王涵，許建霞，楊柳，何牧野，孫聰慧, ，趙紀蘭，王春仁

1 中國食品藥品檢定研究院，北京市，102629

2 煙臺大學，煙臺市，264005

0 引言

全身毒性是醫(yī)療器械使用中的一種潛在的不良作用，可由材料或可瀝濾物的吸收、分布和代謝到達不與之直接接觸的人體部位而產(chǎn)生一般毒性作用以及器官及多器官系統(tǒng)效應。醫(yī)療器械產(chǎn)品的全身毒性試驗在生物相容性評價中具有重要地位，常用的全身毒性試驗主要包括急性、亞急性、亞慢性及慢性毒性試驗。

肺是人體的呼吸器官，是機體進行氣體交換的場所；肺具有分泌功能，參與肺表面活性物質(zhì)、前列腺素、緩激肽等許多生物活性物質(zhì)的合成、激活、釋放、分解和轉(zhuǎn)化；肺還可參與對外來物質(zhì)的防御，肺內(nèi)存在的豐富的酶系對外來化學物的生物轉(zhuǎn)化（包括增毒和解毒作用）具有重要地位。在醫(yī)療器械全身毒性試驗，尤其是重復接觸全身毒性試驗（亞急性、亞慢性及慢性全身毒性試驗）中，肺是非常重要的檢查器官[1-3]。

1 需考慮肺毒性的醫(yī)療器械產(chǎn)品

某些醫(yī)療器械產(chǎn)品由于其組成、性質(zhì)及使用方式[4]而具有潛在的肺毒性的風險。而器械使用過程中與介質(zhì)（如藥物、血液等）相互作用時，從醫(yī)療器械中釋放的可瀝濾物[5-6]，包括滅菌殘留劑、加工工藝殘留、降解產(chǎn)物、溶劑、材料中的單體及添加劑等，也可能引起肺的損傷。因此對醫(yī)療器械性質(zhì)及其可瀝濾物的分析是判斷其是否有肺毒性潛在風險的前提也是關鍵點。本部分列舉兩類可能需關注肺毒性的醫(yī)療器械產(chǎn)品以供參考，實際還要根據(jù)具體的醫(yī)療器械產(chǎn)品做具體分析。

1.1 帶涂層醫(yī)療器械

為了便于操作、增強抗菌性能和減少凝血等并發(fā)癥，親水聚合物涂層被用于醫(yī)療器械產(chǎn)品，如血管內(nèi)植入器械中。某些情況下，體內(nèi)器械中的聚合物涂層會發(fā)生部分溶解及碎裂現(xiàn)象，產(chǎn)生涂層碎片或顆粒，它們會阻塞小血管、引起栓塞，并誘導組織細胞浸潤和異物反應。這些碎片或顆?？赡芡ㄟ^靜脈系統(tǒng)到達心臟和肺動脈，并在肺小動脈或毛細血管中沉積，之前的研究結果也顯示肺是其優(yōu)先累積的器官。顯微鏡下的聚合物栓子存在于血管內(nèi)，由嗜堿性、層狀和非折射元素組成，是不極化的。剝落的涂層聚合物也是一個在遷移的栓塞源，隨著聚合物逐漸溶解，導致不穩(wěn)定的缺血區(qū)或梗死區(qū)，可阻塞腦、肺、下肢的血管。栓塞可導致組織損傷、缺血和梗死，甚至與急性肺損傷、微血栓形成和肺梗死有關，在極少數(shù)情況下可導致患者死亡。因此，在臨床前安全性評價中，對帶涂層醫(yī)療器械的肺毒性應予以關注[7-11]。

