功能性肺切除治疗犬肺气肿的实验研究

　　　　 作者：谢春岩 孙宏 张慧 张晶瑜 陈晶 魏学武 张云

【摘要】 目的 探讨功能性肺切除对犬局限性肺气肿的治疗效果。方法 设计制造肺内支气管置入式单向通气阀，选取10只健康成年杂交犬，利用木瓜蛋白酶肺段支气管注入建立非均质型肺气肿的动物模型，纤维支气管镜下向目标靶区置入单向通气阀，监测肺CT及动脉血气分析变化情况。冰冻切片HE染色观察靶区肺组织病理变化。结果 1只犬麻醉过程中死亡，1只出现气胸，8只成功复制出肺气肿动物模型，胸部CT示靶区肺组织肺纹理明显减少，透光度增强，共成功放置8支单向阀于靶区肺段，1只脱落，置入单向阀2 w后，靶区肺组织出现肺不张及实变影。病理结果示肺泡塌陷，炎性细胞浸润，动脉血气分析在整个过程中未见明显变化。结论 肺内置入单向通气阀治疗局限型肺气肿在犬类动物实验中是可行的，有望在临床上使用推广。

【关键词】 肺气肿；功能性肺切除；单向阀；动物

　非均质型肺气肿是一种常见的、进行性发展的不可逆气流受限、病理学肺部终末细支气管远端气腔异常扩张，并伴有肺泡壁和细支气管破坏而无明显纤维化的疾病。晚期肺气肿保守治疗效果不佳。正中切口双侧肺减容术、单侧肺减容、胸腔镜辅助下肺减容术等是近年来治疗非均质型肺气肿的主要手段〔1〕。但因手术创伤较大，死亡率较高，术后常见的并发症及昂贵的费用常使患者及其家属望而却步。本研究采用纤维支气管镜下向目标靶区置入单向通气阀，使肺气肿靶区纤维化，形成无菌性肺不张，以达到无创治疗肺气肿的目的〔2〕。

　　1 资料与方法

　　1.1 材料

　　杂交犬10只，雌雄不拘，体重15～25 kg，吉林医药学院动物实验中心提供并饲养；双瓣合页式单向阀：由本单位与专业生产厂家共同自主研制（专利正在申请中）（图1），为镍钛合金制成，直径约8 mm，保证呼气时阀向近端开放，坏死组织及炎性分泌物可以排除，吸气时阀自动关闭，气体不能进入，远端设有四个固定架，防止阀脱出；木瓜蛋白酶，美国Sigma公司，活力单位：0.5～2.0 U/mg；Emotion6螺旋CT机：德国西门子公司；P40型纤维支气管镜：日本Olympus。

　　1.2 方法

　　1.2.1 动物模型的建立〔3〕

　　术前30 min肌内注射阿托品0.5 mg，丙泊酚（首次剂量5 mg/kg体重，维持剂量1 mg/kg）维持静脉麻醉，行胸部CT检查及抽取动脉血行血气分析，建立肺气肿模型时，均选取右下肺叶某一段为靶区，将犬仰卧于手术台上，建立心电监护，监测血氧饱和度，纤维支气管镜引导下经口气管插管(单腔7号)，经纤维支气管镜引入冲洗导管至经术前CT确立的靶肺段，注入木瓜蛋白酶（75 μg/kg）+还原型谷胱甘肽（8 mg/ml）氯化钠溶液后，大动物呼吸机给予正压通气（潮气量15 ml/kg，呼吸频率20次/min，氧浓度30%），连续15 min/次，停药放醒，同时给予头孢曲松钠1.0 g/次，静脉注射，待动物完全苏醒后，圈养观察，1次/w，连续4～6 w。术前行CT及动脉血气分析检测，术后每周行一次CT及血气分析检测。

　　1.2.2 单向阀置入〔4，5〕

　　CT检查示靶区肺组织肺纹理明显减少，透光度增强，肺气肿模型达到较理想状态后，经纤维支气管镜前端带气管插管，侧孔引入抓钳钳住单向阀固定轴，置入靶区肺段支气管开口处，观察单向阀开闭正常，退出支气管镜，麻醉清醒后，拔出气管插管，术后观察一般状态变化，2 w后行CT检查，处死，取靶区肺组织行冰冻切片HE染色，光镜下观察病理变化。

　　2 结 果

　　10只杂交犬，除1只犬麻醉过程中死亡、1只动物出现气胸淘汰外，8只成功复制出肺气肿动物模型，3只犬连续4 w注入木瓜蛋白酶4次，5只连续6 w注入木瓜蛋白酶6次。每只犬均出现不同程度的喘息症状。8只犬共向靶区成功放置8支单向阀，均为右下肺叶其中一段，2 w后CT检查示1只单向阀脱落，余7只均在原位。

　　2.1 典型影像学结果

　　与正常肺部CT（图2A）相比，靶区肺组织肺段纹理明显减少，肺野透光度增强（图2B），1例出现大泡状阴影。置入单向阀后可见阀位于右肺下叶支气管相应位置（图2C），置入2 w后，靶区肺组织明显萎缩，胸壁略黏连，塌陷，出现肺叶不张（图2D）。

