肺切除术后持续性肺漏气治疗的研究进展

劳深 蔡松旺 李昀 安军 何锦园 刘立宝 黄邵洪 翁毅敏 张军航



肺切除术后持续性肺漏气治疗的研究进展

劳深 蔡松旺 李昀 安军 何锦园 刘立宝 黄邵洪 翁毅敏 张军航

持续性肺漏气(prolonged air leak，PAL)是肺切除术后常见的术后并发症，现临床上较为统一地将其定义为肺实质切除术后肺持续性漏气超过5d，临床发生率为8%-26%[1]。据Sakamoto等[2]的数据统计，即便是手术损伤相对较小的胸腔镜下机械钉闭合的肺大疱切除术，其PAL的发生率也可达9.5%，故对于解剖分离更为复杂的肺段切除术、选择性肺叶切除术、肺癌根治术等肺实质切除术，或术前评估围手术期肺部并发症危险因素较多的病人而言，PAL的预防和治疗已成为围术期肺保护及肺切术预后的重要议题。本文将结合国内外最新的文献资料，从PAL的病理生理学特点开始到现阶段PAL的多种治疗方案，对PAL的进展作出综述，并展望组织工程学干细胞治疗或将成为未来治疗PAL的新策略；但不包含临床常见的肺部手术后严重并发症支气管胸膜瘘。

一、PAL的病理生理学特点

目前临床治疗PAL及管理的方式多样，但其高发病率的病理机制我们尚不清楚[3]，如能更深入地掌握其病理生理学特点，必将有助我们制定出更合理有效的治疗方式。

PAL的结构基础是支气管、肺泡、胸膜及胸膜腔，并各具生理学功能。胸膜和胸膜腔在呼吸运动中能降低肺组织与胸壁间的相互摩擦力，使得肺组织在胸膜腔内能得到广泛的移动和膨胀，其生理功能的实现与其脏壁层胸膜由单层间皮细胞排列组成的结构相关，其中间皮细胞上均覆盖有密度不一的微绒毛(Microvillus)，这能最大程度地增加胸膜的表面积，更好地促进胸膜腔内的液体运输和代谢活动；另外壁层胸膜较脏层胸膜还分布有许多微孔结构(stomata)，微孔与周围淋巴腔隙相连接，通过胸腔顶层的壁层胸膜产生低渗性的胸液(含蛋白10g/L)，并由横膈面和纵隔面的壁层胸膜的微孔来重吸收来实现每天人体重要的胸液交换(0.15mL/kg/h)；最后间皮细胞还可以分泌诸如细胞外基质、巨噬细胞颗粒、中性粒细胞趋化因子等有机活性物质，以促自身细胞基质的合成、诱导局部炎症反应和纤维化，这或是术后受损胸膜组织的修复机理之一[4]。

目前受损胸膜间皮细胞的重生机制仍不清楚，Mutsaers[5]的研究发现，间皮细胞的自我修复广泛地发生在受损的胸膜表面，从损伤的边缘向中心覆盖，重生细胞在形态学上呈现为间皮细胞特有的立方体形，并拥有高尔基体(Golgi apparatus)[6]等典型细胞器，这项研究同时佐证了Gotloib等[7]的猜想，即胸膜受损后位于浆膜层下的间充质前体细胞会向受损面迁移并定向分化为新的间皮细胞以修复损伤。另外据Kim等[8]学者的观察，新生的间皮细胞亦覆盖有大量的微绒毛，此结构被认为对肺功能的生理学恢复具有重要作用。

另外以肺泡为例，Ⅱ型肺泡上皮(alveolar epithelial typeⅡcells, AT2)和Ⅰ型肺泡上皮(alveolar epithelial typeⅠcells,AT1)各具其的生理功能，其中前者虽只占据5%的肺泡表面积，但其对维持肺泡结构、生理功能及局部微环境的稳定具有重要作用，功能主要表现为合成分泌肺泡表面物质(pulmonary surfactant,PS)[9]及相关蛋白，作为肺泡上皮前体细胞具备增值和分化为AT1的能力，并参与多种肺组织损伤修复的病理过程，调节肺泡内液体平衡并参与固有免疫和免疫调节。

