腹壁的機(jī)械特性
——各向異性及其臨床意義

陳 雙， 江志鵬

（中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院胃腸、疝和腹壁外科，廣東 廣州 510065）

從專業(yè)角度，外科醫(yī)師或許對腹壁的物理學(xué)機(jī)械特性興趣不大。但若要做好腹壁缺損的修補(bǔ)，不厘清腹壁機(jī)械特性幾乎無法確保術(shù)后的質(zhì)量。人體進(jìn)化了30多億年，一些微妙之處與手術(shù)原理密切相關(guān)。物理學(xué)上，腹壁的機(jī)械特性包括腹壁的剛性（stiffness）、順應(yīng)性（compliance）、變形性（deformability）、黏彈性（viscoelasticity）和各向異性（anisotropy）等。腹壁各部位組織始終存在著張力（荷載），張力有方向性[1]。所承受的張力與所在部位、人的體型及所做的動作密切相關(guān)。學(xué)習(xí)和理解這些物理知識是做好腹壁外科手術(shù)的必修課。本文從腹壁物理學(xué)機(jī)械特性之一各向異性出發(fā)，分析其臨床表現(xiàn)及意義。

各向同性與各向異性的概念

各向同性指某一物體在不同方向所測得的性能數(shù)值完全相同，亦稱均質(zhì)性。人體眼睛的房水、玻璃體等表現(xiàn)為各向同性，不同軸向的光線在這些結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的通透性無差異，無折射表現(xiàn)[2]。

腹壁則不同。人的腹壁由皮膚、皮下肌肉和筋膜系統(tǒng)組成。無論在活體還是尸體，腹壁在不同方向測量時表現(xiàn)出不同的特性，即各向異性。腹壁的各向異性主要體現(xiàn)在不同軸向，尤其是橫向（左、右兩側(cè)）和縱向（上、下兩側(cè)）的剛性和順應(yīng)性差異[3]。剛性指物體受外力時抵抗形變的能力，剛性越大，越不容易發(fā)生形變。順應(yīng)性指物體在外力作用下發(fā)生形變的難易度。與剛性正好相反，順應(yīng)性越大，物體越易變形。腹壁橫向的剛性更大，而縱向的順應(yīng)性更大。這一特點(diǎn)有助于實(shí)現(xiàn)腹壁功能：橫向維持腹壁張力和腹內(nèi)壓，輔助調(diào)整腹式呼吸；縱向保持軀體直立平衡和輔助軀體運(yùn)動[4]。

腹壁各向異性的解剖基礎(chǔ)

一、腹壁肌

腹壁肌肉由腹外斜肌、腹內(nèi)斜肌、膜橫肌和腹直肌組成。其中腹橫肌可承受的應(yīng)力最大，即剛性最大。在腹橫肌受到橫向力時，更多表現(xiàn)為等長收縮，即長度保持相對恒定而張力增加，這有助于腹壓的維持。腹直肌可承受的應(yīng)力最小，即剛性最小。當(dāng)受到縱向力時更易發(fā)生形變，表現(xiàn)為等張收縮，即長度發(fā)生變化而張力相對不變，這有助于軀體的運(yùn)動和保持直立彎曲等位置的調(diào)節(jié)。因此，腹壁肌整體表現(xiàn)為橫向剛性更大，縱向順應(yīng)性更大[4]。

二、腹白線

解剖學(xué)上，白線是由兩側(cè)腱膜的膠原纖維相互交錯形成，來自兩側(cè)腹壁的力交叉匯合于此[5]。宏觀上，兩側(cè)腹壁肌不同軸向的力匯聚在白線上，或互相抵消產(chǎn)生腹壁張力，或傳導(dǎo)到對側(cè)協(xié)同完成軀干運(yùn)動。生物力學(xué)研究中，通過共聚焦顯微鏡發(fā)現(xiàn)，白線分淺、深兩層。淺層主要由兩側(cè)腹直肌前鞘膠原纖維相互交錯形成；而深層更厚，含大量橫行纖維，與兩側(cè)腹直肌后鞘的橫行纖維相延續(xù)[6]。白線在生物力學(xué)上具有明顯的各向異性，橫向的剛性更強(qiáng)，可承載更多橫向的力，橫、縱向剛性之比可達(dá)8～9倍。研究還發(fā)現(xiàn)，腹壁的筋膜系統(tǒng)，包括腹直肌鞘、腹橫筋膜都表現(xiàn)出類似白線的各向異性。

未考慮腹壁各向異性的手術(shù)

一、Keyhole手術(shù)

Keyhole手術(shù)是人工材料修補(bǔ)造口旁疝的術(shù)式之一（見圖1）。文獻(xiàn)報道其術(shù)后復(fù)發(fā)率高達(dá)38%～44%[7]。其中補(bǔ)片上的孔，即keyhole變形或增寬，與造口腸管之間重新形成間隙，是主要的復(fù)發(fā)原因。有學(xué)者只是簡單認(rèn)為是補(bǔ)片皺縮的結(jié)果。但筆者認(rèn)為，Keyhole手術(shù)之所以容易復(fù)發(fā)，主要與腹壁的各向異性有關(guān)，是在手術(shù)原理上存在缺陷。在日?；顒又校捎诟贡诟飨虍愋缘奶攸c(diǎn)，造口周圍腹壁形變的幅度并不一致。一般縱向的形變幅度大于橫向，補(bǔ)片的keyhole也會隨之發(fā)生不均一性的變形（見圖2）。隨著時間推移，補(bǔ)片的keyhole必然會與造口腸管之間形成間隙，導(dǎo)致疝復(fù)發(fā)。因此，筆者認(rèn)為Keyhole手術(shù)的失敗只是時間問題。Sugarbaker手術(shù)則可避免類似的問題，因此其術(shù)后復(fù)發(fā)率較低。

