欒會芹，畢經(jīng)芳，吳賽男，任韋燕，劉紅梅，張瑩瑩，李增勇

1.國家康復輔具研究中心，北京市 100176；2.國家康復輔具研究中心康復輔具質量監(jiān)督檢驗中心，北京市 100176；3.民政部康復輔具分析評定重點實驗室，北京市 100176；4.山東省泰安市中心醫(yī)院，山東泰安市 271000；5.國家康復輔具研究中心附屬康復醫(yī)院，北京市 100176

0 引言

我國有肢體殘疾人2 472 萬[1]，其中截肢者226萬[2]，截肢者中下肢截肢占70%[3]。假肢接受腔通過對殘肢體積的包容，完成垂直力的傳遞(支撐)、水平力的傳遞(固定)、殘肢和假肢之間的界面吸附(懸吊)[4-5]。在假肢與殘肢接觸界面中，過高或過低的接受腔負荷均可導致皮膚及深層組織損傷[6-8]。

內(nèi)襯套可以提供一種或多種界面功能，起到調(diào)整容積、分散壓力、減少摩擦或(吸著式)懸吊的作用。內(nèi)襯套一般由發(fā)泡材料、硅膠材料、凝膠材料及聚氨酯等耐用材料制成，具有不同的柔軟度。內(nèi)襯套的材料性能對骨突出部位、敏感部位等有緩沖減震作用，它的彈性能幫助殘肢全面接觸和固定形狀，較高的抗撕裂特性也會增加其耐用性。最初內(nèi)襯套產(chǎn)品只用于小腿截肢者，目前大腿及上肢截肢者均可穿戴。內(nèi)襯套在為截肢者提供舒適感覺的同時，還可以有效地保護皮膚及皮下組織，因此截肢患者大多數(shù)都會穿戴內(nèi)襯套。目前，市面上常用的是泡沫內(nèi)襯套主要以乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinylacetate copolymer,EVA)類、聚氨酯(polyurethane,PU)類及聚乙烯(polyethylene,PE)類為主[9]。此外，還有以硅膠及凝膠為主的內(nèi)襯套。

日常穿戴過程中，內(nèi)襯套與皮膚長期接觸，當材料磨損、汗液腐蝕[10]、降解等情況出現(xiàn)時，其中毒性物質會滲出，滲出物可能會對皮膚表面及皮下組織造成損傷，長時間使用可能會對使用者造成二次傷害。此外，內(nèi)襯套上緣受牽拉較多，內(nèi)襯套越靠近邊緣越薄，越容易損壞。因此，內(nèi)襯套不僅需要有良好的生物安全性，也需要有良好的力學性能。通過檢測其硬度、拉伸強度、扯斷伸長率及100%定伸強度，可反映內(nèi)襯套在常溫、靜載作用下的宏觀力學性能，可以為內(nèi)襯套生產(chǎn)工藝及材料力學性能改良提供依據(jù)。

隨著肢體殘疾人數(shù)量增加，市售內(nèi)襯套也會隨之增多。目前我國沒有對假肢接受腔內(nèi)襯套進行力學及生物安全性方面評價的標準[11-13]。因此，研究假肢接受腔內(nèi)襯套力學性能及其細胞毒性，可以幫助發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯套存在問題，為內(nèi)襯套產(chǎn)品質量標準的制定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

1.1.1主要試劑

DMEM 培養(yǎng)基、胎牛血清：美國GIBCO 公司。噻唑藍(thiazole blue,MTT)、10%二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)(陽性對照)：美國SIGMA 公司。高密度聚乙烯(陰性對照)：中國ALFA AESAR 公司。浸提介質為含10%血清細胞培養(yǎng)液。內(nèi)襯套為國內(nèi)市售，分別購于不同廠家：國產(chǎn)厚度6 mm 泡沫內(nèi)襯(A)、國產(chǎn)厚度5 mm EVA 泡沫內(nèi)襯(B)、德國產(chǎn)厚度5 mm EVA 泡沫內(nèi)襯(C)、德國產(chǎn)厚度12 mm PE 泡沫內(nèi)襯套(D)、冰島產(chǎn)厚度3 mm硅膠內(nèi)襯套(E)和德國產(chǎn)厚度4 mm凝膠內(nèi)襯套(F)。

