基于磁屏蔽設(shè)計的磁吻合環(huán)建立大鼠胃旁路手術(shù)的實驗研究

張苗苗，李恒，吝怡，魏欣怡，李美豫，劉俊杰，呂毅，嚴(yán)小鵬

1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.肝膽外科；b.精準(zhǔn)外科與再生醫(yī)學(xué)國家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西 西安 710061；2.西安交通大學(xué) 啟德書院，陜西 西安 710061

引言

胃腸道吻合是重建消化道連續(xù)性的重要方法。胃旁路手術(shù)通過對消化道進(jìn)行改道，是經(jīng)典的減重代謝手術(shù)方式[1]。有關(guān)胃旁路手術(shù)改變機體代謝功能的機制雖有大量研究但仍未明確。SD大鼠是研究代謝性疾病的常用動物模型，但大鼠胃腸道較細(xì)，利用手工縫線對大鼠進(jìn)行胃腸道吻合重建制備動物模型學(xué)習(xí)曲線較長，模型制備成功率較低[2]。套管法[3]、激光焊接法[4]用于腸道吻合已有報道，但技術(shù)尚不成熟。

磁壓榨技術(shù)（Magnetic Compression Technique，MCT）是借助磁體間的吸力，實現(xiàn)多種應(yīng)用場景下的空腔臟器的吻合、管腔限流等功能的技術(shù)[5]。磁吻合是MCT的重要應(yīng)用方向，磁吻合可用于血管端端吻合、側(cè)側(cè)吻合[6-8]、消化道吻合[9-10]、復(fù)雜消化道瘺修補[11-12]、治療性造瘺[13]和病理性瘺動物模型制備[14-15]等方面。在前期研究中，我們成功實現(xiàn)了大鼠消化道單個吻合口的磁吻合重建[16-18]。

胃旁路術(shù)中需要建立胃腸、腸腸兩個吻合口，如果全部采用現(xiàn)有磁環(huán)吻合，則會發(fā)生磁體間的非計劃相吸，導(dǎo)致實驗失敗。為此，本研究中為防止狹小空間內(nèi)兩對磁體非計劃相吸導(dǎo)致腸管扭曲梗阻、吻合失敗、腸漏發(fā)生，我們基于磁屏蔽技術(shù)理論，設(shè)計了以坡莫合金為外殼、以釹鐵硼磁環(huán)為內(nèi)核的殼核結(jié)構(gòu)磁吻合環(huán)，并進(jìn)行了動物實驗，驗證了該磁吻合在大鼠胃旁路手術(shù)模型中應(yīng)用的可行性，現(xiàn)報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

12只SD大鼠，雌雄各半，體重200～250 g，購于西安交通大學(xué)實驗動物中心，本實驗不設(shè)置對照組，12只SD大鼠均采用磁吻合。該實驗經(jīng)倫理委員會批準(zhǔn)(審批號：XJTULAC2019-1001)

1.2 磁吻合環(huán)的設(shè)計

該實驗中用于胃腸及腸腸吻合的磁吻合環(huán)大小、形狀及結(jié)構(gòu)相同，均為由坡莫合金外殼與釹鐵硼磁環(huán)組裝而成。磁環(huán)外徑5 mm、內(nèi)徑3 mm、厚2 mm，由N45燒結(jié)釹鐵硼加工而成，表面電鍍鎳，飽和充磁。坡莫合金外殼整體呈U形，壁厚0.5 mm，U形外殼底部為有直徑3 mm的孔。磁環(huán)與坡莫合金外殼剛好滿足緊配組裝。磁吻合環(huán)實物如圖1所示。

圖1 磁吻合環(huán)

1.3 手術(shù)操作

本實驗?zāi)康臑轵炞C殼核結(jié)構(gòu)設(shè)計的磁吻合環(huán)在狹小空間內(nèi)完成兩個吻合口重建的可行性，實驗參照胃旁路手術(shù)，擬同時完成胃腸吻合和腸腸吻合兩個部位的吻合。常規(guī)開腹探查無異常后，在距Treitz韌帶遠(yuǎn)端12 cm左右橫斷空腸并充分游離系膜，經(jīng)空腸斷端分別置入磁吻合環(huán)，遠(yuǎn)端空腸上提并與胃行胃腸磁吻合，距離胃腸磁吻合口10 cm處遠(yuǎn)端空腸與近端空腸行空腸端側(cè)磁吻合，從而完成消化道旁路重建。當(dāng)吻合建立后磁環(huán)經(jīng)消化道排出體外。

1.4 操作方法

SD大鼠術(shù)前禁食12 h，不禁飲。3%戊巴比妥鈉（0.1 mL/100 g）腹腔注射。麻醉滿意后仰臥位固定，常規(guī)備皮、消毒，選擇上腹正中切口進(jìn)腹，長約4 cm。按照前述手術(shù)操作完成胃腸、腸腸磁吻合。

