第二代氩离子凝固疗法对人离体结肠组织的热组织学效应

张 莉,董 蕾,柳 嘉,黎一鸣,马师洋,邹百仓,杨 军

(1西安交通大学第二附属医院消化科,西安 710004;2西安交通大学第二附属骨科;3西安交通大学第二附属医院普外科;4西安交通大学第二附属医院病理科;*通讯作者,E-mail:744526131@qq.com)

第二代氩离子凝固疗法对人离体结肠组织的热组织学效应

张 莉1*,董 蕾1,柳 嘉2,黎一鸣3,马师洋1,邹百仓1,杨 军4

(1西安交通大学第二附属医院消化科,西安 710004;2西安交通大学第二附属骨科;3西安交通大学第二附属医院普外科;4西安交通大学第二附属医院病理科;*通讯作者,E-mail:744526131@qq.com)

目的 探讨第二代氩离子凝固疗法(VIO APC)不同作用模式、功率与作用时间对人离体结肠组织的热损伤效应。 方法 对于外科手术切除的大体正常的结肠标本,采用VIO APC进行处理。APC功率分别设为15，30，45，60，75，90，105 W和120 W,作用时间3，5，10 s,模式分别为强力电凝模式(forced, F)、脉冲电凝模式1(pulsed 1, P1)、脉冲电凝模式2(pulsed 2,P2),记录最大损伤直径及损伤深度。 结果 结肠组织的损伤深度与功率(P<0.001)、作用时间(P<0.001)及作用模式(P=0.02)相关;结肠组织的最大损伤直径与能量(P<0.001)和模式(P<0.001)相关。结肠组织有害损伤的发生与功率(P=0.042)和模式(P=0.04)有关。损伤深度为P1>F>P2(P<0.05),而损伤的最大直径为P2>P1>F(P<0.05)。 结论 不同模式的VIO APC对结肠组织产生不同的作用效果。与F模式相比,P1模式主要产生较深的组织损伤效应,而P2模式则产生直径较大,但较表浅的损伤效应。但以上模式均可产生累及肌层的损伤。

氩离子凝固疗法； 消融疗法； 消化内镜

氩离子凝固疗法(argon plasma coagulation, APC)是一种非接触性的热疗法。其作用机制为应用高频电激发离子化的氩气,使其与临近的组织表面产生电弧,通过热作用使组织失活、干燥、收缩[1]。APC在消化道的内镜治疗中可用于肿瘤、息肉、Barrett食管的消融治疗,也用于包括肿瘤在内的各种止血治疗[2-7]。理论上APC的热效应使组织表面坏死、干燥，此时电阻增高,热效应较弱,因此较少引起穿孔等并发症,但临床应用中时有引起管腔狭窄及穿孔的报道[8,9]。

第二代APC系统—VIO APC/APC2,是在ICC/APC 300系统(第一代APC/APC1,标准APC)的基础上发展起来的。与APC1不同的是,其具有“强力、脉冲、精细”3种作用模式,消融功率设定范围更广,为1-120 W, 有利于内镜医师根据临床需求进行选择[10]。其中强力模式(F模式)的特点是持续的能量输出,高频电的电压随着输出功率的增加而升高;脉冲模式则为间断性的能量输出,包括效果1(P1模式)和效果2(P2模式)两种,P1的脉冲间隔长(每秒1个脉冲)但单个脉冲输出的能量大,P2脉冲频率较高(每秒16个脉冲),但单个脉冲的能量输出相对较低;精细模式内包含有一个整合系统,包括8个效果设定,它的特点是能量持续输出,氩离子流的浓度随着不同的效果设定而变化。VIO APC/APC2更能满足临床的需求,但其组织学效应也比APC1更为复杂。目前对于VIO APC的结肠组织学效应仅有一些动物试验[11-13],而对人消化道组织的组织学效应仅局限于离体的胃组织标本[14]。本研究通过应用手术切除的新鲜人体结肠组织,来探讨VIO APC不同作用模式、功率与作用时间下的热损伤效应。

1 材料和方法

1.1 标本的采集及保存

结肠组织标本来源于5位患者,其中2例患直肠癌,3例患结肠癌,1位女性,4位男性,平均年龄57.4岁(50-64岁),来自恶性肿瘤患者的标本,要求距肿瘤边缘5 cm以上。标本尽快进行APC处理;如不能立即进行试验,则保存在4 ℃的密闭容器中,盐水纱布覆盖,保存时间不超过4 h。有78个点参与到最大损伤直径的分析,有154个点参与到损伤深度的分析。本研究得到西安交通大学第二附属医院伦理委员会审批通过。

