多糖類止血粉的研究現(xiàn)狀與分析

王恒宇，薛坤侖，賀妍蓉，許建梅

(蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021)

創(chuàng)傷常常是指人體組織或器官的毀壞與功用障礙，其是由機械致傷等要素導致的，它具備普遍性、可預防性和現(xiàn)代性，在很大水平上影響了國民經(jīng)濟的增長和社會的穩(wěn)固，現(xiàn)在已被世界衛(wèi)生組織列為全球性公共衛(wèi)生課題[1]。而引起創(chuàng)傷出血的主要原因有醫(yī)療手術(shù)、交通傷亡、武裝沖突以及軍事戰(zhàn)爭等，在上述情況下，如果傷者的出血情況得不到有效的緩解與改善，那么有可能會引起休克以及其他癥狀，嚴重的甚至造成死亡。

因此，如何研制出高效且快捷的止血材料一直成為科學研究者研究的重點項目。止血材料要想達到止血的目的，必須具有快速凝血從而減少傷亡、對止血部位的組織無壓迫從而不會造成止血結(jié)束后的損傷等特點，那么材料需要具有良好的生物相容性、無細胞毒性、在體內(nèi)滯留不易產(chǎn)生血栓、可降解性、無后續(xù)并發(fā)癥等性能。

多糖是自然界中的一種高分子化合物，其基本結(jié)構(gòu)是單糖分子經(jīng)過糖苷鍵聚合所形成。作為大自然中廣泛存在的高分子材料，多糖類止血材料相較于其他止血材料有著更為優(yōu)異的止血性能，止血效率高；同時，廣泛的來源、優(yōu)良的生物相容性、較低的制備成本、較好的可吸收降解性、不容易引發(fā)應激反應等也是多糖類止血材料的特點。而對于粉狀止血材料來說，它適合于創(chuàng)面位置不規(guī)則、形態(tài)各異的情況，使用范圍較廣，并且還適合于神經(jīng)、顱腦等敏感部位；具有上藥的添加量可控、上藥操作方便快捷、傷口愈合較快、無殘留等優(yōu)勢。所以，多糖類止血粉就逐漸成為學者們研究的重點課題。

多糖類止血粉是多孔、微球形態(tài)的止血材料；尺寸在微米級；適用于創(chuàng)面位置不規(guī)則、形態(tài)各異(如深溝槽的傷口)的情況，也適用于神經(jīng)、顱腦等敏感部位的止血；其止血性能優(yōu)異、使用方便快捷并且易與其他種類止血材料配合使用；作為多孔微球形態(tài)，多糖類止血粉可以載藥，例如凝血酶、纖維蛋白、藥物因子等，這一特點是其他止血材料難以做到的。

為了給相關(guān)研究人員梳理清楚多糖類止血粉的性能特點、研究技術(shù)和應用前景等，本文采用了文獻調(diào)研的方式對近年來多糖類止血粉的相關(guān)研究論文進行了閱讀與歸納，綜述了多糖類止血粉的研究現(xiàn)狀，討論了多糖類止血粉的發(fā)展前景與發(fā)展方向。

1 止血機制

止血機制通常分為兩種，當人在受到創(chuàng)傷發(fā)生流血的時候，一種是機體自身所反應的生理性止血，另一種是采用止血材料進行止血的止血機制。

1.1 生理性止血機制

在正常情況下，當身體受到創(chuàng)傷出血時，對于一個出血相對較小的傷口，身體本身就可以開始凝血過程，使傷口處的血液流動成凝膠狀的血凝塊，這個過程稱為生理性止血[2]。

生理性止血機制主要包含以下三個方面[3-7]：一是血管緊縮，這會導致局部血管收縮反應加快，同時管腔變窄，因此減緩了通過受損區(qū)域的血流速度，從而提高了止血效率；二是當血管遭受傷害，血小板活化后，血小板得到了損傷區(qū)激活因子的刺激，立即聚集并附著在損傷區(qū)域，最終構(gòu)成龐大的血小板聚集區(qū)域；三是多種凝血因子連續(xù)被激活的同時，大量的凝固劑被活化的血小板釋放出來，使凝血酶的形成進程加快，凝血酶能夠?qū)⒖扇苄岳w維蛋白原在血漿中變成不溶性纖維蛋白進行止血。另外，血栓的形成主要歸功于血小板與纖維蛋白的協(xié)同作用，它的本質(zhì)就是一種血凝塊；而且當血小板的偽足伸入到纖維蛋白網(wǎng)絡時，已經(jīng)形成的血栓(血凝塊)會隨著網(wǎng)絡的收縮而變得愈發(fā)緊密，這要歸功于肌球蛋白與肌動蛋白的連續(xù)緊縮作用，從而達到進一步穩(wěn)固血栓的目的，完成二次止血。