　　2.2 动脉血气分析

　　与正常状态相比，置入单向阀前（肺气肿）及置入单向阀后2 w，动脉血PO2、PCO2、O2Sat、pH值差异均无统计学意义(P>0.05)。

　　2.3 肺组织病理变化

　　注入木瓜蛋白酶后，肺组织出现空泡状改变，肺泡相互融合（图3A），置入单向阀2 w后，肺组织少量炎性细胞浸润，肺泡塌陷，出现实变（图3B）。

　　3 讨 论

　　老年肺气肿的患病率显著上升，严重影响患者的生活质量，且晚期保守治疗效果不佳。肺减容术是近年来治疗重度肺气肿的有效方法，其通过手术的方法切除过度充气、无功能的靶区肺组织，减少肺容量，以恢复肺顺应性，最终达到消除或缓解肺气肿病人呼吸困难并提高生活质量的目的，主要包括正中切口双侧肺减容术、单侧肺减容、胸腔镜辅助下肺减容术等术式，但手术创伤较大，死亡率较高，术后并发症多及费用昂贵。随着内镜技术的发展，寻求一种微创甚至无创并有效的方法治疗肺气肿成为医务工作者关注的热点〔6，7〕。功能性肺切除是期望通过对局限在某一叶或段的肺组织（局灶性肺气肿）通过药物封闭、机械封闭或置入单向阀等方法〔8〕，以使这部分肺组织无通气功能，从而出现该部分肺组织萎陷、局灶性纤维化和肺不张，使通气血流再分布，形成无菌性肺不张，从而达到功能性切除的目的，避免了手术给患者带来的巨大痛苦。其中又因单向阀可以通过正常呼吸过程的胸廓收缩与扩张、咳嗽、喘息等方式，将内部可能出现的坏死组织及炎性分泌物排出体外。

　　目前国内外使用的单向阀主要有伞形瓣（IBV）、鸭嘴形瓣（EBV）、三尖瓣型等〔9〕，还没有资料显示哪一种类型的阀在肺气肿治疗上有更大的优势。且有的因设计制造复杂，成本高，无固定支架，易脱落等原因，限制了临床使用及推广。虽然单向阀的推广及使用过程中遇到了很多困难，但还是有许多种类的单向阀正在被设计制造，并在临床试验中显示出了较好的效果〔10〕，且像美国Crespo等设计的Zephyr(r) EBV已经被美国国家食品药品管理委员会的同意，进行临床试验〔11〕。

　　本实验中所采用的单向阀为镍钛合金的圆柱状，组织相容性较好，内置两片合页状叶片，随着呼吸过程中的力学的变化，叶片能自动开闭，以确保外界的空气尽可能少的进入远端，而远端的气体、坏死组织及炎性分泌物可以随呼吸排出体外，以达到无菌性肺不张的目的；圆柱体外沿设有固定支架，可以有效防止置入后脱出。设计制造单向阀之前，对犬肺组织进行解剖，确定了段支气管开口的直径约0.6～1.0 cm，叶支气管开口直径约1.0～1.5 cm，但此次设计的单向阀直径均为0.8 cm，适合于犬的某一肺段的放置，在进一步的实验中可以设计制造不同规格的单向阀以适应不同部位放置的需要，同时由于此阀直径小，内置叶片及轴，可被痰栓等堵塞，长期放置可导致炎性肉芽包裹；还发现本阀在取出过程中可能导致深部气管壁的划伤，但一般出血量不大，可自行止血或通过局部喷洒止血药以达到止血的目的。如何寻找一种组织相容性更好，或者可以自行吸收的材料，以使置入单向阀后可以不予取出，是我们下一步关注的课题。

　　结合国内外目前的研究现状，与专业生产厂家的工程师探讨，设计制备了此单向阀，该单向阀原理简单，设有钳夹固定轴，在纤维支气管镜直视下放置，操作方便，容易掌握，设有四个固定支架，不易脱落，与国内外同类产品相比，价格低廉，在动物实验中取得了较好的效果，预计在临床上逐步推广，应有较好的应用前景。

　　致谢：感谢白求恩科学基金对本实验的支持，感谢在本实验实施过程中给予帮助的同事、朋友们。

参考文献

　1 Fishman A， Martinez F， Naunheim K， et al. A randomized trial comparing lungvolumereduction surgery with medical therapy for severe emphysema〔J〕.N Engl J Med， 2003；348:205973.

　　2 Toma TP， Hopkinson NS， Hillier J， et al. Bronchoscopic volume reduction with valve implants in patients with severe emphysema〔J〕.Lancet，2003；361:9313.

　　3 吴 琦，华静娜，范 勇，等.应用木瓜蛋白酶建立绵羊肺气肿模型〔J〕.天津医药，2006；34(9):63840.

　　4 Charlie Strange， Felix JF Herth， Kevin L Kovitz， et al. Design of the Endobronchial Valve for Emphysema Palliation Trial(VENT): a nonsurgical method of lung volume reduction〔J〕. BMC Pulmonary Med，2007；7:10.

　　5 范 勇，吴 琦，梁春宝，等.国产支架支气管肺减容术在绵羊肺气肿模型中的初步应用〔J〕.中国内镜杂志，2007；13：104951.

　　6 王 萍.经支气管镜肺减容术〔J〕.中华胸心血管外科杂志，2006；22(1)：725.

　　7 李麟荪，黄求理.肺气肿介入治疗新进展〔J〕.现代实用医学，2009；21(5)：4212.

　　8 林立尧，黄汉荣，贾钢伟.肺减容术治疗慢性阻塞性肺气肿的进展〔J〕.社区医学杂志，2008；6(21)：5312.

　　9 严振球，宁资社，贺端清，等.经支气管镜肺减容的研究现状〔J〕.临床军医杂志，2006；8(34)：498500.

　　10 Leroy S， Marquette CH. VENT: International study of bronchoscopic lung volume reduction as a palliative treatment for emphysema〔J〕. RevMal Respir， 2004；21:114452.

　　11 Crespo MM， Johnson BA， McCurry KR， et al. Use of endobronchial valves for native lung hyperinflation associated with respiratory failure in a singlelung transplant recipient for emphysema〔J〕. Chest，2007；131(1):2146.