聚丙烯酰胺用途 [医用聚丙烯酰胺水凝胶国内基础研究评析]

　　鲁开化男，1935年生，1957年毕业于第四军医大学医疗系。第四军医大学西京医院整形外科中心教授、主任医师，博士研究生导师。中华整形外科学会常务委员、中华显微外科学会副主任委员、中国康复医学会修复重建外科学会委员，本刊副主编。国内外发表论文200余篇，主编专著4部，参编20余部。［摘要］目的：聚丙烯酰胺水凝胶产品虽经国家有关部门检测合格，但有无细胞毒性，注入体内后组织相容性如何，有无毒副作用需实验研究证实。方法：综合国内相关文献进行分析评价。〖HT5"H〗结果：国内１１篇相关此产品的研究通过对成纤维细胞Ｌ��９２９及神经元细胞的细胞毒性实验，注入小白鼠、大白鼠、豚鼠、兔、香猪体内（皮下、肌肉、神经干周围、乳腺下）后，组织学、免疫学及排出试验等证实无细胞毒性，组织相容性好，较硅凝胶胶原蛋白反应轻微。结论：此产品符合国家标准，是当前较为安全的软组织充填材料，远期效果有待进一步观察。
　　［关键词］聚丙烯酰胺水凝胶实验研究软组织填充
　　［中图分类号］R318.08，R622［文献标识码］A［文章编号］１００８-６４５５（２００1）1-0054-04
　　ＲＥＶＩＥＷＯＦＴＨＥＭＥＤＩＣＡＬＰＯＬＹＡＣＲＹＬＡＭＩＤＥＧＥＬ
　　（ＰＡＧ）ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＴＵＤＹＩＮＣＨＩＮＡ
　　ＬＵＫａｉ-ｈｕａＺＨＯＵＺｈｉＣＡＯＪｉｎｇ-ｍｉｎ
　　Depart.ＰｌａｓｔｉｃＳｕｒｇｅｒｙ,ＸｉＪｉｎｇＨｏｓｐｉｔａｌ of the ＦｏｕｒｔｈＭｉｌｉｔａｒｙ
　　ＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ.（Ｘｉａｎ，７１００３２）
　　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：ＡｌｔｈｏｕｇｈｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅｇｅｌｃｏｍｐｌｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＳＤＡｉｎＣｈｉｎａ，ｉｔｓｃｅｌｌｔｏｘｉｃｉｔｙ，ｈｉｓｔｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｉｄｅｅｆｆｅｃｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｓｔｕｄｉｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ.Ｍｅｔｈｏｄｓ：ＴｏｒｅｖｉｅｗｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｐｕｂｌｉｓｈｅｄｉｎＣｈｉｎａａｎｄｔｏａｎａｌｙｓｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｉｔ.Ｒｅｓｕｌｔｓ：Ｔｈｅｒｅａｒｅ１１articalｈａｖｅｂｅｅｎｐｕｂｌｉｓｈｅｄｉｎＣｈｉｎａａｂｏｕｔＰＡＧｃｅｌｌｔｏｘｉｃｉｔｙｏｎｆｉｂｒｏｂｌａｓｔＬ��９２９ａｎｄｎｅｕｒｏｎａｌｃｅｌｌ，ｈｉｓｔｏｌｏｇｙａｎｄｉｍｍｕｎｉｔｙｒｅａｃｔｉｏｎｏｆＰＡＧｗｈｉｃｈｗａｓｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｍｉｃｅ，ｒａｔｓ，ｇｕｉｎｅａｐｉｇｓ，ｒａｂｂｉｔｓａｎｄｐｉｇｓ.ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｃｅｌｌｔｏｘｉｃｉｔｙ，ｇｏｏｄｈｉｓｔｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ｌｅｓｓｒｅａｃｔｉｏｎｔｈａｎｔｈａｔｏｆｓｉｌｉｃｏｎｅｇｅｌ，ｃｏｌｌａｇｅｎｐｒｏｔｅｉｎ.Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：ＰＡＧｉｓｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅｗｉｔｈＣｈｉｎｅｓｅＳＤＡｓｔａｎｄａｒｄ.Ｉｔｉｓａｓａｆｅｓｏｆｔｉｍｐｌａｎｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌ.Ｌｏｎｇ-ｔｅｒｍｆｏｌｌｏｗ-ｕｐｓｈｏｕｌｄｂｅｄｏｎｅｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ.
