王嘯虎 閻鈞 張紹翔 張?zhí)J燕

消化道重建是外科重要技術(shù)之一。傳統(tǒng)的消化道手工吻合技巧要求高，耗時(shí)長(zhǎng)，術(shù)中易損傷組織，導(dǎo)致吻合口感染及吻合口瘺等[1]。吻合器械的出現(xiàn)能有效節(jié)省手術(shù)時(shí)間，提高吻合質(zhì)量，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)消化道重建手術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。吻合釘釘腳、釘臂擊發(fā)時(shí)和吻合后在組織愈合過(guò)程中所承受的應(yīng)力不一樣[2]，因此吻合釘材料必須擁有良好的力學(xué)性能[3]。根據(jù)吻合器及其組件標(biāo)準(zhǔn)（YY0876-2013），吻合釘材料需強(qiáng)度＞240 MPa，爆破壓≥3.6 kPa。目前臨床吻合釘材料多為鈦類(lèi)金屬，它們生物相容性和力學(xué)性能良好，但由于是惰性材料，在生物體內(nèi)常出現(xiàn)疲勞腐蝕，導(dǎo)致局部金屬離子積聚，刺激周?chē)装Y、水腫、過(guò)度及異常增生等[4]。另一方面，吻合組織在力學(xué)愈合期（術(shù)后1～3 d），吻合口的結(jié)合力完全依賴(lài)于吻合釘，而在后期組織纖維化期和成熟期（術(shù)后5～7 d），上皮新生、肉芽修復(fù)，組織結(jié)合力則基本穩(wěn)定[5]?？梢?jiàn)吻合口在愈合過(guò)程中依賴(lài)吻合釘提供的力學(xué)支持是動(dòng)態(tài)變化的，愈合完成后吻合釘?shù)某掷m(xù)存在可能會(huì)成為組織的負(fù)擔(dān)。因此，研發(fā)可降解吻合釘材料是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

鎂作為生物可降解金屬材料具有良好的生物相容性和力學(xué)性能[6]。前期研究顯示，鎂及鎂合金材料植入動(dòng)物體內(nèi)后局部組織炎癥反應(yīng)較少，能促進(jìn)腸上皮細(xì)胞恢復(fù)緊密連接和膠原蛋白合成，保護(hù)腸上皮細(xì)胞，促進(jìn)腸道愈合[7-12]。本研究擬比較高純鎂吻合釘與鈦合金吻合釘在吻合操作、術(shù)后降解以及吻合口愈合方面的實(shí)際應(yīng)用情況，初步探索高純鎂吻合釘應(yīng)用于兔腸吻合的可行性，為后期鎂或鎂合金吻合釘?shù)母倪M(jìn)以及最終臨床轉(zhuǎn)化提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料醫(yī)用鈦合金（Ti-3Al-2.5V，TLC系列）吻合釘購(gòu)自美國(guó)強(qiáng)生愛(ài)惜康內(nèi)鏡外科有限公司。高純鎂絲由蘇州奧芮濟(jì)醫(yī)療科技有限公司提供，由冷拉拔加工工藝制備，直徑0.26 mm，屈服強(qiáng)度（147±8）MPa，抗拉強(qiáng)度（196±5）MPa，延伸率14.6%±5.0%。化學(xué)成分主要有錳（Mn）、硅（Si）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋁（Al）、鐵（Fe）和鎂（Mg），質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.000 8%、0.002 0%、0.000 2%、0.000 3%、0.000 8%、0.001 5%和99.990 0%。高純鎂吻合釘參照鈦合金吻合釘數(shù)據(jù)，結(jié)合材料特性和鎂的高應(yīng)力腐蝕敏感性，加工成圖1所示U型，釘內(nèi)角100°。實(shí)驗(yàn)前植入材料均使用29 kGy鈷60（cobalt-60，上海世龍科技有限公司）照射密封備用。兩種類(lèi)型的吻合釘均裝入75 mm線性切割吻合器（NTLC75，美國(guó)強(qiáng)生愛(ài)惜康）。