1.2 APC处理方案

采用VIO APC (VIO 300 D/APC 2; ERBE Elektromedizin, Tübingen, Germany),标本放置于一次性中性电极板上,标本与电极板之间垫盐水纱布,以保证导电性,探头距黏膜表面的距离固定为2-3 mm,与黏膜表面呈90°,氩气流量为1.0 L/min。

VIO APC功率设定为15,30,45,60,75,90,105,120 W,作用时间为3,5,10 s,模式分别为强力电凝模式(forced, F)、脉冲电凝模式1(pulsed 1, P1)、脉冲电凝模式2(pulsed 2,P2)。每一种组合至少在2个标本进行。此过程有2名试验人员共同完成,1名试验人员负责操作氩气探头,另1名试验人员负责控制作用时间及调节APC参数。

1.3 标本的处理

APC处理后的组织标本立即置于10%的福尔马林溶液中浸泡24-48 h。取出,测量损伤的最大直径。再应用80%乙醇浸泡24 h,95%乙醇浸泡12 h,石蜡包埋后,切片,进行HE染色,由同一位不知情的病理学医师分析损伤的深度。

损伤深度的判断:根据损伤的深浅,从黏膜层到黏膜下层、固有肌层及浆膜层,结肠标本按以下标准进行评分:0分为无损伤,1分为仅损伤黏膜层,2分指累及黏膜下层,3分为内层的环状肌损伤,4分为外层纵行肌损伤,5分为超过浆膜层,即穿孔;认为0-2分为治疗损伤,3-5分为有害损伤。

1.4 统计分析

采用SPSS13.0统计软件对试验结果进行统计分析。采用Linear Regression分析输出功率、作用时间、输出能量及不同模式与损伤深度和直径的关系;采用Binary Logistic Regression分析以上四个因素与有害损伤发生的关系,独立样本t检验用来比较3种模式最大损伤直径的差异,P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 最大损伤直径与VIO APC 各参数之间的关系

F模式下的最大损伤直径为(6.5±4.4)mm(3.0-10.0 mm);P1模式下的最大损伤直径为(6.7±4.7) mm(4.0-12.0 mm);P2模式下的最大损伤直径为(8.1±4.2)mm(4.5-13.5 mm),统计分析表明结肠组织的最大损伤直径与能量(输出功率×作用时间)(P<0.001)和模式(P<0.001)相关, 与作用时间(P=0.319)和输出功率(P=0.118)无关;最大损伤直径P2,P1,F模式下依次减小(均为P<0.05，见图1)。

图1 最大损伤直径与能量的关系Figure 1 The relationship between the maximum diameter of injury and output energy

2.2 损伤深度与VIO APC 各参数之间的关系

F模式下最深损伤深度为4分,即损伤累及到深层的纵行肌,仅有1个点,发生在作用功率为120 W时,作用时间为10 s;P1模式下的最大损伤深度亦为4分,有2个点,分别为功率105 W和120 W,作用时间均为10 s;P2模式下的最大损伤深度仅为3分,即浅肌层受损,仅3个点,分别为90 W×5 s,105 W×5 s,和120 W×10 s。不同级别的损伤深度见图2。

A.损伤局限于黏膜层, 评分1分;B.损伤累及黏膜下层,可见坏死黏膜层的轮廓,评分2分;C.损伤累及浅肌层;D.损伤累及深肌层图2 热效应的深度的病理评估 (HE×200)Figure 2 Pathological evaluation of the depth of thermal effect(HE×200)

统计分析表明,结肠组织的损伤深度与功率(P<0.001)、作用时间(P<0.001)及模式(P=0.02)相关,且呈P1>F>P2均为P<0.05,与能量无关(P=0.092),见图3,4。

3分以上的有害损伤,在F模式,出现的最小功率为60 W,当时的作用时间为10 s,输出功率为600 J;出现的最小输出能量为360 J,当时的功率为90 W,作用时间仅为3 s;在P1模式,出现的最小功率为45 W,作用时间为10 s,能量为450 J;出现的最小输出能量为360 J,当时的功率为90 W,作用时间仅为3 s;在P2模式,出现的最小功率为90 W,最短作用时间需5 s,其能量亦最小为450 J;有害损伤的发生与功率(P=0.042)和模式(P=0.04)有关,与作用时间(P=0.316)和功率(P=0.136)无关。

