水凝胶与硅凝胶生物学性状评价

周智　男，1967年生，1992年毕业于第四军医大学医疗系，2000年获硕士学位，现攻读第四军医大学整形外科博士学位，师从鲁开化、李荟元教授。［摘要］目的：比较国产聚丙烯酰胺水凝胶、硅凝胶植入香猪乳腺组织后与周围组织之间的关系，从而为临床应用提供理论指导。方法：定时采取植入物及周围组织标本行大体、病理、比重及高效液态色谱检查。结果：水凝胶、硅凝胶在注入香猪乳腺下2周后均出现包绕充填物的纤维组织，1月后稳定，水凝胶组纤维明显薄于硅凝胶组，在引起急、慢性炎症反应、异物刺激反应方面，水凝胶组优于硅凝胶组；1年中在各实验设计时段内，利用液相色谱法，在254nm波长，0.5μg/ml水平上均未检测出水凝胶在香猪体内有丙烯酰胺单体析出。结论：在生理条件下聚丙烯酰胺水凝胶及硅凝胶至少1年以内是稳定的。

［关键词］聚丙烯酰胺水凝胶硅凝胶软组织充填剂隆乳包膜

［中图分类号］R318.08［文献标识码］A［文章编号］1008-6455(2000)06-0058-04

EVALUATION OF BIOLOGY CHARACTERIZATION OF POLYACRYLAMIDE GEL AND SILICONE GEL

ZHOU ZhiLU Kai-huaWANG Hong-ying Department of Plastic Surgery,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University(Xian 710032)

［Abstract］Objective：To explore and compare the biological reaction of polyacrylamidegel and silicone gel injected under breast tissue of domestic pig.To gain the theoretical basis for the clinical application.Methods：The capsule of implants were observed with pathological technique,and the filling materials were determined with high-performance liquid chromatography.Results：Fibrous tissue surrounding the filling materials was observed 2 weeks after the injection of polyacrylamide gel and silicone gel.1 months after the injection,The capsular of polyacrylamide gel is much thinner than that of silicone gel.In regard of acute and chronic inflammatory reaction and foreign body stimulating reaction,the result of the group with polyacrylamide gel is also better than that with silicone gel. In the various periods within 1 year,with liquid chromatography at 254nm wavelength and 0.5μg/ml,we cant detect acrylamide monomer separated from polyacrylamide gel in the tissue.Conclusion：We believe polyacrylamide gel is stable at least within 1 year in physiological condition.

［Key words］Polyacrylamide gelSilicone gelSoft-tissue implantAugmentation MammoplastyCapsular

聚丙烯酰胺水凝胶在我国整形外科领域受到了越来越多的关注。但国内及国际上有许多学者对其可靠性、安全性仍有许多怀疑，主要集中在以下几个方面：①注入机体后的具体形态怎样?②形成的纤维包膜是否薄而稳定?③体积缩小率及其形成原因；④万一出现问题后能否尽可能的取出等等。但国内外对聚丙烯酰胺的研究主要集中在化学领域；在生物体内，尤其是针对其应用量最大、应用范围最广的隆乳方面尚无相关研究报道。本实验就是希望了解水凝胶在香猪乳腺下的生物学性状的发生及其演变过程。以期为国产聚丙烯酰胺水凝胶在临床上的应用提供必要的理论依据。

1选用材料

美国Beckman高效液相色谱仪，聚丙烯酰胺水凝胶(中国富华医用高分子材料有限公司)，医用硅凝胶(广州万和医疗器械公司)，丙烯酰胺(华美公司)，双丙烯酰胺(华美公司)，甲醇等为色谱纯，四月龄雌性国产香猪六头，体重9.8kg～14kg。

