组织工程肌腱缝合材料及生物力学研究：最优选择

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.12.027

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (12): 1948-1952.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.12.027

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组织工程肌腱缝合材料及生物力学研究：最优选择

王继宏¹，温树正¹，蔺晓慧²，殷超¹，樊东升¹，郝增涛¹，景尚斐¹，韩超前¹，王永飞¹

1内蒙古医科大学第二附属医院手显二科，内蒙古自治区呼和浩特市 010030
2内蒙古自治区人民医院，内蒙古自治区呼和浩特市 010010

修回日期:2015-02-12 出版日期:2015-03-19 发布日期:2015-03-19
通讯作者: 温树正，主任医师，内蒙古医科大学第二附属医院手显二科，内蒙古自治区呼和浩特市 010030
作者简介:王继宏，男，1972年生，内蒙古自治区鄂尔多斯市人，汉族，2006年内蒙古医学院毕业，硕士，主任医师，主要从事防止肌腱粘连研究。
基金资助:
国家自然科学基金(81441117)

Optimized choice of tissue-engineered tendon suture materials based on biomechanics characteristics

Wang Ji-hong¹, Wen Shu-zheng¹, Lin Xiao-hui², Yin Chao¹, Fan Dong-sheng¹, Hao Zeng-tao¹, Jing Shang-fei¹, Han Chao-qian¹, Wang Yong-fei¹

1Department of Hand Microsurgery, Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
2Inner Mongolia People’s Hospital, Hohhot 010010, Inner Mongolia Autonomous Region, China

Revised:2015-02-12 Online:2015-03-19 Published:2015-03-19
Contact: Wen Shu-zheng, Chief physician, Department of Hand Microsurgery, Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
About author:Wang Ji-hong, Master, Chief physician, Department of Hand Microsurgery, Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81441117

摘要/Abstract

摘要：

背景：肌腱损伤治疗的疗效与缝合材料使用密切相关。
目的：综述肌腱缝合材料和肌腱生物力学的发展情况。
方法：应用计算机检索1999年1月至2014年12月中国知网数据库与1950年1月至2014年12月PubMed数据库，检索词为“肌腱，缝合材料，生物力学；tendon，suture materials，biomechanics”。
结果与结论：理想的肌腱修复包括恢复其解剖结构的连续性、力学上的张力强度及生理上的滑动功能，有诸多因素可影响修复效果，其中缝合技术和缝合材料的选择是不可忽视的环节。随着肌腱外科缝合技术的发展，为了提高肌腱愈合质量，理想的肌腱缝合首先是有足够的强度避免早期拉断；其次弹性不能太大否则会造成缝合端形成间隙，影响肌腱愈合，而且对肌腱的强度保护时间越长越好。因此，在进行肌腱外科缝合时应根据缝合方法的不同及缝合线的生物学特点进行最优选择，以促进肌腱的良好愈合。

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

全文链接：

关键词: 生物材料, 材料相容性, 肌腱, 缝合材料, 生物力学, 研究进展, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: The therapeutic effectiveness on tendon injury is closely related to the material of tendon suture.
OBJECTIVE: To review the progress of tendon suture materials and tendon biomechnics in recent years.
METHODS: A computer-based search of CNKI (January 1999 to December 2014), and PubMed (January 1950 to December 2014) was performed for relevant articles using the keywords of “tendon, suture materials, biomechanics” in Chinese and English, respectively.
RESULTS AND CONCLUSION: Ideal tendon repair refers to the restoration of the continuity of its anatomical structure, tensile strength and sliding function in physiology, which is influenced by many factors. Suture technique and choice of suture materials are two steps that cannot be ignored. With the development of surgical tendon suture technique, in order to improve the quality of tendon healing, ideal tendon suture is first to have sufficient strength to avoid an early tensile fracture; secondly, the elasticity cannot be too large that can cause a gap between suturing ends and affect tendon healing, and time for protecting the tendon strength is as long as possible. Therefore, the optimal choice of tendon suture materials should be based on suture methods and biomechanical characteristics of suture lines, thereby to promote tendon healing.

