徐凯航，秦 升，赫荣智，章 浩，纪 方

血液是一种由红细胞、白细胞、血小板、电解质和血浆等物质组成的液体结缔组织，其在人体内的体积约为5 L(按体质量70 kg)。血液负责将气体和营养物质输送到组织，并根据需要提供免疫监视和止血反应[1]。因此，血液流失可导致各种病理情况，严重时导致失血性休克而引起死亡。在战场上，由外在伤口和脏器损伤引起的大量失血可导致低温、失血性休克、凝血病、感染、酸中毒和多器官衰竭等情况，不可控的大量失血是而引起减员甚至死亡的重要原因之一[2]，因此，对止血的及时性和有效性提出了更高的要求。因战争而死亡的士兵中，50%是由于伤口的不可控失血所导致的，尤其是当伤口位于胸、腹、头、颈等不可按压止血的部位时，最容易发生因止血不及时或效果不理想而导致伤员死亡的情况[3-4]。因此，在军事背景下，如何在出血后的黄金时间内进行有效止血，研发各种先进止血材料，仍然是研究的重点方向。

基于血栓形成的机制及止血的原理，军事背景下的止血材料和技术最理想的要求是：(1)适用于各种活动性出血伤口；(2)使用快速，以减少失血并在需要时能长时间维持这种止血状态；(3)容易制造、方便消毒和携带；(4)在各种环境条件下稳定；(5)使用方便快捷，即使非专业人员也易于使用；(6)具有良好的生物相容性，无短期或长期的不良影响[5-7]。目前，针对外部可见和可及的损伤，以各种生物材料为基础的技术被广泛的研究并应用，如止血粉、新型绷带、止血喷雾、止血泡沫、止血凝胶、新型止血带和止血填塞物等。相比之下，对于体内出血的治疗，临床金标准仍是输注全血或血液成分。在军事背景下，创伤急救治疗面临主要任务仍是对外部可见的创伤性出血进行紧急处理，因此本文主要对外部可见的创伤性出血的止血方法及材料进行综述，以期对未来战场上的止血技术的进步有所帮助。

1 止血带

自然状态下，血管对损伤的第一反应是痉挛和收缩，导致血流减少、瘀滞并促进随后的细胞和生物分子凝血机制。因此，许多止血材料和技术都致力于通过应用压力使血管收缩，增强这个过程，达到加速凝血的目的，应用这个原理最简单的止血方法就是按压止血[8]。在军事背景下，其代表技术就是止血带止血技术。止血带本质上是一种可以限制血液供应到四肢的缩窄绷带。在古罗马历史上，佩加蒙的加伦(公元129-200年)最早使用这种方法来止血。16世纪初，汉斯·冯·格斯道夫描述了止血带在截肢手术中的应用。16世纪末，德国外科医生威廉·法布里在截肢手术中使用了止血带并使用机械方法紧固。在上述止血带应用中，也曾被报道过出现明显的并发症，特别是远端肢体缺血、梗塞以及机械神经损伤[9-10]。尽管存在并发症，美国军队的战术性战伤护理(TCCC)文件仍将止血带的使用作为一项基本战场急救技术，用于伤员院前出血管理[11]。最开始，大多数止血带都是用布、硅胶弹性条加木棒临时制作成的，然而由于存在材料的劣势和滑动的风险，自此大量的研发工作致力于止血带的设计和使用。第一个成果是一种名为战斗应用止血带的技术(C-A-T，USA)，其实质上是一种用转杆对布进行拉紧的复合止血带(也称为西班牙卷扬机设计)，这种止血带用一只手即可使用。当下，止血带的设计研究更多致力于在复杂环境中的易用性、患者舒适性、血液静态功效以及组织发病率和死亡率的降低等方向，许多新型止血带技术已经出现，例如紧急医疗止血带(EMT，Delfi，加拿大)、特种作战部队战术止血带(SOF-TT)、棘轮式医疗止血带(RMT，M2公司，美国)等[12-13]。止血带通过简单而有效的压迫来减少失血，从而降低死亡率，因此在现代战争中仍然有重要意义。

