腹腔镜手术的基础研究.doc

腹腔镜手术的基础研究王世军 崔恒北京大学人民医院 妇科肿瘤中心腹腔镜手术因其创伤小、恢复快等优点，已逐渐被广大外科医生和患者所接受，随着腹腔镜手术技术的不断提高和腹腔镜器械的不断改进，腹腔镜手术在外科领域的应用也得到了突飞猛进的发展。与此相比，腹腔镜手术对人体生理反应影响的基础研究却相对滞后。近年来，有关腹腔镜手术对机体的循环、呼吸、免疫、神经等系统以及肝肾功能、恶性肿瘤转移等多方面影响的基础研究，已取得了丰硕的成果，为拓宽腹腔镜手术适应症、预防和减少手术并发症等提供了必要的依据，进一步推动了腹腔镜技术的发展。本文就腹腔镜手术的上述基础研究作一概述。循环系统腹腔镜手术对循环系统的影响主要是血液动力学变化，产生原因主要是CO2气腹所引起腹内压（IAP）的增高和CO2吸收溶解于体液导致的高碳酸血症所引起的生理学影响，其程度与气腹的持续时间和IAP增高的程度有关1。IAP5mmHg（0.66 kPa）时生理学变化很小，IAP15mmHg（2.0 kPa）时则产生严重的反应。有别于压力因素，CO2气体经腹膜吸收产生与高碳酸血症有关的血液动力学变化。Safran等2将CO2气腹所引起的血液动力学变化加以说明见下表。表 高碳酸血症和腹内压增高对血液动力学的影响 血液动力学指标高碳酸血症腹内压增高平均动脉压全身血管阻力心输出量中心静脉压下腔静脉阻力心率每博输出量PaCO2：7.3310.0kPa 腹内压：2.0kPa受循环血量影响且与心功能的基线水平有关大量向腹腔内充入CO2气体，尤其是快速大流量充气时，导致IAP的增高，初期使静脉回流量短暂增加，是因腹腔大血管容易受压所致。随后腹部和下肢静脉的血流由于IAP的增高而回流减慢，此时测定静脉压力增高，流速减慢，IAP的增高正向传导到心包膜引起心脏充盈压升高，平均动脉压（MAP）升高。气腹直接压迫腹腔动脉系统使血供及静脉回流减少，心脏后负荷增加影响到心脏指数、体循环阻力明显增加，心肌耗氧量增加。CO2气腹后经腹膜吸收入血的CO2气体虽可经肺排除，但长时间的CO2气腹仍会导致高碳酸血症形成。在CO2充气后短时间内，CO2气体经肺的排除量约为2737ml/min3，随后由于腹腔内压的增高，腹膜表面扩张使血管受压，对腹腔内CO2气体的吸收减少。高碳酸血症和酸中毒可引起交感神经兴奋增加，血管紧张素及儿茶酚胺等生物活性物质分泌亦增加。高碳酸血症对心血管系统的直接效应为心肌抑制和小动脉扩张，而儿茶酚胺的直接效应为心肌的收缩，二者共同作用的结果是使平均动脉压、中心静脉压、心博量和左室每博输出量增加，而周围血管阻力下降。腹腔镜手术引起的循环系统变化，可使心脏功能受到一定程度的影响，对于心功能正常的患者，CO2气腹的IAP15mmHg时，机体可以代偿，通常是相对安全的，而对于那些有心脏功能不全的患者,其心脏功能指数明显下降导致十分明显的影响4。因此，对于心脏功能不全的患者，腹腔镜手术使用CO2气腹则应特别慎重，亦可考虑使用非气腹方法，必要时应放弃腹腔镜改为开腹手术。呼吸系统腹腔镜手术对呼吸系统的影响主要是IAP使膈肌上升，运动受限，使胸腔内压力增高，限制了肺的扩张性，使肺的顺应性下降，导致潮气量和功能残气量减少，气道峰压和气道的平台压均增高，肺泡的死腔增大，CO2分压（Pa CO2）增高，从而导致了通气/血流比例失调。Salihoglu等5观察了不同体位（头高位和头低位）腹腔镜胆囊切除术（LC）的血气及呼吸功能的改变，结果充气后PaCO2升高，动脉血pH 值降低，但与体位无关，而气道阻力增加、肺顺应性下降和终末吸气压升高，头低位要比头高位变化更加明显（P 0.05），且随着气腹时间延长变化越来越明显。说明了头高位时对呼吸功能的影响比较小。Leighton等6报道膈肌每上抬1cm，肺的通气量就减少300ml，不同体位和不同手术时间以及CO2气腹充气速度的快慢都对呼吸功能产生不同的影响。