胰十二指腸切除術(shù)置放胰管引流合理性的流體動(dòng)力學(xué)模擬研究

姜?jiǎng)P，陳照軍，陳永衛(wèi)，劉江，趙向前，蘇明，劉洋，張文智，董家鴻，黃志強(qiáng)

胰十二指腸切除術(shù)(pancreaticoduodenectomy，PDD)是壺腹部癌根治性切除治療的經(jīng)典方法。雖然胰腸吻合的方式與技術(shù)在不斷改進(jìn)，但胰漏發(fā)生率仍然高達(dá)5%～33%[1-4]。胰腸吻合中對(duì)主胰管與空腸黏膜進(jìn)行連續(xù)完整吻合是減少PDD術(shù)后早期胰漏發(fā)生的重要手段[2,5-6]，但對(duì)于直徑較小的胰管，這種吻合卻難以達(dá)到預(yù)期目的。為保持胰管與空腸內(nèi)引流的連續(xù)性，放置硅膠內(nèi)支撐管引流管是目前常用的方法[7]。一種方法是將胰管引流管直接放置于空腸襻內(nèi)的膽腸吻合口遠(yuǎn)側(cè)端，另一種是將它經(jīng)空腸襻近端穿出引流至體外，以防止胰液與膽汁或腸液混合。采用上述方法，若胰液引流暢通無(wú)阻力，理論上應(yīng)可降低早期胰漏的發(fā)生率，但事實(shí)并非如此[7-9]。胰液具有一定的黏稠度，在內(nèi)徑較小的硅膠管內(nèi)的流體動(dòng)力狀態(tài)如何以及可能的影響因素目前尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本研究利用經(jīng)典伯努利(Bernoulli's equation)管內(nèi)流體流動(dòng)機(jī)械能衡算式，對(duì)胰液在胰管內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，探討胰管引流過(guò)程中的影響因素，對(duì)PDD術(shù)中置放胰管引流的合理方法及安全性、可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

利用合理的簡(jiǎn)化模型，假設(shè)胰液在引流管內(nèi)為連續(xù)流動(dòng)，設(shè)胰腺界面為1-1截面，引流袋為2-2截面，按1-1與2-2截面之間實(shí)際的流體機(jī)械能數(shù)據(jù)列柏努利衡算方程。因胰液具有一定黏度，在流動(dòng)時(shí)存在的流體內(nèi)摩擦?xí)挂徊糠謾C(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，從而引起總機(jī)械能的損失，因此衡算時(shí)加入壓頭損失項(xiàng)(∑Hf)，兩個(gè)截面間列柏努利衡算方程得方程式(1)。

g取常數(shù)9.81；Δz. 液位差；ΔP. 頭端間壓力差；l. 引流管長(zhǎng)度；μ. 流體黏度；u. 流體流度；d.引流管內(nèi)徑；ρ. 流體密度。

考察引流管內(nèi)徑、長(zhǎng)度、液位差和胰液黏度對(duì)ΔP的影響，并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證引流管內(nèi)徑與長(zhǎng)度兩因素的作用。目前所采用的引流原理是被動(dòng)重力引流，需要一定的壓力梯度以保證引流穩(wěn)定有序，因此引流袋應(yīng)低于胰腺部位以下一定距離。然而，由于腹壁戳口體外選位點(diǎn)均高于胰腺，因此，計(jì)算需要添加外加壓頭來(lái)補(bǔ)償，壓頭來(lái)源于兩個(gè)方面，一方面胰管內(nèi)壓力本身可以提供一定的壓頭(平均16～18mmHg)，另一方面引流液出口端可以外加一負(fù)壓裝置來(lái)提供必要的壓頭克服損失。

依據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)作以下設(shè)定，將所設(shè)定的參數(shù)依次代入公式(2)進(jìn)行計(jì)算，求得系列ΔP值。推斷實(shí)際應(yīng)用中所需的條件分析所獲數(shù)據(jù)，流體流速按2l/d計(jì)算，密度設(shè)定為1000kg/m3，集中考察決定ΔP的其他4個(gè)因素：①引流管管長(zhǎng)依次取0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8m；②引流管內(nèi)徑依次取0.008、0.016、0.024、0.032m；③胰液黏度依次為0.000656、0.001、0.005、0.01、0.015、0.02Pa.s；④液位差依次為0.05、0.10、0.15m。

