磁牽引舌骨懸吊術(shù)在OSAHS動(dòng)物模型中的有效性研究

許崇文,楊邡儷,戴 皓,趙 謙,張少?gòu)?qiáng),閆金鳳,白艷霞,白紀(jì)剛

(1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科,陜西西安 710061;2.西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院陜西省牙頜疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心,陜西西安 710004;3.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院肝膽外科,陜西西安 710061)

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)作為一種潛在致死性睡眠呼吸紊亂疾病,可導(dǎo)致長(zhǎng)期慢性缺氧,進(jìn)而引起高血壓、冠心病、糖尿病等不可逆性多器官多系統(tǒng)損害,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量、工作效率和生命健康,現(xiàn)已受到醫(yī)學(xué)界高度關(guān)注[1-2]。國(guó)內(nèi)外流行病學(xué)調(diào)查顯示,OSAHS在成年人中的患病率為2%～17%[3-4]。對(duì)于存在氣道解剖結(jié)構(gòu)異常的OSAHS患者,往往需要根據(jù)狹窄平面選擇合適的手術(shù)治療方式。當(dāng)前臨床上常用的手術(shù)方式為改良懸雍垂腭咽成型術(shù)、舌骨懸吊術(shù)及舌根前徙術(shù)等,然而因手術(shù)創(chuàng)傷較大,術(shù)后并發(fā)癥較多,臨床上迫切需求尋找一種微創(chuàng)、可靠和療效確定的手術(shù)方式[5-7]。近年來(lái),在多學(xué)科協(xié)作的促動(dòng)下,磁外科利用磁鐵“非接觸力”這一特性,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于膽腸吻合、血管吻合、反流性食管炎等多領(lǐng)域[8-10]。本研究以頦舌肌內(nèi)注射A 型肉毒桿菌毒素方法制作大白兔舌后墜動(dòng)物模型,模擬OSAHS患者發(fā)病時(shí)的舌后區(qū)氣道塌陷狀態(tài),隨后在兔舌后墜模型中探索磁牽引舌骨懸吊術(shù)方案的有效性及安全性。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

成年8 月齡雄性實(shí)驗(yàn)用大白兔,體質(zhì)量3.5～4.0 kg,數(shù)量為12只,由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,本研究實(shí)驗(yàn)方案經(jīng)過(guò)西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部生物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 動(dòng)物分組及OSAHS模型構(gòu)建

動(dòng)物分組及體質(zhì)量測(cè)量:12只成年雄性實(shí)驗(yàn)用大白兔隨機(jī)分為兩組(n=6)。稱(chēng)重并記錄動(dòng)物體質(zhì)量:對(duì)照組平均體質(zhì)量(3.75±0.21)kg,實(shí)驗(yàn)組(3.72±0.21)kg,單籠飼養(yǎng)至少2周,保證實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飲食正常,無(wú)疾病發(fā)生。

建模方法:兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物耳緣靜脈注射30 g/L戊巴比妥鈉麻醉后,用Ⅲ型安爾碘消毒口腔3次。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物具體藥物注射方法為用1 m L 注射器抽取2.5 U/0.1 m L的A 型肉毒桿菌毒素溶液,在頦棘起始點(diǎn)處和左右頦舌肌肌腹處,選取3個(gè)點(diǎn),每點(diǎn)注射0.1～0.15 m L,總量0.4 m L(10 U)(圖1)。對(duì)照組動(dòng)物同法在頦舌肌內(nèi)注射等量生理鹽水0.4 m L。注射藥物前6 h禁飲食。藥物注射后10 min及24 h,觀察兩組動(dòng)物肌內(nèi)注射點(diǎn)有無(wú)持續(xù)出血、紅腫及感染的出現(xiàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)用大白兔頦舌肌內(nèi)藥物注射示意圖Fig.1 Representative pictures of drug injection in genioglossus muscle of experimental animals

股動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2)連續(xù)性監(jiān)測(cè):建模前及建模后第9天,兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分別行股動(dòng)脈SaO2連續(xù)性監(jiān)測(cè)。30 g/L 戊巴比妥鈉耳緣靜脈注射,劑量按照每千克體質(zhì)量1 m L計(jì)算。麻醉起效后,兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均進(jìn)行經(jīng)皮動(dòng)脈SaO2連續(xù)測(cè)定。監(jiān)測(cè)部位為后肢股二頭肌處的股動(dòng)脈。記錄每分鐘的平均SaO2,連續(xù)記錄30 min。

