胰十二指腸切除術置放胰管引流合理性的流體動力學模擬研究

姜凱，陳照軍，陳永衛，劉江，趙向前，蘇明，劉洋，張文智，董家鴻，黃志強

胰十二指腸切除術(pancreaticoduodenectomy，PDD)是壺腹部癌根治性切除治療的經典方法。雖然胰腸吻合的方式與技術在不斷改進，但胰漏發生率仍然高達5%～33%[1-4]。胰腸吻合中對主胰管與空腸黏膜進行連續完整吻合是減少PDD術后早期胰漏發生的重要手段[2,5-6]，但對于直徑較小的胰管，這種吻合卻難以達到預期目的。為保持胰管與空腸內引流的連續性，放置硅膠內支撐管引流管是目前常用的方法[7]。一種方法是將胰管引流管直接放置于空腸襻內的膽腸吻合口遠側端，另一種是將它經空腸襻近端穿出引流至體外，以防止胰液與膽汁或腸液混合。采用上述方法，若胰液引流暢通無阻力，理論上應可降低早期胰漏的發生率，但事實并非如此[7-9]。胰液具有一定的黏稠度，在內徑較小的硅膠管內的流體動力狀態如何以及可能的影響因素目前尚未見文獻報道。本研究利用經典伯努利(Bernoulli's equation)管內流體流動機械能衡算式，對胰液在胰管內的流動進行推導計算，探討胰管引流過程中的影響因素，對PDD術中置放胰管引流的合理方法及安全性、可行性進行評價。

1 材料與方法

利用合理的簡化模型，假設胰液在引流管內為連續流動，設胰腺界面為1-1截面，引流袋為2-2截面，按1-1與2-2截面之間實際的流體機械能數據列柏努利衡算方程。因胰液具有一定黏度，在流動時存在的流體內摩擦會使一部分機械能轉化為熱能，從而引起總機械能的損失，因此衡算時加入壓頭損失項(∑Hf)，兩個截面間列柏努利衡算方程得方程式(1)。

g取常數9.81；Δz. 液位差；ΔP. 頭端間壓力差；l. 引流管長度；μ. 流體黏度；u. 流體流度；d.引流管內徑；ρ. 流體密度。

考察引流管內徑、長度、液位差和胰液黏度對ΔP的影響，并通過模擬實驗驗證引流管內徑與長度兩因素的作用。目前所采用的引流原理是被動重力引流，需要一定的壓力梯度以保證引流穩定有序，因此引流袋應低于胰腺部位以下一定距離。然而，由于腹壁戳口體外選位點均高于胰腺，因此，計算需要添加外加壓頭來補償，壓頭來源于兩個方面，一方面胰管內壓力本身可以提供一定的壓頭(平均16～18mmHg)，另一方面引流液出口端可以外加一負壓裝置來提供必要的壓頭克服損失。

依據臨床經驗和參數作以下設定，將所設定的參數依次代入公式(2)進行計算，求得系列ΔP值。推斷實際應用中所需的條件分析所獲數據，流體流速按2l/d計算，密度設定為1000kg/m3，集中考察決定ΔP的其他4個因素：①引流管管長依次取0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8m；②引流管內徑依次取0.008、0.016、0.024、0.032m；③胰液黏度依次為0.000656、0.001、0.005、0.01、0.015、0.02Pa.s；④液位差依次為0.05、0.10、0.15m。

1.1 假設驗證 如果胰腺比引流袋高0.1m，Δz=0.1m，g取9.81，胰腺內壓力與引流袋的壓力相等，ΔP=0，胰液分泌量為2l/d，

設定引流管長度l為1.5m，胰液黏度為體溫下水的黏度，即μ=65.6×10–5Pa.s，胰液密度為水的密度，即1000kg/m3，根據公式(3)，可求得引流管內徑d=0.000986m，驗證Re，

Re＜2000，胰液流動為層流，假設成立。

1.2 材料與儀器 模擬胰液引流體系自制裝置如圖1，包括不同內徑(0.008、0.016、0.024、0.032m)引流管，生理鹽水500ml，黏度為5mPa.s的聚合物溶液500ml，U型壓差計，滴液漏斗，50ml注射器，游標卡尺。

圖1 胰腺引流體系模擬示意圖Fig.1 Schematic diagram of simulative pancreatic drainage system

1.3 實驗步驟 ①依據以上論述設計模擬引流體系裝置，見圖1。②室溫25℃，將500ml生理鹽水倒入滴液漏斗中，連接U型壓差計，連接整個封閉系統，將滴液漏斗內加壓至16mmHg。依次測試4種不同內徑的引流管引流500ml生理鹽水所需時間。③采用同樣方法，測試引流500ml 5mPa.s的聚合物溶液所需時間。引流高度設定為50cm，引流管長度為1.8m，整個過程中其他變量均維持不變，始終保證整個系統的干凈與通暢。④對②、③兩組實驗均采用重復測5次，取平均值，做好詳細記錄。

