可回收Niti记忆合金支架在犬气管狭窄模型置入中的实验研究

张梦琦 魏 宁 徐 浩 祖茂衡 刘 金

可回收Niti记忆合金支架在犬气管狭窄模型置入中的实验研究

张梦琦 魏 宁 徐 浩 祖茂衡 刘 金

目的 探讨可回收Niti记忆合金支架在犬气管狭窄模型中置入及回收后的影像和病理变化。方法 16只实验犬，在DSA引导下经口在气管内置入裸支架制作气管狭窄模型，裸支架置入3个月内。选取狭窄程度为50%～60%的实验犬，再同法置入覆膜支架扩张狭窄气管，研究覆膜支架置入后影像学动态变化，后于4、6、8、10、12、14周随机抽取2只实验犬进行覆膜支架回收，处死实验犬，对支架和留置段气管进行病理分析，了解气管壁粘膜黏膜增生和损伤情况，对支架留置和回收的时限进行评估。结果 实验犬均于裸支架置入后2周左右出现喘鸣渐加重，3个月内共有12只实验犬气管狭窄程度符合进一步实验要求，2只实验犬死亡（感染1只，窒息1只），2只实验犬气管狭窄程度低于预定标准；置入覆膜支架后实验犬呼吸困难症状减轻，DSA-3D测量气管狭窄程度明显减轻，差异有统计学意义（t=48.407,P＜0.05）；第4周～第10周支架回收容易，回收支架表面光滑，支架内无明显组织增生及痰液潴留，其中第4周～第8周支架回收后气管狭窄处出现一定弹性回缩，第10周气管支架回收后无明显弹性回缩；第12周支架回收较为困难，支架与气管壁贴合较为紧密，回收支架表面残留片状气管内壁组织，病理提示为肉芽组织增生；第14周支架回收困难，1例回收未成功，1例回收过程中出现严重出血，且实验犬躁动明显。结论 应用裸支架支架建立犬气管狭窄模型具有较强的可行性；可回收覆膜支架治疗实验犬良性气管狭窄效果明显，支架置入后10周左右为较佳回收时段，10周后随时间的推移回收难度相应增加。

犬；可回收镍钛记忆合金支架；气管狭窄；动物模型

气管支气管狭窄(tracheobronchial stenosis，TBS)导致的呼吸困难是临床治疗中的难题之一，引起气管狭窄的原因众多，包括气管外的压迫和气管内肿瘤、结核、气管软化症等。在临床上，气道狭窄和气管瘘是一种严重危及患者生命的疑难重症，由于主气管难以手术切除，一直缺乏有效的治疗手段，对患者造成严重的呼吸障碍，具有较高的死亡率。近年来，随着介入放射学的迅速兴起，气道内支架治疗各种气道狭窄和气道瘘得到广泛应用[1-7]。特别是20世纪80年代出现的镍钛记忆合金支架，与其他气管支气管支架相比有着明显的优势，是治疗气管支气管良恶性狭窄的有效方法[8]。但因缺乏相关的基础研究，特别是动物实验研究，气道支架应用的各种并发症日益暴露出来，尤其是支架置入后再狭窄已成为影响患者疗效的主要因素，特别是良性气道狭窄和气道瘘患者。有学者将覆膜支架、可回收支架应用于良性气道狭窄的治疗，以期阻止管腔再狭窄，虽然取得了一定的疗效，但仍有许多问题未得到解决，尚需要动物实验的深入研究。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康成年杂种犬16只（徐州医学院动物实验中心提供），雌雄兼用，体质量（11.48±1.49）kg，犬龄18～24个月，颈部中段气管内径为（12.12±0.89）mm。

1.2 仪器设备 大型数字减影血管造影机(DSA，美国GE公司)；手动轮转式切片机（Leica RM 2235）；全封闭式组织脱水机（Leica ASP300S）；中威BMJ-Ⅲ型包埋机；研究显微镜（奥林巴斯BX41）；血气分析仪（美国i-STAT公司）；裸支架规格16mm×40mm；覆膜支架规格20mm×60mm（由南京微创医用有限公司提供，镍钛记忆合金支架及气管支架置入及回收器械）；4F单弯导管(美国Cordis公司，美国)；3%戊巴比妥钠（上海试剂二厂）。

1.3 气管狭窄模型建立 实验前3天观察并记录实验犬的呼吸、发声及进食情况，实验前12h停饮、停饲。称重后以3%戊巴比妥钠(1mL／kg)腹腔注射全麻。待角膜反射消失后将其仰卧固定于DSA手术台上,行DSA-3D以获得各实验犬正常气管中段内径。在DSA透视下将超滑导丝和单弯导管配合经犬口（预置开口器）送入气管、主支气管，交换加强导丝，送入预装支架输送器，在气管中段迅速释放支架（16mm×40mm裸支架）。术中注意观察实验犬的呼吸变化，记录DSA图像，术毕即行DSA-3D重建，评估裸支架位置（与环状软骨距气管分叉长度中点关系）。术后1周内喂食头孢氨苄颗粒（250mg/d）预防感染，术后第4周、第6周、第8周、第10周、第12周分别予DSA-3D气管扫描，评估气管狭窄程度，当气管狭窄指数（最窄处直径/正常气管直径×100%）大于50%～60%时即表明建模成功。

