氣管食管瘺模型的研究及應(yīng)用

王鈺超 許曉儀 楊士芳 崔景華 陳兢兢 李靜

廣東省人民醫(yī)院(廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,廣州510000

氣管食管瘺是目前臨床的一種難治性疾病,致死率極高。目前雖然已有外科手術(shù)和內(nèi)鏡介入等方法針對(duì)不同的氣管食管瘺病因進(jìn)行相關(guān)治療,但遠(yuǎn)期效果并不理想,外科手術(shù)的相關(guān)術(shù)后并發(fā)癥和內(nèi)鏡封堵支架的滑脫是導(dǎo)致氣管食管瘺治療不良的主要原因。為了探索氣管食管瘺的新型治療策略,最重要的研究過(guò)程即為構(gòu)建氣管食管瘺動(dòng)物模型。本文收集目前已有的氣管食管瘺模型構(gòu)建方法并作一綜述。

1 氣管食管瘺簡(jiǎn)介

氣管食管瘺是由于各種先天性或后天性原因?qū)е碌臍夤苤夤芘c食管之間的病理性瘺道。氣管食管瘺按病因可以分為先天性和后天獲得性,先天性氣管食管瘺主要發(fā)生于新生兒的胚胎發(fā)育時(shí)期,由于常與食管閉鎖同時(shí)出現(xiàn),因此常合并稱為食管閉鎖-氣管食管瘺;后天性氣管食管瘺的發(fā)病原因較多,主要包括食管癌和肺癌、醫(yī)源性損傷、外傷、異物及食道手術(shù)術(shù)后等[1-6]。氣管食管瘺具有治療困難和致死率高的特點(diǎn),既往研究顯示氣管食管瘺患者未及時(shí)治療者預(yù)后極差[7],即使成功接受治療的患者,病死率仍可高達(dá)12%[8]。目前針對(duì)氣管食管瘺的治療方式較多,但療效普遍較差,因此構(gòu)建氣管食管瘺動(dòng)物模型、改進(jìn)目前的治療方式并探索新的氣管食管瘺治療手段就尤為迫切。

2 先天性氣管食管瘺模型

先天性氣管食管瘺是一種新生兒期較為常見(jiàn)的嚴(yán)重消化道畸形,由于常合并食管閉鎖出現(xiàn),因此合并稱為食管閉鎖-氣管食管瘺。因獲得完整的早期人類胚胎較為困難,目前食管閉鎖-氣管食管瘺的發(fā)生機(jī)制尚不明確,因此需要構(gòu)建一定的動(dòng)物胚胎模型探究人類胚胎發(fā)育過(guò)程中食管閉鎖-氣管食管瘺的影響因素和治療方法。

阿霉素,又名多柔比星,是一種廣譜細(xì)胞毒性抗生素,其可以抑制RNA 和DNA 的合成,具有殺滅多種腫瘤細(xì)胞的作用,目前主要用于惡性淋巴瘤的一線用藥和急性淋巴細(xì)胞性白血病和急性粒細(xì)胞白血病的二線用藥,同時(shí)對(duì)乳腺癌和肺癌等也具有一定療效。阿霉素構(gòu)建動(dòng)物氣管食管瘺模型主要是通過(guò)在胚胎期給動(dòng)物母體注射一定劑量的阿霉素影響氣管食管的分化發(fā)育而實(shí)現(xiàn)的。這種方法適用于不同規(guī)格的大鼠及其胚胎構(gòu)建氣管食管瘺模型,最早由Diez-Pardo等[9]于1996年首次提出并應(yīng)用到先天性食管閉鎖-氣管食管瘺動(dòng)物模型中,隨后阿霉素構(gòu)建氣管食管瘺模型開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于科研研究。目前雖然阿霉素導(dǎo)致食管閉鎖-氣管食管瘺的胚胎學(xué)發(fā)育機(jī)制尚不清楚,但Pross?gel等[10]在阿霉素誘導(dǎo)的畸胎鼠試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)阿霉素可以通過(guò)影響氣管芽發(fā)出位置下移從而可能導(dǎo)致了食管閉鎖-氣管食管瘺的形成。Cardoso等[11]的研究顯示,阿霉素可以對(duì)胚胎氣管和肺組織發(fā)育過(guò)程中的關(guān)鍵通路成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子7產(chǎn)生抑制作用,干擾了成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子10的表達(dá),從而導(dǎo)致食管閉鎖-氣管食管瘺的發(fā)生。

