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编号:10286001
“Z”形扩张支架在食管局部的组织相容性
http://www.100md.com 《临床与实验病理学杂志》 2000年第1期
     作者:宛新建 李兆申 许国铭 王雯 郑清渝 满晓华

    单位:(第二军医大学长海医院消化内科,上海 200433)

    关键词:食管狭窄;支架;组织相容性;狗

    临床与实验病理学杂志000115 摘要 目的:通过再狭窄动物模型的制作研究实验犬食管支架术后不同时间局部组织的形态学变化。方法: 以16只成年健康犬为实验对象,均分4组。采取“自体阔筋膜移植固定法”置入“Z”形自扩张金属食管支架,术后1、2、4、8周分批处死动物,取出置架部位的食管组织,进行大体形态、光镜、电镜等病理分析。结果: 术后1周,置架部位食管粘膜明显充血水肿,局部大量炎性细胞浸润,某些部位组织开始向管腔内生长;术后2周,食管组织增生显著,大部分支架结构被增生组织所覆盖,局部有广泛肉芽组织形成及部分纤维化;术后4、8周,增生组织已完全覆盖支架结构,并连接成片,管腔明显狭窄,局部出现大量的纤维结缔组织,炎性细胞及新生毛细血管显著减少。电镜发现,术后2周组织中成纤维细胞处于旺盛的增殖及分泌状态,术后8周可见大量纤维组织形成。结论:再狭窄主要表现为肉芽组织形成及纤维化,炎性细胞的浸润是再狭窄形成的起始因素,术后4、8周随着炎性反应的减弱,纤维化过程渐趋稳定。
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    中图分类号 R571.1 文献标识码 A

    文章编号 1001-7399(2000)01-0048-04

    Research on tissue-compatibility of “Z” self-expandable stent in esophagus

    Wan Xinjian, Li Zhaoshen, Xu Guoming, Wang Wen, Zheng Qingyu, Man Xiaohua

    (Department of Gastroenterology,Changhai Hospital,Second Military Medical University,Shanghai 200433)

    ABSTRACT Purpose To study the morphologic changes of esophageal tissues after stenting by making animal model of re-stenosis. Methods Esophageal stent was placed by the method of “autogenous broad fascia transplantation and fixation”,the dogs were killed at the end of 1、2、4、8 weeks,and the esophageal tissue with stent were taken out and analysed by gross observation,light microscopy,electron microscopy. Results The esophageal mucosa was in the state of congestion and dropsy at week 1 after stenting,and esophageal tissue had begun to grow towards lumen in some stenting places with a great number of inflammatory cells infiltrating. Two weeks after stenting esophageal tissue proliferated greatly with much of granulation formed,most network of stent was covered by hyperplastic tissue, The proliferated tissue covered the stent completely 4、8 weeks after stenting,and connected as a body ,a great deal of fibrotic tissue had appeared,inflammatory cells and newborn capillary reduced greatly,The esophageal lumen was evidently narrow. Electron microscopy revealed that the fibroblasts was in the state of vigorous proliferation and secretion in esophageal tissue at week 2. Conclusion Re-stenosis mainly expresses as granulation formation and fibrosis.Inflammatory cells infiltration is the initial factor for restenosis. At 4、8 week with the weakening of inflammatory reaction fibrosis become stable gradually.
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    KEY WORDS esophageal stenosis;stent; tissue compatibility;dogs

    食管良性狭窄的治疗按传统方法只能采取手术处理或机械扩张,病人痛苦大且疗效不显著〔1〕。金属食管支架的置入显著提高了临床疗效,具有很大的应用潜力,但支架术后最严重、常见的远期并发症就是再狭窄,主要表现为支架周围食管组织从支架边缘或网眼中向管腔增殖延伸,最终导致再次狭窄〔2〕。可见再狭窄在很大程度上约束了支架的广泛应用。笔者通过动物实验的方法研究食管支架术后局部形态学变化特点及规律,从而为再狭窄发生机理的探讨提供病理学依据。

    1 材料和方法

    1.1 实验动物和器械

    1.1.1 实验动物 选择成年、健康犬16条,♀♂不限,体重8~10 kg,本校实验动物中心提供。
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    1.1.2 实验器械 “Z”形食管支架及传送装置由江苏淮阴西格玛公司提供,由医用不锈钢细丝编织而成,两端呈喇叭口状,管身直径2.5 cm、长10 cm(图1);胃镜及其辅助装置 (Olympus GIF-Q型);全套常规病理试剂及设备;组织显微镜 (Olympus BX50);显微成像系统(Olympus MP-20);电子显微镜 (JEM-100SX)。

