关键词：战创伤；止血材料；壳聚糖
摘要：不论在战争时期还是在和平时期，及时、有效、精准止血都是提高伤员生存率与治愈率的重要举措。世界各国都在积极研发不同类型的止血材料，以期能在紧急情况下降低伤患出血量，为后续转运及救治创造有利条件。现阶段，商品化的止血材料主要分为天然生物类、合成生物类、矿物质类及凝血成分制剂等，但都有各自的局限性。本文主要对以壳聚糖及其衍生物为代表的天然有机高分子多糖类止血材料的分子结构特点、生物医学特性、国内外研发与应用进展以及与其他止血材料的应用对比进行综述，并对其可优化和创新之处提出展望，为研制集止血、抗菌、止痛、促进伤口愈合于一体的功能复合型壳聚糖止血材料提供理论基础。
背景：致命性大出血是导致战伤减员和车祸、手术等创伤事件中伤员死亡的主要原因[1-2]。一项美军在-年对阿富汗及伊拉克冲突间的战术战伤救治观察及模拟数据显示，18年中，随着止血带、输血及伤后1h内转运这3种干预措施的普及，美军死亡率降低了44%，其中12.9%与使用止血带有关[3]。因此，及时、有效、精准止血是紧急情况下挽救生命的关键。美军版《战术战伤救治指南》将大出血的止血作为战场上3大可预防战斗死亡的减伤策略之首[4]。《欧洲创伤后大出血与凝血功能障碍管理指南（第5版）》也将局部止血作为控制危及生命的出血的最高级别推荐[5]。第二次世界大战期间，美国俄勒冈州医疗激光中心在美军的资助下成功将壳聚糖制成第1代止血绷带HemconBandage并成功投入战场使用[6]，急救止血材料自此逐步受到全世界的重视。为适应现代战争的需要，世界各国先后研制了以沸石、硅胶、海藻酸盐及壳聚糖等为基础的止血材料。20世纪90年代以来，随着生物材料科学和技术的迅速发展，高分子止血材料展示出强大的生命力，其中壳聚糖因其良好的止血效果、生物降解性和无毒、抗菌、促愈合的特性备受研究者们青睐，具有良好的应用前景。本文对以壳聚糖为基质的止血材料的分子结构特点、生物医学特性及国内外研发与应用进展进行综述，并对其可优化、创新之处提出展望，为研制出集止血、抗菌、止痛、促进伤口愈合于一体的功能复合型壳聚糖止血材料提供理论基础。
一：壳聚糖分子结构特点及基本生物医学特性
1.1壳聚糖分子结构特点
壳聚糖是广泛存在于虾蟹等海洋甲壳纲动物外壳、昆虫外骨骼、真菌细胞壁、蘑菇外壳、绿藻和酵母中的自然界唯一的阳离子碱性氨基酸多糖，是仅次于纤维素的第二大类天然生物多糖[7-8]，是甲壳素（几丁质）脱乙酰基后的初级衍生物，化学名为β-1，4-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖胺[9]。壳聚糖的提取过程主要包括脱矿、脱蛋白和脱乙酰3个步骤，脱矿是在稀盐酸溶液中去除碳酸钙和氯化钙，脱蛋白是在稀氢氧化钠溶液中去除蛋白质，脱乙酰是去除乙酰基，将甲壳素转化为壳聚糖[10-11]。壳聚糖的基本单位葡萄糖胺是人体内存在的物质，因此壳聚糖有较好的生物可降解性[12]；同时，在浓盐酸、硫酸、85%磷酸和甲酸等环境中，1，4-硫代葡萄糖键被水解，分子量大大降低，有较大的溶解度[13]。20世纪60年代，科学家们开始在生物医学领域深入研究壳聚糖的各种作用[14]。
1.2止血作用
壳聚糖能利用自身氨基端的正电荷吸引红细胞膜上的负电荷，快速诱导红细胞发生聚集，加速出血部位血凝块形成[15]。壳聚糖可以显著增加血小板的Ca2+浓度，并增强血小板膜GPⅡb/Ⅲa复合物表达，阻止Ca2+进入血小板胞浆，大量的Ca2+加速血小板活化，增强黏附性和聚集性[16]。
