位元元，張洪斌,*，馬愛(ài)勤，高 山

（1.上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子科學(xué)與工程系，流變學(xué)研究所，上海 200240；2.上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院南院，上海 201499）

吞咽困難是指在將固態(tài)或液態(tài)食物、唾液、藥物等物質(zhì)從口腔至胃的吞咽和運(yùn)送過(guò)程中存在困難，患者產(chǎn)生咽部、胸骨后或食管部位的梗阻停滯感覺(jué)[1-3]。吞咽困難可發(fā)生于各年齡段人群，常發(fā)于老年人，特別是罹患神經(jīng)退行性疾病和中風(fēng)病人，有60%～80%的神經(jīng)退行性疾病患者和超過(guò)30%的中風(fēng)病人受吞咽困難的困擾。還有研究表明，50 歲以上有22%、65 歲以上有10%～30%、70 歲以上有40%的人罹患吞咽功能紊亂[4]。吞咽困難患者易因食欲減退引起營(yíng)養(yǎng)不良、脫水、電解質(zhì)功能紊亂等問(wèn)題，且易導(dǎo)致患者在吞咽食物時(shí)將食物吸入氣管，嚴(yán)重者會(huì)發(fā)生吸入性肺炎而導(dǎo)致死亡[5]。隨著人口老齡化進(jìn)程的加劇和老齡化人口數(shù)量的快速增長(zhǎng)，吞咽困難正成為一個(gè)日益嚴(yán)峻的社會(huì)問(wèn)題，嚴(yán)重影響人類(lèi)健康和生活質(zhì)量[6]。

吞咽的過(guò)程可以分為3 個(gè)階段：口腔階段、咽喉階段和食管階段。食物經(jīng)過(guò)這3 部分的器官協(xié)調(diào)配合完成安全的運(yùn)輸，此過(guò)程通常持續(xù)幾秒[7]。吞咽過(guò)程中最大的隱患是流體食物的黏度過(guò)低，流經(jīng)咽喉底部的時(shí)間短，肌肉神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)不及做出充分的反應(yīng)（如會(huì)厭軟骨不能及時(shí)蓋住氣管），導(dǎo)致食物通過(guò)氣管進(jìn)入肺部進(jìn)而造成吸入性肺炎[8-9]。從安全吞咽的角度來(lái)講，對(duì)質(zhì)地稀薄的流體食物增稠可以提高其黏度，減緩其流經(jīng)咽喉的速度，降低食物吸入肺部的危險(xiǎn)[10]。因此，在吞咽困難患者的飲食護(hù)理中，使用增稠劑得到黏度可調(diào)節(jié)的流體食物是很重要的手段。吞咽困難治療領(lǐng)域常用的流體食物增稠劑分為兩類(lèi)：淀粉基增稠劑和多糖膠體基增稠劑[11]。淀粉基增稠劑由于淀粉顆粒在液體中的溶脹和部分溶解的性質(zhì)，容易造成糊狀的口感，影響病人的接受程度，并且其增稠液體的黏度隨時(shí)間和溫度的變化很大，很難得到均一穩(wěn)定的增稠流體[12-13]。多糖膠體基增稠劑不易被人體口腔中的唾液淀粉酶分解，能在水溶液中形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)而在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的黏度[14-16]，因此其在吞咽困難護(hù)理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從營(yíng)養(yǎng)的角度來(lái)講，腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)制劑可以提供碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)，滿(mǎn)足一般患者對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求，并且可以用于營(yíng)養(yǎng)不良患者術(shù)前、術(shù)后支持治療[17]。同時(shí)，口服作為腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)途徑，對(duì)患者生理和心理康復(fù)均有益處。因此，對(duì)低黏度的普通能量供給用途的營(yíng)養(yǎng)制劑進(jìn)行合理增稠，可以為吞咽困難患者提供良好的能量營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。

