可回收Niti記憶合金支架在犬氣管狹窄模型置入中的實驗研究

張夢琦 魏 寧 徐 浩 祖茂衡 劉 金

可回收Niti記憶合金支架在犬氣管狹窄模型置入中的實驗研究

張夢琦 魏 寧 徐 浩 祖茂衡 劉 金

目的 探討可回收Niti記憶合金支架在犬氣管狹窄模型中置入及回收后的影像和病理變化。方法 16只實驗犬，在DSA引導下經口在氣管內置入裸支架制作氣管狹窄模型，裸支架置入3個月內。選取狹窄程度為50%～60%的實驗犬，再同法置入覆膜支架擴張狹窄氣管，研究覆膜支架置入后影像學動態變化，后于4、6、8、10、12、14周隨機抽取2只實驗犬進行覆膜支架回收，處死實驗犬，對支架和留置段氣管進行病理分析，了解氣管壁粘膜黏膜增生和損傷情況，對支架留置和回收的時限進行評估。結果 實驗犬均于裸支架置入后2周左右出現喘鳴漸加重，3個月內共有12只實驗犬氣管狹窄程度符合進一步實驗要求，2只實驗犬死亡（感染1只，窒息1只），2只實驗犬氣管狹窄程度低于預定標準；置入覆膜支架后實驗犬呼吸困難癥狀減輕，DSA-3D測量氣管狹窄程度明顯減輕，差異有統計學意義（t=48.407,P＜0.05）；第4周～第10周支架回收容易，回收支架表面光滑，支架內無明顯組織增生及痰液潴留，其中第4周～第8周支架回收后氣管狹窄處出現一定彈性回縮，第10周氣管支架回收后無明顯彈性回縮；第12周支架回收較為困難，支架與氣管壁貼合較為緊密，回收支架表面殘留片狀氣管內壁組織，病理提示為肉芽組織增生；第14周支架回收困難，1例回收未成功，1例回收過程中出現嚴重出血，且實驗犬躁動明顯。結論 應用裸支架支架建立犬氣管狹窄模型具有較強的可行性；可回收覆膜支架治療實驗犬良性氣管狹窄效果明顯，支架置入后10周左右為較佳回收時段，10周后隨時間的推移回收難度相應增加。

犬；可回收鎳鈦記憶合金支架；氣管狹窄；動物模型

氣管支氣管狹窄(tracheobronchial stenosis，TBS)導致的呼吸困難是臨床治療中的難題之一，引起氣管狹窄的原因眾多，包括氣管外的壓迫和氣管內腫瘤、結核、氣管軟化癥等。在臨床上，氣道狹窄和氣管瘺是一種嚴重危及患者生命的疑難重癥，由于主氣管難以手術切除，一直缺乏有效的治療手段，對患者造成嚴重的呼吸障礙，具有較高的死亡率。近年來，隨著介入放射學的迅速興起，氣道內支架治療各種氣道狹窄和氣道瘺得到廣泛應用[1-7]。特別是20世紀80年代出現的鎳鈦記憶合金支架，與其他氣管支氣管支架相比有著明顯的優勢，是治療氣管支氣管良惡性狹窄的有效方法[8]。但因缺乏相關的基礎研究，特別是動物實驗研究，氣道支架應用的各種并發癥日益暴露出來，尤其是支架置入后再狹窄已成為影響患者療效的主要因素，特別是良性氣道狹窄和氣道瘺患者。有學者將覆膜支架、可回收支架應用于良性氣道狹窄的治療，以期阻止管腔再狹窄，雖然取得了一定的療效，但仍有許多問題未得到解決，尚需要動物實驗的深入研究。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康成年雜種犬16只（徐州醫學院動物實驗中心提供），雌雄兼用，體質量（11.48±1.49）kg，犬齡18～24個月，頸部中段氣管內徑為（12.12±0.89）mm。