上氣道CT 掃描:兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在監(jiān)測(cè)SaO2結(jié)束后,均行上氣道CT 檢查,測(cè)量并記錄最窄處氣道直徑。建模前及建模后第9天測(cè)量并記錄。

頦舌肌注射后基本狀況的觀察指標(biāo):注射藥物后每天觀察兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的一般狀況,包括飲食情況、體質(zhì)量變化、胸廓擴(kuò)張度及節(jié)律、口唇色澤,以及耳緣靜脈注射部位是否出現(xiàn)感染和睡眠狀態(tài)及白天活動(dòng)狀態(tài)。

1.3 舌骨懸吊術(shù)的手術(shù)方法

實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物用30 g/L戊巴比妥鈉耳緣靜脈注射麻醉,仰臥位固定于固定架上,頭后仰。將舌骨附近皮膚毛發(fā)全部剔除,利多卡因皮下注射以減輕手術(shù)疼痛。切開(kāi)舌骨表面皮膚后逐層暴露舌骨,采用磁牽引舌骨懸吊術(shù),將直徑8 mm,厚度4 mm 的圓柱形釹鐵硼磁鐵裝入3D 打印的聚丙烯酸酯外殼內(nèi),隨后將其縫合固定于舌骨上(圖2),統(tǒng)一規(guī)定為正極朝向?qū)嶒?yàn)動(dòng)物腹面。

圖2 聚丙烯酸酯外殼及內(nèi)置釹鐵硼磁鐵示意圖Fig.2 Representative picture of polyacrylate shell and builtin Nd FeB magnet

手術(shù)完畢后,30 m L/L 過(guò)氧化氫浸泡傷口創(chuàng)面3 min,生理鹽水沖洗,加入1 m L慶大霉素,逐層縫合肌肉及皮膚,皮膚表面涂抹紅霉素眼膏預(yù)防感染。待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物蘇醒后送回兔籠,每日在飲用水中加入抗生素,密切觀察動(dòng)物飲食情況,有無(wú)感染及其他不適癥狀。

1.4 手術(shù)并發(fā)癥的觀察

實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物在術(shù)后7 d內(nèi),每天仔細(xì)觀察頸部切口有無(wú)局部出血、紅腫、隆起、分泌物量增多及顏色變化,及時(shí)記錄動(dòng)物傷口愈合情況。如出現(xiàn)傷口感染情況,需每天使用Ⅱ型安爾碘對(duì)傷口進(jìn)行消毒,并在傷口皮膚表面涂抹紅霉素眼膏治療感染。為預(yù)防植入物感染,連續(xù)3 d在所有動(dòng)物飲用水中加入抗生素預(yù)防感染;對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)傷口感染的動(dòng)物,抗生素使用時(shí)間延長(zhǎng)至5～7 d。

1.5 實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴頸托并行股動(dòng)脈SaO2 及上氣道CT檢查

測(cè)量實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物頸部周徑后,設(shè)計(jì)可長(zhǎng)期佩戴的可裝載外磁體的頸托,為不干擾磁場(chǎng),仍采用和內(nèi)置磁鐵外殼一致的聚丙烯酸酯材料進(jìn)行3D 打印(圖3)。將外磁體裝入頸托內(nèi),術(shù)后10 d待切口愈合后,佩戴頸托。

圖3 實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴含外磁體的頸托代表圖Fig.3 Representative pictures of experimental animals wearing the polyacrylate orthotic neck brace with external magnets

實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴頸托后第7天再次完成1次股動(dòng)脈SaO2監(jiān)測(cè)及上氣道CT 檢查,記錄佩戴頸托后動(dòng)物的平均SaO2及上氣道最窄處直徑。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用Excel 2019、SPSS 25.0、Graphpad Prism8等統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。正態(tài)分布的計(jì)量資料使用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,組間比較使用t檢驗(yàn)。非正態(tài)分布的計(jì)量資料采用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示,組間比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)α=0.05,P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 頦舌肌注射前后兩組動(dòng)物的基本情況

