肠粘连形成过程中的生物力学分析

丁瑜 童仕伦 郑勇斌 罗海平 施强 李盛波 肖高春 郝志楠

肠粘连是腹腔、盆腔手术后的常见并发症，可引起腹痛及肠梗阻等不适。大量学者对术后肠粘连形成的机制及预防该粘连形成进行了广泛的研究[1-2]，也围绕粘连形成的病理生理学和分子生物学机制形成和发展了部分可应用于临床的干预药物与材料，但其疗效尚不尽如人意[3-4]。有一点并未得到众多研究者的足够重视，即肠粘连除了炎症及纤维化等变化外，同样经受复杂的力学作用。尽管肠粘连的形成及转归与粘连肠管间粘着力的动态变化密切相关，但目前关于肠粘连形成的生物力学研究却相对较少[5-7]。因此，本研究运用生物力学方法动态测定肠粘连形成过程中分离肠管间粘着的牵拉力变化，并分析不同牵拉力作用于肠管后肠壁发生的病理学变化，以期为肠粘连的临床预防及治疗提供新的理论依据。

材料与方法

一、动物与设备

70只Wistar雄性大鼠(质量合格证：00016792)，体重160～180 g，由湖北省疾控中心实验动物研究中心提供，购入后适应性饲养一周，室温18℃～22℃，相对湿度50%～70%。张力仪为Toriemon FGC B 系列 NICEC-SHIMPO(日本)。

二、肠粘连模型构建

依据参考文献建立肠粘连模型[8]，简单描述其步骤如下：Wistar大鼠麻醉后，腹正中切口，去除切口右侧腹壁部分区域腹膜(大小1 cm× 2 cm)并搔刮创面至渗血，暴露对应盲肠浆膜面，纱布擦至点状渗血，两创面对合后置入腹腔并关腹。术后1～7 d每天随机取10只鼠，分别再次开腹，暴露粘连部位，并使用手持张力仪测定分离粘连肠管的牵拉力并记录(单位为g)。另取5 cm正常肠管，固定一端，未固定端分别加载20、40、60、80、100和120、140、160、180以及200克力牵拉肠管后，10%甲醛固定，肠管卷曲，石蜡包埋后沿肠管纵轴以4 μm连续切片，HE染色后观察肠管病理学变化。

三、统计学方法

结 果

一、粘连肠管牵拉力改变

70只大鼠肠粘连模型制备全部成功，成功率100.0%。并纳入研究的所有大鼠均完整地测出术后第1～7天分离肠管间粘连的牵拉力，测定值分别为F1(58.672±13.286)g、F2(83.260±10.066)g、F3(103.280±16.389)g、F4(121.330±17.643)g、F5(145.180±17.454)g、F6(172.900±22.074)g和F7(191.900±20.838)g，见图1。可见，分离各组大鼠肠管间粘连的牵拉力差异具有统计学意义(F=77.282,P<0.01)，任意两组牵拉力之间的差异均有统计学意义(P<0.05)。

二、牵拉力与时间的相关性分析

随着时间的推移，分离肠管粘连的牵拉力逐渐增加。Pearson相关分析，分离肠粘连的牵拉力与粘连形成时间呈正相关(r=0.9973,P<0.01)。

三、不同牵拉力引起的肠壁病理变化

使用不同的牵拉力加载于肠管两端后，随着加载的牵拉力逐渐增加，病理学显示，肠管壁的损伤逐渐加重，由原有的肠管基本正常结构逐渐过渡到正常结构破坏，直至肠黏膜结构大范围剥脱、正常形态消失。(图2)

图1 大鼠术后第1～7天分离肠管间粘连的牵拉力

讨 论

正常肠管处于各种力相互作用的复杂力学环境中，包括肠系膜的牵拉力，肠内容物压迫对肠壁形成的张力，肠壁肌肉节律性收缩与松弛形成的肠管蠕动推力，肠运动时内容物与相对静止的肠管壁间的相互剪切力。粘连肠管除了上述的力外，还受粘连带对粘连肠管的牵拉，肠内容物通过粘连部位时对肠管的挤压，粘连肠管间相互的粘着力的作用。肠粘连的形成与转归与粘连肠管间的粘着力、将这种粘着分离开的牵拉力及不同的牵拉力对肠管壁组织的病理生理学影响等密切相关，但目前为止尚未见相关研究报道[9]。

