疝补片材料学的现状和展望

疝补片材料学的现状和展望  

王伟刚, 俞永江. 疝补片材料学的现状和展望. 中国普外基础与临床杂志, 2022, 29(4): 556-560. doi: 10.7507/1007-9424.202106073 

摘  要

目的　比较目前运用于临床的不同材料疝补片的性能，以期为补片的临床选择提供参考。

方法　对国内外不同材料疝补片在腹疝及腹股沟疝治疗中应用的文献进行复习并进行综述。

结果　合成补片中，特别是大网孔中等量型的聚丙烯补片可能是最理想的合成补片；新型涂层材料在很大程度上改善了聚丙烯材料的不足。生物补片在复杂疝修补术中的地位有所动摇，有被可吸收合成补片取代的趋势。

结论　目前还没有一种补片能适用于所有类型的疝修补术中，聚丙烯补片仍然是一种有效且成本较低的补片材料，可吸收合成材料和抗菌涂层可能还有较大的发展空间。

补片材料学经过了漫长的发展历程，最早由 Usher等[1]所描述的合成塑料补片是由聚乙烯组成的 Marlex补片，从那以后，疝补片从单一的合成材料发展成三大类材料—永久性合成材料、生物材料以及可吸收合成材料。为了克服单一材料补片的缺陷，研究者通过交联或涂层的方式将两种或两种以上的材料复合在一起，形成复合补片，较好地提高了补片的力学和生物性能。随着疝修补材料和手术技术的不断发展，补片数量和类型呈现指数增长，目前已有超过 200 多种补片应用于临床[2]。笔者现就用于疝修补术补片的发展和历史、构建补片的基础材料、补片的物理特性以及抗黏剂和抗菌涂层在补片中的作用进行综述，以指导补片的合理选择。

1　补片发展历史回顾

现代疝修补术的特点是使用补片加固缺损部位，第一个人工补片是 1900 年由 Goepel 和 Witzel 使用银丝编织而成，后来不锈钢和钽纱也被当作修补材料应用于疝修补中，但这类材料可引起腹壁的僵硬、无功能以及高感染率和并发症的发生。Usher等[3]在 1958 年首次使用由聚乙烯组成的 Marlex 补片，与之前的材料相比，聚乙烯补片允许组织通过其间隙生长，虽然聚乙烯有许多优点，但不久后Usher发现了具有更多优势的聚丙烯材料，它可以经高温消毒、有良好的双向拉伸性能和更低的感染率。1984 年美国外科医师 Lichtenstein 使用聚丙烯制作成的补片用于外科疝修补，之后人工材料在疝与腹壁外科手术中得到了广泛应用。随后，疝修补材料不断发展与进步，新型、无毒性、组织相容性更佳、排异性更小的人工合成材料开始应用于临床，有效地改善了患者的预后，并显著降低了并发症的发生率。

但当合成补片发生感染或在明确污染区域和感染区域使用补片行疝修补术时，使用传统合成补片可能会增加手术部位感染的概率。随着细胞学和组织工程技术的发展，生物补片材料应运而生。第一个用于疝修补的生物材料是来自冰冻的尸体真皮层、阔筋膜张肌和硬脑膜组织，但这些材料的临床效果不佳[4]。

随后，由尸体的真皮组织制造的脱细胞真皮组织，因具有耐感染性好、良好组织相容性、完全可吸收等优势，被研究用于污染部位的腹壁疝修补术中并取得了良好的结果[5]。生物补片材料包括各种异种组织、同种异体组织来源。在过去，只有少数几种补片可供选择，而现在可供选择的补片数量得到了很大地改善，可以根据患者的不同情况来选择最合适的补片。

2　人工合成补片

2.1   补片材料

2.1.1   聚丙烯

目前，广泛应用于临床的不可吸收人工合成补片多为聚丙烯、膨化聚四氟乙烯、聚酯等材料，其中应用最广泛的补片由聚丙烯材料制作而成，这是一种永久的单丝碳聚合物，具有抗张力强、柔硬适度、良好的组织相容性和生物惰性的优点，且因其价格相对便宜，目前聚丙烯补片的市场占有率较大。