術(shù)后即行腹部正側(cè)位X線片，觀察兩個磁吻合部位的磁體位置，術(shù)后單籠飼養(yǎng)，磁體排出前給予無渣流食。嚴(yán)密觀察并記錄磁體排出時間。

2 結(jié)果

12只SD大鼠，除1只因麻醉意外死亡外，其余11只大鼠均順利完成了胃腸、腸腸磁吻合重建。術(shù)中胃腸、腸腸磁吻合見圖2。術(shù)后腹部正、側(cè)位片見圖3。術(shù)操作時間為40～63 min，平均手術(shù)操作時間為（49.73±6.34）min，術(shù)后腹部X線檢查提示胃腸吻合口磁體和膽腸吻合口磁體未相互吸引。11只大鼠均存活良好，所有磁體均順利排出。磁體排出時間為6～13 d，平均（9.14±1.89）d。

圖2 胃腸、腸腸磁吻合

圖3 術(shù)后腹部X線檢查

3 討論

磁外科是一門新興的技術(shù)學(xué)科，借助磁場力的“非接觸性”特點，可簡化吻合操作、輔助實現(xiàn)減戳孔腔鏡手術(shù)、與內(nèi)窺鏡技術(shù)結(jié)合可用于內(nèi)鏡下消化道吻合[19]。磁外科技術(shù)主要包括MCT、磁導(dǎo)航技術(shù)、磁錨定技術(shù)、磁懸浮技術(shù)、磁示蹤技術(shù)五大類[20]，近期又有學(xué)者提出了磁驅(qū)動技術(shù)[21]。磁吻合屬于MCT范疇，磁吻合不同于縫線吻合和釘式吻合，因此又被有些學(xué)者稱為第三種吻合[10]。在磁吻合過程中，夾在磁體間的組織發(fā)生緩慢的缺血-壞死-脫落，磁體外組織則發(fā)生粘連-修復(fù)-愈合[22]。磁吻合在諸多空腔臟器吻合中已被應(yīng)用，具有簡化操作、吻合口愈合良好等諸多優(yōu)點。

現(xiàn)有的磁吻合研究大都集中于單一吻合口重建，當(dāng)機體內(nèi)需要多個部位吻合重建時，尤其是吻合口相鄰較近，在狹小空間內(nèi)多對磁體并存會導(dǎo)致磁體間相互吸引，并由此可能導(dǎo)致管腔扭曲。在消化道多個部位磁吻合重建時，因不同吻合部位磁體脫落時間不同，磁體間的非計劃相吸還能引起內(nèi)瘺或腸梗阻的發(fā)生。因此，如何利用磁吻合技術(shù)實現(xiàn)同一機體多部位吻合重建具有重要意義。磁屏蔽是工科中常用技術(shù)，借助高導(dǎo)磁率材料可使磁體的磁力線方向發(fā)生改變，對非工作面的磁力線進(jìn)行約束。磁屏蔽為解決多對磁體間的相互吸引干擾提供了有效的解決方法。

該研究基于磁屏蔽理論設(shè)計了殼核結(jié)構(gòu)的磁吻合環(huán)，磁環(huán)選用磁學(xué)性能優(yōu)良的釹鐵硼材料加工而成，外殼采用高導(dǎo)率的坡莫合金。殼與核緊配組裝后，磁環(huán)的磁力線被U形的坡莫合金外殼引導(dǎo)至吸合面，非吸合面（包括底面和側(cè)面）的磁力線大大減少，從而可有效避免磁體間非計劃相吸。大鼠的腹腔空間極其狹小，因此該實驗以大鼠胃旁路手術(shù)為例驗證了基于磁屏蔽技術(shù)設(shè)計的磁吻合環(huán)應(yīng)用效果。實驗結(jié)果顯示，磁環(huán)加載坡莫合金外殼后即使在大鼠腹腔這樣狹小的空間內(nèi)也不會相互吸引干擾，在吻合口建立后體內(nèi)的兩對磁體各自獨立排出體外，未出現(xiàn)相互吸引，充分顯示出坡莫合金外殼對磁場的屏蔽效果。手術(shù)時間也比任亦星等[2]報道的大鼠胃旁路手術(shù)時間明顯縮短。

基于磁屏蔽理論的磁吻合環(huán)的設(shè)計充分說明了磁外科中磁性器械設(shè)計的靈活性和多樣性，該設(shè)計也是充分遵循了磁體設(shè)計 “西安原則”中“符合磁力學(xué)基本規(guī)律的原則”[23]。本研究結(jié)果顯示靈活運用磁屏蔽理論，通過殼核結(jié)構(gòu)的磁吻合環(huán)可實現(xiàn)狹小空間內(nèi)多部位磁吻合重建，這在臨床實際應(yīng)用中具有重要意義。