通过压力输注来输注化疗药物现已成为世界范围内公认的临床方式。例如，外周插入静脉导管(PICC)允许持续输注高剂量化疗。大多数PICC均由聚氨酯弹性体制成，因为它们具有有吸引力的机械和生物相容性。

一些临床医生报告称，“聚氨酯”导管在输注化疗药物时会破裂。如果属实，则应劝阻使用聚氨酯导管，因为这将导致灾难性的故障机制，危及患者的生命。

“聚氨酯”的通用名称仅仅是技术上的便利之一，因为许多聚合物都有资格被称为“聚氨酯”，尽管这些聚合物的化学成分差异很大。

本文批判性地评估了这些说法，旨在告知读者哪些“聚氨酯”可以用于导管使用，哪些“聚氨酯”不应该使用。

一、静脉通路导管

静脉通路导管提供通往循环系统的静脉通路。静脉通路导管包括中心静脉导管（CVC）、慢性透析导管（CDC）和外周插入导管（PICC）。接入线用于输送静脉输液、化疗药物、抗生素、抗菌药物和血液制品

PICC导管是静脉通路导管的一种重要类型，它通过外周静脉提供进入循环系统的静脉通路。PICC可分为单腔、双腔和多腔配置。它们有不同的长度，以适应不同的解剖结构和导管插入部位。一般而言，PICC导管通过外周部位插入，例如头静脉、大教堂静脉或臂静脉，尖端置于中央循环，例如上腔静脉。PICC导管的设计可保持植入一周至一年，并且可以在门诊、门诊或家庭环境中使用。

目前市场上的大多数PICC管线均由单一材料制成，例如硅橡胶或聚氨酯。虽然硅胶导管具有生物相容性并且旨在最大限度地减少留置副作用，但它们有几个关键的缺点。柔软的有机硅弹性体为患者提供舒适感，但增加了手术插入过程中的操作性，并且容易过度扭结。此外，软有机硅弹性体的固有特性限制了它们仅适用于低压注射，通常小于100psi。

01.电力PICC。

大多数PICC管线的承受能力低于每平方英寸100磅(psi)。对于基于有机硅的PICC管线尤其如此。尽管大多数PICC管路压力能力足以输送药物和采集血液样本，但它们并非设计用于使用电动注射器输送化疗药物或造影剂。

动力注射器在放射学套件中用作快速输送药物或造影剂的方法，特别是对于CT应用。使用动力注射器输送的造影剂压力可达300psi。虽然插入的PICC管线为注入的液体提供了可用的输送路径，但大多数传统的硅胶PICC管线无法承受使用电动注射器时产生的更高压力。相反，医生被迫使用设计用于承受高压的短IV型导管进入另一个位置的静脉。

需要PICC导管的患者通常病得很重，一方面对护理人员来说进入静脉很困难，另一方面对患者来说是痛苦和创伤的。通过静脉注射针或导管持续进入静脉系统最终会导致可用静脉的破坏。静脉注射针还可能引起并发症，例如介质外渗和意外渗入周围组织。

因此，能够使用已就位的PICC电源线接入静脉系统，对患者和医疗保健提供者来说都具有显着的优势。

02.理想电源PICC线路。

理想的PICC导管应足够柔韧，以尽量减少患者的不适，并且在插入期间或长时间内不会对静脉造成创伤。另一方面，它应该足够坚硬，以便于通过导丝插入。插入期间和之后的可推动性和抗扭结性需要更硬的材料。此外，PICC管线必须能够承受与CT注射器输送相关的更高流体压力。

将流体介质同时注射到多腔导管的至少两个腔中导致导管的腔壁/隔膜上的压力不均匀，从而提供了增加流体流速、减少偏心流发生率的有效方式，并在导管出口处提供平衡推力。为了克服这些困难，开发了三腔聚氨酯导管。

最后，在PICC轴离开身体的位置，动力PICC线会弯曲并与现场护理化学品（例如酒精类抗生素和防腐剂）进行表面接触。因此，PICC系列不仅必须具有坚固的机械性能，而且还必须耐酒精。只有聚氨酯基PICC才能满足上述所有要求。

二、PICC输电时线路开裂

据报道，“聚氨酯”导管在接触依托泊苷、紫杉醇和紫杉醇等化疗药物溶液时会“降解”和“破裂”。这些药物与含有高比例乙醇的化学载体混合，或者与蓖麻油或乙二醇一起制备在浓缩溶液中。

动力注射PICC和植入式输液港与积极治疗相结合的需求要求导管能够承受机械和化学损伤。以下段落批判性地回顾了这些有关“聚氨酯”失效的令人不安的报告。

01.依托泊苷。

日本曾有报告称，在输注化疗药物依托泊苷时，“聚氨酯”导管发生破裂作者得出的结论是，PU导管的变性和随后的破裂是由注射液中含有的乙醇引起的。用载体溶液处理后，没有发现聚氯乙烯（PVC）或硅胶导管破裂或形态变化。