圖1 高純鎂吻合釘及尺寸數(shù)據(jù)示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組和處理5～6月齡新西蘭大白兔（24只）購(gòu)自上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限責(zé)任公司，雌雄不限，體質(zhì)量2.0～2.5 kg，隨機(jī)分為高純鎂組和鈦合金組，每組12只，常規(guī)飼養(yǎng)，術(shù)前12 h禁食。以3%戊巴比妥鈉（30 mg/kg）耳緣靜脈注射麻醉，腹部備皮，無(wú)菌條件下進(jìn)行手術(shù)操作。沿中腹部正中線逐層切開(kāi)皮膚，皮下白線腹膜進(jìn)腹。找到盲腸，兩端用紗帶臨時(shí)扎住減少近端遠(yuǎn)端腸內(nèi)容物進(jìn)入手術(shù)區(qū)域。打開(kāi)腸腔，用碘伏消毒后，先行盲腸腸管側(cè)側(cè)吻合，再用吻合器關(guān)閉腸腔完成吻合。用濕紗布?jí)浩染植课呛峡跍p少出血，吻合口周?chē)夥?，關(guān)閉腹壁，具體實(shí)驗(yàn)操作見(jiàn)圖2（插頁(yè)）。記錄手術(shù)時(shí)間。術(shù)后單次注射青霉素預(yù)防感染，術(shù)后4 h后進(jìn)食、進(jìn)水，單籠常規(guī)飼養(yǎng)，可自由活動(dòng)。分別于術(shù)后第1、2、3周各取每組4只兔子進(jìn)行剖腹探查。若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有動(dòng)物死亡，則立即剖腹探查，明確吻合口愈合情況及死亡原因。

圖2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)圖（a：腸管橫切碘伏消毒腸腔；b：高純鎂和鈦合金吻合釘行腸側(cè)側(cè)吻合術(shù)；c～e：高純鎂和鈦合金吻合釘行腸切割閉合）

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 吻合口評(píng)估3%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉后取原腹部切口進(jìn)腹，找到腸吻合口，評(píng)估吻合口愈合情況以及周?chē)撃[、炎癥滲出等情況。參照Nair等[13]的腸粘連評(píng)分法計(jì)算吻合口粘連評(píng)分：0分，無(wú)粘連；1分，吻合口與內(nèi)臟或腹壁間有1條粘連帶；2分，吻合口與內(nèi)臟或腹壁間有2條粘連帶；3分，多于2條粘連帶而內(nèi)臟未直接粘連至腹壁；4分，內(nèi)臟直接粘連到腹壁，而不管粘連帶多少。

1.3.2 吻合口壓力負(fù)載試驗(yàn)分離截取包含吻合口在內(nèi)約10 cm腸段組織，一端夾閉，另一端連接橡皮導(dǎo)管，絲線結(jié)扎固定，連三通后分別接壓力監(jiān)測(cè)器和注射泵，將亞甲藍(lán)以8～10 ml/min速度注入腸腔，記下吻合口有液體漏出或壓力突然下降時(shí)監(jiān)測(cè)器的壓力值，定義為腸吻合口破裂壓。

1.3.3 觀察評(píng)價(jià)和掃描電子顯微鏡評(píng)估吻合釘降解情況分別于術(shù)后第1、2、3周打開(kāi)各組腸吻合口，肉眼觀察評(píng)價(jià)吻合釘降解殘留情況；取下吻合釘，采用掃描電子顯微鏡（日立S-3700N，日本），配備能量色散X射線光譜系統(tǒng)，評(píng)估分析高純鎂吻合釘和鈦合金吻合釘?shù)慕到馇闆r。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以表示，兩組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)情況比較兩組各成功應(yīng)用高純鎂吻合釘和鈦合金吻合釘行腸吻合術(shù)，手術(shù)成功率均為100%；手術(shù)時(shí)間高純鎂組為（35.50±5.85）min，鈦合金組為（34.81±4.90）min，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。術(shù)后動(dòng)物飲食、活動(dòng)均正常，實(shí)驗(yàn)期間無(wú)動(dòng)物死亡。

