适用于大鼠小肠吻合的磁吻合装置的吻合力控制试验研究

陈 环，单丽宇，2，马 涛，王 越，冯 哲，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

磁压榨吻合[1-3]（magnetic compression anastomosis，MCA）利用2 个或多个磁体间的持续压力，可实现被压迫组织的缺血坏死、周围组织连接愈合，是一种安全有效的吻合术式。MCA 最早用于小血管吻合[4]，现已应用于大血管吻合[5-7]、消化道重建[8-10]、狭窄吻合口再通[11-13]和组织修补[14-16]等多种场景。基于磁体的自耦合特点[17-18]，MCA 可简便、快速地实现微创化的管道重建，在腔镜和内镜[19-21]手术中更是得到广泛应用。

压榨吻合力是MCA 术的重要参数[2]，吻合力过小可导致子、母磁环错位或解离，是吻合失败的主要原因，而吻合力过大则可加速被压榨组织坏死脱落的进程，导致吻合口愈合质量低。由于MCA 的独特原理，磁吻合装置（magnetic compression device，MCD）的结构、尺寸和吻合力彼此关联、互相影响，增加了吻合力选择和控制的复杂性。以往关于MCA 中吻合力的研究多集中于胆肠或胃肠吻合，且着重于吻合力的选择，缺乏有效的吻合力控制手段[22-23]。因此，尽管MCA 在动物试验和临床实践中均得到广泛应用，但其吻合力的选择和控制尚缺乏统一标准和有效的手段。

为解决上述问题，本研究提出“磁芯”方案，在不改变MCD 结构与尺寸的基础上实现对吻合力的有效控制，并以大鼠肠吻合模型为例，确定最适吻合力范围。

1 材料与方法

1.1 不同MCD 的设计与制作

MCD 的子、母磁体均采用“磁芯”方案设计加工，即在扁圆柱形磁体外包裹环形光敏树脂外壳，得到圆形MCD，具体参数和加工方法如下：

将N54钕-铁-硼材料冲压成直径为1、2、3、4、5、6 mm，厚1 mm 的6 种扁圆柱形磁体（依次记为组1、组2、组3、组4、组5、组6），并在表面镀氮化钛以增加生物相容性和耐腐蚀性。采用立体光固化成型技术为上述磁体（6 mm 磁体除外）打印外径6 mm、内径1～5 mm、厚度1 mm 的环形外壳。将磁体分别嵌入外壳，可得到6 组吻合力不同的MCD，其实物图如图1 所示。利用液压数显微机控制万能测力试验台测量各组MCD 磁力随子、母磁体间距离的变化趋势，结果如图2 所示。各组MCD 的最大磁力、吻合力（双层肠管厚约0.5 mm，因而子、母磁体相距0.5 mm 时的磁力为吻合力）和吻合压强详见表1。

表1 各组MCD 力学分析结果

图1 6 组吻合力不同的MCD

图2 6 组MCD 的距离-磁力衰减曲线

1.2 试验动物与分组

选取60 只健康成年SD 大鼠，体质量280～300 g（由西安交通大学试验动物中心提供），在普通动物环境中饲养管理。因组1 MCD 磁力过小，难以维持磁体稳定配对，未进行动物试验。将60 只SD 大鼠随机分配至组2～6，每组12 只。该试验经西安交通大学动物伦理委员会批准。

1.3 手术方法

试验动物术前24 h 禁食、术前6 h 禁水，经异氟烷吸入麻醉后（麻醉盒：气体流速为1.5 L/min，异氟烷含量为5%；面罩：气体流速为0.6～0.8 L/min，异氟烷含量为2%），固定、剃毛并消毒。由正中切口开腹后，取出试验动物的回肠置于润湿无菌纱布上，在回肠距盲肠8 cm 处对系膜缘做6 mm 纵切口。从切口置入子、母磁体，分别送至切口近端和远端5 cm左右，之后对合磁体实现回肠侧-侧吻合，缝合回肠切口后逐层关腹。手术过程示意图如图3 所示。

图3 手术过程示意图

1.4 术后护理与标本获取

术后立即行X 射线腹部平片，观察子、母磁体配对情况。之后将大鼠置于干净笼中，任其自由进食饮水。每日行X 射线腹部平片观察子、母磁体配对情况并记录排磁时间。

术后14 d，过量麻醉处死试验动物，开腹暴露吻合口。根据粘连量表[24]评估试验动物吻合口粘连情况：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试验动物吻合口爆破压，并行HE 和Masson 染色。

