小口径人工血管顺应性研究进展（可编辑）

小口径人工血管顺应性研究进展（可编辑） 小口径人工血管顺应性研究进展 中国 科 技 论 文 在 线////0>. # 小口径人工血管顺应性研究进展** 关颖 ,关国平,王璐 (东华大学纺织面料技术教育部重点实验室, 上海 201620 ) 5 摘要 : 小口径 人 工血管 与宿主 血管 的 顺应 性不 匹 配是造 成 远 期通畅率低 的 原因之 一。 采 用 弹 性 优良 的 材料 、 减 小 壁 厚 、 增 大 孔 隙 率 与 孔径 、 增加 内 径 和 多 层 管 壁 结构 等 均 可 提 高 人 工 血管 的 顺应 性 。 反 之 ,一 些 后 处 理 程 序 可 能 会 降 低 高 分 子 人 工血管 的 顺应 性, 比 如 热 定 型。 因此 ,提高人 工血 管 的 顺应 性 需从材料 、结构 和后处 理 等 方面 综 合考虑 。 10 关键 词 : 生 物医学工程学;小口径人工血管;顺应性;材料;结构; 后处理 中图 分类号 :R318.01 The study of improving the compliance of small-diameter vascular prostheses 15 GUAN Ying, GUAN Guoping, WANG Lu Key Laboratory of Textile Science& Technology, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620 Abstract: Compliance mismatch between host artery and small-diameter vascular prostheses plays an important role in graft failure at present. The methods that improve the compliance of 20 small-diameter vascular prostheses include using materials with excellent elasticity, graft with thinner wall, larger porosity, inner diameter and multi-layered wall. However, post processing such as heat setting may decrease the compliance of small-diameter vascular prostheses. In a word, it need to take material, structure and fabrication into consideration to improve the compliance of artificial grafts25 Key words: biomedical engineering; small-diameter vascular prostheses; compliance; material; structure; post processing 0 引言 目前,大中口径人工血管的研究以及临床应用已经较为成熟,但是小口径(内 直径6 30 mm )人工血 管因其血流 速度慢、血压低等特点, 易形成血栓或内膜异常增生,从而导致移 [1] 植后远期通畅率低 。 尽管 经过了多年的研究和探索, 目前可用于临床的商用小口径人工血 管仍很少,最小内径仅为 5mm ,不能 满足所有临床应用的需求。另外 ,中远期通畅率仍然 [2] [3] 没有得到有效提高 。材料、血流动力学和机械性能都是 导致人工血管失败的原因 。其中 [4-6] 宿主血管和人工血管之间的顺应性不匹配是导致 血流动力学改变的重要原因 。当前针对 [7] 35 改善小口径人工血管顺应性的研究 主要 集中在血管材料、结构和后处理 方法等方面 。 1 人 工 血管的 材 料 人工血管的顺应性与材料的弹性有 直接关系, 材料的弹性越大, 血管的顺应性 越高[7] 。 与人体生物相容性良好的材料中, 聚氨酯具有较好 的弹性和弹性回复性, 被 较多地用来研制 [8-12] [13] 顺应性较好的小口径人工血管 ,PCL 也是常用的可提高顺应性的人工血管材料。Chen [14] 40 Ying 等 采用低模、 高伸的 PTT 长丝做 人工血管的纬纱, 从而 使制备 得的人工血管具有良 好的径向扩张性能和径向顺应性。 