2.2 兩組吻合口情況比較兩組在各實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)剖腹探查均未見(jiàn)腸吻合口瘺和吻合口周?chē)撃[。各實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)兩組吻合口粘連評(píng)分比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見(jiàn)表1。剖開(kāi)腸管觀察，兩組吻合口均無(wú)明顯狹窄，黏膜層及漿膜層整齊、光滑，未見(jiàn)明顯瘢痕組織形成。

表1 吻合口粘連評(píng)分（分）

2.3 兩組吻合口破裂壓比較術(shù)后第1周，高純鎂組腸吻合口破裂壓低于鈦合金組，術(shù)后第2周，高純鎂組腸吻合口破裂壓高于鈦合金組，但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（均P＞0.05）。術(shù)后第3周，兩組腸吻合口破裂壓相近，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表2。

表2 吻合口破裂壓比較（mmHg）

2.4 兩組吻合釘降解情況比較術(shù)后各實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)腸吻合口均可見(jiàn)完整鈦合金吻合釘；掃描電鏡下觀察可見(jiàn)，各實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)鈦合金吻合釘基體完整，基體表面有少量沉淀，表面織構(gòu)清晰，見(jiàn)圖3a（插頁(yè)）。術(shù)后1周腸吻合口可見(jiàn)高純鎂吻合釘，釘基體完整；第2周吻合口吻合釘脫落明顯，殘留吻合釘可見(jiàn)明顯降解；第3周吻合口可見(jiàn)少量吻合釘殘留，殘留吻合釘基體完整。掃描電鏡下觀察可見(jiàn)，1周后高純鎂吻合釘金屬光澤暗淡，表面磨痕消失，出現(xiàn)較為均勻的點(diǎn)狀腐蝕，表明氧化和腐蝕的發(fā)生；2周后表面呈現(xiàn)不規(guī)則花紋團(tuán)簇，降解產(chǎn)物大多沉淀在整個(gè)表面；3周后，找尋殘留吻合釘，電鏡下顯示基體完整，表面呈均勻的腐蝕降解，無(wú)明顯裂縫裂隙，見(jiàn)圖3b（插頁(yè)）。

圖3 術(shù)后第1、2、3周兩組吻合釘降解情況（a1～3：術(shù)后第1、2、3周腸吻合口完整鈦合金吻合釘；a4～6：術(shù)后第1、2、3周掃描電鏡下鈦合金吻合釘基體完整；b1：術(shù)后第1周腸吻合口高純鎂吻合釘基體完整；b2：術(shù)后第2周吻合釘脫落，殘留吻合釘可見(jiàn)明顯降解；b3：術(shù)后第3周吻合口少量吻合釘殘留；b4：術(shù)后第1周，掃描電鏡下吻合釘出現(xiàn)較為均勻的點(diǎn)狀腐蝕；b5：術(shù)后第2周，掃描電鏡下吻合釘表面呈現(xiàn)不規(guī)則花紋團(tuán)簇，降解產(chǎn)物沉淀；b6：術(shù)后第3周，掃描電鏡下殘留吻合釘表面呈均勻腐蝕降解）

3 討論

目前臨床上常用的胃腸道吻合器械有線性吻合器、弧形吻合器和管狀吻合器等，這些吻合器械操作簡(jiǎn)單，可有效節(jié)省手術(shù)時(shí)間，減少術(shù)野狹小、位置較深部位的吻合難度，實(shí)現(xiàn)了胃腸道吻合技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，推進(jìn)了微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展[14]。但隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展以及患者對(duì)生存生活質(zhì)量要求的提高，吻合釘體內(nèi)的長(zhǎng)期殘留在引起一些不良反應(yīng)的同時(shí)，也給患者造成了一定的生理心理負(fù)擔(dān)[15]。因此，在醫(yī)學(xué)、材料學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科跨越式交叉發(fā)展的基礎(chǔ)上，尋找替代的可降解吻合釘材料是探索和研究的熱點(diǎn)。鎂是人體必需元素，其降解產(chǎn)物可被機(jī)體代謝吸收并排出體外，具有良好的生物安全性和相容性，由鎂和全營(yíng)養(yǎng)素組成的鎂合金制備可生物降解醫(yī)用材料具有可行性。相對(duì)于傳統(tǒng)的生物醫(yī)用材料如不銹鋼、鈦合金等，鎂及鎂合金彈性模量相對(duì)較低，作為植入材料使用時(shí)應(yīng)力遮擋效應(yīng)較小[16]。同時(shí)有研究顯示，鎂合金在降解過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生一定的生物功能，如成骨效應(yīng)、促血管化和促傷口愈合等[17-18]。因此，新型鎂合金可降解醫(yī)療器械具有巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場(chǎng)前景。

