胰十二指肠切除术吻合器的制备与性能

张亮，李颖，马峰

1.西安交通大学第一附属医院 招采办，陕西 西安 710061；2.西安科技大学 材料科学与工程学院，陕西 西安710054

胰十二指肠切除术吻合器的制备与性能

张亮1，李颖2，马峰1

1.西安交通大学第一附属医院 招采办，陕西 西安 710061；2.西安科技大学 材料科学与工程学院，陕西 西安710054

为了有效阻止胰十二指肠切除术中的胰液渗漏，本研究以甲基乙烯基硅橡胶为主要原料，研制出可用于临床应用的吻合器。该吻合器基体为硅橡胶，添加硫化剂和补强填料等助剂，埋入钛钉，一次硫化成型胰肠吻合器，并对其耐热性、力学性能、耐介质性及病理学进行测试分析。结果表明，吻合器质量损失5%时所对应的温度为429.9℃，经历280℃×6 h的热空气，其断裂伸长率和拉伸强度仅下降了25.6%和2.3%，经过蒸馏水、3%双氧水，75%酒精、盐酸（pH=0.8）和氢氧化钠（pH=9）介质浸泡的吻合器质量损失最大仅为5.63%；吻合器可促使胰腺与肠壁之间纤维组织的增生，实现十二指肠和胰腺正常的血液循环，为降低手术难度、缩短手术时间及提高手术成功率奠定试验基础。

胰十二指肠切除术；硅胶胰肠吻合器；一次硫化成型；耐热性分析；耐介质性分析

引言

自1935年Wipple首创胰十二指肠切除术后，经过近80年的发展，目前仅文献记载的胰肠吻合方式超过了50种[1-4]。随着外科技术的不断进步，手术的成功率不断提高，但胰瘘发生率仍高达5%～20%，一旦发生胰瘘其病死率将高达20%～40%[2]，胰瘘仍是胰十二指肠切除术中最常见、最危险的并发症之一[5-9]。因此如何有效的预防胰漏是顺利开展胰十二指肠切除术的核心。目前临床上主要采用捆绑式胰肠吻合术[10-12]，该术式为一种改进的端端套入式吻合术，可使胰腺与空肠壁紧贴进而有效地阻止胰液向外渗漏，但遗憾的是手术难度太大，实施者需要有娴熟的技术，普通外科医生无法很好的把握。不过若能以此手术思想为基础，避免使用针线缝合，改用胰肠吻合器进行胰肠吻合，一方面可以达到手术预期的效果，另一方面将会大大降低手术的难度。本论文通过调查研究，针对目前胰肠吻合术的发展现状，提出了使用胰肠吻合器改进胰肠吻合术的方案，并依据人体十二指肠的结构特征，选用无毒、弹性高、耐高低温、防潮、抗紫外线、耐化学腐蚀[13-14]、抗老化以及变形性小、硫化时不放出低分子副产物和对底材无腐蚀等优点的甲基乙烯基硅橡胶为主要原料[15-18]，研制出可用于临床应用的吻合器，并对其热性能、力学性能和耐介质性进行测试分析。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

甲基乙烯基硅橡胶、气相法白炭黑购于中昊晨光化工研究所；二苯基硅二醇购于梯希爱（上海）化成工业发展有限公司；聚烃基氢硅氧烷购于日本东芝化学品公司；过氧化苯甲酰购于国药集团化学试剂有限公司；钛钉委托西北有色金属研究院定制。所有试剂均为医药级。

密闭式炼胶机，江苏无锡市新华橡塑机械厂；平板硫化机，青岛双星橡塑机械公司；微机控制电子万能试验机WDW，济南市宏远机械厂；高温电阻炉，西安科技大学；热失重分析仪，美国TA公司；生物光学显微镜CX31，日本奥林巴斯株式会社。

1.2 硅胶胰肠吻合器的制备

1.2.1 胰肠吻合器制备工艺流程

硅胶胰肠吻合器的制备工艺流程，见图1。

图1 硅胶胰肠吻合器的制备工艺流程图

（1）将表面处理过的补强填料气相法白炭黑12 g，硫化剂过氧化苯甲酰0.75 g，加成硫化剂聚烃基氢硅氧烷0.8 g和结构控制剂二苯基硅二醇1 g等逐次均匀加入30 g甲基乙烯基硅橡胶中混炼至均匀，保证混炼时间、薄通次数以确保混炼胶中各组分的均匀分散。