1.2 止血材料的止血機制

人體自身雖然可以通過生理性止血的機制來進行止血，然而機體的凝血時間漫長，并且如果遇到嚴重創(chuàng)傷產(chǎn)生大出血的情況下，生理性止血的作用幾乎可以忽略不計。所以，我們需要止血材料來進行高效快捷的止血。根據(jù)目前的研究來看，止血材料的止血途徑有兩種[8,9]：第一種是生化止血，一方面在生物程度上，止血過程中的止血材料(生物制品類)能夠作用于內(nèi)、外源性凝血途徑中的凝血因子，促成纖維蛋白或凝血酶的構(gòu)成進而達到止血的目的，比如纖維蛋白密封劑(Tisucol、Beriplast)；另一方面在化學程度上，帶正電荷的止血材料能夠聯(lián)合或匯集血小板和紅細胞，促使血液凝固速度加快，帶負電荷的止血材料則能夠聯(lián)合血紅蛋白上的鐵離子，促進血紅蛋白的聚集效應，例如殼聚糖、α-氰基丙烯酸酯類醫(yī)用膠、再生氧化纖維素等。第二種是物理止血，從吸水性來說，因為材料能夠吸取血液中的水分，具有較強的吸水功能，使血細胞及血小板濃縮程度提高，血液的黏稠度大大增加，使血液的流動速度減緩，或者材料吸收水分膨脹后封鎖出血口，以此來達到止血的目標，比如醫(yī)用紗布、海綿、繃帶等；從密封性來說，這類材料本身不具有任何固有的止血活性，但可以通過快速聚合過程使傷口閉合、血管吻合保護和防止?jié)B漏，比如氰基丙烯酸酯、戊二醛白蛋白等。而最理想的方式則是使止血材料同時發(fā)揮以上兩種機制，則首先在極短的時間內(nèi)快速的物理性止血，同時由于材料與人體血液的接觸而觸發(fā)生理性止血。

2 止血制劑

2.1 無機類止血制劑

無機類止血制劑主要有沸石、黏土礦物、聚磷酸鹽等。沸石是一種天然的微孔鋁硅酸鹽晶體礦物并具有籠狀的腔體，既能容納水分子，又能容納陽離子，如鈉離子和鈣離子等[10]。當其與生理溶液相接觸時，可與其他陽離子進行交換[11]，由于水和鈣離子之間存在一定的靜電相互作用，因此當人體受到創(chuàng)傷時，在出血部位沸石會在其孔隙內(nèi)捕獲大量的血液促使局部Ca2+濃度升高從而導致凝血因子活化和血小板聚集而達到止血的目的[12-14]。

黏土礦物是由四面體硅酸鹽片和八面體鋁酸鹽片所組成的一種含水鋁硅酸鹽[15]。黏土具有比表面積大、熱穩(wěn)定性高、表面電荷大、晶體結(jié)構(gòu)特殊、離子交換能強等特點，由于水在硅酸鹽板之間的包覆，黏土也會膨脹[16]。在1958年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當血漿接觸高嶺土(四面體板與八面體板1∶1組成)時可活化體內(nèi)凝血級聯(lián)[17]，因此黏土礦物可以阻止血液的流動并且引起血液的凝固從而達到止血的目的。

聚磷酸鹽是一種無機類聚合物，Ruiz等[18]在2004年發(fā)現(xiàn)聚磷酸鹽可以在短時間內(nèi)使血液中的Ca2+濃度升高從而引發(fā)血小板聚集效應來進行止血，因此被認為是一種有效的止血劑。聚磷酸鹽在凝血級聯(lián)反應中有三種不同的功能：一為通過激活凝血因子Ⅻ來激活凝血途徑；二為通過凝血酶和凝血因子Xa因子促進V因子的活化；三為可提高纖維蛋白的穩(wěn)定性[19]。