2 天然无菌伤口敷料

无菌辅料的使用是美国军队的战术性战伤护理(TCCC)文件中重点强调的又一项重要的基本战场急救技术。止血带的作用是增加出血部位的血管收缩以促进止血，而绷带或敷料的作用是直接覆盖并保护部位免受进一步的污染和损伤，同时可以直接吸收血液和渗出物，以防止感染并促进创面愈合[14]。目前可用的无菌伤口敷料由多种材料组成，包括棉纱或棉垫、氧化纤维素(OC)材料，油纱纱布，水胶体、水纤维材料和无定形水凝胶[15]。棉花是一种纤维素聚合物，不同于木质纤维素，棉花具有比木质纤维素高得多的聚合度和结晶度。因此，棉线可以通过高亲水性和表面的负电荷而引发血小板活化和聚集[16]。美国军用标准野外敷料由两层纱布包裹在密集包装的棉花上，当将此种敷料直接置于出血损伤上时可以快速吸收创面出血，通过接触途径促进凝血，但其一个明显的缺陷是敷料会粘附在伤口组织上，在移除时往往会造成二次损伤[17]。氧化纤维素(OC)和氧化再生纤维素(ORC)也是重要的止血敷料，二战期间作为手术中的止血敷料被广泛使用。OC和ORC有很好的生物相容性、杀菌性和止血性，这些氧化纤维素材料的酸性pH和负电荷可以促进血小板活化和聚集，从而促进凝血。但与棉纱布和衬垫一样，OC和ORC材料也会出现粘连到出血组织的问题，在移除时也会造成二次损伤[18]。粘附问题可以通过在敷料中使用不粘附、可吸收的材料来解决，例如油纱、纤维素基水凝胶和液体敷料[19]。油纱实质上是用石蜡、香脂和橄榄油浸润的纱布，其可以赋予伤口部位疏水性和不粘附性。这些材料可用于低渗的伤口，并可通过浸渍防腐剂如葡萄糖酸氯己定以进一步改性，改性的油纱可以很好地预防感染[20]。近年来纤维素基水凝胶也得到了发展，开发用于伤口敷料和止血应用。水凝胶主要由水、2%～3%的凝胶聚合物及15%～20%丙二醇(保湿剂和防腐剂)组成。这些敷料非常适用于战时烧伤和开放性的表面创面，可以有效地冷却损伤部位并帮助愈合。因此，水凝胶通常与敷料材料一起使用，在止血的同时也可以保护创面[21]。

3 生物活性止血材料

3.1 凝血酶、纤维蛋白原和纤维蛋白

凝血酶、纤维蛋白原和纤维蛋白是形成止血凝块的关键成分，因此纤维蛋白作为凝血酶与纤维蛋白原反应的凝血级联反应的最终产物，已成为止血应用中的重要生物活性物质，而纤维蛋白原和凝血酶作为纤维蛋白的前体，也有很强的促凝血生物活性。纤维蛋白可用于干燥状态，动物源或人源凝血酶和纤维蛋白原被冷冻干燥，加工成粉末，并浸渍到各种符合绷带或载体分散剂系统中，以直接应用于出血部位。当与主动出血部位接触时，敷料中的纤维蛋白原和凝血酶将相互作用形成纤维蛋白，促进血小板粘附，活化和聚集。聚集的活性血小板进一步释放促凝血分子(例如二磷酸腺苷、钙离子等)，允许凝血因子活化以增加凝血酶生成和纤维蛋白形成，以加速凝血、止血[22]。与各种天然敷料相比，这些可以促进纤维蛋白生成的敷料有更强的止血能力，同时纤维蛋白的生物降解和促进伤口愈合特性也是其重要特点。但是由于凝血酶、纤维蛋白原这些材料主要来自动物(牛、猪)或人，这类产品长期悬而未决的问题是免疫原性和病毒污染的风险[23]。近10年来，由于血液筛查、血清学检测以及病原体(细菌、病毒)还原灭活技术的出现和建立，包括纤维蛋白系统在内的血浆源产品风险逐渐降低。目前可以将冷冻干燥的纤维蛋白原和凝血酶组分溶于生理盐水中，这样纤维蛋白粘合剂可以在局部以液体形式使用[24]。美国陆军外科研究所(USAISR)领导的研究中，像干纤维蛋白密封剂敷料(DFSD)这样的产品已经成为重点，DFSD在战时可以作为创伤性出血止血治疗的重要手段，但由于纤维蛋白粘合剂在局部只能以液体形式使用，而溶于生理盐水的混合过程又很复杂且耗时，使其在战场中的广泛使用受到限制[25]。近年来，也有报道从鲑鱼中提取纤维蛋白原和凝血酶以及开发这种凝固蛋白的重组体。转基因方法也被用于开发其他哺乳动物乳中的纤维蛋白原等蛋白原，用于潜在的药物治疗。凝血酶和纤维蛋白原的重组版本和转基因版本正在临床前和临床评估中，并且可能潜在地解决与人或动物血浆资源产品相关的可用性和免疫原性问题[26]。纤维蛋白也被制成喷雾，用于临床止血使用。

