人工气管

基本介绍：

人工气管以医用高分子材料编织而成的网状管状物，取代因癌症或意外伤害而切除了的气管或部分支气管，需满足能与相连的组织愈合或使组织长入，能承受来自周围组织的压力所造成的变形。气管病变行手术切除治疗存在超限切除后直接吻合困难等问题，人工气管作为气管代替物重建气管是解决这一问题的有效方法。

使用原因：

气管因肿瘤、理化等因素致狭窄影响气管功能而不得不行气管切除重建。当切除长度超过6cm，则吻合口张力高而易产生吻合口瘘等重要并发症。这时需要借人工气管等代用品来重建气管。自1946年以来，国外一些学者即致力于人工气管的动物实验，至1990年，Neville等报道人工气管临床应用47例。但研究发现上述人工气管植入后存在着局部感染、吻合口裂开，肉芽形成、气管移位等多种并发症，从而限制了人工气管的临床应用。为解决这些问题，探寻更为理想的人工气管，国内外学者做了大量工作。

材料种类：

涤纶-硅胶制品

涤纶、硅胶材料因具有良好的组织相容性，排异反应小，无致癌和腐蚀性，且轻便柔韧、不损伤周围组织等特性而被广泛应用于医学领域中。侯东祥等人自80年代以来一直致力研究此复合材料制成的人工气管，并在1986年为1例气管肿瘤病人急诊行内套式移植获得成功，病人生存近1年。鲁世千等也发现采用包绕涤纶布且带涤纶布缝合缘的硅胶人工气管进行气管重建效果良好，实验犬存活达1年以上，临床应用于3例晚期气管肿瘤广泛切除后的病人恢复良好，并长期生存;作者强调，应用该型人工气管作吻合端缝合时，保持管内壁完整，保留吻合端之间1-2 mm 的缝隙，可减轻硅胶管对机体气管的刺激，减少或延缓肉芽的生长;而一旦肉芽形成，采用多次激光或电灼去除可保持呼吸道通畅，并有利于气管黏膜上皮覆盖。同时用带蒂大网膜包绕人工气管及吻合口，可有效利用其良好的血供和抗感染作用，促进人工气管和机体的一体化。使用硅胶制品替代气管能否使气管内皮细胞长入气管腔是该产品成功的关键。Dodge KhaiAni等使用硅胶和金属复合生物兼容性材料在兔体内进行了实验。实验中观察到吻合口处外层被纤维细胞包盖，内腔充满大量的坏死细胞和缺乏再生气管内皮细胞，故结论认为此类产品仅能作为临时性的气管通道。

碳纤维复合材料

戚良晨等设计的人工气管采用碳纤维材料制成长50cm的网管，两端附有碳纤维和医用涤纶制成的环，管内壁涂以硅橡胶;作者应用该型人工气管用于临床3例均达到良好效果，最长的1例生存6年7个月之久，并能自理生活，从事家务、田间劳动。为研究气管黏膜上皮在人工气管内壁再生难的问题，董驹等采用将胎犬气管包绕在部分网孔型碳纤维人工气管外壁的方法，并用自体带蒂大网膜包绕，施行Ⅱ期吻合。实验发现，施行Ⅱ期吻合的人工气管可有效的避免感染的发生，利于胎犬气管的存活，使最终在人工气管内壁见到气管黏膜上皮纤毛相，外附的胎犬气管软骨和肌组织存活，并见气管内壁有包覆的大网膜的血管长入。

聚酯聚丙烯复合材料

上海市胸科医院饶天健等自1994年始对自行设计的聚酯聚丙烯复合人工气管进行动结果显示，绝大多数犬(82.4%)长期存活并保持人工气管通畅，外壁均有紧密的结缔组织将移植材料和上下吻合端严密包裹。内壁见被覆薄层纤维结缔组织。电镜检查发现其上下端吻合缘附近各长入10-13 cm 长的纤毛上皮，充分显示了此材料优良的生物相容性。作者在上述原型人工气管的基础上，使其和Ⅰ型胶原蛋白交联偶合并经硫酸庆大霉素处理，让它同时具有人工气管生物化和缓释抗生素的作用。动物实验表明此型人工气管具有更优良的内腔上皮化特性，提示生物化的聚酯聚丙烯材料制成的人工气管具有广阔的临床应用前景。史宏灿等采用可降解材料作为气管内支撑、主体材料为生物高分子聚乙丙交酯(PGLA)长丝和聚丙烯长丝，外涂天然高分子聚合物甲壳胺，内涂聚氨酯制成复合人工气管，经过动物体内实验认为具有市场开发的价值。