在病理生理学方面，肺泡上皮术后损伤修复的机制亦不明确，其中最主要的修复方式包括AT2向AT1的分化和增值，以修复肺泡上皮最重要的气体交换功能[10]。Rafii等[11]在研究中发现，肺切术后病人血液标本中血小板来源的趋化因子CXCL12的表达水平明显升高，进一步的实验证明CXCL12其能通过结合位于肺毛细血管内皮细胞(pulmonary capillary endothelial cells ,PCECs)上的基质细胞衍生因子-1(SDF-1)受体CXCR4和CXCR7增加基质金属蛋白酶MMP-14的表达，从而有效地刺激肺泡上皮的扩张及新生血管化，Kanter等[12]则发现肺切术后PAL病人胸液标本中趋化因子CXCL12的表达水平低，其通过对实验组PAL标本加入CXCL12趋化因子，对比实验组加入CXCL12及其拮抗剂AMD3100和对照组进行培养观察，并对其迁移及增殖数据进行统计，证明CXCL12修复受损细胞的另一个机制在于促肺泡上皮细胞的迁移而非直接促增殖，尽管许多过往研究[13]显示其对多种细胞具有促增殖作用。另外Martin等[14]发现，损伤肺组织内巨噬细胞通过特殊的胞葬作用也能刺激CXCL12的表达，在清理凋亡细胞的同时也有促组织修复的作用。

Bharat等[15]在最新的一项研究中发现，PAL病人胸腔内CO2水平的升高会抑制受损肺泡组织的修复，实验入组了116名接受常规肺实质切除术的病人，通过Atrium Medical公司生产的数字式胸腔引流系统和GE公司生产的Datex气体分析仪收集所有患者第一天胸腔内的CO2浓度数据，Poisson回归分析示胸腔CO2的浓度每上升1%，PAL发生的时间会随之延长9h(95%CI，7.1-10.8；P<0.01)，线性回归的数据示胸腔CO2的浓度每上升1%，PAL的发生率将增加10倍(95%CI，2.2-47.8；P=0.03)，另外课题组还将胸腔内CO2浓度>6%(大气CO2浓度0.04%；肺泡内CO2浓度4.9%-6.3%)的PAL病人纳入治疗组，通过胸管负压抽吸降低CO2水平和鼻导管吸O2增加O2浓度等干预，对比常规治疗组(胸管置入-20cm的水封瓶、无额外负压吸引及O2吸入)，治疗组PAL持续的天数明显减少(6.0±1.2vs3.4±1.1d；P<0.001)。其病理机制被解释为高碳血症上调肺泡细胞内mRNA-183的表达，抑制细胞线粒体内异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase 2,IDH2)的合成和对氧的利用，减少ATP的生成并抑制细胞修复，另外高碳酸血症还会抑制巨噬细胞吞噬致病菌和坏死的细胞碎片的能力，从而减缓细胞的重生[16]。

二、PAL的治疗选择

1. 手术一般技术处理

随着电视胸腔镜(VATS)的普及发展，越来越多的开胸手术被替代，虽然总体费用偏高，但VATS在缩短手术和住院时间，术中出血控制，减少术后胸管留置时间、持续肺漏气及减少肺部感染并发症等多方面具有优势。这其中很重要的是对于直线切割吻合器的应用，在针对发育不全或手术切除需要的大面积叶间裂的游离解剖，数据显示吻合器应用能有效减少术后创面漏气的发生率。Refai等[17]的研究表明，机械钉闭合组术后创面PAL的发生率明显降低，其胸管的留置时间和住院时间都较传统肺切术缩短。Ng等[18]的报告中也得出类似的数据，较传统缝合方式，吻合器术后PAL的发生率明显下降(22.2% (6/27)vs6.5% (3/46),P=0.049)。当然对于小范围的肺组织损伤，以经济成本和实际疗效为考量，精细的分离操作和细致的缝合结扎仍是最主要的处理方式。

2. 胸膜固定术和胸膜粘连术

胸膜固定术是目前气胸或肺囊肿肺大疱切除手术预防PAL普遍采用的方法[19]，即卵圆钳夹持无菌纱球反复摩擦壁层胸膜致渗血，利用血液中丰富的纤维蛋白原、凝血酶等凝血、促纤维化成分造成脏壁胸膜间产生无菌性的炎症，以达到粘连脏壁胸膜并消除残余胸膜腔的目的。临床数据[20]显示机械性摩擦胸膜后PAL的发生率可控制在3.6%-8.6%，但出血和术后疼痛是其主要的并发症。

