多糖类止血粉的研究现状与分析

王恒宇，薛坤仑，贺妍蓉，许建梅

(苏州大学纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

创伤常常是指人体组织或器官的毁坏与功用障碍，其是由机械致伤等要素导致的，它具备普遍性、可预防性和现代性，在很大水平上影响了国民经济的增长和社会的稳固，现在已被世界卫生组织列为全球性公共卫生课题[1]。而引起创伤出血的主要原因有医疗手术、交通伤亡、武装冲突以及军事战争等，在上述情况下，如果伤者的出血情况得不到有效的缓解与改善，那么有可能会引起休克以及其他症状，严重的甚至造成死亡。

因此，如何研制出高效且快捷的止血材料一直成为科学研究者研究的重点项目。止血材料要想达到止血的目的，必须具有快速凝血从而减少伤亡、对止血部位的组织无压迫从而不会造成止血结束后的损伤等特点，那么材料需要具有良好的生物相容性、无细胞毒性、在体内滞留不易产生血栓、可降解性、无后续并发症等性能。

多糖是自然界中的一种高分子化合物，其基本结构是单糖分子经过糖苷键聚合所形成。作为大自然中广泛存在的高分子材料，多糖类止血材料相较于其他止血材料有着更为优异的止血性能，止血效率高；同时，广泛的来源、优良的生物相容性、较低的制备成本、较好的可吸收降解性、不容易引发应激反应等也是多糖类止血材料的特点。而对于粉状止血材料来说，它适合于创面位置不规则、形态各异的情况，使用范围较广，并且还适合于神经、颅脑等敏感部位；具有上药的添加量可控、上药操作方便快捷、伤口愈合较快、无残留等优势。所以，多糖类止血粉就逐渐成为学者们研究的重点课题。

多糖类止血粉是多孔、微球形态的止血材料；尺寸在微米级；适用于创面位置不规则、形态各异(如深沟槽的伤口)的情况，也适用于神经、颅脑等敏感部位的止血；其止血性能优异、使用方便快捷并且易与其他种类止血材料配合使用；作为多孔微球形态，多糖类止血粉可以载药，例如凝血酶、纤维蛋白、药物因子等，这一特点是其他止血材料难以做到的。

为了给相关研究人员梳理清楚多糖类止血粉的性能特点、研究技术和应用前景等，本文采用了文献调研的方式对近年来多糖类止血粉的相关研究论文进行了阅读与归纳，综述了多糖类止血粉的研究现状，讨论了多糖类止血粉的发展前景与发展方向。

1 止血机制

止血机制通常分为两种，当人在受到创伤发生流血的时候，一种是机体自身所反应的生理性止血，另一种是采用止血材料进行止血的止血机制。

1.1 生理性止血机制

在正常情况下，当身体受到创伤出血时，对于一个出血相对较小的伤口，身体本身就可以开始凝血过程，使伤口处的血液流动成凝胶状的血凝块，这个过程称为生理性止血[2]。

生理性止血机制主要包含以下三个方面[3-7]：一是血管紧缩，这会导致局部血管收缩反应加快，同时管腔变窄，因此减缓了通过受损区域的血流速度，从而提高了止血效率；二是当血管遭受伤害，血小板活化后，血小板得到了损伤区激活因子的刺激，立即聚集并附着在损伤区域，最终构成庞大的血小板聚集区域；三是多种凝血因子连续被激活的同时，大量的凝固剂被活化的血小板释放出来，使凝血酶的形成进程加快，凝血酶能够将可溶性纤维蛋白原在血浆中变成不溶性纤维蛋白进行止血。另外，血栓的形成主要归功于血小板与纤维蛋白的协同作用，它的本质就是一种血凝块；而且当血小板的伪足伸入到纤维蛋白网络时，已经形成的血栓(血凝块)会随着网络的收缩而变得愈发紧密，这要归功于肌球蛋白与肌动蛋白的连续紧缩作用，从而达到进一步稳固血栓的目的，完成二次止血。

