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激光焊接组织的研究进展

来源:中华现代中西医杂志
摘要:自Jain和Gorish[1]采用激光焊接小血管成功以来,国内外学者进行了大量动物实验和部分临床实验,并取得了可喜的成绩。人体的许多组织可以采用激光焊接修复,其中可进行激光焊接修复的组织有:小血管(包括小动脉、小静脉)、神经、胆管、输精管、输卵管、输尿管、软骨组织和皮肤等。用于焊接组织的激光种类有:CO2激光、A......

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  自Jain和Gorish[1]采用激光焊接小血管成功以来,国内外学者进行了大量动物实验和部分临床实验,并取得了可喜的成绩。但近几年该技术发展缓慢,一直未在临床被广泛应用。下面对20年来所取得成就和存在的问题做较详细的论述。

  人体的许多组织可以采用激光焊接修复,其中可进行激光焊接修复的组织有:小血管(包括小动脉、小静脉)、神经、胆管、输精管、输卵管、输尿管、软骨组织和皮肤等。用于焊接组织的激光种类有:CO2激光、Ar+激光、YAG激光及半导体激光等。较为常用的是CO2激光,其造价低,组织穿透能力差,制作的仪器方便灵活,便于操作。

  1  动物实验研究

  1.1  激光焊接小血管

  1.1.1  小动脉  1979年Jain和Gorish首次用功率6~9mW,光斑0.5mm的YAG激光对大鼠的50条小动脉进行了焊接,焊接的血管外径约为1.1mm,术后观察1~14天,血管通畅率为92%,未发现吻合口破裂及动脉瘤形成。1981年,Gomes等[2]用Ar+激光对犬的动脉进行了焊接吻合,焊接的功率为0.8~1.5W。术后血管造影及组织学观察发现:吻合口无破裂、通畅,吻合口处内皮愈合良好。1983年,Serure等[3]首次采用CO2激光焊接小动脉获得成功。此后,Frazier[4]对幼猪的小动脉行激光焊接吻合,观察了血管生长过程中吻合口的变化情况:术后3个月,激光焊接侧的血管吻合口通畅率为100%,而常规线缝者通畅率仅为20%;同时发现焊接的吻合口可随血管的生长而增长,而线缝的吻合口则停滞于吻合时状态。1984年和1985年我国学者[5,6]分别采用YAG和CO2激光对犬和猫的动脉进行了激光焊接和线缝合对比实验,结果证实:激光焊接的血管具有通畅率高、吻合口愈合快、炎症反应轻、内膜光滑等优点。1989年,我们[7~9]采用CO2激光对105只大鼠的颈动脉进行了激光焊接与线缝合法的对比实验。术后观察了1h~60天,测试了两方法吻合后吻合口抗张强度和破裂压;观察了吻合口的组织学改变及吻合口的增长变化情况;统计了吻合口动脉瘤发生率和通畅率。结果表明:同常规线缝合组相比,激光焊接组织具有如下优点:(1)吻合口愈合快、炎症反应轻、内膜光滑。(2)吻合口能随血管的生长而增长,这对儿童期的血管吻合有特殊的意义。(3)吻合口通畅率高,破裂压各时间点二者无差异。不足之处:(1)激光焊接初期,激光焊接的血管吻合口抗张强度较同期线缝合者低。(2)激光焊接的血管吻合口可发生一定数目的动脉瘤,但这种动脉瘤不是激光焊接方法所特有的,通过激光输出功率大小调制、焊接时间的长短变化、功率输出方式及手术技巧改进等可以避免或明显减少动脉瘤发生。
   
  上述激光焊接小动脉的方法中没有完全摆脱缝线,仍需要2~3针支持缝线,未能实现“单一”激光焊接。支持缝线的作用:(1)缝线有利于组织两断缘对合整齐,以便焊接。(2)缝线维持吻合口初期张力,以免断裂,导致吻合失败。1999年,我们尝试了对大鼠颈动脉进行激光单一焊接的实验,并获得了成功。单一焊接方法:先缝2~3针不打结,以缝线使断缘对合整齐,焊接完毕后拆除缝线,术后未发现吻合口出现断裂。尽管如此,单一激光焊接的血管吻合口仍存在破裂的潜在危险。