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

全文链接：

Key words: Suture Techniques, Biomechanics

中图分类号:

R318

王继宏，温树正，蔺晓慧，殷超，樊东升，郝增涛，景尚斐，韩超前，王永飞. 组织工程肌腱缝合材料及生物力学研究：最优选择[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(12): 1948-1952.

Wang Ji-hong, Wen Shu-zheng, Lin Xiao-hui, Yin Chao, Fan Dong-sheng, Hao Zeng-tao, Jing Shang-fei, Han Chao-qian, Wang Yong-fei . Optimized choice of tissue-engineered tendon suture materials based on biomechanics characteristics[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(12): 1948-1952.

图/表（结果） 1

2.1 肌腱缝合材料的研究进展 随着人类文明进步和医学的高度发展，人们对所使用缝合线的要求日益提高。肌腱本身的组织代谢不具备较高的活性，而且缺少供应血液的神经组织和淋巴回流，所以其自身修复能力有限，一旦受到损伤就很难进行自我修复^[2]。肌腱的组织学特性决定了组成肌腱的大部分胶原纤维与肌腱修复后链接肌腱的缝线方向基本是一致的，因此，缝线必须具备较高的摩擦力和较小的切割作用，否则缝合的缝线会从肌腱中抽出^[3]。

通常来说，理想的缝合材料应满足以下条件：通用性，即能适用于任何外科手术；无过敏性及无致癌性；易于操作；组织反应轻微，不利于细菌生长；柔顺性好，打结时不致松开，缝线本身不致磨损或裂开；不致在组织内收缩；缝合目的达到后，能被吸收而仅引起轻微反应^[4]。然而，由于这种理想的通用性缝线目前还不存在，所以外科医生必须选用尽可能接近理想且具备以下特性的缝线：抗张强度均匀，以利使用较细型号的缝线；缝线的直径均匀而恒定；无菌性；柔韧性强，使操作方便、结扎安全；不含刺激性物质或杂质，以利组织相容；缝合结果可信任，对肌腱的切割作用小不容易从肌腱断端抽出、对肌腱的保护时间长，可以促进伤口的愈合，还能为外科手术提供方便等^[5]。

2.1.1 缝合线的分类 根据不同的分类标准，缝合线可以被分成多种类别。过去，按照材料属性可以分为天然材料、合成材料和金属材料；按照加工工艺来分，可以分成单丝型、编织型和捻合型等；按照缝线的编织方法可分为单股纤维缝线和多股纤维缝线(表1)^[6]；目前，中国缝合线的主要分类标准为它的生物降解性，按照这一标准，可以分为可吸收和非吸收两种，可吸收缝线暂时性地维系对合伤口边缘，直到伤口愈合到足以承受正常的张力为止，可分为天然材质的可吸收缝线和化学合成的可吸收缝线，这些缝线还可以用能改善缝线使用性能的化学试剂浸渍或涂层，或用特殊的染料着色以增加其在组织内的可视性，不可吸收缝线不能被机体的酶类消化也不能被水解，是由金属的、人工合成的或有机纤维通过纽织和编织等方法制成的单股或多股纤维细丝所组成^[7]。目前临床上缝合肌腱使用较多的缝合线包括不可吸收的聚酯多股编织缝合线(泰龙、素捷普和聚丙烯单股缝合线普里灵等)和可吸收的普迪思等^[8]。

