人工食管替代食管后进食过程影像学实验研究

               梁显亮¹ 温艺超^2* 梁建辉³

 [摘要] 目的 研究人工食管替代术后,进食过程变化对吻合口瘘，脱管，新生食管狭窄的影响。方法 应用镍钛合金人工食管重建进食通道建立6只猪实验动物模型。分成饮食控制和非饮食控制两组。应用影像学研究术后带管/脱管，固体/半固体食物进食过程变化对吻合口瘘发生，脱管和新生食管狭窄的影响。数据资料应用算术平均数（¯X）和绝对数作统计指标。结果 饮食控制组3只猪术后无发生手术并发症，存活至实验结束。非饮食控制组3只猪术后发生吻合口瘘2只，脱管并进行性新生食管狭窄1只，全部短期内死于感染或营养衰竭。动态食管造影显示术后进食过程的变化是以食物整体推进的方式完成。一旦人工食管脱落，则出现不同程度进食困难。脱管后能进食固体食物则有扩张新生食管狭窄的治疗作用。结论 镍钛合金人工食管替代术后，进食过程的变化是食物以整体推进的方式完成。进食方式的改变对吻合口瘘，人工食管脱落的发生和新生食管狭窄形成与扩张治疗有直接的影响。   

 [关键词] 镍钛合金人工食管;新生食管;进食过程;影像学检查;动态食管造影 

The imaging experiment study of eating process after replaced esophagus by artificial esophagus

       Liang Xian-liang*, Wen Yi-chao, Liang Jian-hui. *Department of Emergency, Guangzhou Eighth People^’s Hospital ( Jiahe hospital area ). Guangzhou 510440, China.

Corresponding author: Wen Yi-chao. The Second Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University.  Guangzhou 510260, China

[Abstract] Objective The eating process affected to anastomotic fistula, artificial esophagus slipping off and neo-esophageal stenosis after the artificial esophagus replaced were investigated. 

Methods These experimental models of 6 pigs were established replaced with the nitinol artificial esophagus. They were divided into diet control group and non-diet control group. It was investigated by chest X-ray examination or dynamic esophagography whether the eating process of took up tube/ took off tube, solid/semi solid food postoperative affected to anastomotic fistula, artificial esophagus slipping off and neo-esophageal stenosis. The arithmetic mean (¯ X) and the absolute are used as statistics index for experimental data. Results 3 pigs of the diet control group survived without surgical complications postoperative until experiment end. 3 pigs of the non-diet control group had postoperative complications (2 pigs of anastomotic fistula, 1 pig of took off the tube and progressive neoesophageal stenosis) and died of infection or nutritional failure in a short time postoperative. Dynamic esophagography showed that the eating process postoperative was completed in a manner of overall food movement. Early eating solid food took place prone to anastomotic fistula or took off the tube postoperative. Once the artificial esophagus slipped off, there will be eating difficulties of varying degrees. Eat solid food had expanding effect for treatment of neoesophageal stenosis. Conclusion After artificial esophageal replacement, the eating process is completed in a manner of overall food movement. This manner of overall food movement has directly affected on the occurrence of anastomotic fistula, artificial esophagus slipping off, forming and dilation treatment of neo-esophageal stenosis.

  [Keywords] nitinol artificial esophagus; neo-esophagus; eating process; imaging examination; dynamic esophagography

自1952年Berman【1】首次报道体内人工食管研究以来，术后吻合口瘘，人工食管脱落，及脱管后新生食管狭窄等难题的阻碍，至今仍未能获得成功。众所周知，植入的人工食管或诱导形成的新生食管都是一条没有收缩蠕动功能的管道。在这种情况下，动物的进食过程必然与正常食管的进食过程有所不同。目前影像学对植入体内人工食管研究多是静态影像学食管造影观察【2-3】。至于体内人工食管替代食管术后，实验动物的进食方式将会发生怎样的变化？食物又是如何通过没有自主收缩蠕动的人工食管或狭窄新生食管完成进食？进食方式变化对阻碍体内人工食管研究三大难题的发生将有怎样的影响？关于以上问题的研究却鲜见文献报道。

