高純鎂吻合釘與鈦合金吻合釘用于兔腸吻合術(shù)的對比研究

王嘯虎 閻鈞 張紹翔 張?zhí)J燕

消化道重建是外科重要技術(shù)之一。傳統(tǒng)的消化道手工吻合技巧要求高，耗時長，術(shù)中易損傷組織，導(dǎo)致吻合口感染及吻合口瘺等[1]。吻合器械的出現(xiàn)能有效節(jié)省手術(shù)時間，提高吻合質(zhì)量，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生，實現(xiàn)消化道重建手術(shù)的標準化。吻合釘釘腳、釘臂擊發(fā)時和吻合后在組織愈合過程中所承受的應(yīng)力不一樣[2]，因此吻合釘材料必須擁有良好的力學性能[3]。根據(jù)吻合器及其組件標準（YY0876-2013），吻合釘材料需強度＞240 MPa，爆破壓≥3.6 kPa。目前臨床吻合釘材料多為鈦類金屬，它們生物相容性和力學性能良好，但由于是惰性材料，在生物體內(nèi)常出現(xiàn)疲勞腐蝕，導(dǎo)致局部金屬離子積聚，刺激周圍炎癥、水腫、過度及異常增生等[4]。另一方面，吻合組織在力學愈合期（術(shù)后1～3 d），吻合口的結(jié)合力完全依賴于吻合釘，而在后期組織纖維化期和成熟期（術(shù)后5～7 d），上皮新生、肉芽修復(fù)，組織結(jié)合力則基本穩(wěn)定[5]?？梢娢呛峡谠谟线^程中依賴吻合釘提供的力學支持是動態(tài)變化的，愈合完成后吻合釘?shù)某掷m(xù)存在可能會成為組織的負擔。因此，研發(fā)可降解吻合釘材料是國內(nèi)外研究熱點。

鎂作為生物可降解金屬材料具有良好的生物相容性和力學性能[6]。前期研究顯示，鎂及鎂合金材料植入動物體內(nèi)后局部組織炎癥反應(yīng)較少，能促進腸上皮細胞恢復(fù)緊密連接和膠原蛋白合成，保護腸上皮細胞，促進腸道愈合[7-12]。本研究擬比較高純鎂吻合釘與鈦合金吻合釘在吻合操作、術(shù)后降解以及吻合口愈合方面的實際應(yīng)用情況，初步探索高純鎂吻合釘應(yīng)用于兔腸吻合的可行性，為后期鎂或鎂合金吻合釘?shù)母倪M以及最終臨床轉(zhuǎn)化提供基礎(chǔ)實驗依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗材料醫(yī)用鈦合金（Ti-3Al-2.5V，TLC系列）吻合釘購自美國強生愛惜康內(nèi)鏡外科有限公司。高純鎂絲由蘇州奧芮濟醫(yī)療科技有限公司提供，由冷拉拔加工工藝制備，直徑0.26 mm，屈服強度（147±8）MPa，抗拉強度（196±5）MPa，延伸率14.6%±5.0%?；瘜W成分主要有錳（Mn）、硅（Si）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋁（Al）、鐵（Fe）和鎂（Mg），質(zhì)量分數(shù)分別為0.000 8%、0.002 0%、0.000 2%、0.000 3%、0.000 8%、0.001 5%和99.990 0%。高純鎂吻合釘參照鈦合金吻合釘數(shù)據(jù)，結(jié)合材料特性和鎂的高應(yīng)力腐蝕敏感性，加工成圖1所示U型，釘內(nèi)角100°。實驗前植入材料均使用29 kGy鈷60（cobalt-60，上海世龍科技有限公司）照射密封備用。兩種類型的吻合釘均裝入75 mm線性切割吻合器（NTLC75，美國強生愛惜康）。

圖1 高純鎂吻合釘及尺寸數(shù)據(jù)示意圖

1.2 實驗動物分組和處理5～6月齡新西蘭大白兔（24只）購自上海斯萊克實驗動物有限責任公司，雌雄不限，體質(zhì)量2.0～2.5 kg，隨機分為高純鎂組和鈦合金組，每組12只，常規(guī)飼養(yǎng)，術(shù)前12 h禁食。以3%戊巴比妥鈉（30 mg/kg）耳緣靜脈注射麻醉，腹部備皮，無菌條件下進行手術(shù)操作。沿中腹部正中線逐層切開皮膚，皮下白線腹膜進腹。找到盲腸，兩端用紗帶臨時扎住減少近端遠端腸內(nèi)容物進入手術(shù)區(qū)域。打開腸腔，用碘伏消毒后，先行盲腸腸管側(cè)側(cè)吻合，再用吻合器關(guān)閉腸腔完成吻合。用濕紗布壓迫局部吻合口減少出血，吻合口周圍碘伏消毒，關(guān)閉腹壁，具體實驗操作見圖2（插頁）。記錄手術(shù)時間。術(shù)后單次注射青霉素預(yù)防感染，術(shù)后4 h后進食、進水，單籠常規(guī)飼養(yǎng)，可自由活動。分別于術(shù)后第1、2、3周各取每組4只兔子進行剖腹探查。若實驗過程中有動物死亡，則立即剖腹探查，明確吻合口愈合情況及死亡原因。