2方法

2.1实验设计六头香猪随机编为1～6号，对每头猪从头侧至尾侧、从左至右行编号(Ⅰ～Ⅹ)，水凝胶100ml内加入先锋霉素两支(10ml)，2%利多卡因10ml，混合均匀，1～4号猪取编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号，5，6号猪取编号为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ号，以旁开3cm开一小切口，略做分离，用特制注射针头(钝头旁侧孔)刺入乳腺腺体下，采用一点注射法缓慢推注混合水凝胶10ml。1～4号猪取最后一对，5～6号猪取Ⅰ、Ⅱ号，同样通过旁开切口于乳腺腺体下埋置10ml硅凝胶。然后逐层缝合。

2.2观察指标于术后两周，1、2、4、6、10、12月，分别取材，每次分别取两头猪之水凝胶隆乳之包膜、皮下组织，旁开1cm(避开原入路至少2cm)切取包膜及周围组织及1ml水凝胶材料，以及两个硅凝胶之包膜。包膜周围组织行HE、VC染色后作病理学检查，所取水凝胶材料用分析天平称重后于37℃烤箱，72小时。烤干后称重，并计算体积。腺体旁组织0.5g，加入甲醇/三氟乙酸(99/1)溶液1ml，匀浆，离心(4000转/分)10分钟，除蛋白后取上清，减压挥发溶剂，再加入85%甲醇0.5ml溶液后，上机分析。水凝胶0.5g加70%甲醇0.5ml，组织分离机分散匀浆后，离心(4000转/分)10分钟，取上清液，上机分析。

3结果

3.1不同时期大体标本观察整个实验观察期间，水凝胶隆乳之乳腺表面未见红肿、破溃，材料外逸，触之柔软，无硬结。2周后水凝胶组隆起略有缩小，至4月后逐渐稳定，但未见变形。硅凝胶组，形态未见明显变化，大小两周观察略有缩小，以后稳定，触之硬度明显高于水凝胶组。实验过程中，于5月、7月分别行4号、5号猪局部解剖，发现水凝胶组在乳腺腺体下，肌肉表面，沿肌纤维走行方向呈椭圆形，外观呈结节状、多囊腔结构(蜂巢样结构)，内面有纤维束与基部相连。在由半透明之纤维包膜包绕的大小不等(0.5～3cm)腔中间充满了透明的水凝胶。其包膜完整，触之柔软。与周围组织境界清楚，剥离容易。硅凝胶组，球形结构维持完好，乳白色包膜明显厚于水凝胶组，触之硬度也明显高于水凝胶组。两组植入物周围均未发现有肉眼可见的异常。

3.2不同时期水凝胶比重的测量术后半月体积缩小约20%，其中第二周内缩小幅度最大为11%。而到第4个月后则基本稳定，无明显变化，这与临床上的观察结果相符，见附表。

3.3病理检查

3.3.1半月观察水凝胶组：HE染色下，蜂巢结构囊泡内充满了紫色水凝胶物质，周围纤维组织包绕，细胞3～10层，可见轻微炎症反应，以淋巴细胞为主，少量白细胞浸润，未发现典型吞噬细胞。硅凝胶组：可见吞噬细胞浸润3个/H，纤维层5～10层，可见淋巴细胞浸润及７中性白细胞。

3.3.21月观察水凝胶组：纤维层数略有减少2～5层，排列整齐，淋巴细胞可见吞噬细胞0～1个/H，间质血管轻度充血。硅凝胶组：纤维层数3～8层，吞噬细胞3个/H，炎细胞浸润可见。

3.3.32月观察水凝胶组：炎细胞明显减少，纤维层数较1月时无明显变化为3～6层，偶见吞噬细胞0～1个/H。VG染色纤维组织被染成红褐色，连续。硅凝胶组：炎细胞少见，纤维层较同期水凝胶组厚，为5～8层，吞噬细胞3个/H。

3.3.44月观察水凝胶组：炎细胞未见，纤维层数减少至3层左右，未见吞噬细胞，纤维组织间质内可见毛细血管。(图4，见封三彩页图E-1)。硅凝胶组：可见炎细胞浸润，多核巨细胞4～5个/H，VG染色可见纤维组织增生。(见封三彩页图E-2)。

