气管重建的研究现状及展望

高立春 王元星 冯耀光

南华大学附一医院心胸外科，湖南衡阳 421000

由于各种良性疾患或恶性病变导致气管大范围受损或严重狭窄进而影响气管功能时，最简单而有效的方法是使将气管病变段进行环形切除，并予以重建[1]。研究显示，“端-端吻合”所允许气管切除的最长限度为5～6cm，即9～10个软骨环。一旦超过限度，则容易导致吻合口瘘等各种严重并发症的发生[2]，此时必须进行气管重建，以降低吻合口过高的张力，维持气道的通畅并保证其正常的生理功能[3]。但目前，仍未有一种能满足气管外科需求的理想替代材料出现。目前，组织工程学技术的相关研究成果开始被尝试应用于气管替代物的研究，并获得了初步成就。现就此对其研究现状及发展作一综述。

1 气管替代材料和移植方法

理想的替代物应具备如下优点[4]：①密封性好，易弯曲成形且不易塌陷；②无致癌性，与宿主组织相容性好，不易发生排斥且炎性反应小；③替代物内壁光滑，有效阻止成纤维细胞和细菌的侵入；④有利于上皮细胞的生长。

1.1 同种异体气管移植

自Ferguson等于1950年首次报道以来，经各国学者的不懈努力，虽然获得了一定的成果[5]，但手术后的血供障碍、免疫排斥及软骨坏死等问题一直制约着气管移植的发展，使之至今仍处于实验研究阶段。

1.2 主支气管移植或自体组织移植

采用主支气管及自体组织进行移植，虽能有效避免排斥反应，但采用这种方式不仅存在从体组织取材困难的问题，还会面临相互之间结构相差较大的困难，因而，在临床应用上存在较大限制。

1.3 人工气管移植

目前研制成的人工气管材料均具有良好的组织相容性和结构稳定性，在很大程度上已能克服早期实验时出现的多种并发症，被广泛应用于医学领域中，但各自仍然存在着程度不一的缺陷[6]。

1.4 组织工程气管移植

组织工程气管应用的是具有生物活性和潜在生长能力的自体细胞，无免疫原性，且对供者气管的要求较低，与其他移植方式相比，来源更为广泛。但由于是一个全新课题，仍有很多问题亟待解决。

2 气管重建的关键因素

2.1 移植气管的血运建立

气管分段供应血液的解剖特征直接影响了移植过程中血管的吻合。因此，通过何种途径和方式完成有效的再血管化成为进行移植手术前所必须考虑的问题。具体方法包括利用吻合口新生血管重建血供、采用周围活组织包裹重建血供甚至可直接重建血供[7]。

2.2 替代材料的免疫原性及免疫反应强度

气管各部分的免疫原性及免疫反应强度存在一定的差异，例如，黏膜上皮细胞强烈表达主要组织相容性复合体(MHC)类抗原，而软骨膜部分表达MHC类抗原（仅在有成纤维细胞处），软骨基质则不表达MHC类抗原[8]。因此，必须进行免疫抑制治疗，以避免吻合口狭窄、坏死等并发症并的发生。减轻免疫反应强度的方法主要包括如下几种：①全程足量使用免疫抑制剂包括环孢素和他克莫司等，虽然能够减轻甚至完全抑制免疫排斥反应，但也容易导致严重感染甚或恶性肿瘤的发生。②深低温冷冻保存移植气管。深低温冷冻保存技术不仅可以保持其原有活性和组织完整性，而且能降低其抗原性，从而避免了许多不良反应和并发症的发生[7]。因此其发展前景广阔。③对移植气管进行放射处理。研究发现，放射处理能杀伤具有强免疫原性的黏膜上皮细胞，但对软骨组织影响轻微，仍可保持其活性[9]。④采用洗涤剂对移植材料进行洗涤，以降低其抗原性。这种方法的缺点在于洗涤方法难以掌握，并且容易给气管软骨组织带来损伤。⑤诱导免疫耐受。

2.3 移植气管组织细胞的再生

多种因子的调控都会对气管黏膜上皮细胞再生产生影响，相对来说软骨再生能力较弱。相关研究表明：移植早期碱性成纤维细胞生长因子具有促进移植气管的黏膜再上皮化和再血管化的作用，而骨形态发生蛋白在关节软骨的诱导生成中作用良好，具有异位诱导成骨及成软骨的作用[10]。

3 展望

随着研究的不断深入，各种可降解且生物相容性和力学性能良好的材料被应用于人工气管的相关研究。如何在移植材料内表面引入具备调节细胞生长代谢功能的生长因子和黏附蛋白，防止人工气管上皮化与血管再生，减少气道感染，提高力学性能是目前亟待解决的难题。

当前，在生物医学组织工程与血管再造技术不断发展的今天，通过组织工程方法研制出的人工气管已能在某种程度上有效地解决上述难题。因而，在今后的研究中，理应深化该方面的研究，充分利用患者自身的干细胞，研制出既能满足弹性要求，又含有类似细胞外基质成分且结构功能与气管相似的人工气管，再在此基础上培养出与气管壁组织相适应的细胞层，以彻底解决人工气管的上皮化、血管再生以及免疫排斥反应等难题。

[1] 徐洪，陈慧敏，史宏灿.气管外科技术的研究现状与进展[J].国际外科学杂志，2006，33（5）：365-368.

[2] 史宏灿，徐志飞，秦雄，等.高分子聚合物材料人工气管移植的实验研究[J].中华外科，2004（16）：972-975.

[3] 毕广良，马安德.组织工程气管临床应用的研究与进展[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14(2)：309-312.

[4] 王蒿，史宏灿.人工气管研究进展[J].中国修复重建外科杂志，2011，25（3）：365-368.

[5] Macchiarini P, Jungebluth P, Go T, et al.Clinical transplantation of atissue-engineered airway[J].Lancet, 2008, 372(9655): 2023-2030.

[6] Liu X, Jiang ZY, Qin Y. Carbon-carbon materials and composites for experimentaltracheal reconstruction[J].Zhonghua Er Bi Yan Hon Tou JingWai Ke Za Zhi, 2010, 45(8): 669-673．

[7] 张轶.受体上皮细胞灌注后大鼠气管异位移植再上皮化的实验研究[D].上海：第二军医大学，2010.

[8] Shaari CM，Farber D, Brandwein MS, et al.Characterizing the antigenicprofile of the human trachea: implications for tracheal transplantation[J].Head Neck, 1998, 20(6): 522-527

[9] Yokomise H, Inui K, Wada H, et a1. High-dose irradiation prevents rejectionof canine tracheal allografts [J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 1994,107(6): 1391,1397.

[10] 梁志波，李小飞，刘锟.同种异体气管移植的研究及展望[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(5)：929-932.