自体肺组织瓣内衬记忆合金支架替代长节段气管缺损：动物实验及临床观察*★

赵俊刚，张苏宁，石文君，韩云，杨伟

课题背景：课题受卫生部科技专项立项项目（WKZ-2000-1-17）资助，项目内容为气管、食管替代物的研究，即应用自体肺组织瓣替代气管以及食管。

同行评价：人工气管的研究尚不成熟，该文章有较新的思路和方法，有独到性。

偏倚或不足：支架的作用是维持气道的通畅，金属支架不可避免地对周围组织造成压迫，同时支架也是诱发狭窄的一个因素，因此，如何选取合适的支架是进一步研究需要注意的问题。

赵俊刚★，男，1972年生，辽宁省海城市人，汉族，1996年中国医科大学毕业，硕士，副教授，主要从事胸外科气管，食管替代物的研究工作。
zgyuhan@163.com

背景：气管代替物的研究处于实验研究阶段，临床上对于那些长节段的气管病变尚缺乏有效的治疗方法。
目的：观察应用自体肺组织瓣内衬记忆合金支架替代长节段气管缺损的可行性。
设计、时间及地点：观察性动物实验，于2002-03/2003-09在中国医科大学第二临床学院动物实验室完成。病例分析，于2004-06/2005-06在中国医科大学附属盛京医院胸外科进行。
材料：①选用12只健康成年杂种犬，犬龄1.0~2.0岁，体质量10~18 kg。②患者，男性，40岁，经CT及三维重建检查显示气管中上段近7 cm长肿物，纤维支气管镜检查示管腔堵塞近2/3。
方法：将犬的右肺上叶支气管结扎，保护肺动、静脉，排出肺内气体，制成肺组织瓣，包裹记忆合金支架，形成复合人工气管，替代长节段胸内气管缺损。同期应用此方法完成1例患者长7 cm的气管切除并气管重建手术。
主要观察指标：呼吸状态，自体肺组织瓣内衬记忆合金支架替代长节段气管缺损后动物管腔内病理学表现，患者支气管镜下表现。
结果：①12只犬存活8只，存活犬无呼吸困难表现，术后8 周吻合口愈合良好,新生上皮已越过吻合口7 mm。②患者术后呼吸困难迅速缓解，胸CT显示替代物管腔通畅，中间部分略狭窄，金属支架位置固定良好；随访12个月胸CT显示替代物处气管通畅，纤维支气管镜下已看不见金属网架，中间部分狭窄未见加重，14个月死于大咯血。
结论：应用自体肺组织瓣内衬记忆合金支架替代长节段气管缺损能保障重建气管的管腔通畅，并支持气管上皮的再生。
关键词：气管; 替代物; 肺组织瓣; 合金支架; 气管重建

赵俊刚，张苏宁，石文君，韩云，杨伟.自体肺组织瓣内衬记忆合金支架替代长节段气管缺损：动物实验及临床观察[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(22):4209-4212 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-22/22k-4209(ps).pdf]

中图分类号: R562
文献标识码: A
文章编号: 1673-8225
(2008)22-04209-04

Long segmental trachea replacement using autogeneic pulmonary tissue flap with memory alloy stent: Animal trial and clinical observation