黃原膠由于其具有強(qiáng)烈假塑性的流變學(xué)特性常被作為增稠劑，在吞咽困難的飲食護(hù)理中顯示出積極的作用[10]。此外，瓜爾豆膠、刺槐豆膠等也被用作吞咽困難飲食增稠劑[18]，然而這些親水膠體增稠劑難以提供其他有益功能。透明質(zhì)酸（hyaluronan，HA）是由葡糖醛酸和乙酰氨基葡萄糖為雙糖單位組成的直鏈多糖，廣泛存在于人體的各種組織中，具有天然的生物相容性及特殊的生理功能，如潤(rùn)滑關(guān)節(jié)和緩沖應(yīng)力、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)、水和電解質(zhì)擴(kuò)散及運(yùn)轉(zhuǎn)、促進(jìn)創(chuàng)傷愈合、保持水分、調(diào)節(jié)滲透壓、維持組織形態(tài)、屏障擴(kuò)散等[19-20]。特別是HA分子在水溶液中纏結(jié)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效提高水溶液的黏度，起到良好的增稠效果。HA也是關(guān)節(jié)液的主要成分，補(bǔ)充HA可以改善關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)潤(rùn)滑機(jī)能[21]?？诜蠬A的保健品還可以延緩其他組織器官因HA減少而導(dǎo)致的衰老和功能減退[22]。豌豆蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源，具有低異黃酮含量、低植酸含量、無(wú)過(guò)敏成分、可以提供清潔標(biāo)簽等特點(diǎn)[23-24]。豌豆蛋白含有人體所必需的18 種氨基酸，屬于全價(jià)蛋白質(zhì)，且富含賴(lài)氨酸、精氨酸和支鏈氨基酸[25]。腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)制劑中的碳水化合物一般為麥芽糊精，脂肪可為動(dòng)物或植物油脂。本研究中營(yíng)養(yǎng)制劑為一定配比的豌豆蛋白、大豆油和麥芽糊精的水懸浮液。

本研究從流變學(xué)角度出發(fā)，通過(guò)建立液態(tài)腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)制劑模型，探究了HA多糖對(duì)營(yíng)養(yǎng)制劑的增稠效果及其剪切變稀性質(zhì)，討論了HA增稠營(yíng)養(yǎng)制劑黏度的剪切時(shí)間依賴(lài)性以及黏彈性，以期對(duì)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑在吞咽困難患者臨床護(hù)理方面提供理論數(shù)據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

透明質(zhì)酸鈉（發(fā)酵法制得，醫(yī)藥級(jí)，分子質(zhì)量為100 kDa） 山東福瑞達(dá)醫(yī)藥集團(tuán)有限公司；豌豆蛋白法國(guó)羅蓋特公司；大豆油 益海嘉里投資有限公司；麥芽糊精 上海綠源生物科技有限公司；超純水為實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 儀器與設(shè)備

HAAKE MARS III旋轉(zhuǎn)流變儀 美國(guó)賽默飛世爾科技公司；MZ3004磁力攪拌器 上海志威電器有限公司；FA1004精密電子天平 上海天平儀器公司；Simplicity超純水系統(tǒng) 彤迪科學(xué)儀器（上海）有限公司；SZ-93A自動(dòng)雙重純水蒸餾器 上海亞榮生化儀器廠(chǎng)；FJ200-SH型數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī) 上海標(biāo)本模型廠(chǎng)。

1.3 方法

1.3.1 樣品準(zhǔn)備

多糖水溶液的配制：取一定質(zhì)量的透明質(zhì)酸鈉粉末溶于水中，室溫下攪拌至完全溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.5%的HA溶液。液態(tài)腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)制劑的組成中蛋白質(zhì)選用豌豆蛋白、脂肪為大豆油、碳水化合物為麥芽糊精，其配制方法為：依次稱(chēng)取麥芽糊精（質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%）、蛋白質(zhì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%）溶于HA溶液中，攪拌至均勻分散，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%大豆油，用高速分散均質(zhì)機(jī)以10 000 r/min均質(zhì)5～10 min，得到分散穩(wěn)定的液態(tài)營(yíng)養(yǎng)制劑。

1.3.2 流變學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

采用Haake控應(yīng)力旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)HA溶液及其增稠營(yíng)養(yǎng)制劑的流變學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)夾具為直徑60 mm的平行板，間距0.5 mm。測(cè)試溫度為25 ℃。為了使樣品保持相同的初始狀態(tài)，裝樣后使之平衡5 min后開(kāi)始測(cè)試。每次測(cè)試均使用新的樣品，并用輕質(zhì)硅油封樣以防止水分揮發(fā)。

