人工氣管

氣管因腫瘤、理化等因素致狹窄影響氣管功能而不得不行氣管切除重建。當切除長度超過6cm，則吻合口張力高而易產生吻合口瘻等重要併發症。這時需要借人工氣管等代用品來重建氣管。自1946年以來，國外一些學者即致力於人工氣管的動物實驗，至1990年，Neville等報道人工氣管臨牀應用47例。但研究發現上述人工氣管植入後存在着局部感染、吻合口裂開，肉芽形成、氣管移位等多種併發症，從而限制了人工氣管的臨牀應用。為解決這些問題，探尋更為理想的人工氣管，國內外學者做了大量工作。

滌綸、硅膠材料因具有良好的組織相容性，排異反應小，無致癌和腐蝕性，且輕便柔韌、不損傷周圍組織等特性而被廣泛應用於醫學領域中。侯東祥等人自80年代以來一直致力研究此複合材料製成的人工氣管，並在1986年為1例氣管腫瘤病人急診行內套式移植獲得成功，病人生存近1年。魯世千等也發現採用包繞滌綸布且帶滌綸布縫合緣的硅膠人工氣管進行氣管重建效果良好，實驗犬存活達1年以上，臨牀應用於3例晚期氣管腫瘤廣泛切除後的病人恢復良好，並長期生存；作者強調，應用該型人工氣管作吻合端縫合時，保持管內壁完整，保留吻合端之間1—2 mm 的縫隙，可減輕硅膠管對機體氣管的刺激，減少或延緩肉芽的生長；而一旦肉芽形成，採用多次激光或電灼去除可保持呼吸道通暢，並有利於氣管黏膜上皮覆蓋。同時用帶蒂大網膜包繞人工氣管及吻合口，可有效利用其良好的血供和抗感染作用，促進人工氣管和機體的一體化。使用硅膠製品替代氣管能否使氣管內皮細胞長入氣管腔是該產品成功的關鍵。Dodge KhaiAni等使用硅膠和金屬複合生物兼容性材料在兔體內進行了實驗。實驗中觀察到吻合口處外層被纖維細胞包蓋，內腔充滿大量的壞死細胞和缺乏再生氣管內皮細胞，故結論認為此類產品僅能作為臨時性的氣管通道。

戚良晨等設計的人工氣管採用碳纖維材料製成長50cm的網管，兩端附有碳纖維和醫用滌綸製成的環，管內壁塗以硅橡膠；作者應用該型人工氣管用於臨牀3例均達到良好效果，最長的1例生存6年7個月之久，並能自理生活，從事家務、田間勞動。為研究氣管黏膜上皮在人工氣管內壁再生難的問題，董駒等採用將胎犬氣管包繞在部分網孔型碳纖維人工氣管外壁的方法，並用自體帶蒂大網膜包繞，施行Ⅱ期吻合。實驗發現，施行Ⅱ期吻合的人工氣管可有效的避免感染的發生，利於胎犬氣管的存活，使最終在人工氣管內壁見到氣管黏膜上皮纖毛相，外附的胎犬氣管軟骨和肌組織存活，並見氣管內壁有包覆的大網膜的血管長入。

上海市胸科醫院饒天健等自1994年始對自行設計的聚酯聚丙烯複合人工氣管進行動結果顯示，絕大多數犬（82．4%）長期存活並保持人工氣管通暢，外壁均有緊密的結締組織將移植材料和上下吻合端嚴密包裹。內壁見被覆薄層纖維結締組織。電鏡檢查發現其上下端吻合緣附近各長入10—13 cm 長的纖毛上皮，充分顯示了此材料優良的生物相容性。作者在上述原型人工氣管的基礎上，使其和Ⅰ型膠原蛋白交聯偶合並經硫酸慶大黴素處理，讓它同時具有人工氣管生物化和緩釋抗生素的作用。動物實驗表明此型人工氣管具有更優良的內腔上皮化特性，提示生物化的聚酯聚丙烯材料製成的人工氣管具有廣闊的臨牀應用前景。史宏燦等採用可降解材料作為氣管內支撐、主體材料為生物高分子聚乙丙交酯（PGLA）長絲和聚丙烯長絲，外塗天然高分子聚合物甲殼胺，內塗聚氨酯製成複合人工氣管，經過動物體內實驗認為具有市場開發的價值。

