豬膈肌血供來源及分布的實驗解剖學(xué)研究.pdf

1、研究背景:食管疾病是我國常見的消化道疾病之一,特別是在我國的許多地區(qū)為食管癌的高發(fā)地區(qū)。目前許多食管良性和惡性疾病以及先天性和后天性疾病都需要進行有效且符合生理的食管重建,即對病變食管段進行充分切除后進行足夠長度的重建。食管重建是食管外科中除病變的切除、畸形的矯正或者創(chuàng)傷的修復(fù)以外最為核心的部分,也是恢復(fù)食管的連續(xù)性的唯一途徑。另一方面,食管重建對于食管疾病患者的生存質(zhì)量極為重要,只有重建食物通道才能恢復(fù)正常的經(jīng)口飲食,才能保證更符合生

2、理、更有效的營養(yǎng)攝入。因此便出現(xiàn)了食管替代物(substitute for the esophagus,SE)這一個食管外科長期以來進行研究的重大課題。有效的食管重建需要的是理想的食管替代物,自現(xiàn)代食管外科發(fā)展的許多年來,胸外科醫(yī)務(wù)工作者一直沒有停止對理想的食管替代物的研究。為此進行了許多動物實驗方面的研究,并取得許多有意義并對今后的研究具有深入啟示的研究成果,其中人工食管便是其中重要的熱門研究方向[1-4]。
　　 從理論上來

3、說,理想的食管替代物應(yīng)該具有以下重要的特點:①來源廣泛:由于食管替代物必須大量應(yīng)用于食管外科臨床手術(shù)當(dāng)中,因此首先必須具有廣泛可靠的來源,比較容易獲得,所以這也成為食管替代物應(yīng)用研究需要考慮的首要問題；②需具備與正常食管相似的物理特性:即一定程度的伸展性、蠕動性及彈性等,同時還應(yīng)具備在最大程度上符合胸腔內(nèi)的解剖生理特性。因為雖然人工食管植入體內(nèi)以后從理論上說主要承擔(dān)延續(xù)食管并起到食物通道的過程,但是如果單純以此為目的簡單設(shè)計一個管狀通道

4、,完全喪失食管應(yīng)有的物理特性及生理功能便會嚴(yán)重擾亂正常的生理機能；③一定程度的抗排斥性或組織相容性:食管替代物作為一種移植物植入體內(nèi)后可能在不同程度上產(chǎn)生一定的排斥反應(yīng),這是食管重建手術(shù)能否成功的關(guān)鍵,所以目前所研究的各種類型的食管替代物所關(guān)注的一個重要方面便是其與人體的組織相容性,否則將無法與自身組織完全愈合達到生物學(xué)固定,最終不可避免地發(fā)生脫落。在這方面上顯然自體器官以及自體組織瓣占有很大的優(yōu)勢;④無毒性:由于食管替代物植入人體以后

5、必須很長一段時間內(nèi)在體內(nèi)存留,目前所研究的許多人工材料或者生物型復(fù)合材料食管替代物具有自我降解性,這就要求這些材料本身或者其降解產(chǎn)物經(jīng)人體代謝后不存在明顯的毒性,且長期存留體內(nèi)不會存在明顯的致癌性質(zhì)；⑤耐腐蝕性:食管替代物植入后與胃相連,處于一個高酸度的污染環(huán)境,需經(jīng)受胃液及食團的反復(fù)沖擊。并且它鄰近與心肺等重要器官,其破裂腐蝕后將產(chǎn)生胸腔縱膈器官感染,產(chǎn)生嚴(yán)重的后果,因此其必須具有良好的耐腐蝕性。食管替代物植入由于受手術(shù)方式、患者自身

6、身體條件以及自身的理化性質(zhì)的影響,可能在不同程度上產(chǎn)生許多術(shù)后并發(fā)癥,這將成為今后食管替代物研究及其最終應(yīng)用于臨床的一個重要的制約因素。
　　 根據(jù)以上的原則,經(jīng)過近50多年來的研究,人們設(shè)計了許多種類的食管替代物,并為此進行了大量的動物實驗并取得了許多重要進展?？偨Y(jié)起來說,目前種類繁多的食管替代物大致可以分為兩類[5]:①人工食管(artificial esophagus,AE)；②自體其他組織或器官。所謂人工食管就是采用生物

7、醫(yī)學(xué)工程、組織工程學(xué)以及生物材料學(xué)等技術(shù)制造的一種短暫替代食管功能同時能夠誘導(dǎo)新生食管的再生重塑和功能重建的管狀裝置[6]。人工食管的研究始于1952年,Bemant[7]的實驗采用特制的聚乙烯管修補食管缺損,從而開辟了人工食管研究的先河。此后出現(xiàn)了各種類型的人工食管材料應(yīng)用于動物實驗,按其構(gòu)筑材料的不同,主要分為:人工合成材料人工食管[7-9]、生物型復(fù)合材料人工食管[10-12]、生物型人工食管[13-17]、以及組織工程化人工食管