穩(wěn)態(tài)剪切黏度曲線(xiàn)測(cè)試中，采用控制剪切速率的測(cè)試模式（CR模式），剪切速率由0.1 s－1升至1 000 s－1，記錄樣品的表觀(guān)黏度隨剪切速率的變化。樣品時(shí)間依賴(lài)性實(shí)驗(yàn)中，分別在剪切速率50 s－1和200 s－1時(shí)剪切5 min，靜置1 min，再剪切1 min，測(cè)試表觀(guān)黏度隨時(shí)間的變化情況；動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描測(cè)試中，初始頻率為6.28 rad/s，應(yīng)變掃描范圍為0.001～3，記錄儲(chǔ)能模量（G’），損耗模量（G”）以及損耗角正切（tan δ）隨應(yīng)變的變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin Pro 9.0軟件作圖和分析擬合數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 增稠流體的流動(dòng)行為和黏彈性分析

圖1 HA溶液及其增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑表觀(guān)黏度隨剪切速率的變化Fig.1 Apparent steady shear viscosity as a function of shear rate for HA solutions and suspensions containing HA

如圖1a所示，HA溶液流動(dòng)曲線(xiàn)在較低的剪切速率下呈現(xiàn)出明顯的牛頓平臺(tái)，而在較高的剪切速率下呈現(xiàn)出剪切變稀的性質(zhì)。這種假塑性行為的產(chǎn)生是由于HA分子在剪切流場(chǎng)中逐漸解纏結(jié)并隨著剪切方向取向所致[26]。如圖1b所示，未經(jīng)增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑表觀(guān)黏度很低，僅約為0.01 Pa·s（剪切速率為2 s－1時(shí)僅約為0.011 Pa·s），且基本不隨剪切速率發(fā)生變化（剪切速率為1 000 s－1時(shí)表觀(guān)黏度約為0.009 Pa·s）。這種低黏度牛頓流體特征的營(yíng)養(yǎng)制劑不適合吞咽困難患者直接食用。流動(dòng)快、喉嚨經(jīng)留時(shí)間短的流體會(huì)使咽部無(wú)充足時(shí)間協(xié)調(diào)吞咽相關(guān)的肌肉完成流體的安全傳送，很可能導(dǎo)致食物經(jīng)氣管吸入肺部而造成嚴(yán)重后果[10,15]。少量添加HA即能起到很好的增稠效果，特別是HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，HA溶液的表觀(guān)黏度可達(dá)1.2 Pa·s，而營(yíng)養(yǎng)制劑的初始表觀(guān)黏度相對(duì)未增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑提高了近3 個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)8 Pa·s。此外，在相同的低剪切速率區(qū)，相比HA溶液，增稠營(yíng)養(yǎng)制劑的表觀(guān)黏度隨剪切速率的增大而明顯下降，牛頓平臺(tái)消失，剪切變稀特征變得更為明顯。具有剪切變稀性質(zhì)的流體能夠降低被吸入肺部的危險(xiǎn)[12,27-28]。

冪率定律τ＝Kγn（式中：τ為剪切應(yīng)力/Pa、K為稠度系數(shù)/（Pa·sn）、n為冪律指數(shù)）常用來(lái)描述流體的剪切變稀行為。牛頓流體n＝1，而剪切變稀流體n＜1，且n值越小剪切變稀性質(zhì)越顯著。為進(jìn)一步定量描述和比較HA溶液及其增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑的剪切變稀性質(zhì)，考慮到流體食物在常規(guī)吞咽過(guò)程中經(jīng)歷的剪切速率相當(dāng)于50 s－1左右[29]，選取剪切速率范圍為10～100 s－1的應(yīng)力-剪切速率曲線(xiàn)進(jìn)行冪率擬合，擬合曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 HA溶液及其增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑應(yīng)力隨剪切速率的變化Fig.2 Steady shear stress as a function of shear rate for HA solutions and suspensions containing HA

表1 HA溶液及其增稠營(yíng)養(yǎng)制劑流動(dòng)曲線(xiàn)的冪律方程擬合參數(shù)Table1 Power-law parameters for the fl ow curves of HA solutions and HA thickened suspensions

圖3 HA溶液及增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑冪律指數(shù)隨HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化Fig.3 Flow behavior index n as a function of HA concentration

