測(cè)試的綜合性評(píng)價(jià)。
本文以聚氨酯為主體，使用滌綸編織加強(qiáng)的人工血管為試驗(yàn)對(duì)象，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0500-2004 《心血管植入物人工血管》中的方法，針對(duì)其包括拉伸強(qiáng)度、薄膜加壓破裂強(qiáng)度、縫線牽拉強(qiáng)度、反復(fù)穿刺后殘余強(qiáng)度、滲透壓以及擴(kuò)張內(nèi)徑多個(gè)物理項(xiàng)目進(jìn)行了試驗(yàn)，力求從多方面綜合評(píng)估其物理性能，為其物理性能的深入探究和更好的臨床應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
1 材料、儀器與方法
1.1 材料
本試驗(yàn)使用的人工血管內(nèi)外兩層為醫(yī)用聚氨酯，中間加強(qiáng)層為滌綸編織。血管直徑為34 mm，長(zhǎng)度為20 cm，壁厚為0.5 mm。試驗(yàn)樣品數(shù)量共5支，由武漢揚(yáng)森股份有限公司提供。
1.2 儀器
LST-40/JIB2單向激光測(cè)徑儀（雷斯特）；P1021-A-6軟管水壓綜合測(cè)試臺(tái)（深圳億威仕自動(dòng)化設(shè)備有限公司）；數(shù)字式脹破強(qiáng)度測(cè)試儀YG032E（泉州市美邦儀器有限公司）；萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)H5KS（Tinius Olsen）。
1.3 試驗(yàn)方法
目前，人工血管的物理性能測(cè)試，業(yè)內(nèi)參照標(biāo)準(zhǔn)為YY0500-2004《心血管植入物人工血管》，該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了測(cè)試的項(xiàng)目和方法，本研究立足于該標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)聚氨酯人工血管，展開(kāi)多項(xiàng)物理性能測(cè)試。
1.3.1 軸向拉伸強(qiáng)度
軸向拉伸強(qiáng)度是測(cè)定管狀血管移植物管型狀態(tài)下的軸向拉伸強(qiáng)度。
試驗(yàn)中將樣品的兩端分別固定在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的夾具上，夾具間距為50 mm。小心確保樣本沒(méi)有被拉伸、扭曲或被夾具損壞，應(yīng)盡量保持自然狀態(tài)。然后以150 mm·min-1的速率勻速拉伸樣本，直至樣本斷裂，記錄斷裂時(shí)的載荷值即為其軸向拉伸強(qiáng)度。
1.3.2 周向拉伸強(qiáng)度
周向拉伸強(qiáng)度是測(cè)定管狀血管移植物管型狀態(tài)下圓周方向拉伸強(qiáng)度。
從樣品上截取長(zhǎng)度為40 mm的供試樣本，記為樣本的長(zhǎng)度（L），單位為mm。將樣本放置在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)夾具的兩個(gè)銷上，確保樣本無(wú)拉伸或扭曲，保持自然狀態(tài)。以150 mm·min-1的速率拉伸樣本，直至達(dá)到斷裂點(diǎn)。記錄最大負(fù)載（Tmax）。
將每個(gè)樣品的最大負(fù)載（Tmax）除以其原始樣品長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算周向拉伸強(qiáng)度。公式如下：
1.3.3 薄膜加壓破裂強(qiáng)度
薄膜加壓破裂強(qiáng)度用于測(cè)定管狀血管移植物平片型狀態(tài)下的破裂強(qiáng)度。
試驗(yàn)截取長(zhǎng)度為100 mm的樣本，再沿縱軸方向切開(kāi)，撫平，形成厚度均勻的平片。將平片的樣品放置在數(shù)字式脹破強(qiáng)度測(cè)試儀底座的開(kāi)口上，使樣品完全覆蓋加壓薄膜，固定夾具環(huán)。以200 mL·min-1的速率均勻增加薄膜下面的壓力，直到樣品破裂，記錄破裂強(qiáng)度。
1.3.4 縫線牽拉強(qiáng)度
測(cè)定將縫線拉出管狀血管移植物管壁的力。
沿軸向截取一段長(zhǎng)度約為20 mm的樣本，使用6-0尼龍縫線（直徑0.16 mm）在距伸直樣本一端2 mm處插入并穿過(guò)一層血管壁，縫合成一個(gè)半環(huán)。以150 mm·min-1的速率拉伸縫線，記錄將縫線從血管假體中拉出，或?qū)е卵芗袤w壁損壞的拉力大小。
1.3.5 反復(fù)穿刺后殘余強(qiáng)度
沿人工血管的縱軸方向截取一段樣品后沿軸向剪開(kāi)，撫平后使用16 G的穿刺針，在血管表面進(jìn)行每平方厘米24次穿刺。穿刺后的樣品放置在開(kāi)口為1 cm2的薄膜加壓設(shè)備上，均勻增壓，直到樣品破裂，記錄此時(shí)的壓力值，即為反復(fù)穿刺后的殘余強(qiáng)度。
1.3.6 滲透壓
將樣品連接到軟管水壓綜合測(cè)試臺(tái)上，然后用生理鹽水充盈血管，逐漸增加壓力至100 kPa，觀察樣品的外表面是否出現(xiàn)水珠。
1.3.7 擴(kuò)張內(nèi)徑