胸膜粘连术与胸膜固定术的本质相同，其大多利用化学性或生物性的材料加固闭合肺实质术后的残端和创面，或促进脏壁层胸膜间的粘连。现笔者将目前应用的多种粘连剂归类如下。

(1)抗生素类：四环素、红霉素、多西环素[21]等抗菌药物都是临床常用的粘连剂，其中红霉素较其他抗菌素具有复发率低和不良反应轻的优点。

(2)化学药物：高渗葡萄糖、滑石粉悬浊液、硝酸银、碘伏等临床药物也是常用的化学粘连剂，其中高渗葡萄糖因相对易获取、安全、廉价的优点在临床上应用较多，其原理是通过其高渗性能造成胸膜间皮细胞內液的渗出受损，以促间皮细胞纤维化致胸膜粘连。临床数据[22]显示化学性胸膜粘连术的应用可将PAL发生率控制在1.9%-5.7%，其疗效确切但仍会出现诸如胸痛、发热和肺功能丧失等并发症。

(3)生物材料及制剂：常用的生物粘连剂包括注射用A群链球菌、重组人白细胞介素-2(IL-2)、生物蛋白胶等，另外加固残端和可疑创面的人造-生物材料也归纳在此。其中生物蛋白胶和人造-生物加固材料的应用和发展最为迅速，但因其高昂的费用即便在欧美等发达国家的应用亦不普遍，在一项欧洲心胸外科医师协会-欧洲胸外科医师协会(EACTS-ESTS)的联合调查[23]中发现，仅有8%的注册医师会常规使用诸如蛋白胶或加固材料等生物封闭剂(Sealants)，54%的医师会视其术中必需时才使用，余下的医师会根据术后的具体情况决定是否额外使用。Sakamoto等[24]的资料表明，吻合器闭合残端吻合不牢、周边反复修整、周边残存切除不完全的肺大疱组织、肺气肿的病理基础是PAL发生的高危因素，因此，对可疑的创面进行加固处理具有相当的临床意义，另由其统计的一组气胸数据表明吻合口残端覆盖Vicryl无纺网布(Ethicon,Somerville,NJ)和蛋白胶水喷洒的治疗组术后PAL发生率为2.6%，对比单纯肺大疱切除组的发生率为9.5%。Cho等[25]使用可吸收的Surgicel纤维素网布(Johnson&Johnson,Somerville,NJ)和TISSEAL蛋白胶(Baxter,Deerfield,IL)加固残端创面，其PAL的发生率约为4.0%。在最近一项[26]针对目前应用最广的两种封闭剂的对比研究中，TachoSil人凝血酶原-纤维蛋白原海绵(Takeda,Osaka,Japan)和BioGlue白蛋白-戊二醛交联生物胶(CryoLife,Surrey,UK)都能有效地降低PAL的发生率，前者展现出更好的弹性性能且能在4-5月后被重吸收，后者则拥有更强的通气强度，但其较差的延展性及过长的重吸收时间(>2年)会影响残肺实质的膨胀和呼吸运动，长时间观察下弊大于利，无论如何其应用都还取决于具体的临床需要。

(4)异体或自体组织材料：Lococo等[27]通过应用附着牛心包纤维的吻合器闭合术后残端创面，有效缩短慢阻肺病人术后引流管留置时间和住院时间，另Ikeda等[28]则通过自体心包外脂肪垫覆盖创面，2年内179例应用此法的患者仅有3例发生PAL，发生率仅为1.67%。此外，自体静脉血胸膜粘连术(autologous blood patch pleurodesis,ABPP)治疗PAL的方法很早就被报道并广泛应用于临床，是一项操作便利、简单有效、副作用小且费用较低的治疗措施。据Manley等[29]的总结，目前临床推荐的最适胸腔注射量是50mL-120mL。据Ozpolat等[30]的研究显示，与胸腔内注射高渗葡萄糖对比，ABPP的PAL治愈率更高(87.5% vs 54.5%,P<0.05)。

3. 胸腔闭式引流的管理

随着数字式胸腔引流系统[31]的应用发展，使得临床操作数字化管理和学术交流的标准化成为可能，其回溯漏气曲线的趋势预测给临床提供了更客观的临床依据，另其选择性的负压引流和便捷的移动性能也给临床提供了更好的引流管理，这使早期发现并降低PAL的发生成为可能。