  1.1.2  小静脉  国外Rodney[10]用Ar+激光做了狗的静脉-动脉吻合的实验,他切下狗的一侧下肢股静脉,长为4~6cm,将其吻合于已结扎的股动脉旁路上。近侧线缝合作为对照,远侧缝4针支持线后用激光焊接吻合。结果发现24只狗动静脉吻合口均通畅,没有形成血栓及动脉瘤。术后8周激光焊接的吻合口抗张强度为手缝侧的50%,随着时间的推移两方法抗张强度逐渐接近。1990年,我们[11]对20只大鼠的颈外静脉进行了激光焊接和手法缝合的对比实验。结果表明:激光焊接静脉所需的手术时间仅为线缝合所需时间的1/3;组织学观察和生物力学检测结果基本同小动脉焊接吻合的特点如吻合口愈合快、炎症反应轻、抗张强度初期较低等。

  1.2  激光焊接皮肤  1986年,Abergel等[12]用YAG激光对皮肤切口进行了焊接实验,同时与线缝合法进行了比较:两种方法切口的抗张强度测试结果无差异,激光焊接的切口愈合外观符合美学要求。随后,他们又对裸鼠的皮肤进行了激光焊接和线缝合法对比实验,观察了切口的组织学改变,同时测定了切口的胶原含量。结果表明:术后1周,焊接的切口内胶原含量明显低于线缝合法侧,这说明激光焊接的切口愈合后瘢痕小,愈合理想。1995年,我们[13]对90只鼠的背部皮肤切口进行了激光焊接和线缝合法的对比实验,术后测试了切口的抗张强度,观察了切口的组织学改变。术后7天内激光焊接的皮肤切口抗张强度较线缝合侧强;术后14天,二者抗张强度无差异。组织学观察:激光焊接的皮肤切口愈合快、瘢痕小、愈合理想。Fried等[14]应用近红外线激光与染料(印度墨水)结合对切开的荷兰猪皮肤行激光焊接和缝合法对比实验,术后0、3、6、10、21和28天测试抗张强度。结果发现:在激光焊接初期,激光焊接的切口抗张强度(2.1±0.7kg/cm2)较线缝合法(0.4±0.1kg/cm2)明显高,两方法的切口抗张强度随时间的推移而接近。

  1.3  激光焊接神经  1984年,Almquis等根据Ar+激光产生的蓝绿光易被红细胞吸收而被白色神经组织所反射的原理,用功率为0.75W的Ar+激光分别对大鼠坐骨神经和猿正中神经进行焊接实验。方法:在神经的离断处先滴入同源血液进行浸泡,然后用激光照射,使其凝固,从而使两断端形成微管连接。术后3~6个月做光镜和透射扫描电镜检查,证实激光照射处神经吻合口愈合较线缝合法侧满意,且神经瘤形成少。1986年,Fischer等[15]用CO2激光直接焊接大鼠坐骨神经外膜并与线缝合法做比较。术后60天通过神经动作电位测定、形态学观察及有髓纤维形态测定分析,结果表明:在已连接的神经中,穿过吻合口区可被记录的动作电位在缝合组是78%、激光焊接组是85%;电镜显示吻合处的瘢痕形成和收缩在线缝合法组比激光焊接组明显;形态测定分析证明了激光对轴突逆行溃变和再生潜力无有害影响。1995年,我们[16,17]对30只家兔的股神经分别进行了激光焊接和线缝合法的对比实验,术后7、14、21、28和35天,测试了两种吻合法动作电位的传导速度、幅值和持续时间。结果表明:术后各时间点,同线缝合法侧相比,激光焊接吻合的神经其动作电位传导速度快、幅值大、持续时间短。激光焊接在神经修复方面明显优于线缝合法。