　　［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＰｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅｇｅｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｕｄｙＳｏｆｔｔｉｓｓｕｅｆｉｌｌｉｎｇ
　　
　　早在２０世纪８０年代我国化学专家已掌握了聚丙烯酰胺水凝胶制作工艺并了解了其化学性能。１９９４年由师昌绪，朱丽兰主编的《材料大辞典》��［１］，已明确指出："水凝胶是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不能溶解于水的聚合物"。它们在水中可溶胀至一平衡体积仍保持其形态。其亲水性来源于结构中的亲水基团，不溶性和溶胀形状稳定性来源于聚合物分子的三维网状结构。水凝胶中的水可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透扩散具有膜的特性，许多水凝胶类似含大量水分的人体组织，具有较好的生物相容性及维持三维网状形态结构的特点。作为人体软组织充填材料必须具备如下条件：长期植入终身保持原有植入时的形态和大小，无假体碎裂、脱落；材料无过敏反应，无刺激性；注入物在体内没有形态粗糙的包膜囊；局部代谢无障碍，生物相容性好、溶血试验阴性；大剂量应用无毒性，无热原反应、无遗传毒性及生殖毒性；长期植入无致癌作用等。我国从乌克兰引进的英捷尔法勒，特别是国产的奥美定，经国家多家检测中心检测，其中有国家医药监督管理局医用高分子产品质量检测中心、中国科学院化学研究所、中华人民共和国陕西进出口商品检验局综合检测中心、中国兵器工业部２０４研究所等。检测丙烯酰胺单体含量，均在合格范围内，乌克兰产品丙烯酰酰胺单体含量为１.３１×１０��－５（１３.１μｇ／ｍｌ），国产奥美定丙烯酰胺单体含量为５.５５～８.３２×１０��－６（５.５５～８.３２μｇ／ｍｌ）。重金属以铅（Ｐｂ）计低于０.２～０.３ｐｐｍ（等离子发射光谱），ｐＨ值６.７～８.０，热稳定性在２７０℃以上。在多次检测中，奥美定的质量优于进口产品。也就是说产品的质量已达到国家标准，乌克兰卫生部在１９９４年正式批准该产品进入市场，用于医疗时虽然已作过系列的实验并证实了其安全性与组织相容性。但我国自己产品用于临床前还是应该进行必要的实验，细胞毒性如何?注入动物体内后的组织反应性如何?生物相容性如何?从１９９７年以来至今国内期刊及专著已先后发表相关论文１１篇，现简要评析如下。
　　
　　１关于细胞毒性的试验第四军医大学田菲、吴军正、鲁开化等��［２］进行了聚丙烯酰胺水凝胶对鼠成纤维细胞Ｌ��９２９细胞及鼠神经元细胞的毒性试验，培养的细胞于对数生长期间，用０.２５％胰酶消化后吹散，用１６４０调整细胞浓度至０.２０×１０�５个／ｍｌ加入９６板孔中孵育４８小时，然后加入三种浓度（１２.５％、２５％、５０％）的进口或国产聚丙烯酰胺，阴性对照组只加１６４０培养液，阳性对照组为０.７％丙烯酰胺，置入培养箱中继续培养，分别于第２、４、６天取出一块培养板，每孔加２０μｌＭＴＴ溶液继续培养４～６小时，然后弃去孔内液体，吸出聚丙烯酰胺水凝胶，每孔加入１５０μｌ二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）振荡１０分钟用酶联检测仪在４９０ｎｍ波长，检测光吸收值（ＯＤ）取４孔平均值，按照下列公式计算相对增殖率。