1.1 假設(shè)驗(yàn)證 如果胰腺比引流袋高0.1m，Δz=0.1m，g取9.81，胰腺內(nèi)壓力與引流袋的壓力相等，ΔP=0，胰液分泌量為2l/d，

設(shè)定引流管長(zhǎng)度l為1.5m，胰液黏度為體溫下水的黏度，即μ=65.6×10–5Pa.s，胰液密度為水的密度，即1000kg/m3，根據(jù)公式(3)，可求得引流管內(nèi)徑d=0.000986m，驗(yàn)證Re，

Re＜2000，胰液流動(dòng)為層流，假設(shè)成立。

1.2 材料與儀器 模擬胰液引流體系自制裝置如圖1，包括不同內(nèi)徑(0.008、0.016、0.024、0.032m)引流管，生理鹽水500ml，黏度為5mPa.s的聚合物溶液500ml，U型壓差計(jì)，滴液漏斗，50ml注射器，游標(biāo)卡尺。

圖1 胰腺引流體系模擬示意圖Fig.1 Schematic diagram of simulative pancreatic drainage system

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟 ①依據(jù)以上論述設(shè)計(jì)模擬引流體系裝置，見(jiàn)圖1。②室溫25℃，將500ml生理鹽水倒入滴液漏斗中，連接U型壓差計(jì)，連接整個(gè)封閉系統(tǒng)，將滴液漏斗內(nèi)加壓至16mmHg。依次測(cè)試4種不同內(nèi)徑的引流管引流500ml生理鹽水所需時(shí)間。③采用同樣方法，測(cè)試引流500ml 5mPa.s的聚合物溶液所需時(shí)間。引流高度設(shè)定為50cm，引流管長(zhǎng)度為1.8m，整個(gè)過(guò)程中其他變量均維持不變，始終保證整個(gè)系統(tǒng)的干凈與通暢。④對(duì)②、③兩組實(shí)驗(yàn)均采用重復(fù)測(cè)5次，取平均值，做好詳細(xì)記錄。

2 結(jié) 果

2.1 計(jì)算數(shù)據(jù)采集 觀察引流管內(nèi)徑分別為0.008、0.016、0.024、0.032m，液位差依次為0.05、0.10、0.15m時(shí)，兩因素各自對(duì)ΔP的影響，具體結(jié)果如圖2A所示。觀察引流管長(zhǎng)度分別為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8m，以及胰液黏度依次為0.000656、0.001、0.005、0.01、0.015、0.02Pa.s時(shí)，兩因素各自對(duì)ΔP的影響，具體結(jié)果如圖2B所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 分別采用4種不同內(nèi)徑和不同長(zhǎng)度引流管引流500ml生理鹽水(1mPa.s)與500ml聚合物溶液(5mPa.s)，結(jié)果如圖3所示。

圖2 引流管內(nèi)徑與液位差(A)以及引流管長(zhǎng)度和胰液黏度(B)對(duì)ΔP的影響Fig.2 Impacts of diameter and liquid level difference (A), and tube's length and pancreatic juice's viscosity (B) on ΔP

圖3 不同內(nèi)徑(A)、不同長(zhǎng)度(B)引流管引流生理鹽水與聚合物溶液時(shí)間曲線圖Fig.3 Diameter-draining time plot of tubes with different inner diameter (A) and length (B) draining 0.9% saline and polymer solution

3 討 論

目前關(guān)于PDD術(shù)后胰管引流的體內(nèi)外置放方式仍存在爭(zhēng)議，主要依靠各自的臨床經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論依據(jù)。文獻(xiàn)報(bào)道主胰管直徑為1.0～3.0mm，最大直徑為2.0～3.0mm[4,10]。Park等[11]測(cè)量了不同黏度的液體通過(guò)不同型號(hào)引流管時(shí)的速率，管徑型號(hào)6-18F(1F=0.33mm)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)引流速率隨著管徑的增加而提高，但當(dāng)管徑超過(guò)7F后，這種差距將逐漸變小。