3 后天性氣管食管瘺模型

后天性氣管食管瘺是一種病死率高、治療難度大的常見(jiàn)臨床并發(fā)癥,根據(jù)病因可以分為非惡性和惡性,兩者的病因各異。非惡性氣管食管瘺的病因包括醫(yī)源性插管后損傷[1]、外傷[2]、異物及異源性支架損傷[3]、食道手術(shù)術(shù)后并發(fā)癥[4]及腐蝕性攝入[5]等;惡性氣管食管瘺的發(fā)生則與食管癌與肺癌的關(guān)系密切[6],惡性氣管食管瘺是不可切除的食管癌最嚴(yán)重的并發(fā)癥[12],且致死率高,臨床治療效果差。為治療疾病及延長(zhǎng)患者生存時(shí)間,探索新型氣管食管瘺治療方式、構(gòu)建獲得性氣管食管瘺動(dòng)物模型就尤為重要。

3.1 手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺動(dòng)物模型 手術(shù)法構(gòu)建后天獲得性氣管食管瘺動(dòng)物模型最早開(kāi)始于Wagner等[13],他們?yōu)榱搜芯渴彻苤Ъ苁中g(shù)治療氣管食管瘺的療效,使用小型豬建立了獲得性氣管食管瘺模型。具體的手術(shù)方式為:在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的左頸部平行于胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)緣切開(kāi)皮膚及皮下組織,切開(kāi)頸闊肌,游離周圍組織暴露氣管和食管后反轉(zhuǎn)氣管和食管90°以暴露氣管和食管相近部位,用電刀切除氣管和食管組織后,形成氣管和食管相近部位的對(duì)應(yīng)切口,縫合兩切口緣使之形成一交通的氣管和食管瘺道。這種手術(shù)方式是后續(xù)手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺的主要方式。此后Yang等[14]為研究氣管食管瘺的食管雙瓣修補(bǔ)術(shù),使用這種方法構(gòu)建了比格犬氣管食管瘺動(dòng)物模型并獲得成功。鐘志成[15]為研究先心病雙圓盤(pán)狀封堵器對(duì)氣管食管瘺的治療作用,也使用此法成功構(gòu)建了小型豬的獲得性氣管食管瘺模型。

但是手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺的動(dòng)物模型的成功僅局限于大型動(dòng)物,諸如比格犬和小型豬,在中型和小型動(dòng)物上未能成功復(fù)制。唯一小型動(dòng)物的案例為2003 年,Kiyan等[16]為研究雙氣囊導(dǎo)管對(duì)氣管食管瘺的診斷作用,用新西蘭白兔作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過(guò)上述手術(shù)法打開(kāi)相關(guān)入路后,使用電刀燒灼實(shí)驗(yàn)兔氣管和食管相近部位并縫合,14 d后雙氣囊導(dǎo)管檢測(cè)出氣管食管瘺的形成。此后對(duì)實(shí)驗(yàn)兔和實(shí)驗(yàn)鼠的手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺動(dòng)物模型一直未獲成功。

3.2 無(wú)創(chuàng)式構(gòu)建氣管食管瘺動(dòng)物模型 由于手術(shù)法構(gòu)建氣管食管瘺對(duì)于動(dòng)物的損傷較大,對(duì)操作者的要求過(guò)高,因此這種構(gòu)建方式始終未能得到批準(zhǔn),加上手術(shù)法對(duì)動(dòng)物的要求較高,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物被局限于實(shí)驗(yàn)比格犬和小型豬,實(shí)驗(yàn)成本較高,限制了氣管食管瘺動(dòng)物模型的構(gòu)建和后續(xù)研究的推進(jìn)。目前氣管插管后損傷已經(jīng)成為氣管食管瘺醫(yī)源性損傷的主要原因[17],通過(guò)對(duì)氣管及食管管壁的壓迫作用導(dǎo)致組織壞死以構(gòu)建氣管食管瘺開(kāi)始成為一個(gè)新的模型構(gòu)建方向。