1.4 覆膜支架的置入 按照实验设计气管狭窄建模成功后，同前操作进行麻醉和固定，置入开口器，在DSA透视下，将1根4F单弯导管在超滑导丝引导下经口送入气管,通过狭窄段确定导管头端在主气管远端，然后保留和外固定该导管，连接吸氧管予以持续供氧(1～2L／rain)和维持呼吸道通畅[2]。再经口送入另一根4F单弯导管，在超滑导丝引导下通过气管狭窄段进入一侧主支气管，然后交换加强导丝，引入预装支架输送器，在气管狭窄段迅速释放覆膜支架（20mm×60mm可回收覆膜支架），然后在透视下，动作轻柔的撤出4F单弯通气导管。于右侧股动脉插入留置管分别于支架置入前及支架扩张开后10s采集血标本2mL置于肝素抗凝注射器中，进行血气分析。其他术前、术中及术后处理同建模方法相同。

1.5 覆膜支架的回收 于4周、6周、8周、10周、12周、14周随机抽取2只实验犬进行覆膜支架回收，全麻醉和在DSA透视引导下将导丝插入气管内（同前步骤），沿导丝将支架配备的回收装置送入气管，勾住气管支架上端的回收线，待支架上端聚拢，将支架拉出体外，透视下观察实验犬气管和肺部情况。

1.6 观察指标

1.6.1 一般情况 裸支架、可回收覆膜支架置入前后，动物均常规放养，观察记录实验犬能否存活，精神状况、饮食、活动情况，有无咳嗽、咳痰、咯血、气急气促、呼吸困难、喘鸣等情况。

1.6.2 覆膜支架回收的难意程度 （1）容易：支架回收过程中上端聚拢容易，进入回收鞘无明显阻力或稍有阻力调整方向后能顺利回收入鞘；（2）较为困难：支架回收过程中上端聚拢存在困难，需用用外力拉扯，支架进入回收鞘困难，阻力较大，多次调整方向后方能回收支架；（3）困难：较大力度拉扯支架无明显收缩，强行回收支架时气管内壁存在明显撕裂损伤，支架进入回收鞘困难，阻力大，多次调整方向后能或无法回收支架。

1.6.3 血气分析 对可回收覆膜支架置入前及支架弹开后30s采集的血气标本进行检测获血氧饱和度（SaO2）。

1.6.4 影像学表现 裸支架置入定期行DSA-3D气管扫描测量气管最窄径，计算气管狭窄指数；可回收覆膜支架置入后行DSA-3D气管扫描评估气管狭窄缓解程度；可回收覆膜支架回收后行DSA-3D气管扫描评估支架回收后扩张气管的回缩程度。

1.6.5 病理学表现 覆膜支架取出后处死实验犬，对支架和留置段气管进行病理分析，了解气管壁粘膜增生和损伤情况，对支架留置和回收的时限进行评估。标本包括支架段及两端2cm的正常气管，在正中线纵向剪开气管和支架，观察气管和支架的壁、腔内部改变和支架取出后气管的损伤情况。将标本浸泡于4%的甲醛溶液中，固定72h后抽出支架金属丝，于支架覆盖部份的气管近端、中段、远端分别横切取材、包埋、切片、HE染色，光镜观察病理改变，了解肉芽增生情况。

1.7 统计学方法 所有数据均应用采用SPSSl6．0统计学软件分析数据进行处理，正态计量资料采用“±s”表示；2组正态计量数据的组间比较采用t检验；计数资料用例数（n）表示，计数资料组间率（%）的比较采用χ2检验；以P＜0.05为差异有统计学意义。

图1 气管支架下移，主支气管阻塞，导致实验犬窒息死亡

图2 实验犬建模成功，裸支架置入后气管狭窄指数＞50%

2 结果

2.1 实验犬的基本情况 共16只实验犬接受裸支架置入制作气管狭窄模型，其中2只死亡，死亡分析原因为：1只因操作过程中实验犬躁动致支架下移阻塞支气管，术后3d窒息死亡（见图1），另1只因呼吸系统感染致肺瘀血于术后13d死亡。余14例均存活，各实验犬分别在术后2周出现喘鸣渐加重，12周时最为严重。3个月内通过影像学改变评估，12只实验犬气管狭窄建模成功（见图2），余2只未达狭窄评估标准。对12只实验犬实行可回收覆膜支架的置入，术后实验犬的呼吸困难症状均有改善，憋喘消失，精神状态好转，均可正常饮水、进食，发声无异常，体质量较术前无明显差别。