3.3.56月观察水凝胶组：纤维层数较2月观察明显减少，3层左右，少量炎细胞，吞噬细胞偶见0～1个/H。在纤维组织所包绕的囊泡样腔隙内充满水凝胶组织，囊泡间有少量松散的纤维组织，未见周围组织坏死崩解样变化。(见封三彩页图E-3)。硅凝胶组：吞噬细胞3个/H，偶见炎性细胞，以淋巴细胞为主，纤维囊壁明显较水凝胶组厚，VG染色见10～19层纤维细胞，排列整齐。(见封三彩页图E-4)

3.3.68、10月观察两组均见少量吞噬细胞，余无明显变化。

3.3.712月观察水凝胶组：纤维细胞3～5层，排列整齐，囊壁可见毛细血管，吞噬细胞2个/H，周围组织无坏死征象，VG染色见包膜薄而连续。硅凝胶组：可见少量淋巴细胞，吞噬细胞可见5个/H，包膜组织纤维化，可见透明变性。

3.4乳腺周围组织内的聚丙烯酰胺及单体的定性检测丙烯酰胺单体保留时间为2.57min；双丙为3.04min。聚丙烯酰胺水凝胶及所有样本所测结果均未在上述时间点上出现峰值，即在最低检出线0.5μg/ml，未见有丙烯酰胺单体及双丙检出。

4讨论

4.1机体组织对植入物的反应主要是无菌性炎症反应及纤维包膜产生〔1〕。这些反应是体内免疫系统对异物识别、粘着、消化、吸收、并排出体外，或刺激机体纤维组织增生和局限异物的过程，炎症反应的强弱与异物的毒性强弱呈正相关。高分子聚合物惰性较强、分子量大，较难被机体吸收，即刺激机体产生胶原纤维将异物包裹形成包膜而将异物与组织隔离开来，并在体内长期留存下来〔2〕。纤维包膜一方面局限了植入物，阻止其向四周迁移扩散，同时其纤维囊壁的厚度也反应了组织与异物的相容程度。异物反应重，其包膜厚度明显，反之则较薄。无论从肉眼及镜下均可见水凝胶组的纤维包膜明显较硅凝胶组的薄，而且其厚度，随时间进展而有逐渐变薄的趋势，这一点国内外学者均有报道〔3，4，6〕，说明水凝胶与组织的相容性要好于硅凝胶，而且其纤维包膜薄而连续，既限制了水凝胶迁移，手感外形也自然。

4.2二组植入物在早期均见轻度炎细胞浸润，水凝胶组的炎细胞反应在4月观察时则明显减轻，而硅凝胶组在以后多个观察时段内仍可见炎细胞浸润，说明水凝胶组在引起组织急慢性炎症方面明显优于硅凝胶组，而且毒性更小。硅凝胶组的包膜术后一年观察发现：包膜纤维组织有透明样变性，说明其纤维化明显，对机体的刺激大于水凝胶。在硅凝胶组的各观察时段，均可见巨嗜细胞存在，提示其引起异物反应明显，在这方面，水凝胶组的反应明显较轻。水凝胶组镜下囊泡结构的观察与大体"蜂巢样结构"的观察结果相吻合，其可能的原因如下：①水凝胶由于混合注入时较稀，虽说是一点注射，但由于局部组织间隙的强度、张力存在一定差异，注入时可向无隔膜的较疏松的腔隙有一定突破而形成不同大小的由局部组织间隔的囊腔样或泡状结构；②由于水凝胶亲水基团与组织间一定量的物质渗透交换〔5〕，注射时局部出血诱发并引起纤维组织增生，将水凝胶分隔成不同形状及大小的泡状结构。由于"蜂巢样结构"的存在，提示临床上术后因某种原因而希望通过依赖单纯引流的方式将水凝胶完全引出可能有一定的困难，多次耐心的冲洗是必不可少的，如果必要还可考虑采用负压吸脂样方式完成，具体效果，需要进一步实践。

