醫(yī)用縫合線纖維材料發(fā)展及應(yīng)用

陸 遠(yuǎn)，王 祺，王 煦，滿新賀

（清華大學(xué)附屬北京市垂楊柳醫(yī)院,北京100023）

病患的組織器官在受到外力產(chǎn)生較大的切口或造成部分開裂的情況時,醫(yī)院的治療需要在無菌環(huán)境下進(jìn)行,以避免進(jìn)一步的感染。而在傷口與醫(yī)療器械相接或治療完成后還需要對傷口進(jìn)行閉合處理,達(dá)到將傷口或手術(shù)產(chǎn)生的切口與身體組織固定,促進(jìn)患者傷口愈合的目的[1]。在此情境下,醫(yī)用縫合線的使用是最為主流的選擇。同時醫(yī)用縫合線也大量應(yīng)用在血管的結(jié)扎等外科創(chuàng)傷處理中[2]。

醫(yī)用縫合線是通過纖維單絲、復(fù)絲編制而成的醫(yī)用紡織材料,是所有大型外科手術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵一環(huán),往往需要其有一定的抗張能力以便于醫(yī)護(hù)人員的操作,同時也需要具備良好的生物相容性和穩(wěn)定性,使其在工作期間避免患者產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[3]。早在4000年前就有古代醫(yī)護(hù)人員通過亞麻縫合線對傷口進(jìn)行縫合的記錄,這也是有記載的最早的醫(yī)療器械之一[4]。在1950年之前,由于合成纖維的生產(chǎn)工藝并不完善,羊腸和蠶絲等天然材料成為主流的制備醫(yī)用縫合線原料。而隨著材料學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展,在現(xiàn)代發(fā)展出各類材質(zhì)的醫(yī)用縫合線,并產(chǎn)生了可吸收縫合線和不可吸收縫合線的分類,在我國則是以不可吸收縫合線為主,可吸收縫合線及其原材料的生產(chǎn)工藝并不成熟,很大程度上依賴于進(jìn)口[4],開發(fā)出新型可降解醫(yī)用縫合線的材料及生產(chǎn)工藝,是我國醫(yī)療行業(yè)中較為重視的問題。

1 醫(yī)用縫合線的發(fā)展及性能要求

古代對傷口的縫合處理較為粗糙,瑪雅人甚至使用大黑蟻蟻身的紐結(jié)來實(shí)現(xiàn)對傷口的縫合,而在埃及、印度等區(qū)域則有對使用頭發(fā)、動物的鬃毛、肌腱和棉線等材料作為縫合線的記錄。隨著古代各類工藝的成熟,金屬絲、蠶絲和植物纖維都成為了醫(yī)療縫合的材料。在16世紀(jì)后,蠶絲制成的縫合線開始應(yīng)用在對血管進(jìn)行結(jié)扎的處理當(dāng)中,19世紀(jì)則生產(chǎn)處經(jīng)過消毒處理的羊腸縫合線,20世紀(jì)的醫(yī)用縫合線材料則以經(jīng)過碘伏滅菌處理過的絲線和羊腸黏膜線為主。經(jīng)過時代的發(fā)展,天然纖維如毛發(fā)、金屬纖維和棉麻纖維等易發(fā)生感染的材料已經(jīng)被更為安全的腸線代替,然而滅菌后的腸線仍存在一定的感染風(fēng)險,故而合成纖維開始引入作為縫合線的原料[5]。

隨著材料合成行業(yè)的發(fā)展和生物科學(xué)與材料科學(xué)的交互,新型合成纖維如聚乙交酯、聚對二氧環(huán)己酮等開始引入。自1950年起,尼龍和聚丙烯等不可吸收纖維是醫(yī)用縫合線的主流材料,而1960年起,體內(nèi)可吸收的膠原線在分子交聯(lián)調(diào)節(jié)工藝下開發(fā)出來,1970年甲殼素及衍生合成纖維工藝成熟[6]。21世紀(jì)起,具有炎癥反應(yīng)大大降低和快速的組織吸收功能的抗菌縫合線開發(fā)完成。然而不管是可吸收或不可吸收縫合線,其抗拉強(qiáng)度都出現(xiàn)了大范圍的損失特征[7]。近年來,抗菌、載藥和緩釋消炎等能力的新型多功能、高性能的醫(yī)用縫合線的開發(fā)是人們?nèi)栽谧非蟮哪繕?biāo)。