圖2 動物實驗圖（a：腸管橫切碘伏消毒腸腔；b：高純鎂和鈦合金吻合釘行腸側(cè)側(cè)吻合術(shù)；c～e：高純鎂和鈦合金吻合釘行腸切割閉合）

1.3 指標測定

1.3.1 吻合口評估3%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉后取原腹部切口進腹，找到腸吻合口，評估吻合口愈合情況以及周圍膿腫、炎癥滲出等情況。參照Nair等[13]的腸粘連評分法計算吻合口粘連評分：0分，無粘連；1分，吻合口與內(nèi)臟或腹壁間有1條粘連帶；2分，吻合口與內(nèi)臟或腹壁間有2條粘連帶；3分，多于2條粘連帶而內(nèi)臟未直接粘連至腹壁；4分，內(nèi)臟直接粘連到腹壁，而不管粘連帶多少。

1.3.2 吻合口壓力負載試驗分離截取包含吻合口在內(nèi)約10 cm腸段組織，一端夾閉，另一端連接橡皮導(dǎo)管，絲線結(jié)扎固定，連三通后分別接壓力監(jiān)測器和注射泵，將亞甲藍以8～10 ml/min速度注入腸腔，記下吻合口有液體漏出或壓力突然下降時監(jiān)測器的壓力值，定義為腸吻合口破裂壓。

1.3.3 觀察評價和掃描電子顯微鏡評估吻合釘降解情況分別于術(shù)后第1、2、3周打開各組腸吻合口，肉眼觀察評價吻合釘降解殘留情況；取下吻合釘，采用掃描電子顯微鏡（日立S-3700N，日本），配備能量色散X射線光譜系統(tǒng)，評估分析高純鎂吻合釘和鈦合金吻合釘?shù)慕到馇闆r。

1.4 統(tǒng)計學處理采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件。計量資料以表示，兩組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)情況比較兩組各成功應(yīng)用高純鎂吻合釘和鈦合金吻合釘行腸吻合術(shù)，手術(shù)成功率均為100%；手術(shù)時間高純鎂組為（35.50±5.85）min，鈦合金組為（34.81±4.90）min，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。術(shù)后動物飲食、活動均正常，實驗期間無動物死亡。

2.2 兩組吻合口情況比較兩組在各實驗時間點剖腹探查均未見腸吻合口瘺和吻合口周圍膿腫。各實驗時間點兩組吻合口粘連評分比較，差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），見表1。剖開腸管觀察，兩組吻合口均無明顯狹窄，黏膜層及漿膜層整齊、光滑，未見明顯瘢痕組織形成。

表1 吻合口粘連評分（分）

2.3 兩組吻合口破裂壓比較術(shù)后第1周，高純鎂組腸吻合口破裂壓低于鈦合金組，術(shù)后第2周，高純鎂組腸吻合口破裂壓高于鈦合金組，但均無統(tǒng)計學差異（均P＞0.05）。術(shù)后第3周，兩組腸吻合口破裂壓相近，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 吻合口破裂壓比較（mmHg）

2.4 兩組吻合釘降解情況比較術(shù)后各實驗時間點腸吻合口均可見完整鈦合金吻合釘；掃描電鏡下觀察可見，各實驗時間點鈦合金吻合釘基體完整，基體表面有少量沉淀，表面織構(gòu)清晰，見圖3a（插頁）。術(shù)后1周腸吻合口可見高純鎂吻合釘，釘基體完整；第2周吻合口吻合釘脫落明顯，殘留吻合釘可見明顯降解；第3周吻合口可見少量吻合釘殘留，殘留吻合釘基體完整。掃描電鏡下觀察可見，1周后高純鎂吻合釘金屬光澤暗淡，表面磨痕消失，出現(xiàn)較為均勻的點狀腐蝕，表明氧化和腐蝕的發(fā)生；2周后表面呈現(xiàn)不規(guī)則花紋團簇，降解產(chǎn)物大多沉淀在整個表面；3周后，找尋殘留吻合釘，電鏡下顯示基體完整，表面呈均勻的腐蝕降解，無明顯裂縫裂隙，見圖3b（插頁）。

圖3 術(shù)后第1、2、3周兩組吻合釘降解情況（a1～3：術(shù)后第1、2、3周腸吻合口完整鈦合金吻合釘；a4～6：術(shù)后第1、2、3周掃描電鏡下鈦合金吻合釘基體完整；b1：術(shù)后第1周腸吻合口高純鎂吻合釘基體完整；b2：術(shù)后第2周吻合釘脫落，殘留吻合釘可見明顯降解；b3：術(shù)后第3周吻合口少量吻合釘殘留；b4：術(shù)后第1周，掃描電鏡下吻合釘出現(xiàn)較為均勻的點狀腐蝕；b5：術(shù)后第2周，掃描電鏡下吻合釘表面呈現(xiàn)不規(guī)則花紋團簇，降解產(chǎn)物沉淀；b6：術(shù)后第3周，掃描電鏡下殘留吻合釘表面呈均勻腐蝕降解）