人体植入聚丙烯补片后会形成瘢痕组织，加固腹壁缺损，但如果放置在腹腔内与内脏直接接触，可能会形成很严重的粘连，导致肠梗阻和肠管补片侵蚀[6]。目前可用的聚丙烯补片有涂层和非涂层两种形式，其中非涂层的补片在腹膜外使用，而涂层补片是为在腹膜内使用而设计的。

2.1.2   聚四氟乙烯及膨化聚四氟乙烯

聚四氟乙烯是一种线性均链聚合物，由饱和氟原子的碳主链构成。聚四氟乙烯是带有很高负电荷的惰性材料，因为碳和氟之间的键非常稳定，它不会被人体吸收，而是作为异物包裹在体内。自从引入膨化聚四氟乙烯后，目前一般已较少使用聚四氟乙烯，它的微孔比聚四氟乙烯多，但当制成补片时，仍不允许组织向内生长[7-8]。

Fuziy 等[9]比较了不同材料补片，结果发现膨化聚四氟乙烯的黏附面积较大，但组织融合性最差，同时也极易引起血清肿的发生。膨化聚四氟乙烯的主要优点是它可以直接放置在内脏上，不易粘连，但是因其孔径较小，容易引起细菌定植，而一旦感染，目前一般推荐要取出补片。

2.1.3   聚酯

聚酯补片是在聚丙烯和膨化聚四氟乙烯之后制造的，它是由对苯二甲酸的聚合物为原料制成，对苯二甲酸亲水，可以被水解降解。以往认为相比于聚丙烯和膨化聚四氟乙烯，使用聚酯补片者的肠外瘘形成、补片感染和疝复发的发生率更高。

随着手术技术以及涂层材料的发展，聚酯材料的使用有所增多。Stavert 等[10]对 780 例患者使用聚酯补片行疝修补术，经过长期的随访，无补片感染，复发率为 0.51%。Totten 等[11]指出，与聚丙烯补片相比，聚酯补片的感染率和疝复发率相当。聚酯补片和聚丙烯补片一样，如果与内脏器官直接接触会引起严重的腹腔粘连，所以一般只能用于腹膜外疝修补术。

2.2   补片材料的物理性质

2.2.1   补片重量和抗张强度

合成聚丙烯补片根据重量不同分为 3 大类：轻量型补片、中等型补片和重量型补片，它们根据其组织结构和材料组成有不同的内在抗拉强度。研究[12-13]表明，相比于重量型补片，采用轻量型疝补片行腹腔镜全腹膜外腹膜前疝修补可减少不良反应、降低疼痛程度、加速患者康复、提高患者术后康复质量。目前，已经有轻量型补片替代重量型补片的趋势。但 Petro 等[14]的研究表明，相比于中、重量型补片，轻量型补片可能会因剪切力而导致补片中央破坏，增加了术后复发的风险。

2.2.2   补片孔径

与补片的重量相比，补片材料的孔径大小可能对补片内在性能及补片术后并发症预防更为重要。多项研究[15-16]表明，相比于小孔径补片材料，大孔径补片具有良好的清除细菌功效，通常来说，重量型补片的孔径小，可能会阻止组织向内生长，轻量型补片通常具有较大的孔径。考虑到轻量型补片中的桥接纤维化和早期补片失效以及重量型补片的孔径小和细菌清除率降低，在理论上，中量型的补片可能是理想的无涂层合成补片。然而，目前尚缺乏大量的临床证据。

2.2.3   材料可塑性

很多修补术中都需在二维空间中剪切补片以适应患者的三维解剖结构，近年来已可利用塑性技术设计制造满足特定用途和特殊体腔形状的补片产品。三维补片根据腹壁腹股沟区的弧度进行设计，与腹壁解剖形态配合良好，贴壁性能好，不固定即可完全铺平于腹壁。与二维平补片相比，三维补片具有操作更为简便、手术时间短、术后局部不适感更轻微等优点[17]。此外，术前使用多层螺旋 CT 三维重建技术可以精确测量耻骨肌孔区域不同解剖位置的数据和关系，该技术可以为三维打印补片的制作提供精确的数据[18]。

