基于磁屏蔽设计的磁吻合环建立大鼠胃旁路手术的实验研究
2021-06-17张苗苗李恒吝怡魏欣怡李美豫刘俊杰吕毅严小鹏
张苗苗,李恒,吝怡,魏欣怡,李美豫,刘俊杰,吕毅,严小鹏
1.西安交通大学第一附属医院 a.肝胆外科;b.精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心,陕西 西安 710061;2.西安交通大学 启德书院,陕西 西安 710061
引言
胃肠道吻合是重建消化道连续性的重要方法。胃旁路手术通过对消化道进行改道,是经典的减重代谢手术方式[1]。有关胃旁路手术改变机体代谢功能的机制虽有大量研究但仍未明确。SD大鼠是研究代谢性疾病的常用动物模型,但大鼠胃肠道较细,利用手工缝线对大鼠进行胃肠道吻合重建制备动物模型学习曲线较长,模型制备成功率较低[2]。套管法[3]、激光焊接法[4]用于肠道吻合已有报道,但技术尚不成熟。
磁压榨技术(Magnetic Compression Technique,MCT)是借助磁体间的吸力,实现多种应用场景下的空腔脏器的吻合、管腔限流等功能的技术[5]。磁吻合是MCT的重要应用方向,磁吻合可用于血管端端吻合、侧侧吻合[6-8]、消化道吻合[9-10]、复杂消化道瘘修补[11-12]、治疗性造瘘[13]和病理性瘘动物模型制备[14-15]等方面。在前期研究中,我们成功实现了大鼠消化道单个吻合口的磁吻合重建[16-18]。
胃旁路术中需要建立胃肠、肠肠两个吻合口,如果全部采用现有磁环吻合,则会发生磁体间的非计划相吸,导致实验失败。为此,本研究中为防止狭小空间内两对磁体非计划相吸导致肠管扭曲梗阻、吻合失败、肠漏发生,我们基于磁屏蔽技术理论,设计了以坡莫合金为外壳、以钕铁硼磁环为内核的壳核结构磁吻合环,并进行了动物实验,验证了该磁吻合在大鼠胃旁路手术模型中应用的可行性,现报道如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物
12只SD大鼠,雌雄各半,体重200~250 g,购于西安交通大学实验动物中心,本实验不设置对照组,12只SD大鼠均采用磁吻合。该实验经伦理委员会批准(审批号:XJTULAC2019-1001)
1.2 磁吻合环的设计
该实验中用于胃肠及肠肠吻合的磁吻合环大小、形状及结构相同,均为由坡莫合金外壳与钕铁硼磁环组装而成。磁环外径5 mm、内径3 mm、厚2 mm,由N45烧结钕铁硼加工而成,表面电镀镍,饱和充磁。坡莫合金外壳整体呈U形,壁厚0.5 mm,U形外壳底部为有直径3 mm的孔。磁环与坡莫合金外壳刚好满足紧配组装。磁吻合环实物如图1所示。
图1 磁吻合环
1.3 手术操作
本实验目的为验证壳核结构设计的磁吻合环在狭小空间内完成两个吻合口重建的可行性,实验参照胃旁路手术,拟同时完成胃肠吻合和肠肠吻合两个部位的吻合。常规开腹探查无异常后,在距Treitz韧带远端12 cm左右横断空肠并充分游离系膜,经空肠断端分别置入磁吻合环,远端空肠上提并与胃行胃肠磁吻合,距离胃肠磁吻合口10 cm处远端空肠与近端空肠行空肠端侧磁吻合,从而完成消化道旁路重建。当吻合建立后磁环经消化道排出体外。
1.4 操作方法
SD大鼠术前禁食12 h,不禁饮。3%戊巴比妥钠(0.1 mL/100 g)腹腔注射。麻醉满意后仰卧位固定,常规备皮、消毒,选择上腹正中切口进腹,长约4 cm。按照前述手术操作完成胃肠、肠肠磁吻合。
术后即行腹部正侧位X线片,观察两个磁吻合部位的磁体位置,术后单笼饲养,磁体排出前给予无渣流食。严密观察并记录磁体排出时间。
2 结果
12只SD大鼠,除1只因麻醉意外死亡外,其余11只大鼠均顺利完成了胃肠、肠肠磁吻合重建。术中胃肠、肠肠磁吻合见图2。术后腹部正、侧位片见图3。术操作时间为40~63 min,平均手术操作时间为(49.73±6.34)min,术后腹部X线检查提示胃肠吻合口磁体和胆肠吻合口磁体未相互吸引。11只大鼠均存活良好,所有磁体均顺利排出。磁体排出时间为6~13 d,平均(9.14±1.89)d。
图2 胃肠、肠肠磁吻合
图3 术后腹部X线检查
3 讨论
磁外科是一门新兴的技术学科,借助磁场力的“非接触性”特点,可简化吻合操作、辅助实现减戳孔腔镜手术、与内窥镜技术结合可用于内镜下消化道吻合[19]。磁外科技术主要包括MCT、磁导航技术、磁锚定技术、磁悬浮技术、磁示踪技术五大类[20],近期又有学者提出了磁驱动技术[21]。磁吻合属于MCT范畴,磁吻合不同于缝线吻合和钉式吻合,因此又被有些学者称为第三种吻合[10]。在磁吻合过程中,夹在磁体间的组织发生缓慢的缺血-坏死-脱落,磁体外组织则发生粘连-修复-愈合[22]。磁吻合在诸多空腔脏器吻合中已被应用,具有简化操作、吻合口愈合良好等诸多优点。
现有的磁吻合研究大都集中于单一吻合口重建,当机体内需要多个部位吻合重建时,尤其是吻合口相邻较近,在狭小空间内多对磁体并存会导致磁体间相互吸引,并由此可能导致管腔扭曲。在消化道多个部位磁吻合重建时,因不同吻合部位磁体脱落时间不同,磁体间的非计划相吸还能引起内瘘或肠梗阻的发生。因此,如何利用磁吻合技术实现同一机体多部位吻合重建具有重要意义。磁屏蔽是工科中常用技术,借助高导磁率材料可使磁体的磁力线方向发生改变,对非工作面的磁力线进行约束。磁屏蔽为解决多对磁体间的相互吸引干扰提供了有效的解决方法。
该研究基于磁屏蔽理论设计了壳核结构的磁吻合环,磁环选用磁学性能优良的钕铁硼材料加工而成,外壳采用高导率的坡莫合金。壳与核紧配组装后,磁环的磁力线被U形的坡莫合金外壳引导至吸合面,非吸合面(包括底面和侧面)的磁力线大大减少,从而可有效避免磁体间非计划相吸。大鼠的腹腔空间极其狭小,因此该实验以大鼠胃旁路手术为例验证了基于磁屏蔽技术设计的磁吻合环应用效果。实验结果显示,磁环加载坡莫合金外壳后即使在大鼠腹腔这样狭小的空间内也不会相互吸引干扰,在吻合口建立后体内的两对磁体各自独立排出体外,未出现相互吸引,充分显示出坡莫合金外壳对磁场的屏蔽效果。手术时间也比任亦星等[2]报道的大鼠胃旁路手术时间明显缩短。
基于磁屏蔽理论的磁吻合环的设计充分说明了磁外科中磁性器械设计的灵活性和多样性,该设计也是充分遵循了磁体设计 “西安原则”中“符合磁力学基本规律的原则”[23]。本研究结果显示灵活运用磁屏蔽理论,通过壳核结构的磁吻合环可实现狭小空间内多部位磁吻合重建,这在临床实际应用中具有重要意义。