胰十二指腸切除術(shù)吻合器的制備與性能

張亮，李穎，馬峰

1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 招采辦，陜西 西安 710061；2.西安科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054

胰十二指腸切除術(shù)吻合器的制備與性能

張亮1，李穎2，馬峰1

1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 招采辦，陜西 西安 710061；2.西安科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054

為了有效阻止胰十二指腸切除術(shù)中的胰液滲漏，本研究以甲基乙烯基硅橡膠為主要原料，研制出可用于臨床應(yīng)用的吻合器。該吻合器基體為硅橡膠，添加硫化劑和補(bǔ)強(qiáng)填料等助劑，埋入鈦釘，一次硫化成型胰腸吻合器，并對(duì)其耐熱性、力學(xué)性能、耐介質(zhì)性及病理學(xué)進(jìn)行測(cè)試分析。結(jié)果表明，吻合器質(zhì)量損失5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度為429.9℃，經(jīng)歷280℃×6 h的熱空氣，其斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度僅下降了25.6%和2.3%，經(jīng)過(guò)蒸餾水、3%雙氧水，75%酒精、鹽酸（pH=0.8）和氫氧化鈉（pH=9）介質(zhì)浸泡的吻合器質(zhì)量損失最大僅為5.63%；吻合器可促使胰腺與腸壁之間纖維組織的增生，實(shí)現(xiàn)十二指腸和胰腺正常的血液循環(huán)，為降低手術(shù)難度、縮短手術(shù)時(shí)間及提高手術(shù)成功率奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。

胰十二指腸切除術(shù)；硅膠胰腸吻合器；一次硫化成型；耐熱性分析；耐介質(zhì)性分析

引言

自1935年Wipple首創(chuàng)胰十二指腸切除術(shù)后，經(jīng)過(guò)近80年的發(fā)展，目前僅文獻(xiàn)記載的胰腸吻合方式超過(guò)了50種[1-4]。隨著外科技術(shù)的不斷進(jìn)步，手術(shù)的成功率不斷提高，但胰瘺發(fā)生率仍高達(dá)5%～20%，一旦發(fā)生胰瘺其病死率將高達(dá)20%～40%[2]，胰瘺仍是胰十二指腸切除術(shù)中最常見(jiàn)、最危險(xiǎn)的并發(fā)癥之一[5-9]。因此如何有效的預(yù)防胰漏是順利開(kāi)展胰十二指腸切除術(shù)的核心。目前臨床上主要采用捆綁式胰腸吻合術(shù)[10-12]，該術(shù)式為一種改進(jìn)的端端套入式吻合術(shù)，可使胰腺與空腸壁緊貼進(jìn)而有效地阻止胰液向外滲漏，但遺憾的是手術(shù)難度太大，實(shí)施者需要有嫻熟的技術(shù)，普通外科醫(yī)生無(wú)法很好的把握。不過(guò)若能以此手術(shù)思想為基礎(chǔ)，避免使用針線縫合，改用胰腸吻合器進(jìn)行胰腸吻合，一方面可以達(dá)到手術(shù)預(yù)期的效果，另一方面將會(huì)大大降低手術(shù)的難度。本論文通過(guò)調(diào)查研究，針對(duì)目前胰腸吻合術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了使用胰腸吻合器改進(jìn)胰腸吻合術(shù)的方案，并依據(jù)人體十二指腸的結(jié)構(gòu)特征，選用無(wú)毒、彈性高、耐高低溫、防潮、抗紫外線、耐化學(xué)腐蝕[13-14]、抗老化以及變形性小、硫化時(shí)不放出低分子副產(chǎn)物和對(duì)底材無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的甲基乙烯基硅橡膠為主要原料[15-18]，研制出可用于臨床應(yīng)用的吻合器，并對(duì)其熱性能、力學(xué)性能和耐介質(zhì)性進(jìn)行測(cè)試分析。