1.2 止血材料的止血机制

人体自身虽然可以通过生理性止血的机制来进行止血，然而机体的凝血时间漫长，并且如果遇到严重创伤产生大出血的情况下，生理性止血的作用几乎可以忽略不计。所以，我们需要止血材料来进行高效快捷的止血。根据目前的研究来看，止血材料的止血途径有两种[8,9]：第一种是生化止血，一方面在生物程度上，止血过程中的止血材料(生物制品类)能够作用于内、外源性凝血途径中的凝血因子，促成纤维蛋白或凝血酶的构成进而达到止血的目的，比如纤维蛋白密封剂(Tisucol、Beriplast)；另一方面在化学程度上，带正电荷的止血材料能够联合或汇集血小板和红细胞，促使血液凝固速度加快，带负电荷的止血材料则能够联合血红蛋白上的铁离子，促进血红蛋白的聚集效应，例如壳聚糖、α-氰基丙烯酸酯类医用胶、再生氧化纤维素等。第二种是物理止血，从吸水性来说，因为材料能够吸取血液中的水分，具有较强的吸水功能，使血细胞及血小板浓缩程度提高，血液的黏稠度大大增加，使血液的流动速度减缓，或者材料吸收水分膨胀后封锁出血口，以此来达到止血的目标，比如医用纱布、海绵、绷带等；从密封性来说，这类材料本身不具有任何固有的止血活性，但可以通过快速聚合过程使伤口闭合、血管吻合保护和防止渗漏，比如氰基丙烯酸酯、戊二醛白蛋白等。而最理想的方式则是使止血材料同时发挥以上两种机制，则首先在极短的时间内快速的物理性止血，同时由于材料与人体血液的接触而触发生理性止血。

2 止血制剂

2.1 无机类止血制剂

无机类止血制剂主要有沸石、黏土矿物、聚磷酸盐等。沸石是一种天然的微孔铝硅酸盐晶体矿物并具有笼状的腔体，既能容纳水分子，又能容纳阳离子，如钠离子和钙离子等[10]。当其与生理溶液相接触时，可与其他阳离子进行交换[11]，由于水和钙离子之间存在一定的静电相互作用，因此当人体受到创伤时，在出血部位沸石会在其孔隙内捕获大量的血液促使局部Ca2+浓度升高从而导致凝血因子活化和血小板聚集而达到止血的目的[12-14]。

黏土矿物是由四面体硅酸盐片和八面体铝酸盐片所组成的一种含水铝硅酸盐[15]。黏土具有比表面积大、热稳定性高、表面电荷大、晶体结构特殊、离子交换能强等特点，由于水在硅酸盐板之间的包覆，黏土也会膨胀[16]。在1958年就已经发现当血浆接触高岭土(四面体板与八面体板1∶1组成)时可活化体内凝血级联[17]，因此黏土矿物可以阻止血液的流动并且引起血液的凝固从而达到止血的目的。

聚磷酸盐是一种无机类聚合物，Ruiz等[18]在2004年发现聚磷酸盐可以在短时间内使血液中的Ca2+浓度升高从而引发血小板聚集效应来进行止血，因此被认为是一种有效的止血剂。聚磷酸盐在凝血级联反应中有三种不同的功能：一为通过激活凝血因子Ⅻ来激活凝血途径；二为通过凝血酶和凝血因子Xa因子促进V因子的活化；三为可提高纤维蛋白的稳定性[19]。

2.2 有机类止血制剂

有机类止血制剂主要有天然高分子多糖类、蛋白类、合成聚合物等。胶原又称为胶原蛋白，是一种广泛存在于动物结缔组织中的生物高分子结构蛋白，它的功能在于结合组织与连接器官[20]。胶原类止血材料包括微纤维胶原、纤维胶原、非纤维胶原、基膜胶原等，通常具有可吸收性强、止血效果良好、易成型、生物相容性好等特点。胶原蛋白的止血对象主要作用在血小板上，胶原可以引发血小板的聚集效应形成血栓，还可以激活生理性止血机制中的内源性凝血路径，并且能够刺激血小板释放部分分泌物和亚细胞颗粒来促进止血进程(如多种凝血因子)，进而堵塞和黏附受损血管进行止血[21]。

合成聚合物就是将小分子的有机化学物质(单体)通过各种化学反应聚合成含有重复结构单元的大分子有机物，在医疗止血领域主要以阳离子聚合物作为止血材料。阳离子聚合物的止血机理可以表述为，通过其正电荷吸附带负电的血小板和红细胞，导致血小板和红细胞发生聚集效应并促进凝血过程[19]。

各种有机无机类止血制剂各有优缺点与适用性。无机类止血制剂的具有高比表面积和强吸水性的特点，有机类止血材料往往具有很好的可降解性和良好的生物相容性，实际应用中常采用各种物理、生化方法将多种材料复合，取长补短，制备出更加高效安全的医用止血材料[19]。