細胞系為體外培養(yǎng)哺乳動物L929 細胞，購自北京協(xié)和醫(yī)學院基礎學院。

1.1.2主要儀器

凈化工作臺、恒溫水浴箱：常州國華電器有限公司。生物安全柜、CO2培養(yǎng)箱：美國THERMO 公司。倒置顯微鏡：日本NIKON 公司。酶標儀：瑞士TECAN 公司。96 孔板：美國CORNING 公司。Z02Q 氣動取樣機：溫州方圓儀器有限公司。MTS 材料試驗機：美特斯工業(yè)系統(tǒng)中國有限公司。硬度計：德國博瑞公司。

1.2 方法

1.2.1樣品制備

樣品浸提液制備[14]：內(nèi)襯套按每0.2 g 樣品加1 mL 浸提介質浸提，陰性對照按每0.2 g 高密度聚乙烯加1 mL 浸提介質浸提，均置于(37±1) ℃環(huán)境，浸提24 h。陽性對照采用10%二甲基亞砜，空白對照采用10%血清細胞培養(yǎng)液，均與測試樣品同條件下制備。

1.2.2MTT比色實驗

將1×104/mL的細胞懸液接種于96孔細胞培養(yǎng)板，每孔100 μL，每組6 孔。分別加入空白對照(培養(yǎng)基)、陰性對照(高密度聚乙烯)、陽性對照(二甲基亞砜)、內(nèi)襯套浸提液，分別于5%CO2培養(yǎng)箱37 ℃培養(yǎng)72 h，之后棄去培養(yǎng)基，加入5 g/L MTT 20 μL，37 ℃孵育4 h 后，棄去上清，加入DMSO 150 μL，室溫放置，酶標儀震蕩10 min，在酶標儀490 nm波長處，測定吸光度(optical density,OD)值。計算細胞相對增值率(relative growth rate,RGR)。

陰性對照細胞毒性為0 級，陽性對照組細胞毒性為4 級，對照試驗系統(tǒng)成立，細胞毒性反應分級見表1[16]。

表1 細胞毒性反應分級

1.2.3高錳酸鉀消耗量

稱取樣品10 g，加水100 mL，(37±1) ℃恒溫24 h，將液體與樣品分離后冷卻至室溫，取20 mL 樣液進行滴定。

1.2.4拉伸實驗

內(nèi)襯套距離上緣約1～20 cm 處縱向取材。根據(jù)GB/T 6344-2008 的規(guī)定[17]制樣，在材料試驗機上對試樣預加載0.1 kPa 應力，然后以(500±50) mm/min 加載速率對試樣進行一次性拉伸至其斷裂，得到應力-應變曲線或力-位移曲線，計算拉伸強度、扯斷伸長率、100%定伸強度。

1.2.5硬度實驗

將從內(nèi)襯套上取出的試樣放在平整堅硬的表面上，采用邵氏oo 型硬度計在試樣表面不同位置進行5次測量。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17.0 軟件進行統(tǒng)計學分析。所有數(shù)值均以()的形式表示。

2 結果

2.1 MTT比色試驗

內(nèi)襯套A、B、C和D均具有輕度細胞毒性；而內(nèi)襯套E和F無細胞毒性。見表2。

表2 各組MTT比色法測定結果

2.2 高錳酸鉀消耗量

A、B、C、E、F 5種內(nèi)襯套高錳酸鉀消耗量均在70 mg/kg 以上，而內(nèi)襯套D 高錳酸鉀消耗量小于70 mg/kg。見表3。

表3 各組高錳酸鉀消耗量 單位：mg/kg

2.3 力學性能

樣品A 和C 的拉伸強度、斷裂伸長率及100%定伸強度均大于樣品B和D。見表4。

表4 力學性能結果

3 討論

細胞毒性是由細胞或化學物質引起的細胞殺傷，不同于細胞凋亡或壞死。通過細胞毒性試驗可以衡量藥物等對細胞的傷害性[18]。細胞毒試驗通用性強，已被廣泛應用于各種醫(yī)療器械及其材料的評價。細胞毒性試驗特點是試驗周期短，費用低，敏感性較高，基本上各種產(chǎn)品材料均適用[19]。