1.2 儀器設備 大型數字減影血管造影機(DSA，美國GE公司)；手動輪轉式切片機（Leica RM 2235）；全封閉式組織脫水機（Leica ASP300S）；中威BMJ-Ⅲ型包埋機；研究顯微鏡（奧林巴斯BX41）；血氣分析儀（美國i-STAT公司）；裸支架規格16mm×40mm；覆膜支架規格20mm×60mm（由南京微創醫用有限公司提供，鎳鈦記憶合金支架及氣管支架置入及回收器械）；4F單彎導管(美國Cordis公司，美國)；3%戊巴比妥鈉（上海試劑二廠）。

1.3 氣管狹窄模型建立 實驗前3天觀察并記錄實驗犬的呼吸、發聲及進食情況，實驗前12h停飲、停飼。稱重后以3%戊巴比妥鈉(1mL／kg)腹腔注射全麻。待角膜反射消失后將其仰臥固定于DSA手術臺上,行DSA-3D以獲得各實驗犬正常氣管中段內徑。在DSA透視下將超滑導絲和單彎導管配合經犬口（預置開口器）送入氣管、主支氣管，交換加強導絲，送入預裝支架輸送器，在氣管中段迅速釋放支架（16mm×40mm裸支架）。術中注意觀察實驗犬的呼吸變化，記錄DSA圖像，術畢即行DSA-3D重建，評估裸支架位置（與環狀軟骨距氣管分叉長度中點關系）。術后1周內喂食頭孢氨芐顆粒（250mg/d）預防感染，術后第4周、第6周、第8周、第10周、第12周分別予DSA-3D氣管掃描，評估氣管狹窄程度，當氣管狹窄指數（最窄處直徑/正常氣管直徑×100%）大于50%～60%時即表明建模成功。

1.4 覆膜支架的置入 按照實驗設計氣管狹窄建模成功后，同前操作進行麻醉和固定，置入開口器，在DSA透視下，將1根4F單彎導管在超滑導絲引導下經口送入氣管,通過狹窄段確定導管頭端在主氣管遠端，然后保留和外固定該導管，連接吸氧管予以持續供氧(1～2L／rain)和維持呼吸道通暢[2]。再經口送入另一根4F單彎導管，在超滑導絲引導下通過氣管狹窄段進入一側主支氣管，然后交換加強導絲，引入預裝支架輸送器，在氣管狹窄段迅速釋放覆膜支架（20mm×60mm可回收覆膜支架），然后在透視下，動作輕柔的撤出4F單彎通氣導管。于右側股動脈插入留置管分別于支架置入前及支架擴張開后10s采集血標本2mL置于肝素抗凝注射器中，進行血氣分析。其他術前、術中及術后處理同建模方法相同。

1.5 覆膜支架的回收 于4周、6周、8周、10周、12周、14周隨機抽取2只實驗犬進行覆膜支架回收，全麻醉和在DSA透視引導下將導絲插入氣管內（同前步驟），沿導絲將支架配備的回收裝置送入氣管，勾住氣管支架上端的回收線，待支架上端聚攏，將支架拉出體外，透視下觀察實驗犬氣管和肺部情況。

1.6 觀察指標

1.6.1 一般情況 裸支架、可回收覆膜支架置入前后，動物均常規放養，觀察記錄實驗犬能否存活，精神狀況、飲食、活動情況，有無咳嗽、咳痰、咯血、氣急氣促、呼吸困難、喘鳴等情況。

1.6.2 覆膜支架回收的難意程度 （1）容易：支架回收過程中上端聚攏容易，進入回收鞘無明顯阻力或稍有阻力調整方向后能順利回收入鞘；（2）較為困難：支架回收過程中上端聚攏存在困難，需用用外力拉扯，支架進入回收鞘困難，阻力較大，多次調整方向后方能回收支架；（3）困難：較大力度拉扯支架無明顯收縮，強行回收支架時氣管內壁存在明顯撕裂損傷，支架進入回收鞘困難，阻力大，多次調整方向后能或無法回收支架。