总之，腹腔镜手术对呼吸功能有一定程度的影响，且与体位、手术时间及气腹充气速度的快慢等因素有关，对于肺功能正常的患者，通常可以代偿，而对于原有肺功能障碍的患者，术中增加给氧浓度和通气量的措施应尽早实施，应密切监护，必要时可采取降低IAP、尽量避免头低位、暂时放气以及相应药物治疗等措施。自律神经系统心率变异性（HRV）是反映自律神经张力的最敏感的指标，目前多采用频域分析法来研究。正常人HRV频谱图由低频（LF）、中频（MF）、高频（HF）组成。LF与外周血管的舒缩张力有关，其大小主要受交感神经系统、肾素血管紧张素醛固酮系统的影响；HF与呼吸周期有关，仅反应副交感神经系统活性，特异性较高。Uemura等7对气腹和非气腹LC的HRV指标进行了检测，结果气腹组HF明显降低，LF/HF明显升高，而非气腹组则无明显变化；气腹组的室性或室上性心律失常的发生率比非气腹组高。Barczynski等8对LC不同IAP（7mmHg和12mmHg）时的LF和HF进行检测，结果LF升高与HF降低的程度，高IAP组比低IAP组更明显。这说明了腹腔镜手术所特有的气腹（IAP增高和高碳酸血症）是引起交感和副交感神经系统活性变化的主要原因，其变化程度与IAP相关。通过对HRV的监测，可以了解腹腔镜手术中自律神经张力的改变，对术中监测和管理病人，减少并发症的发生具有一定的临床意义，尤其对那些年龄大或有心肺合并症的患者。免疫系统外科手术所致的应激反应会不同程度地干扰机体免疫功能。应激反应的调节过程往往表现出免疫抑制作用。创伤中，在神经内分泌因子的作用下，机体的体液免疫、细胞免疫、和非特异免疫系统均可受到抑制。有关腹腔镜手术对免疫功能的影响，已有很多报道。张建萍等9对开腹子宫切除术（AH）和腹腔镜子宫切除术（LH）各35例的血清免疫指标进行了检测，结果AH和LH组术后24及28小时血清中白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、C反应蛋白（CRP）水平均明显高于术前，而且AH组术后24及28小时IL-6、IL-8和CRP水平显著高于LH组；免疫球蛋白IgA、IgM及补体C3在术前术后两组均无明显变化，而IgG两组术后均明显下降，AH组比LH组下降更为显著。Li Wen等10对AH（32例）和LH（32例）血清免疫指标进行检测，结果IL-6、CRP和肿瘤坏死因子-（TNF-）水平在两组中均明显高于术前，AH组显著高于LH组，LH组术后外周血中T细胞亚群CD3、CD4和CD8与术前相比，无明显变化，而在AH组则明显比术前降低。Christopher等11通过动物实验观察注入KLH抗原后测定皮肤迟发型过敏反应（DTH）来分析不同情况下的免疫反应，发现开腹组术后免疫反应明显降低，而对照组（仅做麻醉）和腹腔镜组无明显区别。Burpee等12也得出了相同的实验结果。上述结果均表明，腹腔镜手术对机体免疫功能无明显影响或比开腹手术对机体免疫功能影响小。但是，也有少数学者持有不同观点，认为腹腔镜手术对机体免疫功能有明显影响或与开腹手术对机体免疫功能影响无显著差异。Sheen-Chen等13观察9例LC和8例开腹胆囊切除术（OC）前后免疫功能变化，发现术后两组sFas水平均比术前明显降低，而sL-selectin和TGFbeta1水平OC组比LC组明显增高。总之，关于腹腔镜手术对机体免疫功能的影响目前尚有争议，今后还需进一步研究。肝肾功能Tan等14对LC 286例和OC 40例以及腹腔镜结直肠癌切除术（LCR）18例和开腹结直肠癌切除术（OCR）23例患者的血清肝脏转氨酶（ALT和AST）进行检测，结果在腹腔镜组术后48小时内的ALT和AST均显著升高，而开腹组则无明显升高，两组之间有统计学意义；除LCR组以外，术后一周肝酶均恢复到正常水平，LCR组仍然保持较高水平。产生机制主要是IAP增高压迫内脏血管，使胃肠血管、肝血管和门静脉阻力增加，从而导致内脏动脉反射性收缩以防止内脏毛细血管床压力升高而使体液外渗，进一步减少内脏血流。其次IAP增高和腹膜张力增大可直接刺激垂体加压素的释放从而腹腔内血管如肠系膜上血管收缩使门静脉血流减少，还有CO2气腹引起的高碳酸血症亦可增高门静脉压力以及肠系膜血管的收缩性，而使肝血流减少。