對(duì)照組動(dòng)物頦舌肌內(nèi)注射生理鹽水后,進(jìn)食、飲水、呼吸、睡眠、體質(zhì)量及精神狀態(tài)和口唇顏色等基本狀況與操作前無(wú)明顯變化,說(shuō)明頦舌肌注射操作對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的基本狀況無(wú)明顯影響;實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物頦舌肌內(nèi)注射A 型肉毒桿菌毒素第5天逐漸出現(xiàn)了一系列低氧血癥表現(xiàn),具體表現(xiàn)為清醒期活動(dòng)減少,偶見(jiàn)呼吸費(fèi)力,口唇及耳緣青紫(圖4),進(jìn)食量較前下降,顏面部及四肢皮毛清潔度較前下降;第8天開(kāi)始在睡眠時(shí)逐漸出現(xiàn)明顯打鼾,胸廓擴(kuò)張度增強(qiáng),時(shí)有睡眠覺(jué)醒,偶見(jiàn)四肢抽動(dòng),對(duì)外界物理刺激反應(yīng)遲鈍。

圖4 兩組動(dòng)物口唇相變化示意圖Fig.4 Representative pictures of rabbit lip phase changes before and after modeling in two groups

2.2 頦舌肌注射前后兩組動(dòng)物體質(zhì)量及股動(dòng)脈SaO2 變化

對(duì)照組動(dòng)物頦舌肌注射生理鹽水前后體質(zhì)量分別為(3.75±0.21)kg和(3.72±0.19)kg,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物頦舌肌注射A 型肉毒桿菌毒素建模后,體質(zhì)量由建模前(3.72±0.21)kg下降至(3.40±0.20)kg,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05,圖5A)。此外,股動(dòng)脈SaO2連續(xù)性監(jiān)測(cè)顯示,對(duì)照組頦舌肌注射生理鹽水前后的股動(dòng)脈SaO2分別為(94.17±3.66)%及(94.14±3.50)%,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);而實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物建模后,股動(dòng)脈SaO2由(93.84±5.14)%降至(84.00±3.35)%(圖5B),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。這表明,對(duì)照組動(dòng)物頦舌肌注射操作對(duì)動(dòng)物體質(zhì)量及股動(dòng)脈SaO2無(wú)明顯影響,而實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物頦舌肌注射A 型肉毒桿菌毒素后,睡眠時(shí)全身血氧飽和度明顯下降,低氧血癥直接導(dǎo)致了動(dòng)物的飲食狀態(tài)下降及體質(zhì)量下降。以上結(jié)果證明,頦舌肌注射A 型肉毒桿菌毒素可以導(dǎo)致頦舌肌肌張力下降,肌肉松弛,可用于構(gòu)建舌平面狹窄的OSAHS動(dòng)物模型。

圖5 對(duì)照組動(dòng)物頦舌肌注射前后及實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物建模前后體質(zhì)量(A)及股動(dòng)脈SaO2(B)變化的比較Fig.5 Changes of body weight(A)and SaO2 (B)of the femoral artery in control group before and after genioglossus muscle injection and in experimental group b efore and after modeling

2.3 實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴頸托后的基本狀況及股動(dòng)脈SaO2 變化

實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物術(shù)后10 d待手術(shù)切口愈合,佩戴裝載外置磁鐵的頸托,觀察顯示,與佩戴前相比,動(dòng)物食量增多,對(duì)外界刺激反應(yīng)靈敏,口周及四肢皮毛清潔度較治療前有所改善,皮毛光澤度有所恢復(fù),口唇顏色由青紫轉(zhuǎn)為粉紅,白天在兔籠內(nèi)俯臥位閉目睡眠時(shí)間減少,站立時(shí)間增多。此外,實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴裝載外磁體的頸托后股動(dòng)脈SaO2明顯升高,為(90.44±5.95)%,與建模后未佩戴頸托時(shí)的股動(dòng)脈SaO2(84.00±3.35)%相比,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05,圖6)。

圖6 磁力牽拉對(duì)實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物股動(dòng)脈SaO2 的影響Fig.6 Effect of magnetic traction on the change of SaO2 of the femoral artery of animals in the experimental group