（2）将混炼好的胶料放置12 h，促使结构控制剂、补强填料和硫化剂等助剂在基体中分散均匀。

（3）将放置后的胶料进行返炼（约10 min），之后加入催化剂至混炼均匀。

（4）将返炼好的胶料迅速装入已升至预定温度的模具中，并埋入钛钉，控制温度、压力及时间经过硫化阶段135℃×15 min和交联阶段170℃×20 min后，待模具冷却，取出制品。

（5）对硫化好的物料进行后处理。后处理的方法是：室温→60℃×1 h→80℃×1 h→100℃×1 h→135℃× 2 h→175℃×2 h，均在烘箱中对其进行热处理。

1.3 硅胶胰肠吻合器的性能测试

硅胶胰肠吻合器的性能测试方法如下：

（1）按照GB/528-82制取哑铃型试样，按照GB/528-1998，在万能拉伸材料试验机上测定样品的力学性能，拉伸速度10 mm/min。

（2）按照国标GB-T3512-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》对试样进行热性能测试，将试样放入280℃的高温炉中耐热6 h后取出观察，重复力学性能测试。

（3）热失重分析：取硅胶胰肠吻合器基体材料微量，在热失重分析仪上进行热失重分析，升温速率约为10℃/min，温程为室温～700℃。

（4）按照GB-T3512-2001，将试样放入无水干燥器皿中，保持恒温（37±1）℃，22 h后，试样被移到另一干燥器皿中，保持恒温（23±1）℃，2 h后，精确称量到0.0001 g，上述操作重复进行，直至试样恒重（m1），然后将试样用细丝线悬吊，浸没装有到恒温（37±1）℃的蒸馏水容器中（试样与容器底部不接触），存放14 d，取出之后用蒸馏水冲洗，用滤纸将试样表面拭干，在空气中挥发15 s称重（m2），再取出在1 min内称重，按下面公式进行吸水率的计算：

吸水率=[(m2-m1)/ m1]×100%

式中：m1为测试前重量，m2为测试后重量，单位为（g）

同耐水性测试方法，根据医用消毒酒精的浓度，配置75%的酒精，3%的双氧水，pH=9的氢氧化钠溶液，pH=0.8的盐酸，测试样品的耐介质性。

按照病理学测试方法以考察其细胞毒性，对吻合口组织切片进行HE染色，通过显微镜观察胰腺与肠壁之间纤维组织增生、炎症细胞侵润和多毛细血管形成情况。

2 结果与讨论

2.1 胰肠吻合器实物

选用热硫化型甲基乙烯基硅橡胶为基体材料，经过混炼、嵌钉、硫化和后处理等工序，制备胰肠吻合器。胰肠吻合器实物，见图2。

图2 胰肠吻合器实物图

2.2 胰肠吻合器性能测试结果分析

2.2.1 加成硫化剂对胰肠吻合器热性能的影响

对未加入加成硫化剂和加入加成硫化剂的胰肠吻合器做耐热测试，将其放入280℃的高温炉中6 h进行热空气老化实验，之后取出并自然冷却至室温，测试其力学性能的变化。结果发现，加入加成硫化剂的胰肠吻合器仍具有良好的弹性、表面不发粘，较未进行热空气老化实验前仅下降了2.3%和25.6%。而未添加加成硫化剂的胰肠吻合器在经过热空气老化实验后，弹性迅速降低，质地变硬，表面发粘，说明材料的性能已经劣化，较未进行热空气老化试验前分别下降了86.2%和100%。硫化硅橡胶的热重分析（Thermo Gravimetric Analysis，TGA）曲线，见图3。

图3 硫化硅橡胶的TGA曲线

可知加入加成硫化剂后和未加入加成硫化剂的胰肠吻合器质量损失5%时所对应的温度分别为429.9℃（图3a）和414.7℃（图3b）。说明加成硫化剂有助于胰肠吻合器耐热性的提高。其原因为加成硫化剂可提高甲基乙烯基硅橡胶的硫化程度，完整体系中的分子网络结构，进而改善其耐热性和力学性性能。

2.2.2 补强填料对胰肠吻合器力学性能的影响

由于甲基乙烯基硅橡胶生胶分子为非结晶结构，分子链非常柔软，链间相互作用力弱，未经补强的硫化胶力学性能极低，无实用价值，因此应向其中添加补强性填料。白炭黑是硅橡胶最理想的补强填料[11-12]，其表面可与硅橡胶形成生胶分子的吸附层，使分子间作用增大，且还能和生胶中的硅氧键或末端的羟基形成物理或化学的结合，进而提高硫化胶的力学性能。

