引用本文： 羅越魁, 郭鵬鳴, 李斌, 宋鐵牛, 余立新, 張建華, 王成, 蔣鵬. 鎳鈦合金支架聯合自體心包重建長段氣管的動物實驗. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(11): 1419-1422. doi: 10.7507/1002-1892.20150304 復制
氣管的良性或惡性腫瘤、氣管創傷、氣管及周圍組織炎癥、氣管的醫源性損傷等均可引起氣管損傷，甚至大段缺損。關于氣管修復的研究始于19世紀末，直至20世紀上半葉氣管修復僅局限于短段切除、斷端吻合。隨著技術的發展，氣管可切除范圍已擴大到約成人氣管長度的1/2（6 cm）或兒童氣管長度的1/3[1]，但當氣管切除過長時則需行氣管重建術。
目前，氣管重建研究仍處于初始階段，僅有動物實驗和少量臨床報道，在手術成功率、并發癥發生率及術后生存曲線方面差異較大。氣管重建方法主要有5種[2-5]，包括同種異體氣管重建、自體組織氣管重建、組織工程氣管重建、無活力組織氣管移植及人工氣管移植重建。其中，人工氣管能很好地克服免疫排斥反應、供體來源等問題，同時具有取材容易、提供氣管骨性支撐等特征，成為氣管重建研究的熱點[6]。常用的人工氣管材料包括硅樹脂支架、生物可吸收支架、金屬支架等，其中鎳鈦合金支架具有理化性質穩定、良好的組織相容性、自膨性好、可長期存留體內不必取出等特性[7-8]，成為氣管重建的常用材料。有研究報道心包膜組織中存在大量分裂活躍細胞，在心臟自我修復過程中起重要作用[9]；心包聯合支架修復氣管雖有成功的臨床個案報道[10]，但對該術式的術后并發癥及療效等方面缺乏系統性研究。因此本研究采用自體心包聯合鎳鈦合金支架重建豬長段氣管，擬對手術流程、術后并發癥及療效進行初步系統性研究，為該術式在臨床廣泛應用奠定實驗基礎。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要材料
健康巴馬香豬12 只，雌雄不限，體質量18～ 25 kg，由濟南市金豐實驗動物有限公司提供。鎳鈦合金支架（有孔型；常州置業醫療研究所），管腔內徑16 mm，長度60 mm，合金金屬絲直徑0.5 mm。
1.2 實驗方法
實驗動物采用全麻后氣管插管，呼吸機輔助呼吸，仰臥位固定于手術臺上，術中靜脈滴注頭孢呋噻鈉（5 mg/kg）。取頸前正中切口，半劈開胸骨，暴露氣管全長，游離中段長約8 cm氣管，注意保護食管溝槽中的喉返神經。切除中段長約6 cm氣管，立即將另一無菌氣管插管插入氣管近端，連接呼吸機輔助呼吸，濕紗布覆蓋頸部切口。沿豬左側鎖骨中線與第5肋間交點內側3 cm沿肋間隙斜行切口進入胸腔，剪取心尖周圍心包約8 cm×6 cm面積，去除心包補片表面脂肪，并將剩余心包全部切除，防止心包疝形成[11]，放置胸腔閉式引流管，逐層關胸。心包漿膜面360°包裹鎳鈦合金支架，兩端均超過支架約5 mm，用3-0絲線將心包間斷縫合固定于支架上，修剪人工氣管。吻合口3-0可吸收縫線間斷縫合，先縫合遠心端，再縫合近心端至約剩1/3周徑時退出近心端的氣管導管，連接經喉氣管導管，維持機械通氣，完成吻合。逐層縫合頸部切口。拔除胸部胸腔閉式引流管，敷料包扎2個切口。麻醉清醒、自主呼吸恢復后拔除氣管插管。術后連續7 d肌肉注射頭孢呋噻鈉[3 mg/（kg·d）]預防感染。
1.3 檢測指標
術后每個月行氣管鏡檢查，了解人工氣管管腔情況，計算吻合口狹窄（狹窄面積≥30%）發生比及管腔中段瘢痕增生發生比，測量新生上皮長度；于術后2、5個月鉗取少量新生上皮行病理檢查，取正常氣管上皮作為對照。觀察術后實驗動物生存及并發癥（感染、出血、吻合口瘺、吻合口狹窄、管腔瘢痕增生等）發生情況；若有實驗動物自然死亡，立即尸解明確死因，同時測量新生上皮長度，并行病理學檢查。
2 結果
2.1 實驗動物生存及并發癥情況
