國產(chǎn)支氣管活瓣消除支氣管胸膜瘺引發(fā)的氣胸動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

劉顯勇，裴延斌，仇永輝，趙 明，田 慶

1 解放軍醫(yī)學(xué)院，北京 100853；2 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 胸外科，北京 100853

慢性阻塞性肺疾病是一種常見的慢性呼吸道疾病，慢性阻塞性肺疾病患者死亡人數(shù)占全球總死亡人數(shù)的7%[1]。對于嚴(yán)重肺氣腫病患者，肺減容手術(shù)可提供臨床和預(yù)后獲益，但外科肺減容術(shù)有顯著的不良事件和死亡相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。為進(jìn)一步改善患者預(yù)后，支氣管活瓣被設(shè)計(jì)出來用于臨床[4]。支氣管活瓣是一種單向活瓣，在吸氣時(shí)閥門關(guān)閉，防止空氣進(jìn)入靶肺，呼氣時(shí)閥門打開，允許肺內(nèi)空氣和黏液排出，誘發(fā)選定的肺段不張。2008年美國FDA批準(zhǔn)支氣管活瓣用于治療難治性氣胸，2018年FDA批準(zhǔn)其用于內(nèi)鏡下肺減容。由于其單向通氣誘導(dǎo)靶肺不張的原理，其適應(yīng)證不斷拓展，如用于各種合并支氣管瘺[5-6]、復(fù)發(fā)性咯血治療[7-8]、耐藥性肺結(jié)核的治療研究[9]和新冠肺炎并發(fā)癥的治療[10-11]。目前市場常見的支氣管活瓣有Zephyr支氣管內(nèi)膜瓣膜(Pulmonx，美國)和呼吸瓣膜系統(tǒng)(Olympus，日本)。國內(nèi)僅有Zephyr支氣管內(nèi)膜瓣膜上市，市場價(jià)為3.5萬元人民幣。國產(chǎn)支氣管活瓣以Zephyr支氣管內(nèi)膜瓣膜為基礎(chǔ)做了改良設(shè)計(jì)。本研究通過建立支氣管胸膜瘺氣胸模型，評估國產(chǎn)支氣管活瓣的可操作性、有效性和安全性，為進(jìn)一步臨床試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

材料與方法

1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 北京實(shí)創(chuàng)世紀(jì)小型豬養(yǎng)殖基地提供雄性巴馬小型豬6只(月齡12個(gè)月，體質(zhì)量26 ～30 kg)，動(dòng)物使用許可證號為SCXK(京)2018-0011。

2 實(shí)驗(yàn)藥物和儀器 舒泰50(Virbac，法國)；異氟烷(中牧倍康，中國)；麻醉機(jī)(Samvet，美國)；高頻手術(shù)電刀(索吉瑞，中國)；頭孢曲松鈉(悅康藥業(yè))；胸腔閉式引流管(新星，中國)；胸腔閉式引流瓶(康生，中國)；便攜支氣管鏡(視新，中國)。

3 支氣管活瓣系統(tǒng) 國產(chǎn)支氣管活瓣根據(jù)大小分為兩種型號(表1)，由附著在鎳鈦合金支撐架的硅橡膠覆膜、單向鴨嘴閥組成；包括裝載器系統(tǒng)和遞送器作為壓縮裝載遞送放置的配件。見圖1。

圖1 國產(chǎn)支氣管活瓣系統(tǒng)A：國產(chǎn)支氣管活瓣；B：國產(chǎn)支氣管活瓣裝載器；C：國產(chǎn)支氣管活瓣遞送器Fig.1 Domestic bronchial valve systemA: Domestic bronchial valve; B: Domestic bronchial valve loader; C: Domestic bronchial valve delivery device

表1 國產(chǎn)支氣管活瓣型號(mm)Tab. 1 Type of domestic bronchial valve (mm)