3.2 多糖衍生物

除了基于纤维蛋白(纤维蛋白原、凝血酶)的材料和技术之外，还有一类在止血应用中突出的生物活性材料是天然或改性形式的天然多糖，包含海藻酸盐、壳聚糖及其衍生物、以及一些新型的天然多糖止血材料。

3.2.1 海藻酸盐 海藻酸盐是从褐藻衍生的线性多糖，海藻酸钠带负电荷的糖醛酸链可以在钙离子(Ca)存在下凝胶化，而这种螯合的Ca作为血小板活化的辅因子，可以活化血小板并促进凝血级联反应。在动物模型研究和临床研究中，以海藻酸盐为基础的敷料在低至中度出血情况下显示出优于传统纱布的止血性能[27]。海藻酸盐也被制成水凝胶敷料，适于保持伤口床的湿润以便愈合，并且在换药期间减少了粘连，从而很好地防止二次损伤。除了传统的水凝胶形式外，海藻酸盐材料也被加工制成微纳米颗粒以及微纳米纤维，并且这些新型海藻酸盐材料显示出更好的止血效果[28]。目前，大量基于海藻酸盐的伤口敷料被临床批准用于外科和止血应用，如Algosteril(Johnson, USA)和KALTOSTAT(Conva Tec, UK)。海藻酸盐材料还与其他止血材料(胶原蛋白、明胶、氧化纤维素、其他多糖等)相结合，用于开发止血能力更强的复合止血技术[29]。

3.2.2 壳聚糖 壳聚糖是几丁质脱乙酰基的初级衍生物，其在止血敷料和技术领域中的地位也日益突出。甲壳素是由N-乙酰氨基葡萄糖组成的硬氮多糖，是地球上仅次于纤维素的第2种最普遍的天然多糖，通常存在于外骨骼的结构中，如昆虫的甲壳、贝类的贝壳[30]。壳聚糖的止血机制主要是其表面的正电荷与红细胞的负电荷细胞膜静电相互作用，导致红细胞凝集从而促进凝血。据报道壳聚糖还能活化钙离子以增强血小板的粘附、活化和聚集，并能够从血浆中吸附纤维蛋白原以及激活补体[31]。目前，壳聚糖可以制成膜、纤维、水凝胶、冻干颗粒和溶液，所有这些形式在各种研究中都显示出止血能力[32]。目前颗粒或粉末形式的壳聚糖已经被成功用于临床，如Celox (Med.Ltd)，该技术利用壳聚糖颗粒提供与血液相互作用的高接触表面积，在伤口部位直接给药，可与血液相互作用导致颗粒膨胀，从而促进止血。这种材料已被广泛地用于大出血伤口(肝钝性创伤、动脉穿刺出血、腹股沟撕裂等)的止血处理，显示出高效的止血效果，并可减少再出血的发生。壳聚糖还可通过巯基改性壳聚糖与马来酰亚胺改性聚赖氨酸反应来原位制备水凝胶体系，这些材料显示出良好的止血性能和一定的组织粘附性能。壳聚糖及其衍生物由于其快速止血性能及良好的生物兼容性，已经被纳入美国军队的止血策略中[33]。