  1.4  激光焊接胆管  激光焊接胆管国内外未见报道。2000年,我们[18]对40只大鼠的胆总管进行了激光焊接和线缝合法的对比实验。一组大鼠胆总管纵行切开后行激光焊接;另一组大鼠线缝合法作为对照。比较了两种方法的手术时间、胆漏的发生情况;观察了术后两方法胆管直径变化及组织学改变。结果:激光焊接吻合时间平均需70s,线缝合法为20.5min;两组胆漏发生率差异无显著性;组织学观察表明:同线缝合法相比,激光焊接组切口愈合快、异物反应轻、胆管损伤不明显。术后14天,两组胆管外径均有扩张,线缝合法组胆总管扩张更明显,这说明线缝合法组胆总管有梗阻存在,而激光焊接组梗阻不明显。另外,我们对家兔的胆囊也进行了焊接,同样证实了激光焊接组织的优越性。

  1.5  激光焊接输卵管和输精管  1978年,Klink等对家兔的输卵管进行了激光焊接端-端吻合术,发现吻合口通畅率为70%,组织学检查可见浆膜层凝固坏死,肌层和黏膜层完整。1985年,Rosemberg等用激光行犬的输精管焊接,术后1~4周,组织学检查见平滑肌和胶原融合,管腔通畅,无精子肉芽肿形成。1994年,我们对大鼠的输卵管和输精管进行了焊接和缝合的对比实验。术后组织学检查证实了激光焊接的吻合口愈合快、炎症反应轻、内膜光滑。

  1.6  其他组织的激光焊接  1988年,Sauer等采用激光成功地进行了动物肠管的焊接,术后证实吻合口破裂压与缝合法无显著相关性。组织学表明:激光焊接的吻合口炎症反应轻,愈合快。2000年,Zuger等[19]应用由染料和牛的血清蛋白组织组成的“焊料”辅助激光焊接人工关节软骨,产生最大张力可达到10N/cm2,揭示了在染料增强的清蛋白焊料的辅助下焊接软骨的可行性。Oz等[20]采用蛋白焊料辅助对人工血管进行了移植激光焊接吻合,并获得了成功。Wolf等[21]采用纤维蛋白胶、激光焊接和机械吻合器对14头猪的输尿管切口在腔镜下分别进行修复,结果显示纤维蛋白胶和激光焊接均比机械吻合器吻合快,且有较少的急性期尿漏。

  2  临床研究

  2.1  激光焊接血管  1987年,日本学者首次将激光焊接技术应用于临床进行心脏血管架桥术治疗冠心病,并获得了成功。

  2.2  激光焊接皮肤  1997年,我们[22]在大量动物实验的基础上,利用CO2激光对临床病人皮肤切口进行了焊接研究,观察了切口的愈合及瘢痕形成等情况。取得了较满意的临床效果。17例患者,男2例,女15例。年龄小者17岁,大者63岁,平均39岁。切口短者4.0cm,长者12.0cm,平均7.3cm。随机选择采用结节线缝合法的皮肤切口作对照。术后3~7天随访率为100%,4周随访率为94%。焊接后的切口无紧张感,疼痛较轻,大多数(80%)术后4天出院。切口愈合情况:激光焊接的切口愈合快,切口平整,切线瘢痕细,术后4周切口颜色几乎接近正常皮肤,愈合非常理想。

  3  激光焊接组织存在的问题和不足

  3.1  激光焊接组织的确切机制仍不完全清楚  激光对生物组织的作用机制,一般认为主要表现在热效应、压力效应、光效应和电磁效应4个方面。由于用于组织焊接的激光多为低功率激光,因而对组织的作用则主要表现为热效应和光效应。当低功率激光与组织相互作用时,光被组织吸收,组织温度升高,这样产生的生物学效应或损伤与吸收的光和升高的温度呈正比。Edwards等[23]曾列表说明:当激光诱导的热使组织温度在45℃~60℃时,组织内的细胞酶受损;60℃~70℃时,蛋白质变性,组织结构丧失;70℃~100℃时,组织水分汽化,密度改变严重皱缩;100℃时,不含水的组织成分炭化。激光焊接组织的机制多数学者[24]认为是:在激光照射组织时,产生的热引起焊接处的组织变性、收缩,纤维蛋白聚合和凝固,从而使组织的两断端连接起来。在温度升高到70℃~95℃时,胶原的三联螺旋分子将解脱而任意交错形成新的胶原。当出现这个过程时,富含胶原的血管、神经、皮肤等组织就紧密对合,从而形成新的连接。总之,激光焊接组织的机制有待进一步探讨。

