基于磁吻合技术的经自然腔道胃结肠吻合实验研究

基于磁吻合技术的经自然腔道胃结肠吻合实验研究

严小鹏1a,1b,张苗苗1a,1b,吉琳1a,1b,2a,张涵芷1a,1b,2a,李恒1a,1b,2a,牟星宜1a,1b,2b,徐庶钦1a,1b,2b,雷凤萍1a,1b,2a,马佳3,吕毅 1a,1b

1.西安交通大学第一附属医院a.肝胆外科;b.精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心,陕西西安710061;2.西安交通大学a.启德书院;b.宗濂书院,陕西西安710061;3.陕西省人民医院肿瘤外科,陕西西安710068

[摘要]目的探讨利用磁吻合技术经自然腔道实现无创化胃结肠吻合的可行性。方法以SD大鼠为动物模型,设计并加工适用于大鼠的可经口和经肛置入的吻合磁体。大鼠麻醉后经口置入子磁体至胃内,经肛置入母磁体于结肠脾曲,子母磁体自动对位吸合。腹部X线明确磁体吸合状态及位置,记录磁体排出时间。1个月后获取吻合口标本,肉眼观察吻合口形成情况。结果8只SD大鼠成功实施了经口经肛途径的无创化胃结肠磁吻合,术中磁体置入过程顺利,X线监测下可见子母磁体自动对位吸合良好。术后12~17 d磁体随粪便经肛门排出。术后1个月处死动物,获取胃结肠吻合口标本,肉眼观察可见胃肠吻合口通畅性良好,吻合口爆破压(114±10.25)mmHg。结论利用磁吻合技术,通过自然腔道途径可实现无创化胃结肠吻合。

[关键词]磁吻合;胃肠吻合;磁压榨技术;磁外科;经自然腔道

引言

胃肠吻合是临床常见的手术方式,主要用于重建消化道连续性。对于胃十二指肠输出道恶性梗阻患者,当失去根治性手术机会及内镜下消化道支架置入失败时,胃肠吻合成为改善后期生存质量的重要的姑息性治疗措施之一。如何以最小的创伤重建胃肠旁路成为消化科医生关注的焦点。内镜下十二指肠双球囊封堵固定装置可辅助完成内镜下胃肠吻合[1],具有创伤小、效果确切等优点,但操作难度大、对内镜下操作技术水平要求高,在全世界仅有极少数消化内镜中心开展[2]

磁吻合是基于磁体间“非接触性”磁场力特征,利用特殊设计的磁性装置,在开放手术、腔镜手术、介入手术、内镜操作等不同应用场景下,实现无缝线化空腔脏器吻合重建的一种新型吻合模式。磁吻合是磁外科(Magnegtic Surgery,MS)临床应用技术体系的重要组成部分[3]。磁吻合技术的研究和临床应用已涉及胃肠道吻合[4-7]、血管吻合[8-9]、消化道瘘口修补[10-13],甚至可用于气管食管瘘动物模型的制备[14-15]。本研究在前期磁吻合研究基础上,提出了经自然腔道来实现胃肠磁吻合的构想,并以SD大鼠为动物模型验证该操作的可行性。

1 实验材料与实验方法

1.1 实验动物

SD大鼠8只,雌雄各半,质量220~250 g,购于西安交通大学实验动物中心。该实验经西安交通大学生物医学伦理委员会审批通过(审批号:XJTULAC2019-1001),整个实验过程符合实验动物伦理要求。

1.2 磁体设计

根据大鼠食管及结直肠解剖特点,本实验中子母磁体均为长7 mm、宽4 mm、厚2 mm的长方体形状,采用N42烧结钕铁硼加工而成,表面电镀镍。磁体质量0.395 g,表面场强1800~2000 Gs。磁体实物,见图 1。

