小剂量体外放疗预防兔气管金属支架置入术后再狭窄效果观察

李宗明， 张全会， 韩新巍， 焦德超， 任克伟， 路慧彬

良性气管狭窄是一种临床危重急症，可导致阻塞性肺炎和肺不张，甚至呼吸衰竭而危及生命。文献报道主要病因包括支气管内膜结核、气管切开或气管插管后、支气管袖状切除术后、外伤、肺移植、气道淀粉样变、结节病和肉芽肿等［1-2］。治疗方法包括外科切除狭窄段，但手术技术要求高、创伤大、并发症多，难以广泛开展［3］。呼吸内镜下治疗需多次进行［4］，住院时间长、花费高。气管支架应用可快速解除狭窄、缓解呼吸困难，但长期留置可引起气管黏膜肉芽组织增生，致使气管再狭窄［5］。为解决这一难题，本研究开展动物实验，探讨小剂量体外放疗对气管支架置入后肉芽组织增生的抑制作用。

1 材料与方法

1.1 实验动物和分组

选用郑州大学动物中心提供的新西兰大耳白兔32只（雌雄不限），体质量2.5～3.0 kg，气管狭窄模型制备成功后置入镍钛合金裸支架（8 mm×20 mm），根据生物等效剂量（BED）随机分为4组：3个实验组（20 Gy组、30 Gy组、40 Gy组，气管支架置入后接受相应剂量体外放疗）和对照组（支架植入后不体外放疗），每组各8只。

1.2 气管狭窄模型制备

实验兔经0.6 mL速眠新（2%，同方药物集团公司）肌内注射麻醉后，固定于实验板上，颈部备皮，常规消毒铺巾；依次切开颈部皮肤、皮下肌肉组织，暴露气管，软骨环间横向切开气管，送入毛刷于气管切开下方1 cm处环形刮擦破坏气管黏膜（图1①②③）；逐层缝合包扎。术后静脉滴注头孢噻呋钠（四川华蜀动物药业公司），4 mg/d，连用3 d。1个月后胸部CT扫描了解气管狭窄情况（图1④⑤）。

图1 气管狭窄动物模型制备过程

1.3 气管支架置入

气管狭窄模型兔同样肌内麻醉后固定于实验板上，转移至DSA检查床（德国Siemens公司），置入牙垫，通过口腔送入5 F造影导管（德国Cook公司）和0.035英寸水膜导丝（日本Terumo公司），两者配合进入左侧或右侧下叶支气管内完成气管造影；退出导管，沿导丝送入8 mm×20 mm镍钛合金裸支架及其输送系统（南京微创医学科技公司），准确定位于气管狭窄处释放支架，退出支架输送系统（图2）。

图2 气管支架置入过程

1.4 体外放疗

支架置入3 d后进行体外放疗，此时气管支架完全膨胀，位置稳定。考虑到X线照射次数与麻醉次数，采用立体定向放疗（fractioned stereotactic radiation therapy，FSRT）。实验兔同样肌内麻醉后固定于实验板，置于体外放疗模拟定位机（美国Varian公司）上，以支架各方向外扩1 cm为照射野，并在体表做标记；转移实验兔至直线加速器（美国Varian公司）治疗床，调整机头垂直，按先前确定的照射野摆位（图3）：20 Gy组以分割剂量7 Gy/d照射2次，30 Gy组以分割剂量7 Gy/d照射3次，40 Gy组以分割剂量8 Gy/d照射3次，每2次照射间歇5 d，对照组不体外放疗。体外放疗后静脉滴注头孢噻呋钠（四川华蜀动物药业公司）4 mg/d，连用3 d。

图3 实验兔气管支架置入后体外放疗

1.5 狭窄程度判定和分级

实验组各组实验兔分别于体外放疗后4、8周，对照组实验兔支架置入后4、8周接受胸部CT扫描；实验组各组分别处死4只兔，取出气管并纵向剖开，记录气管狭窄情况；取支架处气管组织标本，进行病理检查。胸部CT软组织窗测量气管最狭窄处及正常气管管腔内径。狭窄率=（1-s/S）×100%，其中s为最狭窄处气管横断面积，S为正常段气管横断面积。根据Myer-Cotton标准［6］，气管狭窄程度分为：Ⅰ度狭窄，狭窄率≤50%；Ⅱ度狭窄，狭窄率51%～70%；Ⅲ度狭窄，狭窄率71%～99%；Ⅳ度狭窄，完全闭锁。