2.2 有機類止血制劑

有機類止血制劑主要有天然高分子多糖類、蛋白類、合成聚合物等。膠原又稱為膠原蛋白，是一種廣泛存在于動物結(jié)締組織中的生物高分子結(jié)構(gòu)蛋白，它的功能在于結(jié)合組織與連接器官[20]。膠原類止血材料包括微纖維膠原、纖維膠原、非纖維膠原、基膜膠原等，通常具有可吸收性強、止血效果良好、易成型、生物相容性好等特點。膠原蛋白的止血對象主要作用在血小板上，膠原可以引發(fā)血小板的聚集效應形成血栓，還可以激活生理性止血機制中的內(nèi)源性凝血路徑，并且能夠刺激血小板釋放部分分泌物和亞細胞顆粒來促進止血進程(如多種凝血因子)，進而堵塞和黏附受損血管進行止血[21]。

合成聚合物就是將小分子的有機化學物質(zhì)(單體)通過各種化學反應聚合成含有重復結(jié)構(gòu)單元的大分子有機物，在醫(yī)療止血領域主要以陽離子聚合物作為止血材料。陽離子聚合物的止血機理可以表述為，通過其正電荷吸附帶負電的血小板和紅細胞，導致血小板和紅細胞發(fā)生聚集效應并促進凝血過程[19]。

各種有機無機類止血制劑各有優(yōu)缺點與適用性。無機類止血制劑的具有高比表面積和強吸水性的特點，有機類止血材料往往具有很好的可降解性和良好的生物相容性，實際應用中常采用各種物理、生化方法將多種材料復合，取長補短，制備出更加高效安全的醫(yī)用止血材料[19]。

3 多糖類止血粉

天然多糖是普遍存在的一種高分子化合物，其基本組成單元是單糖分子；多糖類止血材料一般有殼聚糖類、海藻酸類、纖維素類和淀粉類等。天然多糖由于具有優(yōu)異的止血性能、來源廣泛、生物相容性好、制備成本較低、人體內(nèi)易被降解吸收、引起應激反應較少等優(yōu)點而被大量應用于止血制劑。它的止血機理是某些材料攜帶正電荷，因此可以粘附帶負電的紅細胞從而導致紅細胞聚集，同時在血管損傷處形成堵塞[22]；或者某些材料由于其強吸水性，可以吸收大部分血液，捕捉紅細胞、血紅蛋白和血小板等物質(zhì)，進而使有關(guān)的凝血因子濃度大大提高，加速了生理性凝血機制的激活[23]。

3.1 殼聚糖

殼聚糖是從真菌的細胞壁，以及甲殼動物(如蝦、蟹類)的外殼中提取的天然多糖，其化學名稱為β-(1→4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[24]。根據(jù)脫乙酰度可分為甲殼質(zhì)與殼聚糖，脫乙酰度小于20%，天然多糖通常稱為甲殼質(zhì)；脫乙酰度大于70%，則稱為殼聚糖，因為脫乙酰度的極限不會超過100%，因此殼聚糖實際上是由這兩個單體物質(zhì)構(gòu)成的線性共聚物[25]。目前，殼聚糖止血材料可制成微球狀、繃帶、水凝膠、海綿等各種形態(tài)，適用于位置和形狀差異較大的創(chuàng)口[26]。此外，殼聚糖還可以構(gòu)成藥物的組分載體，用于穩(wěn)固藥物，促成藥物的吸收，減緩或管制藥物的溶解速度，協(xié)助藥物抵達靶器官，也可以抗酸、抗?jié)儯乐顾幬飺p傷胃部等[27]。

