中國第一代與第二代織物人造血管的研究和開發(fā)

錢 小 萍

(蘇州市錢小萍古絲綢復(fù)制研究所，江蘇 蘇州 215003)

QIAN Xiao-ping

(Suzhou Research Institute of Traditional Silk, Suzhou 215003, China)

中國第一代與第二代織物人造血管的研究和開發(fā)

錢 小 萍

(蘇州市錢小萍古絲綢復(fù)制研究所，江蘇 蘇州 215003)

紡織人造血管系特種結(jié)構(gòu)螺旋形管狀織物，當(dāng)人體血管病變或創(chuàng)傷時，可用相應(yīng)口徑的人造血管接上，以挽救人的生命。作者研究紡織人造血管歷經(jīng)三十余年，既參與了中國第一代紡織人造血管的研究，又發(fā)明了中國第二代紡織人造血管——機織滌綸毛絨型人造血管。文章較全面系統(tǒng)地分析了中國人造血管的歷史發(fā)展、研究和應(yīng)用，尤其對第二代人造血管的組織結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)等作了較詳細(xì)的論述。

人造血管；機織滌綸毛絨型；管壁結(jié)構(gòu)；臨床應(yīng)用

QIAN Xiao-ping

(Suzhou Research Institute of Traditional Silk, Suzhou 215003, China)

“紡織人造血管”系采用高分子化合物的紡織材料，通過紡織機械，應(yīng)用紡織技術(shù)制成的管狀物體，再經(jīng)造紋處理形成360°可彎曲，而不會發(fā)生扭曲和萎陷的柔軟的螺旋形紡織管狀織物。它的功能是當(dāng)人體血管阻塞、創(chuàng)傷斷裂、動脈縮窄或患動脈瘤需切除時，可用相應(yīng)口徑的人造血管接上，以挽救人的生命。人造血管的研究成功，在紡織和醫(yī)學(xué)史上具有十分重大的意義。筆者作為國內(nèi)紡織界較早、較長時間研究紡織人造血管的科研工作者，在古稀之年，將這一研究成果和理論進行系統(tǒng)總結(jié)，在本文中全面、深入地介紹中國第一代和第二代紡織人造血管的歷史狀況、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和臨床應(yīng)用等方面的內(nèi)容與要點。

1 中國紡織人造血管的研究歷史

最早的人造血管發(fā)明于美國，約在20世紀(jì)的40～50年代，美國一家名為Debiky的公司，首先推出了針織結(jié)構(gòu)的尼龍型人造血管，并應(yīng)用于臨床，這在醫(yī)學(xué)界引起了轟動，但價格十分昂貴。

1958年，中國紡織部和衛(wèi)生部根據(jù)醫(yī)學(xué)上的迫切需要，下達了由上海胸科醫(yī)院與蘇州絲綢研究所合作研制紡織人造血管的科研項目。與此同時，上海中山醫(yī)院與上海絲綢研究所云林絲織試樣廠也進行了真絲人造血管的合作研究。筆者在品種設(shè)計師金純榮老師的帶領(lǐng)下，從國外樣品分析到織物設(shè)計，從設(shè)備安裝到上機工藝的反復(fù)試驗，并配合上海胸科醫(yī)院的潘治、吳善芳、饒?zhí)旖〉柔t(yī)師做了嚴(yán)格的動物試驗和臨床試驗，終于在1959年研制成功機織尼龍人造血管，填補了國內(nèi)空白。