BACKGROUND: Research of tracheal replacement is at empirical study stage. There is no available therapy for the long segmental tracheopathy clinically.
OBJECTIVE: To study the feasibility of autogeneic pulmonary tissue flap roll with memory alloy stent to substitute long segmental tracheal defect.
DESIGN, TIME AND SETTING: Animal experiment was performed at the Animal Experimental Center of Shengjing Hospital of China Medical University from March 2002 to September 2003; Case analysis was performed at Department of Thoracic Surgery of Shengjing Hospital of China Medical University from June 2004 to June 2005.
MATERIALS: Twelve adult healthy mongrel dogs were selected, aged 1.0-2.0 years old, and weighing 10-18 kg. A male 40-year-old patient was selected, whose CT and 3D reconstruction showed a 7-cm tumor in the superior segment of the common trachea, and bronchofiberscopy showed a tumor with obstruction of 2/3 lumens.
METHODS: The right superior canine bronchia were ligated, and pulmonary arteries and veins were protected, then the gas in the lung ventinged to create pulmonary tissue flap. And then alloy stent was covered with the pulmonary tissue flap. The compound artificial trachea was used to substitute the long segment thoracic tracheal defect. The 7-cm common trachea was resected for one patient and the tracheal reconstruction operation was done by this way.
MAIN OUTCOME MEASURES: Respiration status; pathologic manifestation in animal lumens after replacement of autogeneic pulmonary tissue flap with memory alloy stent; representation of trachea lumens through the bronchofiberscopy.
RESULTS: Eight dogs survived with no dyspnea. Stoma healed well in 8 weeks after the operation, and there was 7 mm neogenetic epithelium on the surface of lumen over stoma. Dyspnea in the patient relieved rapidly after the operation. CT showed replacement trachea lumen was unobstructed. The alloy stent was not revealed and the replacement of the trachea lumen was unobstructed through bronchofiberscopy in the 12-month follow-up visiting. But the patient died for great hemoptysis after 14 months.
CONCLUSION: Autogeneic pulmonary tissue flap with memory alloy stent can keep the reconstructed tracheal lumens patent and support the regeneration of the tracheal epithelium.

Zhao JG, Zhang SN, Shi WJ, Han Y, Yang W.Long segmental trachea replacement using autogeneic pulmonary tissue flap with memory alloy stent: Animal trial and clinical observation. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(22):4209-4212(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-22/22k-4209(ps).pdf]

气管切除长度超过50~60 mm时，就达到了气管可切除长度的极限[1]，此时需要气管替代物来行气管重建。目前，气管代替物的研究还处于实验研究阶段。本课题组应用自体肺组织瓣内衬记忆合金支架行长节段气管替代的实验研究取得了令人满意的结果，并临床应用1例患者，报告如下。

1.1 动物实验
设计：观察性实验。
时间及地点：实验于2002-03/2003-09在中国医科大学第二临床学院动物实验室完成。
材料：选用12只健康成年杂种犬，犬龄1.0~2.0岁，体质量10~18 kg，雌雄不限。实验过程中对动物处置符合动物伦理学要求。
记忆合金支架为江苏常州智力医疗器械有限公司提供，管腔内径有1.8~2.4 cm, 长度4~7 cm，合金丝直径0.5 mm，主要功能是保持管腔通畅。
方法：经腹腔注射硫贲妥钠30~50 mg/kg诱导麻醉，经口气管插管，将犬置于手术台上，左侧卧位，经右后外侧第4肋间切口入胸。①游离右上叶支气管，在右上叶肺不张状态下结扎右上叶支气管，但不切断，保护肺、动静脉，将右上叶肺捏成舌瓣状，制成自体肺组织瓣。②显露胸段气管，先离断距隆突上2.0 cm水平气管，迅速用已备好的无菌单腔气管插管插入远端气管，维持通气，将之前的气管插管拔除，在预定切除线上切断远端气管，一般切除长度3.0~4.0 cm。③根据所要切除的气管长度，将右上叶脏层胸膜向内翻转，内衬记忆合金支架（网架直径略大于所要替代的气管直径），两端超过肺组织瓣管0.5 cm，肺瓣缝合成管状，将瓣管网架部分置入近端气管内，并用无损伤线缝合固定。近端气管用4-0无损伤线与肺组织瓣管上端管面全层结节吻合，经口重新插入较细的气管插管至远端气管内。再将远端气管与肺组织瓣管下端用4-0无损伤线全层结节缝合，用纵隔胸膜加固缝合。④确切止血后，冲洗胸腔，吸痰胀肺，检查无漏气后，置胸腔闭式引流管1根，关胸。
主要观察指标：观察实验犬的呼状吸态，病理学检查。
设计、实施、评估者：实验设计为第一、二、三作者，资料收集、实施、评估为第一、二、三、四、五作者，评估采用盲法。
1.2 临床资料
设计：病例分析。
时间及地点：2004-06/2005-06在中国医科大学附属盛京医院胸外科进行。
对象：患者，男性，40岁，经CT及三维重建检查显示气管中上段近7 cm长肿物，见图1；纤维支气管镜检查示管腔堵塞近2/3，距声门约2.5 cm,术前因呼吸困难未做病理检查。血气分析及肺功能显示均低于正常值。手术前患者及家属签署知情同意书。实验经过医院伦理委员会批准。

