国产支气管活瓣消除支气管胸膜瘘引发的气胸动物实验

刘显勇，裴延斌，仇永辉，赵 明，田 庆

1 解放军医学院，北京 100853；2 解放军总医院第一医学中心 胸外科，北京 100853

慢性阻塞性肺疾病是一种常见的慢性呼吸道疾病，慢性阻塞性肺疾病患者死亡人数占全球总死亡人数的7%[1]。对于严重肺气肿病患者，肺减容手术可提供临床和预后获益，但外科肺减容术有显著的不良事件和死亡相关风险[2-3]。为进一步改善患者预后，支气管活瓣被设计出来用于临床[4]。支气管活瓣是一种单向活瓣，在吸气时阀门关闭，防止空气进入靶肺，呼气时阀门打开，允许肺内空气和黏液排出，诱发选定的肺段不张。2008年美国FDA批准支气管活瓣用于治疗难治性气胸，2018年FDA批准其用于内镜下肺减容。由于其单向通气诱导靶肺不张的原理，其适应证不断拓展，如用于各种合并支气管瘘[5-6]、复发性咯血治疗[7-8]、耐药性肺结核的治疗研究[9]和新冠肺炎并发症的治疗[10-11]。目前市场常见的支气管活瓣有Zephyr支气管内膜瓣膜(Pulmonx，美国)和呼吸瓣膜系统(Olympus，日本)。国内仅有Zephyr支气管内膜瓣膜上市，市场价为3.5万元人民币。国产支气管活瓣以Zephyr支气管内膜瓣膜为基础做了改良设计。本研究通过建立支气管胸膜瘘气胸模型，评估国产支气管活瓣的可操作性、有效性和安全性，为进一步临床试验奠定基础。

材料与方法

1 实验动物 北京实创世纪小型猪养殖基地提供雄性巴马小型猪6只(月龄12个月，体质量26 ～30 kg)，动物使用许可证号为SCXK(京)2018-0011。

2 实验药物和仪器 舒泰50(Virbac，法国)；异氟烷(中牧倍康，中国)；麻醉机(Samvet，美国)；高频手术电刀(索吉瑞，中国)；头孢曲松钠(悦康药业)；胸腔闭式引流管(新星，中国)；胸腔闭式引流瓶(康生，中国)；便携支气管镜(视新，中国)。

3 支气管活瓣系统 国产支气管活瓣根据大小分为两种型号(表1)，由附着在镍钛合金支撑架的硅橡胶覆膜、单向鸭嘴阀组成；包括装载器系统和递送器作为压缩装载递送放置的配件。见图1。

图1 国产支气管活瓣系统A：国产支气管活瓣；B：国产支气管活瓣装载器；C：国产支气管活瓣递送器Fig.1 Domestic bronchial valve systemA: Domestic bronchial valve; B: Domestic bronchial valve loader; C: Domestic bronchial valve delivery device

表1 国产支气管活瓣型号(mm)Tab. 1 Type of domestic bronchial valve (mm)

4 支气管胸膜瘘气胸模型构建 巴马小型猪术前禁食8 h，禁水4 h，静脉注射舒泰50诱导麻醉，2% ～ 3%异氟烷维持，插入7.5号气管插管下接麻醉机辅助呼吸，进行生命体征监测。取左侧卧位第四肋上缘做一个约15 cm长切口，置入肋骨牵开器扩大肋间隙。确定右肺中叶后找到右肺中叶静脉并用电刀自肺门处向远端游离。暴露静脉下方的右肺中叶支气管远端并用电刀破坏，形成一个长约0.5 cm的支气管胸膜瘘(图2)。在第5肋间放置26Fr胸腔闭式引流管并固定，连接胸腔闭式引流瓶，逐层关闭胸腔。通过胸腔闭式引流瓶评估漏气情况，有气泡冒出为气胸造模成功(图3)。

图2 绿色箭头所指为被游离的静脉，静脉下方为被破坏的支气管；黄色箭头所指为支气管瘘Fig.2 The green arrow indicates the free vein and the destroyed bronchus below the vein; The yellow arrow indicates bronchial fistula

图3 留置胸管接水封瓶内见气泡冒出，表明造模成功Fig.3 Bubbles appear in the water sealed bottle connected to the indwelling chest tube, indicating that the modeling is successful