1.6.3 血氣分析 對可回收覆膜支架置入前及支架彈開后30s采集的血氣標本進行檢測獲血氧飽和度（SaO2）。

1.6.4 影像學表現 裸支架置入定期行DSA-3D氣管掃描測量氣管最窄徑，計算氣管狹窄指數；可回收覆膜支架置入后行DSA-3D氣管掃描評估氣管狹窄緩解程度；可回收覆膜支架回收后行DSA-3D氣管掃描評估支架回收后擴張氣管的回縮程度。

1.6.5 病理學表現 覆膜支架取出后處死實驗犬，對支架和留置段氣管進行病理分析，了解氣管壁粘膜增生和損傷情況，對支架留置和回收的時限進行評估。標本包括支架段及兩端2cm的正常氣管，在正中線縱向剪開氣管和支架，觀察氣管和支架的壁、腔內部改變和支架取出后氣管的損傷情況。將標本浸泡于4%的甲醛溶液中，固定72h后抽出支架金屬絲，于支架覆蓋部份的氣管近端、中段、遠端分別橫切取材、包埋、切片、HE染色，光鏡觀察病理改變，了解肉芽增生情況。

1.7 統計學方法 所有數據均應用采用SPSSl6．0統計學軟件分析數據進行處理，正態計量資料采用“±s”表示；2組正態計量數據的組間比較采用t檢驗；計數資料用例數（n）表示，計數資料組間率（%）的比較采用χ2檢驗；以P＜0.05為差異有統計學意義。

圖1 氣管支架下移，主支氣管阻塞，導致實驗犬窒息死亡

圖2 實驗犬建模成功，裸支架置入后氣管狹窄指數＞50%

2 結果

2.1 實驗犬的基本情況 共16只實驗犬接受裸支架置入制作氣管狹窄模型，其中2只死亡，死亡分析原因為：1只因操作過程中實驗犬躁動致支架下移阻塞支氣管，術后3d窒息死亡（見圖1），另1只因呼吸系統感染致肺瘀血于術后13d死亡。余14例均存活，各實驗犬分別在術后2周出現喘鳴漸加重，12周時最為嚴重。3個月內通過影像學改變評估，12只實驗犬氣管狹窄建模成功（見圖2），余2只未達狹窄評估標準。對12只實驗犬實行可回收覆膜支架的置入，術后實驗犬的呼吸困難癥狀均有改善，憋喘消失，精神狀態好轉，均可正常飲水、進食，發聲無異常，體質量較術前無明顯差別。

2.2 覆膜支架回收情況 第4周～第10周支架回收容易，回收支架表面光滑，支架內無明顯組織殘留及痰液潴留，第4周和第8周支架回收后氣管狹窄處出現一定彈性回縮，第10周氣管支架回收后無明顯彈性回縮；第12周支架回收較為困難，支架與氣管壁貼合較為緊密，回收支架表面殘留片狀氣管內壁組織（見圖3），病理提示為大量肉芽組織增生（新生血管、新生纖維母細胞、炎癥細胞），第14周支架回收困難，1只回收未成功，1只回收過程中實驗犬躁動明顯，出現嚴重出血。見表1。

圖3 可回收覆膜支架置入12周后予以回收，回收支架表面殘留片狀氣管內壁組織

表1 12只實驗犬可回收覆膜支架回收情況

2.3 血氣分析 覆膜支架置入前，12只實驗犬SaO2為70.0%～80.0%，平均（76.1±3.1）%；覆膜支架置入并彈開后30s12只實驗犬SaO2為8.0%～96.0%，平均(92.5±2.2)%，覆膜支架置入前后SaO2差異有統計學意義（P＜0.01）。見表2。

表2 12只犬覆膜支架置入前后血氣分析指標（±s)

表2 12只犬覆膜支架置入前后血氣分析指標（±s)

注：與覆膜支架置入前比較，t=14.21，aP＜0.01

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2.4 影像學表現 12只建模成功實驗犬的平均氣管狹窄指數為（57.00±2.97）%，經置入可回收覆膜支架對狹窄氣管進行擴張后，氣管最窄徑明顯增大，平均擴張后指數為（16.50±2.14）%，兩指數比較，差異有統計學意義（P＜0.01）。回縮指數隨覆膜支架放置時間的增加呈下降趨勢，于10周后趨于穩定，表明支架回收后氣管不再回彈。見表3。

