可降解微型支架吻合鼠尾小血管的实验研究

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1402

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

微型支架：将分子质量100 kD的聚乳酸溶入有机溶剂氯仿中，配置成质量浓度为0.1 g/mL的悬浮溶液，浇铸到特制环线形模具中，溶剂挥发形成0.1-0.2 mm的环形基杆，环直径5.5-13.5 mm，在自制牵伸器多向拉伸，固定成形为口径0.5 mm和1.0 mm支架，支架压缩20%后中部用两根12-0尼龙针线活结捆扎固定。

支架吻合：选取1.0 mm和0.5 mm口径带线支架，植入尾动脉断端，中部两线四针按四点法缝合两端血管壁，牵拉收拢针线，活结散开，支架复张，血管断端聚拢吻合，根据通血漏血情况加缝2-4针。

背景：微小血管吻合修复风险很高，已有许多实心、非可降解支架辅助小血管吻合的研究，但仍存在暂时性、创伤性等问题，因而可降解网格状血管内支架成为目前研究的热点。

目的：探讨聚乳酸微型血管内支架吻合修复微小血管的可行性。

方法：将聚乳酸纤维环经多向热拉伸、成形，制备“M”形微型支架，支架直径分为0.5 mm和1 mm 2种。将24只SD大鼠(上海西普尔-必凯实验动物有限责任公司提供)随机分为2组，实验组分别在大鼠尾根部与中部切断尾动脉，每个部位12只，随后在2部位断端分别植入直径1，0.5 mm的聚乳酸微型支架，进行血管吻合；对照组同样在大鼠尾根部与中部切断尾动脉，每个部位12只，随后以传统显微缝合线吻合血管。记录2组血管吻合时间、吻合血管即时通畅率及再植断尾成活率；术后2周行超声Doppler检测，观察尾动脉通畅情况；术后4周，行尾动脉吻合口两端血管组织学检测。实验方案获得上海市第六人民医院奉贤分院伦理委员会批准，伦理批准号：20160225124025。

结果与结论：①两组吻合血管即时通畅率为100%；实验组血管吻合时间少于对照组[(3.0±0.5)，(5.0±0.6) min，P < 0.05]，再植断尾成活率高于对照组[(95.8±1.5)%，(91.7±1.7)%，P < 0.05]；②术后2周超声Doppler显示，实验组血管吻合口及其远、近侧尾动脉内均有血流通过，对照组血管吻合口及远侧尾动脉血栓形成，管腔闭塞；③苏木精-伊红染色显示，实验组尾动脉无血栓附壁，支架及吻合口完全被覆内膜，管腔通畅；对照组管腔呈扁圆形，可见附壁血栓形成，管腔部分狭窄；④结果表明，聚乳酸微型支架可满足微小血管吻合再植要求，明显缩短血管吻合手术时间，提高吻合缝合效果，提高再植断尾成活率。

ORCID: 0000-0002-3577-0430(韩本松)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 微型支架, 聚乳酸, 微小血管修复, 支架吻合, 网格状血管内支架, 聚乳酸微型支架, 断指再植

Abstract:

BACKGROUND: Microvascular anastomosis is very risky. There have been many studies of solid, non-degradable stent-assisted small vessel anastomosis, but there are still temporary, traumatic issues. Thereafter, degradable woven-type stent becomes an issue of concern.

OBJECTIVE: To investigate the feasibility of polylactic acid microvascular stent anastomosis for repairing micro vessels.

METHODS: Polylactic acid fiber-loops were multi-directionally hot-stretched and formed to prepare micro-stent of “M” shape. The diameter of the stent was 0.5 or 1mm. It was applied to the root and middle of the tail artery of 24 Sprague-Dawley rats (provided by Shanghai Xipuer-Beikai Experimental Animal Co., Ltd.). These rats were randomly divided into a stent anastomosis (group A) and a non-stent anastomosis (group B). The time of vascular anastomosis, the immediate patency rate of anastomotic vessels and the survival rate in both groups were recorded. Ultrasound Doppler observation was performed to observe the tail artery circulation at postoperative 2 weeks. The tail artery was histologically observed at postoperative 4 weeks. The experiment was approved by the Animal Ethics Committee of Fengxian Branch of the Sixth People’s Hospital of Shanghai (approval number: 20160225124025).