2.3   涂层材料及复合补片

目前大多数合成补片都是以聚丙烯或聚酯为基础材料，然而单纯使用这类补片可导致局部炎症、严重的粘连、肠道侵蚀、血清肿和异物感。为了减少局部反应和术后并发症的发生，研究者采用“复合法”将其他材料覆盖在合成补片上，这种纳米技术可以有效地防止粘连和局部炎症。钛涂层补片是目前最常用的涂层补片之一，与标准聚丙烯补片相比，镀钛补片有效地防止了严重的粘连和异物感。然而钛涂层补片的成本明显较高[19]。

市面上有许多不同类型涂层材料，包括 ω-3 脂肪酸涂层、透明质酸/羧甲基纤维素和氧化再生纤维素[20]。最近一项 meta 分析[21]指出，透明质酸/羧甲基纤维素涂层补片有效地减少了聚丙烯补片粘连的形成。为了解决补片植入人体后与周围组织整合不良，通过静电纺丝技术，将聚己内酯和明胶共混物制成的纳米纤维膜覆盖在聚丙烯补片上，它将作为纳米结构涂层，能够在纳米尺度上改善细胞反应、减轻免疫反应、缩短补片整合时间并促进伤口愈合过程[22-23]。张永祥等[24] 采用浸涂法，将生物相容性优良的聚乳酸乙醇酸共聚物涂覆在聚丙烯补片一侧，制备了聚乳酸乙醇酸共聚物/聚丙烯腹壁复合涂层补片，结果表明，该补片具有更好的弹性和拉伸性能，有望成为一种新型腹壁疝修补补片。

虽然涂层补片已被证明可减少腹腔内的粘连，但同时也要考虑到涂层材料堵塞补片微孔，可能会阻碍组织向内生长且细菌形成生物膜会导致清除细菌感染的能力降低。然而这些并发症风险并没有超过补片侵蚀和肠外瘘形成的风险，当需要腹腔放置补片时，此类补片仍然是最好的选择。在使用时要非常小心，放置时确保涂层的一侧朝向内脏器官，特别是在腹腔镜手术中，在固定装置和操作时避免擦去涂层。

复合补片是将聚丙烯嵌入或附着在另一种不太容易粘连的合成材料上而制成，最常见的是膨化聚四氟乙烯，其设计旨在促进组织向内生长到聚丙烯侧，惰性膨化聚四氟乙烯侧可防止内脏粘连。但复合永久性材料的高度收缩和硬化导致患者不适，且补片腹壁移位导致疝复发的可能性较大。

3　生物补片

目前使用的生物补片多来源于哺乳动物（如猪、牛、羊、人）组织，最常用的是真皮，但也有心包和肠黏膜下层，这些组织经过脱细胞成分的过程，留下具有生物活性的细胞外基质，为组织特异性细胞生长、信号传导和重塑提供支持和支架。第一代生物补片使用后不久，临床证据[25-26]即表明重塑组织可能会随着时间的推移而伸展，降低了补片修复强度，可通过对补片实现胶原交联，稳定细胞外基质，延迟生物支架的降解，以提高拉伸强度。但相关基础研究[27]又发现脱细胞基质材料经过交联后，炎症细胞进入材料骨架的效率降低导致补片抗感染能力下降。

为解决这一问题，研究者将羊前胃基质用最少量的合成聚合物结合在一起制成生物加强补片，在减轻炎症反应、减少感染并防止过度伸展方面，该类型补片展现出初步的优势[28]。

通常认为生物补片一般运用于受感染或受污染区域和其他高危患者的疝修补中[29]，具有可吸收、远期舒适性好等特点。随着疝补片材料学的发展，尤其是合成材料涂层及抗菌材料的发展，生物补片的使用条件受到了巨大挑战。