1 材料與方法

1.1 材料及設(shè)備

甲基乙烯基硅橡膠、氣相法白炭黑購(gòu)于中昊晨光化工研究所；二苯基硅二醇購(gòu)于梯希愛(ài)（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司；聚烴基氫硅氧烷購(gòu)于日本東芝化學(xué)品公司；過(guò)氧化苯甲酰購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鈦釘委托西北有色金屬研究院定制。所有試劑均為醫(yī)藥級(jí)。

密閉式煉膠機(jī)，江蘇無(wú)錫市新華橡塑機(jī)械廠；平板硫化機(jī)，青島雙星橡塑機(jī)械公司；微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)WDW，濟(jì)南市宏遠(yuǎn)機(jī)械廠；高溫電阻爐，西安科技大學(xué)；熱失重分析儀，美國(guó)TA公司；生物光學(xué)顯微鏡CX31，日本奧林巴斯株式會(huì)社。

1.2 硅膠胰腸吻合器的制備

1.2.1 胰腸吻合器制備工藝流程

硅膠胰腸吻合器的制備工藝流程，見(jiàn)圖1。

圖1 硅膠胰腸吻合器的制備工藝流程圖

（1）將表面處理過(guò)的補(bǔ)強(qiáng)填料氣相法白炭黑12 g，硫化劑過(guò)氧化苯甲酰0.75 g，加成硫化劑聚烴基氫硅氧烷0.8 g和結(jié)構(gòu)控制劑二苯基硅二醇1 g等逐次均勻加入30 g甲基乙烯基硅橡膠中混煉至均勻，保證混煉時(shí)間、薄通次數(shù)以確保混煉膠中各組分的均勻分散。

（2）將混煉好的膠料放置12 h，促使結(jié)構(gòu)控制劑、補(bǔ)強(qiáng)填料和硫化劑等助劑在基體中分散均勻。

（3）將放置后的膠料進(jìn)行返煉（約10 min），之后加入催化劑至混煉均勻。

（4）將返煉好的膠料迅速裝入已升至預(yù)定溫度的模具中，并埋入鈦釘，控制溫度、壓力及時(shí)間經(jīng)過(guò)硫化階段135℃×15 min和交聯(lián)階段170℃×20 min后，待模具冷卻，取出制品。

（5）對(duì)硫化好的物料進(jìn)行后處理。后處理的方法是：室溫→60℃×1 h→80℃×1 h→100℃×1 h→135℃× 2 h→175℃×2 h，均在烘箱中對(duì)其進(jìn)行熱處理。

1.3 硅膠胰腸吻合器的性能測(cè)試

硅膠胰腸吻合器的性能測(cè)試方法如下：

（1）按照GB/528-82制取啞鈴型試樣，按照GB/528-1998，在萬(wàn)能拉伸材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定樣品的力學(xué)性能，拉伸速度10 mm/min。

（2）按照國(guó)標(biāo)GB-T3512-2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》對(duì)試樣進(jìn)行熱性能測(cè)試，將試樣放入280℃的高溫爐中耐熱6 h后取出觀察，重復(fù)力學(xué)性能測(cè)試。

（3）熱失重分析：取硅膠胰腸吻合器基體材料微量，在熱失重分析儀上進(jìn)行熱失重分析，升溫速率約為10℃/min，溫程為室溫～700℃。

（4）按照GB-T3512-2001，將試樣放入無(wú)水干燥器皿中，保持恒溫（37±1）℃，22 h后，試樣被移到另一干燥器皿中，保持恒溫（23±1）℃，2 h后，精確稱(chēng)量到0.0001 g，上述操作重復(fù)進(jìn)行，直至試樣恒重（m1），然后將試樣用細(xì)絲線懸吊，浸沒(méi)裝有到恒溫（37±1）℃的蒸餾水容器中（試樣與容器底部不接觸），存放14 d，取出之后用蒸餾水沖洗，用濾紙將試樣表面拭干，在空氣中揮發(fā)15 s稱(chēng)重（m2），再取出在1 min內(nèi)稱(chēng)重，按下面公式進(jìn)行吸水率的計(jì)算：