2 結 果

2.1 計算數據采集 觀察引流管內徑分別為0.008、0.016、0.024、0.032m，液位差依次為0.05、0.10、0.15m時，兩因素各自對ΔP的影響，具體結果如圖2A所示。觀察引流管長度分別為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8m，以及胰液黏度依次為0.000656、0.001、0.005、0.01、0.015、0.02Pa.s時，兩因素各自對ΔP的影響，具體結果如圖2B所示。

2.2 實驗數據采集 分別采用4種不同內徑和不同長度引流管引流500ml生理鹽水(1mPa.s)與500ml聚合物溶液(5mPa.s)，結果如圖3所示。

圖2 引流管內徑與液位差(A)以及引流管長度和胰液黏度(B)對ΔP的影響Fig.2 Impacts of diameter and liquid level difference (A), and tube's length and pancreatic juice's viscosity (B) on ΔP

圖3 不同內徑(A)、不同長度(B)引流管引流生理鹽水與聚合物溶液時間曲線圖Fig.3 Diameter-draining time plot of tubes with different inner diameter (A) and length (B) draining 0.9% saline and polymer solution

3 討 論

目前關于PDD術后胰管引流的體內外置放方式仍存在爭議，主要依靠各自的臨床經驗，缺乏理論依據。文獻報道主胰管直徑為1.0～3.0mm，最大直徑為2.0～3.0mm[4,10]。Park等[11]測量了不同黏度的液體通過不同型號引流管時的速率，管徑型號6-18F(1F=0.33mm)，結果發現引流速率隨著管徑的增加而提高，但當管徑超過7F后，這種差距將逐漸變小。

目前臨床上已有各種規格的引流管可供選擇。根據臨床實際情況恰當地選擇引流管是保證引流順利的一個關鍵因素。據報道大口徑引流管比小口徑引流管能提供更有效的引流，但是，Gobien等[12]發現引流管的型號與引流成功率之間的關聯非常弱。Mueller等[13]的研究顯示，就引流管留置時間而言，小號引流管比大號引流管更具優勢，并且讓患者更舒適。Gobien等[12]的臨床研究也證實了此觀點，他們通過對臨床資料的回顧性分析發現，當引流管內徑較小時(5-6F)，容易發生反復堵管而不得不進行重新置管，而當引流管內徑增加到8F以上時，患者的引流時間與引流成功率之間無明顯差異，而且引流管內徑越大，對患者的創傷越大，不舒適程度也越重。

從本研究可以看出，ΔP隨著液位差的增加而增加，且隨液位差變化的幅度較大。在實際臨床應用中，液位差不同主要是由體位及個體差異造成的。當液位差超過0.1m時，ΔP已超過胰腺可以承受的壓力，可顯著增加胰漏的風險；而且，內徑對ΔP值也有顯著影響，總趨勢是隨著內徑的增加ΔP降低，在0.016m以內時下降趨勢較大，之后趨于平穩，也即當引流管內徑較小時對ΔP值影響較大，0.012m以下時尤其顯著，發生胰漏的可能性增加。

關于引流管長度和胰液黏度這兩個因素對ΔP的影響，本研究結果顯示，隨著引流管長度增加，ΔP值基本無明顯變化，只有在液體黏度較高時，其增加幅度才較為明顯。因此，實際臨床應用中引流管長度以1.4～1.6m為宜。由圖2亦可看出，隨黏度的增加ΔP值呈增加趨勢，然而，根據人體胰液的實際黏度范圍參考值，可知胰液黏度與ΔP實際無顯著相關性。

本研究通過實驗驗證了引流管內徑和長度這兩個因素的影響。其中由圖2A可以看出，引流管內徑與ΔP的相關性較大，當其值在0.16m以上時效果較為理想，與計算結果具有較好的一致性；而圖2B則證實在實際參數參考值范圍內，引流管長度與ΔP無明顯相關性。

通過對于影響ΔP值的4個因素的考察及相應實驗驗證，本研究獲得了較為可靠的數據，在所設定的參數范圍內，同時兼顧實際臨床需要，保證ΔP低于胰腺所能承受的平均壓力，推斷出4個因素的適宜范圍。首先對于具有較大相關性的兩個因素，即引流管內徑和液位差分別選擇0.002m和0.1m為佳，而無明顯相關性的引流管長度，兼顧實際臨床需要選取1.6m為宜。

上述實驗所做的假設，前提為引流管內胰液具有連續性。但在臨床實際中，往往會出現較大個體差異，上述結論在剛放置引流管后具有較大的參考價值，對于連續、正常的引流，只要保持1-1截面低于2-2截面并具有一定的液位差，即可保證其暢通。為盡量避免人為造成的引流管阻斷，以及不當處置引起的胰液引流受阻等問題，采用體內腸引流不失為一種理想可靠的方式。引流管內徑0.002m以上，液位差小于0.1m時，可以較大程度保證引流的暢通，引流管長度以1.6m為宜。因體外引流模式所面臨的實際問題，腸內引流可能是理想選擇。

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