基于“筋脈橫解，腸為痔”理論研究兔直腸粘膜內(nèi)脫垂的發(fā)生機(jī)制

柯敏輝 鄭鳴霄 石榮 吳華嵩 魏霖 程佑民 翁英

【摘 要】 目的：研究兔直腸粘膜內(nèi)脫垂（Internal Rectal Prolapse，IRP）發(fā)展的階段性特征，旨在推斷IRP的發(fā)生機(jī)制。方法：將156只兔（雄兔、雌兔各78只），按隨機(jī)數(shù)字表隨機(jī)分為4組，分別為正常組、造模早期組、造模中期組、造模晚期組，分別于不同階段取兔解剖，進(jìn)行力學(xué)與病理學(xué)分析。結(jié)果：造模不同時(shí)期兔直腸組織的力學(xué)指標(biāo)均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；造模不同階段兔直腸組織的鏡下征象存在差異；在造模不同時(shí)期雌兔與雄兔的力學(xué)指標(biāo)與病理特征差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論：不同病理學(xué)階段的兔肛門直腸力學(xué)特性存在差異，可能是IRP的發(fā)生機(jī)制之一。

【關(guān)鍵詞】 筋脈橫解，腸澼為痔；直腸粘膜內(nèi)脫垂；機(jī)制；有限元；HE染色

【中圖分類號(hào)】R-332 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A 【文章編號(hào)】1007-8517（2018）03-0043-05

Abstract：Objective In order to infer the mechanism of IRP， research the stage characteristics of the IRP rabbit. Methods There were 156 rabbits （78 males and 78 females）.They were randomly divided into four groups according to the random number table， including the group of the normal group， the early stage group， the middle group and the late stage group. At different periods， the rabbits were dissected and analyzed in mechanics and pathology. Results The mechanical indexes of rectal tissue were different in different period. The image of the rectal tissue at different stages was different. The mechanical indicators and pathological features of female rabbits and male rabbits were not different in different period. Conclusion There were significant differences in the mechanical properties of the anorectal of rabbits in different pathological stages. It could be one of the mechanisms of IRP.

Keywords：Sinews and Channels Flaccid， Changpi and Haemorrhoids；Internal Rectal Prolapse；Mechanism；Finite Element；HE Dyed

直腸粘膜內(nèi)脫垂（Internal Rectal Prolapse，IRP）是出口型便秘的常見病因之一，發(fā)病率為外脫垂的3～10倍[1]。臨床表現(xiàn)為排便困難、排便不盡感、排便次數(shù)增多[2]和慢性肛門疼痛[3]等癥狀。臨床上采用注射療法[4]、STARR手術(shù)[5]等方法治療有效，但有專家認(rèn)為外科手術(shù)對(duì)改善IRP癥狀無(wú)效[6]。分析治療失敗的原因，主要與目前對(duì)IRP的本質(zhì)及病變過(guò)程未明確有關(guān)[7]。筆者旨在前期IRP動(dòng)物模型[8]的基礎(chǔ)上，研究IRP發(fā)生的階段性特征，探討IRP的發(fā)生機(jī)制，以期對(duì)臨床治療提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物 174只健康新西蘭兔，雌雄各半，1月齡，體重0.7～0.8kg，分別編號(hào)。由上海松聯(lián)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)提供[許可證號(hào)：scxk（滬）2012-0011]。兔由福建省中醫(yī)藥研究院比較醫(yī)學(xué)研究中心統(tǒng)一飼養(yǎng)，對(duì)兔的處置符合中《關(guān)于善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)性意見》[9] 中的規(guī)定。

1.2 藥物與儀器 生大黃液、番瀉葉液、無(wú)水酒精等由福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二人民醫(yī)院制劑室提供。 AGIC-20KN萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，50倍讀數(shù)顯微鏡，UPER-SAP有限元軟件。

1.3 方法

1.3.1 動(dòng)物造模 按照前期IRP兔的造模方案[8]，采用中藥生大黃液和番瀉葉液灌胃、站立與無(wú)水酒精肛周注射3種方法聯(lián)合造模，時(shí)間為2個(gè)月。

1.3.2 模型標(biāo)準(zhǔn) 按照前期IRP兔的模型標(biāo)準(zhǔn)[8]：①肛門鏡下見松弛的直腸黏膜遮擋肛鏡視野范圍在3/4上；②排便時(shí)兔直腸黏膜未脫出肛外；③直腸HE染色鏡下見：直腸粘膜層腺體增生，炎細(xì)胞浸潤(rùn)聚集，粘膜下層血管擴(kuò)張、間質(zhì)疏松水腫。

1.3.3 動(dòng)物分組

1.3.3.1 雄兔 將78只雄兔按隨機(jī)數(shù)字表隨機(jī)分為4組：①正常組 6只兔，未造模時(shí)即解剖研究；②造模早期組（即造模第1天至第20天） 24只兔，開始造模后，分別于造模第5天、第10天、第15天、第20天隨機(jī)選取6只兔，行解剖研究；③造模中期組（即造模第21天至第40天） 24只兔，開始造模后，分別于造模第25天、第30天、第35天、第40天隨機(jī)選取6只兔，行解剖研究；④造模晚期組（即造模第41天至第60天） 24只兔，開始造模后，分別于造模第45天、第50天、第55天、第60天隨機(jī)選取6只兔，行解剖研究。