提高新型材料機(jī)械力學(xué)性能以確保在吻合過(guò)程中的順利塑形，在愈合早期提供足夠結(jié)合力，以及提升耐腐蝕性能以保證愈合完成前不會(huì)快速崩解是目前醫(yī)學(xué)材料科學(xué)的主要研究方向。本研究使用的高純鎂吻合釘降解速度較慢，釘內(nèi)角角度可調(diào)整，保證了吻合釘殘余應(yīng)力的平衡分布。研究發(fā)現(xiàn)，高純鎂吻合釘在吻合器推桿推進(jìn)過(guò)程中無(wú)明顯卡頓，組織切割閉合良好，具有良好的塑形能力。兩組吻合口在各實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)均未見(jiàn)明顯膿腫和瘺，吻合口粘連評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩組吻合口切開(kāi)觀察黏膜層及漿膜層整齊、光滑，無(wú)明顯狹窄。吻合口破裂壓檢測(cè)顯示兩組吻合釘早期提供的結(jié)合力相似，后期高純鎂吻合釘脫落后吻合口破裂壓在兩組間亦無(wú)明顯差異。術(shù)后各實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)吻合釘降解的大體評(píng)估和掃描電鏡觀察顯示，鈦合金吻合釘基體完整，基體表面結(jié)構(gòu)清晰，高純鎂吻合釘在術(shù)后第2周開(kāi)始出現(xiàn)降解脫落，降解腐蝕在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為緩和，無(wú)明顯釘體崩裂。以上結(jié)果提示，高純鎂吻合釘在腸吻合術(shù)中具有較好的耐腐蝕性能，與鈦合金吻合釘相比，其降解過(guò)程可以與腸道愈合所需的動(dòng)態(tài)結(jié)合力以及愈合時(shí)間相匹配，在降解的同時(shí)達(dá)到與鈦合金吻合釘同樣的腸吻合愈合效果。

高純鎂吻合釘植入體內(nèi)后，其降解速率受吻合部位及周?chē)鷱?fù)雜的內(nèi)環(huán)境影響，同時(shí)不同的飲食結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致降解過(guò)程存在一定差異[19]。隨著植入時(shí)間延長(zhǎng)，降解產(chǎn)物的覆蓋，細(xì)胞組織的黏附包裹，吻合部位活動(dòng)所施加的作用力等，吻合釘?shù)慕到馑俾屎徒到饽Ｊ綍?huì)不斷發(fā)生變化。研究顯示，鎂合金絲材在體外浸泡試驗(yàn)和新西蘭兔體內(nèi)植入試驗(yàn)中存在較為明顯的降解速率差異，體內(nèi)腐蝕速率要遠(yuǎn)低于體外的降解速率，降解產(chǎn)物元素圖譜分析提示兩者存在一定的差異[20]。動(dòng)物體內(nèi)不同部位植入試驗(yàn)提示，鎂合金材料在胃和腸道的降解速率和降解產(chǎn)物不同，可能與胃和腸道不同的酸堿環(huán)境以及蠕動(dòng)模式不同有關(guān)[21]。因此，在本研究的基礎(chǔ)上，后續(xù)要關(guān)注高純鎂吻合釘在無(wú)組織狀態(tài)下塑形后的應(yīng)力分布以及不同組織吻合后不同時(shí)間點(diǎn)的釘體應(yīng)力分布，通過(guò)能譜分析不同吻合部位吻合釘?shù)慕到猱a(chǎn)物成分，評(píng)估高純鎂吻合釘對(duì)于吻合組織的生物學(xué)作用，通過(guò)材料加工工藝和表面改性等方法進(jìn)行改進(jìn)和完善。