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The immediate patency rate of anastomotic vessels in both groups was 100%. The anastomosis time in the group A was significantly shorter than that in the group B [(3.0±0.5) vs. (5.0±0.6) minutes, P < 0.05]. The survival rate of replantation in the group A was significantly higher than that in the control group [(95.8±1.5)% vs. (91.7±1.7)%, P < 0.05]. (2) Ultrasound Doppler examination showed blood flow passed through the anastomotic orifice and its distal and proximal side in the group A, while in the group B, there was thrombosis at the anastomotic orifice and distal side, and the lumen was occluded. (3) Hematoxylin-eosin staining showed that there was no thrombus in the tail artery in the group A, the stent and the anastomosis were completely covered with the intima, and the lumen was smooth. The lumen in the group B was oblate, which showed a thrombus formation and a narrow lumen. (4) These results suggest that polylactic acid micro-stent can meet the requirements of microvascular anastomosis replantation, and can significantly shorten the time of vascular anastomosis, improve the effect of anastomosis and suture, and increase the survival rate of replantation.

Key words: micro-stent, polylactic acid, microvascular repair, stent anastomosis, gridding stent, polylactic acid, micro-stent, replantation

中图分类号:

韩本松，薛锋，莫秀梅. 可降解微型支架吻合鼠尾小血管的实验研究[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(30): 4836-4840.

Han Bensong, Xue Feng, Mo Xiumei. Experimental study on rat tail microvascular anastomosis with degradable micro-stent[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(30): 4836-4840.

图/表（结果） 3

2.1 实验动物数量分析 48只大鼠均进入结果分析。

2.2 大鼠一般情况观察实验组、对照组血管吻合即时通畅率为100%，术中实验组支架吻合时间(3.0±0.5) min，术中支架套入、释放顺利，复张、支撑良好，均未缝合对侧管壁，缝合时间明显缩短；对照组血管吻合时间(5.0± 0.6) min，两组血管吻合时间比较差异有显著性意义(P < 0.05)，见图3A。实验组术后3 d有1只鼠尾中部动脉支架撑破管壁失败，断尾再植成活率为(95.8±1.5)%；对照组术后第2，3天各有1只鼠动脉根部和中部发生吻合血管血栓形成闭塞，断尾再植成活率为(91.7±1.7)%，两组断尾再植成活率比较差异有显著性意义(P < 0.05)，见图3B。术后14 d内成活鼠尾色泽红润和正常鼠尾相同，毛细血管返流时间正常，皮肤弹性质地正常。

2.3 超声Doppler检测结果术后2周，实验组吻合口及其远近侧尾动脉内均有血流通过，图4A彩色多谱勒血流图像记录证实为动脉血流频谱，平均流速约5 cm/s，图中白色箭头所示为支架吻合口支架植入处血流通畅，管腔血流充盈均匀稳定，显示血管内支架径向支撑性能良好，血管充分张开；吻合口直径测量5 mm，支架近、远侧有连续性血流信号，但较吻合口支架处缩窄，可能为血管痉挛所致。术后2周，对照组非支架修复动脉吻合口及远端尾动脉血栓形成，管腔闭塞，见图4B。

2.4 组织学光镜观察结果术后4周，实验组管壁光整、管腔通畅，但管腔横截面呈多边形支撑形态，可见支架内支撑管壁皱褶和内膜下残留支架，见图5A；血管吻合处管壁光滑完整，层次明显，支架基杆嵌入管壁内，内表面被内皮细胞完全覆盖，未见明显的内膜增生，未见明显炎性细胞浸润，见图5B。术后4周，对照组血管管腔呈现扁圆形，可见附壁血栓形成，管腔部分狭窄，见图5C。

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引言

材料方法

1.1 设计对比观察动物实验。

1.2 时间及地点于2013年1月至2016年6月在上海市第六人民医院奉贤分院中心实验室完成聚乳酸微型支架的制备及检测，2016年7月至2018年1月在上海市第六人民医院动物实验室完成动物实验。

1.3 材料健康成年SD大鼠48只，雌雄不拘，体质量160-180 g，平均体质量172 g，由上海西普尔-必凯实验动物有限责任公司提供。将48只大鼠随机分为实验组、对照组，每组24只，实验组为支架植入吻合组，对照组为非支架植入传统缝合吻合组。聚乳酸材料见表1。