3.3 磁壓迫方法構(gòu)建氣管食管瘺動(dòng)物模型 磁體壓迫方式是使用2塊大小相近的釹鐵硼磁塊,放置于動(dòng)物體內(nèi)的管道組織中,利用磁體本身的吸引壓迫作用使局部缺血壞死制造瘺管以達(dá)到管腔分流及腔體吻合作用的過(guò)程。在早期,外科醫(yī)師就已經(jīng)觀察到誤吞磁體的小兒消化道瘺的發(fā)病率比正常群體高幾倍?；诖?開(kāi)始有研究嘗試使用磁體構(gòu)建消化道瘺道以及使用環(huán)形磁體來(lái)進(jìn)行體內(nèi)腔道的吻合,最早的報(bào)道見(jiàn)于Obora等[18]使用環(huán)形結(jié)構(gòu)的釤鈷磁體進(jìn)行大鼠和犬的血管吻合。有研究[19]將環(huán)形磁壓縮吻合術(shù)和機(jī)械吻合術(shù) (釘釘縫合和縫線縫合)的腸道吻合結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)磁壓縮環(huán)形成的腸道吻合口較機(jī)械縫合的完整性更佳,吻合口的狹窄率更低,同時(shí)由于磁體具備增強(qiáng)吸引強(qiáng)度的趨勢(shì)和更早的通道通暢時(shí)間,同時(shí)磁體的方式更加適用于內(nèi)窺鏡操作,可以有效降低各類手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)和強(qiáng)度?；诖朋w對(duì)于腔道吻合通道構(gòu)建的有效作用,因此磁外科開(kāi)始在各種吻合口研究中廣泛開(kāi)展,并在小鼠模型上取得成功[20]。隨后,在實(shí)驗(yàn)犬模型上成功使用磁體構(gòu)建門(mén)腔分流結(jié)構(gòu)[21]。2018年,在臨床膽管空腸吻合術(shù)中開(kāi)始應(yīng)用磁壓迫技術(shù)[22],由于瘺道的性質(zhì)屬于氣管和食管的病理性通道,因此對(duì)于氣管食管瘺的構(gòu)建,開(kāi)始有研究使用磁體壓迫技術(shù)。高慧敏等[23]使用雙磁體分別放置于氣管和食管的相近部位,通過(guò)磁體的吸引作用構(gòu)建了氣管食管瘺的實(shí)驗(yàn)兔動(dòng)物模型,成功獲得了穩(wěn)定的氣管和食管之間的病理性瘺道。這一研究證實(shí)壓力構(gòu)建氣管食管瘺方法的可行性。

4 比較各種模型的優(yōu)劣

4.1 阿霉素構(gòu)建方式 阿霉素對(duì)于氣管食管瘺模型的構(gòu)建優(yōu)勢(shì)在于:(1)這是一種最大程度模擬氣管食管分化異常的實(shí)驗(yàn)構(gòu)建方法,可以有效地構(gòu)建出胚胎因分化異常導(dǎo)致的食管閉鎖-氣管食管瘺模型;(2)實(shí)驗(yàn)的方法簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)效率高,可以增加實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的數(shù)量以保證實(shí)驗(yàn)的可信度;(3)可以通過(guò)控制阿霉素的注射劑量來(lái)得到不同發(fā)育程度的食管閉鎖-氣管食管瘺動(dòng)物模型[24-26],可以動(dòng)態(tài)地模擬食管閉鎖-氣管食管瘺的發(fā)病機(jī)制,對(duì)于整個(gè)研究是尤為重要的。但阿霉素的構(gòu)建模型也存在一定的問(wèn)題:(1)阿霉素本身對(duì)于胚胎具有致畸作用[27],可能會(huì)影響胚胎其他組織的發(fā)育[28-30],使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏倚;(2)胚胎之間不同的發(fā)育速度決定了在注射等量的阿霉素后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的氣管食管分化發(fā)育程度也不同[25],會(huì)造成獲得的動(dòng)物模型的病理進(jìn)展不一致;(3)阿霉素構(gòu)建的氣管食管瘺動(dòng)物模型適用于機(jī)制相關(guān)研究,而對(duì)后續(xù)治療作用的研究?jī)r(jià)值較小。