3 討論

目前臨床上常用的胃腸道吻合器械有線性吻合器、弧形吻合器和管狀吻合器等，這些吻合器械操作簡單，可有效節(jié)省手術(shù)時間，減少術(shù)野狹小、位置較深部位的吻合難度，實現(xiàn)了胃腸道吻合技術(shù)的標準化，推進了微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展[14]。但隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展以及患者對生存生活質(zhì)量要求的提高，吻合釘體內(nèi)的長期殘留在引起一些不良反應(yīng)的同時，也給患者造成了一定的生理心理負擔[15]。因此，在醫(yī)學、材料學和工程學等學科跨越式交叉發(fā)展的基礎(chǔ)上，尋找替代的可降解吻合釘材料是探索和研究的熱點。鎂是人體必需元素，其降解產(chǎn)物可被機體代謝吸收并排出體外，具有良好的生物安全性和相容性，由鎂和全營養(yǎng)素組成的鎂合金制備可生物降解醫(yī)用材料具有可行性。相對于傳統(tǒng)的生物醫(yī)用材料如不銹鋼、鈦合金等，鎂及鎂合金彈性模量相對較低，作為植入材料使用時應(yīng)力遮擋效應(yīng)較小[16]。同時有研究顯示，鎂合金在降解過程中還會產(chǎn)生一定的生物功能，如成骨效應(yīng)、促血管化和促傷口愈合等[17-18]。因此，新型鎂合金可降解醫(yī)療器械具有巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場前景。

提高新型材料機械力學性能以確保在吻合過程中的順利塑形，在愈合早期提供足夠結(jié)合力，以及提升耐腐蝕性能以保證愈合完成前不會快速崩解是目前醫(yī)學材料科學的主要研究方向。本研究使用的高純鎂吻合釘降解速度較慢，釘內(nèi)角角度可調(diào)整，保證了吻合釘殘余應(yīng)力的平衡分布。研究發(fā)現(xiàn)，高純鎂吻合釘在吻合器推桿推進過程中無明顯卡頓，組織切割閉合良好，具有良好的塑形能力。兩組吻合口在各實驗時間點均未見明顯膿腫和瘺，吻合口粘連評分差異無統(tǒng)計學意義，兩組吻合口切開觀察黏膜層及漿膜層整齊、光滑，無明顯狹窄。吻合口破裂壓檢測顯示兩組吻合釘早期提供的結(jié)合力相似，后期高純鎂吻合釘脫落后吻合口破裂壓在兩組間亦無明顯差異。術(shù)后各實驗時間點吻合釘降解的大體評估和掃描電鏡觀察顯示，鈦合金吻合釘基體完整，基體表面結(jié)構(gòu)清晰，高純鎂吻合釘在術(shù)后第2周開始出現(xiàn)降解脫落，降解腐蝕在整個實驗過程較為緩和，無明顯釘體崩裂。以上結(jié)果提示，高純鎂吻合釘在腸吻合術(shù)中具有較好的耐腐蝕性能，與鈦合金吻合釘相比，其降解過程可以與腸道愈合所需的動態(tài)結(jié)合力以及愈合時間相匹配，在降解的同時達到與鈦合金吻合釘同樣的腸吻合愈合效果。

高純鎂吻合釘植入體內(nèi)后，其降解速率受吻合部位及周圍復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境影響，同時不同的飲食結(jié)構(gòu)也會導(dǎo)致降解過程存在一定差異[19]。隨著植入時間延長，降解產(chǎn)物的覆蓋，細胞組織的黏附包裹，吻合部位活動所施加的作用力等，吻合釘?shù)慕到馑俾屎徒到饽Ｊ綍粩喟l(fā)生變化。研究顯示，鎂合金絲材在體外浸泡試驗和新西蘭兔體內(nèi)植入試驗中存在較為明顯的降解速率差異，體內(nèi)腐蝕速率要遠低于體外的降解速率，降解產(chǎn)物元素圖譜分析提示兩者存在一定的差異[20]。動物體內(nèi)不同部位植入試驗提示，鎂合金材料在胃和腸道的降解速率和降解產(chǎn)物不同，可能與胃和腸道不同的酸堿環(huán)境以及蠕動模式不同有關(guān)[21]。因此，在本研究的基礎(chǔ)上，后續(xù)要關(guān)注高純鎂吻合釘在無組織狀態(tài)下塑形后的應(yīng)力分布以及不同組織吻合后不同時間點的釘體應(yīng)力分布，通過能譜分析不同吻合部位吻合釘?shù)慕到猱a(chǎn)物成分，評估高純鎂吻合釘對于吻合組織的生物學作用，通過材料加工工藝和表面改性等方法進行改進和完善。