  3.2  激光焊接组织的初期抗张强度较低  上述动物实验证实:在激光焊接初期,激光焊接组织的吻合口其抗张强度较线缝合法者弱(对皮肤切口进行抗张强度测试时,先拆除缝线,再测量;而对其他组织吻合口进行抗张强度测试时,未拆除缝线,测试的抗张强度结果主要靠缝线形成),焊接后的吻合口有可能破裂或断开,导致吻合失败。因此,还不能完全摆脱用以维持吻合口初期抗张强度的支持缝线,没能真正实现激光对组织进行单一焊接。针对这一不足,我们提出采用生物胶的方法辅助激光焊接,并进行有关实验[25,26]。我们将实验的大鼠分为3组:1组背部皮肤切口单一焊接;2组切口焊接后涂以生物胶;3组切口单一涂以生物胶。术后不同时间点对3组皮肤切口进行抗张强度测试。其结果表明:术后3天时,切口的抗张强度顺序:2组>1组>3组。这说明生物胶能增强激光焊接组织切口初期抗张强度,克服激光焊接法的不足,使激光焊接技术得到完善。Lauto等[27]采用两种不同的清蛋白混合而成的矩形固体焊料,对62只横断的胫神经和输尿管进行激光焊接,方法:先将焊料放于切口上,然后激光照射焊接。结果显示:有高蛋白焊料的激光焊接的切口抗张强度明显高于低蛋白焊料。这说明蛋白成分的焊料能提高切口的抗张强度。

  3.3  切口不易对合整齐,有碍激光焊接的顺利进行  激光焊接组织时必须保证切口或吻合口对合整齐,有利于激光焊接进行。目前,激光焊接时,必须借助缝线的支持,使断缘对合整齐,才能进行激光焊接。我们现在研制的管腔内可降解的支架,能使激光焊接时的吻合口或切口对合整齐,有利于激光焊接。内支架可在焊接后很快降解消失,这种支架有待进一步开发。

  3.4  现有的激光仪不能满足焊接组织的需要  国内外学者所使用的激光仪器都不是专门用于焊接的仪器,他们比较庞大、笨重、不利于操作。另外,输出的功率不稳定,而且调制很困难。我们设想研制一种小巧精致、激光输出功率稳定、光斑大小合适、有电脑指示窗(记忆了不同组织所需的焊接参数)的专门用于组织焊接的激光仪。1997年,我们同吉林省激光研究所合作研制出第一代激光焊接仪:CO2激光,体积较小,重量约10kg,输出功率0~1W,且功率较稳定,四节导光臂。此仪器在使用中证实较以前使用的激光仪器明显方便灵活,但仍有许多不足有待进一步改进。目前,半导体激光应用较多,且有其他种类激光不具备的优点,因此有被研究用于激光焊接的潜力。

  4  激光焊接组织的未来前景

  激光焊接组织同传统线缝合法相比明显不同,具有许多线缝法无可比拟的优点。随着科学技术的发展、对激光焊接组织机制的不断深入认识、高智能激光焊接仪器的问世、辅助焊接的高质量的管腔内支架和生物胶研制成功,激光焊接技术会普遍应用于临床实践中,取代传统的线缝合法,为临床提供一种较完美的组织修复方法。

  【参考文献】

  1  Jain KK,Gorisch W.Repair of small blood vessel with the nedymium YAG laser.A preliminary report. Surgery,1979,85:685-687.

  2  Gomes OM.Vascular anastomosis by argon laser beam.Texas Heart Institute Journal,1983,10:145-147.

  3  Serure A. Comparison of carbon  dioxidelaser-assistedmmicrovascular anastomosisand conventional microvascular  sutured anastomosis. Surg Forum,1983,34:634-635.

  4  Frazier OH. Laser-assisted microvascular anastomosis:angiographic and anatomo-pathologic studies on growing microvascular anastomosis:preliminary report. Surgery,1985,97:585.