2.1.2 可吸收缝合线材料的特点 天然可吸收缝线是通过机体内的酶类进行消化的，进一步可分为普通肠线和经过铬盐溶液处理的铬化肠线等。由于天然可吸收缝线的使用常会遇到许多意想不到的问题，如缝线的抗原性、组织反应及吸收速率难以预测等。相比之下，人工合成可吸收缝线更具优越性。人工合成缝线是通过水解作用而被消除的，与天然可吸收缝线的酶解作用相比，植入后人工合成缝线的水解作用仅引起较弱的组织反应，张力维持时间和材质吸收时间稳定，临床使用范围非常广泛。应当注意的是缝线抗张强度的丧失和吸收速率是两种不同的现象，缝线可能很快失去抗张强度，而吸收可能非常缓慢或可持续保持适当的抗张强度直至伤口愈合，然后再迅速吸收。

目前临床上常用的可吸收缝线如薇乔(聚糖乳酸910，polyglactin910)缝线满足了对较光滑合成可吸收缝线的要求，缝合14 d时缝线的抗张强度约保留75%，40 d以内缝线几乎不被吸收，56-70 d时缝线基本被吸收殆尽，可用来缝合张力相对较小的手部伸肌腱及吻合胃肠道等组织；快薇乔VICRYL Rapide是化学合成可吸收线中吸收最快的缝线，第5天时张力强度保留50%，7-10 d缝线开始崩解，因此更适合于缝合皮肤及黏膜。抗菌薇乔缝线(Vicryl Plus)是在薇乔涂层中加入纯度很高的三氯生化合物，形成三维抗菌区，可以有效抑制金黄色葡萄球菌、表皮葡菌球菌、耐药金葡菌、耐药表葡菌和大肠杆菌等的生长，有关研究也证明抗菌薇乔缝线可降低手术感染发生率^[9-11]；单乔(MonocryⅠ)是人工合成的单股吸收缝线，对组织损伤小、反应小，细菌不易附着，适用于皮下组织、皮肤缝合，美容效果好；普迪思(PDSⅡ)单股纤维缝线，抗张强度大，张力维持时间长，缝合后14 d可保留大约80%的抗张强度，术后90 d内缝线几乎不被吸收，是目前可吸收缝线里面降解速度最慢的，可用来缝合肌腱等需要较长时间支撑保护的组织。

2.1.3 不可吸收缝合线材料的特点 医用丝线是由蚕丝经涂蜡后编织或纽织的多股缝线，是不可吸收缝线中临床最常用的。由于丝线具有良好的柔顺性、打结安全性及较高的抗张强度，因此常被外科医生用作其他缝合线操作特性的评价标准，目前主要用于血管结扎、胃肠道手术及筋膜缝合等。但丝线有其自身的缺点，一旦伤口感染可形成经久不愈的窦道，直至线结完全清除为止。若用于污染或感染伤口缝合，更易引起伤口感染或脓肿形成。另外，丝线在组织内不能长期保留张力，6个月内其张力强度降至最初的1/3。

爱惜良(Ethilon)是一种化学合成的聚酰胺聚合物尼龙缝线，具有良好的弹性，特别适用于减张缝合和皮肤缝合。爱惜邦(Ethibond)是由未经处理聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯)紧密编织而成的多股纤维缝线，比天然纤维更强韧，组织反应轻微，对于血管人工合成材料的修补尤为适宜。普理灵(Prolene)是一种以线性烃聚合物的均衡结晶立体异构体为原料的聚丙烯缝线，不易被组织酶类降解或削弱^[12-14]，组织内活性极弱，抗张强度在体内维持可达2年之久，目前已被广泛应用于普通外科、血管外科和整形外科的手术缝合。

美国柯惠泰科泰龙(TICRON)不可吸收缝线是有多股聚酯纤维编织而成的缝合线，是一种高张力强度的编织缝合线，线体柔顺，易于操作、打结，不易发生切割损伤，是目前缝合肌腱较为理想的缝合材料。