该实验研究是在我们前期研究基础上，采用影像学动态实时食管进食造影方法，观察植入体内人工食管术后，进食食物通过没有蠕动功能的人工食管或人工食管脱落后狭窄的新生食管进食过程的变化，研究进食方式的改变对吻合口瘘，人工食管脱落发生及脱管后新生食管狭窄治疗的影响。

一、材料与方法

1镍钛合金人工食管（见图1）（由北京有色金属研究学院制作提供）。管长约80 mm、内径18 mm，是有内外两个镍钛合金网所组成的复合式管道。实验动物采用6只小型香猪，重25～30kg（由广东省医学实验动物中心提供）。

２.建立实验动物模型手术方法

气管插管全麻下右侧开胸，分离并切除奇静脉平面下一段7cm胸段食管，植入镍钛合金人工食管作替代材料重建进食通道，右侧第七肋间置胸管接水封瓶，关胸。经上腹正中开腹，前胃壁切开置入F20号胃管于胃内，另一端胃管从左上腹壁引出做胃造瘘术，关腹。

3.术后处理

术后第一天，拔除胸管，开始经胃管进行肠内营养支持，应用抗菌素抗感染治疗至术后第五天。术后第14天开始恢复经口进食。依照术后喂养情况不同分成非饮食控制组和饮食控制组。非饮食控制组恢复术前固体饲料喂养，饮食控制组则先给予半流软食饲养，至术后第150天改为固体食物诱导脱管。构建出术后带管及脱管的实验动物模型。

4. 影像学研究方法

(1) 胸部X线观察术后并发症和植入人工食管的位置及脱管时间。

(2) 动态实时食管进食造影方法：先将硫酸钡与半流软饮食或者固体饲料混合备用（硫酸钡与食物的比例为1:1）；将实验动物装入自制的动物食管造影检查柜，运送至放射科X光机下，让动物进食混有造影剂食物的同时进行连续X线观察。

5. 数据资料应用算术平均数（¯X）和绝对数作统计指标处理。

6．该项目实施按广州医科大学动物实验指南和广东省动物保护条例执行。

二、结果

1.术后饲养、生存情况：非饮食控制组3只实验猪术后第14天开始恢复经口固体饲料喂养，术后2只发生吻合口瘘和早期人工食管脱落，1只发生早期人工食管脱落并发进行性新生食管狭窄，术后短期内死于感染或营养衰竭。饮食控制组3只实验猪术后第14天开始先给予半流软食进食饲养，至术后第150天改为进食固体食物，术后无发生吻合口瘘、胸腔感染、早期人工食管脱落等并发症，术后第150天改用固体食物，成功诱导脱管时间在151～152天，平均2.67天。（见图2A,2B） 全部存活至实验结束。（见表Ⅰ）        

2.术后进食情况：非饮食控制组术后恢复经口进食固体饲料，在植入人工食管原位固定状态下进食无出现明显吞咽困难【4】（Bown’sⅠ级）。但一旦发生植入人工食管脱落则出现进行性吞咽困难（Bown’sⅢ-Ⅳ）。饮食控制组3只实验动物术后均采用饮食调控措施，带管进食半流软食150天，进食过程顺利，无呕吐。在150天开始进食固体食物进行诱导人工食管脱落成功后，均出现轻度进食困难（Bown’sⅡ级），继续固体食物喂养，随后进食困难逐渐缓解。

3.影像学观察结果：（1）术后实验动物X线透视观察结果：脱管前植入镍钛合金人工食管在胸内原位固定（见图3）。发生脱落的人工食管则进入胃内并在胃内停留（见图4）。非饮食控制组术后2只发生吻合口瘘。（2）术前动态食管造影显示正常进食过程是：食物在食管内被分隔成团状，通过食管协调，规律横向收缩蠕动波将食物团由近端推向远端，直到进入胃内（见图5A，5B）。                      