  5  张铃.应用YAG激光法进行股动脉移植的实验研究.中华显微外科杂志,1986,9:66-68.

  6  卢世璧. 小血管CO2激光吻合与缝合吻合比较的实验研究.中华外科杂志,1988,2:117-118.

  7  刘铜军,邹本荣,谭毓铨,等. 低功率CO2激光焊接小动脉的实验研究.中华显微外科杂志,1992,2(15):113.

  8  刘铜军,邹本荣,谭毓铨,等. 激光焊接小动脉的生物力学改变.中华物理医学杂志,1992,14(4):230-232.

  9  刘铜军,邹本荣,谭毓铨,等. 激光焊接小动脉吻合口增长的实验研究.中华小儿外科杂志,1992,13(6):361-362.

  10  Rodney A.Mechanism of tissue fusion in laser welded vein-artery anastomosis.Lasers in Surgery and Medicine,1988,8:8396.

  11  刘铜军,孙东辉,谭毓铨,等.  激光焊接皮肤的实验研究. 中华实验外科杂志,1992,增刊:121.

  12  Abergel RP,Lyons RF,White RA,et al. Closure of skin wounds by Nd:laser welding.Jam Acad Dermatol,1986;14:810-813.

  13  刘铜军,邹本荣,谭毓铨,等.  低功率CO2激光焊接小静脉的研究. 中华实验外科杂志,1998,15(2):149-150.

  14  Fried NM,Walsh JT. Laser skin welding:in vivo tensile strength and wound healing results. Lasers Surg Med,2000,27(1):55-65.

  15  Fischer DW,Beggs SL,Kenshalo DL,et al. Comparative study of microepineurialanastomoses with the use of CO2 laser and suture techniques in rat sciatic nerves. Part 2,Amorphometric analysis of myelinated nerve fibers. Neurosurgery,1986,18:266-269.

  16  刘铜军,王忠毅,申振,等.CO2激光焊接神经组织的电生理改变.吉林大学学报(医学版),2003,29(5):599-601.

  17  刘铜军,申振,李鹏飞,等.激光焊接神经的组织学观察.吉林大学学报(医学版),2004,30(1):9-18.

  18  赵红亮,刘铜军,刘珍. 低功率CO2激光焊接胆管的研究. 中华实验外科杂志,2002,19(5):474.

  19  Zuger BJ,Ott B,Mainil-Varlet P,et al. Laser solder welding of articular cartilage;tensile strength and chondrocyte viability. Lasers Surg Med,2001,28(5),427-34.

  20  Oz MC,Williams MR,Souza JE,et al.Laser-assisted fibrinogen bonding of umbilical vein grafts. J Clin Laser Med Surg,1993,11(3):123-126.

  21  Wolf JS Jr,Soble JJ,Nakada SY,et al.  Comparison of fibrin glue,laser weld,and mechanical suturing device for the laparoscopic closure of ureterotomy in a porcine  model. J Urol,1997,157(4):1487-1492.

  22  刘铜军,孙东辉,谭毓铨,等. 激光焊接皮肤切口的临床研究. 中华外科杂志,1999,37(7):408.

  23  Edwards MSR,Boggan JF,Fuller AT. The laser inneurological surgery.J Neurosurgery,1983,59:555-557.

  24  Tang J,Godlewski G,Rouy S,et al. Morphologic changes in collagen fibers after 830 nm diode laser welding. Lasers Surg Med,1997,21(5):438-43.

  25  刘铜军,张文良,孙东辉,等.化学胶辅助激光焊接皮肤的研究.  中华实验外科杂志,1999,16(6):568.

  26  刘铜军,谭毓铨,于惠秋,等. 激光焊接在化学胶修复皮肤切口中的作用. 白求恩医科大学学报,2000,26(2):190-192.

  27  Lauto A. Repair strength dependence on solder protein concentration:a study in laser tissue-welding.Lasers Surg Med,1998,22(2):120-125.

  (编辑:江  枫)

  作者单位: 130021 吉林长春,吉林大学第一医院普外科

        130031 吉林长春,吉林大学中日联谊医院康复科(△通讯作者)

作者: 刘铜军,于惠秋△ 2006-8-20
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