作為承擔(dān)醫(yī)療作用的重要工具,醫(yī)用縫合線的性能要求有許多。醫(yī)用縫合線會植入體內(nèi),與身體的組織相互影響,故而首要的性能就是需要有較強(qiáng)的生物相容性,包括縫合線與血液的相容性、與組織的相容性等指標(biāo),要達(dá)標(biāo)對機(jī)體組織的高適應(yīng)性,組織反應(yīng)小,不出現(xiàn)免疫排斥和免疫應(yīng)答的目標(biāo)[8]。其二,便是可生物降解和可吸收性,對于縫合血管等深埋體內(nèi)的手術(shù)類型而言,可吸收類的縫合線可以實(shí)現(xiàn)在體液環(huán)境中的降解,避免了縫合線取出的步驟。但可生物降解的縫合線需要達(dá)到降解速度與組織愈合時間的匹配以及降解產(chǎn)物對人體沒有傷害或可直接排出體外的要求[9]。第三,縫合線需要有一定的力學(xué)性能如抗張強(qiáng)度、柔韌性和持結(jié)性等特點(diǎn),因?yàn)楣潭▊诘目p合線需維持結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定性,以防止組織的凹陷和裂口以及防止細(xì)菌和血凝塊的黏附,且不能因?yàn)檫B接的緊密在工作中被磨損。同時,縫合線要保持一定的拉伸強(qiáng)度和延伸率,以及彈性和蠕變性能,使在體內(nèi)工作時不會因?yàn)槭芰Χ鴶嗔裑10]。最后,則是在處理方面有易染色、可消毒和便于操作等特性。

2 醫(yī)用縫合線的材料及分類

縫合線的分類方式有很多種,按材料來源可分為天然材料和人工合成材料；按吸收性而言則可分為可吸收性和不可吸收性材料；按纖維則可分為復(fù)絲編織和單絲編制。下面介紹幾種現(xiàn)代的醫(yī)用縫合線材料。

2.1 動植物纖維

天然縫合線材料大多是動植物纖維,常見的天然縫合線大多分為兩種,動物的腸線和天然蠶絲縫合線。腸線的來源通常取自綿羊和山羊等動物的腸粘膜下層或是牛類的漿膜,其成分以膠原蛋白為主,是三條多肽鏈纏繞成三股螺旋結(jié)構(gòu)的大分子蛋白質(zhì)[11]。腸線是典型的可吸收性生物材料,且來源廣泛,成本較為低廉,故而在以前的醫(yī)療工作中大量應(yīng)用,但腸線也具有不可忽視的缺點(diǎn),其強(qiáng)度不均勻,在人體中的降解也不均勻,耐磨性差,現(xiàn)已被新型材料所取代。以膠原蛋白為主要材料的縫合線還有經(jīng)過重組的膠原縫合線,與腸線相比,膠原縫合線可以通過控制膠原分子的交聯(lián)程度來調(diào)整其在人體內(nèi)的降解速度,具有更為優(yōu)良的生物相容性,力學(xué)性能也更為均勻,在現(xiàn)代工藝的發(fā)展下,膠原縫合線的生產(chǎn)過程也簡單了許多。蠶絲制成的真絲縫合線則具有諸多優(yōu)點(diǎn),由于蠶絲屬于天然的蛋白質(zhì)纖維,同樣具有優(yōu)異的可降解性能,在人體經(jīng)過6個月左右就可完全降解,且其在人體內(nèi)的降解產(chǎn)物是各類氨基酸,不僅不會對人體造成危害,還能為人體帶來少量所需的營養(yǎng)物質(zhì)。同時真絲縫合線具有極佳的操作特性,力學(xué)性能極佳,易于打結(jié),且蠶絲在被人體血液浸潤后可緩慢膨脹從而達(dá)到填充針眼的作用,有效減少了血液的滲出[12]。

2.2 人工合成復(fù)合材料

人工合成的纖維材料可分為不可吸收型和可吸收型,人工合成不可吸收型纖維材料有尼龍、聚丙烯和聚酯類材料等；人工合成可吸收醫(yī)用縫合線材料以聚乙交酯、聚乙交酯-丙交酯、聚乳酸、聚對二氧環(huán)己酯、聚對二氧環(huán)乙酮等。其區(qū)別在于,可吸收材料大多具有一定的人體降解能力,對于人體內(nèi)部傷口的縫合具有更好的效果,避免了二次感染,而不可吸收材料通常應(yīng)用于表層傷口,更多地體現(xiàn)在對傷口的固定方面。下面介紹常見的人工合成復(fù)合材料纖維。