1.4 实验方法

1.4.1 聚乳酸微型支架的制备将分子质量100 kD的聚乳酸溶入有机溶剂氯仿中，配置成质量浓度为0.1 g/mL的悬浮溶液，浇铸到特制环线形模具中，溶剂挥发形成0.1-0.2 mm的环形基杆，环直径5.5-13.5 mm，在自制牵伸器多向拉伸，固定成形为口径0.5 mm和1.0 mm的支架，见图1，支架压缩20%后，中部用2根12-0尼龙针线活结捆扎固定。

1.4.2 血管吻合实验方案得到上海市第六人民医院奉献分院伦理委员会批准，伦理批准号：20160225124025。

实验组随机选12只大鼠作尾根部纵形切口，另12只大鼠作尾中部纵形切口，均分离显露并切断正中沟内尾动脉，以12-0无创尼龙针线间断缝合6-8针，尾动脉根部与中部分别选取1.0，0.5 mm口径带线支架，植入尾动脉断端，见图2A，中部两线四针按四点法缝合两端血管壁，牵拉收拢针线，活结散开，支架复张，血管断端聚拢吻合，根据通血漏血情况加缝2-4针，见图2B；对照组使用传统显微缝合线吻合血管，以12-0无创尼龙针线间断缝合6-8针。两组吻合方法均采用等距四定点法行端对端血管吻合。记录血管吻合时间和即时通畅情况。所有手术均由相同人员完成。

1.5 主要观察指标术后1-14 d内每日观察鼠尾的色泽、毛细血管返流时间、皮肤弹性等项目，记录两组鼠尾成活情况。

超声Dopple检测：术后2周，麻醉所有大鼠后，用 HDI3000双功能彩色多普勒超声仪(ATL公司，USA)探测再植鼠尾动脉吻合口血流及其口径情况。

组织学观察：术后4周，室温下对实验大鼠实施过度麻醉法3 min后处死，取出鼠尾动脉吻合口两侧2 cm的血管作为标本，并以体积分数10%甲醛溶液固定，继行石蜡包埋、切片(3 µm厚)，行苏木精-伊红染色，光学显微镜下观察支架残留及炎性细胞浸润、内皮细胞覆盖情况。

1.6 统计学分析所有数据均以x(_)±s表示，对样本均数进行Student's t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

断指再植技术发展至今已取得可喜成就，断肢再植手术的成功率高达90%以上。如何控制失败因素、怎样吻合血管、判断和预测可能的血管痉挛及栓塞、如何给予药物或实施手段保证血管吻合口通畅、术后护理要点，这些问题都是医疗行业急需关注和解决的问题^[7]。传统缝合法操作复杂、对人员技术要求高、较费时，而机械性血管吻合简单、方便、快捷。机械性显微血管吻合技术方法较多，目前在实验研究及临床应用中主要有套管法、磁管法、针环法和吻合夹法^[8-9]，但吻合术后内支撑强度不够。Senthil-Kumar等^[10]研究指出微血管支架吻合术是可行的，并且在某些情况下可能优于标准缝合吻合术，但仍有许多技术难题需要解决。支架可在吻合过程中支撑吻合口，缩短吻合时间，提高成功率。血管外支架或吻合器体内长期存留，长期异物残留将导致一系列的问题^[11]；血管内不可溶支架在吻合完成后必须在吻合口旁再做切口取出，无疑增加了损伤和操作难度。Schohn等^[12]研究指出显微外科手术取得了显著进展，但由于技术上的困难，截肢后的指尖再植并未获得太多的普及，开发了血管内支架植入，其中将尼龙单丝置于血管腔内以充当临时支架，促进吻合完成。凝胶等可溶性实心支架已见较多报道，提高了吻合效率，避免了对侧缝合，但溶解速度和方式有待研究^[13-14]。目前可降解网格状血管内支架是研究热点。实验构建可降解聚乳酸中空支架，吻合术后保持了良好支撑，1个月内血管通畅率较对照组明显提高。