1.3抗菌作用
壳聚糖抗菌活性受多种因素影响，例如细菌的种类及菌龄、壳聚糖的分子量（正电荷密度）、脱乙酰度、物理状态、所处pH环境、反应温度和时间等[17]。目前普遍认为壳聚糖主要作用于细菌外表面，二者正负电荷的静电相互作用削弱了细胞壁的电场力，导致细胞裂解[18]。此外，壳聚糖通过对微生物细胞核的渗透，与其DNA结合并干扰mRNA和蛋白质合成。
1.4促进伤口愈合
壳聚糖能刺激伤口部位成纤维细胞分泌白细胞介素-8，还能促进中性粒细胞和巨噬细胞的浸润和迁移，清除伤口外来物质并形成肉芽组织，使纤维组织得以形成和再上皮化，说明壳聚糖是一种有效的生长因子传递材料，有助于治愈慢性溃疡[20-21]。
1.5局限性
单一成分的壳聚糖生物材料在抗菌止血、伤口愈合、生物相容和生物降解等方面均存在一定的局限性。例如，壳聚糖是结构规整的线性高分子，不能溶于水溶液（如稀酸、稀碱）或有机溶剂（如酒精、酮和碳氢化合物），不适于实际应用[22]。此外，其力学性能大、脆性大、吸水及抗水性差、降解时间长等，也给实际应用带来了困难，需要对其进行物理、化学改性或研制复合材料以获得功能理想的衍生物。
二：壳聚糖的物理、化学改性研究
2.1物理改性——制备不同状态的聚合物
Vila-Sanjurjo等[23]通过凝胶交联法制造出壳聚糖纳米颗粒，毒性低，在生物条件下稳定性得到提高。Govindaraj等[24]利用壳聚糖-琥珀酸-尿素的水热反应制备生物相容性大孔、超吸水性壳聚糖水凝胶，并与小鼠成纤维细胞的生长相容，可用于药物传递和止血，但制备周期较长，需进一步改进。
2.2化学修饰——增强止血、抗菌、促愈合作用
Chen等[25]用不同长度碳链和烷基与壳聚糖上的氨基结合，合成N-烷基化壳聚糖。试验结果表明，N-烷基化壳聚糖具有良好的生物相容性和更好的止血活性，是一种理想的止血材料，但不利于凝血因子激活，且血栓形成的特性也与血小板活化无关。刘梦媛等[26]也合成了N-烷基化壳聚糖，其凝血时间缩短，流变学中使血液形成凝胶更为牢固，但对体内、外凝血指标无影响，需进一步优化烷基凝血能力，加快血液凝固。
Yi等[27]开发了一种席夫碱基果糖壳聚糖季铵盐，应用在大鼠创面愈合模型中，可以加速炎症细胞流入伤口区域，并激活成纤维细胞迁移到伤口区域，具有良好的促进创面愈合的能力，同时具有良好的水溶性、抗氧化活性、血液相容性，且不刺激皮肤，具有一定治疗潜力。Zhang等[28]通过壳聚糖与戊二醛交联反应制备了交联羧甲基壳聚糖，在大鼠肝脏的止血和愈合模型中，止血效果较好，但在创面内不能降解，移除时容易产生瘢痕，应谨慎选择使用。
三：壳聚糖与其他材料的复合研究
3.1壳聚糖与有机、无机材料复合
Zou等[29]将带有羧甲基壳聚糖纳米颗粒包封抗菌肽，制成负载纳米粒子的聚乙烯醇/壳聚糖纳米纤维止血材料。该材料具有抗菌性能并促进皮肤伤口愈合。Yan等[30]研制出壳聚糖/焦磷酸钙纳米片加固的胶原海绵，用于快速控制出血，该材料具有快速吸水能力，富含氨基基团，可激活凝血级联固有通路，诱导血细胞和血小板黏附，促进血液凝固，实现快速止血控制。