图1 磁体实物图

1.3 手术操作

所有大鼠适应性喂养1周后,术前2 d开始进无渣饮食,3%戊巴比妥钠(1 mL/kg)腹腔注射麻醉。麻醉满意后仰卧位固定于小动物手术操作台上,整个手术台取头高位约60~70°,钛合金组织镊夹持磁体经口置入子磁体至食管,然后用小儿胃管将其推向胃内。调整小动物手术操作台取头低位,石蜡油润滑肛门后经肛门置入母磁体,用胃管推送母磁体至结肠脾曲靠近胃体部位。X线监视下调整子母磁体位置,子母磁体自动对位吸合。手术操作即完成。术后单笼饲养,自由进食水。吻合口形成后母磁体与子磁体脱落并进入肠道内自然排出体外。观察并记录磁体排出时间。

2 结果

8只SD大鼠均顺利完成了子母磁体的置入,置入过程顺利,子母磁体可自动对位吸合完成吻合过程。图2所示为X线显示的子母磁体吸合后的状态及位置。术后12~19 d子母磁体随粪便排出体外。术后1个月处死大鼠,获取胃结肠吻合口标本,肉眼观察可见吻合口黏膜层连续性良好,吻合口通畅。吻合口大体标本见图3。浸水打气法(图4)测试胃结肠吻合口爆破压为(114±10.25)mmHg。

图2 术后X线显示磁体位置

注:a.正位片;b.侧位片。

图3 胃结肠吻合口大体标本

注:a.大体标本(*所示为胃、+所示为结肠);b.胃结肠吻合口(结肠侧);c.胃结肠吻合口(胃侧);d.胃结肠吻合口纵行剖开。

图4 胃结肠吻合口爆破压测试

注:a.胃结肠浸水打气;b.爆破压测量

3 讨论

MS是利用特殊设计的磁性医疗器械或设备,将磁性物质间“非接触性”磁场力转化为临床诊疗中能够发挥特定功能的力,从而完成组织压榨、器官锚定、管腔导航、间隙扩张、可控示踪、磁力驱动等功能的新兴综合性技术学科[16]。磁吻合是一种有别于手工缝线吻合和钉式吻合的第三种吻合模式。凭借磁体“隔空发力”的特点,磁吻合在重建消化道连续性时,无异物穿透待吻合的组织,依靠磁力即可实现吻合口两端组织的贴合,从而形成磁体—组织—磁体的“三明治”样结构。在磁力的持续压榨过程中,磁体间的受压组织发生缺血—坏死—脱落,而压榨旁组织则发生粘连—修复—愈合的病理变化[17],当吻合口形成后磁体可经消化道自行排出体外。

随着内镜技术的发展,消化外科手术的内镜化治疗已成为热点。磁吻合技术为内镜下胃肠吻合提供了极佳的吻合模式。本实验以大鼠为模型,模拟了内镜下胃肠吻合。因缺乏适合大鼠的内窥镜系统,因此胃内磁体我们采用经口直接推送的方法即可将磁体置入胃内。肠道内磁体,我们也采用经肛门直接推送的方法,但由于结肠的走形等原因,该磁体只能送至类似人体的结肠脾区的位置,这是本实验的不足。但在实际临床中,我们借助胃镜、小肠镜或结肠镜,磁体的位置可以更灵活方便的掌控。本实验中磁体置入后自动对位吸合,成功建立了无创化胃结肠吻合新方法。在本研究的基础上,利用胃镜、结直肠镜、小肠镜等内窥镜系统可进一步在大动物上进行探索和验证。

在磁体设计过程中可借鉴磁体设计的“西安原则”[18]:即功能性原则、可加工性原则、可操作性原则、风险最小化原则、符合磁力学基本规律的原则。在既往的研究中,空腔脏器吻合大部分采用环状磁体的设计方案[19-21],原因为:①术中就需要建立吻合口的通畅性;②方便磁体的置入。本研究中,吻合口无需术中立即建立,同时结合磁体置入的可操作性原则,磁体的横截面积需尽量小,而又要确保足够的吻合口面积,因此综合以上各个因素,长方体形的磁体为最佳形状设计。