（3）术后进食过程动态食管造影观察结果：在植入体内镍钛合金人工食管原位固定，动态食管造影显示进食过程：吻合口近端食管首先被食物填充成圆柱状扩张，然后食物被挤入无扩张，无蠕动的人工食管腔内并向前推进，充填扩张远端食管。这时无扩张，无蠕动的人工食管体与远近端扩张的食管整体形成哑铃状外形（图6）。最终食物进入胃而完成整个进食过程（图7）。当植入体内镍钛合金人工食管脱落后，动态食管造影显示进食过程：新生食管狭窄近端食管被食物充填扩张，随后食物挤进扩张狭窄新生食管段，并向前填充扩张远端食管，形成漏斗状外形（图8）。最终食物像挤牙膏样被挤入胃内完成整个进食过程（图9）。                         

三、讨论

正常情况下，实验猪进食方式是把食物分割成多个独立的食物团块。通过协调和规律食管自主收缩蠕动，将食物团块从食管的近端向远端推移，最后输送入胃内【5】。

但是在植入一段没有蠕动和自主收缩功能的镍钛合金人工食管替代被切除食管段重建食管后，进食过程就会随之发生相应的变化。在这个过程中，食管内食物不再是以食物团块状分割移动方式将食物送进胃内，而是以食物条整体推移方式将食物挤送进胃内。不难理解，这种以食物填充，整体推移方式的进食过程，对吻合口组织所造成的推移，拉伸则容易造成吻合口组织不同程度的损伤，甚至撕裂，严重时则造成吻合口瘘。正如非饮食控制组术后第14天开始恢复经口进食固体饲料喂养有2只实验猪术后发生吻合口瘘。而饮食控制组则没有发生吻合口瘘。

这是因为不同物体的密度，阻力系数，在管腔内的流速等方面是不一样的。流体力学显示；物体的密度小，阻力系数小，在管腔内的流速就快，对管体壁产生的摩擦力就小，对管体推移力就小【6】。由于固体饲料密度，阻力系数较半流软食食物大，所以进食固体饲料对人工食管管壁的摩擦力及推移力就较进食半流软食大，结果发生吻合口瘘的机率就大。

基于上述机理，进食固体粗慥食物也同样容易造成植入人工食管的脱落。所以非饮食控制组术后3只实验猪早期发生脱管（术后22天，24天，54天），而在饮食控制组术后150天进食半流软食时则没有发生脱管，仅在术后第150天由半流软食转为固体饲料饮食时，就显示出进食固体食物对植入体内的人工食管有直接诱导脱落移位的作用。

在发生人工食管脱落后，新生食管在没有人工食管支撑下就会出现不同程度的管腔狭窄。动态食管造影观察实验猪在脱管后进食固体食物过程显示：脱管后食物通过新生食管狭窄处腔内，狭窄处在整个进食过程中被持续扩张。提示其对狭窄扩张的作用。正如Hoferichter【7】和Fukushima【8】报道指出，对体内人工食管发生脱落后出现的新生食管狭窄，规律的饮食能使食管狭窄逐渐减轻伴有体重增加。当饮食控制组脱管后，虽然出现轻度的吞咽困难，但能维持进食固体食物喂养，所以食管狭窄能在进食中得以不断地扩张，最后吞咽困难逐渐得以缓解。由此可见规律的固体饮食能有效地起到扩张新生食管狭窄的治疗作用。

综上所述，应用人工食管替代被切除胸段食管重建进食通道术后，实验动物进食过程是由食物填充整条进食通道后，以整体推进的方式将食物移送入胃的过程。这种进食方式的改变，对吻合口瘘，人工食管脱落的发生和人工食管脱落后新生食管狭窄形成或扩张治疗有直接的影响。