1.5 统计学方法

采用SPSS 23.0 软件处理数据。分类变量以数字和百分比的形式表示，并通过χ2检验或秩和检验进行组间比较。正态分布数据以±s 表示，采用Studentt 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表示，组间比较选择秩和检验。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 试验结果

2.1 术后一般情况

术后观察期间，组2 有7 只大鼠子、母磁体发生分离，其他各组磁体配对良好（如图4 所示）。组3、组4、组5、组6 试验动物分别死亡1、0、5、6 只，组5、组6 试验动物死因均为吻合口漏所致的腹腔感染，而组3 试验动物死因不明。各组试验动物生存曲线如图5 所示，组3 与组4 的合并生存率高于组5 与组6[P<0.001，如图5（b）所示]。

图4 术后X 射线透视图

图5 各组试验动物生存曲线

2.2 吻合口愈合质量

吻合口浆膜面与黏膜面大体观如图6 所示。组3和组4 吻合口浆膜面整洁连续，几乎没有粘连；黏膜面光滑平整，吻合线隐约可见。组5 和组6 吻合口浆膜面粘连严重；黏膜面愈合不良，吻合线深浅不一。

图6 吻合口浆膜面与黏膜面大体观

组3～组6 吻合口粘连评分及爆破压统计结果详见表2。结果表明，组3 和组4 的粘连评分均优于组5 和组6（组3 vs 组5，P=0.003；组3 vs 组6，P<0.001；组4 vs 组5，P=0.004；组4 vs 组6，P=0.004。校正的显著性水平α=0.008）。组3 和组4 吻合口机械强度优于组5 和组6（组3 vs 组5，P=0.003；组3 vs 组6，P<0.001；组4 vs 组5，P<0.001；组4 vs 组6，P<0.001。校正的显著性水平α=0.008）。

表2 组3～组6 吻合口粘连评分及爆破压统计结果

组织染色结果如图7 所示。组3 和组4 吻合口浆膜层、黏膜下层和黏膜层愈合良好，几无瘢痕组织；组5 和组6 中吻合口浆膜层、黏膜下层和黏膜层愈合差，吻合口处瘢痕组织过度增生。

图7 吻合口HE 和Masson 染色结果

3 讨论

自20 世纪80 年代磁外科发展以来，以磁吻合为代表的磁外科技术已广泛在动物试验和临床诊疗中展开应用。目前对于MCD 规格的选择主要参考管腔直径和组织特性，因磁力不匹配而导致的吻合失败、吻合口漏等术后并发症高发，影响患者生存质量。因此，探究最适吻合力从而使MCD 的应用规范化、标准化具有很大的临床价值。

磁力[23]、尺寸[2]和结构[20，25]是MCD 的三大要素，根据不同应用场景设计MCD 的尺寸和结构对满足特定需求十分重要。对于传统MCD，磁力与尺寸正相关[26-27]，难以独立控制。Xue 等[22]在磁压榨胆肠吻合最适吻合力的研究中，通过改变MCD 的尺寸以获得不同吻合力，然而“最适尺寸”和“最适吻合力”往往不能兼顾，即吻合器尺寸越大，吻合力也越大，吻合口漏的风险升高；反之，吻合力越小，尺寸也越小，吻合口狭窄的风险增加。Zhao 等[28]则通过不完全退磁的方式改变吻合力，然而退磁程度是不可控的，退磁后MCD 的实测磁力往往与预期有所偏差，因此该方案仅限于试验阶段，难以推广应用。

为解决上述问题，本研究提出“磁芯”方案，在磁体外包裹光敏树脂制作MCD，通过树脂外壳控制MCD 的结构与尺寸，通过磁芯精确调节磁力。这一设计解决了MCD 的磁力、尺寸与结构的关联性问题，可使MCD 结构满足需求的同时，分别控制尺寸和吻合力在最适范围。利用该方案制作不同吻合力的MCD（0.09～4.32 N）并行大鼠肠吻合，结果显示：若吻合力过小（<0.79 N），则坏死进展缓慢甚至停滞，吻合口无法形成；若吻合力过大（>1.90 N），则坏死速度过快，超过其周围组织愈合速度，吻合口漏的发生率升高。因此，大鼠肠吻合的最适吻合力为0.79～1.90 N，对应压强为27.86～67.41 kPa，这与以往的研究结果一致[22，28]。

本研究通过“磁芯”方案控制MCD 的吻合力，得到了适用于大鼠小肠吻合的最适吻合力范围，但研究结果仅限于小动物。后续将在大动物试验中验证“磁芯”方案的可行性和有效性，并利用该方案进一步探究最适吻合力下MCD 结构对吻合口形成及预后的影响。