由表1和圖3可以看到，對(duì)于HA溶液，冪律指數(shù)隨著HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高基本呈線(xiàn)性降低，但幅度不大（n介于0.66～0.54之間）；而HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑雖然在較低的HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下具有較大的冪律指數(shù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%時(shí)n為0.85），但隨著HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，其冪律指數(shù)明顯降低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%時(shí)n為0.39）。特別是當(dāng)HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.3%時(shí)，增稠營(yíng)養(yǎng)制劑的冪律指數(shù)均低于相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HA溶液。有研究表明，具有較小冪律指數(shù)的增稠食物流體能給予食用者更愉悅的口感[30]。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑G’（A）、G”（B）和tan δ（C）隨應(yīng)變的變化Fig.1 G’ （A）, G” （B） and loss tan δ （C） as a function of stain for HA thickened suspensions at different concentrations

從圖4中可以看出，HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑G’＜G”，tan δ＞1，表現(xiàn)出類(lèi)液體的性質(zhì)，且隨HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大tan δ趨向于1，營(yíng)養(yǎng)制劑黏彈性上升。而應(yīng)變較大時(shí)，tan δ顯著增大，類(lèi)液性增強(qiáng)。HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑始終保持類(lèi)液體的性質(zhì)，在具有較高黏度的同時(shí)，仍然具備良好的流動(dòng)性。由此可見(jiàn)，HA增稠營(yíng)養(yǎng)制劑的流變學(xué)性質(zhì)更能滿(mǎn)足吞咽困難患者進(jìn)食的多方面需求[31]。綜上，一方面，HA增稠后的營(yíng)養(yǎng)制劑具有較高的黏度，可給予咽部較長(zhǎng)的吞咽反應(yīng)時(shí)間，從而減少吸入肺部的危險(xiǎn)；另一方面，較低的冪律指數(shù)（即高剪切變稀性質(zhì)）和高應(yīng)變時(shí)較大的tan δ能產(chǎn)生更容易被接受的口感，有利于吞咽困難患者的心理接受。由此可見(jiàn)，經(jīng)HA增稠后的營(yíng)養(yǎng)制劑更能符合吞咽困難患者對(duì)流體的吞咽需求。

需要說(shuō)明的是，由于吞咽困難患者的身體狀況不同，安全吞咽時(shí)對(duì)流體食物的黏度需求不同。世界上很多國(guó)家建立了以黏度為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的吞咽困難飲食指導(dǎo)方針[4]。吞咽困難飲食具體的黏度應(yīng)該根據(jù)患者的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。本研究給出了HA在0.1%～0.5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)營(yíng)養(yǎng)制劑的黏度特征，其黏度的實(shí)際臨床需求可以通過(guò)控制HA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 剪切對(duì)黏度的影響

用于吞咽困難治療的流體還需具有穩(wěn)定的黏度以滿(mǎn)足患者對(duì)安全吞咽的需求。盡管淀粉類(lèi)增稠劑在吞咽困難飲食護(hù)理中被廣泛應(yīng)用，然而淀粉增稠的流體具有顯著的觸變性，其黏度在配制后隨時(shí)間的延長(zhǎng)或者在外力作用下容易發(fā)生明顯的變化，難以保證其增稠流體在患者食用時(shí)的黏度與初始配制時(shí)一致，從而造成吞咽安全隱患[1,5,33]。因此，在保證增稠效果的同時(shí)，增稠流體黏度在持續(xù)剪切的情況下，對(duì)時(shí)間依賴(lài)性的研究也具有重要意義。本研究中采用間歇恒剪切速率的方法[13]來(lái)表征流體在剪切發(fā)生、停頓和恢復(fù)時(shí)黏度隨時(shí)間的變化，可反映流體的觸變性[34]。如圖5所示，樣品分別在50 s－1和200 s－1的剪切速率下剪切5 min后靜置1 min，然后再剪切1 min，其中50 s－1為文獻(xiàn)報(bào)道流體食物在喉嚨吞咽時(shí)的速率[35-36]，并且該剪切速率可以類(lèi)比流體食物在容器中被輕微攪動(dòng)時(shí)受到的剪切作用[13]；而200 s－1則對(duì)應(yīng)于流體食物經(jīng)歷比較大強(qiáng)度攪拌時(shí)的剪切速率。通過(guò)上述測(cè)試，可以探究營(yíng)養(yǎng)制劑在相對(duì)恒定的剪切速率下黏度隨時(shí)間的變化，以及剪切強(qiáng)度對(duì)不同增稠程度的營(yíng)養(yǎng)制劑黏度的影響。