　　相对增殖率（ＲＧＲ）＝实验组吸光值对照组吸光值×１００％
　　若ＲＧＲ在７５％～９９％毒性评分为Ⅰ级，１００％毒性评分为０级，基本没有毒性属合格。实验结果证实：不同浓度的聚丙烯酰胺水凝胶加入后第２、４、６天细胞形态正常贴壁良好，生长旺盛，而阳性对照组第２天时已有３７.９％细胞死亡，第４天有９２.２５％，第６天有９７.４７％细胞死亡。ＭＴＴ结晶法与相对增殖率均证实进口与国产聚丙烯酰胺水凝胶为无细胞毒性材料。鼠神经元细胞的毒性实验所得的结果与Ｌ��９２９细胞相同，进口与国产的聚丙烯酰胺均无细胞毒性。
　　
　　２聚丙烯酰胺水凝胶注入动物体内的组织反应作者先后进行了小鼠、大鼠、兔、豚鼠及香猪的实验，现分述如下。
　　２.１第四军医大学田菲、鲁开化、艾玉峰等��［３］进行了聚丙烯酰胺小白鼠体内注射后组织相容性实验，对比研究国产与进口聚丙烯酰胺的组织相容性。用昆明小白鼠３２只，分别在小白鼠皮下及肌肉注射０.５ｍｌ，分期观察材料植入后组织病理学改变，结果不引起急性、亚急性异物排异反应，注入部位可在一周后形成纤维包膜，有少量淋巴细胞、中性白细胞浸润。１２周时包膜变薄而完整，细胞成分很少。
　　２.２辽宁省人民医院汪晓蕾等��［４］观察了聚丙烯酰胺水凝胶生物性能，用５月龄小白鼠共４０只，用乌克兰产品，俄罗斯产品与硅凝胶分别注射到背部，每只０.２ｍｌ～０.５ｍｌ共４点，注射后３、７、１５、３０天处死，肉眼及组织切片观察，观察项目包括包膜厚度，囊周围炎症反应及肉芽组织形成情况，结果证实乌克兰水凝胶引起的炎症反应最小，３０天反应基本消失，形成的包膜薄，囊周无明显肉芽组织形成，硅凝胶炎性反应较水凝胶重，囊壁包膜较厚，囊周有轻度肉芽组织增生。而俄罗斯产品与硅凝胶相似，说明该产品质量有问题，不可用于临床。
　　２.３北京黄寺美容外科医院孙瑛、方彰林等��［５］，报道了大鼠皮下组织对亲水性聚丙烯酰胺凝胶的反应，用Ｗｉｓｔａｒ大鼠２４只，随机分组，分别于术后３、７、１４、３０、９０、１８０天处死，大体观察及制片染色镜下观察，部分切片并采用范吉逊（Ｖａｎ-Ｇｉｅｓｏｎ）法染色及ＳＰ免疫组化染色法观察三种材料周围成纤维细胞波形蛋白（Ｖｉｍｅｎｔｉｎｅ）表达情况，结果显示：聚丙烯酰胺引起的炎性反应轻微，形成的包膜薄而疏松、弹性好、张力小，通过ＳＰ法检测充填物周围成纤维细胞功能状态表达最弱，其周围波形蛋白（Ｖｉｍｅｎｔｉｎｅ）表达最少，３天开始升高，７天达高峰以后逐渐下降。硅凝胶周围Ｖｉｍｅｎｔｉｍｅ表达多，说明成纤维细胞增生活跃且持续时间长，１４天后成纤维细胞功能仍十分活跃。胶原蛋白周围不仅细胞浸润重，且出现小血管，成纤维细胞不仅功能活跃还可长入充填物内，并最终完全取代胶原蛋白。
