腹壁的机械特性——各向异性及其临床意义

陈 双， 江志鹏

（中山大学附属第六医院胃肠、疝和腹壁外科，广东 广州 510065）

从专业角度，外科医师或许对腹壁的物理学机械特性兴趣不大。但若要做好腹壁缺损的修补，不厘清腹壁机械特性几乎无法确保术后的质量。人体进化了30多亿年，一些微妙之处与手术原理密切相关。物理学上，腹壁的机械特性包括腹壁的刚性（stiffness）、顺应性（compliance）、变形性（deformability）、黏弹性（viscoelasticity）和各向异性（anisotropy）等。腹壁各部位组织始终存在着张力（荷载），张力有方向性[1]。所承受的张力与所在部位、人的体型及所做的动作密切相关。学习和理解这些物理知识是做好腹壁外科手术的必修课。本文从腹壁物理学机械特性之一各向异性出发，分析其临床表现及意义。

各向同性与各向异性的概念

各向同性指某一物体在不同方向所测得的性能数值完全相同，亦称均质性。人体眼睛的房水、玻璃体等表现为各向同性，不同轴向的光线在这些结构传导的通透性无差异，无折射表现[2]。

腹壁则不同。人的腹壁由皮肤、皮下肌肉和筋膜系统组成。无论在活体还是尸体，腹壁在不同方向测量时表现出不同的特性，即各向异性。腹壁的各向异性主要体现在不同轴向，尤其是横向（左、右两侧）和纵向（上、下两侧）的刚性和顺应性差异[3]。刚性指物体受外力时抵抗形变的能力，刚性越大，越不容易发生形变。顺应性指物体在外力作用下发生形变的难易度。与刚性正好相反，顺应性越大，物体越易变形。腹壁横向的刚性更大，而纵向的顺应性更大。这一特点有助于实现腹壁功能：横向维持腹壁张力和腹内压，辅助调整腹式呼吸；纵向保持躯体直立平衡和辅助躯体运动[4]。

腹壁各向异性的解剖基础

一、腹壁肌

腹壁肌肉由腹外斜肌、腹内斜肌、膜横肌和腹直肌组成。其中腹横肌可承受的应力最大，即刚性最大。在腹横肌受到横向力时，更多表现为等长收缩，即长度保持相对恒定而张力增加，这有助于腹压的维持。腹直肌可承受的应力最小，即刚性最小。当受到纵向力时更易发生形变，表现为等张收缩，即长度发生变化而张力相对不变，这有助于躯体的运动和保持直立弯曲等位置的调节。因此，腹壁肌整体表现为横向刚性更大，纵向顺应性更大[4]。

二、腹白线

解剖学上，白线是由两侧腱膜的胶原纤维相互交错形成，来自两侧腹壁的力交叉汇合于此[5]。宏观上，两侧腹壁肌不同轴向的力汇聚在白线上，或互相抵消产生腹壁张力，或传导到对侧协同完成躯干运动。生物力学研究中，通过共聚焦显微镜发现，白线分浅、深两层。浅层主要由两侧腹直肌前鞘胶原纤维相互交错形成；而深层更厚，含大量横行纤维，与两侧腹直肌后鞘的横行纤维相延续[6]。白线在生物力学上具有明显的各向异性，横向的刚性更强，可承载更多横向的力，横、纵向刚性之比可达8～9倍。研究还发现，腹壁的筋膜系统，包括腹直肌鞘、腹横筋膜都表现出类似白线的各向异性。

未考虑腹壁各向异性的手术

一、Keyhole手术

Keyhole手术是人工材料修补造口旁疝的术式之一（见图1）。文献报道其术后复发率高达38%～44%[7]。其中补片上的孔，即keyhole变形或增宽，与造口肠管之间重新形成间隙，是主要的复发原因。有学者只是简单认为是补片皱缩的结果。但笔者认为，Keyhole手术之所以容易复发，主要与腹壁的各向异性有关，是在手术原理上存在缺陷。在日常活动中，由于腹壁各向异性的特点，造口周围腹壁形变的幅度并不一致。一般纵向的形变幅度大于横向，补片的keyhole也会随之发生不均一性的变形（见图2）。随着时间推移，补片的keyhole必然会与造口肠管之间形成间隙，导致疝复发。因此，笔者认为Keyhole手术的失败只是时间问题。Sugarbaker手术则可避免类似的问题，因此其术后复发率较低。