5 支气管活瓣置入 气胸模型构建后，使用便携支气管镜经气管插管进行检查，找到右肺中叶支气管，评估所需放置国产支气管活瓣大小。将合适的支气管活瓣置入右肺中叶支气管开口，确保支气管活瓣正确在位、工作正常后(图4)，撤出支气管镜。增加潮气量，通过胸腔闭式引流瓶观察漏气情况，确认没有漏气和液体引出后，拔除胸腔闭式引流管，关闭引流管口，手术结束。手术时肌注头孢曲松钠1.0 g，术后持续肌注3 d，1.0 g/d。1.5个月后处死动物并行支气管镜检查，观察支气管活瓣是否仍正确在位正常工作。

图4 置入右肺中叶支气管的支气管活瓣Fig.4 Bronchial valve was inserted into the bronchus of right middle lobe

6 评价指标 气胸模型评价：造模术后观察胸腔闭式引流瓶是否有气泡冒出。支气管活瓣评价：1)可操作性，观察支气管活瓣能否顺利压缩装载并顺利放置以及放置后的支气管活瓣是否正确在位；2)有效性，观察放置后的支气管活瓣能否正常工作，胸腔闭式引流是否持续有气泡冒出(气泡停止冒出证明支气管活瓣有效)；3)安全性，实验过程中观察动物生命体征，能否顺利苏醒，手术结束后观察1.5个月后处死，观察是否有发热、感染、气胸复发、呼吸衰竭等手术并发症和支气管活瓣相关不良事件。

结 果

1 气胸模型构建情况 6只动物支气管胸膜瘘模型均造模成功，均在开胸手术和瓣膜植入后存活，操作过程中没有出现严重的手术并发症，术中血氧血压心率体温平稳，平均手术时长181.7 min。气胸模型构建成功后，胸腔闭式引流瓶在吸气时能观察到气泡冒出，为重度气胸。见表2。

2 支气管活瓣放置评价 所有支气管活瓣均能正常装配放置，放置后阀门正常工作。在放置合适的支气管活瓣后胸腔闭式引流瓶中不再有气泡冒出，证明气胸引发的漏气已经停止，平均漏气持续时间为4.2 min。第3只巴马小型猪手术过程中因首次放置支气管活瓣时未能准确评估放置活瓣的大小，导致漏气持续了61 min，更换了更大的A型活瓣后，漏气在3 min后停止，其余动物均一次性放置成功。所有动物在手术期间和结束后，没有动物出现低氧血症、支气管痉挛或呼吸窘迫。见表2。

表2 巴马小型猪气胸模型构建及支气管活瓣放置情况Tab. 2 Construction of pneumothorax model and placement of bronchial valve

3 术后情况 术后有1只巴马小型猪出现伤口红肿，未见明显感染迹象。术后观察1.5个月，所有动物均正常存活，没有出现发热、感染、气胸复发、呼吸衰竭等手术并发症。行支气管镜检查时发现6只巴马小型猪中有2只未发现此前植入的支气管活瓣，另外4只的支气管活瓣仍正确在位，其上覆盖痰液，将痰液吸尽后可见支气管活瓣正常工作。

讨 论

我们选择用猪作为模型动物是因为猪的肺叶和支气管解剖组织学结构与人类相似[12-13]。猪的左肺与人的左肺相似，由头叶和尾叶组成。左头叶支气管分为头段支气管和尾段支气管。这类似于人的固有上叶和舌叶。与人类右肺有三个肺叶不同，猪右肺分为四个肺叶——头叶、中叶、副叶和尾叶[12]。根据我们的预实验和猪肺解剖特点，我们认为右肺中叶是最佳的试验部位。

气胸动物模型构建可大致分为三种：1)将外界气体通过注射器等设备穿透胸壁直接注入胸腔，或直接破坏胸壁[14-16]；2)直接将肺组织破坏形成肺泡胸膜瘘，如将肺组织剪破[17]；3)进行肺叶切除或肺段切除将离断的支气管留下瘘口形成支气管胸膜瘘或通过各种形式破坏支气管[18]。第1种动物模型不适用于我们的研究。我们在预实验中发现，第2种破坏肺组织的胸膜瘘的漏气量较小，如果扩大伤口则会导致较多的出血，凝血块会将肺裂口封堵，而更深的伤口会剪破支气管形成支气管胸膜瘘，同时也会破坏支气管上方的动脉或下方的静脉，造成较多的出血，对动物造成不必要的伤害。单纯破坏支气管造成支气管胸膜瘘，通过外科手术完全可以避免相关动静脉的损伤和肺组织的切除，对实验动物的伤害降至最小，所以选择第3种方式。