3.2 淀粉

淀粉是自然界中的一種多糖，也是光合作用的終極產(chǎn)物，它是由葡萄糖分子通過聚合所形成的，本質(zhì)上是一種高分子碳水化合物；淀粉結(jié)構(gòu)的基本組成單位為α-D-吡喃葡萄糖，而淀粉分子則是由α-D-1,4-糖苷鍵銜接經(jīng)過葡萄糖脫去水分子后的聚合物所構(gòu)成，它的分子結(jié)構(gòu)式為(C6H10O5)n，n為聚合度[28]。淀粉從結(jié)構(gòu)上可以分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種。在醫(yī)療衛(wèi)生領域，最普遍應用的是一種新型的改性多孔淀粉,它能夠簡略地描述為在糊化溫度下經(jīng)過物理、機械、化學和生物手段水解后在淀粉顆粒外表和內(nèi)部構(gòu)成的具備小孔結(jié)構(gòu)特征的止血材料[28]。

3.3 海藻酸

海藻酸作為一種天然的海洋高分子生物材料，普遍地存在于褐藻中，它是由α-L-古羅糖醛酸(M)和β-D-甘露糖醛酸(G)兩部分組成，因此本質(zhì)上是一種線性的糖醛酸；海藻酸通常以天然的狀態(tài)在細胞質(zhì)中存在，它對細胞壁的增強作用十分有效。海藻酸還經(jīng)常與海水中的許多陽離子相互聯(lián)結(jié)，構(gòu)成多種海藻酸鹽(如海藻酸鈉)[29]。在醫(yī)學上，海藻酸不僅能夠作為醫(yī)治藥物、神經(jīng)恢復、應變培育、組織工程、藥物緩釋等載體的可吸收材料，還可用于外科縫合、止血敷料、止血粉、體表愈合促成敷料等材料的研發(fā)[29]。

4 多糖類止血粉的制備與評價

多糖類止血粉為了實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，獲得比較理想的止血效果，可以根據(jù)不同的材料采用不同的制備方法并在制備后進行相應的表征與評價。表1對多種多糖類止血粉的制備方法、粉體外觀形態(tài)、生物學評價進行了總結(jié)。從表中可以看出，多糖類止血粉的制備方法主要有酸酶復合水解法、乳化交聯(lián)法、吸附法等；常見的評價方法有生物相容性評價和止血性能評價。

4.1 制備方法

多糖類止血粉通常都是采用制備多孔微球的方式來進行的，對于這種微球的制備方法主要有酸酶復合水解法、乳化交聯(lián)法和吸附法。

酸酶復合水解法廣泛適用于以淀粉為載體材料的制備流程；由于采用了生物化學相結(jié)合的方式所以工藝較為復雜；制備的粉體為微米級的多孔微球并且毒性很低。

乳化交聯(lián)法廣泛適用于多組分載體材料的制備流程；由于采用了化學物理相結(jié)合的方式所以工藝比較復雜；制備的粉體多為微米級的多孔微球，少數(shù)可達到納米級；雖然在制備流程中采用了交聯(lián)劑具有一定的毒性風險，但后處理工藝的存在使得粉體的毒性較低。

吸附法的適用范圍較小，但由于制備過程中不涉及化學、生物反應，是一種純物理的制備方法，所以工藝比較簡單；制備的粉體為微米級的多孔微球并且一般無毒性。

表1 多糖類止血粉的制備與表征

4.2 評價方法

4.2.1 生物相容性評價

生物相容性評價主要可分為細胞毒性實驗和組織相容性實驗。細胞毒性實驗是研究材料對細胞的生長、增殖、分化是否有影響，對細胞的活性是否有影響的實驗。根據(jù)細胞的生存率，將材料毒性分為0～5級。一般生物相容性好的材料毒性為0～1級，細胞的存活率可達到75%以上。多糖類止血粉具有很好的生物相容性，延常嬌等[2]采用乳液聚合法制備Poly(DEX-GMA/AAc)納米凝膠止血粉，該止血粉的細胞毒性實驗表明在細胞材料共培養(yǎng)24、48、72 h三個時間點的細胞存活率都超過了75%。

組織相容性實驗又可分為動物皮膚刺激性實驗和動物體內(nèi)埋植實驗。動物皮膚刺激性實驗是研究試驗藥物是否對動物皮膚有不良的影響的實驗，通常以皮膚過敏反應作為主要評價指標。多糖類止血粉對于動物皮膚的刺激性很小，根據(jù)表1中的多個文獻表明，多糖類止血粉的皮膚刺激反應平均值為零、皮膚表面?zhèn)跓o紅腫炎癥等不良反應[2,28,31]。