1.6 统计学分析

采用SPSS 21.0软件进行统计学分析。组间单因素比较用方差分析，组内比较用t检验，检验水准定位α=0.05，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

气管狭窄模型制备4周后存活30只兔，2只分别死于肺部感染、气管黏膜水肿所致呼吸衰竭，补做2只均存活。40 Gy组1只实验兔于放疗后3 d死于气管穿孔所致纵隔感染，解剖可见气管内大量脓性分泌物（图4①），其余实验兔均存活至各自观察点，未出现气管支架移位和气管出血等并发症。模型制作后4周，气管狭窄率为43%～85%，平均（63.1±10.6）%。其中Ⅰ度狭窄4只（12.5%），Ⅱ度狭窄18只（56.3%），Ⅲ度狭窄10只（31.3%）。

实验兔处死后气管大体标本情况见图4②③。病理检查发现实验组肉芽组织增生明显轻于对照组（图5）。

图4 实验兔气管大体标本

图5 实验组和对照组支架处气管黏膜病理改变（HE×10）

各组气管狭窄率对比显示，体外放疗4、8周后，实验组各组气管平均狭窄率均小于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；20 Gy组气管平均狭窄率大于30 Gy组、40 Gy组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；30 Gy组气管平均狭窄率大于40 Gy组，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。但40 Gy组有1只实验兔因气管穿孔导致纵隔感染，死于体外放疗后3 d。

表1 各组实验兔4、8周时气管狭窄情况 ±S，%

表1 各组实验兔4、8周时气管狭窄情况 ±S，%

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3 讨论

目前治疗气管良性狭窄手段包括气管切除袖状吻合、气管镜下局部注药、激光消融、冷冻治疗、光动力治疗、近距离放疗、球囊扩张以及支架植入等。气管支架植入可快速解除狭窄，缓解症状。但支架植入后黏膜肉芽组织增生可导致气管再狭窄和支架取出困难，因此良性气管狭窄支架植入治疗备受争议［7］。

气管再狭窄是气管支架植入术后常见和严重的并发症，也是需要取出支架的主要原因之一。文献报道气管支架植入后再狭窄率为6.8%～40%，支气管支架植入后再狭窄率为25%～40%，而良性气管狭窄支架植入后再狭窄多发生于支架植入后1年内［8］。支架作为气管内持续扩张的异物，是刺激肉芽组织形成的起始因素。在支架刺激下，各种炎性细胞相互作用并诱导成纤维细胞和毛细血管增生，炎症早期成纤维细胞作为结缔组织的重要来源，在炎症后期产生胶原并最终形成瘢痕，导致气管再狭窄。肉芽组织增生多见于支架上下两端，原因是支架两端持续刺激气管黏膜，使肉芽组织过度生长造成管腔狭窄［9］。因此本研究中以支架各方向外扩1 cm为照射野。

对于错失外科手术的恶性肿瘤患者，放疗是一种重要的姑息性治疗方法。放疗也可用于良性疾病治疗，主要用于心血管支架植入后腔内近距离放疗和瘢痕治疗［10］。Harari等［11］报道采用小剂量X线照射治疗6例因气管插管所致喉肉芽组织增生患者，随访36个月未出现肉芽组织增生。Kennedy等［12］报道采用高剂量近距离放射治疗2例肺移植患者，随访6个月未见肉芽组织增生。Brenner等［13］报道采用高剂量（10 Gy）近距离放射治疗6例良性气管狭窄患者，随访15个月时1例出现中度再狭窄，5例为轻度狭窄；随访30个月时5例完全恢复，1例部分恢复。

本研究制备良性气管狭窄动物模型后置入镍钛合金裸支架，以分割照射法予高剂量体外放疗，单纯支架置入作为对照组，结果发现30 Gy组、40 Gy组对气管黏膜肉芽组织增生的抑制效果优于20 Gy组，30 Gy组与40 Gy组的效果无显著差异，但40 Gy组内有1只实验兔在体外放疗后死亡，解剖发现气管穿孔导致纵隔感染。因此，本研究推荐临床上采用30 Gy体外放疗分次照射方案预防气管支架植入后肉芽组织增生。

本研究尚存在样本量不足的缺陷。目前关于放疗对预防气管支架植入后再狭窄效果的研究还处于摸索阶段，对X线照射方式（体外照射/近距离照射）、照射剂量（高剂量/低剂量）的选择均需要进一步研究。