表3 12只犬覆膜支架置入及回收前后情況（%）

2.5 病理學表現 壓迫段氣管粘膜受損程度與時間相關，于第12周后粘膜上皮不連續，部分脫落，并開始形成潰瘍，表面血管破裂有血液滲出，經鏡檢氣管粘膜逐漸出現鱗化，有新生血管及中性粒細胞滲出，示大量肉芽組織增生，有纖維化的趨勢并開始推壓軟骨。支架頭端部位氣管粘膜損壞較中間段嚴重，充血腫脹，境下可見大量炎性細胞及組織增生。兩裸支架也隨時間逐漸被氣管粘膜覆蓋，增生的肉芽組織漸難剝離。見表4。

表4 支架和留置段氣管病理學表現

3 討論

近年來隨著外科及氣管插管技術的發展，良性氣管狹窄的發病率逐年增高[9-10]，在對于良性氣管狹窄的治療過程中，介入技術因其創傷小、療效快、風險低等優點逐步取代傳統外科手術。目前，所用的解除良性氣管狹窄的介入技術的方法主要包括：物理方法（激光、高頻電、氬等離子體凝固技術、微波、冷凍技術等）；球囊擴張成形術；永久性氣管支架置入術；可回收氣管支架置入技術等[11-12]。而在臨床工作中，氣管支架技術在治療良性氣管狹窄中應用較為廣泛，且該技術已逐步成熟，特別是可回收氣管支架的應用，不僅可快速緩解患者氣道阻塞癥狀，而且在支架回收后亦可大部分恢復氣管生理結構。在可回收氣管支架置入過程中，確定合適規格的支架和掌握合理的支架回收時間尤為重要[12-13]，本研究中筆者結合多年臨床經驗，以犬為實驗對象，探討可回收支架置入技術對良性氣管狹窄的治療療效、支架回收時間及手術安全性等。

本研究為滿足實驗需求，實驗犬建模操作簡單、成模效果穩定、成本低且可重復性好的氣管狹窄模型，采用氣管內留置Ni-Ti記憶合金裸支架致肉芽組織增生來制作狹窄模型，其狹窄形成的病理生理機制與臨床最常見的醫源性氣管狹窄的發生機制相對較為接近，均為氣管壁受壓致氣管粘膜受損，組織壞死脫落、潰瘍形成，最終導致肉芽組織過度增生、瘢痕形成。本研究16只實驗犬予以Ni-Ti記憶合金裸支架置入，以支架置入后3個月為建模截止時間[14]，其中12例建模成功（氣管狹窄指數＞50%），2例狹窄指數未達到使用標準。另2例為死亡，其中1例因操作失誤致支架位置置入不當，造成憋喘，于術后3d窒息死亡，另1例因呼吸系統感染致肺瘀血于術后13d死亡。故應用裸支架建立氣管狹窄模型具有很強的可行性。

研究中共成功置入可回收Ni-Ti記憶合金覆膜支架12枚，支架置入后實驗犬SaO2迅速由（76.1±3.1）%提升至（92.5±2.2）%，呼吸困難明顯改善，肺通氣功能障礙和低氧血癥立即得到糾正，術后喘鳴消失，精神狀態改善，可見置入可回收覆膜支架對于良性氣管狹窄病變所引起的氣道阻塞有立竿見影的療效。