1.2 含顆粒醫(yī)療器械

鑒于長期以來對進入體腔的微粒的系統(tǒng)性影響的認識，應該清楚的是，進入體內(nèi)或體腔的任何固體、難溶或不溶顆粒都有引起體內(nèi)異物反應的可能。以納米材料為例，納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100 nm）或由它們作為基本單元構成的材料。醫(yī)療器械產(chǎn)品表面產(chǎn)生的形態(tài)學結構可以在納米尺度內(nèi)[12]，而醫(yī)療器械在使用過程中的磨損（例如骨植入物和牙科材料磨損）或降解也會導致納米顆粒的產(chǎn)生。如碳納米管因具有較好的柔韌性和拉伸強度而在很多需要高強度的醫(yī)療器械中應用，包括用于骨科或牙科植入的復合材料。通過氣管內(nèi)滴注方式研究碳納米管肺毒性發(fā)現(xiàn)，碳納米管在肺部沉積后可造成肺部的炎癥、纖維化或肉芽腫。碳納米管進入肺臟后會被巨噬細胞吞噬，吞噬后更多地沉積在肺泡間隔和肺泡腔內(nèi)，引發(fā)肉芽腫反應。其損害機制可能與碳納米管的物理化學性質(zhì)有關，碳納米管尺寸越小，巨噬細胞越難以將其快速清除[13]。納米材料在體內(nèi)的蓄積量大于清除量，則容易產(chǎn)生肺毒性。經(jīng)呼吸道進入體內(nèi)的納米銀、納米羥基磷灰石等納米材料均有肺毒性的相關報道。但納米材料引起肺毒性的風險不是絕對的，需綜合分析后下結論。其它含顆粒醫(yī)療，如有粉醫(yī)用手套中的玉米淀粉潤滑劑的吸入會增加接觸者肺中噬酸性粒細胞，并伴隨氣道的炎癥[14]。

2 影響肺組織病理學檢查結果的非受試物因素

醫(yī)療器械產(chǎn)品的全身毒性試驗，尤其是重復接觸全身毒性試驗中需進行肺的組織病理學檢查。鑒于肺臟獨特的解剖結構和復雜的細胞組成，非受試物因素也可能影響肺的組織病理學檢查結果。對這些因素的理解與把握才能保證對受試物的科學判斷。

2.1 樣品浸提液制備方式

醫(yī)療器械產(chǎn)品全身毒性研究中常制備浸提液進行試驗。筆者在實際工作中曾遇到過某聚烯烴材料在高溫、高壓浸提條件下制備浸提液后，連續(xù)尾靜脈注射后樣品組大鼠肺組織出現(xiàn)不同程度的異物炎性變性及肉芽腫形成的現(xiàn)象。經(jīng)分析認為是與高溫浸提導致受試物溶出的微小顆粒引起肺毛細血管栓塞有關。因此在進行樣品浸提液制備時需考慮受試醫(yī)療器械的理化特性，了解樣品耐高溫、吸水、粉碎性、溶解性、溶出性等特性。浸提液通常不應該采用過濾、離心或其他方法來去除懸浮的粒子[15]，但某些情況下，卻需論證后進行一些浸提液的后處理或選擇更合理的浸提液制備方式。

2.2 麻醉及安樂死方式對肺的影響

某些動物麻醉及安樂死方法會產(chǎn)生特定的肺組織病理學變化，不應與受試物相關的組織病理學改變相混淆。舉例來說，二氧化碳麻醉可能會在肺部產(chǎn)生局灶性、急性肺泡出血，且吸入二氧化碳引起的肺泡內(nèi)出血的嚴重程度與肺腔內(nèi)的濃度大致成正比。使用70%二氧化碳麻醉，雖然偶爾會在肺泡內(nèi)引起小范圍出血，但并不影響光顯微鏡下對大鼠肺形態(tài)的常規(guī)評估；100%的二氧化碳會引起大鼠胸膜下出血[16]。繼發(fā)于巴比妥鹽麻醉引起的喉和氣管麻痹、過度流涎、喉麻痹也可引起肺的損傷。烏拉坦本身是一種多靶點致癌物，能引起肺部腫瘤，不宜作為術后（如應用植入途徑進行醫(yī)療器械毒性試驗研究時）需長期飼養(yǎng)的動物的手術麻醉用藥[17-18]。

2.3 肺的固定方法

系統(tǒng)的取樣和灌注對鑒別肺部組織病理學改變非常必要。不規(guī)范的灌注可能會導致肺泡塌陷、變形、肺泡結構破壞，甚至出現(xiàn)肺間隔增厚、細胞數(shù)目增多、出血、肺泡體積增大等現(xiàn)象。未灌注肺間質(zhì)塌陷，這種情況下的肺泡組織和肺看起來與肺炎相似，在動物病理學方面經(jīng)驗不足或不夠資深的病理學檢測人員可能發(fā)生對未灌注肺的判斷錯誤。目前常用的肺臟固定常見方法主要有直接浸泡固定、氣管內(nèi)固定、肺循環(huán)固定、氣管肺循環(huán)聯(lián)合固定等[19-20]。用固定劑（常用10%福爾馬林）[21]對肺進行充盈固定是一種公認的可改善肺組織結構觀察的技術，氣管灌注固定也是較常用的肺灌注方法。大鼠氣管灌注固定劑可選擇從胸腔內(nèi)摘出肺或在原位進行灌注操作。有時，僅對一個肺葉進行充盈固定，多用針頭和注射器輕輕從氣管向肺內(nèi)灌注固定液，待肺葉慢慢膨脹后扎進氣管投入固定液中。也不建議肺的過度灌注，以免造成與肺水腫相似的血管周擴張[22]。

