猪膈肌血供来源及分布的实验解剖学研究

发布时间：2018-08-23 12:39

【摘要】：研究背景食管疾病是我国常见的消化道疾病之一,特别是在我国的许多地区为食管癌的高发地区。目前许多食管良性和恶性疾病以及先天性和后天性疾病都需要进行有效且符合生理的食管重建,即对病变食管段进行充分切除后进行足够长度的重建。食管重建是食管外科中除病变的切除、畸形的矫正或者创伤的修复以外最为核心的部分,也是恢复食管的连续性的唯一途径。另一方面,食管重建对于食管疾病患者的生存质量极为重要,只有重建食物通道才能恢复正常的经口饮食,才能保证更符合生理、更有效的营养摄入。因此便出现了食管替代物(substitute for the esophagus, SE)这一个食管外科长期以来进行研究的重大课题。有效的食管重建需要的是理想的食管替代物,自现代食管外科发展的许多年来,胸外科医务工作者一直没有停止对理想的食管替代物的研究。为此进行了许多动物实验方面的研究,并取得许多有意义并对今后的研究具有深入启示的研究成果,其中人工食管便是其中重要的热门研究方向。从理论上来说,理想的食管替代物应该具有以下重要的特点：①来源广泛：由于食管替代物必须大量应用于食管外科临床手术当中,因此首先必须具有广泛可靠的来源,比较容易获得,所以这也成为食管替代物应用研究需要考虑的首要问题；②需具备与正常食管相似的物理特性：即一定程度的伸展性、蠕动性及弹性等,同时还应具备在最大程度上符合胸腔内的解剖生理特性。因为虽然人工食管植入体内以后从理论上说主要承担延续食管并起到食物通道的过程,但是如果单纯以此为目的简单设计一个管状通道,完全丧失食管应有的物理特性及生理功能便会严重扰乱正常的生理机能；⑧一定程度的抗排斥性或组织相容性：食管替代物作为一种移植物植入体内后可能在不同程度上产生一定的排斥反应,这是食管重建手术能否成功的关键,所以目前所研究的各种类型的食管替代物所关注的一个重要方面便是其与人体的组织相容性,否则将无法与自身组织完全愈合达到生物学固定,最终不可避免地发生脱落。在这方面上显然自体器官以及自体组织瓣占有很大的优势；④无毒性：由于食管替代物植入人体以后必须很长一段时间内在体内存留,目前所研究的许多人工材料或者生物型复合材料食管替代物具有自我降解性,这就要求这些材料本身或者其降解产物经人体代谢后不存在明显的毒性,且长期存留体内不会存在明显的致癌性质；⑤耐腐蚀性：食管替代物植入后与胃相连,处于一个高酸度的污染环境,需经受胃液及食团的反复冲击。并且它邻近与心肺等重要器官,其破裂腐蚀后将产生胸腔纵膈器官感染,产生严重的后果,因此其必须具有良好的耐腐蚀性。食管替代物植入由于受手术方式、患者自身身体条件以及自身的理化性质的影响,可能在不同程度上产生许多术后并发症,这将成为今后食管替代物研究及其最终应用于临床的一个重要的制约因素。根据以上的原则,经过近50多年来的研究,人们设计了许多种类的食管替代物,并为此进行了大量的动物实验并取得了许多重要进展。总结起来说,目前种类繁多的食管替代物大致可以分为两类：①人工食管(artificial esophagus, AE);②自体其他组织或器官。所谓人工食管就是采用生物医学工程、组织工程学以及生物材料学等技术制造的一种短暂替代食管功能同时能够诱导新生食管的再生重塑和功能重建的管状装置[6]0人工食管的研究始于1952年,Beman的实验采用特制的聚乙烯管修补食管缺损,从而开辟了人工食管研究的先河。此后出现了各种类型的人工食管材料应用于动物实验,按其构筑材料的不同,主要分为：人工合成材料人工食管[7-9]、生物型复合材料人工食管、生物型人工食管、以及组织工程化人工食管。近年来随着材料科学及组织工程学的进步,人工食管构筑的材料有了很大的进步,许多人工食管材料不仅具有诱生新生食管粘膜上皮及平滑肌细胞等结构爬覆生长的作用,而且具有一定时间内的可降解性,但是人工材料仍在不同程度上存在着各种的不足和禁忌症,在动物实验研究中在很大概率上发生了各种类型的手术并发症,特别是早期无细胞的支架类人工食管,即：人工高分子材料人工食管和生物复合材料人工食管,由于单纯的人工材料与人体组织相容性较差,血管、神经等组织结构无法长入,新生食管组织难以爬覆,同时诱发肉芽组织过度生长及炎症反应,其术后吻合口瘘、脱落以及吻合口狭窄等常见的手术并发症发生率较高,因此此类材料研究仅停留在动物实验研究阶段,严重阻碍了其临床应用。而生物类材料以及组织工程材料在这些方面具有诸多优点,特别是在目前热门的组织工程技术的背景下发展起来的组织工程技术人工食管,在组织相容性优良的支架类材料的基础上植入一定数量的体外分离培养细胞或诱导后的骨髓干细胞,使之生长成管状的“新生食管”,能够形成与食管的层次结构相类似的管状结构。