3 多糖类止血粉

天然多糖是普遍存在的一种高分子化合物，其基本组成单元是单糖分子；多糖类止血材料一般有壳聚糖类、海藻酸类、纤维素类和淀粉类等。天然多糖由于具有优异的止血性能、来源广泛、生物相容性好、制备成本较低、人体内易被降解吸收、引起应激反应较少等优点而被大量应用于止血制剂。它的止血机理是某些材料携带正电荷，因此可以粘附带负电的红细胞从而导致红细胞聚集，同时在血管损伤处形成堵塞[22]；或者某些材料由于其强吸水性，可以吸收大部分血液，捕捉红细胞、血红蛋白和血小板等物质，进而使有关的凝血因子浓度大大提高，加速了生理性凝血机制的激活[23]。

3.1 壳聚糖

壳聚糖是从真菌的细胞壁，以及甲壳动物(如虾、蟹类)的外壳中提取的天然多糖，其化学名称为β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖[24]。根据脱乙酰度可分为甲壳质与壳聚糖，脱乙酰度小于20%，天然多糖通常称为甲壳质；脱乙酰度大于70%，则称为壳聚糖，因为脱乙酰度的极限不会超过100%，因此壳聚糖实际上是由这两个单体物质构成的线性共聚物[25]。目前，壳聚糖止血材料可制成微球状、绷带、水凝胶、海绵等各种形态，适用于位置和形状差异较大的创口[26]。此外，壳聚糖还可以构成药物的组分载体，用于稳固药物，促成药物的吸收，减缓或管制药物的溶解速度，协助药物抵达靶器官，也可以抗酸、抗溃疡，防止药物损伤胃部等[27]。

3.2 淀粉

淀粉是自然界中的一种多糖，也是光合作用的终极产物，它是由葡萄糖分子通过聚合所形成的，本质上是一种高分子碳水化合物；淀粉结构的基本组成单位为α-D-吡喃葡萄糖，而淀粉分子则是由α-D-1,4-糖苷键衔接经过葡萄糖脱去水分子后的聚合物所构成，它的分子结构式为(C6H10O5)n，n为聚合度[28]。淀粉从结构上可以分为直链淀粉和支链淀粉两种。在医疗卫生领域，最普遍应用的是一种新型的改性多孔淀粉,它能够简略地描述为在糊化温度下经过物理、机械、化学和生物手段水解后在淀粉颗粒外表和内部构成的具备小孔结构特征的止血材料[28]。

3.3 海藻酸

海藻酸作为一种天然的海洋高分子生物材料，普遍地存在于褐藻中，它是由α-L-古罗糖醛酸(M)和β-D-甘露糖醛酸(G)两部分组成，因此本质上是一种线性的糖醛酸；海藻酸通常以天然的状态在细胞质中存在，它对细胞壁的增强作用十分有效。海藻酸还经常与海水中的许多阳离子相互联结，构成多种海藻酸盐(如海藻酸钠)[29]。在医学上，海藻酸不仅能够作为医治药物、神经恢复、应变培育、组织工程、药物缓释等载体的可吸收材料，还可用于外科缝合、止血敷料、止血粉、体表愈合促成敷料等材料的研发[29]。

4 多糖类止血粉的制备与评价

多糖类止血粉为了实现多孔结构，获得比较理想的止血效果，可以根据不同的材料采用不同的制备方法并在制备后进行相应的表征与评价。表1对多种多糖类止血粉的制备方法、粉体外观形态、生物学评价进行了总结。从表中可以看出，多糖类止血粉的制备方法主要有酸酶复合水解法、乳化交联法、吸附法等；常见的评价方法有生物相容性评价和止血性能评价。

4.1 制备方法

多糖类止血粉通常都是采用制备多孔微球的方式来进行的，对于这种微球的制备方法主要有酸酶复合水解法、乳化交联法和吸附法。

酸酶复合水解法广泛适用于以淀粉为载体材料的制备流程；由于采用了生物化学相结合的方式所以工艺较为复杂；制备的粉体为微米级的多孔微球并且毒性很低。

乳化交联法广泛适用于多组分载体材料的制备流程；由于采用了化学物理相结合的方式所以工艺比较复杂；制备的粉体多为微米级的多孔微球，少数可达到纳米级；虽然在制备流程中采用了交联剂具有一定的毒性风险，但后处理工艺的存在使得粉体的毒性较低。

