不可壓迫性出血的止血材料研究進(jìn)展

朱 赫,侯皓中,馮天璽,楊曉劍

1.延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院,陜西 延安 716099; 2.空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院泌尿外科,西安 710032

現(xiàn)代戰(zhàn)場的創(chuàng)傷主要為火器傷或復(fù)合傷且伴隨嚴(yán)重的出血,不能有效控制出血是導(dǎo)致可預(yù)防性死亡的主要原因之一[1]。一項(xiàng)2001年10月—2011年6月伊拉克戰(zhàn)場4 596例死亡病例的分析顯示,約88%的戰(zhàn)傷死亡發(fā)生在傷員被送至醫(yī)療救治機(jī)構(gòu)之前,其中24%的可救治性死亡傷員中,又有約90%的傷員死于嚴(yán)重出血[2]?，F(xiàn)代戰(zhàn)場上最主要的出血部位為軀干(67%),其次為一些結(jié)合部位如腹股溝部、頸部、腋窩等(19%),以及四肢(14%)[2]。由于防護(hù)裝置性能提升、新型止血帶以及止血材料的廣泛應(yīng)用,四肢大出血得到有效控制;但因大血管的走行,軀干的嚴(yán)重創(chuàng)傷、腹內(nèi)主要器官損傷以及某些肢體結(jié)合部位或關(guān)節(jié)連接部位等交界區(qū)的損傷,往往會(huì)導(dǎo)致大出血,且難以使用壓迫或止血帶等方式有效、快速控制出血,被稱為不可壓迫性出血,導(dǎo)致病死率一直居高不下[3-5]。隨著戰(zhàn)場和戰(zhàn)傷形式的改變,對(duì)創(chuàng)傷止血的要求越來越高,止血材料的選擇不斷變化。目前主要的止血材料如沸石QuickClot[6]、海藻酸鹽[7]、殼聚糖[8]、血纖蛋白基繃帶或明膠基止血?jiǎng)9]等均對(duì)出血傷口有很高的止血效率,但它們通常對(duì)不可壓迫性出血無效[10]?，F(xiàn)國內(nèi)外對(duì)止血材料進(jìn)行了更深度的研究,開發(fā)了一系列針對(duì)不可壓迫性出血的止血材料。

1 已用于不可壓迫性出血控制的裝置

目前已有幾種控制不可壓迫性出血的裝置已被應(yīng)用。(1)腹主動(dòng)脈和交界止血帶(abdominal aortic and junctional tourniquet,AAJT),是一種通過外部壓迫來阻塞主動(dòng)脈血流的裝置,作為臨時(shí)止血裝置已被應(yīng)用,但AAJT的應(yīng)用容易導(dǎo)致腹內(nèi)臟器損傷、橫紋肌溶解等并發(fā)癥[11];(2)復(fù)蘇性主動(dòng)脈血管內(nèi)球囊阻斷術(shù):將球囊放入主動(dòng)脈來控制腹盆部的不可壓迫性出血,但需要專業(yè)的醫(yī)務(wù)人員才能應(yīng)用且可能導(dǎo)致缺血、再灌注損傷等問題[12];(3)局部加壓止血夾:可用于交界部位的止血,同樣有操作要求高與易導(dǎo)致缺血性損傷的問題[13]。這些止血裝置便攜性差、使用要求高而且容易導(dǎo)致并發(fā)癥[14]。

美軍近年研制了控制不可壓迫性出血的新型局部加壓止血器XStat。XStat中裝有約100塊直徑9mm、高度4.5mm、外層覆蓋有殼聚糖(chitosan,CS)物質(zhì)的纖維素壓縮海綿,通過特殊注射器注入不可壓迫性出血的傷口中,與血液接觸可迅速擴(kuò)張至12倍,無需手動(dòng)按壓,海綿自傷口內(nèi)部施加壓力,達(dá)到抑制深部大出血的目的[15]。Sims等[15]通過使用豬鎖骨下動(dòng)脈不可壓迫性出血模型,比較了XStat與QuikClot戰(zhàn)斗紗布(QuikClot combat gauze,QCCG,目前戰(zhàn)場上常用的一種含有高嶺土粘土材料的止血敷料)[16]的止血性能,XStat止血時(shí)間顯著縮短(31svs.65s),失血量更少。Kragh等[17]對(duì)XStat海綿的物理性能進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)XStat在傷口內(nèi)部10s內(nèi)可填充完畢且所施加的壓力更為均勻與對(duì)稱。但XStat壓縮海綿含有大量的纖維素,膨脹后不可吸收,通常要求在止血后4h內(nèi)手術(shù)取出[15]。