但是目前组织工程材料大量获取的难度较大,甚至在很难应用于大样本的动物实验当中,但是为以后的人工食管的研究提供了一个具有广阔发展前景的方向。目前在临床食管重建手术中应用的食管替代物为自体管状组织器官,如胃、结肠以及游离空肠。这些器官与食管的解剖位置关系决定了以其进行食管重建手术必须在很大程度上改变消化道的结构,手术必须在胸腹腔同时进行,故手术的创伤以及对生理状态的干扰较大。术后除了吻合口瘘及狭窄等常见并发症外,还有坏死、返流、消化功能紊乱和营养障碍等并发症。即便如此,目前尚未找到其它更加满意的食管替代物可以取代这些白体器官在临床中的应用,但在临床实际中这些器官并不是在每一位患者中都可以采用,例如：这些自体器官本身的病变、可取得长度的局限以及多次手术后这些自体器官的无法再取得等情况,都可能迫切要求能够有其它可以应用的食管替代物作为自体器官食管替代物的补充或者单纯作为其替代长度延长的手段。另外,一些简单局限的食管病变或创伤也不必要使用这些自体器官替代食管从而导致正常生理解剖结构的改变。故自体组织瓣食管替代物便是应这个要求而产生的。目前已经进行过许多自体带蒂组织瓣如带蒂肺组织瓣、肌皮瓣、颈阔肌皮瓣、骨膜肋间肌瓣等的临床或者动物实验研究,然而,受组织瓣外形、周围的解剖结构和自身血液供应等方面的影响,它们主要应用于颈段食管,而对胸段食管并不适合应用,另一方面,目前所研究的自体组织瓣大都限于使用其作为缺损或者狭窄食管段的修补成形而不是病变食管段的完整替代。但是,自体的与食管邻近的带蒂组织瓣还是具有一些自身独特的优势,是其它任何人工材料所无法比拟的。从原则上来说,这类自体食管替代组织必须具备血运良好、物理强度高、同食管粘膜具有一定的相容性及同源性、具有一定的表面积并易于卷成管状的特征,同时其游离获取等操作简单而不对自体生理功能产生过大干扰。鉴于此,本研究所提出的构想为采用自体膈肌瓣卷曲为管状进行食管的替代重建。膈肌的片状结构、较大的表面积和在胸腔中所处的位置决定其不仅可以用于一定长度的食管完全替代,而且能够应用于食管胸腔段。除此之外,带蒂膈肌瓣具有许多其它方面的优点,因此值得对其进行深入的研究。采用组织瓣卷曲成管状行食管替代需要大块的足够长度的组织瓣,且不可避免地在其纵轴上形成较长纵行吻合口,因此这就要求组织瓣的各个部位具有丰富的血液供应以及能够承受足够的应力以保证其成活力及伸展性,从而避免其术后的吻合口瘘发生。而这就建立在对组织瓣的解剖结构特别是其血液供应和相关附属结构进行详细的研究基础上,以此为依据找到理论上的可行性,并积极地开展动物实验研究,从而促进其最终的临床应用。台湾学者Hung-chi Chen曾经对于特殊情况下的患者采用阔筋膜张肌皮瓣以及前臂桡侧肌皮瓣成型为管状行病变食管段的替代,这两种肌皮瓣的血运及相关解剖在在以往的研究中已经有过充分的阐述,因而能够直接应用于临床。在以往的研究中,膈肌很少作为一个组织瓣进行研究,也没有据此对其血液供应及其相关结构进行的系统的解剖研究。而本研究的目的便旨在于此,通过对实验动物膈肌及胸腔食管的实验解剖学研究,为膈肌代食管手术动物模型的建立提供明确的依据,从而为该手术的动物实验研究提供良好的理论基础。第一章动脉放射造影术在猪膈肌血供解剖研究中的应用目的通过动物实验研究证明明胶-氧化铅和羧甲基纤维素钠-氧化铅放射造影术在猪膈肌供血动脉血管研究中的可行性和有效性,并通过分组实验比较三种常见的放射造影术配方及灌注方法在对膈肌动脉血管造影三维可视化模型建立中的优缺点,从而为实验动物膈肌供血动脉的研究提供一种良好的方法,并最终为膈肌代食管手术动物模型建立提供血管解剖学依据。方法 1.实验动物及分组：12头杂种长白猪,按灌注填充剂的不同分成三组,依次编号。第①组为1-6号标本,采用明胶(5%)-氧化铅(25g/100ml蒸馏水)配方灌注；第②组为7-9号标本,采用明胶(5%)-氧化铅(50g/100ml蒸馏水)配方灌注；第③组为10-12号标本,采用羧甲基纤维素钠(12%)-氧化铅(25g/100ml蒸馏水)配方灌注。 2.