医疗纺织品在人体内的应用

医疗纺织品在人体内的应用
张艳明　邱冠雄 (天津工业大学纺织与服装学院,天津,300160)
摘　要:用于人体内部的纺织品材料需要良好的生物相容性,介绍了几种用于人体内部的纺织材料,包括线、
织物和复合材料。

关键词:医用纺织品,复合材料,生物材料,应用
中图分类号:TS106167 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2004)06-0009-05
医疗用纺织品在产业用纺织品中占有重要的地位,随着医疗手段和纺织工程的不断进步,纺织品材料在医疗行业中的应用越来越广。

除了医疗防护服及一般外科敷料外,纺织品还以纤维和织物等形态应用于器官移植和血液过滤等方面。

本文主要介绍几种在人体内部应用的纺织品,包括线、织物和纺织复合材料。

1　可吸收缝合线[1～3]
111　性能要求
缝合线是由单丝或复丝制成的线,用以缝合伤口,联结组织和结扎血管。

因为缝合线直接接触人体组织,所以对其性能要求除耐消毒性和必要的力学性能外,与一般医用纤维有显著的不同,尤其对生物安全性要求非常严格。

作为缝合线用纤维,其拉伸强度、结节强度要大,炎症、异物反应要小,要没有毒副作用和致癌性,要有均匀的质量和便于手部操作的性能。

用于体内的可吸收缝合线还应在手术初期保持高强度,而在生物组织完全愈合后尽快降解而被人体吸收。

112　产品及应用
最早使用的生物吸收性缝合线是羊肠线,它
收稿日期:2003-09-11
作者简介:张艳明,女,1973年生,在读博士研究生。

主要从事复合材料的应用研究。

由羊肠粘膜和牛肠粘膜内的胶原加工而成。

但这种缝合线柔韧性欠佳,组织反应大,在消化液或感染环境中抗张强力很快降低甚至断裂,因而逐步被新型的生物吸收性缝合线所替代。

聚乙交酯(也称聚乙醇酸、聚羟基乙酸,英文缩写为PG A )缝合线是继羊肠线之后应用最早和最广的一个品种,它属于合成纤维,商品名称为泰克松[(Dex on ,美国T yco Healthcare G roup LP.的注册商标,由旗下的United States Surgical/Davis &G eck (USS/DG )公司生产,2003年10月该公司更
名为Syneture )],1970年即已实用化。

它在人体内存留强度大,在缝合7～11d 伤口愈合期内能保持高抗张强度。

聚二氧杂环己酮(英文缩写PDS )缝合线,由美国埃瑟肯公司(疑为美国的Exx on 公司,作者注)于20世纪70年代后期开发,已行销于国际市场。

这一材料的分子链上有醚键,柔软性高;单丝抗张强力高,甚至高于聚丙烯缝合线(不可吸收性缝合线);与组织摩擦力小,不需涂层;在人体内强度保留率高,手术28d 后,强度保留率仍达70%,因而适用于伤口难愈合的手术。

胶原缝合线是美国20世纪60年代开发的产品,它以高等动物骨胶原为原料制成,胶原纯度比羊肠线高,组织反应小,可通过调节分子交联程度来调整体内吸收速度。

使用这种缝合线不仅伤口愈合好、疤痕小,且结节性好、操作方便,在五官科、口腔科、眼科等面部精细手术中尤为适用。

113　新品种
甲壳素是甲壳类、昆虫类低等动物体中提取的多糖类物质,日本尤尼奇卡公司于20世纪90年代将这一材料纺成纤维,制成缝合线,开发出生物吸收性缝合线的一个新品种。

这种缝合线无色而有光泽,有蚕丝手感,能在25d 左右被人体吸收,因而创面愈合好。

这种缝合线还对胰液、胆液等碱性消化液有良好的耐力,更适用于这些部位的手术。

作为植物性生物材料,纤维素缝合线的医用缝合效果也同样受人关注。

俄罗斯曾报道开发羧甲基化粘胶长丝缝合线的情况,这种缝合线生物安全性好,生物吸收性好,有较好的弹性和强度,也是一种很有希望的缝合线。

2　人造假体
211　人造血管[2～4]
随着血管外科手术的发展,当人体心血管系统发生堵塞或功能衰退时,都可用人造血管进行置换,替代原来的受损心血管体系。

自1952年世界上开始用高分子材料做人造血管进行动物试验以来,人造血管已作为广泛用于临床的材料在医疗中起着重要的作用。

典型的例子是调换血管瘤患者的部分主动脉,其他的例子如糖尿病患者腿部动脉出现堵塞前兆时,用搭桥方法绕过原来的堵塞区段,使血液重新恢复循环。

过去30多年间,人造血管已成功地植入很多人体中,美国生产人造血管的工厂有新泽西州的Meadox 医药公司、佛罗里达州的C orvita 公司和马萨诸塞州的C.R.Bard 公司。