2 基于殼聚糖基的止血材料

殼聚糖是一種提取自貝殼類的天然堿性高分子多糖,CS自身所帶正電荷可促使血細(xì)胞或帶負(fù)電荷的細(xì)胞、蛋白聚集,誘導(dǎo)血小板聚集活化。因CS具有良好的凝血性、組織黏附性、生物相容性、無免疫原性等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及各種止血材料的研究[18-19]。Zhao等[20]將具有良好吸水、自膨脹性能的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)海綿[21]與CS交聯(lián),研發(fā)了一種合成聚乙烯醇-殼聚糖(PVA-CS)止血海綿。PVA-CS海綿可注射到不可壓迫性出血的傷口部位,吸收血液后體積擴(kuò)張8倍,并對(duì)周圍血管持續(xù)施加壓力以達(dá)到抑制出血的目的。在豬股動(dòng)脈切開模型中,比較了PVA-CS30(CS占30%的PVA-CS海綿)與PVA海綿組的止血性能,止血時(shí)間分別為2～3min、>6min,且PVA-CS30在2h后移除無再出血。豬股動(dòng)脈槍傷模型中,PVA-CS30在3min內(nèi)止血;同時(shí)利用小鼠皮膚缺損模型驗(yàn)證材料促愈合性能,PVA-CS30觀察到細(xì)胞增殖、活力更強(qiáng),傷口恢復(fù)更快,但PVA-CS海綿不可降解需手術(shù)取出[20]。

季銨化殼聚糖(quaternized chitosan,QCS)比CS有更好的水溶性與抗菌性而被廣泛用于止血材料的研究[22];具有大孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)特支架的冷凍凝膠也是一種被廣泛應(yīng)用的止血材料,但其力學(xué)性能與機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較弱[23];Zhao等[24]通過添加碳納米管(carbon nano tube,CNT)材料[25]來增強(qiáng)冷凍凝膠的物理性能,研發(fā)了可注射的碳納米管增強(qiáng)季銨化殼聚糖(QCS/CNT)冷凍凝膠。QCS/CNT冷凍凝膠中的季銨基團(tuán)帶有正電與血液成分產(chǎn)生相互作用,促進(jìn)吸附止血。經(jīng)小鼠環(huán)形肝損傷出血模型驗(yàn)證QCS/CNT止血性能,明膠海綿、QCS/CNT4(4mg/mL CNT)冷凍凝膠與紗布組止血時(shí)間分別為73、82和101s,出血量為123、27、163mg;在兔肝臟缺損模型中,注射QCS/CNT4冷凍凝膠失血量更少、止血速度更快。QCS/CNT冷凍凝膠具有良好的抗菌促愈合性能,通過小鼠皮膚缺損模型,冷凍凝膠與Tegaderm敷料對(duì)比,QCS/CNT4冷凍凝膠組傷口在第10天上皮層近乎完整,僅有少量炎癥反應(yīng),15d完全愈合,而Tegaderm組上皮層仍粗糙、不完整。雖然QCS/CNT冷凍凝膠有良好的生物相容性,但QCS與碳納米管均在生物體內(nèi)難以降解,需手術(shù)取出[24]。

3 新型復(fù)合止血材料

CS材料也有一定的局限性,其降解性能差、降解耗時(shí)長、不及時(shí)取出易導(dǎo)致炎癥[26],而且單獨(dú)使用常對(duì)深部大出血和不可壓迫性出血效果有限。目前多數(shù)止血材料是以CS為基質(zhì)制備的新衍生物或添加纖維蛋白粘合劑增強(qiáng)止血效果[1]。隨著止血材料的不斷發(fā)展,逐漸傾向于多學(xué)科融合發(fā)展,研發(fā)新型復(fù)合止血材料。