吸水率=[(m2-m1)/ m1]×100%

式中：m1為測(cè)試前重量，m2為測(cè)試后重量，單位為（g）

同耐水性測(cè)試方法，根據(jù)醫(yī)用消毒酒精的濃度，配置75%的酒精，3%的雙氧水，pH=9的氫氧化鈉溶液，pH=0.8的鹽酸，測(cè)試樣品的耐介質(zhì)性。

按照病理學(xué)測(cè)試方法以考察其細(xì)胞毒性，對(duì)吻合口組織切片進(jìn)行HE染色，通過(guò)顯微鏡觀察胰腺與腸壁之間纖維組織增生、炎癥細(xì)胞侵潤(rùn)和多毛細(xì)血管形成情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 胰腸吻合器實(shí)物

選用熱硫化型甲基乙烯基硅橡膠為基體材料，經(jīng)過(guò)混煉、嵌釘、硫化和后處理等工序，制備胰腸吻合器。胰腸吻合器實(shí)物，見(jiàn)圖2。

圖2 胰腸吻合器實(shí)物圖

2.2 胰腸吻合器性能測(cè)試結(jié)果分析

2.2.1 加成硫化劑對(duì)胰腸吻合器熱性能的影響

對(duì)未加入加成硫化劑和加入加成硫化劑的胰腸吻合器做耐熱測(cè)試，將其放入280℃的高溫爐中6 h進(jìn)行熱空氣老化實(shí)驗(yàn)，之后取出并自然冷卻至室溫，測(cè)試其力學(xué)性能的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入加成硫化劑的胰腸吻合器仍具有良好的彈性、表面不發(fā)粘，較未進(jìn)行熱空氣老化實(shí)驗(yàn)前僅下降了2.3%和25.6%。而未添加加成硫化劑的胰腸吻合器在經(jīng)過(guò)熱空氣老化實(shí)驗(yàn)后，彈性迅速降低，質(zhì)地變硬，表面發(fā)粘，說(shuō)明材料的性能已經(jīng)劣化，較未進(jìn)行熱空氣老化試驗(yàn)前分別下降了86.2%和100%。硫化硅橡膠的熱重分析（Thermo Gravimetric Analysis，TGA）曲線，見(jiàn)圖3。

圖3 硫化硅橡膠的TGA曲線

可知加入加成硫化劑后和未加入加成硫化劑的胰腸吻合器質(zhì)量損失5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度分別為429.9℃（圖3a）和414.7℃（圖3b）。說(shuō)明加成硫化劑有助于胰腸吻合器耐熱性的提高。其原因?yàn)榧映闪蚧瘎┛商岣呒谆蚁┗柘鹉z的硫化程度，完整體系中的分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善其耐熱性和力學(xué)性性能。

2.2.2 補(bǔ)強(qiáng)填料對(duì)胰腸吻合器力學(xué)性能的影響

由于甲基乙烯基硅橡膠生膠分子為非結(jié)晶結(jié)構(gòu)，分子鏈非常柔軟，鏈間相互作用力弱，未經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)的硫化膠力學(xué)性能極低，無(wú)實(shí)用價(jià)值，因此應(yīng)向其中添加補(bǔ)強(qiáng)性填料。白炭黑是硅橡膠最理想的補(bǔ)強(qiáng)填料[11-12]，其表面可與硅橡膠形成生膠分子的吸附層，使分子間作用增大，且還能和生膠中的硅氧鍵或末端的羥基形成物理或化學(xué)的結(jié)合，進(jìn)而提高硫化膠的力學(xué)性能。