致谢

本研究工作得到广州市高教局（08A077）科研项目立项资助。

参考文献

[1] Berman E.F. The experimental replacement of portions of the esophagus by a plastic tube [J]. Ann Surg.，1952 , 135(3):337～343

[2] 黄健民，陈德基，梁建辉,等. 人工食管植入术后影像学检查的实验研究. 现代临床医学生物工程学杂志, 2005, 4（11）:255～258

[3] Liang Jianhui,  Zhou Xing,  Zheng Zhaobing,  Liang Xianliang.  Long-term form and function of neoesophagus after experimental replacement of thoracic esophagus with nitinol composite artificial esophagus.  ASAIO Journal,  2010, 56 ( 3) :232～234

[4] Bown SG, Hawes R, Matthewson K, et al. Endoscopic laser palliation for advanced malignant dysphagia. Gut, 1987, 28: 799～807.

[5]刘培琼.中国香猪[M] 第一版.北京：中国农业出版社 2010：33～34.

[6]白晓宁，胡寿根. 固液两相流管道水力输送的研究进展[J]. 上海理工大学学报，1999，21（4）：366～372

[7] Hoferichter J. Die Rekonstruktion des Oesophagus mit Kunst Stoffen. Ⅱ. Neubildung eines Speiserohres mittels temporärer Leitschiene. Langenbecks Arch Klin Chir, 1967,  317:51～63

[8] Fukushima M, Kako N, Chiba K, et al. Se1ven-year follow-up study after the replacement of the esophagus with an artificial esophagus in the dog.  Surgery， 1983, 93:70～77

表Ⅰ. 6只实验动物术后饲养，生存情况和并发症一览表

※：非饮食控制组脱管时间是指术后第2周恢复术前固体饲料进食，植入的人工食管从原位固定位置自动发生移位脱落的时间。饮食控制组脱管时间是指由术后第2周恢复应用半流软食饲养，按实验计划在术后150天改为固体饲料进食，诱导植入的人工食管从原位固定位置成功发生移位脱落的时间（成功脱管时间在151～152天，平均2.67天）。

＃Bown’S吞咽困难等级。0级：可进食咽下各种固体食物；Ⅰ级：只能进食咽下大部分的固体食物；Ⅱ级：只能进食咽下半固体食物；Ⅲ级：只能进食咽下流质食物；Ⅳ级：液体都不能进食咽下。

图1 实验用镍钛合金人工食管。A.带涤纶连接环外层编织型镍钛合金网管。B. 网格型柔性高分子复膜镍钛合金内层网管。C.合成的镍钛合金人工食管样本。

A B

图2 显示食物诱导脱管过程 A. 显示脱管从近段吻合口开始。B.显示管体已脱落至胃内。

图3显示植入镍钛合金人工食管在胸内原位固定。

图4显示脱落在胃内的镍钛合金人工食管。

A B

图5 进食动态食管造影显示实验猪术前正常进食过程：A.食物在食管内被分隔成团状。B.通过食管协调，规律横行收缩蠕动波将食物团由近端推向远端，直到进入胃内。

图6食管动态进食造影显示：植入人工食管在胸内原位固定，进食食物开始填充近端食管→人工食管→远端食管。整条进食通道呈现人工食管与连接上下段扩张食管形成哑铃状外形。

图7显示植入人工食管在胸内原位固定时进食全过程：进食食物先填充，扩张上段食管，然后通过人工食管进入并扩张食管下段，最后食管内食物条以整体推进方式把食物移入胃内。

图8显示植入人工食管脱落后，食物填充近远端食管和新生食管狭窄段而形成漏斗状外形。

图9显示植入人工食管脱落后，食物通过新生食管狭窄进食全过程：进食食物先填充，扩张上段食管，然后通过像挤牙膏样把食物挤进新生食管狭窄处进入到食管下段，最后食管内食物条以整体推进方式把食物移入胃内。