模拟坐骨神经损伤以聚乳酸-羟基乙酸管移植修复后蠕变特性的分析

李正伟，常笑语，李新颖，张广△

(1.吉林大学第二医院，长春 130026；2.吉林大学白求恩医学部临床医学院，长春 130026；3.吉林大学中日联谊医院，长春 130031)

1 引 言

周围神经损伤传统的修复方法是采用自体神经移植修复周围神经缺损，但自体神经来源有限，而且存在供体部位神经功能缺失及可能发生痛性神经瘤等后遗症，异体神经移植由于存在难以消除的宿主免疫排斥反应，限制了其使用[1]。近年来， 随着材料科学以及生物学技术的进展，生物可降解吸收材料在组织工程制备技术中起着十分重要的作用[2]。聚乳酸-羟基乙酸(Polyglyeolie lactieaeid, PLGA)具有较好的生物相容性、降解性能，可作为组织工程支架材料[3-7]。.张志杰等[8]研究了PLGA对zein纳米纤维膜形貌和力学性能，采用静电纺丝法加工zein/PLGA纳米纤维。以扫描电镜观察其形貌结构，以万能材料试验机进行力学性能实验。研究发现，随着PLGA含量的增加，纤维的直径增大；纤维膜的力学性能有了显著提高。李双燕等[9]制备PLGA 管状支架。考察不同工艺PLGA 管状支架形貌结构、微细结构和生物力学性能，发现直径为(1 660±218) nm，孔隙率为80.6 %的PLGA管状支架；经乙醇处理后，其孔隙率减小，玻璃化温度和热分解温度提高，热稳定性增强；断裂强度、爆破强度及缝合强力均显著提高。庞 迪等[10]研究了不同的体内环境对材料早期降解行为的影响, 将自制左旋聚乳酸( PLLA) 、聚乳酸羟基乙酸共聚物( PLGA) 内固定棒植入新西兰大白兔关节腔髌上囊和股骨髁松质骨内。经过16 周体内降解后,取出植入材料, 考察分子量、剪切强度、, 都保持了足够高的剪切强度。Schakenraad等[35]以聚乳酸和聚羟基乙酸的共聚物为材质的管壁厚度不同的导管移植修复大鼠坐骨神经损伤，发现在神经修复过程中，由于神经导管在体内溶解膨胀，较厚的管壁对再生神经产生的压迫更为明显, 提示，在能满足力学支撑前提下，应采用尽可能薄的导管。赵莉等[37]制备了3 种支架,并对其力学性能进行了考察。结果表明: PLGA 支架的拉伸强度随着PLA比例的增加而增加。以往坐骨神经的力学特性的研究多以体外人尸体和动物坐骨神经拉伸实验居多，PLGA材料研究以生物学特性，生物相容性、免疫学等居多。模拟坐骨神经损伤以自体神经吻接和以PLGA导管吻接后的蠕变特性对比分析鲜见报道。鉴于此，我们实验复制坐骨神经损伤模型，对比分析坐骨神经损伤模型以自体神经吻接与以PLGA导管移植后的应力松弛特性。为临床提供生物力学基础。

2 材料和方法

2.1 材料

坐骨神经标本取自正常新鲜中国成年男性尸体3具，年龄21～28岁，由吉林大学医学部解剖教研室提供。人死亡后48 h内解剖尸体，取出双侧坐骨神经腰段标本共12条，保存于4℃生理盐水环境。

2.2 方法

2.2.1PLGA管的制备方法 将PLGA(聚乳酸：羟基乙酸=70∶30)(长春圣博玛生物材料有限公司)用三氯甲烷配制成10%溶液，注射器注入预制模具中，室温下三氯甲烷自然挥发48 h, 期间适时脱模，制作成长10 mm、外径12 mm、内径9.5 mm 的导管25个，干燥机内真空( 20L/h; -0.1MPa) 抽提溶剂24 h，于真空干燥机内保存备用。

2.2.2坐骨神经损伤模型的制备方法 标本取出24 h内，以手术刀切取试样，切取长25 mm的试样30个，随机取10个为坐骨神经损伤模型以自体神经移植组，随机取10个为坐骨神经损伤模型以PLGA导管移植组。对以自体神经吻接组和以PLGA管移植组的坐骨神经试样在坐骨神经试样中间切断，形成一个10 mm缺损，以青岛耐克医材有限公司生产的7～0号尼龙线分别以自体神经和以PLGA管以外膜缝合法缝合离断试样。对每个试样均在相同的部位缝合8针，对不符合要求的试样予以剔出。