（1）聚酯纖維

聚酯類材料的拉伸強(qiáng)度和抗張能力是不可吸收類醫(yī)用縫合線中表現(xiàn)最好的材料,通常以復(fù)絲編織方式為主,其優(yōu)點(diǎn)是具有高模量、剛性好和較小的組織反應(yīng)性,但其彈性表現(xiàn)較差,在植入體內(nèi)后僅有少量的性能損失,可提供穩(wěn)定且長期的優(yōu)異支撐能力[13]。

（2）尼龍纖維和聚丙烯纖維

尼龍材料則以單絲編織方式存在,具有高強(qiáng)度和恰當(dāng)?shù)膹椥?同樣具有較小的組織反應(yīng)性,但結(jié)性差和水解性是不可忽視的缺點(diǎn),其抗拉強(qiáng)度在體內(nèi)會逐漸減小[14]。聚丙烯縫合線則是由丙烯聚合而成的全同立構(gòu)聚丙烯材料制成,以單絲編制方式為主,具有高強(qiáng)度、低密度和高韌性的特點(diǎn),同時具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和生物惰性,不會被降解,不吸水,組織反應(yīng)小,但在縫合線打結(jié)過程會造成一些磨損[15]。

（3）聚乙交酯纖維和聚乙交酯-丙交酯纖維

聚乙交酯纖維材料與聚酯纖維材料較為相似,在植入人體的第一周到第二周中力學(xué)性能保持較為完善,在人體內(nèi)的吸收周期為5～10周左右,相對其他材料具有最佳的生物相容性,大量應(yīng)用于腸胃、泌尿道、婦科等醫(yī)療手術(shù)中,在眼科醫(yī)用中也有應(yīng)用,但其較差的柔韌性使其作為手術(shù)縫合線在人體中應(yīng)用時會對人體組織帶來一定的傷害,且其力學(xué)強(qiáng)度會隨在人體中的工作時間而下降。所以除了快吸收縫合線仍在使用聚乙交酯纖維,大多采用聚乙交酯-丙交酯縫合線代替。相對于普通人工合成纖維,聚乙交酯-丙交酯纖維的強(qiáng)度和使用手感要好許多,抗張強(qiáng)度較高,且在人體內(nèi)可保持3～4周的強(qiáng)度,生物相容性和可降解性能也較好,9～14周就可完全吸收,且其降解時間會根據(jù)乙交酯和丙交酯共聚比例的不同發(fā)生一定程度的改變。聚乙交酯-丙交酯縫合線對人體無傷害、無殘留、無積累,是體內(nèi)傷口縫合的絕佳材料之一[16]。

（4）聚乳酸纖維

聚乳酸縫合線是兼具無毒、高強(qiáng)度、優(yōu)良的生物相容性和可吸收性,操作性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)的纖維材料,且其在人體降解后的產(chǎn)物是乳酸,對人體無害,不會造成感染。但親水性不足導(dǎo)致的胞黏附性弱,且降解產(chǎn)物乳酸的溶解使人體內(nèi)環(huán)境呈偏酸性,不利于細(xì)胞的生長等問題是其不可忽視的[17]。

除上述纖維外,還有金屬纖維和聚對二氧環(huán)己酯纖維等,利用不銹鋼、鈦合金和銀等金屬纖維制成的金屬縫合線具有高強(qiáng)度、高耐磨和高韌性等特點(diǎn),在胸骨對合、疝修補(bǔ)及肌腱修補(bǔ)等領(lǐng)域承擔(dān)重要角色,同時在固定表層傷口時還有減輕傷疤痕跡、促進(jìn)局部的恢復(fù)和局部止血的效果。而聚對二氧環(huán)己酯縫合線則因?yàn)槠浣M織反應(yīng)性小、抗張強(qiáng)度大和強(qiáng)度保留率高的特點(diǎn)在縫合愈合時間較長的傷口治療中大量應(yīng)用。

3 結(jié)語

醫(yī)用縫合線是現(xiàn)代外科醫(yī)療中的重要組成部分,根據(jù)不同的傷口處理類型有著豐富的選擇,為病患傷口的愈合提供重要助力,然而醫(yī)用縫合線仍存在一些問題,需要對工藝和材料進(jìn)行不斷的完善,例如天然材料縫合線雖然具有較高的柔韌性和力學(xué)性能,但降解效率低,吸收能力弱,容易引發(fā)炎癥反應(yīng),甚至降低傷口的愈合速度；而可吸收縫合線在人體可以被分解或分離,不易發(fā)生炎癥反應(yīng),但吸收時間和力學(xué)穩(wěn)定性能難以有效控制。為此,仍需醫(yī)療工作者們不斷努力和改進(jìn)。