覆膜支架置入后分別于術后4～14周予以回收，第4～10周氣管支架回收容易，手術操作順利，支架表面光亮且無明顯滯留物，但第4～8周支架回收后氣管彈性回縮嚴重，部分實驗犬再次出現呼吸困難，血樣飽和度下降，分析原因為支架置入時間過短，狹窄處瘢痕組織塑性未完成，成纖維細胞所致的肉芽組織回縮，導致氣管狹窄處失去支架的支撐后再次出現狹窄。第10周支架得以順利回收，支架表面依然光滑，除殘留少量痰液外，無明顯出血及附壁殘留物，且氣管狹窄處無明顯彈性回縮，提示支架置入后10周左右為最佳回收時間，在此期間回收支架不僅無明顯阻力，而且狹窄段增生組織已基本達到瘢痕愈合，狹窄段管徑基本擴大到最大程度。第12周后氣管支架回收較為困難，回收過程中支架與氣管壁貼合緊密，強行回收后支架表面可出現氣管壁殘留物和明顯的新鮮出血，嚴重可導致實驗犬誤吸死亡。總而言之，可回收支架在良性氣管狹窄的治療中可取的良好的效果，選擇合適的支架回收時間尤為重要，筆者認為支架置入后第10周左右為回收的最佳時段，早于王征宇報道[12-13]的16周的臨床最佳回收時間。主要原因為本研究實驗犬氣管狹窄形成時間較短，且連續性好，覆膜支架置入后可較快形成瘢痕愈合。

綜上所述，實驗犬氣管留置Ni-Ti記憶合金裸支架致肉芽組織增生來制作氣管狹窄動物模型，建模效果穩定，操作較為簡便，建模成本較低，可用于良性增生性氣管狹窄模型的建立。術后給予抗生素預防感染可有效減少實驗動物的病死率，提高實驗的成功率。可回收Ni-Ti記憶合金覆膜支架治療良性氣管狹窄效果明顯，于術后3～4周回收覆膜支架可以在達到臨床治愈的同時能夠有效地防止嚴重并發癥的發生。

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Objective To explore the changes in imaging and pathology after the implantation and retrieval of nickel-titanium shape memory alloy stent in a tracheal stricture canine model. Methods Tracheal stricture model were established by endotracheal implantation with bare stent in 16 dogs under the guidance of DSA. The polyurethane covered stents were placed in experimental dogs (the degree of stenosis is 50%-60% in three months. Observe the imaging features and changes of each experimental dog. At the time of 4 weeks , 6 weeks , 8 weeks , 10 weeks , 12 weeks and 14 weeks after stent placement , two dogs were randomly selected to remove the polyurethane covered stents and sacrificed to observe the pathological changes. And evaluated the time limite of stent placement and recovery. Results About 2 weeks after the bare metal stent placement, the dogs were wheezing and aggravated gradually. A total of 12 tracheal stricture canine models were successfully established in three months. 2 of 16 dogs died (1 infection, 1 asphyxia) , 2 of 16 dogs’ degree of tracheal stenosis is lower than the predetermined criteria.The experimental dogs had dyspnea remission after the treatment of polyurethane covered stents implantation, and the extent of tracheal stenosis significantly reduced monitored by DSA-3D(t=48.407, P＜0.05). It was easy to retrieve the polyurethane covered stents without obvious hyperplasia and obstruction of secretion like sputum during the 4-10 weeks. The elastic recoil happened in 4 week to 8 weeks, and vanished gradually after 10 weeks. About 12 weeks, stent-related granuloma formation had been developed excessively, and the recovery of stents became progressively more difficult. In 14 weeks, the recoveries were so difficult that 1 failed and 1 severe hemorrhage complication and the dogs were restlessness. Conclusion Application bare metal stents to dogs tracheal stenosis model is a stable and reproductive method; retrievable nickl-titanium shape memery allory stent is very effective for the treatment of benign tracheal stenosi of dogs, 10 weeks after stent implantation is better time of recovery, over time after 10weeks difficulty of recovery of stent increase accordingly.

Dogs; Retrievable nickel-titanium shape memory alloy stent；Tracheal stenosis；Animal model

doi∶10.3969/j.issn.1009-4393.2015.13.001

徐州市醫學科研課題（XWJ2011017）；徐州醫學院附屬醫院醫學科技項目（2013104035）；徐州醫學院“振興計劃”項目（XZMC20122015）

江蘇 221006 江蘇省徐州醫學院附屬醫院介入放射科 （張夢琦 魏寧 徐浩 祖茂衡 劉金）

魏寧 E-mail：weiningjieru2006@163.com