使用圓錐規(guī)預(yù)先測(cè)量血管內(nèi)徑，使用標(biāo)稱壁厚計(jì)算血管外徑，外徑=內(nèi)徑+（標(biāo)稱壁厚×2）。對(duì)樣品施加一定預(yù)壓力，使其外徑與前述外徑相差在±0.1 mm以內(nèi)，此時(shí)認(rèn)為是測(cè)試的壓力零點(diǎn)，開(kāi)始測(cè)試。將人工血管與水壓發(fā)生器相連，保持壓力為180 mmHg，使用單項(xiàng)激光測(cè)徑儀測(cè)量血管的外徑，計(jì)算擴(kuò)張內(nèi)徑，得到擴(kuò)張比=（擴(kuò)張內(nèi)徑-初始內(nèi)徑）/初始內(nèi)徑。
2 結(jié)果
對(duì)試驗(yàn)樣品分別進(jìn)行上述物理學(xué)試驗(yàn)，所得到的試驗(yàn)結(jié)果如表 1所示。
表 1 聚氨酯血管綜合物理性能試驗(yàn)結(jié)果
3 討論
體內(nèi)血管由于肌肉收縮、運(yùn)動(dòng)等原因不斷地受到軸向應(yīng)力。因此，理想的人工血管必需具有與人體自然血管相近甚至更好的軸向力學(xué)性能。人體股動(dòng)脈的極限應(yīng)力為1~2 MPa[16]。由表 1可見(jiàn)，本研究中所用聚氨酯人工血管的軸向拉伸強(qiáng)度均值為770.81 N，等效于7.2 MPa，遠(yuǎn)高于人體極限值，有較好的抗拉性能。
由于人工血管在脈動(dòng)血流環(huán)境下長(zhǎng)期工作，正常的收縮壓為12.0~18.7 kPa，舒張壓為8.0~12.0 kPa，人工血管的耐壓性能越好，使用的可靠性就越大[17]。試驗(yàn)結(jié)果表明，樣品周向拉伸強(qiáng)度均值為6.71 N·mm-1，薄膜加壓破裂強(qiáng)度均值為294.78 kPa，并且，經(jīng)反復(fù)穿刺試驗(yàn)后，得到樣品的反復(fù)穿刺后強(qiáng)度均值為2264 mmHg，約為302 kPa?？梢?jiàn)樣品有良好的耐壓性，能夠滿足人體使用要求。
人工血管的縫線牽拉強(qiáng)度關(guān)系到縫合操作的難易和吻合口的強(qiáng)度，關(guān)系到植入后人工血管連接的牢固性，是一項(xiàng)十分重要的力學(xué)性能[17]。該縫線牽拉強(qiáng)度均值為34.89 N，能夠滿足手術(shù)植入操作和人體使用的要求。
在滲透性方面，試驗(yàn)樣本均未表現(xiàn)出滲漏的情況，表示血管在遠(yuǎn)高于人體血管內(nèi)部壓力的條件下，有良好的抗?jié)B漏性，即手術(shù)時(shí)無(wú)需預(yù)凝，人工血管可直接用于移植等外科手術(shù)，并且有利于防止血管在植入后由于血液的滲出造成血腫等并發(fā)癥。
對(duì)于擴(kuò)張內(nèi)徑，在模擬人體高壓，180 mmHg的加壓條件下，血管的內(nèi)徑擴(kuò)張均值為2.20%，能夠較好地匹配人體血管，防止吻合處內(nèi)膜增生，導(dǎo)致血栓栓塞。
上述試驗(yàn)，從拉伸強(qiáng)度、薄膜加壓破裂強(qiáng)度、縫線牽拉強(qiáng)度、反復(fù)穿刺后殘余強(qiáng)度、滲透性、擴(kuò)張內(nèi)徑多個(gè)方面，對(duì)加強(qiáng)型聚氨酯人工血管性能進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，聚氨酯材料人工血管具有較好的物理性能，有較好的臨床使用價(jià)值。
與此同時(shí)，人工血管作為一種長(zhǎng)期體內(nèi)植入物，其植入體內(nèi)后，將長(zhǎng)時(shí)間地面對(duì)人體的各個(gè)方向的血流沖擊摩擦、肌體牽拉，以及與體液和細(xì)胞之間的生化作用，其物理和化學(xué)性能都將發(fā)生改變。在新的血管再生之前，任何力學(xué)性能的缺失都有可能導(dǎo)致移植的失敗。然而，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)YY0500-2004《心血管植入物人工血管》中并沒(méi)有對(duì)人工血管在持續(xù)脈動(dòng)壓力后的長(zhǎng)期力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)估的明確要求，更沒(méi)有明確的測(cè)試方法。目前國(guó)家的人工血管注冊(cè)檢驗(yàn)，也并沒(méi)有硬性要求廠家提供人工血管疲勞測(cè)試，以及疲勞測(cè)試后相關(guān)力學(xué)性能的評(píng)估材料。由此看來(lái)，目前我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，尚存在一定的缺失。
在心血管疾病高發(fā)的全球環(huán)境下，人工血管的研發(fā)與應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。如何更加全面、客觀地完善檢驗(yàn)方法，更加準(zhǔn)確地評(píng)估人工血管的特性，確保其植入人體后充分發(fā)揮作用將是我們繼續(xù)努力探索的方向。
參考文獻(xiàn)
[1] Zhang L, Zhou J Y, Lu Q P, et al. A Novel Small-Diameter Vascular Graft:In Vivo Behavior of Biodegradable Three-Layered Tubular Scaffolds[J]. Biotechnolgy and Bioengineering, 2008, 4(99): 1007-1015.