4.2 手術(shù)法構(gòu)建方式 手術(shù)法作為目前應(yīng)用最多的氣管食管瘺模型構(gòu)建方法,其優(yōu)點(diǎn)包括:手術(shù)操作的結(jié)果明確,在手術(shù)方式正確的情況下,動(dòng)物之間的個(gè)體差異不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響,所得到的動(dòng)物模型穩(wěn)定,對(duì)于后續(xù)治療作用的研究也較為適合。但手術(shù)方式對(duì)于模型的構(gòu)建也存在一定的局限性:(1)手術(shù)本身對(duì)于動(dòng)物是一種較為強(qiáng)烈的應(yīng)激損傷,這使得手術(shù)目前僅在實(shí)驗(yàn)犬和小型豬動(dòng)物上獲得成功[13-14],后續(xù)研究中雖然Kiyan等[16]使用手術(shù)電刀燒灼方式構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)兔的氣管食管瘺模型,但這一模型的瘺口較小 (2 mm),僅適用于氣管食管瘺的診斷,而無(wú)法用于治療的研究,這一點(diǎn)也是目前手術(shù)法局限于大型動(dòng)物模型構(gòu)建的原因; (2)手術(shù)在術(shù)后的護(hù)理要求較高,存在傷口感染的風(fēng)險(xiǎn),相對(duì)提高了模型的死亡率,增加了實(shí)驗(yàn)的操作難度;(3)相較于內(nèi)窺鏡下的氣管食管瘺治療方式研究,手術(shù)方式構(gòu)建的模型配合外科的治療方式更好。

4.3 壓力壓迫法構(gòu)建方式 壓力壓迫法構(gòu)建氣管食管瘺是目前新興的一種氣管食管瘺模型構(gòu)建方式。相較于手術(shù)法,其優(yōu)勢(shì)在于:(1)可以在微創(chuàng)甚至無(wú)創(chuàng)的情況下,使用磁體之間的壓迫方式構(gòu)建氣管食管瘺,對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的本體損傷較小,適用的動(dòng)物范圍廣;(2)在操作方式正確的情況下,獲得所需的模型后,漏口周圍組織的炎癥反應(yīng)較輕,減少了感染的風(fēng)險(xiǎn)和死亡率;(3)模型的構(gòu)建過(guò)程可以使用X 線成像儀檢測(cè),同時(shí)由于構(gòu)建方式較為溫和,可以優(yōu)化和簡(jiǎn)便后續(xù)動(dòng)物的飼養(yǎng)和護(hù)理方式,減少動(dòng)物因術(shù)后護(hù)理失誤而出現(xiàn)吸入性肺炎和營(yíng)養(yǎng)不良的比例[23];(4)壓迫構(gòu)建方式相對(duì)于手術(shù)方式,更便于內(nèi)鏡介入和監(jiān)測(cè)。但由于目前磁體壓迫方式的模型構(gòu)建研究仍然較少,這一技術(shù)仍需更多研究來(lái)驗(yàn)證構(gòu)建方式的成功率和不良反應(yīng)率。

5 總結(jié)及展望

本文系統(tǒng)性回顧了目前針對(duì)氣管食管瘺的模型構(gòu)建方式,阿霉素可以較為穩(wěn)定地得到胚胎的食管閉鎖-氣管食管瘺模型,但卻不能用于對(duì)治療作用的研究;在過(guò)去針對(duì)各類氣管及食管支架對(duì)氣管食管瘺的治療作用研究中,經(jīng)常使用手術(shù)方式構(gòu)建氣管食管瘺,這一操作雖然有效,但也存在一定的問(wèn)題;新型的磁體壓迫法的出現(xiàn),使模型構(gòu)建可以不再依賴外科手術(shù),同時(shí)便于內(nèi)鏡監(jiān)測(cè),這在一定程度上可以保證實(shí)驗(yàn)研究的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,但也應(yīng)正視,目前磁體壓迫法作為一種新興實(shí)驗(yàn)方法其成功率和對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的損傷的相關(guān)研究仍然較少,需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證該方法的穩(wěn)定性。仍需繼續(xù)開(kāi)發(fā)損傷小、穩(wěn)定性高的氣管食管瘺的動(dòng)物模型。人類氣管食管瘺與醫(yī)源性損傷等因素密切相關(guān),研究者可適當(dāng)了解醫(yī)療技術(shù)操作等措施,使動(dòng)物模型更接近于人類的疾病狀態(tài)。在研究醫(yī)學(xué)外科技術(shù)的同時(shí),還應(yīng)關(guān)注其他技術(shù)方法,充分利用各疾病模型的方法,高效便捷地分析,實(shí)現(xiàn)模型互補(bǔ)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突