本研究动态测定肠粘连形成术后第1～7天内分离粘连肠管的牵拉力，发现术后早期随着时间的延长，该牵拉力逐渐增加，且分离粘连肠管所需的牵拉力与肠管粘连形成的时间呈正相关。提示术后早期粘连肠管间的粘着力随时间的延长逐渐增加。术后肠粘连的过程涉及腹膜的损伤修复，炎症细胞、因子的渗出及纤维蛋白渗出等多种因素[1,10]。鼠肠粘连模型研究显示，术后早期肠粘连主要涉及纤维蛋白渗出、肉芽组织形成及间皮细胞减少或消失，而一周后间皮细胞与纤维细胞则融合在一起，最终形成具有神经支配的无内膜的血管样粘连。因而，为解除术后肠管粘连的发生，需要逐渐增加干预力度来对抗这种粘着力的变化[11-13]。

A．正常肠管；B．小于等于60克力；C．80克力；D．100克力；E．120克力；F．140克力；G．160克力；H．180克力；I．200克力图2 不同牵拉力引起的肠壁病理变化(HE染色，×20)

肠管的生理、病理学特性提示我们并不能无止境的增加牵拉力，因为过大的牵拉力可能损伤肠管[14]。为探索不同的牵拉力对肠管的影响，在本研究中我们同时检测了使用不同力牵拉肠管后肠壁的病理学变化，发现60 g或60 g以下力作用于肠管后肠黏膜能基本保持正常，纤毛整齐，黏膜下层，肌层及基底膜完整，肠管形态及结构保持完整；使用80 g的力牵拉时肠黏膜变得扁平，但结构尚保持完整，纤毛结构变短，顶端不整齐，黏膜下层间隙增宽，肌层及浆膜层保持完整；而使用100 g力牵拉肠管时，则部分部位的纤毛结构融合模糊，黏膜下层间隙增宽，部分部位出现黏膜下层分离。提示在使用100 g的牵拉力时肠管开始出现部分病理学上的损伤，进一步使用更大的牵拉力可发现肠管损伤的加重，直至使用200 g的牵拉力时肠黏膜大范围碎裂、崩解，剥离，黏膜层完全破坏，正常结构消失，黏膜下层间隙增宽，剥脱，与黏膜及肌层之间的间隙模糊，肌层及浆膜层多处破坏、断裂。可见，除在术后粘连形成的1～2 d内，使用牵拉力分离粘连肠管可不损伤肠管壁外，以后其他时间段内通过牵拉分开粘连的肠管均可导致肠管损伤，从而影响肠管功能[15]。

体内粘连的肠管经受肠管扩张的张力、肠蠕动的收缩力、肠内容物形成的牵拉力及肠管活动时的离心力等力的作用，但体内导致粘连肠管间分离的主要作用力为肠管的重力和肠管活动时的离心力对粘连部位的牵拉。特别是因粘连导致肠管内容物通过粘连部位障碍或受限时，近端肠管内肠内容物积聚在肠腔内形成的超大、超重的扩张肠襻，因其重量增加形成更大的重力对粘连肠管间的牵拉力和超重肠管在机体活动时因为惯性或重力作用形成的粘连肠管间的更大离心力，将成为分离粘连肠管的主要作用力。