金属网材料

金属钛材料以它稳定的理化性质和优良的低异物反应性能被广泛的用于植入医学中。

Schultz等选用金属钛为材料，制成圆形的钛珠，再将这些圆形的钛珠彼此连接成带网孔的人工气管，体外实验证实钛材料能触发细胞黏附以及纤维母细胞攀附生长。动物体内实验，也发现此型人工气管植入机体后能被机体组织包绕覆盖，并见富含新生毛细血管的结缔组织长入钛球网孔，在管腔内壁被覆有一薄层血管结缔组织，其表面可见有纤毛柱状上皮层。作者指出采用抛光的钛珠作为人工气管的材料，不仅因为内壁的光滑而抑制了微生物的黏附驻留，同时可导致周围环境中细胞生长因子等改变，进而促进胶原合成，细胞增生。而人工气管内腔面的纤毛上皮组织的长入则能有效的抑制肉芽组织增生，防止细菌感染和管腔堵塞。记忆合金材料是近年来被广泛应用于医学领域的又一新型金属材料。其特点是材料的组织相容性好，体外塑形后体内即可复原到设计时形状。有报道中国有学者利用体表皮肤和记忆合金塑形后，带蒂移植到缺损的气管段获得成功。

胶原蛋白耦合

以Marlex网为造形的人工气管在国外有较多的报道，Teramachi等对选用软性Marlex网制成管状人工气管，外表面用螺旋形的聚丙烯材料加固，并用取自猪皮的胶原蛋白以海绵状充填封闭管壁。实验结果显示，所有实验动物未发生严重的并发症。人工气管完全由机体周围组织包裹，两端吻合口愈合牢固，纤维结缔组织和新生血管长入管壁，管腔内壁见有程度不等的黏膜下层和纤毛柱状上皮、鳞状上皮形成。但植入的人工气管仍存在着程度较轻的局部狭窄和内腔上皮化不完整问题。有人认为，海绵状的胶原蛋白不仅为细胞长入提供良好平台，同时通过血小板黏附，释放大量血小板源性的生长因子等促进细胞增殖，加快机体和人工气管间的愈合。对于发生的局部狭窄现象(主要见于植入物的中央部分)。有作者在进一步的研究中采用带蒂大网膜包绕覆盖上述原型人工气管，结果发现实验组上皮化程度明显优于对照组(原型组)，部分人工气管上皮化达到100%，人工气管狭窄和内腔暴露的问题亦得到较大改善。

自体组织和细胞辅助的假体材料

基于人工气管本身并无生命力，人们先后设想并实验采用带蒂的骨膜瓣、肌皮瓣、食管、小肠等自体组织辅助假体材料重建气管，以促使其能迅速与机体组织紧密结合并利于管腔内表面新生血管和黏膜上皮生长。但长段气管修复结果并不理想，分析认为主要是所用的自体组织和气管组织差异较大，并且血供、感染等问题需进一步解决。Kaschke等曾报道，将分离得到的呼吸道上皮细胞在动物实验中植入到网状的聚四氟乙烯材料制成的人工气管表面，电镜扫描示有上皮生长趋势，但主要是鳞状上皮，未见纤毛和黏膜上皮，如能进一步在体内诱导上皮分化，则将大大提高人工气管移植的成功率，减少并发症。

发展前景：

人工气管作为气管超限切除后的替代物用以修补气管缺损。经过几十年的研究探索，设计制成的人工气管在很大程度上已能克服早期实验时发生的多种并发症，显示出优良的生物相容性和稳定的结构特性。相比于同种异体气管移植，由于后者尚未能很好克服免疫排斥、血管再生、供体来源等问题，人工气管在临床应用方面更具广阔前景。然而现有的人工气管依然存在气管内腔肉芽形成、管腔不完全上皮化等问题，虽有不少设想，如改进管腔内径设计、管腔内壁覆盖机体自身组织，应用抗炎因子改变局部环境等，但尚需进一步实验证明其有效性。近年来，随着生物医学组织工程的进展和再造血管技术的发展，应用组织工程方法制成的人工气管可能有效的解决上述难题，从而为人工气管的临床应用带来良好前景。