術后2 d和19 d分別因出血和感染死亡1只動物；術后8、10周各有1只，11、12周各有2只，14周有1只動物死于管腔中段增生、痰栓堵塞；至術后42周有3只實驗動物存活，但有嚴重呼吸困難癥狀（氣促、喘息，聽診可聞及雙向喘鳴）。
2.2 氣管鏡及病程檢查
術后1個月起人工氣管吻合口可見新生上皮生長，第2、5個月病理檢查顯示為假復層纖毛柱狀上皮（圖 1），術后1、2、3、4、5個月新生上皮平均爬行長度分別為1、3、5、7、10 mm。術后1、2、3、4、5個月氣管鏡檢查吻合口狹窄發生率分別為0（0/10）、0（0/9）、0（0/4）、33.3%（1/3）、33.3%（1/3），管腔中段瘢痕增生發生率分別為20%（2/10）、66.7%（6/9）、75.0%（3/4）、66.7%（2/3）、100%（3/3）。術后7個月，氣管鏡檢查發現人工氣管中段的瘢痕較前有生長停滯、軟化和縮小趨勢，呼吸道癥狀稍有緩解。
圖1
吻合口新生氣管上皮病理檢查（HE×400） ? 術后2個月 ? 術后5個月 ? 正常氣管上皮 ? ?2.3 尸檢及病理檢查
除早期死亡的2只動物外，所有死亡動物尸檢均可見人工氣管中段增生明顯，嚴重者可達管壁內徑的4/5；病理檢查顯示吻合口含有新生假復層纖毛柱狀上皮，管腔中段增生隆起為壞死組織和纖維組織（圖 2）；術后2個月左右鎳鈦合金支架緊密嵌入心包組織；吻合口均未見嚴重狹窄。
3 討論
現階段各種氣管重建方法均存在一些缺陷：① 同種異體移植供體來源少、保存困難、血運重建困難，以及存在免疫排斥反應。② 自體組織氣管重建材料包括食管、肋軟骨、胸筋膜、小腸、表皮等，但均無法恢復氣管骨性結構；自體組織有限，僅能用于修復較小氣管缺損；且不可避免地損害正常身體機能、甚至損害重要器官。③ 組織工程氣管重建尚未取得可靠療效，暫處于研究的初始階段。④ 無活力組織包括尸體組織、凍干組織等，因瘢痕組織吻合、血供恢復困難等原因，這方面的研究已終止[12-17]。人工氣管以其獨特優勢得到了長足發展，近年來以合金支架提供骨性支架、聯合自身組織重建長段氣管的研究取得了一定成果，如肺組織瓣、頸前皮膚、腸管等，臨床也有此類方法的個案報道[18-19]。但該類方法多會損害身體機能，甚至會損害肺臟、腸道等重要器官，且有手術復雜、手術風險高、術后恢復慢等缺陷。本研究采用自體心包聯合鎳鈦合金支架重建氣管，較同類方法最大優勢在于避免了重要功能臟器的損傷，同時具有創傷小、手術簡單、取材方便等優勢。
本研究所有實驗動物吻合口愈合良好，中長期存活動物人工氣管吻合口表面有氣管特征性的假復層纖毛柱狀上皮再生，提示人工氣管易與氣管組織愈合并使人工氣管管腔內面氣管上皮再生。1個月左右氣管鏡下人工氣管表面可見新生黏膜，2個月時病理檢查顯示為氣管特征性的假復層纖毛柱狀上皮，3個月新生黏膜可生長至5 mm左右，5個月可生長至10 mm，與既往研究結論相符[20]。人工氣管管腔中段瘢痕增生明顯，符合既往研究結論[21-22]，嚴重者可達管壁內徑的4/5，2個月發生率可達66.7%，5個月達100%。瘢痕增生易繼發痰栓堵塞，術后2～4個月增生達高峰，引起實驗動物呼吸困難甚至死亡，是本研究實驗動物的主要死因；但瘢痕增生可能有一定限度，7個月后氣管鏡下可見瘢痕有生長停滯、軟化和縮小的趨勢。
有研究表明帶孔支架會刺激氣管黏膜，導致肉芽組織增生和纖維化，易引起氣管狹窄[23]。劉兆玉等[24]研究表明，氣管支架有無覆膜在留置短時間內對進食、呼吸狀況及痰液排除無明顯影響；氣管支架留置后，覆膜段氣管內膜組織增生水平小于未覆膜段，覆膜段的黏膜增殖細胞陽性表達小于未覆膜段。本研究中管腔內增生率高、增生程度嚴重是否與帶孔支架相關；換用覆膜支架能否明顯降低炎性增生、是否會減緩新生上皮的生長速度；半覆膜支架是否同時具備兩者優勢等問題值得進一步探討。
本研究采用鎳鈦合金支架聯合自體心包重建豬長段氣管，實驗動物術后可較長時間存活，氣管上皮成功再生，并發癥以易處理的管腔中段增生為主，且具有取材方便、手術簡單等優點，是一種較可靠的氣管重建方法。但新生氣管上皮的功能學研究、新生氣管上皮能否完全覆蓋人工氣管、管腔中段瘢痕增生形成的病理生理學機制研究以及如何預防和減輕瘢痕增生等問題，是進一步研究重點。
