壳聚糖基新型止血材料的研究进展

郭晓宇

(吉林工业职业技术学院化工工程学院，吉林 吉林 132013)

创伤止血是人类从古到今的探索，安全有效的快速止血材料是世界各国急救医学研究的重要课题。创伤死亡中有30%～40%是由不可控的出血造成的，因此无论是战争、自然灾害还是外科手术，快速止血对于挽救生命至关重要。从古代“止血带”加“铁板烧”式止血，到沸石、壳聚糖止血材料、现代生物止血材料的出现，人们一直在研发高效安全的止血材料。但目前市场上快速止血产品仍然紧缺，难以满足快速高效止血的目的[1]，尤其是对于不规则部位的止血更是难上加难。

战争、外科手术、交通事故及自然灾害等造成创伤，均会大量持续的出血。止血是抢救生命最重要的环节，能否让流血的创伤面在尽可能短的时间内快速止血是关键。高效安全的止血材料能够避免伤员因失血过多诱发其他疾病甚至导致死亡[2]。理想的院前急救止血材料应满足以下标准[3]：①对于创伤部位的严重出血，可以在2 min内得以控制；
②便携易操作，伤员可自行使用，或者经过简单训练即可使用；
③可随时且直接使用，不需要进行其他准备工作；
④耐用且保质期长，室温下应该可存放两年甚至更久，极端环境中(-55～-10 ℃)亦可存放几周或者更久；
⑤安全性高，不能造成继发性组织创伤、病毒或细菌感染，不会引起栓塞等；
⑥经济实用，价格合理。

新型止血材料主要存在以下3种止血途径[4-5]：①生理性止血，依靠凝血因子促进凝血酶或纤维蛋白的形成实现止血效果，常见于生物制品类止血材料。②化学性止血，材料中若带有正电荷，可以结合红细胞使血小板聚集，从而加速血液的凝固；
若带有负电荷，可与血红蛋白上的铁离子结合，促进血红蛋白的聚集。③物理性止血，材料具备强吸水性，既能浓缩血细胞及血小板，增加血液的黏度，降低血液流速，又能在吸水溶胀后封堵创伤面。

目前，临床上广泛使用的止血剂是美国强生公司生产的可吸收止血纱布——氧化再生纤维素(Surgicel)，是一种建立在C6位伯羟基氧化成羧基的纤维素类衍生物。但研究表明，Surgicel的酸性能够引起神经纤维变性，造成截瘫、半身不遂及视神经损伤[6-7]。近年来不断有学者提出，临床手术中应避免使用Surgicel作为止血材料。此外，Surgicel材料的止血作用主要依赖于人体血液的正常凝血机理，对有凝血障碍患者如血友病等止血效果不理想，而且容易降解，极端环境中难以存储。

壳聚糖中氨基可以形成阳离子，所带的正电荷若与红细胞所带有的负电荷静电吸引，能够引起血小板聚集从而达到止血目的。其止血作用不依赖患者自身血浆中的凝血因子及血小板作用，因此对具有凝血障碍的患者十分有效[8]。具体来说，壳聚糖具有优异的生物降解性和生物相容性，不仅可以在体内降解，而且无抗原活性，能够加快伤创面的愈合减少疤痕。人类发现的天然碱性多糖中仅壳聚糖是带正电荷的。20世纪90年代末，Rao等[9]研究发现了壳聚糖的凝血效果，同时发现壳聚糖能够凝聚血液中的红细胞，推断由于来源于壳聚糖的正电荷与红细胞中的负电荷相互吸引而使红细胞聚集，从而黏附在受损的血管位置，对伤口进行封堵以加速血液凝固。临床前动物实验结果显示，壳聚糖的止血效果远超于医用纱布[10]。此外，有研究表明，壳聚糖还具有良好的抑菌性能，能够抑制真菌及细菌生长，降低创面感染概率，现阶段已经被广泛地应用于止血抑菌材料，已有很多产品问世。比如说美军在阿富汗战争中使用的HemCon止血剂，就是利用冻干的壳聚糖黏附在不可吸收的支撑材料上制备的止血敷料。在2003年此敷料已经被美国食品药品监督管理局批准上市。而且研究发现HemCon敷料的稳定性很好，即使在极端温度条件下也能稳定存在，使用前无须复杂的准备，操作简单。但是其价格昂贵，HemCon敷料的零售价大概70美元[11]。后续研究表明，HemCon敷料并没有显著降低创伤的出血量和死亡率，统计学结果显示平均每5例止血效果较好的同时，会存在2例没有发挥止血效果的现象[12]。壳聚糖止血材料如何实现止血效果的一致性，是壳聚糖材料面临的重要挑战[13-14]。壳聚糖材料止血效果出现如此差异的原因，主要是敷料中壳聚糖的差异，比如说来源不同的壳聚糖，容易引起物理性质和化学性质的改变，如壳聚糖的分子量、脱乙酰度、质子化程度、黏度、结晶性、修饰基团等[15]。

就壳聚糖本身而言，其止血效率很低，因此作为止血材料在临床上的应用也受到限制。目前研究主要焦点在对壳聚糖进行改性以提高止血效果。改性方法主要有两种：一是与胶原蛋白、海藻酸钠、多聚磷酸盐、凝血酶、止血中药等促进血凝的物质或具有止血活性的成分复合[16]；
二是制备羧甲基壳聚糖、壳聚糖络合物等具有更好止血效果的壳聚糖衍生物[17]。近年来，利用多酚类化合物接枝壳聚糖制备止血材料成为国内外学者的研究热点[18-20]。鉴于贻贝良好的黏附性，Lee等[19]在壳聚糖分子链中引入邻苯二酚基，利用邻苯二酚氧化后与巯基化的普朗尼克的共价交联，制备出温敏性原位成型复合水凝胶。研究者先将3,4-二羟基苯丙氨酸接枝到壳聚糖分子中，制备出邻苯二酚基的复合物CHI-C(catechol-modified chitosan)，其溶解性和黏附性显著提高。该水凝胶的黏附强度为(7.18±0.93)kPa，具有明显的止血能力。该课题组[20]不断地改进止血材料结构，将L-多巴变为单宁酸(增加邻苯二酚含量)，起始原料变为羧甲基壳聚糖，加入1,4-苯二硼酸保护邻苯二酚基等。但是由于材料中缺乏足够量可与组织黏附的邻苯二酚基团，因此材料均未到达预期理想的黏附性和止血效果。改性壳聚糖材料具有降低成本、减少血栓并发症和传染性疾病优点等，但其不易长期储存，同时改性过程中引入的基团使安全性方面也存在着一定隐患。

新型止血材料的研究和临床应用进度缓慢，某种意义上同传统的纱布对意外事故和外科手术大出血的止血方式没有实质性改变[21]。壳聚糖分子中存在大量氨基正离子，可有效地与血细胞发生相互作用，因此在止血材料应用方面前景广阔。但由于壳聚糖在体内的吸收和降解困难，导致以壳聚糖为原料的止血材料目前只能用于敷料，还没有一种含有壳聚糖并且可在体内降解吸收的止血材料，因此亟需研发新型壳聚糖基止血材料。