可降解鎂合金氣管支架在兔氣管狹窄模型中初步應用

李宗明，　劉　耿，　張全會，　關紹康，　王利國，　韓新巍，　路慧彬，　任克偉

氣管支架臨床應用越來越廣泛，已成為良惡性氣管、支氣管狹窄重要姑息治療手段。自早期植入裸支架至覆膜支架應用，支架除可永久性植入，也可臨時置入或根據需要通過介入手段回收。然而由于術后存在難以解決的氣管肉芽組織增生、支架移位、氣管再狹窄等并發癥，腔內支架在良性氣管、支氣管狹窄治療中的應用還存異議［1-2］。本研究主要探討可降解鎂合金支架初步應用于氣管狹窄動物模型，期望通過支架降解減少支架植入后肉芽組織增生，避免二次手術取出支架。

1　材料與方法

1.1　實驗動物及分組

選用2.5 kg新西蘭大耳白兔30只（河南省動物中心提供），雌雄不限；分成兩大組，各15只，每大組分成5小組，各3只。

1.2　兔氣管狹窄模型制備

0.5 mL速眠新肌內注射麻醉實驗兔并固定于實驗臺上，逐層顯露頸部氣管，氣管軟骨環間橫行切開氣管約1 cm；通過切口送入毛刷，于切口下1 cm處環形破壞氣管黏膜；逐層縫合氣管切口、皮下肌肉和皮膚，消毒包扎。術后3 d內耳緣靜脈注射美洛西林。1個月后復查胸部CT，制備成兔氣管狹窄模型（圖 1）。

1.3　鎂合金支架制備

圖1　兔氣管狹窄模型制作過程

本研究采用鄭州大學材料科學與工程學院自主研究開發、具有良好生物相容性和綜合力學性能的生物可降解鎂鋅釔釹（Mg-Zn-Y-Nd）合金支架（鎂合金支架）。鑄態合金于430℃溫度下進行均勻化處理，熱擠壓法制備直徑3 mm合金棒材（擠壓溫度為350℃，擠壓比為44）；采用多道次冷拉拔和中間退火相結合工藝，將合金制成直徑0.24 mm和0.28 mm兩種絲材；采用單根絲一體化整體編織技術，將兩種合金絲編織成直徑8 mm、長20 mm氣管裸支架各15枚，并進行熱定形、電解拋光及消毒處理，檢測其物理性能。

1.4　鎂合金支架植入

0.5 mL速眠新肌內注射麻醉氣管狹窄模型兔，固定于實驗板并置于DSA檢查臺上，透視下通過口腔開口器送入5 F KMP導管和0.035英寸親水膜導絲（美國Cook公司），兩者配合經口腔和喉進入氣管，退出導絲；經導管推入0.5 mL碘佛醇造影顯示氣管狹窄處，引入導絲退出導管；將鎂合金支架壓縮在一8 mm×40 mm球囊導管上并裝入9 F鞘管內，沿導絲送入球囊，準確定位后后退鞘管，充盈球囊，回抽球囊后退出球囊和鞘管；透視下顯示支架位置良好，膨脹可（圖2）。

圖2　鎂合金氣管支架植入兔氣管狹窄模型過程

1.5　氣管黏膜肉芽組織增生觀察

兩種支架分別植入術后 3、7、15、30、60 d 各處死3只實驗兔，解剖取出支架，觀察支架金屬絲斷裂、支架壓縮、支架降解及氣管黏膜肉芽組織增生、痰液儲留情況。

2　結果

2.1　支架支撐力測試

支架在壓縮過程中最大徑向支撐力測試顯示，絲材直徑0.24 mm支架為1.9135N，0.28 mm支架為 2.2072 N，鎳鈦（Ni-Ti）支架為 1.2644 N，Ni-Ti覆膜支架為1.7435 N；兩種鎂合金支架支撐力略均大于Ni-Ti支架，絲材直徑0.28 mm支架支撐力大于0.24 mm 支架（圖 3）。

2.2　壓握擴張性能

圖3　不同種類氣管支架徑向支撐力

由于鎂合金支架自膨性較差，植入氣管過程中需用球囊擴張方法將支架壓握至鞘管內，到達指定位置后球囊將支架撐開，撐開后支架擴張程度直接決定支架服役效果，因此在支架植入兔氣管狹窄模型后作胸部CT檢查，并用RadiAnt軟件標定支架上中下3部分直徑長度并取平均值，分別求出兩種絲徑支架在體內擴張情況；結果顯示絲材直徑0.24 mm、0.28 mm支架平均擴張率分別為76.46%、84.66%（表1），完全自膨性能均略低于Ni-Ti合金支架。