211.1　性能要求
人造血管替代人体血管作为输送血液的通道,除必要的耐消毒性、生物安全性外,还要求物理化学性能稳定、孔隙度适宜、有一定强度、易弯曲、不吸瘪、耐体内弯曲和压力,做植入手术时要求缝合性好,与人体组织能迅速结合,血管接通放血时不渗血或渗血少且能即刻停止。

当人造血管与人体血管缝合后,人造血管内壁在血液流通中附着各种血液成分,逐渐形成具有血液相容性的假内膜,其外壁也逐渐形成人体结缔组织而被固
定,这种结构与人体血管的内外膜结构非常相似。

人造血管具有合理的孔隙度对其内外膜长成非常重要。

孔隙过大,血液渗出量大,容易造成休克;孔隙太小,又不利于血液渗入,影响假内膜生长和外膜营养的供应。

211.2　原料及织造方法
织制人造血管的原料有桑蚕丝、聚酯长丝、聚酯高收缩丝、聚四氟乙烯纤维等。

最新开发的人造血管多选用生物吸收性材料进行浸渍和涂层,或在织造中掺入生物吸收性纤维,这样能使植入的人造血管初期渗血少,随生物吸收材料被降解,孔隙增大,便于内外膜的生长。

美国开发的聚乙交酯纤维和聚酯纤维双组分针织血管,日本开发的聚四氟乙烯纤维和胶原纤维双组分针织血管都具有这种优点。

早期开发人造血管多使用机织物,机织物孔隙率小、孔径均匀,内表面平滑,处理成蛇腹状,能适应于人体的伸缩性。

经编人造血管的外观比较粗糙,其表面有规律性的凹凸圈状结构,弹性好,手感轻,管壁比机织物略厚,具有不脱散的稳定性,缝制时扭曲现象小,手术成功率高。

特别是对于分叉人造血管,其分叉接头处可以利用多把梳栉轮流编织,使其既牢固又光滑,也能提高致密度,减少漏血量。

非织造人造血管因其毛绒外观,有利于白蛋白附着,能促进假内膜生成,近年内其应用也非常受人重视。

211.3　应用
人造血管的类型有直管型、分叉的Y 型和多支型等,直管型的人造血管常应用于四肢、胸腔或腹腔,Y 型人造血管大多作主动脉移植,多支型人造血管主要用作心脏的主动脉弓的调换。

在接近心脏的地方血液压力较高,出血的危险较大,用机织结构的人造血管较好;在腹腔内的人造血管最好用经编针织结构,因为它们比较柔韧,容易掌握和缝合。

目前,人造血管的应用还主要是替代人体较大的动脉血管。

由于静脉血管血流较慢,植入人造血管后在假内膜形成前容易形成血栓,所以其开发尚未成熟。

人造动脉血管的内径范围较广,一般在3～24mm 。

内径为6mm 以上的人造血管
通畅率良好,内径为4mm以下的人造血管因未解决抗血栓性和假内膜生成等问题而通畅率低,易出现早期凝血现象,极少应用于临床。

212　人造气管[5]
气管因肿瘤、外伤、炎症及先天性疾病等需做环形切除及气道重建时,由于气管解剖学上的特点,如果切除长度超过直接吻合限度50mm,则需用代用品———人造气管来重建气管,以保证气道的连续性和通畅。

满足上述气管要求的人造气管,必须先用生物复合材料制成圆筒形的骨架,再与其他多种材料复合而成。

212.1　性能要求
著名气管外科专家Neville教授指出,理想的气管替代物应该具备以下6大特征:①管腔密封不漏气;②易弯曲成形,但不致塌陷;③良好的组织相容性,能与宿主组织紧密结合;④炎症反应最小,无致癌性;⑤内壁光滑,防止成纤维细胞和细菌的侵入;⑥有利于气管粘膜上皮的生长。

212.2　研究进展
自20世纪50年代起,人们先后使用玻璃管、塑胶管、不锈钢管、硅胶管及陶瓷材料等作为气管的代用品。

这类代用品无孔隙,腔内无上皮再生,不能直接缝合,易脱落引起窒息。

而不锈钢网管、钽丝网、Marlex网(聚丙烯为原料,不可被人体吸收)作为代用气管,虽有利于纤维组织长入,固定作用好,但易发生管内狭窄、内膜生长不全及渗漏、感染等并发症。