圖1 造口旁疝Keyhole術(shù)式

圖2 腹壁各向異性影響keyhole形狀示意圖

二、完全腹膜外Sublay手術(shù)

完全腹膜外Sublay手術(shù)（totally extraperitoneal sublay，TES）是 2002 年 Miserez等[8]提出用腹腔鏡進(jìn)入腹直肌后間隙修復(fù)中央?yún)^(qū)缺損的手術(shù)方式，適用于臍疝等中央型疝修補(bǔ)。但筆者認(rèn)為，由于要在腹直肌后鞘與腹直肌之間游離足夠的范圍放置補(bǔ)片，必然會造成腹白線的過度破壞。尤其近年，部分外科醫(yī)師越來越推崇TES手術(shù)，將其推廣到各種類型的切口疝，為創(chuàng)建足夠的空間或打通手術(shù)入路，廣泛破壞白線等腹壁筋膜系統(tǒng)。這必然會影響腹壁的力學(xué)結(jié)構(gòu)，同時影響腹壁各向異性等力學(xué)特性。這些結(jié)構(gòu)和特性是維持腹壁張力、實(shí)現(xiàn)腹壁功能的重要環(huán)節(jié)，不必要的過度破壞，弊大于利。

腹壁缺損修補(bǔ)

腹壁缺損，包括材料都要從腹壁機(jī)械特性的角度考慮與設(shè)計修補(bǔ)。

一、腹壁缺損的縫合

既往對腹壁缺損的關(guān)閉是一種“平面”的對合，存在諸多問題，尤其是無法良好地恢復(fù)腹壁機(jī)械特性。筆者提出的“立體”縫合，利用魚骨線縫合時產(chǎn)生的“齒輪”和“變速箱”原理（見圖3），不僅解決疝囊死腔等問題，更重要的是恢復(fù)腹壁的厚度，從而降低缺損區(qū)域腹壁所承受的張力。根據(jù)Laplace定律，曲面的張力與厚度成反比，如此有效恢復(fù)腹壁的力學(xué)完整性和機(jī)械特性[9]。

圖3 “立體”縫合原理示意圖

另外，對于缺損呈圓形的腹壁疝，包括缺損發(fā)展成圓形的切口疝及原發(fā)性半月線疝、白線疝、臍疝等，關(guān)閉缺損的方向，也應(yīng)從腹壁的機(jī)械特性，尤其是各向異性去考慮。筆者認(rèn)為，對于這類腹壁疝，沿縱軸方向縫合關(guān)閉缺損更合理。因縫線的剛性大于腹壁組織，縱向縫合能維持腹壁橫向的剛性，同時不影響腹壁縱向的活動度。否則，由于腹壁縱向的活動度更大，橫向縫合易造成牽拉疼痛或組織切割。當(dāng)然，這還需進(jìn)一步的臨床研究來證實(shí)。

二、補(bǔ)片的設(shè)計和覆蓋

至目前，補(bǔ)片的設(shè)計主要側(cè)重和強(qiáng)調(diào)其抗張強(qiáng)度，以免發(fā)生補(bǔ)片結(jié)構(gòu)的破壞。然而有研究發(fā)現(xiàn)，切口疝術(shù)后復(fù)發(fā)大多數(shù)發(fā)生在補(bǔ)片的邊緣，而不是補(bǔ)片的機(jī)械性破壞。究其原因，補(bǔ)片的力學(xué)特性與腹壁不匹配是重要因素之一[4]。根據(jù)腹壁的各向異性特點(diǎn)，在設(shè)計補(bǔ)片時，應(yīng)通過編織技術(shù)使其橫向的剛性更大，縱向的順應(yīng)性更大，以增加補(bǔ)片與腹壁的契合度，同時對腹壁功能造成的干擾也會降至最低。

另外，復(fù)發(fā)疝修補(bǔ)時常會發(fā)現(xiàn)，復(fù)發(fā)更多發(fā)生在原補(bǔ)片的上、下緣而不是左、右兩側(cè)緣。這也與腹壁縱向的活動度更大有關(guān)。原缺損的上下緣隨著腹壁活動，更易再次暴露造成復(fù)發(fā)。因此，在修補(bǔ)切口疝放置補(bǔ)片時，應(yīng)更注重縱向覆蓋。

結(jié) 語

從物理學(xué)機(jī)械特性的角度重新認(rèn)識腹壁，有助于加深對腹壁功能的理解，疝外科的一些常見問題也可得到很好的解釋。各向異性是腹壁重要的機(jī)械特征之一，選擇術(shù)式、術(shù)中操作以及設(shè)計材料均應(yīng)遵循這一特性。筆者提出，沒有理論支撐的術(shù)式行之不遠(yuǎn)，有些術(shù)式遲早將退出歷史舞臺。外科醫(yī)師更應(yīng)熟悉這原理，這樣才能不斷推陳出新，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的更新迭代。