2.4 實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴頸托后上氣道最窄處直徑的變化情況

頦舌肌注射后第9天行上氣道CT檢查發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物上氣道最窄處直徑由(4.83±0.48)mm 下降至(3.52±0.83)mm,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);而對(duì)照組動(dòng)物頦舌肌注射生理鹽水前后上氣道直徑分別為(4.80±0.32)mm 和(4.73±0.47)mm,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物建模成功后植入內(nèi)置磁鐵裝置,并在切口愈合后佩戴裝載外置磁鐵的頸托后,檢測(cè)顯示上氣道最窄處直徑明顯增大至(4.42±0.15)mm,較佩戴前差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05,圖7)。以上結(jié)果說(shuō)明,實(shí)驗(yàn)組利用內(nèi)外磁體產(chǎn)生的磁力對(duì)舌骨進(jìn)行向前牽拉,可有效擴(kuò)大舌平面直徑,進(jìn)而有助于改善舌后墜動(dòng)物的睡眠呼吸阻塞狀況及血氧水平。

圖7 磁力牽拉對(duì)實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物上氣道最窄處直徑的影響Fig.7 Effects of magnetic traction on the diameter of the narrowest part of the upper airway of animals in the experimental group

2.5 磁牽引舌骨懸吊術(shù)的手術(shù)并發(fā)癥

實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物在磁牽引舌骨懸吊術(shù)后第2～3天,有2例動(dòng)物傷口局部紅腫,術(shù)后連續(xù)5 d在飲用水中加入抗生素治療后,傷口紅腫消失,無(wú)其他并發(fā)癥出現(xiàn)。

3 討 論

OSAHS特征為睡眠期間上氣道周期性塌陷導(dǎo)致間歇性低氧血癥和睡眠碎片化,其主要的發(fā)病機(jī)制在于上氣道解剖結(jié)構(gòu)狹窄和神經(jīng)調(diào)節(jié)功能異常[1-2]。OSAHS可導(dǎo)致高血壓、冠心病、糖尿病、阿爾茨海默病等多器官多系統(tǒng)功能損害[11-12]。OSAHS的保守治療方式包括控制體質(zhì)量,調(diào)整生活及飲食習(xí)慣,無(wú)創(chuàng)輔助通氣和口腔矯治器等,但患者的依從性往往較差[6,12]。當(dāng)前的手術(shù)治療方式主要包括懸雍垂腭咽成形術(shù)、舌前徙術(shù)及舌骨懸吊術(shù)等[13-15],創(chuàng)傷較大,術(shù)后長(zhǎng)期有效率不高。國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直在尋求一種更加微創(chuàng)而可靠的手術(shù)治療方式。磁外科技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)領(lǐng)域,其“非接觸磁力”能夠很大程度上降低常規(guī)手術(shù)對(duì)機(jī)體的創(chuàng)傷[8-10]。針對(duì)舌后平面狹窄的OSAHS患者,當(dāng)前常用舌骨懸吊術(shù)或舌根前徙術(shù)進(jìn)行外科治療,但術(shù)中使用的聚丙烯線具有一定的疲勞性,長(zhǎng)期持續(xù)牽拉可導(dǎo)致舌部肌肉重塑及肌肉活性下降,術(shù)后2～3 年手術(shù)有效率大幅下降[16-17]。因此,本研究使用釹鐵硼內(nèi)外磁鐵產(chǎn)生的吸引力取代舌骨懸吊術(shù)中聚丙烯線,僅在睡眠時(shí)間佩戴體外磁力組件,可減輕持續(xù)外力牽拉導(dǎo)致的舌肌疲勞、重塑問(wèn)題,磁力穩(wěn)定不衰減,可顯著提高手術(shù)療效。