图1依托泊苷

VePesid®（依托泊苷）（通常也称为VP-16）是鬼臼毒素的半合成衍生物，用于治疗某些肿瘤疾病。它是4/'-去甲基表鬼臼毒素9-[4,6-O-(R)-亚乙基-β-D-吡喃葡萄糖苷]。在甲醇、氯仿中极易溶解，在乙醇中微溶，在水、乙醚中微溶。通过有机溶剂使其与水更易混溶。分子量为588.56，分子式为C29H32O13。依托泊苷与水、乙醇和乙二醇混合制成输液，可在短时间内通过动力型PICC给药。

乙醇用于溶解水性输注液中的依托泊苷。依托泊苷的化学结构中没有任何物质可以与聚氨酯发生反应、干扰或以其他方式破坏聚氨酯。因此，只能将乙醇视为聚氨酯导管开裂的罪魁祸首。

02.紫杉醇

紫杉醇是一种具有抗肿瘤活性的天然产物。TAXOL（紫杉醇）是通过半合成工艺从红豆杉中获得的。紫杉醇的化学名称为5β,20-环氧1,2α,4,7β,10β,13α六羟基他-11-烯-9-酮4,10-二乙酸酯2苯甲酸13-酯与(2R,3S)-N-苯甲酰基-3-苯基异丝氨酸。紫杉醇是一种白色至类白色结晶粉末，经验式C47H51NO14，分子量为853.9。它具有高度亲脂性，不溶于水，熔点约为216-217°C。

图2紫杉醇的结构

每毫升无菌无热原溶液含有6毫克紫杉醇、527毫克纯化Cremophor®EL*（聚氧乙烯蓖麻油）和49.7%(v/v)无水乙醇，USP。人们认为，高浓度的乙醇是溶液对某些类型的“聚氨酯”产生影响的原因。

与依托泊苷类似，紫杉醇的化学结构中没有任何物质可以与聚氨酯发生反应、干扰或以其他方式破坏聚氨酯。因此，只能将乙醇视为聚氨酯导管开裂的罪魁祸首。

2.3泰索帝

泰索帝是一种临床成熟的抗有丝分裂化疗药物，主要用于治疗乳腺癌、卵巢癌和非小细胞肺癌。泰索帝已获批准用于治疗局部晚期或转移性乳腺癌或非小细胞肺癌患者，这些患者接受过基于蒽环类药物的化疗，但未能阻止癌症进展或复发。泰索帝三周输注一小时，通常在十个周期的疗程中进行，作为细胞毒性抗微管剂，泰索帝被认为比阿霉素、紫杉醇和氟尿嘧啶更有效。泰索帝由赛诺菲-安万特在全球范围内销售。

多西紫杉醇是一种属于紫杉烷家族的抗肿瘤药物。它是通过半合成从红豆杉植物的可再生针叶生物质中提取的前体开始制备的。多西紫杉醇的化学名称为(2R,3S)-N-羧基-3-苯基异丝氨酸，N-叔丁基酯，13与5β-20-环氧-1,2α,4,7β,10β,13α-六羟基紫杉11-的酯烯-9-酮4-乙酸酯2-苯甲酸酯，三水合物。多西紫杉醇具有以下结构式：

图3泰索帝的结构

TAXOTERE（多西紫杉醇）注射浓缩液是一种澄清的黄色至棕黄色粘稠溶液。TAXOTERE是无菌、无热原的，以含有20mg(0.5mL)或80mg(2mL)多西紫杉醇（无水）的单剂量小瓶形式提供。每毫升含有40mg多西紫杉醇（无水）和1040mg聚山梨醇酯80。注射浓缩液在使用前需要稀释。为此提供了无菌、无热原、单剂量稀释剂。泰索帝的稀释液含有13%乙醇的注射用水，以小瓶形式提供。

仔细分析泰索帝的化学结构，我们再次得出结论：只有溶液中的乙醇才能对某些“聚氨酯”造成损害。

四、导管锁解决方案

长期植入的导管有缺点。导管可能会被源自开口尖端的管腔内血栓堵塞。导管尖端血栓可能需要切除、更换和/或施用紧急药物治疗（例如tPA）来解决这些血栓。

为了减少长期导管的凝血，传统上使用包含肝素浓缩溶液的封管溶液填充导管（通常每个导管管腔含有高达10,000IU的肝素）。每次使用后立即将肝素封管溶液注射到每个管腔中，并且通常留在导管中直到再次进入导管。然后在下次使用前将肝素封管溶液从导管中取出，因为将大量肝素注入血液中存在导致过度出血的风险。