目前臨床上已有各種規(guī)格的引流管可供選擇。根據(jù)臨床實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇引流管是保證引流順利的一個(gè)關(guān)鍵因素。據(jù)報(bào)道大口徑引流管比小口徑引流管能提供更有效的引流，但是，Gobien等[12]發(fā)現(xiàn)引流管的型號(hào)與引流成功率之間的關(guān)聯(lián)非常弱。Mueller等[13]的研究顯示，就引流管留置時(shí)間而言，小號(hào)引流管比大號(hào)引流管更具優(yōu)勢(shì)，并且讓患者更舒適。Gobien等[12]的臨床研究也證實(shí)了此觀點(diǎn)，他們通過(guò)對(duì)臨床資料的回顧性分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引流管內(nèi)徑較小時(shí)(5-6F)，容易發(fā)生反復(fù)堵管而不得不進(jìn)行重新置管，而當(dāng)引流管內(nèi)徑增加到8F以上時(shí)，患者的引流時(shí)間與引流成功率之間無(wú)明顯差異，而且引流管內(nèi)徑越大，對(duì)患者的創(chuàng)傷越大，不舒適程度也越重。

從本研究可以看出，ΔP隨著液位差的增加而增加，且隨液位差變化的幅度較大。在實(shí)際臨床應(yīng)用中，液位差不同主要是由體位及個(gè)體差異造成的。當(dāng)液位差超過(guò)0.1m時(shí)，ΔP已超過(guò)胰腺可以承受的壓力，可顯著增加胰漏的風(fēng)險(xiǎn)；而且，內(nèi)徑對(duì)ΔP值也有顯著影響，總趨勢(shì)是隨著內(nèi)徑的增加ΔP降低，在0.016m以內(nèi)時(shí)下降趨勢(shì)較大，之后趨于平穩(wěn)，也即當(dāng)引流管內(nèi)徑較小時(shí)對(duì)ΔP值影響較大，0.012m以下時(shí)尤其顯著，發(fā)生胰漏的可能性增加。

關(guān)于引流管長(zhǎng)度和胰液黏度這兩個(gè)因素對(duì)ΔP的影響，本研究結(jié)果顯示，隨著引流管長(zhǎng)度增加，ΔP值基本無(wú)明顯變化，只有在液體黏度較高時(shí)，其增加幅度才較為明顯。因此，實(shí)際臨床應(yīng)用中引流管長(zhǎng)度以1.4～1.6m為宜。由圖2亦可看出，隨黏度的增加ΔP值呈增加趨勢(shì)，然而，根據(jù)人體胰液的實(shí)際黏度范圍參考值，可知胰液黏度與ΔP實(shí)際無(wú)顯著相關(guān)性。

本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了引流管內(nèi)徑和長(zhǎng)度這兩個(gè)因素的影響。其中由圖2A可以看出，引流管內(nèi)徑與ΔP的相關(guān)性較大，當(dāng)其值在0.16m以上時(shí)效果較為理想，與計(jì)算結(jié)果具有較好的一致性；而圖2B則證實(shí)在實(shí)際參數(shù)參考值范圍內(nèi)，引流管長(zhǎng)度與ΔP無(wú)明顯相關(guān)性。

通過(guò)對(duì)于影響ΔP值的4個(gè)因素的考察及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本研究獲得了較為可靠的數(shù)據(jù)，在所設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)，同時(shí)兼顧實(shí)際臨床需要，保證ΔP低于胰腺所能承受的平均壓力，推斷出4個(gè)因素的適宜范圍。首先對(duì)于具有較大相關(guān)性的兩個(gè)因素，即引流管內(nèi)徑和液位差分別選擇0.002m和0.1m為佳，而無(wú)明顯相關(guān)性的引流管長(zhǎng)度，兼顧實(shí)際臨床需要選取1.6m為宜。