用于院前出血控制的止血材料應(yīng)具有良好的生物相容性、降解性高的特點(diǎn)[27]。而甲殼素衍生物羧甲基甲殼素(carboxymethyl chitin,CMCH)有很強(qiáng)的親水性,可在溶菌酶的作用下降解且無毒副作用[28];同時(shí)聚多巴胺有較強(qiáng)的黏附性與降解性,可以黏附在許多材料之上,附著后的材料有良好的穩(wěn)定性[29]。由于交聯(lián)劑可能導(dǎo)致降解與生物安全等問題,Lv等[30]在不使用交聯(lián)劑的基礎(chǔ)上研發(fā)了附著聚多巴胺的羧甲基甲殼素止血海綿,同時(shí)添加了膠原蛋白進(jìn)一步增強(qiáng)海綿的止血性能與生物相容性。研究[30]顯示CMCH海綿在吸收血液后迅速膨脹持續(xù)對(duì)周圍釋放壓力并激活凝血途徑,在大鼠肝臟穿透模型中,CMCH海綿在60s內(nèi)止住肝臟出血,失血量約為0.44g,優(yōu)于臨床使用的膠原海綿iRegene(114s,0.65g)。CMCH海綿具有良好的降解性,在20mg/L溶菌酶作用下32d內(nèi)海綿完全降解,在大鼠皮下植入海綿依次觀察7、17、28d,28d后未見海綿殘留且無炎癥及不良反應(yīng)。

Beaman等[31]研發(fā)了一種合成聚氨酯形狀記憶聚合物(shape memory polymer,SMP)泡沫,將預(yù)成型海綿加熱到熱轉(zhuǎn)變溫度,壓縮和冷卻形成以壓縮狀態(tài)儲(chǔ)存的聚合物泡沫,遇到血液迅速膨脹壓迫止血。使用豬肝損傷出血模型,比較SMP泡沫粉末(攪拌研磨的SMP精細(xì)粉末)與XStat和QCCG對(duì)不可壓迫性出血傷口的止血性能,SMP泡沫粉末出血時(shí)間為(21±7)min,較XStat減少28%[(29±2)min]、較QCCG減少23%[(27±4)min];XStat組與QCCG組失血量分別為(1300±300)mL、(1300±400)mL,SMP泡沫粉末組減少11%[(1100±300)mL],且使用SMP泡沫粉末處理的動(dòng)物存活率遠(yuǎn)高于其他兩組。SMP泡沫粉末對(duì)不可壓迫性出血是一種有效的方式,但在這項(xiàng)研究中并未直接使用記憶泡沫,而是使用SMP泡沫粉末進(jìn)行體內(nèi)止血實(shí)驗(yàn),故SMP泡沫止血性能仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)確定。

基于明膠的止血?jiǎng)┮驯粡V泛使用,明膠物質(zhì)可以促進(jìn)血小板聚集,提高止血效率且具有良好的生物相容性與生物降解性[32-33]。通常明膠海綿有良好的止血能力,但無法應(yīng)對(duì)深部不可壓迫性出血。Huang等[34]利用明膠、聚多巴胺在低溫條件下聚合制備了一系列可生物降解的互穿聚合網(wǎng)絡(luò)(interpenetrating polymer network,IPN)冷凍凝膠,交聯(lián)明膠與聚多巴胺的IPN結(jié)構(gòu)賦予冷凍凝膠堅(jiān)固的機(jī)械性能與形狀記憶性能。在大鼠肝切口模型中,GT25/DA8(止血凝膠中明膠和多巴胺濃度分別為25mg/mL、8mg/mL)止血時(shí)間62s,失血量9mg,遠(yuǎn)少于其他凝膠組與紗布組。在兔肝交叉切口模型中,GT25/DA8止血時(shí)間82s,失血量1.7g,止血性能最好。通過豬鎖骨下動(dòng)靜脈完全橫斷模型比較GT25/DA8、PVA海綿與紗布的止血性能,止血時(shí)間分別為5.8、23、25.4min,失血量分別為193、678、487mL。應(yīng)用GT25/DA8與Tegaderm敷料在小鼠全層皮膚缺損模型中評(píng)估材料的抗菌促愈合性能,治療3d后GT25/DA8組皮膚創(chuàng)面收縮近50%,而Tegaderm敷料組僅25%,治療14d后,GT25/DA8組創(chuàng)面愈合,Tegaderm敷料組創(chuàng)面收縮率80%。由于GT25/DA8載有強(qiáng)力霉素與萬古霉素,具有良好的抗菌性能,使用Tegaderm敷料的小鼠傷口在3d后出現(xiàn)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。GT25/DA8在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)植入28d后幾乎完全降解,具有良好的生物降解性[34]。

