腸粘連形成過程中的生物力學(xué)分析

丁瑜 童仕倫 鄭勇斌 羅海平 施強(qiáng) 李盛波 肖高春 郝志楠

腸粘連是腹腔、盆腔手術(shù)后的常見并發(fā)癥，可引起腹痛及腸梗阻等不適。大量學(xué)者對(duì)術(shù)后腸粘連形成的機(jī)制及預(yù)防該粘連形成進(jìn)行了廣泛的研究[1-2]，也圍繞粘連形成的病理生理學(xué)和分子生物學(xué)機(jī)制形成和發(fā)展了部分可應(yīng)用于臨床的干預(yù)藥物與材料，但其療效尚不盡如人意[3-4]。有一點(diǎn)并未得到眾多研究者的足夠重視，即腸粘連除了炎癥及纖維化等變化外，同樣經(jīng)受復(fù)雜的力學(xué)作用。盡管腸粘連的形成及轉(zhuǎn)歸與粘連腸管間粘著力的動(dòng)態(tài)變化密切相關(guān)，但目前關(guān)于腸粘連形成的生物力學(xué)研究卻相對(duì)較少[5-7]。因此，本研究運(yùn)用生物力學(xué)方法動(dòng)態(tài)測(cè)定腸粘連形成過程中分離腸管間粘著的牽拉力變化，并分析不同牽拉力作用于腸管后腸壁發(fā)生的病理學(xué)變化，以期為腸粘連的臨床預(yù)防及治療提供新的理論依據(jù)。

材料與方法

一、動(dòng)物與設(shè)備

70只Wistar雄性大鼠(質(zhì)量合格證：00016792)，體重160～180 g，由湖北省疾控中心實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心提供，購入后適應(yīng)性飼養(yǎng)一周，室溫18℃～22℃，相對(duì)濕度50%～70%。張力儀為Toriemon FGC B 系列 NICEC-SHIMPO(日本)。

二、腸粘連模型構(gòu)建

依據(jù)參考文獻(xiàn)建立腸粘連模型[8]，簡(jiǎn)單描述其步驟如下：Wistar大鼠麻醉后，腹正中切口，去除切口右側(cè)腹壁部分區(qū)域腹膜(大小1 cm× 2 cm)并搔刮創(chuàng)面至滲血，暴露對(duì)應(yīng)盲腸漿膜面，紗布擦至點(diǎn)狀滲血，兩創(chuàng)面對(duì)合后置入腹腔并關(guān)腹。術(shù)后1～7 d每天隨機(jī)取10只鼠，分別再次開腹，暴露粘連部位，并使用手持張力儀測(cè)定分離粘連腸管的牽拉力并記錄(單位為g)。另取5 cm正常腸管，固定一端，未固定端分別加載20、40、60、80、100和120、140、160、180以及200克力牽拉腸管后，10%甲醛固定，腸管卷曲，石蠟包埋后沿腸管縱軸以4 μm連續(xù)切片，HE染色后觀察腸管病理學(xué)變化。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

一、粘連腸管牽拉力改變

70只大鼠腸粘連模型制備全部成功，成功率100.0%。并納入研究的所有大鼠均完整地測(cè)出術(shù)后第1～7天分離腸管間粘連的牽拉力，測(cè)定值分別為F1(58.672±13.286)g、F2(83.260±10.066)g、F3(103.280±16.389)g、F4(121.330±17.643)g、F5(145.180±17.454)g、F6(172.900±22.074)g和F7(191.900±20.838)g，見圖1。可見，分離各組大鼠腸管間粘連的牽拉力差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=77.282,P<0.01)，任意兩組牽拉力之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

二、牽拉力與時(shí)間的相關(guān)性分析

隨著時(shí)間的推移，分離腸管粘連的牽拉力逐漸增加。Pearson相關(guān)分析，分離腸粘連的牽拉力與粘連形成時(shí)間呈正相關(guān)(r=0.9973,P<0.01)。

三、不同牽拉力引起的腸壁病理變化

使用不同的牽拉力加載于腸管兩端后，隨著加載的牽拉力逐漸增加，病理學(xué)顯示，腸管壁的損傷逐漸加重，由原有的腸管基本正常結(jié)構(gòu)逐漸過渡到正常結(jié)構(gòu)破壞，直至腸黏膜結(jié)構(gòu)大范圍剝脫、正常形態(tài)消失。(圖2)

圖1 大鼠術(shù)后第1～7天分離腸管間粘連的牽拉力

討 論

正常腸管處于各種力相互作用的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中，包括腸系膜的牽拉力，腸內(nèi)容物壓迫對(duì)腸壁形成的張力，腸壁肌肉節(jié)律性收縮與松弛形成的腸管蠕動(dòng)推力，腸運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)容物與相對(duì)靜止的腸管壁間的相互剪切力。粘連腸管除了上述的力外，還受粘連帶對(duì)粘連腸管的牽拉，腸內(nèi)容物通過粘連部位時(shí)對(duì)腸管的擠壓，粘連腸管間相互的粘著力的作用。腸粘連的形成與轉(zhuǎn)歸與粘連腸管間的粘著力、將這種粘著分離開的牽拉力及不同的牽拉力對(duì)腸管壁組織的病理生理學(xué)影響等密切相關(guān)，但目前為止尚未見相關(guān)研究報(bào)道[9]。