方法：
用小儿加长气管导管行清醒气管插管，高频通气维持，手术切口取正中半劈胸骨加第4肋间前外侧切口。首先游离气管肿瘤，在肿瘤下方0.5 cm处切开气管，拔出原气管插管，并迅速插入准备好的另一气管插管至远端，接呼吸机维持通气，距肿物上缘长节段切除病变气管长7.0 cm，见图2，止血，游离右上叶支气管于根部结扎，将上叶肺组织用直线型切割缝合器切割并捏塑成管状，内置长70 mm，直径21 mm的镍钛记忆合金支架，纵行交界处密闭缝合固定，上缘上提至颈部，其上缘支架置入近端支气管腔内并固定，将近端气管与肺组织瓣上端用3-0 Vicryl缝线连续加结节密闭缝合，用邻近的纵隔胸膜粘合覆盖。将气管插管经口送入远端气管（拔除原先插管），同样方法将远端气管断端与肺组织瓣管吻合，用OB胶将之与邻近胸膜粘合固定，吻合完成。

主要观察指标：患者呼吸状态，肺功能指标，血气分析，CT、支气管镜检查结果。
设计、实施、评估者：为全部作者。

2.1 动物实验观察结果
2.1.1 实验动物数量分析 12 只实验犬存活8 只,定期于术后第2 ,4 ,6 ,8 周处死。死亡犬1例因麻醉意外，其余3例在术后1周内死于吻合口瘘和脓气胸。
2.1.2 病理学观察

术后2周大体标本见吻合口愈合良好,仍可见腔内支架,支架局部有炎症反应,无明显肉芽增生,光镜显示部分新生上皮已越过吻合口1 mm，为假复层纤毛上皮。
术后4周可见吻合口愈合良好,腔内金属支架已嵌入肺组织内,腔内局部有炎症反应, 光镜显示有轻微肉芽组织增生, 新生上皮已长入3 mm。
术后6周吻合口愈合良好,吻合口光滑,管腔内仍有轻度肉芽增生,以替代物中部为著,新生上皮已越过吻合口5 mm。
术后8周吻合口愈合良好,替代物管腔中间部分略狭窄,管腔内肉芽增生，新生上皮已越过吻合口7 mm，见图3。

肺组织瓣的组织学改变早期以炎性细胞浸润为主，至术后8周则以纤维肉芽组织增生为主，未见感染灶形成。
2.2 临床试验观察结果患者术后呼吸困难明显改善，术后1周左右有咳嗽、痰血，予以雾化吸入及加大抗炎治疗后消失。术后1周：肺活量、第1 秒用力呼气量、第1 秒用力呼气量占肺活量比和动脉血氧分压较术前明显提高(术前分别为2.14 L，1.45 L，47%，9.04 kPa；术后分别为3.60 L，2.98 L，78%，10.51 kPa)。胸部X 射线摄片检查显示余肺膨胀良好,气管内金属网架无脱落移位。胸CT显示替代物管腔通畅，无明显狭窄。术后第4 周三维CT重建显示气管管腔通畅，金属支架位置固定良好，无移位，见图4。纤维支气管镜检查见替代物处吻合口轻度水肿,有气管黏膜上皮覆盖，肺组织瓣呈暗红色,金属网架部分被增生的肉芽组织覆盖，见图5。术后1年复查替代物处气管通畅,内壁光滑,镜下已看不见金属网架，替代物中间部分狭窄未见加重。术后14个月患者突发大咯血死亡，未作尸检。术后病理为气管囊性腺样癌。

