引用本文
曹磊, 曹智理, 李单青. 游离自体静脉补片修复实验犬气管膜部缺损的可行性[J]. 武警医学, 2017,28(12): 1232-1235
CAO Lei, LI Shanqing, CAO Zhili. Experimental study of autogenous vein patches for repair of defective tracheal membranous walls[J]. Medical Journal of the Chinese People's Armed Police Forces, 2017,28(12): 1232-1235  

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游离自体静脉补片修复实验犬气管膜部缺损的可行性
曹磊, 曹智理, 李单青
100730 北京,北京协和医院胸外科
通讯作者：曹智理,E-mail:bjxhyyczl@sohu.com

作者简介:曹 磊,博士,主治医师。

收稿日期: 2017-06-20
摘要

目的 研究游离自体静脉补片修复实验犬气管膜部缺损的可行性。方法 颈部正中切口。取8只成年实验犬右侧颈静脉壁作为补片移植物。暴露实验犬颈部气管,切除环状软骨下方第四气管环水平部分膜部形成约2 cm×2 cm大小全层缺损,并使用静脉补片移植物修补受损气管膜部缺损。术后使用纤维支气管镜检查气管通畅度。实验犬存活至术后6个月实施安乐死,取气管标本计算收缩率,并进行组织学检查。结果 所有实验犬均未出现手术并发症,术后支气管镜检查未发现吸气或者呼气时气管塌陷,说明本方法修补气管具有足够通畅率。术后6个月处死实验犬,计算移植物修补气管最狭窄部位的横截面积与补片下第三软骨环部位的横截面积之比(收缩率)为1.07±0.04,说明修补部位气管管腔未出现明显狭窄。组织学检查发现所有补片移植物表面新生上皮。结论 颈静脉补片修补气管膜部缺损安全有效。

关键词: 静脉补片; 气管膜部缺损; 修补
中图分类号:R655.3
Experimental study of autogenous vein patches for repair of defective tracheal membranous walls
CAO Lei, LI Shanqing, CAO Zhili
Department of Thoracic Surgery, PUMC Hospital, CAMS& PUMC, Beijing 100730, China
Abstract

Objective To investigate the feasibility of vein patch grafts being used to repair defective tracheal membranous walls.Methods The right jugular veins of eight adults dogs were harvested though midline cervical incisions and used as patch grafts. Each cervical trachea was exposed and a full-thickness lesion (2 cm×2 cm) was created in the cervical tracheal membranous wall by resecting part of the trachea at the forth ring below the cricoid cartilage. The defect was repaired by grafting a vein patch to the posterior surface of the injured part.Results All the eight dogs survived without complications until euthanasia 6 months later. Bronchoscopic examination demonstrated adequate tracheal patency with no inspiratory or expiratory collapse. The experimental dogs were killed 6 months after operation, and the constrictive ratio of the cross-sectional area of the most stenotic site to that of the third tracheal ring below the membranous patch was 1.07±0.04, suggesting that there was no obvious stenosis in the tracheal lumen. Histological examination revealed neoepithelium on the surfaces of all the patch grafts.Conclusions Our results indicate that jugular vein patch grafts can be effectively and safely used to repair tracheal membranous wall lesions.

Keyword: vein patch grafts; defective tracheal membranous walls; repair

恶性病变直接侵犯气管后壁、创伤及医源性原因造成的患者气管膜部缺损通常需要修补。对于较小的气管膜部缺损最理想的修补方法是直接缝合气管壁, 但容易造成气管管腔狭窄。因此, 使用自体组织移植是一种较好的方法, 现在有多种材料用于修补气管膜部缺损。静脉移植物修补气管缺损还未被验证过。本研究目的是验证颈静脉移植物是否可以修补气管膜部缺损。

1 材料与方法
1.1 材料

本研究使用体重14~16 kg的8只实验犬。每只实验犬给予肌肉注射盐酸氯胺酮20 mg/kg(福建古田药业, 0.1 g/支, 批号:1609282)进行预处理。术前行左侧桡静脉插管以便于液体或药物输入。使用戊巴比妥钠5 mg/kg(上海新亚药业有限公司, 250 mg/支, 批号:021004)和哌库溴铵0.1 mg/kg(匈牙利吉瑞大药厂, 4 mg/支, 批号:A63018A)静脉注射麻醉。麻醉成功后, 使用7号气管导管行气管插管, 呼吸机(成都泰盟软件有限公司, HX-300S)机械通气, 吸入氧浓度0.4%。呼吸频率20次/min, 潮气量20 ml/kg。

1.2 方法

1.2.1 手术步骤 麻醉成功后取仰卧位, 消毒术野, 铺无菌巾。取颈部前中线切口, 游离右侧颈静脉, 取一片约2 cm宽5 cm长右侧颈静脉血管壁为修补颈部气管膜部做准备。分离颈段气管周围组织并游离颈段气管, 注意避免损伤迷走神经和颈段食管。分离颈段气管前外侧的软组织, 在气管软骨部置牵引线, 向前牵拉气管使气管旋转至少45° 。在气管膜部切开气管壁全层, 切口最上缘为甲状软骨下第四气管软骨环, 形成约2 cm× 2 cm大小全层缺损。此时, 准备气管插管从切口远端插入气管。使用颈静脉补片修补气管膜部缺损, 静脉补片腔内面为内侧面并使用5-0聚丙烯线缝合补片和气管壁, 修补完成后缝合颈部切口(图1)。手术结束后拔除实验犬气管插管。