8、[18,19]。近年來隨著材料科學(xué)及組織工程學(xué)的進步,人工食管構(gòu)筑的材料有了很大的進步,許多人工食管材料不僅具有誘生新生食管粘膜上皮及平滑肌細胞等結(jié)構(gòu)爬覆生長的作用,而且具有一定時間內(nèi)的可降解性,但是人工材料仍在不同程度上存在著各種的不足和禁忌癥,在動物實驗研究中在很大概率上發(fā)生了各種類型的手術(shù)并發(fā)癥,特別是早期無細胞的支架類人工食管,即:人工高分子材料人工食管和生物復(fù)合材料人工食管,由于單純的人工材料與人體組織相容性較差,血管、神經(jīng)等

9、組織結(jié)構(gòu)無法長入,新生食管組織難以爬覆,同時誘發(fā)肉芽組織過度生長及炎癥反應(yīng),其術(shù)后吻合口瘺、脫落以及吻合口狹窄等常見的手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率較高,因此此類材料研究僅停留在動物實驗研究階段,嚴(yán)重阻礙了其臨床應(yīng)用。而生物類材料以及組織工程材料在這些方面具有諸多優(yōu)點,特別是在目前熱門的組織工程技術(shù)的背景下發(fā)展起來的組織工程技術(shù)人工食管,在組織相容性優(yōu)良的支架類材料的基礎(chǔ)上植入一定數(shù)量的體外分離培養(yǎng)細胞或誘導(dǎo)后的骨髓干細胞,使之生長成管狀的“新生食管

10、”,能夠形成與食管的層次結(jié)構(gòu)相類似的管狀結(jié)構(gòu)。但是目前組織工程材料大量獲取的難度較大,甚至在很難應(yīng)用于大樣本的動物實驗當(dāng)中,但是為以后的人工食管的研究提供了一個具有廣闊發(fā)展前景的方向。
　　 目前在臨床食管重建手術(shù)中應(yīng)用的食管替代物為自體管狀組織器官,如胃、結(jié)腸以及游離空腸。這些器官與食管的解剖位置關(guān)系決定了以其進行食管重建手術(shù)必須在很大程度上改變消化道的結(jié)構(gòu),手術(shù)必須在胸腹腔同時進行,故手術(shù)的創(chuàng)傷以及對生理狀態(tài)的干擾較大。術(shù)后

11、除了吻合口瘺及狹窄等常見并發(fā)癥外,還有壞死、返流、消化功能紊亂和營養(yǎng)障礙等并發(fā)癥。即便如此,目前尚未找到其它更加滿意的食管替代物可以取代這些自體器官在臨床中的應(yīng)用,但在臨床實際中這些器官并不是在每一位患者中都可以采用,例如:這些自體器官本身的病變、可取得長度的局限以及多次手術(shù)后這些自體器官的無法再取得等情況,都可能迫切要求能夠有其它可以應(yīng)用的食管替代物作為自體器官食管替代物的補充或者單純作為其替代長度延長的手段。另外,一些簡單局限的食管

12、病變或創(chuàng)傷也不必要使用這些自體器官替代食管從而導(dǎo)致正常生理解剖結(jié)構(gòu)的改變。故自體組織瓣食管替代物便是應(yīng)這個要求而產(chǎn)生的。目前已經(jīng)進行過許多自體帶蒂組織瓣如帶蒂肺組織瓣[20,21]、肌皮瓣[22]、頸闊肌皮瓣[23,24]、骨膜肋間肌瓣[25,26]等的臨床或者動物實驗研究,然而,受組織瓣外形、周圍的解剖結(jié)構(gòu)和自身血液供應(yīng)等方面的影響,它們主要應(yīng)用于頸段食管,而對胸段食管并不適合應(yīng)用,另一方面,目前所研究的自體組織瓣大都限于使用其作為缺

13、損或者狹窄食管段的修補成形而不是病變食管段的完整替代。但是,自體的與食管鄰近的帶蒂組織瓣還是具有一些自身獨特的優(yōu)勢,是其它任何人工材料所無法比擬的。從原則上來說,這類自體食管替代組織必須具備血運良好、物理強度高、同食管粘膜具有一定的相容性及同源性、具有一定的表面積并易于卷成管狀的特征,同時其游離獲取等操作簡單而不對自體生理功能產(chǎn)生過大干擾。
　　 鑒于此,本研究所提出的構(gòu)想為采用自體膈肌瓣卷曲為管狀進行食管的替代重建。膈肌的片狀

