紡織人造血管的發(fā)展史

紡織人造血管的發(fā)展史

“紡造機械”采用高科技紡織材料，通過紡織機械應用紡織技術制備圓柱形物體。然后用紋理處理，形成一個帶有彎曲和傾斜的傾斜和彎曲的圓柱形紡織品。它不會發(fā)生彎曲和傾斜，也不會減少。它的功能是當人體血管阻塞、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)學史上具有十分重大的意義。筆者作為國內紡織界較早、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,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、結構、生產工藝和臨床應用等方面的內容與要點。1機織滌綸毛絨型人造血管的臨床應用最早的人造血管發(fā)明于美國,約在20世紀的40~50年代,美國一家名為Debiky的公司,首先推出了針織結構的尼龍型人造血管,并應用于臨床,這在醫(yī)學界引起了轟動,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。筆者在品種設計師金純榮老師的帶領下,從國外樣品分析到織物設計,從設備安裝到上機工藝的反復試驗,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,設想進行滌綸長絲人造血管的研究。當時筆者承擔了這一課題,主要在原材料和相關工藝方面進行改進,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指標均達到了人體要求,被稱為“中國第一代人造血管”。20世紀60年代末,國家衛(wèi)生部專門下?lián)芰?0萬元經費在蘇州織帶廠內建造了一個用于“滌綸人造血管”投產的人造血管生產車間,配備了10多臺專用織機,并建設了造紋、消毒和測試等全套設施進行投產。后因文化大革命導致人造血管的研究和生產遭到破壞,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”臨床應用成功。經醫(yī)學界權威專家鑒定,該人造血管具有獨特的管壁結構和優(yōu)越的生物醫(yī)學性能,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。該產品于1983年獲國家發(fā)明三等獎,1986年獲第十四屆日內瓦國際發(fā)明鍍金獎和布魯塞爾國際發(fā)明銀質獎。2從聚乙烯材料至非織造材料的纖維束同時期,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,不少已成功地應用于臨床。然而,如何使人造血管能形成一種理想的管壁結構,以減少滲血量,加快人體組織生長和愈合,一直是醫(yī)學界科學界追求和探索的目標。英國和美國科學家在20世紀70年代采用聚四氟乙烯材料,經熱熔通過塞子和管子加以延展、拉伸,然后燒結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的彈性體,這就是當時國際上被醫(yī)學界稱為考爾坦克斯(CORE-TEX)的人造血管,曾一度應用于臨床,但存在著血管難縫合、口易破裂的缺點,如圖1所示。前蘇聯(lián)的科學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。根據(jù)美國醫(yī)學資料《HealingofArferialProstheses:goalordesignandclinicaluse》介紹的血管設想了幾種方案,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。同時期,根據(jù)美國《Technicalinformation》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毛羽絨血管的設計和研究中國研制的第一代人造血管的結構與圖4類似。而第二代人造血管,即機織毛絨型人造血管在結構和工藝方面與上述血管均不相同。3.1水體結構的缺陷盡管近60年來,世界上有不少科學家從多方面對人造血管進行研究和探索,也分別設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構、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,它是一種針織結構的圈絨織物(圖6),是當時世界上較為先進的血管代用品,但當時醫(yī)學專家認為該針織結構的血管孔度大,易變形,尺寸穩(wěn)定性差,尚存在一定的缺陷,故需要在機織結構、工藝上去創(chuàng)新和攻關。3.2織物的特殊應用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。經反復設計試驗,借助材質、織物組織、經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構的人造血管。3.2.1高分子聚酯纖維的加彈整理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為未經加彈處理的聚酯長絲,圖7b為經加彈處理后的聚酯長絲。3.2.2組織試驗的結果采種何種組織結構是人造血管管壁結構的最關鍵部分,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。這種組織交織緊密,浮長較短(浮點數(shù)等于1),故既不利于管壁細胞組織的生長,又不能使絨毛形成,為此筆者設計研究出一種以緞紋組織為基礎組織的復雜的管狀組織,如圖9、圖10所示。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的設計、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:M其總經數(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。因為解決了這兩個難點,即管狀組織總經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織物組織結構的改善,是造成絨根據(jù)醫(yī)院動物實驗的結果,緞紋管狀組織結構蓬松,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構,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,從而促進絨毛的產生,又減少了織物的滲血。其織物的密度配置為:經密1600~1700根/10cm,緯密1100~1200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加工技術的研究3.3.1工藝上的技術要點為能織出經緞紋組織為基礎組織的復雜的管狀組織,形成較為蓬松的絨毛型管壁結構,經反復實踐,得出織造工藝上應注意以下技術要點:一是在制織過程中,要控制好經緯線的張力。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,否則會導致管徑尺寸的變化。二是要注意兩邊邊經的穿筘根數(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確定螺旋形的條紋首先,將織成的坯管在沸水中進行預縮處理,使每根纖維能較充分地收縮、卷曲和蓬松,從而促使管壁結構達到絨毛的效果。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10min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20min;最后經水洗烘干,就形成了具有卷曲絨毛的螺旋形管狀紡織人造血管。3.4機織平紋結構通過上述結構和工藝的研究創(chuàng)新,使該血管具有一種獨特的管壁結構,如圖12所示。其中a為機織平紋結構,缺點為不蓬松、易滲血、難縫針;c為針織結構,缺點是易變形、易滲血;b即為機織滌綸毛絨型結構,它具有不易脫落的卷曲絨毛,緊度高,不易滲血,結構孔松,易于內皮細胞再生的特點。3.5醫(yī)學上的動物試驗滌綸毛絨型人造血管的動物試驗和臨床應用,由協(xié)作單位上海胸科醫(yī)院承擔、潘治醫(yī)師主持進行,經過大量反復的動物試驗,根據(jù)試驗的結果和進展情況,不斷改進人造血管的結構和制造工藝,使人造血管的技術指標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用。3.5.1動物實驗3.5.1.體重、體重首先對研究出的毛絨型人造血管進行各項指標的技術測試,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14~17.5kg。選擇內徑0.5~0.7cm、長度4~5cm、毛絨高度0.152~0.184mm、管壁厚度0.330~0.392mm、管壁滲水量為142.2~188.1mL/cm動物試驗在無菌技術下進行,解剖并切除一段2~3cm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13~33min。3.5.1.術后再開腹檢查1)手術過程中觀察吻合對合情況,滲血量,近遠端主動脈和人造血管博動等狀態(tài);2)術后觀察后肢活動、發(fā)育和股動脈博動;3)術后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,“新內膜”形成情況,通暢度,有無血栓,觀察它們與管壁孔度間的關系,并做病理組織學檢查。3.5.1.遠端吻合口漏合并假性動脈瘤所有被試驗動物在吻合結束時人造血管及近遠端主動脈均有明顯強有力的博動。經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離有皮內細胞長入。移植2~12個月的人造血管全管內壁均有內皮細胞長入,形成光亮的“新內膜”,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,承擔起正常血管應有的作用。3.5.2醫(yī)療效果及效果經大量的動物試驗后,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,經移植第二代滌綸毛絨型人造血管后,患者均得到了康復,恢復了正常生活。北京阜外醫(yī)院、中國醫(yī)科大學附一院、北京首都醫(yī)院、南京鼓樓醫(yī)院等也應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手術,均取