图3 损伤深度与功率的关系Figure 3 The relationship between the depth of injury and output power

图4 结肠组织的损伤深度与作用时间的关系Figure 4 The relationship between the depth of injury and application time in colonic tissues

3 讨论

本研究应用的是手术切除的新鲜人体组织,虽然离体组织与活体组织仍存在一定的差别,但在进人体活体试验存在伦理和实施困难的情况下,已是目前较接近临床的设计。预试验发现,在F模式下,输出功率在15 W以下,不能产生持续的氩气电弧,随着输出功率的减少,电弧强度减弱,在10 W和5 W,仅能产生间断的电弧,4 W以下则不能产生电弧;而在P模式下,1 W即可产生电弧。因此本研究的功率设定从15 W到120 W,8个等级,作用时间3,5,10 s,分别代表短作用时间、较长作用时间和长作用时间,覆盖了临床常用的参数设定,可参考性较强。

VIO APC组织学效应的动物试验中,Manner等[11]应用了35头猪的肝脏,比较了VIO APC和APC 300和Nd:Yag激光的组织学效应,发现VIO APC的组织学效应强于APC 300,大于或等于Nd:Yag激光,认为VIO APC可替代Nd:Yag激光作为非接触性热疗的手段,然而猪的肝脏与人体的消化道组织结构上存在较大的差异,对内镜治疗中VIO APC参数的选择,参考意义有限。De la Mora等[12]比较了VIO APC和ICC 220 APC系统在活体猪的食管、胃和结肠的组织学效应,氩气流量在VIO为1.0 L/min, ICC为0.9 L/min,功率从15 W逐步至90 W(增量为15 W),持续时间均为1 s,发现在所有的器官损伤直径随着功率的增加而增加,不同模式表现为ICCP1>F, 与该研究结果相近,但存在一定不同,仍需进一步验证。

Goulet等[13]应用了 ERBE VIO 300D/APC 2系统(ERBE USA, Marietta, Ga),将6头猪,在全身麻醉下行结肠镜,2种脉冲模式,功率分别为10,20,40 W,流量1.5 L/min,作用时间1 s，3 s和5 s。固有肌层损伤的发生率在10 W 为22%,20 W为62%,40 W为 86%,60 W 为80%;作用时间1 s为42%,3 s为 66%,5 s为69%;即在临床广泛应用的参数设置下都可引起固有肌层的损伤,损伤的深度和面积与总能量输出相关。本研究发现损伤的深度、面积及有害损伤的发生均与模式有关,损伤的直径与能量有关,而损伤的深度与功率及作用时间分别有关,有害损伤基本出现在大功率、长作用时间时,除模式外,主要与功率相关,与Goulet等[13]的研究结论部分一致。

本研究发现模式是最大的影响因素,与F模式相比,P1模式主要产生较深的组织损伤效应,而P2模式则产生直径较大,但较表浅的损伤效应,以上模式均可引起累及肌层的有害损伤,对临床有一定的指导作用。然而离体标本与活体组织存在一定差别,另外本研究受标本数量的限制,每种组合仅重复2次,结果可能存在一定的偏倚。不同的作用模式直接带来不同的作用效果,在模式的基础上设定合适的输出功率和作用时间,可以增加治疗的效率,提高疗效。但不管何种模式都有发生过度损伤的可能性,在临床应用中,应予以注意。

[1] Malick KJ. Clinical applications of argon plasma coagulation in endoscopy[J]. Gastroenterol Nurs, 2006, 29(5):386-391.

[2] Chiu YC, Lu LS, Wu KL,etal. Comparison of argon plasma coagulation in management of upper gastrointestinal angiodysplasia and gastric antral vascular ectasia hemorrhage[J]. BMC Gastroenterol, 2012,12:67-74.

[3] Wang HM, Tsai WL, Yu HC,etal. Improvement of short-term outcomes for high-risk bleeding peptic ulcers with addition of argon plasma coagulation following endoscopic injection therapy: a randomized controlled trial[J]. Medicine (Baltimore), 2015, 94(32): e1343.

[4] Martins BC, Wodak S, Gusmon CC,etal. Argon plasma coagulation for the endoscopic treatment of gastrointestinal tumor bleeding: A retrospective comparison with a non-treated historical cohort[J]. United Eur Gastroenterol J, 2016, 4(1): 49-54.