吸附法的适用范围较小，但由于制备过程中不涉及化学、生物反应，是一种纯物理的制备方法，所以工艺比较简单；制备的粉体为微米级的多孔微球并且一般无毒性。

表1 多糖类止血粉的制备与表征

4.2 评价方法

4.2.1 生物相容性评价

生物相容性评价主要可分为细胞毒性实验和组织相容性实验。细胞毒性实验是研究材料对细胞的生长、增殖、分化是否有影响，对细胞的活性是否有影响的实验。根据细胞的生存率，将材料毒性分为0～5级。一般生物相容性好的材料毒性为0～1级，细胞的存活率可达到75%以上。多糖类止血粉具有很好的生物相容性，延常娇等[2]采用乳液聚合法制备Poly(DEX-GMA/AAc)纳米凝胶止血粉，该止血粉的细胞毒性实验表明在细胞材料共培养24、48、72 h三个时间点的细胞存活率都超过了75%。

组织相容性实验又可分为动物皮肤刺激性实验和动物体内埋植实验。动物皮肤刺激性实验是研究试验药物是否对动物皮肤有不良的影响的实验，通常以皮肤过敏反应作为主要评价指标。多糖类止血粉对于动物皮肤的刺激性很小，根据表1中的多个文献表明，多糖类止血粉的皮肤刺激反应平均值为零、皮肤表面伤口无红肿炎症等不良反应[2,28,31]。

动物体内埋植实验是研究试验药物在动物体内或伤口处是否产生不良反应的实验，一般以受试物在动物体内降解的情况作为评价指标。多糖类止血粉在动物体内的降解性比较好，根据表1中的多个文献表明，多糖类止血粉的降解速度较快并且在一段时间后，基本上可以达到完全降解[2,28,30-31]。

4.2.2 止血性能评价

止血性能评价主要可分为体外促凝血实验和动物体内止血实验。体外促凝血实验是研究试验药物在体外环境下是否能促进血液凝固的实验，通常以全血凝固时间作为主要评价指标。多糖类止血粉可以有效地促进体外血液的凝固，根据表1中的多个文献表明，多糖类止血粉可以在较短的时间内使试管内的新鲜血液完全凝固，凝血性能较好。

动物体内止血实验又可分为大鼠断尾止血实验和大鼠肝创面止血实验。大鼠断尾止血实验是研究大鼠在断尾出血后，试验药物能否有效对其进行止血的实验，一般以止血时间作为主要评价指标。多糖类止血粉对大鼠断尾的止血效果较好，根据表1中的多个文献表明，多糖类止血粉能在较短时间内使大鼠断尾处止血，止血性能较好[28,30]。

大鼠肝创面止血实验是研究大鼠的肝脏在受到创伤出血后，试验药物能否对其进行有效止血的实验，通常以止血时间和止血量作为主要评价指标。多糖类止血粉对大鼠肝创面的止血效果也十分显著，根据表1中的多个文献表明，多糖类止血粉能在较短时间内使肝脏创面完全止血并且纱布上吸收的出血量较少，止血性能较好[1,2,29,30,31]。

5 结语

本文分析了生理性止血的机制，以及以此为基础的止血材料实现止血的机制与途径，认为止血材料的研发思路包括以下几个方面：(1)激发生理性止血：材料作用于内、外源性凝血途径中的凝血因子，促成纤维蛋白或凝血酶的构成进而达到止血的目的；或者带正电荷的止血材料能够联合或汇集血小板和红细胞，促使血液凝固速度加快，带负电荷的止血材料则能够联合血红蛋白上的铁离子，促进血红蛋白的聚集效应。(2)浓缩血液，提高血细胞及血小板浓度来达到止血：这种方法需要材料多孔，亲水性强，吸水性好。(3)材料吸收水分膨胀后封锁密封出血部位来止血。

其次本文主要探讨了多糖类止血粉的载体材料的种类及特点、制备方法、评价方法等。认为多糖类止血材料具有天然的促凝血作用，优良的生物可降解性、生物相容性，无刺激性等特点，是制备多孔性止血粉剂的优良材料。三种制备方法均有一定的适用范围，采用的方式(物理、化学、生物)也不尽相同，但是其制备的粉体大多为微米级的多孔微球且毒性较低。同时止血粉的制备特点使得微球制备过程中可以负载一些消炎止痛、促凝血因子等药物，并做成缓释制剂，不但能起到止血的作用，而且对后继受伤部分的快速修复也起到很好的作用。

虽然多糖类止血粉是应用于创伤急救等无医疗条件下的应急情况，但是随着目前医疗器械的深入发展，将多糖类止血粉与相关的医疗器械结合使用也可以是一个新的趋势，这样既发挥了医疗器械的机械物理止血作用，又利用了药物的促凝血作用，形成了医疗器械和药物的协同止血作用；并且它的研究进展已经在神经外科、妇科、肛肠科、胸外科、牙科、烧伤整形科及耳鼻喉科等[33-39]领域有所突破。