4 支氣管胸膜瘺氣胸模型構(gòu)建 巴馬小型豬術(shù)前禁食8 h，禁水4 h，靜脈注射舒泰50誘導(dǎo)麻醉，2% ～ 3%異氟烷維持，插入7.5號氣管插管下接麻醉機(jī)輔助呼吸，進(jìn)行生命體征監(jiān)測。取左側(cè)臥位第四肋上緣做一個(gè)約15 cm長切口，置入肋骨牽開器擴(kuò)大肋間隙。確定右肺中葉后找到右肺中葉靜脈并用電刀自肺門處向遠(yuǎn)端游離。暴露靜脈下方的右肺中葉支氣管遠(yuǎn)端并用電刀破壞，形成一個(gè)長約0.5 cm的支氣管胸膜瘺(圖2)。在第5肋間放置26Fr胸腔閉式引流管并固定，連接胸腔閉式引流瓶，逐層關(guān)閉胸腔。通過胸腔閉式引流瓶評估漏氣情況，有氣泡冒出為氣胸造模成功(圖3)。

圖2 綠色箭頭所指為被游離的靜脈，靜脈下方為被破壞的支氣管；黃色箭頭所指為支氣管瘺Fig.2 The green arrow indicates the free vein and the destroyed bronchus below the vein; The yellow arrow indicates bronchial fistula

圖3 留置胸管接水封瓶內(nèi)見氣泡冒出，表明造模成功Fig.3 Bubbles appear in the water sealed bottle connected to the indwelling chest tube, indicating that the modeling is successful

5 支氣管活瓣置入 氣胸模型構(gòu)建后，使用便攜支氣管鏡經(jīng)氣管插管進(jìn)行檢查，找到右肺中葉支氣管，評估所需放置國產(chǎn)支氣管活瓣大小。將合適的支氣管活瓣置入右肺中葉支氣管開口，確保支氣管活瓣正確在位、工作正常后(圖4)，撤出支氣管鏡。增加潮氣量，通過胸腔閉式引流瓶觀察漏氣情況，確認(rèn)沒有漏氣和液體引出后，拔除胸腔閉式引流管，關(guān)閉引流管口，手術(shù)結(jié)束。手術(shù)時(shí)肌注頭孢曲松鈉1.0 g，術(shù)后持續(xù)肌注3 d，1.0 g/d。1.5個(gè)月后處死動(dòng)物并行支氣管鏡檢查，觀察支氣管活瓣是否仍正確在位正常工作。

圖4 置入右肺中葉支氣管的支氣管活瓣Fig.4 Bronchial valve was inserted into the bronchus of right middle lobe

6 評價(jià)指標(biāo) 氣胸模型評價(jià)：造模術(shù)后觀察胸腔閉式引流瓶是否有氣泡冒出。支氣管活瓣評價(jià)：1)可操作性，觀察支氣管活瓣能否順利壓縮裝載并順利放置以及放置后的支氣管活瓣是否正確在位；2)有效性，觀察放置后的支氣管活瓣能否正常工作，胸腔閉式引流是否持續(xù)有氣泡冒出(氣泡停止冒出證明支氣管活瓣有效)；3)安全性，實(shí)驗(yàn)過程中觀察動(dòng)物生命體征，能否順利蘇醒，手術(shù)結(jié)束后觀察1.5個(gè)月后處死，觀察是否有發(fā)熱、感染、氣胸復(fù)發(fā)、呼吸衰竭等手術(shù)并發(fā)癥和支氣管活瓣相關(guān)不良事件。

結(jié) 果

1 氣胸模型構(gòu)建情況 6只動(dòng)物支氣管胸膜瘺模型均造模成功，均在開胸手術(shù)和瓣膜植入后存活，操作過程中沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的手術(shù)并發(fā)癥，術(shù)中血氧血壓心率體溫平穩(wěn)，平均手術(shù)時(shí)長181.7 min。氣胸模型構(gòu)建成功后，胸腔閉式引流瓶在吸氣時(shí)能觀察到氣泡冒出，為重度氣胸。見表2。

2 支氣管活瓣放置評價(jià) 所有支氣管活瓣均能正常裝配放置，放置后閥門正常工作。在放置合適的支氣管活瓣后胸腔閉式引流瓶中不再有氣泡冒出，證明氣胸引發(fā)的漏氣已經(jīng)停止，平均漏氣持續(xù)時(shí)間為4.2 min。第3只巴馬小型豬手術(shù)過程中因首次放置支氣管活瓣時(shí)未能準(zhǔn)確評估放置活瓣的大小，導(dǎo)致漏氣持續(xù)了61 min，更換了更大的A型活瓣后，漏氣在3 min后停止，其余動(dòng)物均一次性放置成功。所有動(dòng)物在手術(shù)期間和結(jié)束后，沒有動(dòng)物出現(xiàn)低氧血癥、支氣管痙攣或呼吸窘迫。見表2。