图1 使用颈静脉补片修补气管膜部

1.2.2 术后处理 术后给予实验犬流食并在术后7 d内使用头孢噻吩钠500 mg/d(哈药集团制药总厂, 1.5 g/支)预防感染。在术后、术后6周和6个月行支气管镜检查(奥林巴斯, BP260)。术后6个月静脉注射氯化钾(中国大冢制药, 1.5 g/支)处死所有实验犬, 静脉补片移植物行组织学检查。所有组织使用10%福尔马林固定, 苏木精和伊红染色。

1.2.3 自体移植术后评估 气管和修补段气管管腔横截面积使用以下公式计算:CSA=(a/2)× (b/2)× π (a和b分别代表横向和纵向长度)。静脉移植物收缩率为移植物最狭窄部位CSA与修补部位下第三气管环CSA之比。

2 结 果

8只实验犬术后均未出现严重并发症, 顺利存活到术后6个月。术后支气管镜检查表明每条实验犬气管腔修补处相容性好, 缝合处无肉芽肿形成(图2)。修补区域横断面积为(207.2± 26.8)mm2, 静脉补片处气道收缩率为1.07± 0.04。每只实验犬移植处CSA面积与缝合处以下正常气管管腔相比无明显减少, 说明未出现明显收缩。术后静脉补片连接处组织学检查发现血管结缔组织层上有完整呼吸道上皮。

图2 游离自体静脉补片修复实验犬气管膜部缺损术后6个月支气管镜检查(10× )
修补区域横断面积207.2± 26.8(mm2), 收缩率1.07± 0.04, 未见大量肉芽组织生成

3 讨 论

气管是呼吸系统的最为重要部分, 主要由12~19个C形软骨和气管后部的膜部构成, 在组织学上由软骨环、平滑肌和气管柱状上皮构成, 气管环后方膜部由平滑肌和致密结缔组织组成。气管及气管周围的良性或恶性肿瘤直接侵犯、创伤、医源性损伤及手术并发症等都可引起气管膜部的损伤, 甚至大面积缺损。除了较小的损伤可以行直接缝合, 多数气管膜部缺损需要其他组织或替代物进行修复与重建。

常用于修复气管的组织包括:人工气管假体、同种异体移植物、自体的组织等。理想的气管替代物应具备以下特征 [1] :(1)替代物必须具备横向刚性、纵向弹性; (2)管腔完全密闭; (3)管壁有利于气管黏膜上皮长入, 并协同纤毛上皮清洁气道, 从而使其具有清除气道分泌物和抵抗细菌定植的能力; (4)易于血管化; (5)组织相容性好, 非免疫原性, 非致癌性, 结构稳定, 不易变性; (6)易于植入。

目前, 人工气管假体不能完全代替气管, 主要是吻合口肉芽组织及纤维组织增生, 引起气管管腔狭窄。2008年首次利用患者自身的干细胞形成的组织工程气管成功地移植到1例气道损坏的女性患者体内[2]。移植后5年检查结果证实了组织工程化气管移植, 包括人类气管脱细胞技术、自体上皮细胞及干细胞培养和分化技术、细胞支架播种技术等组织工程技术是一类安全且有前途的新技术[3, 4]。但是组织工程气管所需时间较长, 往往不能及时满足临床治疗需要。

关于同种异体气管移植方面的研究, 文献[5, 6, 7, 8]多有报道。但是由于供应气管的血管纤细且呈阶段性分布, 故在气管移植时无法通过显微外科技术直接进行血管吻合来完成移植物再血管化, 血运的缺乏最终导致气管纤毛上皮坏死和软骨变性。同种异体气管移植的另一个问题是免疫排斥反应。虽然可通过免疫抑制药来抑制自身免疫系统对移植瓣的排斥作用, 但是使用免疫抑制药后会导致机体免疫力下降、易继发感染和提高肿瘤发生率等问题的出现。

国内外许多专家曾经使用自体组织修补气管, 使用的材料包括肌皮瓣、心包、食管、肋软骨及主动脉等[9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]。这些自体组织替代物组织相容性好、可以避免免疫排斥反应, 但是此类组织因缺乏足够的力学支撑性能而易塌陷, 需要依靠腔内型支架去稳定管壁以防止气道塌陷。术后替代物的软化、肉芽组织的生长、狭窄等问题没有得到解决, 方法有待于进一步改进[16]。而且, 如果气管壁缺损发生在胸腔以的外区域, 那些需要通过胸腔手术取得的自体组织会因胸科手术风险较大且操作复杂而难于获得。