[2] 黃云. 淺述中成藥在心血管疾病中的應(yīng)用[J]. 健康周刊, 2018, 11(12): 214-215. DOI:10.3969/j.issn.2096-1499.2018.12.207
[3] 王超. 重組人腦利鈉肽治療急性心力衰竭的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)處方藥, 2018, 16(1): 23-25. DOI:10.3969/j.issn.1671-945X.2018.01.016
[4] 郭鐵芳, 楊大平, 韓雪峰. 血管組織工程研究進(jìn)展[J]. 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 36(2): 172-174. DOI:10.3969/j.issn.1000-1905.2002.02.038
[5] Wang X W, Lin P, Yao Q Z, et al. Development of Small Diameter Vascular Graft[J]. World J Surg, 2007, 31(4): 682-689. DOI:10.1007/s00268-006-0731-z
[6] 賈立霞.人造血管水滲透儀的設(shè)計(jì)及其滲透性表征的實(shí)驗(yàn)研究[D].上海: 東華大學(xué), 2001: 2. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10255-2004042320.htm
[7] 管清海, 陳強(qiáng)譜, 張長(zhǎng)習(xí). 血管移植物在腹部靜脈修復(fù)重建中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)現(xiàn)代普通外科進(jìn)展, 2011, 14(4): 299-301.
[8] Veith F J, Moss C M, Sprayregen S, et al. Propertive Saphenous Venography in Arterial Reconstructive Surgery of the Lower Extremity[J]. Surgery, 1979, 85(3): 253-256.
[9] Edwards W S, Holdefer W F, Mohtashemi M. The Importance of Proper Caliber of Lumen in Femoral Popliteal Artery Reconstruction[J]. Surg Gynecol Obstet, 1966, 122(1): 37-40.
[10] Murray W J, Lyman D J, Wijelath E S. Vascular Graft Headling. Ⅲ. FTIR Analysis of ePTFE Graft Samples from Implanted Bigrafts[J]. J Biomed Mater Res Part B:Appl Biomater, 2004, 70(2): 223-232.
[11] Cho E H, Yang Y L, Mun C W, et al. Tissue-Engineered Semi-Microporous Segmented Polyetherurethane Vascular Prostheses[J]. J Biomater Sci Polym Edn, 2005, 16(6): 775-790. DOI:10.1163/1568562053992441
[12] Kannan R Y, Salacinski H J, Butler P E, et al. Current Status of Prosthetic Bypass Grafts:A Review[J]. J Biomed Mater Res Part B:Appl Biomater, 2005, 74(1): 570-581.
[13] 程戈, 付慧莉. 聚氨酯人工血管改性促進(jìn)內(nèi)皮化研究進(jìn)展[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì)(上), 2017, 6(3): 26-28.
[14] 徐雅碩, 鐘銀屏, 付強(qiáng), 等. 聚氨酯人工血管的研究進(jìn)展[J]. 功能材料, 2012, 43(z1): 6-9.
[15] 趙宏生, 蔡海波, 潘肇琦, 等. 生物載體用聚醚型聚氨酯多孔材料的研究[J]. 南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(12): 2006-2011.
[16] Sell SA, Mcclure MJ, Barnes CP, et al. Electrospun Polydioxanone Elastin Blends:Potential for Bioresorbable Vascular Grafts[J]. Biomed Mater, 2006, 1(2): 72-80. DOI:10.1088/1748-6041/1/2/004
[17] 潘仕榮, 楊世方, 易武, 等. 小徑微孔聚氨酯人工血管的制備條件對(duì)微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響[J]. 中國(guó)修復(fù)重建外科雜志, 2005, 19(1): 64-69. DOI:10.3321/j.issn:1002-1892.2005.01.018
作者：李崇崇，中國(guó)食品藥品檢定研究院
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