涤纶和膨体聚四氟乙烯血管的顺应性 与 PU 血管的顺应性 基金项目:博士点基金(201 ), 国家自然科学基金 No. 51003014 作者简介:关颖1991- 女, 博 士在读, 主要研 究方向为生物医用纺织品结构与性能研究 通信联系人:王璐1963-, 女, 教授, 主要研究 方向为生物医用纺织品. E-mail: wanglu@//. - 1 - 中国 科 技 论 文 在 线////. [15] [16] 相比相对较差 。Yang Hongjun 等 制备了一系 列涤纶 丝和氨纶丝不同配比的纬编织物增 强型三层人工血管, 随着 氨纶丝和涤纶丝的 比例增大, 人工血管 的顺应性 有所改善, 但对顺 应性的影响比较有限,仅在 1%/mmHg 以内。 45 2 人 工 血管的 结 构 2.1 管壁 厚度 [6] Hiroyuki Inoguchi 等 采用静电纺的方法制备 了一系列不同管壁厚度 的“机械响应”小 口径人工血管。 通过 改变电纺时间调节人工血管 壁厚, 研究发现血管壁厚与 电纺时间呈正比。 此研究共制备了 4 种壁 厚的人工血管,其壁厚值分别为 49 ?5 μ m (电 纺 10 min ,管 A ), 50 114 ?10 μ m (电纺 30 min , 管 B ) ,214 ?7 μ m ( 电纺 60 min , 管 C ) ,336 ?21 μ m (电 纺 100 min ,管 D )。各种壁厚的人 工 血管试样纤维直径均为 700-800 nm 。在低压时(0-20 mmHg), 管 A 的顺应性最好, 管 B 、 管 C 、 管 D 的顺应性依次降低。 此研究结果说明血管 [17, 18] 壁厚越薄, 顺 应性越优良。 Sang-Hoon Kim 等 也对血管壁厚与顺应性的关系 进行了研究 , [16] 得出了相同的结论。Yang Hongjun 等 研究发现 壁厚是 影响人工血管顺应性最重要的因素 , 55 因此,可以通过控制血管的壁厚,制备具有较好顺应性和拉伸强度的人工血管。 2.2 孔隙 率、孔径及 其分布 [19] Shu Qin Liu 等 通过改 变聚氨酯的浓度、 冷冻温度和冷冻方法来改变 血管的顺应性。 将 聚 氨 酯 溶 液 注 入 一 个 模 具 中 , 制 备 具 有 不 同 孔 径 和 孔隙率 的多孔 人 工 血 管 。 低 温 (0 ? -196 ? ) 冷 冻后 ,在 0 ?条件下将溶剂溶在水中 从而制得多孔血管。平均 孔径为数个μ m 60 到 70 μ m , 孔隙率为 10 % 到 51 % 范 围内 。 孔径 随冷冻温度降低而降低, 0 ?时孔径为 70 μ m ,-196 ? 时孔径为 4.7 μ m , 但是 孔隙率不变。 当 聚氨酯的浓度从 5 % 增大到 15 % 时, 孔 隙率分别从 51 % 降低至 10 % 。 当采用 7 % 浓度的聚 氨酯时, 制得了孔隙非均匀 的人工血管 , 从内壁到外壁,孔径从 21 μ m 增至 31 μ m 。随着聚合物浓度增加, 人工血管的顺应性降 低。大孔径的人工血管顺应性也相对 较好,当平均孔径从 70 μ m 降至 32 μ m 时, 顺应性 65 从 35.3 % 降 到 14.1 % 。 对于不同孔径分布 情况的两试样,其分布均匀度对人工血管 的顺应 [18] 性 没有 影 响 。 大 的 孔 隙 率 和 孔 径 有 利 于 提 高 人工 血 管 的 顺 应 性 。在 非 均 匀 的 血 管 上 , 非 均匀分布的孔降低了血管的顺应性。 [20] Doi K 等 在聚氨酯材料上, 采用计算机辅助准分子激光消融技术制备 了一系列小口径 人工血管, 内径为 2 mm 、 壁厚为 100 μ m 、 孔径为 100 μ m 、沿轴线方 向孔与孔之间的间 70 距为 200 μ m , 沿管壁 周 向孔与孔之间的间隔为 60? (1 型)、30?(2 型) 和 15? (3 型)。 结果表明, 沿周向孔数量增加顺应性也增加,3 型试样具有最高的顺应性, 并接近于人 冠状 动脉的顺应性。 2.3 内径 [7] Hiroyuki Inoguchi 等 在研究材料弹性 与顺应性关系的同时, 还 研究 了不同内径大小 (范 75 围:2-4mm ) 对顺应性的影响。 研究 发现, 内径为 2 mm 的人 工血管顺应性优于壁厚更厚的 内径为 4 mm 的人工血管。其他条件都相同时, 内径越大,血管顺应性越好。 