2.2 覆膜支架回收情况 第4周～第10周支架回收容易，回收支架表面光滑，支架内无明显组织残留及痰液潴留，第4周和第8周支架回收后气管狭窄处出现一定弹性回缩，第10周气管支架回收后无明显弹性回缩；第12周支架回收较为困难，支架与气管壁贴合较为紧密，回收支架表面残留片状气管内壁组织（见图3），病理提示为大量肉芽组织增生（新生血管、新生纤维母细胞、炎症细胞），第14周支架回收困难，1只回收未成功，1只回收过程中实验犬躁动明显，出现严重出血。见表1。

图3 可回收覆膜支架置入12周后予以回收，回收支架表面残留片状气管内壁组织

表1 12只实验犬可回收覆膜支架回收情况

2.3 血气分析 覆膜支架置入前，12只实验犬SaO2为70.0%～80.0%，平均（76.1±3.1）%；覆膜支架置入并弹开后30s12只实验犬SaO2为8.0%～96.0%，平均(92.5±2.2)%，覆膜支架置入前后SaO2差异有统计学意义（P＜0.01）。见表2。

表2 12只犬覆膜支架置入前后血气分析指标（±s)

表2 12只犬覆膜支架置入前后血气分析指标（±s)

注：与覆膜支架置入前比较，t=14.21，aP＜0.01

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2.4 影像学表现 12只建模成功实验犬的平均气管狭窄指数为（57.00±2.97）%，经置入可回收覆膜支架对狭窄气管进行扩张后，气管最窄径明显增大，平均扩张后指数为（16.50±2.14）%，两指数比较，差异有统计学意义（P＜0.01）。回缩指数随覆膜支架放置时间的增加呈下降趋势，于10周后趋于稳定，表明支架回收后气管不再回弹。见表3。

表3 12只犬覆膜支架置入及回收前后情况（%）

2.5 病理学表现 压迫段气管粘膜受损程度与时间相关，于第12周后粘膜上皮不连续，部分脱落，并开始形成溃疡，表面血管破裂有血液渗出，经镜检气管粘膜逐渐出现鳞化，有新生血管及中性粒细胞渗出，示大量肉芽组织增生，有纤维化的趋势并开始推压软骨。支架头端部位气管粘膜损坏较中间段严重，充血肿胀，境下可见大量炎性细胞及组织增生。两裸支架也随时间逐渐被气管粘膜覆盖，增生的肉芽组织渐难剥离。见表4。

表4 支架和留置段气管病理学表现

3 讨论

近年来随着外科及气管插管技术的发展，良性气管狭窄的发病率逐年增高[9-10]，在对于良性气管狭窄的治疗过程中，介入技术因其创伤小、疗效快、风险低等优点逐步取代传统外科手术。目前，所用的解除良性气管狭窄的介入技术的方法主要包括：物理方法（激光、高频电、氩等离子体凝固技术、微波、冷冻技术等）；球囊扩张成形术；永久性气管支架置入术；可回收气管支架置入技术等[11-12]。而在临床工作中，气管支架技术在治疗良性气管狭窄中应用较为广泛，且该技术已逐步成熟，特别是可回收气管支架的应用，不仅可快速缓解患者气道阻塞症状，而且在支架回收后亦可大部分恢复气管生理结构。在可回收气管支架置入过程中，确定合适规格的支架和掌握合理的支架回收时间尤为重要[12-13]，本研究中笔者结合多年临床经验，以犬为实验对象，探讨可回收支架置入技术对良性气管狭窄的治疗疗效、支架回收时间及手术安全性等。

本研究为满足实验需求，实验犬建模操作简单、成模效果稳定、成本低且可重复性好的气管狭窄模型，采用气管内留置Ni-Ti记忆合金裸支架致肉芽组织增生来制作狭窄模型，其狭窄形成的病理生理机制与临床最常见的医源性气管狭窄的发生机制相对较为接近，均为气管壁受压致气管粘膜受损，组织坏死脱落、溃疡形成，最终导致肉芽组织过度增生、瘢痕形成。本研究16只实验犬予以Ni-Ti记忆合金裸支架置入，以支架置入后3个月为建模截止时间[14]，其中12例建模成功（气管狭窄指数＞50%），2例狭窄指数未达到使用标准。另2例为死亡，其中1例因操作失误致支架位置置入不当，造成憋喘，于术后3d窒息死亡，另1例因呼吸系统感染致肺瘀血于术后13d死亡。故应用裸支架建立气管狭窄模型具有很强的可行性。