本研究通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證磁牽引舌骨懸吊術(shù)治療OSAHS的有效性及安全性。根據(jù)葉京英教授制作舌后墜大白兔動(dòng)物模型的經(jīng)驗(yàn),本研究用A 型肉毒桿菌毒素三點(diǎn)注射于大白兔頦舌肌,通過(guò)減弱頦舌肌肌力造成舌后墜,進(jìn)而引起舌后平面狹窄。這一建模方式損傷小,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)輕,且在解剖結(jié)構(gòu)上更逼真地模擬了上氣道狹窄,后期進(jìn)行磁力牽引舌骨時(shí),所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為可靠。OSAHS模型制作后的監(jiān)測(cè)指標(biāo)為動(dòng)物基本狀態(tài)、上氣道最窄處直徑及股動(dòng)脈Sa O2變化。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物建模前后食量減少,體質(zhì)量下降,精神狀態(tài)低迷,四肢皮毛光澤度及清潔度差,白天除進(jìn)飲食外常俯臥位閉目睡眠,口唇顏色青紫;股動(dòng)脈SaO2連續(xù)性監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,對(duì)照組頦舌肌注射生理鹽水前后SaO2無(wú)明顯變化,而實(shí)驗(yàn)組頦舌肌注射A 型肉毒桿菌毒素建模后,股動(dòng)脈SaO2由(93.84±5.14)%降至(84.00±3.35)%,上氣道最窄處直徑由(4.83±0.47)mm 下降至(3.52±0.83)mm,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。這證明用A 型肉毒桿菌毒素三點(diǎn)注射于大白兔頦舌肌可成功制作舌后墜大白兔動(dòng)物模型。

OSAHS疾病模型構(gòu)建成功后,對(duì)實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物進(jìn)行磁牽引舌骨懸吊術(shù)。首先,使用3D 打印技術(shù)制作可裝載釹鐵硼內(nèi)磁鐵的聚丙烯酸酯外殼,通過(guò)手術(shù)在大白兔舌骨中央植入內(nèi)磁體裝置。隨后,進(jìn)一步根據(jù)大白兔的頸部特點(diǎn)設(shè)計(jì)可長(zhǎng)期佩戴的外磁體頸托。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物佩戴含外置磁鐵的頸托進(jìn)行磁力牽引后,發(fā)現(xiàn)動(dòng)物食量較前增多,對(duì)于外界刺激反應(yīng)靈敏,口周及四肢皮毛清潔度較治療前有所改善,口唇顏色由青紫轉(zhuǎn)為粉紅,白天在兔籠內(nèi)俯臥位閉目睡眠時(shí)間減少,站立時(shí)間增多,股動(dòng)脈SaO2明顯升高,氣道最窄處直徑明顯增大(P＜0.05)。以上結(jié)果均表明磁牽引舌骨懸吊術(shù)可改善舌后墜大白兔模型的上氣道狹窄程度,提高動(dòng)物血氧水平,進(jìn)而有效緩解OSAHS導(dǎo)致的一系列低氧血癥誘發(fā)的癥狀。此外,實(shí)驗(yàn)組有2例動(dòng)物在舌骨植入物術(shù)后出現(xiàn)輕微傷口紅腫,抗感染治療后痊愈,這也表明3D 打印的聚丙烯酸酯材料外殼的生物安全性較高。

綜上所述,大白兔頦舌肌注射A 型肉毒桿菌毒素可有效引起頦舌肌肌張力降低,造成動(dòng)物舌后平面狹窄,導(dǎo)致低氧血癥的發(fā)生,從而成功構(gòu)建舌后墜OSAHS動(dòng)物模型。磁牽引舌骨懸吊術(shù)可使舌后墜動(dòng)物的上氣道最窄處直徑明顯增大,全身血氧水平上升,有效糾正OSAHS導(dǎo)致的動(dòng)物生活飲食習(xí)慣的改變及體質(zhì)量下降。因此,利用磁鐵“非接觸性磁力”有望替代傳統(tǒng)的舌骨懸吊術(shù),既可使舌骨前移,擴(kuò)大舌后平面,改善上氣道狹窄導(dǎo)致的通氣不足、夜間睡眠中斷等癥狀,又避免了牽引線貫穿口底引起組織創(chuàng)傷過(guò)大的問(wèn)題。但是,本研究所納入的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量尚少,仍需大樣本量實(shí)驗(yàn)對(duì)本研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。此外,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物佩戴外部頸托后需定期檢查頸托位置,防止因動(dòng)物活動(dòng)引起的頸托移位導(dǎo)致磁牽引力下降,從而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差,將來(lái)需進(jìn)一步設(shè)計(jì)和制作更加穩(wěn)固的外部頸托用于實(shí)驗(yàn)研究。本研究是磁牽引舌骨懸吊術(shù)在動(dòng)物模型內(nèi)的初步嘗試,可為今后的臨床應(yīng)用提供一定的理論支持。