    1.2 方法

    1.2.1 食管支架术后再狭窄动物模型制作 选择16只实验犬,经“自体阔筋膜移植固定法”置入并固定食管支架。具体操作如下:无菌手术下切开颈部皮肤,游离出食管壁。于犬后腿外侧取阔筋膜一块,约2 cm×2 cm×3 cm大小。内镜引导下置入食管支架(图2),使其上端定位于颈部游离段食管。将阔筋膜附着于置架部位的食管外壁,用医用不锈钢细丝两处缝合固定,一方面可加强食管壁的韧性,另外可防止缝线挂穿食管壁。术中局部注射少量青霉素,术后予半流质饮食。所有术后实验犬均分为4组,分别观察1、2、4、8周。置架期间密切观察实验犬一般情况及体重、饮食变化,届时分批处死动物,取出置架部位的食管组织进行病理分析,并冻存部分标本。
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    1.2.2 取材制片 按纵轴方向切开置架部位食管,观察食管壁大体形态学变化;测量食管内径,与正常食管进行比较,以了解再狭窄形成状况。另取支架两端及中部网眼部分对应的组织,经10%中性福尔马林固定12 h后,按常规洗涤、脱水、透明、石蜡包埋、切片和HE染色。光镜下观察食管壁各层的形态学变化。

    分别取支架两端及中部食管粘膜和粘膜下层组织,用锋利手术刀片切成3 mm×3 mm×1 mm大小,立即用4%多聚甲醛-2.5%戊二醛固定。固定后经丙酮逐级脱水,再块染、环氧树脂包埋,超薄切片后双铅液染色,用JEM-100SX透射电镜观察。

    2 结果

    2.1 动物模型观察

    2.1.1 动物术后观察 所有实验犬术后第2天均恢复饮食。支架术后3周内所有动物饮食正常,体重无明显减轻,活动度较术前明显减少,未出现反复呕吐及梗噎的表现。置架3周后所有犬进食量明显减少,大多数犬出现反复呕吐及持续吞咽动作,体重较前明显减轻,活动度也进一步减少。
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    2.1.2 狭窄形成状况 所有实验犬经“自体阔筋膜移植固定法”均成功形成食管支架术后再狭窄模型。术后4、8周管腔较正常食管段显著狭窄(表1)。

    表1 实验犬食管支架术后内径及管壁厚度变化(n=4,±s) 项目

    1周

    2周

    4周

    8周

    正常

    厚度(mm)

    3.6±0.5

    5.1±0.8
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    7.0±0.9

    8.1±1.3

    1.5±0.4

    内径(mm)

    20.8±3.1

    16.4±2.7

    11.7±1.2

    10.2±2.0

    18.0±4.2

    2.2 肉眼观察 术后1周可见食管组织开始沿支架两端和网眼向管腔内生长,某些部位的支架细丝已被增生组织所覆盖,内皮形态正常,轻度充血,色泽与正常食管无明显差异;术后2周可见食管组织增生显著,绝大部分支架结构已被增生组织所覆盖,食管粘膜广泛充血、水肿,偶可见坏死、渗出、溃疡,置架部位食管壁较正常明显增厚,支架两端组织较管身部分增生显著。术后4周可见大量增生的组织已完全覆盖于支架内壁并连接成片,支架深嵌于食管壁内,管腔较正常明显狭窄,粘膜仍轻度充血,偶有坏死及溃疡形成。术后8周置架食管的大体形态与4周相似,增生组织越过支架结构向腔内广泛延伸,管腔显著狭窄。
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    2.3 光镜观察 支架术后1周的食管组织中鳞状上皮明显增生、变厚,细胞层次紊乱,基底层细胞胞核着色较深、体积增大,上皮基底层与固有层呈交错状态;粘膜下层充血、血管增生、炎性细胞浸润、纤维结缔组织形成,可见散在分布的成纤维细胞。术后2周,鳞状上皮沿支架网眼不规则交错生长,上皮细胞致密、核深染、体积增大,粘膜下腺体明显减少,有大量炎性细胞浸润,成纤维细胞明显增多,纤维组织增生较前加剧,肉芽组织增生显著,肌层变薄。术后4周,上皮形态同术后2周相似,固有层腺体几乎消失,可见大量纤维组织增生,明显致密,仍可见散在炎性细胞浸润,成纤维细胞明显减少,肌层明显萎缩变薄。术后8周组织的光镜下形态与术后4周基本一致,上皮细胞排列趋于整齐;上皮下纤维组织进一步增多、致密,炎性细胞明显减少。支架上端、中部、下端增生组织的病理结果基本一致(图3)。

    2.4 电镜观察 术后1周,上皮基底层细胞胞核体积增大,细胞质内可见广泛粗面内质网;上皮浅层细胞间隙扩大。术后2周,粘膜下层可见处于旺盛分泌状态的成纤维细胞,胞核体积较大,内质网丰富。术后4周组织中仍可见活跃的成纤维细胞,细胞突起周围可见散在的纤维束形成。术后8周组织中可见大量的纤维束形成(图4)。
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    图1 食管“Z”形自扩张支架 图2 支架术后食管组织大体病理变化 图3 支架术后食管组织光镜下形态变化 图4 支架术后食管组织电镜下形态变化。A.术后1周;B.术后2周;C.术后4周;D.术后8周3 讨论