近年来,也有采用聚酯纤维—硅胶管、碳纤维复合材料制成人造气管用于临床的报道,但这些人造气管缺乏柔软性、屈曲性和顺应性,无法满足在人体内实现组织化的要求,有吻合口肉芽阻塞、易裂开,不利于宿主气管粘膜、上皮生长,不易弯曲等问题存在,因此还缺乏临床推广应用的必要条件。

随着高分子材料和针织成形技术及生物医学工程的迅速发展,人类研制理想的人造气管成为可能。

高分子生物材料是高分子科学和生命科学相互渗透和发展而产生的新兴材料,为人类健全和完善身体功能提供了合适的材料。

同时针织成形技术的发展,为模拟人体内气管的成形,也为编织人体各种器官的骨架创造了条件。

针织成形编织的器官骨架能符合人体器官的柔顺性、顺应性和屈曲性的要求。

针织成形编织骨架的人造气管的优越性,是机织结构、膜结构、布条包绕等方法所制成的人造气管无法比拟的。

212.3　研究成果
东华大学的高级工程师王文祖利用高分子合成材料(可降解的聚乙交酯—丙交酯和不可降解的聚丙烯),采用针织微孔绒状管壁设计和针织成形加工的方法制成人造气管骨架,以聚氨酯作为内壁涂层,骨架表面涂层采用聚乳酸可降解材料,再与胶原液复合成壁厚数毫米的海绵状人造气管。

这是一种既能保持内壁平滑,同时又不致发生管壁塌陷和管体变形,且易于外科手术缝合,不易脱落的生物复合材料人造气管。

人造气管内径为10mm以上,其爆破压力为160kPa,抗拉强力460N,其力学特性适宜于人体气管纵向蠕动和横向扩张的需求。

213　人造韧带[1,2,4]
213.1　性能要求
人造韧带也叫人造筋腱,系指为修复伤残韧带而制作的代用假体。

这类假体需植入体内,接触血液和组织,对生物安全性要求很高,包括生物相容性、长期稳定性、支持组织增殖性等;同时,由于人造韧带需经受疲劳、磨损和骨质切割,对生物机械性要求也较高,包括生理递增应力应变特性、低蠕变性、高剪切强度等;加之人造韧带需与骨关节牢固地固定住防止松动滑脱,还需进行特定的结构设计。

213.2　结构与原料
人造韧带用机织物和编织物制成,编织物的应力应变性能和人的韧带相似,是最合适的结构材料。

非织造布因强度不足,不宜采用。

人造韧带为条带状,两端多有环,以利于用皮质骨螺钉固定在骨体上,随人体组织长入条带结构的纤维间而与人体结合为一体,因而可以充分发挥韧带的功能。

典型的碳纤维编织物植入体由32股,每股3000根单丝制成,编织角度为45°。

人造韧带所用的原料涉及聚四氟乙烯纤维、聚酯纤维、高强聚乙烯纤维以及芳纶等生物稳定性纤维,也包括碳纤维、聚氨酯纤维等生物亲和性纤维。

碳纤维和聚酯纤维编织结构复合材料特别
适合于制作膝部位的韧带代用品,使用聚酯纤维编织的韧带强度高,抗交变载荷蠕变性好。

213.3　应用
人造韧带的动物试验都很成功。

但据国外报道,大多数人造韧带临床应用在最近1～5年中都失败了。

部分原因是大多数应用人造韧带的病人都是非常年轻、身体健康、有竞争力的专业体育运动员,得了和运动有关的伤病,都希望尽可能快地完全恢复重返赛场,而人造韧带不可能承受如此剧烈的运动。

3　治疗与修补用纺织品
311　心脏用网托[4,6]
心脏用网托是由美国Acorn 心血管公司开发的一种新型经编织物,以聚酯纤维为原料,用来改变心脏麻痹患者生命质量的医学装置。

心脏麻痹是一种慢性综合病,这种病会削弱心脏运送身体所需正常血量的能力,为此心脏就会加大扩张和膨胀,最终导致压迫心肌。

常用的药物疗法和外科修正法只能暂时使病人的情况得以改善,不能治愈,而用于移植的心脏数量又非常有限。

因此,Acorn 公司开发出心脏托持装置,旨在利用此设备来制止病人心脏衰竭的发展。

311.1　工作原理
心脏托持装置(cardiac support device ,简称
CS D )的形状与心脏的形状相似,具有较好的强度、柔顺性、耐撕裂性和生物相容性。