3.2.3 新型的天然多糖止血材料 由加工糊精开发的多孔多糖微粒也已用于临床止血，特别是TraumaDEX(Medafor Inc.，美国)技术，可以直接应用于出血伤口。在出血模型中评估时，这种材料和技术已经显示出与标准纱布敷料相当的止血效果。在类似的研究中还发现TraumaDEX的止血效力与Celox相比差异无统计学意义。其止血原理同其他多糖相似，拥有高表面积，允许与血小板和凝血因子的强烈相互作用，增加所得凝块的速度和强度；同时可以动员钙离子，增加血小板活化和凝血因子活化，以形成凝块[34]。

总之，生物衍生的多糖，如海藻酸盐、壳聚糖和糊精，构成了止血应用的重要材料类别，并且其中许多种已经被批准纳入美国军队的止血策略，用于战时院前出血管理。未来研究生物衍生多糖同其他类型的止血材料结合而形成的复合止血材料仍是研究热点。

3.3 矿物质和沸石

如前所述，明矾是通过增加血管收缩而止血，这实质上是通过机械作用增强止血。某些微孔硅铝酸盐矿物(也称为沸石)也具有类似的作用，同时也具备一定的生物活性。这一类止血材料中最著名是Quikclot(Z-Medica Inc.，美国)，一种颗粒状沸石止血技术，在多种动物模型中被证实在动脉严重出血、肝损伤和腹股沟损伤时可以有效地止血。这种材料的高止血效果也在临床研究中也得到证实，已在美国军队中广泛使用，通常用于战时严重出血的伤员。其特点是止血快、使用简便，在各种恶劣环境下都方便使用。其主要止血机制是通过从血液中去除水并浓缩凝血因子、激活血小板和凝血因子来促进快速止血[35]。然而，这种沸石材料与血液(含水介质)的相互作用实质上是放热的，导致局部温度突然升高，可能导致一定的组织损伤。因此，一些研究正致力于调节这些沸石矿物的组成和结构，以保持其止血性能同时减少放热副作用[36]。近年来，Quikclot与美国军用标准纱布和海绵基体相结合，产生了一种被称为Quikclot战斗纱布(QCG)或Quikclot高级凝固海绵的技术，被认为能减少矿物质由于共吸附而产生的放热副作用。这种新的矿物质浸渍敷料显示出与矿物质本身类似的止血效果，是目前美军战术止血策略的重要组成部分[37]。我军自主研发的速效止血粉是由中国人民解放军军事医学科学院自主创新研制的新一代紧急外伤止血产品，也是一种类似的颗粒状沸石止血技术。速效止血粉的特点是直接作用伤口时能选择性地吸收血液中的水分子，而不吸收血液中其他成分，导致血小板和血凝因子的浓缩，从而达到快速止血。另一种矿物技术是WoundStat(InvestaCalsInc.，美国)，该技术使用蒙脱石矿物和高吸水性聚合物，在局部治疗动脉出血中显示出高效的止血作用，并且作为野战止血剂在美国军队中得到了广泛的应用[38]。然而对该材料的进一步安全性研究揭示其存在某些全身性不良反应，包括血管内皮损伤、跨壁损伤、全身血栓形成和栓塞风险，这是由于伤口和血管中残留有微量的WoundStat导致的。因此，军方不再使用这种材料，而是用前面提到的QCG技术来进行代替[39]。

