甲殼素和殼聚糖在傷口敷料中的應用
作者: 來源: 閱讀:5354 時間:2010年05月28日 字體:[  復制 打印 網址

北京理工大學材料科學與工程學院、軍事醫學科學院野戰輸血研究所
 
皮膚是人體的重要器官,它起著控制體溫,防止感染及體液流失,免疫及傳感的作用。由于創傷、擦傷、皮膚潰爛和燒傷等原因,可能導致皮膚的大范圍傷害。皮膚的損傷容易造成細菌感染,體液流失并引起各種并發癥。通常采用傷口敷料對傷口進行保護,防止傷口的感染和脫水,在傷口處維持有利于治療的潮濕環境,改善治療效果,促進傷口愈合。
通常對于傷口敷料有如下要求[ 27 ]
(1)
具有與人體皮膚相近的柔軟性能,在濕潤時也能保持一定的形態和強度;
(2)
能保持創面的濕潤環境,有較好的吸收傷口分泌物的能力,并有一定的透氣性;
(3)
敷料無毒,對人體不發生有害的反應和刺激,而且必須能夠阻止細菌進入創面以防止造成二次感染,避免傷口接觸粒子和有毒的污染物,無熱源;
(4)
最好有止血、止痛等作用,可促進肉芽生長和皮膚再生,加速愈合,減少疤痕;
(5)
貯存穩定性好,最好具有可降解性能,廢棄物對環境不產生污染。
甲殼素是從蝦、蟹等甲殼類動物的外殼以及菌、藻類低等植物的細胞壁中提取出的天然高分子材料,是自然界中僅次于纖維素的第二大生物衍生資源。殼聚糖是甲殼素的脫乙酰化產物,是自然界中唯一的堿性多糖。一般來說,甲殼素的N-乙酰基脫去50 %以上就可以稱為殼聚糖。
近年來,甲殼素和殼聚糖在生物材料領域的應用日益引起人們的重視,在傷口敷料、可吸收手術縫合線,緩釋藥物載體、酶固定、凝血劑和抗凝血劑,減肥藥,抗癌藥,眼科材料等領域的應用都有研究,甚至有些研究已經商品化。而甲殼素和殼聚糖由于具有獨特而優異的生理活性,在傷口敷料方面的研究逐漸成為其在生物材料應用研究中的一個熱點。
甲殼素和殼聚糖具有止痛、止血、促進傷口愈合、減小疤痕、抑菌、良好的生理相容性和生物可降解性等優異的性能,非常適于作為傷口敷料的原料。
1
、 甲殼素和殼聚糖的止痛作用
甲殼素和殼聚糖對傷口疼痛有很好的舒緩作用。Allen 等發現殼聚糖與傷口接觸時能起到清涼而舒服的潤膚作用。最近Okamoto等對甲殼素和殼聚糖對由于稀乙酸溶液誘發的炎癥疼痛的止痛作用機理進行研究后發現,殼聚糖由于吸收了乙酸在發炎部位釋放出來的質子而起到止痛作用,而甲殼素則主要是由于吸收了血管舒緩激肽而起到止痛作用。
2
、 甲殼素和殼聚糖促進傷口愈合及減少疤痕的作用
甲殼素和殼聚糖有促進傷口愈合的作用,目前對其機理已有了一些研究。傷口的愈合過程可分為三個階段:炎癥的形成,肉芽組織的生成和生物基質的重建。甲殼素和殼聚糖可促進內白細胞殺菌素和巨噬細胞的遷移。Usami等研究發現,甲殼素和殼聚糖對犬的嗜中性粒細胞有趨化性吸引作用,在體外也能使犬的多形核白細胞(PMN)產生趨化性遷移。他們認為,甲殼素和殼聚糖對PMN遷移作用的增強是通過產生趨化因子C5a而影響補體的活性。傷口分泌的高濃度趨化因子對 PMN 細胞有很強的趨化性吸引作用。PMN細胞在發炎部位能夠起到吞噬(細胞)作用和殺菌活性。Mori等通過體外實驗證明,甲殼素和殼聚糖可以誘發纖維母細胞產生白細胞介素-8(IL-8)IL-8具有血管增殖作用,并且對內皮細胞和表皮細胞有趨化性吸引作用,可以促進纖維母細胞及血管內皮細胞的遷移和增殖。此外,還發現甲殼素和殼聚糖能誘發產生前列腺素E2,IL-1 ,白三烯B4(LTB4)類纖維母細胞生長因子類似物(在狗體內)以及IL-1β(在人體內)等可以促進血管增殖和細胞遷移的介質。隨著血管的增殖作用,可以為纖維母細胞的細胞質中肽鏈所含的脯氨酸和賴氨酸的羥基化過程提供所需的氧及維生素C ,從而促進了膠原蛋白分子的形成。免疫組織化學的研究表明,用甲殼素和殼聚糖處理的傷口,可以加速型膠原蛋白的分泌,從而促進了肉芽組織和上皮組織的形成。
由于傷口處型和型骨膠原的不平衡而易形成大面積的疤痕,而在對狗和老鼠進行實驗后發現,將殼聚糖作用于傷口后,不會產生大的疤痕。甲殼素和殼聚糖在傷口處可以抑制 I型骨膠原的產生從而減少疤痕。它們還可以在傷口處通過促進肉芽組織及上皮的生成,減少傷口的收縮,從而起到減小疤痕的作用。
3
、 甲殼素和殼聚糖的抗炎作用
通常,表面帶正電荷的材料由于強烈的不可逆的細菌粘附性,作為醫用材料時很容易引起嚴重的炎癥反應。雖然殼聚糖分子中的伯氨基在酸性介質中很容易產生- NH3+結構,但它通常不會引起炎癥。從不同脫乙酰度的殼聚糖表面的Zeta電勢(見表1)可以看出,由于殼聚糖的弱堿性,其表面的Zeta電勢不是很高的正值,這表明殼聚糖膜不會對周圍的組織產生強烈的刺激作用。
                                