[5] 张莉,董蕾,柳嘉,等.第二代氩离子凝固疗法治疗消化系疾病患者260例[J]. 世界华人消化杂志,2009,17(10):1053-1059.

[6] Li Zhang, Lei Dong, Jia Liu,etal. Endoscopic ablation of Barrett’s esophagus using the second generation argon plasma coagulation: a prospective randomized controlled trail[J].J Nanjing Med Univ，2009, 23:183-188.

[7] Manner H, Enderle MD, Pech O,etal. Second-generation argon plasma coagulation: two-center experience with 600 patients[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2008, 23(6):872-878.

[8] Prost B, Poncet G, Scoazec JY,etal. Unusual complications of argon plasma coagulation[J].[J]. Gastrointest Endosc, 2004, 59(7):929-932.

[9] Farooq FT, Wong RC, Yang P,etal. Gastric outlet obstruction as a complication of argon plasma coagulation for watermelon stomach[J].[J]. Gastrointest Endosc, 2007, 65(7):1090-1092.

[10] Manner H. Argon plasma coagulation therapy[J]. Curr Opin Gastroenterol, 2008, 24(5):612-616.

[11] Manner H, May A, Faerber M,etal. The tissue effect of second generation argon plasma coagulation (VIO APC) in comparison to standard APC and Nd:YAG laser in vitro[J]. Acta Gastroenterol Belg, 2007, 70(4):352-356.

[12] De la Mora JG, Romero AP, Herman LJ,etal.Invivoargon plasma coagulation (APC)effects of the new ERVE IO compared with the ICC model[J]. Gastrointest Endosc, 2005, 1(5): AB224.

[13] Goulet CJ, DiSario JA, Emerson L,etal.Invivoevaluation of argon plasma coagulation in a porcine model[J]. Gastrointest Endosc, 2007, 65(3): 457-462.

[14] Gong EJ, Ahn JY, Jung HY,etal. Effects of argon plasma coagulation on human stomach tissue: anexvivostudy[J]. J Gastroenterol Hepatol, 2016:Epub ahead of print.

Thermal tissue effects of the second-generation argon plasma coagulation on human colon tissue: anexvivostudy

ZHANG Li1*,DONG Lei1,LIU Jia2,LI Yiming3,MA Shiyang1,ZOU Baicang1,YANG Jun4

(1DepartmentofGastroenterology,SecondAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity,Xi’an710004,China;2DepartmentofOrthopedics,SecondAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity;3DepartmentofGeneralSurgery,SecondAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity;4DepartmentofPathology,SecondAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity;*Correspondingauthor,E-mail:744526131@qq.com)

ObjectiveTo explore the thermal effects of the second-generation argon plasma coagulation(VIO APC/APC2) onexvivohuman colon tissue with different modes, output powers and application time.MethodsFresh normal human colon tissues from the surgery were processed using VIO APC. This study was approved by Ethics Committee of Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University. The power settings of APC were 15,30,45,60,75,90,105 W and 120 W. The application time was 3,5，10 s. And three modes, “forced (F)”, “pulse, effect 1(P1)” and “pulse, effect2 (P2)” were applied in this study. The depth and maximum diameter of each injury were recorded.ResultsThe depth of tissue injuries was correlated to the output power(P<0.001), application time(P<0.001) and mode(P=0.02), and the maximum diameter of the tissue injuries was correlated to energy(P<0.001) and mode(P=0.001). The incidence of harmful damages was related to power(P=0.042) and mode(P=0.04). The depth of tissue injuries was the biggest under P1 mode, followed by F mode and P2 mode(P<0.05). And the diameter of tissue injuries was the largest under P2 mode, followed by P1 mode and F mode(P<0.05).ConclusionDifferent modes of VIO APC can have different thermal effects on the colon tissues. Compared to the F mode,P1 mode can cause deeper injuries, and P2 mode can cause larger but shallow injuries. All three modes are possible to cause muscularis propria involved injuries.

argon plasma coagulation; ablation technique; digestive system endoscopy

中央引导地方科技发展专项资金项目子课题(2016ZY-HM-01)

张莉,女,1976-09生,博士,主治医师,E-mail:744526131@qq.com

2017-03-01

R454.5

A

1007-6611(2017)07-0681-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.07.009