本论文讨论了气相法白炭黑用量对胰肠吻合器力学性能的影响，不同用量气相法白炭黑对胰肠吻合器拉伸强度影响曲线，见图4；不同用量气相法白炭黑对胰肠吻合器断裂伸长率影响曲线，见图5。由图4和图5可看出随着白炭黑用量的增加，胰肠吻合器的拉伸强度不断增加，但断裂伸长率呈先升高后降低的趋势，当白炭黑用量为40%时，断裂伸长率增至最大值282.6%，再增加其用量，断裂伸长率反而降低。鉴于胰肠吻合器在使用时会作用于胰肠表面，因此其拉伸强度不宜过大，因为强度过大其硬度也会增大，服帖性变差；拉伸强度也不宜过小，否则无法在胰肠表面固定，容易出现游离。结合断裂伸长率的数据，确定气相法白炭黑量为12 g时，最适宜制备胰肠吻合器。

图4 不同用量气相法白炭黑对胰肠吻合器拉伸强度影响曲线

图5 不同用量气相法白炭黑对胰肠吻合器断裂伸长率影响曲线

2.2.3 混炼硅橡胶停放时间对粘度的影响

硅橡胶胰肠吻合器尺寸及性能的均一性受混炼胶的粘度的影响很大。影响硅橡胶混炼胶粘度的因素主要有分子量、温度、剪切速率和胶料的停放时间。其中停放时间对硅橡胶混炼胶粘度的影响最为显著，停放时间的越长粘度越大，返炼越困难。因为硅橡胶分子间存在着物理键和氢键，停放的时间越长，物理键或氢键随着停放时间的增加形成的越多，混炼胶粘度也就越大，在添加气相法白炭黑后，这种现象表现的尤为显著。因此，控制混炼胶的停放时间十分有必要。混炼胶的停放时间对体系粘度的影响，见表1，可以看出混炼胶的粘度随停放时间的增加而增加的程度。根据实际操作，确定混炼胶的停放时间以12 h为宜。

表1 混炼胶的停放时间对体系粘度的影响

2.2.4 耐介质性测试结果分析

胰肠吻合器在使用环境中有可能接触到水、酒精及双氧水，本实验按照医用消毒用酒精和消毒用双氧水的浓度标准配置处理介质，将其分别浸泡在蒸馏水、75%酒精和3%双氧水中观察其表观及质量的变化。为了考察在活体酸碱环境中的使用情况，我们根据人体液的酸碱值配置氢氧化钠（pH=9）和盐酸（pH=0.8）溶液，将胰肠吻合器放置于其中历时14 d。胰肠吻合器在不同介质中的稳定性，见表2。可以得出，经过蒸馏水、75%酒精、3%双氧水、氢氧化钠（pH=9）和盐酸（pH=0.8）浸泡的胰肠吻合器表面外观无任何变化，力学性能变化很小，其质量损失仅为5.63%、1.52%、4.08%、5.20%和2.26%。

2.2.5 病理学测试结果分析

胰肠吻合器胰肠吻合口，见图6。对胰肠吻合器的病理学性能进行分析，以考察其细胞毒性和生物相容性。通过显微镜观察发现胰腺与肠壁之间大量纤维组织增生，并有少量炎症细胞侵润及较多毛细血管形成，吻合口恢复较好，说明十二指肠和胰腺已能进行正常的血液循环，恢复时间快。这是因为术中采用了胰肠吻合器，其形状为长条状，柔软且具有良好的韧性与强度，能够很好地包裹于胰肠外侧，促使胰腺与空肠紧密结合，有利于吻合口的恢复。

表2 胰肠吻合器在不同介质中的稳定性（g）

3 结论

选用生理无毒的甲基乙烯基硅橡胶为基体制备胰肠吻合器，其长度可根据病灶部位进行修剪。选用气相法白炭黑作为补强材料可有效提高其力学性能，采用聚烃基氢硅氧烷为加成硫化剂，在提高胰肠吻合器力学性能的同时，又可保证生理无毒性。吻合器耐热性及耐介质性优异，在经历280℃×6 h的热空气老化试验后，其断裂伸长率和拉伸强度仅下降了25.6%和2.3%，经过蒸馏水、双氧水、酒精、HCl和NaOH介质浸泡后质量损失最大仅为5.63%。使用胰肠吻合器有利于胰腺与肠壁之间纤维组织的增生和毛细血管的形成，并促使十二指肠和胰腺正常的血液循环。降低了手术的复杂性，易于医生实际掌握与操作。

图6 胰肠吻合器胰肠吻合口（HE，100×）

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本文编辑 袁隽玲

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

陕西省教育厅科研计划项目资助项目（2013JK0920）；西部地区人才培养特别项目（留金法[2014]5049，201408615042）。

作者邮箱：liyingxust@126.com