金屬鈦材料以它穩定的理化性質和優良的低異物反應性能被廣泛的用於植入醫學中。

Schultz等選用金屬鈦為材料，製成圓形的鈦珠，再將這些圓形的鈦珠彼此連接成帶網孔的人工氣管，體外實驗證實鈦材料能觸發細胞黏附以及纖維母細胞攀附生長。動物體內實驗，也發現此型人工氣管植入機體後能被機體組織包繞覆蓋，並見富含新生毛細血管的結締組織長入鈦球網孔，在管腔內壁被覆有一薄層血管結締組織，其表面可見有纖毛柱狀上皮層。作者指出採用拋光的鈦珠作為人工氣管的材料，不僅因為內壁的光滑而抑制了微生物的黏附駐留，同時可導致周圍環境中細胞生長因子等改變，進而促進膠原合成，細胞增生。而人工氣管內腔面的纖毛上皮組織的長入則能有效的抑制肉芽組織增生，防止細菌感染和管腔堵塞。記憶合金材料是近年來被廣泛應用於醫學領域的又一新型金屬材料。其特點是材料的組織相容性好，體外塑形後體內即可復原到設計時形狀。有報道中國有學者利用體表皮膚和記憶合金塑形後，帶蒂移植到缺損的氣管段獲得成功。

以Marlex網為造形的人工氣管在國外有較多的報道，Teramachi等對選用軟性Marlex網製成管狀人工氣管，外表面用螺旋形的聚丙烯材料加固，並用取自豬皮的膠原蛋白以海綿狀充填封閉管壁。實驗結果顯示，所有實驗動物未發生嚴重的併發症。人工氣管完全由機體周圍組織包裹，兩端吻合口癒合牢固，纖維結締組織和新生血管長入管壁，管腔內壁見有程度不等的黏膜下層和纖毛柱狀上皮、鱗狀上皮形成。但植入的人工氣管仍存在着程度較輕的局部狹窄和內腔上皮化不完整問題。有人認為，海綿狀的膠原蛋白不僅為細胞長入提供良好平台，同時通過血小板黏附，釋放大量血小板源性的生長因子等促進細胞增殖，加快機體和人工氣管間的癒合。對於發生的局部狹窄現象（主要見於植入物的中央部分）。有作者在進一步的研究中採用帶蒂大網膜包繞覆蓋上述原型人工氣管，結果發現實驗組上皮化程度明顯優於對照組（原型組），部分人工氣管上皮化達到100%，人工氣管狹窄和內腔暴露的問題亦得到較大改善。

基於人工氣管本身並無生命力，人們先後設想並實驗採用帶蒂的骨膜瓣、肌皮瓣、食管、小腸等自體組織輔助假體材料重建氣管，以促使其能迅速與機體組織緊密結合並利於管腔內表面新生血管和黏膜上皮生長。但長段氣管修復結果並不理想，分析認為主要是所用的自體組織和氣管組織差異較大，並且血供、感染等問題需進一步解決。Kaschke等曾報道，將分離得到的呼吸道上皮細胞在動物實驗中植入到網狀的聚四氟乙烯材料製成的人工氣管表面，電鏡掃描示有上皮生長趨勢，但主要是鱗狀上皮，未見纖毛和黏膜上皮，如能進一步在體內誘導上皮分化，則將大大提高人工氣管移植的成功率，減少併發症。

人工氣管作為氣管超限切除後的替代物用以修補氣管缺損。經過幾十年的研究探索，設計製成的人工氣管在很大程度上已能克服早期實驗時發生的多種併發症，顯示出優良的生物相容性和穩定的結構特性。相比於同種異體氣管移植，由於後者尚未能很好克服免疫排斥、血管再生、供體來源等問題，人工氣管在臨牀應用方面更具廣闊前景。然而現有的人工氣管依然存在氣管內腔肉芽形成、管腔不完全上皮化等問題，雖有不少設想，如改進管腔內徑設計、管腔內壁覆蓋機體自身組織，應用抗炎因子改變局部環境等，但尚需進一步實驗證明其有效性。近年來，隨着生物醫學組織工程的進展和再造血管技術的發展，應用組織工程方法制成的人工氣管可能有效的解決上述難題，從而為人工氣管的臨牀應用帶來良好前景。