1   殼聚糖膜的Zeta電勢
Table 1 Zeta potential of deacetylated chitin films

 

C-0(chitin)

C-69

C-73

C-84

C-90

C-100(chitosan)

Zeta potential(mV)

0.52

0.12

0.66

0.61

1.06

0.28

:C269表示脫乙酰度為69 %的殼聚糖
4
、殼聚糖的凝血作用
殼聚糖具有止血作用能促進凝血和血栓的形成。Bhaskara 等進行血液凝結實驗表明,殼聚糖有加速止血的作用,對人和動物血液中的紅血球都有凝聚作用,認為這是由于殼聚糖分子鏈所帶的正電荷和與細胞表面帶負電荷的胞壁酸的相互吸引而產生粘合作用,由于殼聚糖與紅血球的粘合作用引起細胞的聚集,從而促進血液的凝結,起到止血的作用。
5
、甲殼素和殼聚糖的抑菌作用
甲殼素、殼聚糖和它們的衍生物對細菌、酵母、真菌等微生物都有很好的抑制作用,對一般人體表皮存在的細菌如表皮葡萄球菌,大腸桿菌和熱帶白色念珠菌以及燒傷病人易出現的綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌和化膿性金黃色葡萄球菌感染等都有顯著的抑制作用。目前,對這類材料確切的抗菌機理還不是很清楚。一種看法認為:由于殼聚糖分子中所帶的正電荷和微生物細胞膜所帶的負電荷的相互作用,導致細菌的蛋白質和其它細胞成分的泄漏而產生抗菌作用。pH 值較小時,殼聚糖分子鏈上的C-2位置所帶的正電荷比甲殼素多,其抗菌性能也比甲殼素好。Cuero 等認為,殼聚糖由于分子內豐富的羥基和氨基,可以作為鰲合劑選擇性地鍵合微量金屬從而抑制毒素的產生和微生物的生長。此外,殼聚糖可以激發許多組織的抵抗能力;作為一種水性鍵合劑并抑制不同的酶;低分子量的殼聚糖可以進入微生物的細胞,通過抑制DNA轉變為RNA來抑制細胞的生長。
6
、甲殼素和殼聚糖的可降解性能
甲殼素和殼聚糖可以被殼多糖酶和溶菌酶降解。在傷口處遷移的嗜中性粒細胞可以分泌溶菌酶、殼三糖酶和NO ,并對甲殼素和殼聚糖的分子起到吞噬作用,從而促使其降解,其中的NO 分泌物受 N-乙酰葡糖胺單元的影響較葡糖胺單元更為顯著]。由于上述原因,甲殼素和脫乙酰度較低的殼聚糖分子受酶的降解作用較為顯著,而高脫乙酰的殼聚糖的降解作用相對較慢。Tomihata ]對甲殼素和不同脫乙酰度的殼聚糖進行的體外和體內降解性實驗結果證明了這一點。用甲殼素和殼聚糖制成的傷口敷料 由于其降解作用,可以被肌體吸收],從而消除了揭除時的流血以及疼痛,此外也不會因為留下碎屑而延緩傷口的愈合。
由于甲殼素和殼聚糖材料所特有的適合于傷口治療的優異性能,并且來源天然,符合人們回歸自然的要求,使得它們在制備傷口敷料方面具有很大的優勢。甲殼素、殼聚糖及其衍生物可以通過粉,,無紡布、膠帶、繃帶、溶液、水凝膠,干凝膠,棉紙,洗液,乳膏等多種形式制成傷口敷料。目前對甲殼素和殼聚糖基傷口敷料的研究已經成為甲殼素和殼聚糖研究的熱點,關于這方面的報道也越來越多,這方面的研究也將進一步促使天然高分子甲殼素和殼聚糖為人類作出更大的貢獻。
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