14、結(jié)構(gòu)、較大的表面積和在胸腔中所處的位置決定其不僅可以用于一定長度的食管完全替代,而且能夠應(yīng)用于食管胸腔段。除此之外,帶蒂膈肌瓣具有許多其它方面的優(yōu)點,因此值得對其進行深入的研究。采用組織瓣卷曲成管狀行食管替代需要大塊的足夠長度的組織瓣,且不可避免地在其縱軸上形成較長縱行吻合口,因此這就要求組織瓣的各個部位具有豐富的血液供應(yīng)以及能夠承受足夠的應(yīng)力以保證其成活力及伸展性,從而避免其術(shù)后的吻合口瘺發(fā)生。而這就建立在對組織瓣的解剖結(jié)構(gòu)特別是其血

15、液供應(yīng)和相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)進行詳細的研究基礎(chǔ)上,以此為依據(jù)找到理論上的可行性,并積極地開展動物實驗研究,從而促進其最終的臨床應(yīng)用。臺灣學(xué)者Hung-chi Chen[22]曾經(jīng)對于特殊情況下的患者采用闊筋膜張肌皮瓣以及前臂橈側(cè)肌皮瓣成型為管狀行病變食管段的替代,這兩種肌皮瓣的血運及相關(guān)解剖在在以往的研究中已經(jīng)有過充分的闡述,因而能夠直接應(yīng)用于臨床。在以往的研究中,膈肌很少作為一個組織瓣進行研究,也沒有據(jù)此對其血液供應(yīng)及其相關(guān)結(jié)構(gòu)進行的系統(tǒng)的解

16、剖研究。而本研究的目的便旨在于此,通過對實驗動物膈肌及胸腔食管的實驗解剖學(xué)研究,為膈肌代食管手術(shù)動物模型的建立提供明確的依據(jù),從而為該手術(shù)的動物實驗研究提供良好的理論基礎(chǔ)。
　　 第一章:動脈放射造影術(shù)在豬膈肌血供解剖研究中的應(yīng)用
　　 目的:通過動物實驗研究證明明膠.氧化鉛和羧甲基纖維素鈉.氧化鉛放射造影術(shù)在豬膈肌供血動脈血管研究中的可行性和有效性,并通過分組實驗比較三種常見的放射造影術(shù)配方及灌注方法在對膈肌動脈血管造

17、影三維可視化模型建立中的優(yōu)缺點,從而為實驗動物膈肌供血動脈的研究提供一種良好的方法,并最終為膈肌代食管手術(shù)動物模型建立提供血管解剖學(xué)依據(jù)。
　　 方法
　　 1.實驗動物及分組:12頭雜種長白豬,按灌注填充劑的不同分成三組,依次編號。第①組為1-6號標(biāo)本,采用明膠(5％)-氧化鉛(25g/100ml蒸餾水)配方灌注；第②組為7-9號標(biāo)本,采用明膠(5％)-氧化鉛(50g/100ml蒸餾水)配方灌注；第③組為10-12號標(biāo)

18、本,采用羧甲基纖維素鈉(12％)-氧化鉛(25g/100ml蒸餾水)配方灌注。
　　 2.實驗方法:
　　 (1)實驗動物經(jīng)麻醉并采用乳膠動脈插管行頸總動脈插管,靜脈注射肝素經(jīng)抗凝處理后放血,然后采用等滲氯化鉀溶液沖洗血管,預(yù)處理完畢后標(biāo)本置于40℃溫水槽；
　　 (2)分別采用三種配方配制好造影劑后,采用合適的灌注手段經(jīng)頸總動脈插管盡量一次性全身灌注豬標(biāo)本動脈；
　　 (3)灌注完成后24小時內(nèi)采用16

19、排螺旋CT(GE Lights Speed,16pro)自進行無間斷連續(xù)薄層CT掃描,獲取DICOM格式原始斷層掃描圖像,導(dǎo)入GE Adw4.3工作站采用三維重建軟件包對動脈進行容積渲染(Volume Rendering,VR)重建、最大密度投影(Maximal Intensity Projection,MIP)重建；采用Dicom Work1.3.5軟件對原始斷層掃描圖像進行分析,評價各種灌注造影劑的均勻性,同時對三維重建圖像進行分析