動物體內(nèi)埋植實驗是研究試驗藥物在動物體內(nèi)或傷口處是否產(chǎn)生不良反應的實驗，一般以受試物在動物體內(nèi)降解的情況作為評價指標。多糖類止血粉在動物體內(nèi)的降解性比較好，根據(jù)表1中的多個文獻表明，多糖類止血粉的降解速度較快并且在一段時間后，基本上可以達到完全降解[2,28,30-31]。

4.2.2 止血性能評價

止血性能評價主要可分為體外促凝血實驗和動物體內(nèi)止血實驗。體外促凝血實驗是研究試驗藥物在體外環(huán)境下是否能促進血液凝固的實驗，通常以全血凝固時間作為主要評價指標。多糖類止血粉可以有效地促進體外血液的凝固，根據(jù)表1中的多個文獻表明，多糖類止血粉可以在較短的時間內(nèi)使試管內(nèi)的新鮮血液完全凝固，凝血性能較好。

動物體內(nèi)止血實驗又可分為大鼠斷尾止血實驗和大鼠肝創(chuàng)面止血實驗。大鼠斷尾止血實驗是研究大鼠在斷尾出血后，試驗藥物能否有效對其進行止血的實驗，一般以止血時間作為主要評價指標。多糖類止血粉對大鼠斷尾的止血效果較好，根據(jù)表1中的多個文獻表明，多糖類止血粉能在較短時間內(nèi)使大鼠斷尾處止血，止血性能較好[28,30]。

大鼠肝創(chuàng)面止血實驗是研究大鼠的肝臟在受到創(chuàng)傷出血后，試驗藥物能否對其進行有效止血的實驗，通常以止血時間和止血量作為主要評價指標。多糖類止血粉對大鼠肝創(chuàng)面的止血效果也十分顯著，根據(jù)表1中的多個文獻表明，多糖類止血粉能在較短時間內(nèi)使肝臟創(chuàng)面完全止血并且紗布上吸收的出血量較少，止血性能較好[1,2,29,30,31]。

5 結(jié)語

本文分析了生理性止血的機制，以及以此為基礎的止血材料實現(xiàn)止血的機制與途徑，認為止血材料的研發(fā)思路包括以下幾個方面：(1)激發(fā)生理性止血：材料作用于內(nèi)、外源性凝血途徑中的凝血因子，促成纖維蛋白或凝血酶的構(gòu)成進而達到止血的目的；或者帶正電荷的止血材料能夠聯(lián)合或匯集血小板和紅細胞，促使血液凝固速度加快，帶負電荷的止血材料則能夠聯(lián)合血紅蛋白上的鐵離子，促進血紅蛋白的聚集效應。(2)濃縮血液，提高血細胞及血小板濃度來達到止血：這種方法需要材料多孔，親水性強，吸水性好。(3)材料吸收水分膨脹后封鎖密封出血部位來止血。

其次本文主要探討了多糖類止血粉的載體材料的種類及特點、制備方法、評價方法等。認為多糖類止血材料具有天然的促凝血作用，優(yōu)良的生物可降解性、生物相容性，無刺激性等特點，是制備多孔性止血粉劑的優(yōu)良材料。三種制備方法均有一定的適用范圍，采用的方式(物理、化學、生物)也不盡相同，但是其制備的粉體大多為微米級的多孔微球且毒性較低。同時止血粉的制備特點使得微球制備過程中可以負載一些消炎止痛、促凝血因子等藥物，并做成緩釋制劑，不但能起到止血的作用，而且對后繼受傷部分的快速修復也起到很好的作用。

雖然多糖類止血粉是應用于創(chuàng)傷急救等無醫(yī)療條件下的應急情況，但是隨著目前醫(yī)療器械的深入發(fā)展，將多糖類止血粉與相關(guān)的醫(yī)療器械結(jié)合使用也可以是一個新的趨勢，這樣既發(fā)揮了醫(yī)療器械的機械物理止血作用，又利用了藥物的促凝血作用，形成了醫(yī)療器械和藥物的協(xié)同止血作用；并且它的研究進展已經(jīng)在神經(jīng)外科、婦科、肛腸科、胸外科、牙科、燒傷整形科及耳鼻喉科等[33-39]領域有所突破。