用于治療女性壓力性尿失禁的磁控裝置的設(shè)計及實驗研究

張苗苗，吉 琳，史愛華，馬 佳，呂 毅，嚴小鵬

(1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科，陜西 西安 710061；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院精準外科與再生醫(yī)學(xué)國家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西 西安 710061；3.陜西省人民醫(yī)院腫瘤外科，陜西 西安 710068)

壓力性尿失禁是影響女性健康和生活質(zhì)量的常見疾病，以患者咳嗽、打噴嚏等造成腹腔壓力增加時出現(xiàn)不自主漏尿為主要表現(xiàn)[1]。據(jù)報道，國外女性壓力性尿失禁發(fā)病率高達36.6%；國內(nèi)成年女性發(fā)病率為18.9%，其中50～59歲女性患病率高達28%，成為嚴重的醫(yī)療負擔[2]。女性壓力性尿失禁的發(fā)病基礎(chǔ)為控尿解剖結(jié)構(gòu)缺陷或功能障礙導(dǎo)致的尿道閉合障礙，其病理機制包括膀胱頸及近端尿道下移、尿道黏膜封閉功能減退、尿道固有括約肌功能下降、支配控尿組織的神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙等[3]。輕、中度壓力性尿失禁一般可采用盆底肌鍛煉、電刺激、生物反饋治療等非手術(shù)方法治療[4]；對于非手術(shù)方法治療效果不佳的患者可行手術(shù)治療，包括經(jīng)恥骨后尿道中段懸吊術(shù)、經(jīng)閉孔尿道中段懸吊術(shù)等，但均存在膀胱穿孔、腿痛等并發(fā)癥[5]。因此，探討新的手術(shù)方式以克服上述并發(fā)癥具有重要意義。

磁外科技術(shù)是利用特殊設(shè)計的磁性醫(yī)療器械或設(shè)備治療臨床疾病的新興技術(shù)，目前已形成了以磁壓榨技術(shù)、磁錨定技術(shù)、磁導(dǎo)航技術(shù)、磁懸浮技術(shù)、磁示蹤技術(shù)、磁驅(qū)動技術(shù)為主的臨床應(yīng)用技術(shù)體系[6-7]。磁外科相關(guān)技術(shù)已被用于血管吻合[8-9]、消化道管腔吻合[10-12]、消化道瘺閉合修補[13-14]、磁錨定輔助腔鏡手術(shù)等手術(shù)中[15-16]。磁壓榨技術(shù)是臨床應(yīng)用的重要方向之一，基于磁壓榨技術(shù)不僅可以實現(xiàn)空腔臟器無縫線吻合重建，還可用于管腔內(nèi)容物的限流，有研究顯示，利用特殊設(shè)計的磁控裝置可治療胃食管反流病[17]?；诖磐饪萍夹g(shù)基本原理，同時結(jié)合女性壓力性尿失禁的病理基礎(chǔ)和女性盆腔器官解剖結(jié)構(gòu)特點，本研究首次提出永磁體植入聯(lián)合磁性水凝膠注射治療女性壓力性尿失禁的設(shè)計，現(xiàn)報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

永磁體為一面帶有沉孔結(jié)構(gòu)的圓柱形釹鐵硼磁體，磁體直徑12 mm，高5 mm，正中央為沉孔結(jié)構(gòu)，沉孔直徑5 mm(委托陜西金山電氣有限公司加工)。海藻酸鈉(陜西晨明生物科技有限公司)，四氧化三鐵微粒[博華斯納米科技(寧波)有限公司]，10%葡萄糖酸鈣注射液(四川美大康華康藥業(yè)有限公司)，電子材料試驗機(深圳三思縱橫科技股份有限公司，型號UTM6020)，離體雌性實驗豬膀胱、尿道等器官(西安交通大學(xué)實驗動物中心)。

1.2 磁性水凝膠配制

2.5%海藻酸鈉溶液與四氧化三鐵微粒(5～20 μm)按體積質(zhì)量比1 mL∶1 g均勻混合成混懸液，將10%葡萄糖酸鈣注射液稀釋10倍后作為交聯(lián)劑。利用同軸雙通道注射裝置將混懸液與交聯(lián)劑按照1∶1的比例同步注射到尿道陰道隔，二者相遇后可迅速發(fā)生凝膠化反應(yīng)，形成磁性水凝膠。