通过磁吻合方法建立胃肠吻合无需开腹,因此不会造成腹腔粘连,可减少腹部手术并发症的发生。另外该方法术后胃肠道无有创损害,因此无需禁饮食,麻醉苏醒后即可正常进食水。通过大体标本观察可见吻合口黏膜愈合良好,既往研究的组织病理学观察已显示磁吻合技术建立的吻合口组织学评分明显优于手工缝线吻合[22]

本实验结果表明利用磁吻合技术通过自然腔道途径可实现无创化胃结肠吻合,在该研究基础上,进一步优化磁体设计并借助内窥镜系统在犬、猪等动物模型上进行操作路径的探索后,该方法可在临床上进行试用。

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Experimental Study on Gastrointestinal Anastomosis Through Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery Based on Magnamosis Technique

YAN Xiaopeng1a,1b,ZHANG Miaomiao1a,1b,JI Lin1a,1b,2a,ZHANG Hanzhi1a,1b,2a,LI Heng1a,1b,2a,MOU Xingyi1a,1b,2b,XU Shuqin1a,1b,2b,LEI Fengping1a,1b,2a,MA Jia3,LV Yi1a,1b
1.a.Department of Hepatobiliary Surgery;b.National Local Joint Engineering Research Center for Precision Surgery & Regenerative Medicine,The First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University,Xi’an Shaanxi 710061,China;2.a.Qide College;b.Zonglian College,Xi’an Jiaotong University,Xi’an Shaanxi 710061,China;3.Department of Surgical Oncology,Shaanxi Provincial People’s Hospital,Xi’an Shaanxi 710068,China

Abstract:Objective To explore the feasibility of non-invasive gastrointestinal anastomosis by using magnamosis technique through natural orifice transluminal endoscopic surgery.Methods SD rats were used as animal models to design and process anastomotic magnets that could be inserted through the oral and anus.After anesthesia,the daughter magnet was implanted into the stomach through the mouth and the parent magnet was implanted into the splenic flexure of colon through the anus,then the daughter and parent magnets were automatically attached to each other.The state and position of magnet suction were confirmed by abdominal X-ray,and the discharge time of magnet were recorded.The anastomotic specimens were obtained after 1 month,and the formation of anastomotic was observed visually.Results The non-invasive gastrointestinal magnamosis was successfully carried out in eight SD rats through the oral and anal pathway.The process of magnet placement was smooth during the operation,and the X-ray monitoring showed that the magnets was automatically aligned and attached.The magnets were excreted through the anus 12-17 days after operation.One month after operation,the animals were killed and the gastrointestinal anastomotic specimens were obtained.Macroscopic observation showed that the gastrointestinal anastomotic patency was good,and the burst pressure of anastomotic was 114±10.25 mmHg.Conclusion Non-invasive gastrointestinal anastomosis can be achieved by using magnamosis technique through natural orifice transluminal endoscopic surgery.

Key words:magnamosis;gastrointestinal anastomosis;magnetic compression technique;magnetic surgery;natural orifice transluminal endoscopic surgery

[中图分类号]R656

doi:11.3969/j.issn.1674-1633.2020.11.017

[文献标识码]A

[文章编号]1674-1633(2020)11-0058-03

收稿日期:2020-10-27

基金项目:国家自然科学基金(81700545);陕西省自然科学基础研究计划(2017JQ8021);中央高校基本科研业务费专项资金(xjj2018jchz14);西安交通大学大学生创新训练项目(SJ201910698194)。

通信作者:严小鹏,博士,副研究员,硕士生导师,主要研究方向为磁外科、新型医疗器械研发、肝胆胰疾病、医学教育。

通信作者邮箱:yanxiaopeng99@163.com

本文编辑 皮志超