然而無論是尼龍人造血管還是真絲人造血管，它們在性能上都存在一定的缺陷：如尼龍人造血管易產(chǎn)生伸長、變形和老化，植入機體2～3年后，強力損失達60 %～90 %；而真絲人造血管則不耐人體內(nèi)酸堿的腐蝕。對此，上海胸科醫(yī)院和蘇州絲綢研究所決定繼續(xù)合作改進，設(shè)想進行滌綸長絲人造血管的研究。當(dāng)時筆者承擔(dān)了這一課題，主要在原材料和相關(guān)工藝方面進行改進，同時從直型血管發(fā)展到具有較高難度的Y型血管的試驗。通過3年多數(shù)十次的試驗和制織工藝上的改進，1963年“滌綸人造血管”(直型和Y型)研制成功，并正式應(yīng)用于人體。人造血管的彈性、強力、滲血量、管壁厚度等一系列技術(shù)指標(biāo)均達到了人體要求，被稱為“中國第一代人造血管”。20世紀(jì)60年代末，國家衛(wèi)生部專門下?lián)芰?0萬元經(jīng)費在蘇州織帶廠內(nèi)建造了一個用于“滌綸人造血管”投產(chǎn)的人造血管生產(chǎn)車間，配備了10多臺專用織機，并建設(shè)了造紋、消毒和測試等全套設(shè)施進行投產(chǎn)。后因文化大革命導(dǎo)致人造血管的研究和生產(chǎn)遭到破壞，直至1974年上海胸科醫(yī)院醫(yī)生提供了國際上出現(xiàn)“鵝毛絨”人造血管的信息，課題組又恢復(fù)了人造血管的探索和研究，對滌綸人造血管的工藝進行改進。經(jīng)過80余次的實驗改進，1979年9月，名為“機織滌綸毛絨型人造血管”臨床應(yīng)用成功。經(jīng)醫(yī)學(xué)界權(quán)威專家鑒定，該人造血管具有獨特的管壁結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的生物醫(yī)學(xué)性能，無論在彈性、強力，還是在滲血量、易縫性、愈合度等方面都超過了第一代人造血管，故被譽為中國“第二代人造血管”，是理想的血管代用品。該產(chǎn)品于1983年獲國家發(fā)明三等獎，1986年獲第十四屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明鍍金獎和布魯塞爾國際發(fā)明銀質(zhì)獎。

2 同時期國外人造血管的研究簡況

同時期，世界上有不少國家都在進行人造血管的研究和探索。1950年左右，美國最早開始這方面的研究，之后日本、英國、前蘇聯(lián)等國也都進行了人造血管的研究，不少已成功地應(yīng)用于臨床。然而，如何使人造血管能形成一種理想的管壁結(jié)構(gòu)，以減少滲血量，加快人體組織生長和愈合，一直是醫(yī)學(xué)界科學(xué)界追求和探索的目標(biāo)。

英國和美國科學(xué)家在20世紀(jì)70年代采用聚四氟乙烯材料，經(jīng)熱熔通過塞子和管子加以延展、拉伸，然后燒結(jié)冷卻而形成人造血管，并在多孔聚四氟乙烯的管子外壁涂上一層多孔的含有凝血物質(zhì)的彈性體，這就是當(dāng)時國際上被醫(yī)學(xué)界稱為考爾坦克斯(CORE-TEX)的人造血管，曾一度應(yīng)用于臨床，但存在著血管難縫合、口易破裂的缺點，如圖1所示。

圖1 多孔聚四氟乙烯人造血管Fig.1 Vascular prosthesis made of porous polytetra fluoethylene

前蘇聯(lián)的科學(xué)家曾研究采用合成絲(聚丙烯線和人造革線)，在圓形針織機上制織成針織圈絨血管。利用底面線的不同收縮，底線的沉降片圈彎曲而成的單面針織圈絨織物，但該血管因管壁太疏松，易變形和滲血，如圖2所示。

圖2 針織人造血管Fig.2 Knitted vascular prosthesis

根據(jù)美國醫(yī)學(xué)資料《Healing of Arferial Prostheses:goal or design and clinical use》介紹的血管設(shè)想了幾種方案，其中有用纖維束像編發(fā)辮那樣編起來或用一種像刷子一樣的框架作底板，在其孔中嵌入絨毛，如圖3所示。但此種血管的絨毛容易散落，管壁太厚，均未達到毛絨型血管的理想要求，故僅停留在動物試驗階段。

圖3 纖維束編織人造血管Fig.3 Braided vascular prosthesis with fi ber bundle

同時期，根據(jù)美國《Technical information》表明，他們曾研究了3種人造血管，即滌綸平紋機織型血管(圖4)、滌綸針織型血管(圖5)和滌綸針織大圈絨血管(圖6)。

3 機織滌綸毛絨型人造血管的設(shè)計和研究

中國研制的第一代人造血管的結(jié)構(gòu)與圖4類似。而第二代人造血管，即機織毛絨型人造血管在結(jié)構(gòu)和工藝方面與上述血管均不相同。

3.1 研究背景

盡管近60年來，世界上有不少科學(xué)家從多方面對人造血管進行研究和探索，也分別設(shè)計和研制成功多種類別的人造血管，但要使其能形成一種理想的管壁結(jié)構(gòu)、加快人體組織生長和愈合的問題卻一直未能得到很好的解決。在20世紀(jì)70年代初，美國迪倍蓋(DEBAKY)公司推出一種“鵝毛絨”人造血管，它是一種針織結(jié)構(gòu)的圈絨織物(圖6)，是當(dāng)時世界上較為先進的血管代用品，但當(dāng)時醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為該針織結(jié)構(gòu)的血管孔度大，易變形，尺寸穩(wěn)定性差，尚存在一定的缺陷，故需要在機織結(jié)構(gòu)、工藝上去創(chuàng)新和攻關(guān)。