总之肌腱缝合后由于自身愈合时间较长，需要缝线在断端保持较长时间的支撑保护作用，因此在选择缝线是尽量选择非吸收类缝线，或者降解速度慢的可吸收缝线。

2.2 肌腱修复的生物力学研究 最大抗牵拉强度又称最大抗张力或抗断裂力，是指肌腱被拉断时所承受的最大力量，是肌腱生物力学研究中最常用的指标之一，早在1938年就由Howes和Harvey最先报道。Ailenm在1941年首先引入此法来测量肌腱愈合强度。以后很多学者借用这种方法通过测量缝合肌腱出现裂缝和完全断开时所需的载荷来判断不同肌腱修复方法的牢固性。肌腱修复的强度包含两方面，一是在缝合早期，肌腱还未愈合时，缝线对肌腱两断端的连接力，这种力量需直至维持至肌腱完全愈合；另一是肌腱完全愈合后不再依赖缝线而靠其自身的强度来承受肌腱活动时的牵拉力^[15]。

2.2.1 缝线不同缝合方法对肌腱两断端的连接强度 从以往研究结果看，不同缝合方法所产生的连接强度有很大差别。有研究等对改良Kessler法、Lee法、Becker法和Savage法缝合的28条人肌腱标本抗拉力强度进行比较，发现Savage法缝合肌腱抗拉力强度最大，Becker法其次，Lee法最小。潘丞中等^[16]以猪肌腱为实验材料，对改良Kessler缝合法、津下缝合法、双改良Kessler缝合法、津下加双改良Kessler缝合法及汤氏缝合法的生物力学特性进行比较，结果显示汤氏缝合法肌腱抗张力强度最大。作者对6种不同缝合法进行了比较研究，发现津下双套圈缝合法肌腱具有最大抗张力强度。实质上，汤氏缝合法就是根据“三角形的稳定性最好”原理，按津下套圈缝合方法在肌腱掌面和背面两侧3个点缝合了3次。两组实验取得了类似结果。之所以津下双套圈缝合法和汤氏法缝合肌腱比其他缝合法肌腱有更强的抗张力可能与以下原因有关：①有比其他方法多的缝线跨越肌腱断端。这与林高田等^[17]研究发现的肌腱断端问跨越缝线数目多少对抗拉力影响最大这一结果相吻合。②这些缝线或分为2组分别位于肌腱两侧，或分为3组分别位于肌腱的3个点，有利于抗拉力的均匀分布。③缝线垂直通过肌腱断端，可比其他缝合方法中缝线成一定角度通过肌腱断端时获得更大的合力。这种解释似乎与Urha-niak等的观点相悖，其检测了8种不同缝合方法的抗拉强度，不仅发现缝线材料和连接肌腱断端缝线的数量对修复强度有较大影响，而且认为肌腱内的胶原纤维呈纵向排列，纤维之间存在一定空隙，纵向牵拉的力量容易将缝线拉脱^[18]。应该说这种解释是非常合理的。但Tsuge等^[19]介绍的套圈缝合法利用了肌腱的韧性，将套圈锁住部分肌腱纤维，越是牵拉套圈就锁得越紧，这样缝线垂直通过肌腱断端时的合力效应就得以充分表现出来。④这2组或3组缝线为二三根单独的缝线，若其中1根断裂或线结滑脱，其他缝线还能继续承受牵拉。

对于完成各种主要缝合(或称轴心缝合)后在肌腱断端间的辅助间断或连续缝合的作用也有了新的认识。以往认为其作用只是“整理”肌腱断端，使之变得光滑。Diao等则认为这种断端周围的缝合是肌腱修复的重要组成部分。为了证明这一观点，他们设计了在Kessler缝合基础上进行不同深度的断端间连续缝合实验，结果显示，较深的断端周围缝合组肌腱最大抗拉力比较浅组高约80%。这一结果后来从Gokce等^[20]的研究中得到佐证。

有研究指出线结滑脱和缝线撕脱是肌腱断裂的主要原因。为了防止缝线滑脱，对编织的聚酯缝线而言最少要打4个结。但若将大的线结置于肌腱断端间又会使断端空隙增大，影响肌腱愈合。为了解决这一问题，可将线结打在远离肌腱断端处，并可在肌腱上作一小的纵切口，将结头埋人其中，以免影响肌腱滑动^[21]。