图1 造口旁疝Keyhole术式

图2 腹壁各向异性影响keyhole形状示意图

二、完全腹膜外Sublay手术

完全腹膜外Sublay手术（totally extraperitoneal sublay，TES）是 2002 年 Miserez等[8]提出用腹腔镜进入腹直肌后间隙修复中央区缺损的手术方式，适用于脐疝等中央型疝修补。但笔者认为，由于要在腹直肌后鞘与腹直肌之间游离足够的范围放置补片，必然会造成腹白线的过度破坏。尤其近年，部分外科医师越来越推崇TES手术，将其推广到各种类型的切口疝，为创建足够的空间或打通手术入路，广泛破坏白线等腹壁筋膜系统。这必然会影响腹壁的力学结构，同时影响腹壁各向异性等力学特性。这些结构和特性是维持腹壁张力、实现腹壁功能的重要环节，不必要的过度破坏，弊大于利。

腹壁缺损修补

腹壁缺损，包括材料都要从腹壁机械特性的角度考虑与设计修补。

一、腹壁缺损的缝合

既往对腹壁缺损的关闭是一种“平面”的对合，存在诸多问题，尤其是无法良好地恢复腹壁机械特性。笔者提出的“立体”缝合，利用鱼骨线缝合时产生的“齿轮”和“变速箱”原理（见图3），不仅解决疝囊死腔等问题，更重要的是恢复腹壁的厚度，从而降低缺损区域腹壁所承受的张力。根据Laplace定律，曲面的张力与厚度成反比，如此有效恢复腹壁的力学完整性和机械特性[9]。

图3 “立体”缝合原理示意图

另外，对于缺损呈圆形的腹壁疝，包括缺损发展成圆形的切口疝及原发性半月线疝、白线疝、脐疝等，关闭缺损的方向，也应从腹壁的机械特性，尤其是各向异性去考虑。笔者认为，对于这类腹壁疝，沿纵轴方向缝合关闭缺损更合理。因缝线的刚性大于腹壁组织，纵向缝合能维持腹壁横向的刚性，同时不影响腹壁纵向的活动度。否则，由于腹壁纵向的活动度更大，横向缝合易造成牵拉疼痛或组织切割。当然，这还需进一步的临床研究来证实。

二、补片的设计和覆盖

至目前，补片的设计主要侧重和强调其抗张强度，以免发生补片结构的破坏。然而有研究发现，切口疝术后复发大多数发生在补片的边缘，而不是补片的机械性破坏。究其原因，补片的力学特性与腹壁不匹配是重要因素之一[4]。根据腹壁的各向异性特点，在设计补片时，应通过编织技术使其横向的刚性更大，纵向的顺应性更大，以增加补片与腹壁的契合度，同时对腹壁功能造成的干扰也会降至最低。

另外，复发疝修补时常会发现，复发更多发生在原补片的上、下缘而不是左、右两侧缘。这也与腹壁纵向的活动度更大有关。原缺损的上下缘随着腹壁活动，更易再次暴露造成复发。因此，在修补切口疝放置补片时，应更注重纵向覆盖。

结 语

从物理学机械特性的角度重新认识腹壁，有助于加深对腹壁功能的理解，疝外科的一些常见问题也可得到很好的解释。各向异性是腹壁重要的机械特征之一，选择术式、术中操作以及设计材料均应遵循这一特性。笔者提出，没有理论支撑的术式行之不远，有些术式迟早将退出历史舞台。外科医师更应熟悉这原理，这样才能不断推陈出新，实现技术的更新迭代。