城垛状磁吻合装置的设计与实验研究

陈 环，单丽宇，2，马 涛，王 越，冯 哲，2，吕 毅，2*

（1.西安交通大学第一附属医院精准外科与再生医学国家地方联合工程中心，西安 710061；2.西安交通大学第一附属医院肝胆外科，西安 710061）

0 引言

管道重建是消化道手术的关键步骤，传统的重建方式包括手工缝合和钉式吻合器吻合，针线（或金属钉）的贯穿损伤和异物刺激难以避免[1-2]，因此术后并发症多发。其中，吻合口狭窄（anastomotic stricture，AS）是常见并发症，其发生率从3.2%到40%不等[3-8]。虽然短期内AS并不致命，但再通术后溃疡、出血和穿孔等并发症难以避免[9]，且再通率低[10]、再狭窄率高[11]，多需长期重复治疗，可带来破坏性或致残性后果，严重影响患者生活质量。

磁吻合[12-14]（magnetic compression anastomosis，MCA）是利用2个（或以上）磁体间的磁场力，通过开腹（胸）、腔镜或内镜操作实现空腔脏器连接再通的新兴技术，已被证明可实现多种管道重建[15-18]。基于磁体隔物相吸的特点，MCA彻底规避了吻合口的贯穿损伤和异物刺激，对解决术后AS具有潜在价值。

然而目前的磁吻合装置（magnetic compression device，MCD）多为简单的圆形[19-21]，需满足Φ吻合器/Φ肠道≥1.2才能实现吻合口长期通畅，否则狭窄难以避免[22]。而过大的尺寸无疑会增加手术难度，不利于腔镜或内镜操作。Van Hooft等[23]利用MCD行内镜下胃肠旁路，选用了直径14 mm的磁环，在吻合口形成后放置了双蘑菇头支架以预防其狭窄，然而支架相关并发症多发。Ryou等[24]和Machytka等[25]设计了自组装MCD，通过增加磁环尺寸预防吻合口狭窄，然而结构冗杂，不利于临床推广。因此，优化MCD结构，实现吻合口长期通畅，同时缩小吻合器尺寸至关重要。

受启发于内镜下放射状纤维瘢痕切开术[26-27]，本研究设计加工城垛状MCD，在吻合口形成过程中离断纤维瘢痕，从而预防瘢痕挛缩导致的AS，并以家兔为模型验证其实现吻合口长期通畅的有效性。

1 城垛状MCD的设计与加工

如图1（a）所示，城垛状MCD由母环和子环组成，母环为城垛状结构，子环为圆形磁体。子母环均为外径8 mm、内径5 mm。为保障城垛结构强度的同时提供适当吻合力，母环吻合面采用1.5 mm厚的纯铁加工并雕有8个旋转对称的1 mm深的放射状凹槽，底座采用1.0 mm厚的N54钕铁硼加工，加工后的母环厚度为2.5 mm。采用N54钕铁硼加工子环，利用有限元分析吻合力与子环高度之间的关系，并绘制曲线[如图1（b）所示]，根据仿真结果将子环高度定为2.0 mm。如图1（c）所示，依据上述方案加工凹槽宽度分别为0.6、0.8、1.0和1.2 mm的4种城垛状MCD。

图1 城垛状MCD的设计与加工

2 动物实验

2.1 实验方法

2.1.1 动物准备与分组

选取成年家兔60只，体质量2.5~3.0 kg，由西安交通大学实验动物中心提供。将实验动物随机均匀分配至组1~组5，组1~组4分别采用凹槽宽度为0.6、0.8、1.0和1.2 mm的城垛状MCD进行小肠吻合。组5为对照组，采用传统的圆形磁环进行吻合，其材料和参数与实验组一致，但没有放射状凹槽。每组动物又随机均匀分为2个亚组，分别观察至术后30 d和180 d。在普通环境中饲养家兔。实验动物术前24 h禁食，6 h禁饮，麻醉及手术操作前进行称重。实验经由西安交通大学动物伦理委员会批准。

2.1.2 动物麻醉与手术

肌肉注射地西泮后，经耳缘静脉注射3%戊巴比妥钠（1.0 ml/kg）麻醉实验动物。固定、备皮、消毒后，正中切口行开腹术。探查十二指肠并将其置于润湿的无菌纱布上，夹闭十二指肠近端和远端。于十二指肠中段对系膜缘做8 mm左右纵切口，先置入母环并送至切口近端5 cm左右，然后置入子环并送至切口远端5 cm左右。轻柔对合子母环，实现十二指肠侧侧磁吻合。之后，用6-0可吸收缝线间断缝合十二指肠切口，并用2-0不可吸收缝线逐层关腹。术后立即行腹部X射线检查，观察子母环配对情况。

2.1.3 术后护理与标本获取

术后应用青霉素钠（40万单位）抗感染，连续使用5 d，并定期对伤口进行消毒。每12 h行腹部X射线检查，观察磁体配对情况，记录磁体排出时间。

术后30 d和180 d，过量麻醉处死各组中一个亚组动物。开腹暴露吻合口，根据粘连量表评估吻合口粘连情况：0分，无粘连；1分，微度，粘连细微，钝性游离可松解；2分，轻度，需要侵袭性的钝性游离；3分，中度，需要锐性游离；4分，重度，不能无损伤松解。

获取吻合口标本，采用浸水注气法测量吻合口爆破压。采用ImageJ_v 1.8.0（National Institutes of Health）测量吻合口大小，并行HE和Masson染色。