实验方法：(1)实验动物经麻醉并采用乳胶动脉插管行颈总动脉插管,静脉注射肝素经抗凝处理后放血,然后采用等渗氯化钾溶液冲洗血管,预处理完毕后标本置于40℃温水槽；(2)分别采用三种配方配制好造影剂后,采用合适的灌注手段经颈总动脉插管尽量一次性全身灌注猪标本动脉；(3)灌注完成后24小时内采用16排螺旋CT (GE Lights Speed,16pro)自进行无间断连续薄层CT扫描,获取DICOM格式原始断层扫描图像,导入GE Adw4.3工作站采用三维重建软件包对动脉进行容积渲染(Volume Rendering, VR)重建、最大密度投影(Maximal Intensity Projection, MIP)重建；采用DicomWorkl.3.5软件对原始断层扫描图像进行分析,评价各种灌注造影剂的均匀性,同时对三维重建图像进行分析,观察膈肌供血血管的显示和重建效果；(4)最后完整游离膈肌标本行X线摄片,观察各供血血管在膈肌上的分支分布情况。结果 1.三组标本经颈总动脉插管最终灌注剂量分别为：第①组：25-35ml/kg体重(4号标本灌注动脉破裂渗漏,不计入结果)；第②组：21-23ml/kg体重；第③组：17-21ml/kg体重。 2.标本灌注情况：第①、②组标本灌注良好,除了部分标本灌注出现通路堵塞和灌注破裂情况,总体灌注过程顺利；第③组标本灌注过程困难,多次通路堵塞,反复插管。 3.原始断层扫描图像分析：第①组图像造影动脉周围见少量放射状伪影,CT-M数量级为4491-4645HU, CTm变异系数5.92-7.79%；动脉灌注饱满,血管边缘光滑,无明显缺失中断现象,图像质量良好；第②组图像造影动脉周围见异常强烈放射状伪影,CT-M达6583-6714HU, CV4.08-5.71%,造影剂在血管内连续性和饱满度尚可,仅见少数细小空泡影,总体图像质量较差；第③组图像造影动脉放射状伪影极少,CT-M数量级较低,为3870-4083HU, CV1.74-2.43%。但造影剂灌注连续性和饱满度不佳,部分层面出现造影剂缺失和较大气泡影,血管边缘尚光滑,总体图像质量较差,不利于三维重建。 4.三维重建：在1000HU阈值以上单独对造影动脉进行重建,图像质量良好,重建图像立体感强烈,并可进行旋转切割及放大等处理；在1000HU阈值以下可同时显示骨骼及软组织影像,但重建图像动脉伪影明显,且受软组织和钙化影影响较大,不利于观察。第①组重建图像效果良好,可观察膈肌各供血动脉的来源和走形；第②组重建图像动脉伪影较多,血管不光滑呈毛刺感；第③组图像重建效果较差,多数动脉缺失中断；结合VR和MIP两种重建方法可很好地显示膈肌动脉血管情况。一5.游离膈肌标本X线摄片：除第③组标本由于灌注效果差导致膈肌标本上动脉显影不佳,其余组标本在X线摄片图像上可以全面直观地观察到膈肌各动脉在膈肌上分支动脉网。结论 1.放射造影术对于多重血供来源的膈肌的动脉血管解剖进行良好的观察和研究手段； 2.采用明胶(5%)-氧化铅(25g/100ml蒸馏水)造影剂配方灌注对于动脉直径细小的猪膈肌血管具有良好的造影和三维重建效果,易于实施,为本实验对膈肌血管进行解剖研究成功的关键。 3.氧化铅放射造影术作为一种简单并且全面的血管解剖学方法,可以更好地推广应用于组织瓣的血管解剖学研究。第二章猪膈肌血供来源及分布的实验解剖学研究目的研究猪膈肌的结构以及动脉血供来源和分布情况,探讨膈肌代食管手术的解剖学可行性,从而为进一步建立动物手术模型提供明确的解剖学依据。方法 1.杂种长白猪6头,麻醉后行颈动脉插管,经动脉放血处死并经插管灌注明胶-四氧化三铅混悬液,然后行CT无间距连续扫描,将获得的断面数据输入计算机软件进行三维重建,在静止三维图像中观察膈肌血管网的位置和各条供血动脉的起源、走形、管径及分支情况； 2.CT扫描后切取完整膈肌其连接部行X线摄片,观察动脉在膈肌上分布、供血范围及相互的吻合情况； 3.对膈肌及其相关附属结构进行大体解剖观察及测量。结果猪膈肌形态与动脉血供与人类大致相似,膈肌整体位置及纤维结构存在部分差异,其多重血供主要来自肌膈动脉、心包膈动脉、肋间动脉肌支及膈动脉,其主干及主要分支在三维重建图像上基本可明确显示,在膈肌X线图上可见其在膈肌上分布区域明确,相互间吻合广泛。结论猪膈肌的形态特征、肌纤维结构、动脉血管分布以及同食管的解剖位置关系具备切取带蒂膈肌瓣并行食管重建即膈肌代食管术的解剖学可行性,猪膈动脉自膈肌脚肌肉中上行,分支明确广泛,且与食管毗邻,以其为血管蒂具有确实的解剖学可行性,应作为带蒂膈肌瓣行食管重建的最佳选择。
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【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：R322

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