术后极早期恢复饮食进行活动在有利于粘连肠管的分离，有助于减少术后肠粘连的发生[16-17]。在传统的观念中，围手术期禁饮食、术后疼痛、麻醉恢复不全等多因素导致患者早期活动受限，因此多数患者错失了术后极早期在肠管间粘着力较小容易分离及分离时因其牵拉力较小且对肠管壁损伤更小的最佳预防粘连形成的时间窗口[18]。术后晚期随着患者肠道功能的恢复，患者开始进食并逐渐增加活动，但随着时间的推移，肠管粘连更为紧密，分离更为困难，分离时所需的牵拉力相对更大，对肠壁的损伤也相应增加。因此，单纯从预防肠粘连的层面上来考虑，快速康复外科中不限制患者饮食，鼓励患者术后早期活动等理念对预防和减少腹部手术后肠粘连和后续的粘连性肠梗阻具有重要意义[19-20]。

1 隋新兵,张勤,裘华森,等.丹参多酚酸盐预防大鼠术后肠粘连的机制.中西医结合学报,2007,5:521-525.

2 金凌应,邬四明,金凌民,等.薤白预防肠粘连的实验与临床研究.中华实验外科杂志,2010,27:1928-1929.

3 Ouaissi M,Gaujoux S,Veyrie N,et al. Post-operative adhesions after digestive surgery:their incidence and prevention:a review of the literature.J Visc Surg,2012,149:e104-e114.

4 Schnuriger B,Barmparas G,Branco BC,et al.Prevention of postoperative peritoneal adhesions:a review of the literature.Am J Surg,2011,201:111-121.

5 郑勇斌,童仕伦,谭海燕,等.亚甲蓝预防术后腹膜粘连的实验研究及机制初探.腹部外科,2008,21:310-312.

6 Kamel RM.Prevention of postoperative peritoneal adhesions.Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol,2010,150:111-118.

7 Zhou XL,Chen SW,Liao GD,et al.Preventive effect of gelatinizedly-modified chitosan film on peritoneal adhesion of different types.World J Gastroenterol,2007,13:1262-1267.

8 Takagi K,Araki M,Fukuoka H,et al.Novel powdered anti-adhesion material:preventing postoperative intra-abdominal adhesions in a rat model.Int J Med Sci,2013,10:467-474.

9 樊艳华,窦艳玲, Gregersen H,等.在体鼠小肠应力一应变实验研究.医用生物力学,2002,17:141-146.

10Liakakos T,Thomakos N,Fine PM,et al.Peritoneal adhesions: etiology,pathophysiology,and clinical signify cance.Recent advances in prevention and management.Dig Surg,2001,18:260-273.

11刘俊英,曾广仙,郑勇斌,等.创伤性肠粘连形成过程中腹膜组织变化的形态学观察.中国体视学与图像分析,2003,8:97-100.

12杨小进,毛勤生,周新泽,等.大鼠腹膜粘连的病理学特征及血清中IL-6、TNF-α的变化.中国交通医学杂志,2005,19:104-105.

13王莲莲,曹霞,罗希,等.几丁糖和透明质酸钠防粘连材料在妇产科的应用.中国组织工程研究,2012,(47):8923-8930.

14龚土平,姜淮芜,李宗林,等.预防术后肠粘连的研究进展.山东医药,2012,52:96-101.

15Maciver AH,Mccall M,James SA.Intra-abdominal adhesions: cellular mechanisms and strategies for prevention.Int J Surg,2011, 9:589-594.

16朱桂玲,孙丽波,王江滨,等.快速康复外科理念与围手术期护理.中华护理杂志,2008,43:264-265.

17Ten BR,Kok-Krant N,Bakkum EA,et al.Different surgical techniques to reduce post-operative adhesion formation:a systematic review and meta-analysis.Hum Reprod Update,2013,19:12-25.

18杨东杰,何伟玲,张晟,等.快速康复外科促进结直肠癌患者术后康复及胰岛素敏感性恢复的前瞻性随机对照研究.中华外科杂志,2012,50:870-874.

19Hoffmann H,Kettelhack C.Fast-track surgery--conditions and challenges in postsurgical treatment:a review of elements of translational research in enhanced recovery after surgery. Eur Surg Res,2012,49:24-34.

20尹家乐,张爱香,王毓炜,等.大黄酸精氨酸预防大鼠实验性肠粘连抗炎机制的研究.中药新药与临床药理,2010,21:18-21.