研究中共成功置入可回收Ni-Ti记忆合金覆膜支架12枚，支架置入后实验犬SaO2迅速由（76.1±3.1）%提升至（92.5±2.2）%，呼吸困难明显改善，肺通气功能障碍和低氧血症立即得到纠正，术后喘鸣消失，精神状态改善，可见置入可回收覆膜支架对于良性气管狭窄病变所引起的气道阻塞有立竿见影的疗效。

覆膜支架置入后分别于术后4～14周予以回收，第4～10周气管支架回收容易，手术操作顺利，支架表面光亮且无明显滞留物，但第4～8周支架回收后气管弹性回缩严重，部分实验犬再次出现呼吸困难，血样饱和度下降，分析原因为支架置入时间过短，狭窄处瘢痕组织塑性未完成，成纤维细胞所致的肉芽组织回缩，导致气管狭窄处失去支架的支撑后再次出现狭窄。第10周支架得以顺利回收，支架表面依然光滑，除残留少量痰液外，无明显出血及附壁残留物，且气管狭窄处无明显弹性回缩，提示支架置入后10周左右为最佳回收时间，在此期间回收支架不仅无明显阻力，而且狭窄段增生组织已基本达到瘢痕愈合，狭窄段管径基本扩大到最大程度。第12周后气管支架回收较为困难，回收过程中支架与气管壁贴合紧密，强行回收后支架表面可出现气管壁残留物和明显的新鲜出血，严重可导致实验犬误吸死亡。总而言之，可回收支架在良性气管狭窄的治疗中可取的良好的效果，选择合适的支架回收时间尤为重要，笔者认为支架置入后第10周左右为回收的最佳时段，早于王征宇报道[12-13]的16周的临床最佳回收时间。主要原因为本研究实验犬气管狭窄形成时间较短，且连续性好，覆膜支架置入后可较快形成瘢痕愈合。

综上所述，实验犬气管留置Ni-Ti记忆合金裸支架致肉芽组织增生来制作气管狭窄动物模型，建模效果稳定，操作较为简便，建模成本较低，可用于良性增生性气管狭窄模型的建立。术后给予抗生素预防感染可有效减少实验动物的病死率，提高实验的成功率。可回收Ni-Ti记忆合金覆膜支架治疗良性气管狭窄效果明显，于术后3～4周回收覆膜支架可以在达到临床治愈的同时能够有效地防止严重并发症的发生。

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Objective To explore the changes in imaging and pathology after the implantation and retrieval of nickel-titanium shape memory alloy stent in a tracheal stricture canine model. Methods Tracheal stricture model were established by endotracheal implantation with bare stent in 16 dogs under the guidance of DSA. The polyurethane covered stents were placed in experimental dogs (the degree of stenosis is 50%-60% in three months. Observe the imaging features and changes of each experimental dog. At the time of 4 weeks , 6 weeks , 8 weeks , 10 weeks , 12 weeks and 14 weeks after stent placement , two dogs were randomly selected to remove the polyurethane covered stents and sacrificed to observe the pathological changes. And evaluated the time limite of stent placement and recovery. Results About 2 weeks after the bare metal stent placement, the dogs were wheezing and aggravated gradually. A total of 12 tracheal stricture canine models were successfully established in three months. 2 of 16 dogs died (1 infection, 1 asphyxia) , 2 of 16 dogs’ degree of tracheal stenosis is lower than the predetermined criteria.The experimental dogs had dyspnea remission after the treatment of polyurethane covered stents implantation, and the extent of tracheal stenosis significantly reduced monitored by DSA-3D(t=48.407, P＜0.05). It was easy to retrieve the polyurethane covered stents without obvious hyperplasia and obstruction of secretion like sputum during the 4-10 weeks. The elastic recoil happened in 4 week to 8 weeks, and vanished gradually after 10 weeks. About 12 weeks, stent-related granuloma formation had been developed excessively, and the recovery of stents became progressively more difficult. In 14 weeks, the recoveries were so difficult that 1 failed and 1 severe hemorrhage complication and the dogs were restlessness. Conclusion Application bare metal stents to dogs tracheal stenosis model is a stable and reproductive method; retrievable nickl-titanium shape memery allory stent is very effective for the treatment of benign tracheal stenosi of dogs, 10 weeks after stent implantation is better time of recovery, over time after 10weeks difficulty of recovery of stent increase accordingly.

Dogs; Retrievable nickel-titanium shape memory alloy stent；Tracheal stenosis；Animal model

doi∶10.3969/j.issn.1009-4393.2015.13.001

徐州市医学科研课题（XWJ2011017）；徐州医学院附属医院医学科技项目（2013104035）；徐州医学院“振兴计划”项目（XZMC20122015）

江苏 221006 江苏省徐州医学院附属医院介入放射科 （张梦琦 魏宁 徐浩 祖茂衡 刘金）

魏宁 E-mail：weiningjieru2006@163.com