在闭式引流的临床管理上，关于术后是否采取额外负压吸引的争论由来已久。据统计[37]目前大多数的医师还是倾向术后给予额外的负压吸引(-20cmH2O)，但如果同法应用在肺减容术后(LVRS)的病人身上，效果显然适得其反，额外的负压吸引并没有能清除残气、消灭残腔，促肺复张，相反可能造成肺实质的新创面致PAL进展，这与肺气肿的病理基础相关。另据Coughlin等[33]的meta分析，通过统计7项RCT的数据特点发现水封引流组和负压吸引组对漏气持续时间的改善并无差异(ARR 0.04,95% CI -0.01-0.09)，对于住院时间的缩短也无明显区别(WMD,2.19,95% CI -0.63-5.01)。此外，Qiu等[34]的meta结果也有类似结果，其对6项RCT进行了针对性的分层处理，以选择性肺切除术后发生PAL的病例为探讨对象，结果在胸管引流时间和住院时间上，水封组和负压吸引组无明显区别。故Deng等[35]作出建议，无论是水封引流还是负压吸引都需要结合具体临床情况，包括术前PAL高危因素的评估、术中肺实质切割创面的观察和术后引流的管理情况，其中以下四种情况建议早期采取负压吸引：① 原发性自发性气胸接受常规肺楔形切术后的病人；② 接受肺上叶切除术[36]的病人；③ 术前有PAL高危因素的病人，包括长期服用激素、糖尿病、营养不良等；④ 胸膜剥脱术后促肺复张。

三、组织工程学干细胞治疗PAL的展望

随着对PAL病理生理学机制的研究深入，我们发现目前大多数的临床治疗仍处在利用物理或化学原理对受损组织进行机械式修补的阶段，对于粘连强度的追求往往会增加患者的不适感和造成周边正常肺组织功能的破坏，因此，具备一定粘度强度并能最大程度保留甚至恢复间皮细胞/肺泡细胞功能的组织工程学干细胞治疗技术或将成为PAL治疗的重要研究方向。

Kanzaki等[37]最先尝试组织工程细胞片的研究，虽然其获取的鼠肺细胞-鼠皮肤纤维母细胞是终末分化细胞，但其在新生鼠PAL模型中的应用取得了满意的效果，这种双层结构的组织工程细胞片短期应用后即可见漏气停止，全部实验鼠无漏气复发，无肺部感染、死亡等并发症出现，在对动物处死后标本的进一步研究发现，其细胞片与周围肺胸膜组织粘连密切，新生血管组织及纤维素的生成连接预示了持久的封闭能力，另细胞片组织还展现了极好的弹性，机械通气下观察能承受最大范围的肺扩张；而后的长期观察(3个月后)扫描电镜(SEM)发现受损组织内有咖啡豆样的间皮细胞出现，并覆盖有大量成熟的微绒毛(Microvilli)，这表明新生组织已具有和天然肺组织相同的表面形态。

首次的组织工程学干细胞治疗PAL则由Kim等[9]报道，人脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)使用常规Zuk[38]法获取，经流式细胞仪鉴定ADSCs与间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)有类似的细胞表型(CD90+、CD105+、CD13+、CD29+、CD34-、CD45-、HLA-DR-)，后种植于聚乙醇酸(PGA)支架并制备成组织工程干细胞片覆盖兔PAL模型的肺表面，全部实验兔无感染、排斥、漏气复发，死亡等并发症出现，进一步解剖示干细胞片覆盖区域与肺胸膜组织粘连无间隙，需要钝性甚至锐性分离，另与对照组的相比，显微镜下实验组可以观察到大量新生的间皮细胞，而同时对照组的细胞外基质较厚并以纤维素形成连接为主。超微结构分析(ultrastructural analysis)观察到干细胞片组的新生细胞呈典型的单层立方体样的间皮细胞形态，同时发现大量的微绒毛结构存在于新生细胞的表面。这其中人脂肪干细胞(ASCs)具备多种优秀的生物学特性：取材便利，来源广泛，增殖能力强，不涉及伦理学问题，并具有向多胚层分化的潜能及免疫抑制效应[39]，这均有利于异体移植治疗，故在组织工程干细胞治疗中ADSCs是一种理想的种子干细胞。至于ADSCs的修复机制目前尚不清楚，直接的间皮细胞分化还是旁分泌机制尚存争议，Shigemura等[40]表示干细胞肺损伤的修复或与ADSCs能分泌大量肝细胞生长(HGF)相关，HGF被认为是促肺泡/胸膜血管损伤重生的重要细胞因子。

随着对肺切除术后损伤肺组织病理生理学和修复机制的研究加深，我们相信多形式PAL治疗的联合应用，能满足日益个体化的临床需求，我们也相信功能性修复终将替代机械式治疗，这也体现了我们对再生医学和精准医学的理念追求。

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10.3969/j.issn.1009-6663.2017.02.044

510630 广东 广州，中山大学附属第三医院胸心外科

张军航, E-mail：zhangjh33@mail.sysu.edu.cn

2016-05-30]