本研究動(dòng)態(tài)測(cè)定腸粘連形成術(shù)后第1～7天內(nèi)分離粘連腸管的牽拉力，發(fā)現(xiàn)術(shù)后早期隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，該牽拉力逐漸增加，且分離粘連腸管所需的牽拉力與腸管粘連形成的時(shí)間呈正相關(guān)。提示術(shù)后早期粘連腸管間的粘著力隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加。術(shù)后腸粘連的過程涉及腹膜的損傷修復(fù)，炎癥細(xì)胞、因子的滲出及纖維蛋白滲出等多種因素[1,10]。鼠腸粘連模型研究顯示，術(shù)后早期腸粘連主要涉及纖維蛋白滲出、肉芽組織形成及間皮細(xì)胞減少或消失，而一周后間皮細(xì)胞與纖維細(xì)胞則融合在一起，最終形成具有神經(jīng)支配的無內(nèi)膜的血管樣粘連。因而，為解除術(shù)后腸管粘連的發(fā)生，需要逐漸增加干預(yù)力度來對(duì)抗這種粘著力的變化[11-13]。

A．正常腸管；B．小于等于60克力；C．80克力；D．100克力；E．120克力；F．140克力；G．160克力；H．180克力；I．200克力圖2 不同牽拉力引起的腸壁病理變化(HE染色，×20)

腸管的生理、病理學(xué)特性提示我們并不能無止境的增加牽拉力，因?yàn)檫^大的牽拉力可能損傷腸管[14]。為探索不同的牽拉力對(duì)腸管的影響，在本研究中我們同時(shí)檢測(cè)了使用不同力牽拉腸管后腸壁的病理學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)60 g或60 g以下力作用于腸管后腸黏膜能基本保持正常，纖毛整齊，黏膜下層，肌層及基底膜完整，腸管形態(tài)及結(jié)構(gòu)保持完整；使用80 g的力牽拉時(shí)腸黏膜變得扁平，但結(jié)構(gòu)尚保持完整，纖毛結(jié)構(gòu)變短，頂端不整齊，黏膜下層間隙增寬，肌層及漿膜層保持完整；而使用100 g力牽拉腸管時(shí)，則部分部位的纖毛結(jié)構(gòu)融合模糊，黏膜下層間隙增寬，部分部位出現(xiàn)黏膜下層分離。提示在使用100 g的牽拉力時(shí)腸管開始出現(xiàn)部分病理學(xué)上的損傷，進(jìn)一步使用更大的牽拉力可發(fā)現(xiàn)腸管損傷的加重，直至使用200 g的牽拉力時(shí)腸黏膜大范圍碎裂、崩解，剝離，黏膜層完全破壞，正常結(jié)構(gòu)消失，黏膜下層間隙增寬，剝脫，與黏膜及肌層之間的間隙模糊，肌層及漿膜層多處破壞、斷裂?？梢?，除在術(shù)后粘連形成的1～2 d內(nèi)，使用牽拉力分離粘連腸管可不損傷腸管壁外，以后其他時(shí)間段內(nèi)通過牽拉分開粘連的腸管均可導(dǎo)致腸管損傷，從而影響腸管功能[15]。

體內(nèi)粘連的腸管經(jīng)受腸管擴(kuò)張的張力、腸蠕動(dòng)的收縮力、腸內(nèi)容物形成的牽拉力及腸管活動(dòng)時(shí)的離心力等力的作用，但體內(nèi)導(dǎo)致粘連腸管間分離的主要作用力為腸管的重力和腸管活動(dòng)時(shí)的離心力對(duì)粘連部位的牽拉。特別是因粘連導(dǎo)致腸管內(nèi)容物通過粘連部位障礙或受限時(shí)，近端腸管內(nèi)腸內(nèi)容物積聚在腸腔內(nèi)形成的超大、超重的擴(kuò)張腸襻，因其重量增加形成更大的重力對(duì)粘連腸管間的牽拉力和超重腸管在機(jī)體活動(dòng)時(shí)因?yàn)閼T性或重力作用形成的粘連腸管間的更大離心力，將成為分離粘連腸管的主要作用力。

術(shù)后極早期恢復(fù)飲食進(jìn)行活動(dòng)在有利于粘連腸管的分離，有助于減少術(shù)后腸粘連的發(fā)生[16-17]。在傳統(tǒng)的觀念中，圍手術(shù)期禁飲食、術(shù)后疼痛、麻醉恢復(fù)不全等多因素導(dǎo)致患者早期活動(dòng)受限，因此多數(shù)患者錯(cuò)失了術(shù)后極早期在腸管間粘著力較小容易分離及分離時(shí)因其牽拉力較小且對(duì)腸管壁損傷更小的最佳預(yù)防粘連形成的時(shí)間窗口[18]。術(shù)后晚期隨著患者腸道功能的恢復(fù)，患者開始進(jìn)食并逐漸增加活動(dòng)，但隨著時(shí)間的推移，腸管粘連更為緊密，分離更為困難，分離時(shí)所需的牽拉力相對(duì)更大，對(duì)腸壁的損傷也相應(yīng)增加。因此，單純從預(yù)防腸粘連的層面上來考慮，快速康復(fù)外科中不限制患者飲食，鼓勵(lì)患者術(shù)后早期活動(dòng)等理念對(duì)預(yù)防和減少腹部手術(shù)后腸粘連和后續(xù)的粘連性腸梗阻具有重要意義[19-20]。

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