　　２.４医用聚丙烯酰胺水凝胶豚鼠体内注射的实验观察第四军医大学鲁开化、曹景敏、周智等��［６］用３６只豚鼠，分别将进口与国产的水凝胶注入皮下或肌肉观察组织学改变，结果显示：注入皮下一周后能形成一局部隆起的小包块，切开皮肤后见有一透亮的薄层包膜，质软、表面可有毛细血管，将包膜切开后充填物可完整的取出。一年后包膜仍保持菲薄柔软。镜下观察１～４周包膜周围有少许淋巴细胞及中性白细胞，２周后偶见巨噬细胞，４周后细胞数逐渐少，以后偶见淋巴细胞。纤维包膜由成纤维细胞组成，２～４周可由２～３层增至５～６层，但以后又有所减薄，至６月后仍维持２～３层细胞，逐渐变为成熟的结缔组织。作者认为国产的聚丙烯酰胺水凝胶（奥美定）与乌克兰进口的ｉｎｔｅｒｆａｌｌ注入豚鼠体内后组织反应无明显差别，按照国际标准化组织评价要求，植入物在２周～４周有轻度反应，１２周时下降为可接受材料，作者已观察１２个月以上，未发现不良反应，因此证明其是安全的组织相容性良好的材料。
　　２.５杭州杨天鹏等，进行了聚丙烯酰胺水凝胶软组织填充剂的实验研究��［７］，实验用３５只家兔，将水凝胶注入皮下，每只1.2ｍｌ，定期活检行光镜、电镜检查。结果证实：炎性反应轻微，术后１周即有极薄的包膜形成，至６个月仍薄，电镜观察见包膜有一层死亡细胞，粗面内质网扩张，说明异物刺激与压迫有关，３个月后得以恢复，作者实验还证实，抗感染应用庆大霉素较好，反应比头孢霉素轻微。王毓�王敖、杨天鹏等还进一步进行了免疫学指标的观察，用日本大耳白兔２４只，皮下注入聚丙烯酰胺水凝胶（２ｍｌ）于注入前及注入后１、３、５、７个月，分别进行ＣＤ�＋�３、ＣＤ�＋�４、ＣＤ�＋�８、ＣＤ�＋�４／ＣＤ�＋�８。ＮＫ细胞活性ＩＬ-２、ＳＩＬ-２Ｒ表达水平观察，结果显示：T淋巴细胞亚群ＣＤ�＋�３、ＣＤ�＋�４在最初３个月有升高，ＣＤ�８仅轻微升高后渐降至正常水平，ＣＤ�＋�４／ＣＤ�＋�８比值始终正常，ＮＫ细胞活性在一个月有所升高后降至正常水平，ＩＬ-２、ＳＩＬ-２Ｒ无明显变化，说明聚丙烯酰胺注入机体后引起短暂的异物排斥反应后渐与组织相容，不致引起免疫功能失调。
　　
　　３聚丙烯酰胺水凝胶排出实验深圳市人民医院整形外科丁祖鑫等进行了这方面的实验��［８］，将水凝胶注入ＳＤ大白鼠（１５只）皮下，每处２ｍｌ～３ｍｌ，分别于伤后第３、６、９天及２周、４周，观察包膜形成情况及包膜切开排出情况。实验证实６天后可有包膜形成，２～４周包膜稍增厚，切开包膜充填物均可排出。炎性反应情况与其他作者报道相似，即仅有轻微炎性反应。但作者发现在４周可见异物巨细胞吞噬胶质的证据。
　　
　　４水凝胶与硅凝胶乳腺组织下生物学性状观察周智，鲁开化��〔9〕用６只国产雌性香猪，每猪有１０～１２个乳房，分两组模拟人的注射法隆乳术将水凝胶注射至乳腺下间隙，由于硅凝胶不能注射只有切开后置入乳腺下间隙，每个乳房用量为１０ｍｌ，术后２周及１、２、３、４、６、８、１０、１２月切取充填物进行高效液相色谱比色测量，包膜及周围组织进行病理学观察，并于６月，８月分别解剖一头猪，行解剖及组织学观察。结果表明以下四点：①无论是水凝胶还是硅凝胶在注入或置入香猪乳腺下２周后均可出现包膜，１月后稳定，水凝胶组纤维包膜明显薄于硅凝胶组。且在４月后有逐渐变薄的趋势，最后以３～５层纤维细胞的厚度稳定维持。在异物刺激炎性反应方面，水凝胶组的反应较硅凝胶组轻微。②作者首次报告了Ｃ型国产水凝胶在注入猪体内４月后体积缩小至７８.９５％以后基本稳定，变化极小，１年后的体积维持原体积的７８.３３％。并根据比重及干重测量，认为体积的缩小，主要是由于混合注射后所含水份的丢失所致。并认为在临床应用中，首次超量约２０％注射或术后３月补充注射的方法是可行的。③１年中在各实验设计时段内，利用液相色谱法，在２５４ｎｍ波长，０.５ｕｇ／ｍｌ水平上均未检测出国产水凝胶在香猪体内有丙烯酰胺单体析出。认为在生理条件下聚丙烯酰胺水凝胶至少１年以内是稳定的。④大体解剖中观察到水凝胶在注入猪乳腺组织下出现的"蜂巢样结构"，外观呈结节状，内有纤维束与深部相连。这是符合乳房解剖结构特点的，在并发症处理时要细致对待。