本論文討論了氣相法白炭黑用量對(duì)胰腸吻合器力學(xué)性能的影響，不同用量氣相法白炭黑對(duì)胰腸吻合器拉伸強(qiáng)度影響曲線，見(jiàn)圖4；不同用量氣相法白炭黑對(duì)胰腸吻合器斷裂伸長(zhǎng)率影響曲線，見(jiàn)圖5。由圖4和圖5可看出隨著白炭黑用量的增加，胰腸吻合器的拉伸強(qiáng)度不斷增加，但斷裂伸長(zhǎng)率呈先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)白炭黑用量為40%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率增至最大值282.6%，再增加其用量，斷裂伸長(zhǎng)率反而降低。鑒于胰腸吻合器在使用時(shí)會(huì)作用于胰腸表面，因此其拉伸強(qiáng)度不宜過(guò)大，因?yàn)閺?qiáng)度過(guò)大其硬度也會(huì)增大，服帖性變差；拉伸強(qiáng)度也不宜過(guò)小，否則無(wú)法在胰腸表面固定，容易出現(xiàn)游離。結(jié)合斷裂伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)，確定氣相法白炭黑量為12 g時(shí)，最適宜制備胰腸吻合器。

圖4 不同用量氣相法白炭黑對(duì)胰腸吻合器拉伸強(qiáng)度影響曲線

圖5 不同用量氣相法白炭黑對(duì)胰腸吻合器斷裂伸長(zhǎng)率影響曲線

2.2.3 混煉硅橡膠停放時(shí)間對(duì)粘度的影響

硅橡膠胰腸吻合器尺寸及性能的均一性受混煉膠的粘度的影響很大。影響硅橡膠混煉膠粘度的因素主要有分子量、溫度、剪切速率和膠料的停放時(shí)間。其中停放時(shí)間對(duì)硅橡膠混煉膠粘度的影響最為顯著，停放時(shí)間的越長(zhǎng)粘度越大，返煉越困難。因?yàn)楣柘鹉z分子間存在著物理鍵和氫鍵，停放的時(shí)間越長(zhǎng)，物理鍵或氫鍵隨著停放時(shí)間的增加形成的越多，混煉膠粘度也就越大，在添加氣相法白炭黑后，這種現(xiàn)象表現(xiàn)的尤為顯著。因此，控制混煉膠的停放時(shí)間十分有必要。混煉膠的停放時(shí)間對(duì)體系粘度的影響，見(jiàn)表1，可以看出混煉膠的粘度隨停放時(shí)間的增加而增加的程度。根據(jù)實(shí)際操作，確定混煉膠的停放時(shí)間以12 h為宜。

表1 混煉膠的停放時(shí)間對(duì)體系粘度的影響

2.2.4 耐介質(zhì)性測(cè)試結(jié)果分析

胰腸吻合器在使用環(huán)境中有可能接觸到水、酒精及雙氧水，本實(shí)驗(yàn)按照醫(yī)用消毒用酒精和消毒用雙氧水的濃度標(biāo)準(zhǔn)配置處理介質(zhì)，將其分別浸泡在蒸餾水、75%酒精和3%雙氧水中觀察其表觀及質(zhì)量的變化。為了考察在活體酸堿環(huán)境中的使用情況，我們根據(jù)人體液的酸堿值配置氫氧化鈉（pH=9）和鹽酸（pH=0.8）溶液，將胰腸吻合器放置于其中歷時(shí)14 d。胰腸吻合器在不同介質(zhì)中的穩(wěn)定性，見(jiàn)表2。可以得出，經(jīng)過(guò)蒸餾水、75%酒精、3%雙氧水、氫氧化鈉（pH=9）和鹽酸（pH=0.8）浸泡的胰腸吻合器表面外觀無(wú)任何變化，力學(xué)性能變化很小，其質(zhì)量損失僅為5.63%、1.52%、4.08%、5.20%和2.26%。