20、,觀察膈肌供血血管的顯示和重建效果；
　　 (4)最后完整游離膈肌標(biāo)本行X線攝片,觀察各供血血管在膈肌上的分支分布情況。
　　 結(jié)果
　　 1.三組標(biāo)本經(jīng)頸總動脈插管最終灌注劑量分別為:第①組:25-35ml/kg體重(4號標(biāo)本灌注動脈破裂滲漏,不計入結(jié)果)；第②組:21-23ml/kg體重；第③組:17-21ml/kg體重。
　　 2.標(biāo)本灌注情況:第①、②組標(biāo)本灌注良好,除了部分標(biāo)本灌注出現(xiàn)通路堵塞和

21、灌注破裂情況,總體灌注過程順利；第③組標(biāo)本灌注過程困難,多次通路堵塞,反復(fù)插管。
　　 3.原始斷層掃描圖像分析:第①組圖像造影動脈周圍見少量放射狀偽影,CT-M數(shù)量級為4491-4645HU,CTm變異系數(shù)5.92-7.79％；動脈灌注飽滿,血管邊緣光滑,無明顯缺失中斷現(xiàn)象,圖像質(zhì)量良好；第②組圖像造影動脈周圍見異常強烈放射狀偽影,CT-M達6583.6714HU,CV4.08-5.71％,造影劑在血管內(nèi)連續(xù)性和飽滿度尚可,僅

22、見少數(shù)細小空泡影,總體圖像質(zhì)量較差；第③組圖像造影動脈放射狀偽影極少,CT-M數(shù)量級較低,為3870-4083HU,CV1.74-2.43％。但造影劑灌注連續(xù)性和飽滿度不佳,部分層面出現(xiàn)造影劑缺失和較大氣泡影,血管邊緣尚光滑,總體圖像質(zhì)量較差,不利于三維重建。
　　 4.三維重建:在1000HU閾值以上單獨對造影動脈進行重建,圖像質(zhì)量良好,重建圖像立體感強烈,并可進行旋轉(zhuǎn)切割及放大等處理；在1000HU閾值以下可同時顯示骨骼及軟

23、組織影像,但重建圖像動脈偽影明顯,且受軟組織和鈣化影影響較大,不利于觀察。第①組重建圖像效果良好,可觀察膈肌各供血動脈的來源和走形；第②組重建圖像動脈偽影較多,血管不光滑呈毛刺感；第③組圖像重建效果較差,多數(shù)動脈缺失中斷；結(jié)合VR和MIP兩種重建方法可很好地顯示膈肌動脈血管情況。
　　 5.游離膈肌標(biāo)本X線攝片:除第③組標(biāo)本由于灌注效果差導(dǎo)致膈肌標(biāo)本上動脈顯影不佳,其余組標(biāo)本在X線攝片圖像上可以全面直觀地觀察到膈肌各動脈在膈肌上

24、分支動脈網(wǎng)。
　　 結(jié)論
　　 1.放射造影術(shù)對于多重血供來源的膈肌的動脈血管解剖進行良好的觀察和研究手段；
　　 2.采用明膠(5％)-氧化鉛(25g/100ml蒸餾水)造影劑配方灌注對于動脈直徑細小的豬膈肌血管具有良好的造影和三維重建效果,易于實施,為本實驗對膈肌血管進行解剖研究成功的關(guān)鍵。
　　 3.氧化鉛放射造影術(shù)作為一種簡單并且全面的血管解剖學(xué)方法,可以更好地推廣應(yīng)用于組織瓣的血管解剖學(xué)研究。<

25、br>　　 第二章:豬膈肌血供來源及分布的實驗解剖學(xué)研究
　　 目的:研究豬膈肌的結(jié)構(gòu)以及動脈血供來源和分布情況,探討膈肌代食管手術(shù)的解剖學(xué)可行性,從而為進一步建立動物手術(shù)模型提供明確的解剖學(xué)依據(jù)。
　　 方法
　　 1.雜種長白豬6頭,麻醉后行頸動脈插管,經(jīng)動脈放血處死并經(jīng)插管灌注明膠-四氧化三鉛混懸液,然后行CT無間距連續(xù)掃描,將獲得的斷面數(shù)據(jù)輸入計算機軟件進行三維重建,在靜止三維圖像中觀察膈肌血管網(wǎng)的位置

26、和各條供血動脈的起源、走形、管徑及分支情況；
　　 2.CT掃描后切取完整膈肌及其連接部行X線攝片,觀察動脈在膈肌上分布、供血范圍及相互的吻合情況；
　　 3.對膈肌及其相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)進行大體解剖觀察及測量。
　　 結(jié)果:豬膈肌形態(tài)與動脈血供與人類大致相似,膈肌整體位置及纖維結(jié)構(gòu)存在部分差異,其多重血供主要來自肌膈動脈、心包膈動脈、肋間動脈肌支及膈動脈,其主干及主要分支在三維重建圖像上基本可明確顯示,在膈肌X線圖上