4 合成止血材料

除了对用于止血的天然衍生材料进行了大量研究，目前我国也开发并评估了少量用于止血的人工衍生系统，特别是某些聚合物和多肽，如氰基丙烯酸酯。这类聚合物通过与组织的极性相互作用而具有优良的组织粘合性能，并于1990年被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于皮肤封闭。自此这类组织密封剂已被广泛用于外科伤口闭合和止血应用。氰基丙烯酸酯并不具有经典意义上的固有止血特性，而是通过物理密封、机械屏障使得伤口闭合而止血，因此其使用还应与止血带相结合以控制出血性损伤。但由于其使用复杂和使用环境要求高而限制了其在战场上的使用[40]。此外，近年来以贻贝为灵感的仿生材料设计方法已发展出一些有趣的新型组织粘合剂合成聚合物(如柠檬酸基、儿茶酚基和超支化聚氨基酯基)，这些聚合物已被验证可以开发成为一种新型合成止血材料。这种合成肽材料便于同组织粘附，但目前仍不清楚其在凝血级联反应中是否存在任何额外的生化作用[41]。总之，各种合成高分子生物材料由于在刺激促凝血机制的同时可以降低免疫原性风险，已成为止血材料的研究热点，但是由于其临床应用较少，且使用复杂，还无法在战场上广泛应用。

5 加压绷带技术

在受伤部位施加压力的同时应用绷带和敷料来吸收出血，将这两种机制整合就产生一种新的止血技术，即加压绷带技术。这种技术的最简单的应用就是在出血伤口上放置棉纱布垫并用手按压。但由于受伤严重程度和有效止血所需的外部手动压力的变化，这种程序是不可靠的。在美国陆军野战绷带中，其设计是棉布包含在纱布层中，并且这种绷带上系有绑带以帮助紧固和收紧压力[42]。最初的军用紧急野外绷带，是由以色列军人本·巴尔·纳坦设计和开发的，这种绷带将无菌非粘附性吸收垫材料缝到弹性绷带上，绷带配备有压力棒，通过压力棒可以插入止血敷料并在出血部位绷紧，以施加止血带状压迫。不同于直接将纱布或纱布包裹的棉垫放在出血性损伤上的方法，这种技术下绷带材料的取出既麻烦又危险，因此并没有得到推广[43]。另一种经过军事测试的压缩绷带是CinchTight绷带系统，该系统有多种尺寸可供选择，依靠缝在无菌非粘性吸收垫上，并配有金属钩的长弹性包裹，并可以通过操纵弹性包裹物以缠绕并收紧以在伤口部位上施加压缩力。压缩绷带混合物中另一项相对较新的技术是用非粘附性无菌吸收垫，通过长的自粘性聚乙烯条带层围绕各种组织器官进行柔性包裹，同时条带的透明度允许直接观察敷料覆盖的伤口部位，确保减少出血[44]。上述所有设计的主要目的均为提供压缩加无菌覆盖伤口的组合，可以在一定程度上减少出血，这在战时可以降低继续出血和感染的风险，从而降低死亡率，有利于患者后续送到野战医院进行相关的处理。

6 讨论及展望

由于战场环境瞬息万变，战时引起的创伤常常为复合损伤，需要迅速止血并封闭伤口，这就需要通过模仿止血的自然机制，研究更为先进有效的止血材料和技术来达到增强止血效果的目的。本文综述了目前批准的各种材料和技术，从最简单有效的止血带技术，到各种敷料技术，再到各种生物活性止血材料、合成止血材料及加压绷带技术，各种复合的新型止血材料均得到很大的进步和发展。和平和发展仍是当今世界的主题，但是和平崛起的道路并不是一帆风顺，仍有局部冲突及潜在的战争威胁，需要提高警惕，因此战场上的快速止血，改善军事生存已变得至关重要。笔者认为，军事背景下的止血材料和技术的最理想的要求是：(1)适用于各种活动性出血伤口；(2)使用快速，以减少失血并在需要时能长时间维持这种止血状态；(3)容易制造，方便消毒和携带；(4)在各种环境条件下稳定；(5)使用方便快捷，即使非专业人员也易于使用；(6)具有良好的生物相容性，无短期或长期的不良影响。 通过材料学家、分子生物学家、紧急医疗人员、临床外科人员以及军事专家之间的强有力的跨学科合作研究，以促进未来的止血材料和技术的进步，并开发更为有效、安全、高效的战时止血新技术和新材料。