气管替代仍然是气管外科中的难题，许多有气管长节段切除的病例，因为没有合适的气管替代物使手术无法施行[2]。气管替代物使用的材料包括：自体组织、移植物、无活力组织、生物工程、合成材料等[3]。大致分为3类: 人工合成气管、异体气管移植、自体组织再造气管。到目前为止, 尚无一种理想替代气管的手术方法[4]。Martinod首次提出应用自体主动脉行气管替代的方法，并进行了动物实验[5]；之后又研究应用同种异体主动脉替代气管的方法，动物实验中发现连接处有宿主气管软骨环和纤毛上皮的再生[6]。Gaafar等[7]应用同种异体气管移植做分组实验，认为用乙醇保存的气管可能减少了移植物的抗原性而显得效果良好。Dodge-Khatami等[8]报道应用硅酮和金属合成物行气管替代的实验，术后2个月发现吻合口边缘有5 mm的再生上皮；还有应用带网孔的聚丙酮的合成物和带孔的钛植入的方法替代气管的研究报道[9-10]。Kim等[11]报道了应用组织工程技术行犬的气管替代取得了满意的效果。赵凤瑞等[12]将带蒂的人工气管应用于临床，手术分二期进行，术后随访良好。Azorin等[13]报道了应用自体主动脉替代气管的1例患者，术后患者生存6个月。
气管替代物应满足以下标准[14-17]:组织相容性好,无免疫排斥反应；良好的血运以保证替代物的存活；具有足够长度，保证吻合口无张力；管腔密闭且腔内应有气管上皮细胞的再生；以及不易狭窄和感染等。肺组织瓣是自体组织，组织相容性好，没有免疫排斥反应；手术中保护肺动静脉和支气管动脉，以保证替代物的血运；肺叶的可塑性强，而且应用直线形切割缝合器可以延伸替代物的长度，保证吻合口无张力和替代物的存活。肺表面有脏层胸膜覆盖，可以为气管上皮提供优越的再生环境。支架的应用可以保障替代物管腔的通畅。
应用自体肺组织瓣作为气管替代物是一种新颖的方法，通过对肺叶的裁剪，可以提供足够长度的替代物。本例手术病例气管切除长度达7.0 cm，如果没有合适的气管替代物，就无法将肿物切除。应用自体肺组织作为气管替代物，确实需要牺牲一部分肺功能，但经过实验观察，这种损伤对于整体肺功能影响不大，实验犬的呼吸状况和活动可逐渐恢复到正常水平。这可能与其他肺组织的功能代偿有关。临床病例因切除病变，气道狭窄解除，呼吸功能反而较术前好转。
实验中发现，替代物与气管吻合处愈合良好，组织学观察到吻合口边缘的替代物表面有气管黏膜上皮的再生爬行，这就证明了肺组织瓣易与气管愈合并使替代物管腔内面再上皮化成为可能，但未发现软骨的再生。本文选取镍钛合金支架是应用它的自膨性好，带网眼，可长期存留体内，不必取出等特性。患者术后大咯血死亡，可能与支架侵破大血管有关，因此选取合适的支架及手术中对临近大血管加垫组织保护是需要注意的问题。
在气管替代物研究中存在的主要问题是吻合口瘘和狭窄[11]。在实验中发现，吻合口瘘与吻合处的张力、感染等因素有关。在手术操作中注意肺组织瓣裁剪到足够长度，使吻合处无张力，保持脏层胸膜完整，不受污染，可以减少吻合口瘘的发生。替代物管腔内上皮再生不良是造成狭窄的主要原因[11]，实验犬术后8周再生上皮超过吻合口边缘7 mm，其他学者也有类似报道，如何达到替代物管腔的完全再上皮化，还需要进一步的研究。临床病例大咯血原因可能为金属支架压迫损伤了附近的大血管。
应用自体肺组织瓣加合金支架行长段气管替代为气管重建提供了一个新的启示。它使超长段的气管切除手术有了施行的可能。但如何实现替代物管腔的再上皮化和预防狭窄，仍是需要解决的问题。

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