體外細胞毒性試驗主要分為三類：浸提液試驗、直接接觸法試驗和間接接觸法試驗[20-21]，主要根據(jù)樣品的性質及使用特性等決定[22-23]。浸提液試驗優(yōu)點在于細胞可以與浸提液廣泛接觸，用于分析樣品中可溶出物及其濃度對細胞的影響比較靈敏。假肢接受腔內(nèi)襯套在使用過程中直接與肢體殘端皮膚接觸，讓內(nèi)襯套的浸提液直接接觸小鼠胚胎成纖維細胞，通過觀察細胞增殖或抑制情況，可評價內(nèi)襯套對細胞的體外毒性[11,24]。

細胞毒性定量評價常采用MTT 法，其原理是哺乳動物細胞線粒體酶可以將黃綠色的MTT 降解，形成藍紫色的物質[25]，藍紫色的物質可以在二甲基亞砜中溶解，利用酶標儀測定其濃度，細胞的存活依據(jù)OD 定量測定。OD 值越大則細胞存活率越高，說明材料的細胞毒性較小。

本研究顯示，泡沫內(nèi)襯套有較低細胞毒性，硅膠內(nèi)襯套無細胞毒性，生物安全性更好。

高錳酸鉀消耗量是指試樣浸提液中可被高錳酸鉀氧化的物質總量，反映試樣中可遷出能被氧化的水溶性有機物的總和[26-27]。本研究顯示，泡沫內(nèi)襯套A、B和C 的高錳酸鉀消耗量高并有輕度細胞毒性，提示可溶出的有機物可能會對殘肢皮膚、肌肉和血管等造成損傷，從而對長期穿戴者造成二次傷害。

接受腔內(nèi)襯套與殘肢直接接觸，形成重要的接觸界面，擔負著聯(lián)接和承載的功能。穿戴內(nèi)襯套使患者肢體殘端和接受腔受力更均勻，提高了肢體運動穩(wěn)定性。每天穿脫過程中產(chǎn)生的拉力、壓力、剪切力，以及運動過程中產(chǎn)生的壓力、剪切力和摩擦力等力學因素，均會引起內(nèi)襯套材料的磨損、老化和失效[28]。因此，研究內(nèi)襯套材料的力學性能十分重要。本研究顯示，6 種內(nèi)襯套硬度大小依次為C＞E＞A＞B＞D＞F。一般而言，硬度越低，靜態(tài)舒適性越高，硬度越高，動態(tài)舒適性越高。因此，設計內(nèi)襯套時應綜合考慮穿戴者動態(tài)和靜態(tài)舒適度。

6 種內(nèi)襯套的拉伸強度依次為C＞A＞F＞E＞B＞D，斷裂伸長率大小依次為A＞C＞F＞D＞B＞E，100%定伸強度大小依次為C＞E＞A＞B(F)＞D。內(nèi)襯套越靠近邊緣越薄，因為受力原因越容易壞。內(nèi)襯套在承受載荷時，不會單獨產(chǎn)生徑向或軸向變形，通常是徑向和軸向變形同時產(chǎn)生。內(nèi)襯套硬度、拉伸強度、斷裂伸長率及100%定伸強度均是影響內(nèi)襯套材料力學特性的重要指標，所以在對內(nèi)襯套進行相關分析時，需將內(nèi)襯套的力學指標一起綜合考慮，使內(nèi)襯套的研究進一步深入。

目前我國尚無關于假肢接受腔內(nèi)襯套質量的團體、行業(yè)和國家強制標準和法律法規(guī)的要求，市售產(chǎn)品均未標明產(chǎn)品的執(zhí)行標準，處于監(jiān)管空白。因此，建議開展假肢接受腔內(nèi)襯套的相關技術和標準研究，為監(jiān)管部門提供科學的監(jiān)管依據(jù)和技術支持。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。