缝线的结实与否对修复肌腱是否会在活动时断裂有重要作用。Gokce等^[20]应用4-0尼龙线对尸体2-4指深屈肌腱行Bunnell和Kessler缝合、应用6-0尼龙线行断端周围缝合后进行牵拉实验，结果行Bunnell和Kessler缝合的肌腱缝线均在邻近线结处断裂，而行断端周围缝合的缝线则从肌腱上撕脱。他们还发现肌腱缝合的部位与缝合强度有关，同一种缝合方法位于背侧者抗拉强度要高于位于掌面者。作者解释这是由于人体肌腱的实际滑动过程是一条曲线，在掌面需承受较大的摩擦力，而在背面则需承受较大的牵拉力。

缝线的粗细对肌腱抗拉强度也有一定影响。杨志明等^[22]切断兔跟腱后，分别用5-0和7-0单丝尼龙线作Kessler缝合，然后在不同时间测试肌腱抗拉强度。结果显示，术后3-14 d内，7-0缝线组强度始终未达到5-0缝线组的强度，说明在尚未愈合前，较粗缝线可使肌腱获得较好的抗拉力，但不是越粗越好，选择缝线时既要保证缝合强度又要达到肌腱缝合后平顺、光滑，因此外科医生应依据肌腱的口径来合理选择缝线，如手部的伸肌腱一般选择4-0缝线，手部屈肌腱一般选择3-0缝线，而修复跟腱就需要选择较粗的0号线或1号线。

2.2.2 肌腱愈合过程中力学强度的变化 从生物力学角度来看，肌腱愈合过程就是肌腱强度逐步积累的过程。但由于肌腱是机体的一部分，在肌腱修复后的早期还有一段水肿、脆性增加的时间，这就决定了肌腱强度不是一个随肌腱缝合后时间的延长由低到高简单积累的过程。有学者在观察术后制动肌腱最大抗张力的变化时发现，肌腱最大抗断裂力呈进行性下降，20 d后有所增加但低于原始强度；也有报道显示肌腱最大抗断裂力呈逐渐升高趋势，但增加幅度很小，所以学术界一直没有定论。Mason^[23]和Allen等^[24]早年的研究结果明确显示，肌腱修复强度在术后前2 d主要靠缝线来维持，第3-12天肌腱变软，缝线的作用减弱；术后5 d内肌腱抗拉强度明显降低，然后开始升高，但在2周内仍不能达到缝合初始时的强度。肖颖锋等^[25]对6种不同方法缝合肌腱的最大抗拉力进行动态观察，获得了与Mason和Allen几乎完全相同的结果。

另外，除肌腱愈合自身规律对肌腱生物力学强度的影响外，任何与肌腱愈合有关的因素都可影响肌腱生物力学强度。运动和张力是影响肌腱愈合强度的重要因素。肌腱缝合处承受张力能促进肌腱愈合，这已被体内外力学分析结果所证实。Kubota等^[26]的研究结果显示，同时承受张力和运动肌腱的最大断裂强度高于只承受张力或只在无张力下运动的肌腱，而既不承受张力又不进行活动的肌腱最大断裂强度最低。Schuind等^[27]的研究发现被动伸指时屈肌腱的最大张力一般为9 N左右，而主动无阻力活动时最大张力可达35 N，因此要保持肌腱断端一适当的张力，防止其再次断裂。确切的资料表明，张力能增加蛋白质合成、DNA含量、成纤维细胞增殖和成熟。Micha^[28]在实验研究中发现，张力在肌腱愈合过程中与肌腱胶原纤维的直径存在一定关系，肌腱的抗张强度与纤维直径密切相关。Becker等^[29]将静力施加于鸡肌腱，发现有3方面的作用：增加成纤维细胞向血凝块迁移；增加胶原纤维的沉积；增加张力作用轴线上细胞及纤维的数量。

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