即使使用肝素封管溶液，在使用期间导管也可能因导管腔内滞留的血液凝固而被堵塞。导管内可能会发现血液，因为管腔内最初注入的肝素量不足，肝素溶液从管腔扩散或对流，或者管腔内残留有残余血液。管腔内血栓的形成导致流经管腔的血流损失，并且必须以巨大的费用移除和更换堵塞物。

肝素锁正在失去人气，因为在最近的出版物中指出肝素可以促进生物膜的形成，特别是对于金黄色葡萄球菌。较新的乙醇/柠檬酸三钠封闭溶液似乎很有前途，因为它们具有抗凝血和抗感染的双重作用。

由于这些封管液含有酒精，因此在选择正确的“聚氨酯”导管时必须小心谨慎。选择正确的“聚氨酯”是后续段落的主题。

五、聚氨酯命名法

“聚氨酯”真的是“聚氨酯”吗？令人惊讶的答案是响亮的：“不”。

聚氨酯是最重要的一类医用级特种聚合物。但具有讽刺意味的是，“聚氨酯”一词引起了很大的混乱。该术语更多的是为了方便而不是为了准确性，因为聚氨酯不是由氨基甲酸酯单体聚合衍生的，也不是主要含有氨基甲酸酯基团的聚合物。

聚氨酯包括在分子主链中含有多个氨基甲酸酯基团的那些聚合物，无论链的其余部分的化学组成如何。重复的氨基甲酸酯键是聚氨酯通用名称的基础，该名称具有欺骗性，因为所有有用的聚氨酯聚合物都含有少量的氨基甲酸酯官能团。然而，使用通用术语“聚氨酯”聚合物含有少数氨基甲酸酯官能团。事实上，其他基团如酯、醚、碳酸酯等是分子链中的主要连接键。实际上，“聚氨酯”这个名称普遍适用于这些聚合物。如图4所示，如下所示：

图4

01.聚氨酯中的分子间力。

聚合物的特征在于分子内部和分子之间的作用力。其中共价键最强。然而，在聚氨酯中，分子间（或二次）力代表了近50%的机械性能。

聚氨酯中存在三种类型的分子间力：（1）范德华力（2）偶极相互作用和（3）氢键。范德华力负责相似分子的短程吸引力。

氢键通常被认为是偶极相互作用的一种强形式。氢键与主链中的基团以及-OH或-NH基团相关。与偶极相互作用一样，氧和氮原子吸引其他分子带正电的氢。

正如我们将看到的，乙醇和异丙醇会破坏分子链之间的氢键。这在聚(醚)聚氨酯中尤其显着。

六、聚（醚）和聚（碳酸酯）聚氨酯。

由于其优异的物理和化学性能以及相对良好的生物相容性，聚氨酯弹性体现已成为植入式医疗器械的首选聚合物。

与其他生物材料相比，聚氨酯具有许多优点，如韧性、耐磨性、抗撕裂性、耐化学性、优异的机械柔韧性等。

01.芳香族聚（醚）聚氨酯。

不幸的是，第一代医用级聚氨酯基于芳香族二异氰酸酯（4,4/'二苯基甲烷二异氰酸酯，或MDI）和生物诱导的可氧化聚醚（聚四亚甲基醚二醇，或PTMEG）。这些聚合物的商品名为Pellethane，广泛用于制造起搏器导线绝缘材料。这些芳香族聚氨酯存在形成可疑致癌物亚甲基双二胺（“MDA”）的风险，这是由于热处理过程中干燥不当或在体内生物降解过程中不太可能发生的结果。

佩尔乙烷还被证明在人体植入过程中容易受到环境应力开裂（“ESC”）和金属离子氧化（“MIO”）的影响。这些现象是由于巨噬细胞的攻击导致PTMEG软链段中的醚键氧化而引起的。

02.脂肪族聚（醚）聚氨酯。

为了克服MDA形成的可能性，Szycher于1983年推出了第二代脂肪族聚氨酯，商品名为TecoFlex®。TecoFlex迅速获得了市场份额，迅速成为大多数短期植入导管、伤口敷料和专用涂层的首选聚合物。

尽管TecoFlex对酒精和含酒精的防腐剂溶液高度敏感，但它仍然继续赢得与Pellethane竞争的市场份额。Tecoflex的另一个特点是，一旦植入，它就会显着软化（因此预计它对脆弱的内皮细胞的损害较小），这使其成为20世纪80年代末世界上销量最大的医用级聚氨酯。

TecoFlex的致命弱点是，作为一种聚（醚）聚氨酯，它在植入时很容易受到环境应力开裂的影响。ESC通常表现为表面开裂、硬化、侵蚀和弯曲强度下降。

图5

图5清楚地显示了TecoFlex的聚（醚）聚氨酯分子结构。醚键被巨噬细胞降解。TecoFlex和芳香族聚（醚）聚氨酯Pellethane中的醚键导致其易于生物降解。因此，不建议长期植入Tecoflex或Pellethane®。同样，不建议将Tecoflex用于聚合物会接触酒精的应用，例如含酒精的洛克溶液或输注化疗。