Sun等[31]将介孔二氧化硅纳米颗粒加入壳聚糖微球中用于外伤性出血的控制。在大鼠肝裂伤模型中显示止血时间明显简短，细胞相容性好，无细胞毒性，是一种有良好前景的快速止血剂。董丽丹等[32]在羧甲基壳聚糖中引入具有抗菌作用的Ag+和TiO2制成复合材料，该复合物的凝血及止血时间同单纯壳聚糖相比明显缩短，说明止血性能较好。Shao等[33]将纳米银粒子与壳聚糖接合制成复合物，试验结果表明，纳米银粒子的掺入可以在不改变壳聚糖基膜创面愈合能力的情况下，增强生物材料的抗菌效能。
3.2壳聚糖与中药、西药复合
Wang等[34]从白芨的块茎中提取白芨多糖作为辅助止血材料，制成壳聚糖/海藻酸盐微球/白芨多糖复合材料。观察微球和白芨多糖对理化性质、生物活性和止血效果的影响，并经红细胞黏附试验和动物出血模型的评价，发现其更有利于细胞增殖，加速血液凝固，缩短止血时间，减少失血，具有良好的生物相容性和止血性能。Gao等[35]采用交联法制备负载米诺环素的羧甲基壳聚糖凝胶/海藻酸盐复合敷料。该敷料能迅速达到最大吸收量，具有良好的吸收性能，使渗出液能迅速从创面转移出来。同时，米诺环素显著提高了复合敷料的抗菌活性，凝胶结构避免了药物的爆发性释放，使药物在一定时间内达到有效浓度并具有抗菌效果，在创面愈合方面具有巨大的研究潜力。Yan等[36]研发了一种壳聚糖-庆大霉素水凝胶敷料，具有良好的血液与组织相容性，可快速促进皮肤伤口愈合，目前用作烫伤敷料，未来可开发成止血敷料。
3.3壳聚糖与血液制品复合
林放等[37]研制出一种富含血小板血浆的羧甲基壳聚糖可溶性敷料。经过体外实验和动物实验证明，该敷料能明显缩短凝血及出血时间，减少出血量，止血性能良好。Lim等[38]制备热敏羟丁基壳聚糖水凝胶并持续释放人血小板溶酶体生长因子以促进大鼠皮肤创面愈合，发现伤口愈合良好，新形成的胶原蛋白以及伤口部位的新血管和新表皮标志物均生成较多。经过物理、化学改性及与其他材料复合后的壳聚糖衍生物虽然在一定程度上比单一成分壳聚糖具有优越性，但仍存在局限性，例如止血效果不稳定，不能广谱抗菌，在体内降解不完全甚至具有生物毒性等，这些问题都需要更深入、更细致的研究。
四壳聚糖类止血材料的应用进展
4.1国外壳聚糖类产品
国外壳聚糖产品以美国、英国为代表，列入我国国家药品监督管理局进口医疗器械产品（注册）的共5种，其中美国4种（HemConBandage、ChitoGauze、GuardaCareXR和Clo-SurP.A.D.WoundDressing），英国1种（CeloxhaemostaticGranules）。
荷兰TeGrotenhuis等[39]将HemCon鼻塞棉条用于严重的鼻出血患者，临床试验表明，在大多数病例中，HemCon鼻塞止血效果较好，且患者对其耐受性良好，但由于棉条较短，对于后鼻出血的治疗效果较差。TeGrotenhuis等[40]将ChitoGauze用在民用急救中，结果表明，ChitoGauze比传统方式止血效果好，且与静脉或混合性出血相比，动脉出血患者更容易止血，但ChitoGauze有时太大或太硬，不适合用于小的穿透伤。Otrocka-Domagaa等[41]比较了长期使用CeloxGauze与ChitoGauze在猪股动脉损伤模型中的安全性能，实验结果表明，两种材料均有良好的止血效果，但实验猪肺动脉均观察到纤维蛋白气体栓塞物质，机体有凝血障碍和休克进展期的风险，两种纱布不适合长期使用。Welch等[42]系统回顾了院前止血材料，通过动物试验及临床研究得出结论，Celox、QuikClot战斗纱布和HemCon最为常用，均可止血，在有效性方面无明显的差异。