　　
　　５水凝胶对周围神经影响的实验研究曹景敏，鲁开化，周智等��〔10〕选用日本大耳白兔６只，体重２.５ｋｇ～３ｋｇ，雌雄不限，３％戊巴比妥钠耳缘静脉注射麻醉后，在兔一侧臀及后肢外侧沿坐骨神经走行方向切开皮肤，显露出坐骨神经，将奥美定０.５ｍｌ～１.０ｍｌ，以１６号针注射到坐骨神经周围及外膜内，分层缝合切口。对侧坐骨神经作为对照。定期观察双侧展趾反射功能，３个月、６个月取标本进行肉眼及组织学检查，６个月将双侧坐骨神经离断后进行神经电生理检查。结果发现，术后第１天兔双侧展趾反射均正常。其后每１ ５天观察一次，双侧展趾反射均正常。３个月取标本见聚丙烯酰胺水凝胶周围形成透亮薄层包膜，无移位，双侧坐骨神经色泽、粗细无明显差别，组织学检查结构正常。无明显炎性细胞浸润。６个月取标本见材料周围形成包膜与３个月时无明显变化，肉眼及镜下检查结构正常。６个月取两只大耳白兔，进行神经电生理检查，结果见附表。实验组与对照组无明显差异。
　　
　　附表兔坐骨神经电生理检查结果比较观察内容兔１实验侧对照侧兔２实验侧对照侧动作电位（ｍｖ）１.７２.０２.６２.７时程（ｍｓ）２.４２.４２.４２.５传导速度（ｃｍ／ｍｓ）７.５７.５６.２６.５传导距离（ｃｍ）０.７５０.７５０.７５０.７８传导时间（ｍｓ）０.１０.１０.１２０.１２
　　以上实验结果初步说明聚丙烯酰胺水凝胶，特别是国产的奥美定是一种安全的软组织充填材料，可供临床使用。
　　
　　［参考文献］
　　１师昌绪主编.《材料大辞典》［Ｍ］.北京化学工业出版社.１９９４：４３～８８１
　　２田菲，吴军正，鲁开化等.聚丙烯酰胺水凝胶对Ｌ��９２９细胞的毒性研究［Ｊ］.实用美容整形外科杂志，１９９９；１０（６）：３２６～３２９
　　３田菲，鲁开化，艾玉峰等.聚丙烯酰胺水凝胶的绒组织相容性实验［Ｎ］.第四军医大学学报.１９９２；２０（１１）：９６６～９６８
　　４汪晓雷，余江，赵忠海等.聚丙烯酰胺水凝胶生物性能的实验研究［Ｊ］.实用美容整形外科杂志.２０００；１１（１）：７～９
　　５孙瑛，方彰林，丁芷林等.大鼠皮下组织对亲水性聚丙烯酰胺凝胶的反应［Ｊ］.中华医学美容杂志.１９９９；５（３）：１４１～１４５
　　６鲁开化，曹景敏，周智等.医用聚丙烯酰胺水凝胶豚鼠体内注射的实验观察［Ｊ］.实用美容整形外科杂志.２０００；１１（１）：１～３
　　７杨天鹏，刘雅明，王毓�王敖等.聚丙烯酰胺水凝胶软组织充填剂的实验研究［Ｊ］.实用美容整形外科杂志.２０００；１１（１）：４～６
　　８丁祖鑫，张劲松，隋明非等.皮下英捷尔法勒水凝胶排出实验的近期组织学观察［Ｊ］.实用美容整形外科杂志.１９９９；１０（６）：３２４
　　9周智，鲁开化.水凝胶与硅凝胶在香猪乳腺组织下生物学性状的观察［Ｊ］.中国美容医学杂志，2001；10(1)：58
　　10曹孟君，高景恒，鲁开化主编.医用聚丙烯酰胺水凝胶基础研究与临床应用［M］.北京：人民卫生出版社，2000：77～79
　　收稿日期２０００－０７－２８
　　编辑／张惠娟