2.2.5 病理學(xué)測(cè)試結(jié)果分析

胰腸吻合器胰腸吻合口，見(jiàn)圖6。對(duì)胰腸吻合器的病理學(xué)性能進(jìn)行分析，以考察其細(xì)胞毒性和生物相容性。通過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)胰腺與腸壁之間大量纖維組織增生，并有少量炎癥細(xì)胞侵潤(rùn)及較多毛細(xì)血管形成，吻合口恢復(fù)較好，說(shuō)明十二指腸和胰腺已能進(jìn)行正常的血液循環(huán)，恢復(fù)時(shí)間快。這是因?yàn)樾g(shù)中采用了胰腸吻合器，其形狀為長(zhǎng)條狀，柔軟且具有良好的韌性與強(qiáng)度，能夠很好地包裹于胰腸外側(cè)，促使胰腺與空腸緊密結(jié)合，有利于吻合口的恢復(fù)。

表2 胰腸吻合器在不同介質(zhì)中的穩(wěn)定性（g）

3 結(jié)論

選用生理無(wú)毒的甲基乙烯基硅橡膠為基體制備胰腸吻合器，其長(zhǎng)度可根據(jù)病灶部位進(jìn)行修剪。選用氣相法白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)材料可有效提高其力學(xué)性能，采用聚烴基氫硅氧烷為加成硫化劑，在提高胰腸吻合器力學(xué)性能的同時(shí)，又可保證生理無(wú)毒性。吻合器耐熱性及耐介質(zhì)性?xún)?yōu)異，在經(jīng)歷280℃×6 h的熱空氣老化試驗(yàn)后，其斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度僅下降了25.6%和2.3%，經(jīng)過(guò)蒸餾水、雙氧水、酒精、HCl和NaOH介質(zhì)浸泡后質(zhì)量損失最大僅為5.63%。使用胰腸吻合器有利于胰腺與腸壁之間纖維組織的增生和毛細(xì)血管的形成，并促使十二指腸和胰腺正常的血液循環(huán)。降低了手術(shù)的復(fù)雜性，易于醫(yī)生實(shí)際掌握與操作。

圖6 胰腸吻合器胰腸吻合口（HE，100×）

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本文編輯 袁雋玲

Preparation and Properties of Anastomat for Pancreaticoduodenectomy

ZHANG Liang1, LI Ying2, MA Feng1
1.Bidding and Purchasing Office, the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710061, China; 2.Department of Material Science and Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an Shaanxi 710054, China

In order to effectively prevent the leakage of the pancreatic fluid during pancreatic-oduodenectomy, this study took methyl vinyl silicone rubber as main material and prepares a pancreaticojejunostomy anastomat for clinical application. Through one step vulcanization molding with pre-embedded titanium nails, using silicone rubber as matrix, adding vulcanizing agent and reinforcing filling, etc., the thermal property, mechanical property and chemical resistance property of the anastomat were analyzed. Results showed that when quality loss was 5%, the corresponding temperature of anastomat was 429.9℃. The breaking elongation rate and tensile strength decreased only 25.6% and 2.3% after enduring in 280℃ hot air for 6 h. The maximum quality loss was only 5.63% after soaking in the distilled water, 3% dioxygen water, 75% alcohol, hydrochloric acid (pH=0.8) and sadium hydroxide solution (pH=9) respectively. By using pancreaticojejunostomy anastomat, the fibrin hyperplasia between pancreas and intestinal wall will be promoted, normal blood circulation of duodenum and pancreas will also be enhanced, thus established the experimental basis for reducing operation difficulty, shortening surgery time and achieving high operative success rate.

pancreaticoduodenectomy; silicone rubber pancreaticojejunostomy anastomat; one step vulcanization molding; thermal property analysis; chemical resistance analysis

TH779

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.02.006

1674-1633(2017)02-0024-04

2016-03-15

2016-05-17

陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助項(xiàng)目（2013JK0920）；西部地區(qū)人才培養(yǎng)特別項(xiàng)目（留金法[2014]5049，201408615042）。

作者郵箱：liyingxust@126.com