静脉补片通常用来修补血管壁缺损, 但是这种方法极少用来修补气管黏膜壁缺损。笔者曾认为, 静脉补片软而薄, 移植后也许需要支持物。但是本研究中手术后立即拔除气管插管, 并未使用其他支持物来防止移植物塌陷, 结果发现所有的实验犬都未出现气管软化并且能够咳嗽去除气道分泌物。在随后的实验中笔者发现静脉补片移植后实验犬气道狭窄和肉芽肿形成比预期轻。曾有专家建议避免使用间质组织进行气道重建, 因为间质组织表面会形成过多肉芽肿。但是, 本研究气管镜检查发现, 8只犬静脉补片修补的气管管腔均通畅而无需治疗肉芽肿形成, 组织学检查发现移植物表面分布正常呼吸道上皮。研究过程中没有发生与补片相关的并发症, 例如静脉退行性变、吻合处破裂等。移植补片部位和正常气管CSA相比无明显变化, 说明静脉补片移植并未引起管腔收缩。

另外, 静脉补片与其他的自体材料相比柔韧且容易缝合, 可以被裁剪为任何不规则形状。而且游离静脉移植物密封性好, 不受愈合过程影响, 因其为自体组织从而避免了移植物排异的不良反应。结果表明, 静脉补片移植物可用来修补气管膜部缺损。

对于过长或过宽的膜部缺损, 静脉补片移植物是否可以用来修补缺损尚需进一步研究。而且本研究的组织学结果支持气管镜检查发现, 即静脉补片可形成正常呼吸道上皮和有功能的气道腔, 需要更多研究探索其再上皮化机制。

综上所述, 本研究说明游离的自体颈静脉补片缝合及密封良好, 为正常呼吸道上皮化提供极好的早期及晚期结构稳定性, 是修补气管膜部缺损的比较理想的移植物。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Steger V, Hampel M, Trick I, et al. Clinical tracheal replacement: transplantation, bioprostheses and artificial grafts[J]. Expert Rev Med Devices, 2008, 5(5): 605-612. [本文引用:1]
[2] Macchiarini P, Jungebluth P, Go T, et al. Clinical transplantation of a tissue-engineered airway[J]. Lancet, 2008, 372(9655): 2023-2030. [本文引用:1]
[3] Hamilton N, Bullock A J, Macneil S, et al. Tissue engineering airway mucosa: a systematic review[J]. Laryngoscope, 2014, 124(4): 961-968. [本文引用:1]
[4] Gonfiotti A, Jaus M O, Barale D, et al. The first tissue-engineered airway transplantation: 5-year follow-up results[J]. Lancet, 2014, 383(9913): 238-244 [本文引用:1]
[5] Klepetko W, Marta G M, Wisser W, et al. Heterotopic tracheal transplantation with omentum wrapping in the abdominal position preserves functional and structural integrity of a human tracheal allograft[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2004, 127(3): 862-867. [本文引用:1]
[6] Shi H, Xu H, Lu D, et al. Animal models of tracheal allotransplantation using vitrified cryopreservation[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2009 , 138(5): 1222-1226 [本文引用:1]
[7] Iyikesici T, Tuncozgur B, Sanli M, et al. Two-piece cryopreserved tracheal allotransplantation: an experimental study[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2009, 36(4): 722-726. [本文引用:1]
[8] Huang X, Yan X, Zhang Z, et al. Seeding of recipient-originated epithelial cells attenuates epithelial to mesenchymal transition in rat tracheal allotransplantation[J]. Otolaryngol Head Neck Surg, 2015, 152(6): 1068-1074. [本文引用:1]
[9] Pfitzmann R, Kaiser D, Weidemann H, et al. Plastic reconstruction of an extended corrosive injury of the posterior tracheal wall with an autologous esophageal patch[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2003, 24(3): 463-465. [本文引用:1]
[10] Fabre D, Singhal S, De Montpreville V, et al. Composite cervical skin and cartilage flap provides a novel large airway substitute after long-segment tracheal resection[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2009, 138(1): 32-39. [本文引用:1]
[11] Hazekamp M G, Koolbergen D R, Kersten J, et al. Pediatric tracheal reconstruction with pericardial patch and strips of autologous cartilage[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2009, 36(2): 344-351. [本文引用:1]
[12] Anoosh F, Hodjati H, Dehghani S, et al. Tracheal replacement by autogenous aorta[J]. J Cardiothorac Surg, 2009, 4: 23. [本文引用:1]
[13] 李文, 杨柳, 袁莉清, 等. 带蒂胸锁乳突肌锁骨骨膜皮瓣修复喉气管缺损的初步研究[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2015, 29(2): 117-120. [本文引用:1]
[14] Fabre D, Kolb F, Fadel E, et al. Successful tracheal replacement in humans using autologous tissues: an 8-year experience[J]. Annals Thorac Surg, 2013, 96(4): 1146-1155. [本文引用:1]
[15] Wurtz A, Hysi I, Kipnis E, et al. Tracheal reconstruction with a composite graft: fascial flap-wrapped allogenic aorta with external cartilage-ring support[J]. Int Cardiovasc Thoracic Surg, 2013, 16(1): 37. [本文引用:1]
[16] Martinod E, Seguin A, Radu D M, et al. Airway transplantation: a challenge for regenerative medicine[J]. Eur J Med Res, 2013, 18(1): 25. [本文引用:1]