Koscielny 等[30]对比了合成补片和生物补片，结果表明在非复杂性疝修补中，生物补片没有显示出比合成补片更大的优越性。Harris 等[31]、Olavarria 等[32]多项随机对照试验结果表明，与合成补片相比较，生物补片的复发率均明显较高，而术后其他并发症发生率相似。鉴于生物补片的高成本和复发率，将来可能会逐渐被可吸收合成补片所替代。

4　可吸收合成补片

可吸收合成补片由生物衍生或可吸收合成聚合物构成，提供组织向内生长的临时支架，但这类材料会随着时间的推移被水解，并最终被自身组织取代，实现组织的修复。最早的可吸收补片所用的材料是聚乳酸-910，其可在 3 个月内被完全吸收，但因其瘘管发生率很高而被弃用[33]。

目前临床上所使用的第一种现代补片是 Gore Bio-A®[34]，它由聚乙醇酸和碳酸三亚甲基按 2∶1 的比例制成，该补片可在 6 个月内完全溶解并促进纤维血管组织的替换。Smith 等[35]开展了随机对照研究，在高风险腹壁疝患者中使用 Bio-A® 补片，结果发现，无论是对污染还是对清洁伤口，该补片都表现出安全和持久的修复效果，在 29 个月的随访中复发率为 9%。

目前采用的可吸收合成补片还有 Phasix™，该补片由聚 4-羟基丁酸酯制成，是一种较新的生物合成材料，它是用基因工程化大肠杆菌产生的一种蛋白质为底物，通过聚合、编织成补片模型，具有更长的吸收时间（12～18 个月），以允许宿主组织重塑，具有与传统聚丙烯补片相当的机械强度。

该补片不同于 Bio-A® 补片，当放置于腹腔时会产生明显的粘连，因此目前使用水凝胶涂层预防粘连。Aldohayan 等[36] 对小样本患者使用 Phasix™，在中长期随访过程中初步证实了该补片的有效性及低复发性。总的来说，可吸收合成补片发展迅速，可能要比生物补片更加耐用，但是目前缺乏与其他补片对比的大样本临床研究。

5　抗菌涂料

补片在植入体内发生感染是一种严重的并发症，通常需要二次手术取出补片。理论上可以通过在补片本身涂上抗菌材料来防止感染。将补片在植入体内之前浸泡在抗生素或抗菌剂溶液中可能是一种预防感染机制，然而人体研究[37]发现，使用浸泡过万古霉素的补片没有降低手术部位的感染概率。可能与抗菌剂植入后很容易被冲洗掉有关。

一种更有成效的方法似乎是将补片与能够抑菌或杀菌的材料黏合在一起。研究[38]表明，与银纳米颗粒相结合的补片可有效地抑制细菌的增殖，降低感染率，但由于材料的稀缺性导致此类补片无法大量运用于临床治疗中。DualMesh Plus[39]是最早商业化的合成补片，由聚四氟乙烯负载二醋酸氯己定和碳酸银制成，药物从补片中的高浓度迅速扩散到局部组织中，这种补片药物的活性仅可持续14d，但这种补片对降低感染率和防止生物被膜形成的效果尚无明确结论。

Blatnik 等[40]使用万古霉素的聚合物涂层补片，可在较长时间保持药物浓度，在动物实验中能够预防耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的同时不影响补片的其他性能。此外，氧氟沙星、利福平和米诺环素同样已经在体外和动物上进行了研究，均表现出良好的抗菌性能，但人体试验数据还需大量的临床研究。

6　小结与展望

随着材料学的发展，用于临床疝修补术的补片数量呈现指数增加。疝修补技术日趋成熟，但材料学还有很大的发展空间，目前也没有一种适用于所有类型的补片问世。合成补片中，特别是大网孔中量型的聚丙烯补片可能是最理想的合成补片。涂层技术及抗菌涂料的运用，使得聚丙烯补片的性能得到了前所未有的改善，使其在污染、感染环境或复杂疝修补中表现出不亚于传统生物补片的结果。此外，新型合成可吸收补片是研究的热门话题之一，有逐渐取代生物补片的趋势。

总之，临床医生需合理判断患者的具体情况，选择最合理的手术方式及补片材料。

重要声明和参考文献略。