上述實(shí)驗(yàn)所做的假設(shè)，前提為引流管內(nèi)胰液具有連續(xù)性。但在臨床實(shí)際中，往往會(huì)出現(xiàn)較大個(gè)體差異，上述結(jié)論在剛放置引流管后具有較大的參考價(jià)值，對(duì)于連續(xù)、正常的引流，只要保持1-1截面低于2-2截面并具有一定的液位差，即可保證其暢通。為盡量避免人為造成的引流管阻斷，以及不當(dāng)處置引起的胰液引流受阻等問(wèn)題，采用體內(nèi)腸引流不失為一種理想可靠的方式。引流管內(nèi)徑0.002m以上，液位差小于0.1m時(shí)，可以較大程度保證引流的暢通，引流管長(zhǎng)度以1.6m為宜。因體外引流模式所面臨的實(shí)際問(wèn)題，腸內(nèi)引流可能是理想選擇。

[1] Yeo CJ, Cameron JL, Sohn TA, et al. Six hundred fi ft y consecutive pancreaticoduodenectomy in the 1980s: pathology, complications,and outcomes[J]. Ann Surg, 1997, 226(3): 248-257.

[2] Bartoli FG, Arnone GB, Ravera G, et al. Pancreatic fistula and relative mortality in malignant disease after pancreaticoduodenectomy. Review and statistical meta-analysis regarding 15 years of literature[J]. Anticancer Res, 1991, 11(5):1831-1848.

[3] Yeo CJ, Cameron JL, Maher MM, et al. A prospective randomized trial of pancreaticogastrostomy and pancreaticojejunostomy after pancreaticoduodenectomy[J]. Ann Surg, 1995, 222(4): 580-588.

[4] Ohwada S, Tnahashi Y, Ogawa T, et al. In situ vs ex situ pancreatic duct stents of duct-to-mucosa pancreaticojejunostomy after pancreaticoduodenectomy with billroth I-type reconstrction[J].Arch Surg, 2002, 137(11): 1289-1293.

[5] Jiang K, Zhang W, Feng Y, et al. Enclosed Passive Infraversion Lavage-Drainage System (EPILDS): A novel safe technique for local management of early stage bile leakage and pancreatic fistula post pancreatoduodenectomy[J]. Cell Biochem Biophys,2013, [Epub ahead of print].

[6] Hou ZY, Zhang J, Zhang HT, et al. Application of pancreaticojejunostomy in pancreaticoduodenectomy[J]. J Logist Univ CAPF(Med Sci), 2013, 22(1): 19-21. [侯振宇, 張靜, 張鴻濤, 等. 胰管空腸吻合在胰十二指腸切除術(shù)中的應(yīng)用研究[J]. 武警后勤學(xué)院學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2013, 22(1): 19-21.]

[7] Stojadinovic A, Brooks A, Hoos A, et al. An evidence-based approach to the surgical management of resectable pancreatic adenocarcinoma[J]. J Am Coll Surg, 2003, 196(6): 954-964.

[8] Halloran CM, Ghaneh P, Bosonnet L, et al. Complications of pancreatic cancer resection[J]. Dig Surg, 1999, 19(2): 138-146.

[9] Berberat PO, Friess H, Kleeff J, et al. Prevention and treatment of complications in pancreatic cancer surgery[J]. Dig Surg, 1999,16(4): 327-336.

[10] Zhong L, Xiao SD, Stoker J, et al. Magnetic resonance cholangiopancreatography[J]. Chin J Dig Dis, 2004, 5(4):139-148.

[11] Park JK, Kraus FC, Haaga JR. Fluid flow during percutaneous drainage procedures: An in vitro study of the effects of fluid viscosity,catheter size,and adjunctive urokinase[J]. Am J Roentgenol, 1993, 160(1): 165-169.

[12] Gobien RP, Stanley JH, Soucek CD, et al. Routine preoperative biliary drainage:effect on the management of obstructive jaundice[J]. Radiology, 1984, 152(2): 353-356.

[13] Mueller PR, Sonnenberg E, Ferrucci JT. Percutaneous drainage of 250 abdominal abscesses and fluid collections. Part II: current procedural concepts[J]. Radiology, 1984, 151(2): 343-347.