1.3.3.2 雌兔 78只雌兔分組研究方法同雄兔。

1.3.4 解剖取材 在水合氯醛兔耳緣靜脈麻醉后，以組織剪于兔肛門直腸外緣周圍分離肛門直腸，腹側(cè)分離至坐恥骨合縫下緣，左右兩側(cè)分離至坐骨緣，背側(cè)分離至尾骨與薦骨交會(huì)處。以刀全程切開坐恥骨合縫至恥骨上緣，鈍性分離直腸與髖骨、薦骨之間的組織。平行恥骨上緣切斷分離出直腸，剝離附于腸壁上的周圍組織。以刀將兔肛門直腸左右對(duì)半分離成兩部分，分別行病理與力學(xué)研究。

1.3.5 病理觀察

1.3.5.1 制片 常規(guī)取距肛緣1.5 cm的直腸組織（若發(fā)現(xiàn)常規(guī)取材處附近粘膜病變更顯著，則選取病變更顯著處制片），通過(guò)固定、沖洗、脫水、透明、浸蠟、包埋、染色、常規(guī)脫水、透明、封片等步驟進(jìn)行制片。

1.3.5.2 觀察分析 光學(xué)顯微鏡下觀察直腸壁粘膜層、粘膜下層、肌層、漿膜層等各層的病理改變。記錄腺體、血管、炎細(xì)胞、間質(zhì)等形態(tài)學(xué)變化情況。

1.3.6 力學(xué)分析

1.3.6.1 取材 沿直腸縱軸取一長(zhǎng)1.5 cm、寬0.5 cm的直腸組織。以特制刀片分離兔直腸為兩部分，一部分為直腸粘膜層與粘膜下層，另一部分為直腸肌層與漿膜層。取材在兔解剖當(dāng)時(shí)完成，置于生理鹽水紗布包裹，30 min內(nèi)行生物力學(xué)指標(biāo)測(cè)試。

1.3.6.2 指標(biāo)測(cè)算 在直腸粘膜層與粘膜下層縱軸中段上取a、b兩點(diǎn)，在a、b兩點(diǎn)間橫向上取c、d兩點(diǎn)。先用50倍讀數(shù)顯微鏡讀取靜止?fàn)顟B(tài)下a、b兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度（L1，單位：mm）與c、d兩點(diǎn)的寬度（L2，單位：mm），然后用50倍讀數(shù)顯微鏡讀取組織的厚度，將上述數(shù)據(jù)，輸入試驗(yàn)機(jī)的電腦。組織兩端固定于萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的夾板上，往兩端行最長(zhǎng)拉伸，記錄最長(zhǎng)拉伸所用的力（P，單位：牛）、行最長(zhǎng)拉伸時(shí)粘膜的橫截面積（A，單位：mm2）、拉伸后a、b兩點(diǎn)粘膜的長(zhǎng)度（L3，單位：mm）與寬度（L4，單位：mm），計(jì)算拉伸前后長(zhǎng)度的改變△L1（△L1= L3-L1，單位：mm）與寬度的改變△L2（△L2= L2-L4，單位：mm）。實(shí)驗(yàn)中試驗(yàn)機(jī)的電腦將實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線。計(jì)算公式具體如下：

①楊氏彈性模量（E，單位：MPa）：E= P/（A*△L1/L1）；

②泊松比（μ）：μ=（△L2/L2）/（△L1/L1）；

③剪切彈性模量（G，單位： MPa）：G=E/[2*（1+u）]。

1.3.6.3 計(jì)算直腸粘膜脫垂量 將測(cè)得的楊氏彈性模量、泊松比、剪切彈性模量等力學(xué)指標(biāo)輸入兔肛門直腸有限元模型中，在設(shè)定的直腸粘膜脫垂力條件下計(jì)算得出直腸粘膜852節(jié)點(diǎn)的脫垂量，前期發(fā)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)為粘膜脫垂相對(duì)顯著處。

1.3.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件分析，以（mean±SD）形式表示，比較用t檢驗(yàn)和單因素方差（One-way ANOVA）分析，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量分析 納入兔174只，實(shí)驗(yàn)中18只死亡（9只雌兔、9只雄兔）及時(shí)補(bǔ)充，最終156只兔進(jìn)入結(jié)果分析無(wú)脫失值。