表1　兩種絲徑鎂合金支架在兔氣管狹窄模型體內擴張情況

2.3　支架降解過程

支架植入后實驗兔生活良好，術后3 d解剖發現支架在氣管內貼壁擴張，結構完整無坍塌，表明支架在氣管內支撐力和回彈率尚可，柔順性良好，氣管內壁未見組織增生，支架與氣管相容性良好；術后7 d支架結構基本完整，有部分絲材斷裂，未見組織增生；術后15 d支架基本坍塌，大部分絲材斷裂，未見組織增生；術后30 d支架完全降解，氣管內壁光滑，未見組織增生；術后60 d氣管內壁光滑，未見組織增生。

2.4　組織病理檢查

術后30 d，支架植入處氣管有明顯擴張痕跡，未見組織壞死；術后60 d，氣管結構恢復。術后3 d可見氣管內膜上皮細胞脫落；術后7 d氣管內膜上皮細胞生長變厚；術后30 d氣管內膜上皮細胞基本達正常狀態，形態良好；術后60 d氣管內膜上皮細胞致密均勻，恢復正常狀態。氣管內壁均未見肉芽組織增生，氣管內膜未見毛細血管增多，各類漿細胞、淋巴細胞數量均無明顯變化，未見明顯炎性細胞，支架與組織相容性良好（圖4）。

圖4　鎂合金支架植入術后各時間點氣管黏膜組織病理蘇木精-伊紅（HE）染色圖

3　討論

氣管、支氣管狹窄是臨床棘手問題，不管是良性還是惡性均可引起嚴重呼吸困難，如不及時解除，可致窒息死亡。以往臨床上主要采用外科手術治療，手術難度和風險非常大，術后并發癥發生率較高。予以單純球囊擴張、氣管插管等手段治療，患者承受痛苦大，效果也往往較差，且對晚期惡性腫瘤所致氣管、支氣管狹窄或多發性支氣管軟化、結核所致嚴重氣管支氣管狹窄則束手無策。氣管支架植入術開展為臨床治療氣管狹窄提供了一種微創、有效手段，操作也相對簡單，可于內鏡或X線導引下實施。臨床報道支架植入技術成功率為95%～100%，操作時間在數分鐘內，植入后臨床呼吸困難緩解率為88%～100%［3-4］。然而，現有氣管支架植入后均存局限性，如出現肉芽組織增生、痰液儲留、支架斷裂、支架移位、氣管再狹窄等［5-6］，尤其是良性氣管狹窄支架植入后還需二次手術取出，給患者增加痛苦和花費。本研究采用可降解鎂合金氣管支架，旨在避免支架二次取出。該支架由單根絲整體性一體化編織而成，鎂合金金屬絲交匯處無焊接，可大大提高支架隨咳嗽和呼吸改變形狀的性能；支架植入后30 d出現金屬絲斷裂、支架解體及部分降解，主要是金屬絲交匯處應力集中的緣故。

由于鎂合金不具有自膨性和記憶性，支架植入時應以球囊擴張后釋放。本研究中將支架壓縮至球囊后裝載于鞘管內，植入時既可保護實驗兔聲門，又可防止支架送入氣管過程中自球囊脫落；結果提示鎂合金支架徑向支撐力不弱于Ni-Ti合金支架，但由于不具備自膨性，支架受到氣管壓縮后再膨脹能力較差。由于材質所限，鎂合金支架也有一些不足：合金彈性模量不高，支架徑向支撐性較差，不具備自膨性，植入需借助球囊擴張；支架金屬絲疲勞性斷裂發生率較Ni-Ti合金支架高；鎂合金密度較低，透視下顯影稍差，需添加X線顯影良好標記物，同時需考慮添加標記物與鎂合金發生電偶腐蝕問題。

鎂合金支架生物相容性高，植入后氣管肉芽組織增生和痰液儲留較鎳鈦合金支架少，且在氣管狹窄解除后可逐漸降解，降解產物主要為鎂離子，通過體內吸收和腎代謝調節，避免了良性氣管狹窄患者支架植入后二次取出［7］。

本研究結論為，鎂合金支架徑向支撐力稍強于Ni-Ti合金支架，金屬絲易斷裂，但生物相容性良好，可降低肉芽組織增生。

［參 考 文 獻］

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