2.2.3蠕变实验方法 实验设备为日本岛津电子万能试验机，试验机具有控制应力和应变增加速度和使应力和应变保持恒定的功能，还具有可以设定实验时间和设定采集数据的功能。试验机带有-30～250℃环境温箱，具有保持温度恒定的功能。可根据需要进行设定。以长春市第三光学仪器厂生产的读数显微镜测量2组试样的长度和直径，试样长25 mm，外径11.9～12.1 mm，内径9.4～9.8mm。按参考文献[11-13]的方法，在拉应力下对试样反复加卸载30次进行预调处理后进行实验。模拟正常人体温，在36.5±0.5℃的温度条件下进行。以0.5GPa/min的应力增加速度进行蠕变实验，当自体坐骨神经移植组和PLGA导管移植组应变达到8.63%，自体坐骨神经移植组应力达到0.4 MPa，PLGA管移植组应力达到0.31 MPa时，使应力保持恒定。设定实验时间为7 200 s，达到设定的时间后，控制机器的计算机自动输出蠕变数据等实验结果。为使标本保持湿度，实验过程中不断的向标本淋生理盐水。

2.3 统计学分析

数据以mean±SD表示，以SPSS11.0软件(Chicago，IL，USA)分析，采用配对t检验对2组实验数据进行比较，P<0.05为差异有显著性意义。以归一化分析的方法处理两组试样的蠕变数据，建立归一化归一化蠕变函数方程。

3 结果

3.1 自体神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经试样的蠕变曲线。

自体神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经试样的蠕变曲线见图1。

图1 自体神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经试样的蠕变曲线

3.2 自体神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经试样的蠕变曲线见图2。

图2自体坐骨神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经试样的归一化蠕变函数曲线

Fig2Thenormalizationcreepfunctioncurveofthetwogroups

3.3 自体坐骨神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经的归一化蠕变函数

按文献[14]的方法建立两组试样的归一化蠕变函数方程，设：

J(t)=a+be-1

(3)

令

正则方程

分别将2组蠕变实验数据代入(4)式，解出两组试样的a，b值，将2组试样的a，b值分别代入(3)式，得出2组试样的归一化蠕变函数方程如下：

自体神经移植组：

PLGA导管移植组：

正常对照组：

4 讨论

蠕变实验是研究生物材料粘弹性的重要方法，长时间蠕变实验，需要长时间的保持应力恒定和使试样保持一定的湿度等。本实验采取了以下干预措施，对坐骨神经标本在同一部位取样，试样的几何尺寸基本一致，采用具有自动控制应力、应变增加速度和使应变保持恒定的电子万能试验机，实验过程中不断向试样淋生理盐水，解决了试样的保温问题，试验机带有环境温箱，实现了模拟正常人体温，在36.5±0.5℃的温度场下进行实验。分别对每个试样预调处理，由于采取了以上干预措施，保证了实验结果的可靠性。本实验观察了自体神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经试样在同一实验的速度，同一环境温度下的应变与时间的变化规律。实验标本均为取自青年男性尸体，避免了因年龄和性别产生的偏倚。以统计分析和t检验方法评估实验数据的误差，通过实验得出的蠕变数据可以定量的比较自体神经移植组和PLGA导管移植组坐骨神经的蠕变特性。本实验发现，各组试样蠕变在最初1 200 s 内变化最快，应变缓慢上升，达到7 200 s时，蠕变曲线基本趋于水平。试样蠕变的初期变化率较快，说明坐骨神经试样内固有的膨胀压与局部的压力差减少，因此，后期曲线比较平缓，趋于水平。

蠕变实验结果表明，PLGA导管移植组坐骨神经试样的7 200 s应变上升量显著大于自体坐骨神经移植组组(P<0.05)。生物材料和人工生物材料的黏弹性是为了适应人的生理功能存在的，黏弹性主要以应力松弛、蠕变为表现形式。蠕变是生物材料对恒应力适应性的反应，PLGA导管移植坐骨神经损伤后，在恒定的生理载荷作用下，伸长量大可以限制吻合口的张开和移位，有利于坐骨神经的再生和功能重建[15]。PLGA是已经被美国FDA批准的，在美国应用的医用高分子合成材料，具有良好的生物相容性、生物可降解性和可调控的降解速率，不但可作为硬组织缺损的修复材料，而且在构建肌腱和韧带等软组织方面也发挥了极大的作用[16-17]。PLGA导管具有一定孔隙率，有利于神经再生过程中营养物质的摄取和代谢产物的排出，而且便于血管的长入，可为种植的许旺细胞再生神经提供充足的营养，从而加快神经再生。但由于孔径的限制，隔绝了淋巴细胞、成纤维细胞等成分通过，有效的避免了炎性反应的发生和纤维瘢痕组织的侵扰[18]。本实验结果表明，本实验所用PLGA(70∶30)以NaCl 做致孔剂， PLGA 与NaCl 质量比1：9，按相关工艺制备的 PLGA导管体外移植坐骨神经损伤模型后，具有一定的强度、弹性和可塑性，可起到减轻缝合口的张力，限制吻合口的张开位移、神经束对合的精确的作用,从而达到提高神经再生质量的目的。