4.3聚丙烯酰胺水凝胶是亲水性高分子材料，具有富含亲水基团的三维网状结构。其干质含量约2.8%〔6〕，溶胀后其含水量可达97%以上。与含有大量水分的人体组织相似，具有较好的生物相容性〔5〕。据文献报道〔6〕：乌克兰产聚丙烯酰胺水凝胶(interfall)，注射后体积缩小与水凝胶交联的密度有关，一般在20%～30%，甚至于50%，我们实验采用的是交联密度较稀的C型国产聚丙烯酰胺水凝胶奥美定，从结果中可以看出，术后半月体积缩小约为21%，其中第二周内缩小幅度最大为11%；而到第四个月后则基本稳定，无明显变化，这与临床上的观察结果相符；与报道的Interfall的30%～50%的体积缩小率相比较，有一定的优势。而且按实验所设计的逐段湿重的增加值与干重的增加值基本相等，说明体积的缩小主要是由于水凝胶所含水分的丢失所致，而聚丙烯酰胺本身的变化则不明显。

4.4水凝胶组的体积缩小可能与以下三种因素有关：①注入材料中混合的麻药及抗生素的吸收；②水凝胶自身所含成分被组织吸收，《材料学大词典》〔5〕有关水凝胶的概念中指出，水凝胶本身是具有膜的特性，其间亲水性基团中所含的水分及所溶的物质，可与组织间发生一定的渗透，扩散与吸收，这可能是水凝胶组体积变化的内在原因；③水凝胶向周围组织间隙的扩展。在肉眼观察条件下，水凝胶沿肌肉走行有水平方向的扩展，其水平方向少量的扩展就可能造成肉眼观察下高度的明显变化；而硅凝胶组的体积变化的不明显，与其自身结构致密及形成包膜较厚有关。聚丙烯酰胺水凝胶是由单体交联聚合而成的亲水性大分子网状结构的水溶胀体〔6〕，它本身毒性很低：半数致死量为4.3g/kg～9.6g/kg，平均剂量为5.0g/kg。丙烯酰胺、双丙烯酰胺是其主要单体，而丙烯酰胺单体有较强的毒性，其半数致死量为0.385g/kg〔6〕。测量聚丙烯酰胺水凝胶及在植入体内不同时间段是否分解出的单体，是证明其稳定性、安全性的关键。我们对其在植入体内后周边组织的单体的测定还希望能发现证实它是否有迁移。实验结果参照本文"3.4"条内容，我们得出丙烯酰胺的保留时间是2.57min，双丙是3.0min。聚丙烯酰胺水凝胶及样本在实验条件下均未在时间点出现峰值，说明无论在香猪体外或体内，一年后聚丙烯酰胺水凝胶在本实验条件下都未分解出本实验精度内可测量到的丙烯酰胺单体，说明聚丙烯酰胺水凝胶在香猪体内乳腺组织下是稳定和安全的。

［参考文献］

1［Jome S.Festre.Biocomptibility of Delrin 150:a Creep-resistant polymer for total joint prosthese［J］.J Biomed Mater Res.1985;5:159

2朱明华等.植入性高分子材料组织病理学观察［J］.北京生物医学工程，1991；10(2)：102

3田菲，吴军正，鲁开化.聚丙烯酰胺水凝胶对于L929细胞的细胞毒性研究［J］.实用美容整形外科杂志.1999；10(6)：326

4鲁开化，曹景敏，周智.医用聚丙烯酰胺水凝胶鼠体内注射的实验观察［J］.实用美容整形外科杂志.2000；11(1)：1

5师昌绪主编.材料大辞典［M］.化学工业出版社.1994：881

6曹孟君，高景恒，鲁开化等.医用聚丙烯酰胺水凝胶基础研究与临床应用［M］.北京：人民卫生出版社.2000：12