这种装置容易在心脏的表面滑动,而且通过来回滑动可以调整出最合适的支持力。

CS D 并不顺从变形心脏的形状,而是在垂直方向施力,促进心脏形状的重新塑造。

通过使用CS D ,可以将心脏衰竭者的球形心脏重塑为健康的椭圆形。

通过网住和托持心脏,CS D 会控制住有病心脏的进一步膨胀,同时CS D 的柔顺性使得心脏可以正常跳动。

CS D 给心脏的托持力不但可以制止心肌细胞的进一步扩张,而且可以放松和恢复受损的心肌细胞。

311.2　原料与生产
CS D 这种网眼状的专用织物由德国制造的经
编机采用经编缎纹组织织成,所用原料为聚酯复
丝。

之所以选择聚酯纤维,是因为它具有与生物组织相容的特性,从而使得装置可与心脏外膜的表面融合在一起。

生产工序为:经编专用织物→织物按板裁制→缝合→浸洗→热成型,制成具有特定的机械性能、与生病心脏形状非常相像的产品。

311.3　应用
CS D 已获得CE 标志允许进入欧洲市场,Acorn 公司最近通过了IS O 9001/E N 46001认证,它
将在美国近15家医疗中心170个病人身上进行临床试验,同时该研究也将在德国和意大利进行。

312　用于修补的网状织物[4]
针织网状织物常用于修补腹股沟和脐带疝,并用于增强薄弱的腹壁。

传统的单梳栉经编针织结构用聚丙烯单根长丝和经缎垫纱,最近几年来改用较细的聚丙烯或聚酯复丝,织物更加柔韧,这可使修补过程较容易进行,织物在显微镜技术中受到较少的损伤。

在这一过程中,网状织物被卷绕在圆筒上通过插管将它引入体内,然后缝合固定好位置。

对于永久修复和增强腹壁的网状织物通常用生态性稳定的纤维,例如聚丙烯或聚酯纤维,但在某些情况下若只需暂时支撑器官,原料可用吸收性的纤维如聚乙交酯,可在90d 内被人体完全吸收。

313　神经导管[4,7]
国外最近开发了一种狭窄的管状机织物导管,用聚乙交酯纱线制成,由于修复损坏的末梢神经。

通过缝合,在中空导管的末端内部重新设置神经系统,管子可引导邻近的神经末梢,使它们得到再生,重新接触末端的残余部分,可以避免引起和移植部位有关的发病率,聚乙交酯可被人体吸收,无需取出。

国内的东华大学周围神经再生导管研究课题组也开发成了神经导管,该导管是聚乙交酯—丙交酯共聚物纱线编织物,经上海市第一人民医院在白鼠上切除2mm 坐骨神经后桥接动物试验,结果表明生物相容性好,该导管能使白鼠的近端神经和中端神经再生。

目前,课题组正准备研究采用神经导管加神经导线,并涂神经生长因子,以进一步提高神经生长速度和质量。

4　结束语
用合成纤维和天然纤维制成的纺织品除了本身具有某些生物相容性外,还可通过各种物理、化学方法进行改良,以达到特定的医疗用途,因而成为生物医学工程的主要材料。

例如胶原是人类有机体中软组织的主要组成部分,因此可对纺织品进行胶原材料表面改性,使其容易和软组织粘附。

而低密度聚乙烯(LDPE)本身和人体软骨的相容性较好,常用作面部、耳、鼻和喉部软骨的替代物。

作为医学领域的最新发展方向,生物医学工程以修补损伤、仿制器官乃至再造人体为目标,纺织材料是其发展中不可缺少的材料。

从缝合线到修补织物,从功能材料到人工假体,都充分地体现了纺织品新的价值。

医用纺织品向这一领域发展,具有深远的意义,其需求正在不断增长和深化。

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Application of the Medical T extiles in Human′s Body
Zhang Yanming,Qiu Guanxiong
(Institute of T extiles and Clothing,T ianjin P olytechnic University)
Abstract:The textile materials using in human′s body should be have excellent biocom patibility.This paper pre2 sents the application of the textile materials include thread,fabric and com posites using in human′s
body.
K eyw ords:medical textile,com posite material,biomaterial,application
(上接第8页)
The Situation and Development of The Stab2Resistant Body Arm ors
Guo Jinghe,Jiang Yaming
(Institute of C om posite M aterial,T ianjin P olytechnic University)
Abstract:Since the“9.11”event,antiterrorism and people′s safety has become an very im portant thing in the w orld.S o,as a part of body arm or,the stab2resistant fabric gained the rapid development.This paper
mainly introduced the comm on fibres used in stab2resistant material and the present state of it′s products
in domestic and abroad.
K eyw ords:body arm or,stab2resistant fabric,high2tech fibre。