3.2 管壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究

要使管壁形成絨毛或絨圈，又不采用針織的織造工藝，而是在機織工藝上形成，難度較高。起絨組織或毛圈組織，在特殊的平面織物上是可能達到的，如經(jīng)緯起絨織物和毛巾織物。而要在圓柱形的管狀織物上形成則非常困難，即便形成了絨毛和絨圈，其管壁厚度也會增加，不符合血管的要求。經(jīng)反復(fù)設(shè)計試驗，借助材質(zhì)、織物組織、經(jīng)緯密度和加工工藝四者優(yōu)化綜合和創(chuàng)新，最后終于試制成功了一種具有變化絨毛型的獨特管壁結(jié)構(gòu)的人造血管。

3.2.1 材質(zhì)的選擇

改變過去第一代人造血管采用的尼龍或滌綸長絲，而采用經(jīng)過“假捻機”加彈處理后的高分子聚酯纖維，使之具有較好的彈性、卷曲性和蓬松性，如圖7所示。圖7a為未經(jīng)加彈處理的聚酯長絲，圖7b為經(jīng)加彈處理后的聚酯長絲。

圖7 聚酯長絲加彈前后對比Fig.7 Comparison of polyester fi bers before and after texturing process

3.2.2 組織結(jié)構(gòu)設(shè)計

采種何種組織結(jié)構(gòu)是人造血管管壁結(jié)構(gòu)的最關(guān)鍵部分，查閱現(xiàn)有的中外文獻，凡提及管狀組織的，如美國迪倍蓋公司推出的人造血管和中國研究的第一代人造血管，均為簡單的平紋管狀組織，如圖8所示。

圖8 平紋管狀組織橫切面Fig.8 Cross section structure of plain tubular weave

這種組織交織緊密，浮長較短(浮點數(shù)等于1)，故既不利于管壁細(xì)胞組織的生長，又不能使絨毛形成，為此筆者設(shè)計研究出一種以緞紋組織為基礎(chǔ)組織的復(fù)雜的管狀組織，如圖9、圖10所示。

圖9 基礎(chǔ)組織組織圖Fig.9 Structure of base weave

圖10 緞紋管狀組織橫切面Fig.10 Cross section structure of stain tubular weave

從圖10可以看出，緞紋組織的浮長線較長，如五枚緞紋的浮點數(shù)等于4，八枚緞紋的浮點數(shù)等于7。試驗結(jié)果表明，該組織松軟適度，又利于絨毛的形成。然而緞紋管狀組織的應(yīng)用，又出現(xiàn)了管狀組織邊緣不能連續(xù)的問題，織出的管坯中兩邊有一條縫，使整個管狀表面既難看又不平整。對此筆者又通過反復(fù)的設(shè)計、試驗和探索，最后得出管狀組織邊緣組織連續(xù)的規(guī)律和公式：

式中：Mj為總經(jīng)數(shù)；Rj為組織循環(huán)之經(jīng)線數(shù)；Z為組織循環(huán)個數(shù)；Sw為緞紋組織之緯向飛數(shù)。

其總經(jīng)數(shù)必須根據(jù)此公式加以確定。而里層組織的起點位置數(shù)必須按下列規(guī)律求得：只有正確地確定了里層基礎(chǔ)組織的起點位置數(shù)，才可能正確推出該管狀組織的組織圖和上機圖。如圖11所示。

圖11 緞紋管狀組織上機圖Fig.11 Looming draft of stain tubular weave

因為解決了這兩個難點，即管狀組織總經(jīng)線的確定和里層組織的起點位置，管狀組織的突破和創(chuàng)新不但促使機織滌綸毛絨型人造血管的研究得以成功，同時該理論被入編全國絲織專業(yè)高等教材，筆者寫的論文《論管狀組織》獲紡織部全國A級論文獎，終于解決了緞紋管狀組織邊緣組織的連續(xù)問題。

3.2.3 經(jīng)緯密度配置

根據(jù)醫(yī)院動物實驗的結(jié)果，緞紋管狀組織結(jié)構(gòu)蓬松，有利于絨毛的形成。但由于管壁孔度太大，容易引起較大的滲血。為減小管壁的孔度和滲血量，必須加大組織密度，但密度增加又會影響絨毛效果。最后，通過進一步改進組織結(jié)構(gòu)，采用了增加組織浮點、增長浮長線的辦法，提高織物的覆蓋率，使緯線相互擠壓、覆蓋，從而促進絨毛的產(chǎn)生，又減少了織物的滲血。