表2 巴馬小型豬氣胸模型構(gòu)建及支氣管活瓣放置情況Tab. 2 Construction of pneumothorax model and placement of bronchial valve

3 術(shù)后情況 術(shù)后有1只巴馬小型豬出現(xiàn)傷口紅腫，未見明顯感染跡象。術(shù)后觀察1.5個(gè)月，所有動(dòng)物均正常存活，沒有出現(xiàn)發(fā)熱、感染、氣胸復(fù)發(fā)、呼吸衰竭等手術(shù)并發(fā)癥。行支氣管鏡檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)6只巴馬小型豬中有2只未發(fā)現(xiàn)此前植入的支氣管活瓣，另外4只的支氣管活瓣仍正確在位，其上覆蓋痰液，將痰液吸盡后可見支氣管活瓣正常工作。

討 論

我們選擇用豬作為模型動(dòng)物是因?yàn)樨i的肺葉和支氣管解剖組織學(xué)結(jié)構(gòu)與人類相似[12-13]。豬的左肺與人的左肺相似，由頭葉和尾葉組成。左頭葉支氣管分為頭段支氣管和尾段支氣管。這類似于人的固有上葉和舌葉。與人類右肺有三個(gè)肺葉不同，豬右肺分為四個(gè)肺葉——頭葉、中葉、副葉和尾葉[12]。根據(jù)我們的預(yù)實(shí)驗(yàn)和豬肺解剖特點(diǎn)，我們認(rèn)為右肺中葉是最佳的試驗(yàn)部位。

氣胸動(dòng)物模型構(gòu)建可大致分為三種：1)將外界氣體通過注射器等設(shè)備穿透胸壁直接注入胸腔，或直接破壞胸壁[14-16]；2)直接將肺組織破壞形成肺泡胸膜瘺，如將肺組織剪破[17]；3)進(jìn)行肺葉切除或肺段切除將離斷的支氣管留下瘺口形成支氣管胸膜瘺或通過各種形式破壞支氣管[18]。第1種動(dòng)物模型不適用于我們的研究。我們在預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，第2種破壞肺組織的胸膜瘺的漏氣量較小，如果擴(kuò)大傷口則會(huì)導(dǎo)致較多的出血，凝血塊會(huì)將肺裂口封堵，而更深的傷口會(huì)剪破支氣管形成支氣管胸膜瘺，同時(shí)也會(huì)破壞支氣管上方的動(dòng)脈或下方的靜脈，造成較多的出血，對動(dòng)物造成不必要的傷害。單純破壞支氣管造成支氣管胸膜瘺，通過外科手術(shù)完全可以避免相關(guān)動(dòng)靜脈的損傷和肺組織的切除，對實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的傷害降至最小，所以選擇第3種方式。

第3只巴馬小型豬手術(shù)中放置支氣管活瓣后直到61 min后漏氣才停止是因?yàn)榈?次放置的支氣管活瓣是尺寸較小的B型，經(jīng)過觀察和重復(fù)放置，最終在更換為更大的A型支氣管活瓣后，漏氣于3 min后停止。支氣管介入治療氣胸失敗的部分原因是術(shù)前無法準(zhǔn)確評估氣胸的情況，無法準(zhǔn)確判斷漏氣位點(diǎn)，我們在開胸手術(shù)時(shí)就已經(jīng)十分明確地破壞了右肺中葉遠(yuǎn)端支氣管，可以省略對氣胸部位的判斷。但因?yàn)槲茨軠?zhǔn)確評估右肺中葉支氣管直徑，導(dǎo)致首次放置支氣管活瓣后沒有完全停止漏氣，在更換適合的支氣管活瓣后漏氣立刻停止。術(shù)后行氣管鏡檢查，其中2只未能發(fā)現(xiàn)支氣管活瓣，考慮其中影響因素有：1)豬的依從性差，活動(dòng)劇烈頻繁；2)支氣管活瓣是根據(jù)人體支氣管解剖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與豬的支氣管解剖結(jié)構(gòu)存在差異，以及豬個(gè)體之間的差異；3)豬為爬行動(dòng)物，與人類行走活動(dòng)方式存在差異，也可能存在一定的影響。