4.2国内壳聚糖类止血产品
国内壳聚糖止血产品较多，但绝大部分为二类医疗器械，多用于护理敷贴，作为三类医疗器械的产品仅有几种，且综合性能不完善。例如，壳聚糖基可吸收止血非织布（术益纱）适用于外科手术的结扎或其他常规方法不适用或无效时，辅助用于控制毛细血管、静脉和小动脉的出血。本品禁止以任何形式在血管内及心脏内使用，以防止血栓形成，为三类医疗器械。高金伟等[43]用术益纱为肝创伤止血，大鼠肝脏出血模型表明其溶血率低，无细胞毒性，降解吸收快，止血愈创性强，是一种良好的止血材料。近年来，张玉兰等[44]研制出一种可吸收止血膜，其有效成分为羧甲基壳聚糖和透明质酸衍生物，在兔肝出血模型中与术益纱相比，虽均可快速止血、减少出血量，但降解吸收速度显著加快，对动物血液系统无影响，且受损肝脏愈合过程中不与腹膜粘连，有较好的应用前景。
复合微孔多聚糖止血粉（瞬时）用于各种创伤和手术新鲜组织创面出血区止血，为三类医疗器械。刘天盛等[45]对因单侧股骨颈骨折行全髋关节置换患者进行临床试验，结果表明，使用瞬时止血的患者总失血量、引流量及输血率明显减少，且未发生浅表及深部感染现象，具有安全、高效、便捷的特点。赵喜颖等[46]在非静脉曲张性消化道出血患者内镜治疗中使用瞬时止血，结果表明，该材料止血快、效果好，无复发出血，但功能单一。此外还有可吸收微孔多聚糖止血粉（嘉速宁）、止血愈合海绵等，均在一定程度上具有局限性。
综合目前国内外的壳聚糖类止血材料，笔者发现，虽然部分产品有大量的动物研究和一定数量的临床研究，但没有一种止血材料是所有研究中综合性能最好的，都存在一定局限性。另外，国内外研制出许多不同理化性质的壳聚糖基复合止血材料，其中大部分为专利或阶段性研究，能作为第三类医疗器械的产品较少，还需要不断研发及持续改进。
4.3壳聚糖与其他种类止血材料应用对比
除壳聚糖外，还有其他种类的材料用于出血后止血，如QuikClothemostaticbandages（高岭土）、胶原止血剂（牛跟腱胶原）、SURGICALAbsorbableHemostat（再生氧化纤维素）等。但高岭土材料在止血的同时大量放热，会造成皮肤、肌肉等组织烫伤；明胶虽然有一定止血效果，但使用超过一定剂量会增加伤口感染的风险；纤维蛋白胶机械强度差，一般用于手术止血，较少用于救生场合；氧化纤维素止血效果较差，且呈酸性，易造成溶血。以上止血材料的作用形式较为单一，应用条件有限，在止血的同时也暴露了不同程度的缺点，而壳聚糖不仅止血效果好，且在抗感染、促愈合等方面均有一定优势。如果可以通过物理化学修饰、接枝等方式，借鉴其他材料的优点，优化壳聚糖材料的综合性能，则可能研制出优质的急救止血材料。
结语
高技术武器的发展使现代战争的威力和破坏性极大，人们对战创伤急救止血材料性能的要求也越来越高。制备快速、高效、安全、便携的新型止血材料具有重要意义。一方面，将不同止血机制的材料与壳聚糖组合使用，充分发挥不同材料的优势，增加止血途径，加快止血速度，最终达到快速止血的目的；另一方面，优化壳聚糖基复合材料的形态，与其他功能成分如镇痛、抗炎、创面愈合等材料混合，得到功能复合型壳聚糖止血材料，以挽救伤情更加复杂的伤员，提高生存率、降低致残率。
文字：非原创来源中国实验血液学杂志
配图：非原创来源中国实验血液学杂志