    食管支架术后再狭窄机制的研究是近年来探讨的热点,其结果可对临床再狭窄的防治提供重要的理论依据。该研究的关键是建立一种合理的动物模型,而如何有效地固定食管支架是模型建立的关键。目前国内外有关在实验动物中有效地固定食管支架的方法报道很少。Cwikiel等用烧碱制成猪食管腐蚀性瘢痕狭窄后置入支架,结果表明,该方法实验周期长、食管狭窄部位不易控制、支架置入难度大、具体操作复杂、成功率不高,实验的10头猪,仅5头获得成功,4头猪的支架脱入胃腔,1头猪因并发症死亡。实验过程中需要复杂的介入操作系统〔3〕。因此,迫切需要建立一种可靠、稳定且符合实验要求的支架固定方法。

    食管支架的有效固定主要取决于支架与食管壁之间的持续张力关系和支架的特殊形状,再狭窄形成的基础也正是支架与管壁之间的持续张力状态。因此,置入直径偏大的食管支架以保持食管壁的紧张状态完全符合临床再狭窄形成的病理基础。作者在实验过程中设计出一种直径25 mm的食管支架,两端呈喇叭口状,其直径大于正常犬食管内径,置入犬食管后能有效地保持食管扩张状态。实验初期采用直接置入或置入后外加缝线固定的方法,结果所有支架均脱入胃腔中。解剖发现固定缝线发生断裂或挂穿食管壁,说明这样固定难以承受犬食管的强蠕动。鉴此,作者改用“自体阔筋膜移植固定法”置入食管支架,术后1周复查,所有支架均有效地固定于食管腔内,术后2周内未发生手术相关的并发症,成功率达100%。手术中采用医用不锈钢细丝缝合,从而避免了断裂的可能;采用自体阔筋膜加固,一方面由于阔筋模的强韧性,防止了挂穿食管壁的可能,另外尚有局部修复作用,同时不致在食管壁产生异物刺激后增生。可见,该法是制作“食管支架术后再狭窄”动物模型切实可行的方法,具有简便、可靠、实验周期短、样本消耗少等优点。但由于采取手术,在食管壁局部产生了一定的创伤性炎症,对实验结果有轻微的影响。
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    目前国内外有关食管支架术后再狭窄机制方面的研究仅限于一般的形态学观察〔4,5〕。Takimoto等〔6〕报道了食管支架术后局部病理变化,主要表现为肉芽组织形成及平滑肌层变性萎缩。本实验结果表明,再狭窄的形成主要从支架术后第3、4周开始,表现为大量肉芽组织形成、纤维化,同时食管上皮也增生变厚。术后1、2周局部大量炎细胞浸润,炎性反应显著,说明再狭窄的起始因素中具有多种炎细胞的参与。术后4、8周的病理结果基本一致,说明从术后4周开始局部纤维化活性逐渐减弱,纤维化状态趋于稳定。支架作为食管内持续扩张的异物,必然是纤维化启动及再狭窄形成的起始因素。术后1、2周的食管组织在支架的作用下表现出明显的炎性反应及增殖修复状态,随着局部病理结构的变化,支架与食管壁之间的应力关系也随之改变。术后4周开始支架作为一种异物的刺激作用逐渐减弱,所以食管壁的病理变化也趋于稳定。从实验结果也可以发现,炎细胞的浸润与纤维化进展存在密切关系。我们可以推断:炎细胞的积聚、活化可产生一系列细胞因子及炎性介质,从而激发组织内成纤维细胞的增殖、活化、分泌大量细胞外基质,最终导致纤维化及再狭窄形成。
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    总之,食管支架术后再狭窄主要表现为局部纤维化及肉芽组织形成;炎细胞的浸润和活化是再狭窄形成的起始因素;支架术后4周开始纤维化活性逐渐减弱,再狭窄进程也趋于稳定。再狭窄是一个复杂的病理过程,其致病基础及相关的细胞与分子调控机制尚待进一步探讨。

    基金项目:国家自然科学基金资助项目(No39670341)

    作者简介:宛新建,男,32岁,博士,主治医师

    参考文献

    1,Grund KE. Treatment of stenoses of the gastrointestinal tract. Schweiz Rundsch Med Prax,1997;86(29-30):1154~1159

    2,Valek V,Hrobar P,Mrazova J et al. Metal stents in patients with malignant and benign esophageal stenoses. Rozhl Chir,1997;76(7):319~324
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    3,Cwikiel W,Willen R,Stridbeck H et al. Self-expanding stent in the treatment of benign esophageal strictures:experimental study in pigs and presentation of clinical cases. Radiology,1993;187(3):667

    4,Binmoeller KF,Maeda M,Lieberman D et al. Silicone-Covered expandable metallic stents in the esophagus:an experimental study. Endoscopy,1992;24(5):416

    5,Takimoto Y,Nakamura T,Yamamoto Y et al.The experimental replacement of a cervical esophageal segment with an artificial prosthesis with the use of collagen matrix and a silicone stent. J Thorac Cardiovasc Surg,1998;116(1):98~106

    6,Takimoto Y,Holstein CS.Long term follow up of the experimental replacement of the esophagus with a collagen silicon composite tube. ASAIO J,1993;39(3):M736

    收稿日期:1999-10-20 修回日期:1999-12-15, 百拇医药