氣管的良性或惡性腫瘤、氣管創傷、氣管及周圍組織炎癥、氣管的醫源性損傷等均可引起氣管損傷，甚至大段缺損。關于氣管修復的研究始于19世紀末，直至20世紀上半葉氣管修復僅局限于短段切除、斷端吻合。隨著技術的發展，氣管可切除范圍已擴大到約成人氣管長度的1/2（6 cm）或兒童氣管長度的1/3[1]，但當氣管切除過長時則需行氣管重建術。
目前，氣管重建研究仍處于初始階段，僅有動物實驗和少量臨床報道，在手術成功率、并發癥發生率及術后生存曲線方面差異較大。氣管重建方法主要有5種[2-5]，包括同種異體氣管重建、自體組織氣管重建、組織工程氣管重建、無活力組織氣管移植及人工氣管移植重建。其中，人工氣管能很好地克服免疫排斥反應、供體來源等問題，同時具有取材容易、提供氣管骨性支撐等特征，成為氣管重建研究的熱點[6]。常用的人工氣管材料包括硅樹脂支架、生物可吸收支架、金屬支架等，其中鎳鈦合金支架具有理化性質穩定、良好的組織相容性、自膨性好、可長期存留體內不必取出等特性[7-8]，成為氣管重建的常用材料。有研究報道心包膜組織中存在大量分裂活躍細胞，在心臟自我修復過程中起重要作用[9]；心包聯合支架修復氣管雖有成功的臨床個案報道[10]，但對該術式的術后并發癥及療效等方面缺乏系統性研究。因此本研究采用自體心包聯合鎳鈦合金支架重建豬長段氣管，擬對手術流程、術后并發癥及療效進行初步系統性研究，為該術式在臨床廣泛應用奠定實驗基礎。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要材料
健康巴馬香豬12 只，雌雄不限，體質量18～ 25 kg，由濟南市金豐實驗動物有限公司提供。鎳鈦合金支架（有孔型；常州置業醫療研究所），管腔內徑16 mm，長度60 mm，合金金屬絲直徑0.5 mm。
1.2 實驗方法
實驗動物采用全麻后氣管插管，呼吸機輔助呼吸，仰臥位固定于手術臺上，術中靜脈滴注頭孢呋噻鈉（5 mg/kg）。取頸前正中切口，半劈開胸骨，暴露氣管全長，游離中段長約8 cm氣管，注意保護食管溝槽中的喉返神經。切除中段長約6 cm氣管，立即將另一無菌氣管插管插入氣管近端，連接呼吸機輔助呼吸，濕紗布覆蓋頸部切口。沿豬左側鎖骨中線與第5肋間交點內側3 cm沿肋間隙斜行切口進入胸腔，剪取心尖周圍心包約8 cm×6 cm面積，去除心包補片表面脂肪，并將剩余心包全部切除，防止心包疝形成[11]，放置胸腔閉式引流管，逐層關胸。心包漿膜面360°包裹鎳鈦合金支架，兩端均超過支架約5 mm，用3-0絲線將心包間斷縫合固定于支架上，修剪人工氣管。吻合口3-0可吸收縫線間斷縫合，先縫合遠心端，再縫合近心端至約剩1/3周徑時退出近心端的氣管導管，連接經喉氣管導管，維持機械通氣，完成吻合。逐層縫合頸部切口。拔除胸部胸腔閉式引流管，敷料包扎2個切口。麻醉清醒、自主呼吸恢復后拔除氣管插管。術后連續7 d肌肉注射頭孢呋噻鈉[3 mg/（kg·d）]預防感染。
1.3 檢測指標
術后每個月行氣管鏡檢查，了解人工氣管管腔情況，計算吻合口狹窄（狹窄面積≥30%）發生比及管腔中段瘢痕增生發生比，測量新生上皮長度；于術后2、5個月鉗取少量新生上皮行病理檢查，取正常氣管上皮作為對照。觀察術后實驗動物生存及并發癥（感染、出血、吻合口瘺、吻合口狹窄、管腔瘢痕增生等）發生情況；若有實驗動物自然死亡，立即尸解明確死因，同時測量新生上皮長度，并行病理學檢查。
2 結果
2.1 實驗動物生存及并發癥情況
術后2 d和19 d分別因出血和感染死亡1只動物；術后8、10周各有1只，11、12周各有2只，14周有1只動物死于管腔中段增生、痰栓堵塞；至術后42周有3只實驗動物存活，但有嚴重呼吸困難癥狀（氣促、喘息，聽診可聞及雙向喘鳴）。