其織物的密度配置為：經(jīng)密1 600～1 700根/10cm，緯密1 100～1 200根/10cm，組織浮長線之浮點數(shù)由4根提高到7～10根，織物覆蓋率為(125±3)%。

3.3 加工工藝的研究

3.3.1 織造工藝

為能織出經(jīng)緞紋組織為基礎(chǔ)組織的復(fù)雜的管狀組織，形成較為蓬松的絨毛型管壁結(jié)構(gòu)，經(jīng)反復(fù)實踐，得出織造工藝上應(yīng)注意以下技術(shù)要點：一是在制織過程中，要控制好經(jīng)緯線的張力。張力太小難以織造，張力太大則會影響織物的蓬松度。故要求保持適度而均勻的張力，尤其是緯線張力(搖紆張力和投梭力)不能有偏差，否則會導(dǎo)致管徑尺寸的變化。二是要注意兩邊邊經(jīng)的穿筘根數(shù)按稀密逐漸過渡，否則會造成兩邊密度與中間密度不均勻。

3.3.2 后處理工藝

首先，將織成的坯管在沸水中進行預(yù)縮處理，使每根纖維能較充分地收縮、卷曲和蓬松，從而促使管壁結(jié)構(gòu)達到絨毛的效果。其次，根據(jù)坯管的直徑，選擇比該坯管略小的玻璃桿，并在玻璃桿上用塑料線繞成螺旋形的紋路。其紋路的密度依據(jù)管徑的大小而有所差別，一般約3～6圈/cm；然后將預(yù)縮的坯管套在該玻璃桿上，再用塑料線沿著玻璃桿的螺旋紋凹槽扎緊。這里必須注意不能扎得太緊，要略留有余地；扎好后放入沸水中定形10 min左右，先取出塑料絲，再將有螺旋形紋路的織物管在沸水中松式定形20 min；最后經(jīng)水洗烘干，就形成了具有卷曲絨毛的螺旋形管狀紡織人造血管。

3.4 管壁結(jié)構(gòu)的特點分析

通過上述結(jié)構(gòu)和工藝的研究創(chuàng)新，使該血管具有一種獨特的管壁結(jié)構(gòu)，如圖12所示。

圖12 不同類型人造血管內(nèi)壁比較Fig.12 Internal wall structures comparison of different type of vascular prosthesis

其中a為機織平紋結(jié)構(gòu)，缺點為不蓬松、易滲血、難縫針；c為針織結(jié)構(gòu)，缺點是易變形、易滲血；b即為機織滌綸毛絨型結(jié)構(gòu)，它具有不易脫落的卷曲絨毛，緊度高，不易滲血，結(jié)構(gòu)孔松，易于內(nèi)皮細(xì)胞再生的特點。

3.5 醫(yī)學(xué)上的動物試驗與臨床應(yīng)用的研究

滌綸毛絨型人造血管的動物試驗和臨床應(yīng)用，由協(xié)作單位上海胸科醫(yī)院承擔(dān)、潘治醫(yī)師主持進行，經(jīng)過大量反復(fù)的動物試驗，根據(jù)試驗的結(jié)果和進展情況，不斷改進人造血管的結(jié)構(gòu)和制造工藝，使人造血管的技術(shù)指標(biāo)更趨向符合人體要求，更合理、先進，直至滌綸毛絨型人造血管進入臨床應(yīng)用。

3.5.1 動物實驗

3.5.1.1 試驗方法

首先對研究出的毛絨型人造血管進行各項指標(biāo)的技術(shù)測試，選擇合格的血管進行試驗。然后選擇試驗動物15頭，均為家犬，體重14～17.5 kg。

選擇內(nèi)徑0.5～0.7 cm、長度4～5 cm、毛絨高度0.152～0.184 mm、管壁厚度0.330～0.392 mm、管壁滲水量為142.2～188.1 mL/cm2/min/120 mm汞柱的滌綸毛絨型人造血管做移植，如圖13所示。

圖13 機織滌綸毛絨型人造血管移植的照片F(xiàn)ig.13 Transplant photograph of polyester loop velvet woven vascular prosthesis