2.4 樣品給予方式對肺組織病理學影響

醫(yī)療器械全身毒性試驗中某些樣品給予方式，尤其是尾靜脈注射及灌胃，可能會對肺的組織病理學觀察產(chǎn)生影響。通過尾靜脈途徑給予樣品或其浸提液時，皮膚角蛋白和毛發(fā)片段被帶入血液循環(huán)，沉積在肺部可導致由多核細胞和其他炎癥細胞組成的肉芽腫性反應，這些異物栓子并不能隨結束給予樣品馬上消失，再規(guī)范的操作也不能完全避免[23]。而多次且連續(xù)的灌胃操作，會使動物產(chǎn)生應激反應，有時會因動物的不配合或者實驗人員的失誤造成灌胃的液體由氣管進入肺。隨嗆入次數(shù)的增多及時間的延長，會出現(xiàn)與灌胃相關的一些肺的損傷，組織病理學檢查常見肺泡出血，肺泡腔及肺泡壁內(nèi)有巨噬細胞，此外尚見多量中性粒細胞；當大量液體經(jīng)氣管誤入肺時還會引起動物肺出血水腫、窒息死亡。灌胃引起的肺損傷與給予的受試物無關，無規(guī)律可循，但規(guī)范的灌胃操作可避免人為操作造成的誤差[24-25]。

2.5 肺標本常見組織病理學背景病變

背景病變是一種在可接受參考范圍內(nèi)的一系列個體差異[26-27]。對背景病變的了解有助于研究者更好地對受試物的潛在風險做出合理判斷。全身毒性試驗中，大鼠肺常見的背景病變舉例：①大鼠肺動脈礦化，病變部位包括動脈內(nèi)膜下或管壁肌層內(nèi)局灶或多灶性礦化；②大鼠肺內(nèi)骨化生灶，這些小病灶通常由類骨質(zhì)或骨組成，可顯示早期礦化或鈣化；③大鼠肺中偶見胸膜附帶物，由延伸的胸膜組成，常含有諸如淋巴細胞等單核細胞；④大鼠肺泡內(nèi)噬酸性晶體蓄積伴炎癥細胞浸潤；⑤大鼠肺巨噬細胞局灶性蓄積，在肺部組織隨機分散[28]。

3 總結

肺是吸入有毒物質(zhì)侵入人體的重要門戶；應用于人體的材料中的可能引起肺損傷的物質(zhì)也可隨血液循環(huán)進入肺；有些醫(yī)療器械因其特殊的使用目的也會引起肺的損傷。肺是醫(yī)療器械全身毒性試驗中重要的器官，在安全性評價中具有重要的意義。但必須注意的是，臨床前在動物試驗所得的結果未必能準確反映臨床的真實情況。全身毒性試驗雖然已經(jīng)是醫(yī)療器械生物學評價中綜合評價指標較多的試驗項目，但還是不可忽略其局限性：不同物種、同物種不同種屬或個體之間對于某一受試物的毒性反應可能存在差異；醫(yī)療器械產(chǎn)品的全身毒性試驗采用較少動物且采用較高的給樣量，設計的樣品劑量組別較少，但受試物在動物體內(nèi)可能呈非線性動力學代謝過程；全身毒性試驗選用動物均為實驗室繁育成年動物，無特殊要求下均選擇健康動物。這樣的試驗結果難以預測一些在人體中發(fā)生率較低的毒性反應或僅在特異人群（如患某種疾病個體、對特殊物質(zhì)敏感性極高的個體、兒童、老年人等）中出現(xiàn)的特異質(zhì)反應；目前醫(yī)療器械產(chǎn)品全身毒性試驗設計時一般沒有恢復期的指標檢測，對可能發(fā)生的遲發(fā)性毒性反應可能不能發(fā)現(xiàn)。

對醫(yī)療器械的生物學評價，也應該將重點從如何執(zhí)行生物學實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^現(xiàn)有信息分析的方法來確定是否需要進行生物學實驗，產(chǎn)品原材料的選擇、材料的組成、加工過程中引入的所有成分，使用過程中可產(chǎn)生的可瀝濾物都需要做好分析，結合文獻評審、生物學評價、臨床應用和接觸評定獲得的風險評估才是有價值的風險評估。