2.4 多层 管壁 [21] Hiromichi Sonoda 等 采用微孔嵌 段聚氨酯(SPU )材料制备了同轴双层 小口径人工血 - 2 - 中国 科 技 论 文 在 线////. 管, 其内层 顺应性比外层好, 从而模拟真实血管顺应性 随压力的变化情况 。 同轴双层人工血 80 管示意图如图 1 所示。 此 双层血管是由 内层管插入到外层管内复合而成的。 通过调节内外层 管之间的间距、 微孔 密度和壁厚来改变 试样的顺应性。 薄壁、 高孔隙率的嵌 段聚氨酯膜做内 层, 从而在低压力 时管径扩张性提高。 厚壁 、 低 孔隙率的嵌 段聚氨酯膜做外层 , 高压力时管 径扩张性降低。 从低压区到高压区 的转折点由内外层管之间的距离所决定。 双层血管的压力 - 直径关系图如图 2 所示 。 85图 1 同轴双层人工血管示意图 Fig 1 Schematic diagram of double tubular artificial graft 图 2 双层血管压力- 直径关系图 90 Fig 2 Conceptual P-D relationship of coaxial double tubular artificial graft [22] Liu Shanshan 等 采用两 种不同浓度的 丝素溶液, 分别浇注在血管的内层和外层, 制成 了内层较紧密、 外层为海绵结构的 双层人工血管。 测得 其动态顺应性与 大隐静脉的顺应性值 [23] 相近。Sato Michiko 等 制备了双层 结构的丝素人工血管, 研究发现外层 为海绵结构、 内层 为静电纺结构的双层人工血管比单纯 静电纺结构的人工血管顺应性差。 [14] 95 Chen Ying 等 为了模 拟真实血管 压力- 直径的“J” 型曲线,采用机织 的方法制备了双层 结构的人工血管, 外层 血管具有与胶原纤维相同的机械性能 , 内层血管具有与弹性纤维相同 的机械性能, 两层血管之间由 接结组织 连接在一起。在低脉动压力段时 , 只有内层扩张, 使 血管在低脉动压力段时具有高的顺应性; 当 脉动压力继续增大时, 内层血管 扩张直到与外层 血管接触,从而两层同时扩张,使 血管 在高脉动压力段时具有低的顺应性 。 100 还有其他学者采用异质材料、聚(L- 丙交酯- 共- ε - 己内酯) 等, 制备 出具有良好顺应性 [17, 24] 的多层人工血管 。 - 3 - 中国 科 技 论 文 在 线////. 3 后 处 理方法 [19] Shu Qin Liu 等 在研究 不同孔隙率和孔径对血管顺应性影响的 同时,还研 究了 热定型 对血管顺应性的影响。 研究 结果表明, 经热定型后, 所有试样的 顺应性都有所 降低。 这是因 105 为, 热定型诱导在一定深度内的血管材料分子重排 , 也有可能构成血管材料 的所有分子都发 生了重排, 从而改变了血管的顺应性。 因此, 在 相同成型工艺下,经过后 处理, 制备出具有 [25] 相同孔径、分布和孔隙率,但不同顺应性的 人工血管。Martin ?á?ek 等 也研究发现纬编、 经编结构的人工血管顺应性与定型 温度之间 关系密切, 固定 纱线卷曲形态 的最优温度和时间 条件, 也是达到最优顺应性 所需的定型条件。 同时, 经轴向 拉伸的人工 血管顺应性也有所降 110 低, 拉伸 试样的方式改变了孔的形状 , 其沿 轴向拉伸方向变得狭长。也 可能是由于经拉伸处 理后聚氨酯分子重新取向,从而对 血管 顺应性产生影响。 4 结语 小口径人工血管的材料、 结构和 后处理方法, 都会对其顺应性产生 影响。 通过采用弹性 优良的材料、 减小 壁厚、 增大孔隙率 与 孔径、 增加内径和多层管壁结构等 方法来提高人工血 115 管的顺应性。 热定型等 后处理工艺 有可能会使人工血管的顺应性降 低。 所以试想 通过人工血 管材料、 管壁结构的改变大幅度的提高人工血管的顺应性, 从而保证在热 定型等后处理工艺 之后人工血管仍能保有较好的顺应性。 在制备人工血管时, 应充分考虑 各 方面因素及各因素 间的相互影响,才能达到人工血管 与宿主血管顺应性 匹配的目的。 致谢 120 该项目得到了博士点基金 (201 ) 和国 家自然科学基金 No. 51003014 的支 持。 [ 参 考文献] References [1] Lovett M, Cannizzaro C, Daheron L, Messmer B, Vunjak-Novakovic G, Kaplan DL. 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