1.3 永磁體與磁性水凝膠的磁力學(xué)性能

在5 mL EP管內(nèi)分別裝入1 mL、2 mL、3 mL的混懸液，并將其固定于電子材料試驗機夾具上，將永磁體固定于電子材料試驗機另一夾具上，測試不同距離下永磁體與混懸液之間的磁力，并以磁力為縱坐標，以距離為橫坐標，繪制磁力—位移曲線。

1.4 應(yīng)用原理

磁控裝置主要包括兩部分：永磁體和磁性水凝膠。永磁體固定于恥骨下端內(nèi)側(cè)部。借助注射裝置將磁性水凝膠注射到永磁體所在水平面的尿道陰道隔內(nèi)，其工作原理為：非排尿狀態(tài)時，尿道陰道隔內(nèi)的磁性水凝膠被恥骨下端內(nèi)側(cè)方的永磁體吸引，可對尿道產(chǎn)生一定的壓力，該壓力能夠補償部分盆底肌肉功能，達到控制尿失禁的目的；而當膀胱尿液積聚到一定程度，患者排尿時尿道壓力上升，可克服磁性水凝膠與永磁體之間的磁力，尿道開放，患者完成排尿過程(圖1)。

a:非排尿狀態(tài)時磁性水凝膠被永磁體吸引，尿道關(guān)閉；b:排尿時，尿道壓力克服磁性水凝膠與永磁體之間的磁力，尿道開放

1.5 體外模擬實驗

取離體雌性實驗豬膀胱、尿道及陰道整體結(jié)構(gòu)。實驗臺面上妥善固定永磁體，利用同軸雙通道注射裝置將2 mL混懸液和2 mL交聯(lián)劑注入尿道陰道隔，形成磁性水凝膠。按照膀胱位于上方、尿道口朝下豎立固定標本，先使膀胱處于空虛狀態(tài)，磁性水凝膠與永磁體相吸，使尿道處于關(guān)閉狀態(tài)；經(jīng)膀胱底部插管，向膀胱內(nèi)注射生理鹽水，觀察并記錄該磁控裝置能夠提供的壓力。

2 結(jié)果

2.1 永磁體與磁性水凝膠的磁力—位移曲線

磁力測試結(jié)果顯示，永磁體與磁性水凝膠之間的磁力與混懸液的量成正相關(guān)，但當混懸液的量增加到一定程度后，磁力增幅逐漸減小。當混懸液的量為3 mL時可獲得0.866 N的最大磁力，同時磁力隨永磁體與混懸液之間距離的增加而減小，見圖2。

2.2 磁控裝置的尿道壓力補償及體外模擬實驗

膀胱內(nèi)注入60～80 mL生理鹽水時，膀胱壓力為45～60 cmH2O，膀胱內(nèi)壓力傳至尿道，使磁性水凝膠與永磁體分離，尿道開放，膀胱內(nèi)生理鹽水經(jīng)尿道排出。當膀胱內(nèi)液體排完后尿道壓力消失，磁性水凝膠繼續(xù)被永磁體吸引，尿道關(guān)閉。體外模擬實驗顯示，混懸液與交聯(lián)劑凝膠化反應(yīng)充分，未見四氧化三鐵微粒彌散(圖3)。永磁體與磁性水凝膠之間的磁力能夠為尿道提供一定的壓力補償，從而發(fā)揮控尿功能，本實驗中的磁控裝置可提供45～60 cmH2O的壓力。

a:磁力—位移曲線測試裝置；b:1 mL混懸液與永磁體間的磁力—位移曲線；c:2 mL混懸液與永磁體間的磁力—位移曲線；d:3 mL混懸液與永磁體間的磁力—位移曲線