我們基于Zephyr支氣管內(nèi)瓣膜的啟發(fā)，結(jié)合臨床體驗(yàn)，與國內(nèi)廠家合作成功研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的支氣管內(nèi)活瓣系統(tǒng)。盡管國內(nèi)工廠制作工藝尚不成熟，在前期研發(fā)測試過程中問題不斷，但經(jīng)過不斷改進(jìn)后國產(chǎn)支氣管活瓣相比Zephyr支氣管內(nèi)瓣膜還是有著很多的優(yōu)勢。與Zephyr支氣管內(nèi)瓣膜相比，國產(chǎn)將活瓣口更大，支撐架的設(shè)計(jì)改為金屬網(wǎng)格，覆膜材料為高分子生物膠水，裝載器做了全新的設(shè)計(jì)。嚴(yán)重肺氣腫的患者肺順應(yīng)性較差，我們將支氣管活瓣閥門口加大，利于快速排氣。支氣管活瓣在長期留置的過程中有支氣管活瓣被咳出的報(bào)道[19]，國產(chǎn)支氣管活瓣的金屬網(wǎng)格設(shè)計(jì)具有良好的力學(xué)功能，能夠更好的固定；同時(shí)適應(yīng)呼吸介入器械的尺寸，便于其他器械或術(shù)式的臨床操作。高分子生物膠水覆膜相比Zephyr支氣管內(nèi)瓣膜使用的硅膠覆膜，具有柔韌性好、活瓣開閉順暢、生物相容性好的技術(shù)有點(diǎn)。裝載器也做了全新的設(shè)計(jì)，外觀更加美觀，操作也更加方便。裝載器由底座、彈簧、上蓋、漏斗筒、套筒、推送桿、穿過支氣管活瓣并固定于套筒上的絲線組成。支氣管活瓣放置在漏斗筒內(nèi)，需要使用時(shí)只要將套筒向外拉動(dòng)，支氣管活瓣就會(huì)被套接在活瓣和套筒上，經(jīng)漏斗筒壓縮至適合氣管鏡工作通道的直徑。支氣管活瓣被壓縮后，使套筒回到原位，將線剪斷，可將套筒和穿過支氣管活瓣的絲線脫離。將遞送導(dǎo)管底座內(nèi)的卡槽與漏斗筒口對合，推送桿自底座另一端入口插入，壓縮好的支氣管活瓣推送入遞送導(dǎo)管，壓縮進(jìn)入遞送導(dǎo)管的支氣管活瓣便可以順利通過支氣管鏡的工作通道植入到靶肺支氣管。

本研究合理選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)方式，成功使用國產(chǎn)支氣管活瓣消除支氣管胸膜引發(fā)的氣胸，證明了國產(chǎn)支氣管活瓣的可操作性、有效性和安全性。本研究的局限性：1)盡管豬肺的解剖結(jié)構(gòu)與人類相似，但仍存在一定差異，無法完全模擬支氣管活瓣在人體的情形。2)大量氣胸首選治療方式為留置胸腔閉式引流管，經(jīng)持續(xù)引流7 d以上未能治愈則為難治性氣胸。我們原本的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是在造成氣胸留置胸管7 d后再行支氣管活瓣治療，但預(yù)實(shí)驗(yàn)過程中動(dòng)物依從性差，留置的胸腔閉式引流袋僅留置1 d左右便脫落，導(dǎo)致胸管與外界相通，形成開放性氣胸并造成了膿胸。因此后續(xù)造成氣胸后便直接用支氣管活瓣治療，在治療前缺少一個(gè)持續(xù)引流觀察的過程，沒有與胸腔閉式引流形成前后對照。3)觀測時(shí)間有限，僅1.5個(gè)月，缺乏遠(yuǎn)期的安全性和有效性評估。

綜上所述，國產(chǎn)支氣管活瓣能夠及時(shí)有效地消除支氣管胸膜瘺引發(fā)的氣胸，適用于支氣管活瓣治療適應(yīng)證的患者，具有良好的臨床應(yīng)用前景。我們還須對國產(chǎn)支氣管活瓣進(jìn)一步開展遠(yuǎn)期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察和臨床試驗(yàn)。

利益沖突聲明：實(shí)驗(yàn)所用支氣管活瓣由無錫肺暢醫(yī)療科技有限公司無償提供。