對(duì)于某些不可視的不可壓迫性腹內(nèi)出血或內(nèi)臟出血,Li等[35]將CaCO3負(fù)載于Janus顆粒上制成一種運(yùn)動(dòng)止血器。Janus顆粒是一種獨(dú)特的納米材料,廣泛應(yīng)用于藥物載體,其接觸流體可釋放氣泡[36],同時(shí)Janus顆粒中添加了有高吸水性、良好降解性的微孔淀粉[37]以及具有促凝作用的氨甲環(huán)酸[38]。與液體接觸后,CaCO3迅速溶解,形成氣泡,與Janus顆粒共同運(yùn)動(dòng)促進(jìn)止血。在兔肝動(dòng)脈橫斷模型中[35],Janus顆粒止血時(shí)間最短(48±5)s,遠(yuǎn)少于MSST(載有凝血酶的MSS顆粒)組(92±6)s以及紗布/凝血酶組(147±18)s;兔股動(dòng)脈橫斷的模型中,Janus顆粒(3.4±0.4)min止血,相比MSST組與紗布組止血最快、失血量最少、存活率最高;Janus顆粒可在不可視的情況下自運(yùn)動(dòng)至傷口深層止血促凝[35],但它的可移動(dòng)性同時(shí)也有引發(fā)心血管栓塞的風(fēng)險(xiǎn)。

輸注血小板是一種控制出血的有效方法[39]。血小板通過血小板糖膜蛋白Ibα與血管性血友病因子結(jié)合,在血管損傷部位與膠原蛋白結(jié)合促進(jìn)止血[40],但血小板制品保質(zhì)期短、難以長期保存且易污染[39]。Sekhon等[41]研發(fā)了基于脂質(zhì)體的血小板模擬物納米顆粒(platelet-mimicking procoagulant nanoparticles,PPN),PPN有與天然血小板相似的黏附、聚集和促凝作用,在SD大鼠肝部分切除模型中, PPN組、對(duì)照納米顆粒組、鹽水組比較顯示PPN 1h失血量約5mL,其他兩組6、8mL;3h生存分析中,PPN治療的大鼠100%存活,兩組對(duì)照組存活率分別為80%、60%,且在肝損傷部位免疫熒光圖像顯示,PPN治療后血凝塊的纖維蛋白熒光更大,凝血性能更好。盡管血小板模擬物納米顆粒對(duì)不可壓迫性出血有效,但其是否會(huì)在循環(huán)系統(tǒng)中導(dǎo)致血栓形成、免疫風(fēng)險(xiǎn)等仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論與展望

在戰(zhàn)場環(huán)境下,不可壓迫性出血的快速控制是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn),對(duì)挽救可預(yù)防性出血傷員的生命有重要意義,研發(fā)針對(duì)不可壓迫性出血的新型止血材料是海內(nèi)外軍事醫(yī)療研究的重點(diǎn)。了解現(xiàn)有止血材料的止血性能、作用方式是開發(fā)快速、形狀可變、廣泛適用的止血材料的先決條件?，F(xiàn)已開發(fā)了多種針對(duì)不可壓迫性出血的止血材料,包括海綿/泡沫、冷凍凝膠、血小板模擬物等新型復(fù)合止血材料,通過不同作用方式實(shí)現(xiàn)快速止血的目標(biāo)。止血材料的研發(fā)是一個(gè)長期且困難的過程,越來越多的研究者將醫(yī)學(xué)、化工、生物醫(yī)學(xué)等技術(shù)相結(jié)合,取長補(bǔ)短來研發(fā)新型復(fù)合止血材料。

未來對(duì)不可壓迫性出血的止血材料的研究仍需深入探索,同時(shí)筆者認(rèn)為未來的止血材料也應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn):(1)現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境復(fù)雜多變,嚴(yán)寒、酷暑,荒漠、高原甚至雨林等,不可壓迫性出血的新型止血材料應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境保持良好的穩(wěn)定性以及止血性能;(2)不受凝血功能的影響,對(duì)凝血功能異?；蛴姓系K的傷員同樣適用;(3)對(duì)新概念武器,如燃燒彈、穿甲彈、激光武器所產(chǎn)生的熱破壞、輻射破壞等造成的深部組織或器官損傷,可有效控制[5]。

針對(duì)不可壓迫性出血的新型止血材料的研發(fā)與應(yīng)用,可能為戰(zhàn)場出血傷員提供有效的救助。隨著各學(xué)科與科技的發(fā)展,對(duì)止血材料進(jìn)行更深入的研究與探索,新型止血材料領(lǐng)域必會(huì)有長足發(fā)展。

作者貢獻(xiàn)聲明：朱赫、楊曉劍:文獻(xiàn)檢索、論文撰寫及修改;侯皓中、馮天璽:論文設(shè)計(jì)、文章校對(duì)