第3只巴马小型猪手术中放置支气管活瓣后直到61 min后漏气才停止是因为第1次放置的支气管活瓣是尺寸较小的B型，经过观察和重复放置，最终在更换为更大的A型支气管活瓣后，漏气于3 min后停止。支气管介入治疗气胸失败的部分原因是术前无法准确评估气胸的情况，无法准确判断漏气位点，我们在开胸手术时就已经十分明确地破坏了右肺中叶远端支气管，可以省略对气胸部位的判断。但因为未能准确评估右肺中叶支气管直径，导致首次放置支气管活瓣后没有完全停止漏气，在更换适合的支气管活瓣后漏气立刻停止。术后行气管镜检查，其中2只未能发现支气管活瓣，考虑其中影响因素有：1)猪的依从性差，活动剧烈频繁；2)支气管活瓣是根据人体支气管解剖结构设计，与猪的支气管解剖结构存在差异，以及猪个体之间的差异；3)猪为爬行动物，与人类行走活动方式存在差异，也可能存在一定的影响。

我们基于Zephyr支气管内瓣膜的启发，结合临床体验，与国内厂家合作成功研发具有自主知识产权的支气管内活瓣系统。尽管国内工厂制作工艺尚不成熟，在前期研发测试过程中问题不断，但经过不断改进后国产支气管活瓣相比Zephyr支气管内瓣膜还是有着很多的优势。与Zephyr支气管内瓣膜相比，国产将活瓣口更大，支撑架的设计改为金属网格，覆膜材料为高分子生物胶水，装载器做了全新的设计。严重肺气肿的患者肺顺应性较差，我们将支气管活瓣阀门口加大，利于快速排气。支气管活瓣在长期留置的过程中有支气管活瓣被咳出的报道[19]，国产支气管活瓣的金属网格设计具有良好的力学功能，能够更好的固定；同时适应呼吸介入器械的尺寸，便于其他器械或术式的临床操作。高分子生物胶水覆膜相比Zephyr支气管内瓣膜使用的硅胶覆膜，具有柔韧性好、活瓣开闭顺畅、生物相容性好的技术有点。装载器也做了全新的设计，外观更加美观，操作也更加方便。装载器由底座、弹簧、上盖、漏斗筒、套筒、推送杆、穿过支气管活瓣并固定于套筒上的丝线组成。支气管活瓣放置在漏斗筒内，需要使用时只要将套筒向外拉动，支气管活瓣就会被套接在活瓣和套筒上，经漏斗筒压缩至适合气管镜工作通道的直径。支气管活瓣被压缩后，使套筒回到原位，将线剪断，可将套筒和穿过支气管活瓣的丝线脱离。将递送导管底座内的卡槽与漏斗筒口对合，推送杆自底座另一端入口插入，压缩好的支气管活瓣推送入递送导管，压缩进入递送导管的支气管活瓣便可以顺利通过支气管镜的工作通道植入到靶肺支气管。

本研究合理选择实验动物和实验方式，成功使用国产支气管活瓣消除支气管胸膜引发的气胸，证明了国产支气管活瓣的可操作性、有效性和安全性。本研究的局限性：1)尽管猪肺的解剖结构与人类相似，但仍存在一定差异，无法完全模拟支气管活瓣在人体的情形。2)大量气胸首选治疗方式为留置胸腔闭式引流管，经持续引流7 d以上未能治愈则为难治性气胸。我们原本的实验设计是在造成气胸留置胸管7 d后再行支气管活瓣治疗，但预实验过程中动物依从性差，留置的胸腔闭式引流袋仅留置1 d左右便脱落，导致胸管与外界相通，形成开放性气胸并造成了脓胸。因此后续造成气胸后便直接用支气管活瓣治疗，在治疗前缺少一个持续引流观察的过程，没有与胸腔闭式引流形成前后对照。3)观测时间有限，仅1.5个月，缺乏远期的安全性和有效性评估。

综上所述，国产支气管活瓣能够及时有效地消除支气管胸膜瘘引发的气胸，适用于支气管活瓣治疗适应证的患者，具有良好的临床应用前景。我们还须对国产支气管活瓣进一步开展远期动物实验观察和临床试验。

利益冲突声明：实验所用支气管活瓣由无锡肺畅医疗科技有限公司无偿提供。