03.第三代聚（碳酸酯）聚氨酯。

由于FDA将“长期植入”定义为29天，因此大多数设备制造商开始寻找新一代聚氨酯首先不会形成MDA且能够抵抗ESC，这一点就很清楚了。Szycher是第一个发现聚（醚）聚氨酯与生物引起的应力开裂之间联系的人。这一基本发现导致了聚（碳酸酯）聚氨酯的发展。这类聚合物实际上保留了传统聚（醚）聚氨酯所需的所有弹性体性能，但其分子结构中不存在易氧化的醚键。

1990年代初，两位独立的研究人员几乎同时引入了“生物耐用”的两种不同的聚（碳酸酯）聚氨酯。1992年，Pinchuck在美国专利5,133,742“抗裂聚碳酸酯聚氨酯聚合物假体”中公开了芳香族聚（碳酸酯）聚氨酯的开发。这种聚氨酯被CorvitaCorp.命名为“Coraceta”，然后在授权给PolymerTechnologyGroup后被称为“Bionate”。由于Bionate是芳香族化合物（基于MDI），因此仍然容易形成MDA。

1992年，Szycher在纽约MD&DI展会上推出了Carbothane®。由于Carbotane是脂肪族化合物，因此它的弹性模量较低。低弹性模量是设计用于与心血管系统接口的聚合物的基本特征，以使假体能够顺应宿主动脉或静脉。最后，与烃基相邻的碳酸酯键使该家族对导管、支架、移植物等医疗应用具有吸引力。

下图6显示了聚（碳酸酯）聚氨酯的分子结构。

图6.聚（碳酸酯）聚氨酯的独特结构使其可以长期使用，并且比任何其他类型的“聚氨酯”更耐酒精。由于这些突出的特性，聚（碳酸酯）聚氨酯目前在静脉导管市场占据主导地位。所有FDA批准的静脉导管均基于具有不同硬度和射线不透性的聚（碳酸酯）聚氨酯。

下面的表1列出了（醚）和（碳酸酯）聚氨酯之间的区别特征：

表1

04.耐酒精性

每种聚合物和溶剂都有一个特定的溶解度参数和氢键指数。具有大致相同值的聚合物和溶剂是相互混溶的（可溶的）。数值相差悬殊者互不相溶。那些具有中等溶解度值的聚合物和溶剂会导致溶胀行为。

甲醇的汉森溶解度参数为14.5（cal/cm3）1/2，乙醇为12.7，异丙醇为11.5。聚醚软链段的溶解度参数为10.5。因此，当暴露于这些醇时，Tecoflex聚（醚）聚氨酯表现出较差的耐受性，因为它们充当溶胀剂。如果暴露于酒精蒸气中，抵抗力会更差。

相比之下，聚碳酸酯软链段的溶解度参数大于16，因此聚(碳酸酯)聚氨酯更耐醇。然而，这并不意味着PCU对酒精完全不敏感；例如，接触含乙醇锁定溶液9周后，机械性能明显下降，如下所示：

PCU导管在乙醇和TSC封闭溶液中浸泡64天。

这些作者得出的结论是：“从机械角度来看，我们的研究支持在PCU血液透析导管内使用4%TSC作为锁定溶液，而不会对导管的完整性产生不利影响。”

七、讨论

不存在完美的医用级聚合物。所有聚合物都有优点和缺点。这迫使我们在相互竞争的需求之间进行选择。

经常有人问，为什么聚氨酯虽然并不完美，却如此频繁地用于长期植入，为什么不简单地改用其他材料呢？答案很简单。没有比聚氨酯类材料更好的弹性体材料，具有高拉伸强度、润滑性、耐磨性、易于制造和良好的生物相容性。

可用于长期植入应用的材料非常有限。与血液相容的弹性材料尤其稀缺。迄今为止，仅有的两种在临床上取得成功的弹性体材料是有机硅和聚氨酯。

聚（酯）聚氨酯植入人体后会快速水解。聚（醚）聚氨酯容易受到环境应力开裂的影响，并且非常容易受到醇的表面化学侵蚀。只有聚（碳酸酯）聚氨酯经受住了时间的考验。

遗憾的是，医学文献在涉及“聚氨酯”时并不谨慎。大多数医生并没有明确说明他们测试的是哪种“聚氨酯”，导致人们对这些聚合物感到困惑。

聚（碳酸酯）聚氨酯仍然是当前弹性体植入物的黄金标准。其耐化学性、生物耐久性和固有的组织/血液相容性使其成为心血管应用的首选聚合物。

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