2.1.4 统计学方法

使用SPSS 23.0（IBM Corporation，Armonk，NY，USA）进行统计学分析。分类变量以数字和百分比的形式表示，并通过卡方检验（用于无序分类变量）或秩和检验（用于有序分类变量）进行组间的比较。满足正态分布的连续变量使用均值±标准差（±s）表示，采用Student-t检验或单因素方差分析进行组间比较。不满足正态分布的连续变量以中位数（四分位间距）表示，统计检验选择秩和检验进行组间的比较。所有统计检验均为双侧检验，P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2.2 实验结果

2.2.1 术后一般情况

术后即刻X射线显示各组吻合器的子母环配对良好，未发生错位或解离，如图2所示。术后30 d，X射线显示组3和组4均发生磁体未排现象。剖腹探查显示这2组吻合口浆膜面愈合良好[如图3（a）所示]，黏膜面有肉芽组织及未脱落的磁环[如图3（b）所示]。取下磁环可见肉芽组织与吻合口有8处条索状桥连组织[如图3（c）、（d）所示]，对应吻合器8个凹槽，提示城垛状MCD凹槽宽度达1.0 mm时，无法形成完整的吻合口。

图2 城垛状MCD吻合效果

图3 组3和组4吻合口示意

组1、组2和组5动物各死亡1只、1只和2只（P=0.488），分别死于术后21、9、3和7 d，死因多为腹腔内感染。组1、组2和组5磁体排出时间分别为（14.0±0.8）、（14.6±0.8）和（13.6±0.6）d。组2排磁较组5更慢，其他各组无差异（P组1/组2=0.054，P组1/组5=0.181，P组2/组5=0.003；校正的检验水平：α=0.017）。

2.2.2 吻合口形态

术后30 d和180 d，组1、组2和组5实验动物腹腔内解剖结构清晰、未见消化道漏及腹腔感染等情况。各组吻合口愈合良好、整洁连续、几乎没有粘连（粘连评分结果见表1），如图4所示。HE和Masson染色显示各组吻合口浆膜层、黏膜下层和黏膜层愈合良好，如图5所示。

图4 组1、组2和组5吻合口大体观

图5 组1、组2和组5吻合口镜下观

表1 组1、组2和组5术后吻合口相关指标比较

2.2.3 吻合口机械性能

术后30 d和180 d，组1、组2和组5间爆破压未发现统计学差异，城垛状MCD所形成吻合口机械性能与传统圆形MCD相当（见表1，30 d时P=0.826，180 d时P=0.413）。

2.2.4 吻合口周长

如图6（a）~（c）所示，术后30 d，各组吻合口未见明显狭窄。组1、组2和组5吻合口周长分别为（20.55±0.98）、（23.96±1.19）和（18.36±1.74）mm，差异有统计学意义（P＜0.001）。其中组2吻合口周长大于组1和组5（P组2/组5＜0.001，P组1/组2=0.002；校正的检验水平：α=0.017）。但组1和组5的吻合口周长无统计学差异（P组1/组5=0.041；校正的检验水平：α=0.017）。

图6 术后30 d和180 d组1、组2和组5吻合口周长

如图6（d）~（f）所示，术后180 d，组1和组2吻合口未见明显狭窄，组5吻合口可见明显狭窄。组5、组1和组2吻合口周长随凹槽宽度增大而增大[各组吻合口周长分别为（14.70±1.85）、（20.18±1.31）和（24.51±1.08）mm，P＜0.001，分组检验P均＜0.001；校正的检验水平：α=0.017]。

3 讨论

MCA凭借其独特的原理，无针线贯穿、无异物刺激、无针眼渗漏，术后吻合口并发症（尤其是吻合口漏）较传统术式有所下降。然而MCA术后吻合口的长期通畅性仍难以保障。不同研究显示，胃肠道重建术后吻合口狭窄率可达14.3%~20%[15，28]，肠道重建术后吻合口狭窄率可达2.4%~5.7%[29-30]。

现有研究表明吻合口的狭窄大多是由纤维瘢痕挛缩导致[31]，因此内镜下纤维瘢痕切开术成为难治性吻合口狭窄的有效手段[27]。经内镜置入电刀或激光刀对环绕吻合口的纤维瘢痕做6~8个放射状切口，可有效减弱或消除挛缩瘢痕对吻合口通畅性的影响。类似的，通过在球囊上镶嵌若干刀片，切割球囊[32]可对狭窄吻合口进行扩张的同时实现对纤维瘢痕的放射状切割，亦是难治性吻合口狭窄的有效再通方式。

受此启发，本研究在MCD的吻合面雕刻了8个放射状凹槽，制作了城垛状MCD，以期在吻合口形成过程中离断纤维瘢痕，从而实现吻合口的长期通畅。将具有不同凹槽宽度的城垛状MCD应用于家兔模型，并与等尺寸传统圆形吻合器进行对照研究。结果显示，当凹槽宽度达1.0 mm时，肉芽组织可从过大的凹槽长入吻合器环内，导致吻合口形成不良。当凹槽宽度小于1.0 mm时，城垛状MCD组吻合口较对照组大，且长期稳定、未发现狭窄；同时，组2（凹槽宽度为0.8 mm）吻合口大于组1（凹槽宽度为0.6 mm）。因此，城垛状MCD可在一定程度上实现“小吻合器，大吻合口”，规避吻合口狭窄，且凹槽越宽，越有利于实现吻合口的长期通畅，但凹槽宽度应小于1 mm，否则吻合失败。

需要指出的是，本研究虽采用家兔对所制城垛状MCD实现吻合口长期通畅的有效性进行了验证，但应用场景单一且缺乏大动物验证，后期还需开展相关临床研究。

综上所述，与传统等尺寸MCD相比，本研究所制城垛状MCD在术后吻合口长期通畅方面更具优势，可满足以较小尺寸预防吻合口狭窄的临床需求，具有巨大的应用潜力。