2.2 造模不同時(shí)期直腸HE染色后鏡下征象 正常兔鏡下征象見粘膜層腺體排列整齊，腺上皮細(xì)胞分化良好，粘膜下層未見血管擴(kuò)張、間質(zhì)水腫（如圖1所示）；造模早期鏡下征象見粘膜層輕度炎細(xì)胞浸潤(rùn)，粘膜下層小血管輕度擴(kuò)張、間質(zhì)疏松水腫（如圖2、3所示）；造模中期鏡下征象見粘膜層中度炎細(xì)胞浸潤(rùn)，粘膜下層血管中度擴(kuò)張、間質(zhì)疏松水腫（如圖4、5所示）；造模后期鏡下征象見粘膜層腺體增生、重度炎細(xì)胞浸潤(rùn)，粘膜下層血管重度擴(kuò)張、間質(zhì)疏松水腫（如圖6、7所示）。

2.3 力學(xué)指標(biāo) 造模不同時(shí)期直腸粘膜層與粘膜下層的楊氏彈性模量、泊松比與剪切彈性模量等力學(xué)指標(biāo)及直腸粘膜852節(jié)點(diǎn)位移量的比較，見表1～3。

3 討論

中醫(yī)學(xué)最早對(duì)痔的病因記載見于《素問(wèn)》，其《生氣通天論》中謂：“因而飽食，筋脈橫解，腸澼為痔”。古代醫(yī)學(xué)認(rèn)為脫肛屬“痔”病范疇，如《瘡瘍經(jīng)驗(yàn)全書》將脫肛稱“肛痔”。西醫(yī)認(rèn)為IRP屬中醫(yī)“脫肛”范疇?！敖蠲}橫解，腸澼為痔”認(rèn)為脫肛是經(jīng)脈因癖血積聚而懈怠、松弛、滑脫的病理改變[10]，IRP的發(fā)生與筋、脈關(guān)系密切。因此，在IRP造模不同階段，取直腸組織行微觀病理分析與宏觀生物力學(xué)有限元測(cè)試，從而研究IRP的病變過(guò)程。

有限元模型作為生物力學(xué)的一種有效研究手段，是模擬軟組織形變最經(jīng)典的方法[11]。生物力學(xué)仿真結(jié)果已被證明是準(zhǔn)確和可信的[12-13]，逐漸應(yīng)用于肛門直腸疾病的研究。它的建立需測(cè)算楊氏彈性模量、泊松比及剪切彈性模量等力學(xué)指標(biāo)。這些指標(biāo)材料性質(zhì)的物理量，標(biāo)志材料的剛性。材料的楊氏彈性模量與剪切彈性模量越大，越不容易發(fā)生形變。本研究擬運(yùn)用這些指標(biāo)研究直腸組織的剛度，分析在脫垂過(guò)程中直腸組織所發(fā)生的力學(xué)改變。

宋紅芳等[14]基于磁共振影像學(xué)資料，采用MIMICS有限元軟件重構(gòu)肛提肌的幾何結(jié)構(gòu)，應(yīng)用有限元分析方法仿真計(jì)算肛提肌的應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)盆腔臟器脫垂和不同程度的壓力性尿失禁4種病理狀態(tài)下的高腹壓，可對(duì)肛提肌產(chǎn)生較大的應(yīng)力，容易造成肛提肌組織損傷。牛海軍等[15]對(duì)不同階段的兔關(guān)節(jié)炎軟骨樣本進(jìn)行病理學(xué)分級(jí)，運(yùn)用三相模型估計(jì)軟骨的軸向彈性模量，并進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)不同病理學(xué)關(guān)節(jié)炎等級(jí)軟骨樣本的三相力學(xué)特性有明顯差異。

本研究發(fā)現(xiàn)：在微觀病理學(xué)方面，在IRP造模不同時(shí)期，直腸粘膜層不同程度炎細(xì)胞浸潤(rùn)，粘膜下層小血管逐漸擴(kuò)張，間質(zhì)疏松水腫，該病理結(jié)果符合“筋脈橫解，腸澼為痔”理論；在宏觀生物力學(xué)有限元方面，直腸粘膜層與粘膜下層的楊氏彈性模量、剪切彈性模量在造模的中、早期逐漸增加，但在造模后期指標(biāo)逐漸降低，泊松比呈相反的變化趨勢(shì)，直腸粘膜852節(jié)點(diǎn)的位移量逐漸增加。從力學(xué)研究看，該結(jié)果與病理結(jié)果似有不相符的地方。但結(jié)合兔的生理學(xué)特征，本項(xiàng)目所研究的兔為1～3個(gè)月，相當(dāng)于人的1～10歲階段，直腸組織處于生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，所以雖然造模的中早期呈現(xiàn)炎細(xì)胞輕中度浸潤(rùn)等病理改變，但兔直腸組織的楊氏彈性模量等力學(xué)指標(biāo)仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。伴隨造模后期直腸粘膜層重度炎細(xì)胞浸潤(rùn)，粘膜下層血管重度擴(kuò)張等病理改變，直腸組織的楊氏彈性模量等力學(xué)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)。

綜上，不同病理學(xué)階段的兔肛門直腸力學(xué)特性存在統(tǒng)性學(xué)差異，可能是IRP的發(fā)生機(jī)制之一。

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（收稿日期：2018-01-06 編輯：陶希睿）