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑在恒定剪切速率（50、200 s－1）下表觀(guān)黏度隨時(shí)間的變化Fig.5 Apparent viscosity as a function of time under constant shear rates （50, 200 s-1） for HA thickened suspensions

由圖5可知，未經(jīng)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑在剪切速率為50 s－1和200 s－1時(shí)的表觀(guān)黏度η50和η200很低，在所測(cè)的時(shí)間范圍內(nèi)無(wú)明顯變化且相近。對(duì)于HA增稠后的營(yíng)養(yǎng)制劑，盡管它們的表觀(guān)黏度有大幅上升，但第2次剪切時(shí)的表觀(guān)黏度與第1次剪切后無(wú)明顯差別，且表觀(guān)黏度隨時(shí)間的延長(zhǎng)變化不明顯。這說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)制劑內(nèi)不存在微結(jié)構(gòu)，其黏度不受剪切歷史的影響，無(wú)明顯的觸變性。淀粉類(lèi)增稠劑增稠的流體其黏度具有明顯的剪切時(shí)間依賴(lài)性，在較短的剪切時(shí)間內(nèi)黏度變化大[13]，因而應(yīng)用時(shí)難以獲得穩(wěn)定的黏度以滿(mǎn)足吞咽困難患者安全吞咽的需求，而HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑具有黏度穩(wěn)定的特征。

此外，從剪切（攪拌）強(qiáng)度和剪切時(shí)間對(duì)營(yíng)養(yǎng)制劑黏度變化綜合影響的角度，結(jié)合圖1b和圖5可以看出，未經(jīng)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑在剪切速率為50 s－1和200 s－1下表觀(guān)黏度η50和η200變化不明顯，說(shuō)明剪切（攪拌）的劇烈程度和剪切時(shí)間的長(zhǎng)短基本不會(huì)對(duì)其黏度造成影響，而對(duì)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑，盡管恒定剪切速率下剪切時(shí)間的長(zhǎng)短也對(duì)表觀(guān)黏度無(wú)影響，但隨著HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，高剪切強(qiáng)度相較低剪切強(qiáng)度造成的表觀(guān)黏度下降更明顯。如表2所示，HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.5%時(shí)所對(duì)應(yīng)的50 s－1和200 s－1剪切速率下表觀(guān)黏度下降幅度為30%～60%。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)增稠劑HA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可調(diào)控黏度下降程度，以滿(mǎn)足不同吞咽困難患者對(duì)黏度和口感的多方面需求。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑在恒定剪切速率下的表觀(guān)黏度及變化Table2 Apparent viscosity of HA thickened suspensions at constant shear rate

3 結(jié) 論

HA增稠后的營(yíng)養(yǎng)制劑從低黏度的牛頓流體轉(zhuǎn)變成黏度可調(diào)節(jié)的非牛頓流體，具有明顯的剪切變稀性質(zhì)，且其黏度隨時(shí)間變化不明顯，不受剪切歷史的影響，流體基本無(wú)觸變性，而剪切（攪拌）對(duì)其黏度降低的效果隨著HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增強(qiáng)。此外，增稠后的營(yíng)養(yǎng)制劑保持類(lèi)液體的性質(zhì)，其黏彈性隨著HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。綜上，HA增稠營(yíng)養(yǎng)制劑的流變學(xué)研究可為吞咽困難患者的臨床飲食護(hù)理提供有效依據(jù)。HA增稠的營(yíng)養(yǎng)制劑能給吞咽困難患者提供比較全面的營(yíng)養(yǎng)支持，同時(shí)，其流變學(xué)性質(zhì)又能滿(mǎn)足患者安全吞咽的需求。HA為人體固有的生物大分子，其天然的生物相容性、特殊的生理功能和良好的增稠特性在吞咽困難患者的飲食護(hù)理中具有積極的應(yīng)用前景。