2.2 氣管鏡及病程檢查
術后1個月起人工氣管吻合口可見新生上皮生長，第2、5個月病理檢查顯示為假復層纖毛柱狀上皮（圖 1），術后1、2、3、4、5個月新生上皮平均爬行長度分別為1、3、5、7、10 mm。術后1、2、3、4、5個月氣管鏡檢查吻合口狹窄發生率分別為0（0/10）、0（0/9）、0（0/4）、33.3%（1/3）、33.3%（1/3），管腔中段瘢痕增生發生率分別為20%（2/10）、66.7%（6/9）、75.0%（3/4）、66.7%（2/3）、100%（3/3）。術后7個月，氣管鏡檢查發現人工氣管中段的瘢痕較前有生長停滯、軟化和縮小趨勢，呼吸道癥狀稍有緩解。
圖1
吻合口新生氣管上皮病理檢查（HE×400） ? 術后2個月 ? 術后5個月 ? 正常氣管上皮 ? ?2.3 尸檢及病理檢查
除早期死亡的2只動物外，所有死亡動物尸檢均可見人工氣管中段增生明顯，嚴重者可達管壁內徑的4/5；病理檢查顯示吻合口含有新生假復層纖毛柱狀上皮，管腔中段增生隆起為壞死組織和纖維組織（圖 2）；術后2個月左右鎳鈦合金支架緊密嵌入心包組織；吻合口均未見嚴重狹窄。
3 討論
現階段各種氣管重建方法均存在一些缺陷：① 同種異體移植供體來源少、保存困難、血運重建困難，以及存在免疫排斥反應。② 自體組織氣管重建材料包括食管、肋軟骨、胸筋膜、小腸、表皮等，但均無法恢復氣管骨性結構；自體組織有限，僅能用于修復較小氣管缺損；且不可避免地損害正常身體機能、甚至損害重要器官。③ 組織工程氣管重建尚未取得可靠療效，暫處于研究的初始階段。④ 無活力組織包括尸體組織、凍干組織等，因瘢痕組織吻合、血供恢復困難等原因，這方面的研究已終止[12-17]。人工氣管以其獨特優勢得到了長足發展，近年來以合金支架提供骨性支架、聯合自身組織重建長段氣管的研究取得了一定成果，如肺組織瓣、頸前皮膚、腸管等，臨床也有此類方法的個案報道[18-19]。但該類方法多會損害身體機能，甚至會損害肺臟、腸道等重要器官，且有手術復雜、手術風險高、術后恢復慢等缺陷。本研究采用自體心包聯合鎳鈦合金支架重建氣管，較同類方法最大優勢在于避免了重要功能臟器的損傷，同時具有創傷小、手術簡單、取材方便等優勢。
本研究所有實驗動物吻合口愈合良好，中長期存活動物人工氣管吻合口表面有氣管特征性的假復層纖毛柱狀上皮再生，提示人工氣管易與氣管組織愈合并使人工氣管管腔內面氣管上皮再生。1個月左右氣管鏡下人工氣管表面可見新生黏膜，2個月時病理檢查顯示為氣管特征性的假復層纖毛柱狀上皮，3個月新生黏膜可生長至5 mm左右，5個月可生長至10 mm，與既往研究結論相符[20]。人工氣管管腔中段瘢痕增生明顯，符合既往研究結論[21-22]，嚴重者可達管壁內徑的4/5，2個月發生率可達66.7%，5個月達100%。瘢痕增生易繼發痰栓堵塞，術后2～4個月增生達高峰，引起實驗動物呼吸困難甚至死亡，是本研究實驗動物的主要死因；但瘢痕增生可能有一定限度，7個月后氣管鏡下可見瘢痕有生長停滯、軟化和縮小的趨勢。
有研究表明帶孔支架會刺激氣管黏膜，導致肉芽組織增生和纖維化，易引起氣管狹窄[23]。劉兆玉等[24]研究表明，氣管支架有無覆膜在留置短時間內對進食、呼吸狀況及痰液排除無明顯影響；氣管支架留置后，覆膜段氣管內膜組織增生水平小于未覆膜段，覆膜段的黏膜增殖細胞陽性表達小于未覆膜段。本研究中管腔內增生率高、增生程度嚴重是否與帶孔支架相關；換用覆膜支架能否明顯降低炎性增生、是否會減緩新生上皮的生長速度；半覆膜支架是否同時具備兩者優勢等問題值得進一步探討。
本研究采用鎳鈦合金支架聯合自體心包重建豬長段氣管，實驗動物術后可較長時間存活，氣管上皮成功再生，并發癥以易處理的管腔中段增生為主，且具有取材方便、手術簡單等優點，是一種較可靠的氣管重建方法。但新生氣管上皮的功能學研究、新生氣管上皮能否完全覆蓋人工氣管、管腔中段瘢痕增生形成的病理生理學機制研究以及如何預防和減輕瘢痕增生等問題，是進一步研究重點。