近年来许多学者对高分子聚乳酸合成、形态学、热性能、机械性能及其在体内和体外的降解动力学进行了研究，因其具有成本低、力学性能好、炎症反应小等优点，已被美国食品与药物管理局(FDA)批准为植入人体的生物工程材料^[15-16]。Agrawal等^[17]研究表明聚乳酸血管内支架具有良好的力学性能和生物相容性。肖越勇等^[18]研究指出聚乳酸纤维具有较好的抗张力强度和较高结晶度，其支架经球囊扩张后，在犬主动脉内显示良好径向支撑力和组织相容性。近来聚乳酸支架已开始初步应用于临床，Tamai等^[19]采用聚乳酸Igaki-Tamai支架植入治疗冠状动脉狭窄，支架在体内自身膨胀至原始尺寸，所有手术中均获得了血管造影成功，术后未发生支架血栓形成，6个月内未发生重大心脏事件，结果表明聚乳酸可生物降解冠状动脉支架在人体中是可行的、安全的和有效的。Nakano等^[20]和Bünger等^[21]使用聚乳酸支架吻合修复猪主动脉，发现这种支架吻合术是可行的，在4周的观察期内血管保持通畅，该手术还有助于降低手术相关并发症的风险。还有研究采用聚乳酸支架吻合修复髂主动脉，术后6周血管保持通畅，未见血栓形成^[22]。Khorgami等^[22]进行了支架辅助血管吻合术，明显缩短了手术时间，提高了通畅率和手术疗效。衡量血管内支架性能的主要参数是聚乳酸支架的径向支撑力，此特性决定展开支架能否保持血管通畅^[23]。上述聚乳酸支架为3 mm以上大口径支架，通过缠绕加热固化及激光雕刻加工成形。Grabow等^[24]研究发现激光切割对聚聚乳酸微样品机械性能有影响，这限制了其在小血管中的应用，应通过更合理的材料分子设计增加支架的支撑力^[25]。此次实验采用聚乳酸制备1 mm及0.5 mm口径支架，吻合血管1个月内血管吻合口通畅，无血栓形成，组织学检测未见炎性细胞浸润，显示其修复微小血管是可行的。

微小血管吻合修复的坏死风险较高，因此要求微型支架结构细微，还要求支架及其基杆具有良好的力学强度。传统增加基杆数量的方法不适合微小血管狭小空间。拉伸自增强技术可显著影响纤维的力学性能。采用定向自由拉伸成型工艺可得到自增强后的聚乳酸，当拉伸比为10.6时，其拉伸强度达490 MPa，这一值比未自增强的聚乳酸增加7倍^[26]。采用双向拉伸制备聚乳酸膜，发现拉伸强度、弹性模量随着拉伸比的增加而提高^[27]。固态拉伸能显著提高聚乳酸结的晶度、力学强度及断裂伸长率^[28]，聚乳酸纤维的力学实验表明，纤维的弹性模量和拉伸强度随着热拉伸比的增加而增加^[29]。此次实验中将聚乳酸纤维经多向热拉伸，成形为“M”形立体支架，压缩20%捆扎固定，未发生断裂或变形，散结后完全复张，显示支架具有良好的弹性模量和径向支撑强度。常规吻合法由于微小血管质地柔软，没有血流时管壁会发生塌陷，缝合时需要牵拉维持管腔，可能加重血管损伤，还可能缝住对侧管腔导致失败。如何在术中及术后保持吻合口管腔通畅或避免痉挛狭窄，成为

一个主要问题，运用支架支撑管壁为主要研究方向^[30-31]。Bauer等^[32]指出微血管缝合吻合术仍然是微血管皮瓣手术的金标准，但在技术上具有挑战性，耗时且有时不可靠，其研究目标是开发一种微血管支架系统，即使不使用显微镜也可用于微血管吻合术。

许多学者采用细小尼龙丝等作为暂时性内支架，完成了0.15-0.5 mm的大鼠微血管吻合手术，未发生缝合到对侧管壁，血管通畅率为100%^[33-34]。有些外科医师认为显微外科手术取得了显著进展，但由于吻合技术困难，指尖再植术并未获得太多应用，将尼龙单丝置于血管腔内充当临时支架促进吻合完成，提高了显微缝合的操作性和通畅率^[35]。这些血管内支架可提供吻合时暂时的支撑和通畅，但吻合后血栓形成或痉挛狭窄是手术成败的影响因素^[36]。此次研究中采用支架-缝线一体化吻合血管，也就是缝合血管同时复张支架，早期内支架支撑有利于血管缝合，后期复张支架继续保持良好支撑和通畅，24只微型支架吻合血管，手术时间较对照组明显减少，术后未见吻合口血栓形成或痉挛，术后4周吻合口完全内皮覆盖，显示了长久的支撑疗效。

聚乳酸纤维经热拉伸处理可成形微型支架，支架缝线捆扎后有助于血管腔内植入，有利于血管吻合和支架内支撑的同步进行，有利于降低微小血管缝合难度，提高缝合可靠性和血管通畅性，对断指再植血管修复有初步促进作用，其长期血液和组织相容性还需进一步研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程