動物試驗在無菌技術(shù)下進行，解剖并切除一段2～3 cm的腹主動脈，以口徑相仿的人造血管移植，用絲線做連接縫合，主動脈阻斷時間分別為13～33 min。

3.5.1.2 觀察方法

1)手術(shù)過程中觀察吻合對合情況，滲血量，近遠(yuǎn)端主動脈和人造血管博動等狀態(tài)；

2)術(shù)后觀察后肢活動、發(fā)育和股動脈博動；

3)術(shù)后1～12個月不同時期再開腹檢查局部愈合、粘連情況，弓頭做主動脈造影；

4)最后將動物處死，連同近遠(yuǎn)端主動脈取下人造血管，做巨體和顯微鏡檢查，觀察愈合情況，組織反應(yīng)，“新內(nèi)膜”形成情況，通暢度，有無血栓，觀察它們與管壁孔度間的關(guān)系，并做病理組織學(xué)檢查。

3.5.1.3 討 論

所有被試驗動物在吻合結(jié)束時人造血管及近遠(yuǎn)端主動脈均有明顯強有力的博動。經(jīng)1～12月觀察完全暢通者14頭，僅有1頭有部分阻塞，原因是遠(yuǎn)端吻合口漏并發(fā)假性動脈瘤。移植1個月而人造血管管腔仍通暢的家犬，所移植的人造血管吻合緣遠(yuǎn)離有皮內(nèi)細(xì)胞長入。移植2～12個月的人造血管全管內(nèi)壁均有內(nèi)皮細(xì)胞長入，形成光亮的“新內(nèi)膜”，如圖14所示。說明所移植的毛絨型人造血管已溶入試驗動物機體，承擔(dān)起正常血管應(yīng)有的作用。

圖14 移植60 d后在管壁長出光滑透亮的新內(nèi)膜照片F(xiàn)ig.14 Photograph of new inner membrane in vascular prosthesis after transplomted 60 days

3.5.2 臨床應(yīng)用

經(jīng)大量的動物試驗后，證明滌綸毛絨型人造血管的性能大大優(yōu)于第一代平紋型人造血管，同時它的安全性也得到了保障。上海胸科醫(yī)院首先將其用于臨床應(yīng)用，主要進行了主動脈的人造血管移植。病人分別患有主動脈縮窄、主動動脈瘤等病癥，經(jīng)移植第二代滌綸毛絨型人造血管后，患者均得到了康復(fù)，恢復(fù)了正常生活。北京阜外醫(yī)院、中國醫(yī)科大學(xué)附一院、北京首都醫(yī)院、南京鼓樓醫(yī)院等也應(yīng)用滌綸毛絨型人造血管或補片材料，對患有主動脈縮窄、心尖撕裂、心房粘連瘤、心室缺損、肝硬化、法魯氏四聯(lián)癥等病癥的病人，進行了人造血管移植或修復(fù)手術(shù)，均取得了成功，愈后效果良好。大連第一人民醫(yī)院應(yīng)用滌綸毛絨型人造血管對患有肝硬化的病人進行了脛腔靜脈行“H”爭流術(shù)，取得了良好的醫(yī)療效果。

滌綸毛絨型人造血管從1979年8月首次臨床應(yīng)用成功到1985年5月，據(jù)不完全統(tǒng)計，有200多例病人先后成功進行了滌綸毛絨型人造血管的移植和修補。

4 結(jié) 語

機織滌綸型人造血管的研制成功，是醫(yī)學(xué)和紡織結(jié)合的一項重大貢獻。它比原有的人造血管性能更優(yōu)越，尤其是經(jīng)上海胸科醫(yī)院和其他有關(guān)大醫(yī)院的多次臨床證實，該產(chǎn)品孔度適中，滲血量小，能在短期內(nèi)在管壁形成自身的新內(nèi)膜，對人體愈合尤其良好。故被醫(yī)學(xué)專家譽為理想的血管代用品。

Research and development of Chinese fi rst and second generation textile vascular prosthesis

Textile Vascular Prosthesis(TVP) is fabricated with special textured helical tabular fabrics. When human blood vessels undergo pathological changes or gets damaged, TVP with right diameter could be used to replace the damaged vessel and save lives. The author has been studying TVP for over 30 years. The author not only participated the development of the 1st generation of TVP, but invented the 2nd generation of TVP: Woven Polyester Velour Vascular Prosthesis(WPVVP). This article made a comprehensive and systematic analysis on the development history, research and applications of TVP. Deep expositions were given to the 2nd generation of TVP's fabric structures, processing techniques and others.

Vascular prosthesis; Woven polyester velour; Tabular structure; Clinical practice

TS105.1；R617

A

1001-7003(2011)09-0001-05

2011-02-15；

2011-06-22

錢小萍(1939－ )，女，研究員，國家級絲綢專家，主要從事中國古今絲織物的研究。