a:離體膀胱不能存貯液體；b:磁控裝置提供的尿道壓力補償可使離體膀胱存貯一定液體

3 討論

臨床上大部分女性壓力性尿失禁由盆底肌肉功能減退引起，尿道中段懸吊術(shù)是常用的手術(shù)方法。該手術(shù)原理為通過植入人工合成的懸吊帶，使其對尿道產(chǎn)生一定的壓力，補償機體盆底功能的不足，從而達到治療壓力性尿失禁的目的。根據(jù)患者病情，調(diào)整懸吊帶的松緊程度，可實現(xiàn)有效控尿和自主排尿。本研究基于磁外科技術(shù)原理設(shè)計的用于女性壓力性尿失禁的磁控裝置在治療策略上與尿道中段懸吊術(shù)一致，都是通過給尿道施加外來壓力進而補償盆底功能的不足，但二者在外力的作用及特點上有所不同。

利用磁力對尿道施加外力以實現(xiàn)控尿的方法具有以下特點：①磁力最大的特點是“非接觸性”，該設(shè)計中永磁體對磁性水凝膠的磁力不受周圍器官、組織的干擾，二者之間磁力的大小僅僅取決于永磁體的磁力學(xué)參數(shù)和磁性水凝膠的量。當需要更大壓力補償時可通過選用磁力更大的永磁體來實現(xiàn)，但在實際應(yīng)用中并非磁力越大越好，磁力過大可能會導(dǎo)致患者出現(xiàn)一定程度的尿潴留。本研究磁力測試結(jié)果顯示，混懸液為2 mL時磁力比1 mL增幅較大，但3 mL與2 mL相比磁力增幅較小，提示在實際應(yīng)用中不能盲目增加混懸液的量。②利用對磁力的精準掌控，實現(xiàn)尿道的關(guān)閉與開放是本研究設(shè)計的最大特點，精準的磁力掌控既能實現(xiàn)患者的自主排尿，又能給尿道施加壓力，避免不自主溢尿。該思路已被臨床用于治療胃食管反流病，通過在食管下端加載磁手鏈樣裝置來補償食管下端括約肌功能的不足，以防止胃液反流，通過對磁力的精準控制，既可實現(xiàn)抗反流，又不影響患者的吞咽功能[17]。③在既往的磁外科研究中，磁控裝置大多以永磁材料加工制備，本研究設(shè)計采用了永磁體與磁性水凝膠相結(jié)合的方案，這主要是基于應(yīng)用場景的差異性。女性尿道前方毗鄰恥骨，是骨性結(jié)構(gòu)；后方是尿道陰道隔，屬于軟組織結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中永磁體固定于恥骨下端內(nèi)側(cè)，保持了硬質(zhì)結(jié)構(gòu)特點，而磁性水凝膠具有軟組織特性，能確保四氧化三鐵微粒不向周圍組織彌散，保留了尿道陰道隔的軟組織特性，因此該設(shè)計最大程度上保持了機體組織的基本物理特性。

釹鐵硼作為第三代永磁稀土材料具有優(yōu)良的磁學(xué)性能，根據(jù)應(yīng)用場景不同，通過不同的表面改性后可實現(xiàn)短期或永久性體內(nèi)植入，在臨床上已用于治療胃食管反流病[17]和冠狀動脈搭橋手術(shù)[18]。海藻酸鈉—四氧化三鐵混懸液與鈣劑結(jié)合后可形成磁性水凝膠，在觸診陰性乳腺結(jié)節(jié)標記定位的在體動物實驗研究中，短期內(nèi)肉眼觀察和組織學(xué)觀察未見四氧化三鐵微粒的彌散及明顯的組織學(xué)炎癥反應(yīng)，但長期留置是否會引起周圍組織炎癥反應(yīng)尚需進一步研究[19]。本研究設(shè)計方案的不足在于患者體內(nèi)有磁性材料的留置，會影響其進行磁共振檢查。

綜上所述，本研究以離體器官為模型，驗證了基于永磁體植入聯(lián)合磁性水凝膠注射的磁控裝置用于治療女性壓力性尿失禁的可行性，該磁控裝置可提供45～60 cmH2O的壓力，從而實現(xiàn)有效控尿。不足之處在于缺乏在體動物實驗驗證，下一步我們將以比格犬為模型，在體驗證其可行性和安全性，通過不斷優(yōu)化磁性水凝膠性能后該裝置有望用于臨床。