肝功能的损害是由于肝脏缺血缺氧使肝细胞内ATP合成下降，引起各种离子出入细胞内外，导致细胞生物膜、细胞骨骼及线粒体功能障碍造成肝细胞损害。另外，手术结束时突然解除气腹，血流再通，内脏血流再灌注,出现一过性充血，在修复缺血缺氧的同时，亦会产生缺血再灌注损伤，不可避免地引起活性氧增多，使磷脂、蛋白质、核酸等过渡氧化损害，进一步造成肝细胞损伤甚至坏死。肝供血受CO2气腹影响程度的不同、损伤的耐受和修复功能的不同，使肝功能受到不同程度的影响，肝功能损害的恢复时间也不同。因此有效地减少腹腔镜手术对肝功能影响的关键在于尽可能地降低气腹压力和缩短手术时间。对于肝功能异常的患者慎用腹腔镜。Nguyen等15通过对腹腔镜胃分流术（LGB）54例和开腹胃分流术（OGB）50例患者的术前、术中和术后的肾功能的相关指标进行了检测，结果LGB组比OGB 组尿量明显减少（P0.01），两组的尿素氮和肌酐水平无明显变化均在正常范围之内，血中抗利尿激素、醛固酮水平及肾素的活性在手术开始2h时出现高峰，但两组之间无差异。McDougall等16对15mmHg气腹压力时猪的肾髓质和皮质血流进行测量，结果皮质灌注减少28，髓质灌注减少31，肾静脉血流、肾有效血流量、肾小球滤过率明显降低，肾皮质压力增高，这与尿量减少相一致。此外，CO2气腹可刺激抗利尿激素释放、增高肾素的活性及血中浓度，通过肾素血管紧张素醛固酮系统的调节引起尿量减少。Koivusalo等17的研究发现CO2气腹后尿N乙酰葡萄胺酶（ANG）比气腹前增加了153%，直到放气后3小时才恢复正常。尿ANG增高表明肾小管功能受损，是否会引起不可逆的肾功能损伤目前尚有争议，但大多数学者的研究表明是暂时的，可逆的。尽管如此，对于原有肾病或潜在性肾功不全以及手术时间较长的腹腔镜手术，应用CO2气腹时应谨慎。手术中应严密观察尿量，持续少尿时，可应用受体阻滞剂艾莫洛尔等药物降低肾血管阻力，增加肾的灌注保护肾功能，必要时临时放气解除气腹直至尿量恢复正常。恶性肿瘤的转移随着腹腔镜技术的不断提高和器械的逐渐更新，腹腔镜手术的应用范围也逐渐扩大。近年来，腹腔镜手术已逐步地应用于恶性肿瘤的诊断、分期和治疗。但是，腹腔镜手术是否会增加恶性肿瘤转移的机会，一直为临床医生所关注,也是学者们争议的焦点。1978年Dobronte等18首先报道了腹腔镜用于腹腔内恶性肿瘤会增加肿瘤在穿刺孔的转移，此后人们逐渐认识到腹腔镜用于腹腔内恶性肿瘤可能会增加其播散、转移的危险性。因此有关学者对此问题进行了大量的基础研究和临床试验，但结论尚不统一。 季晓琼等19用CO2、氦气（He）、一氧化二氮（N2O）模似腹腔镜气腹，对肿瘤组织体外及动物模型体内生长进行了研究。结果在体外培养细胞中CO2组在“气腹”后24h、48h与He组、N2O组和对照组（不加任何气体）相比，MTT值显著升高，He组较N2O组和对照组明显下降，N2O组与对照组之间MTT值差异无显著性，72h后各组MTT值均没有显著性差异。气腹后培养液pH值，CO2组比对照组降低，He组和N2O组较对照组升高。用种植肿瘤细胞的大鼠模似腹腔镜手术，术后第4天乙醚吸入麻醉剖腹检测相关参数，CO2组腹水量较N2O组和He组显著增多，比对照组增多，但差异无显著性；He组较CO2组和N2O组显著减少，比对照组减少，但无显著性。CO2组肿瘤重量最重较N2O组和He组显著增加，He组肿瘤重量最轻。各组穿刺点转移率无显著差异。MTT值与活细胞数和细胞内线粒体的代谢功能状态呈正相关，MTT值升高，反应CO2气腹可能在气腹后的一定时间内肿瘤细胞代谢加强，细胞增殖活跃，He气腹后48小时内，MTT值明显下降，说明肿瘤细胞生存数量、代谢功能明显下降，提示一定时间的He气腹可能会抑制肿瘤增殖。在不同pH值的培养基中，因细胞内外氢离子浓度的变化，使细胞的有氧代谢转化为无氧代谢。在酸性环境中，细胞有能力将有氧代谢转化为无氧代谢，肿瘤细胞中与有丝分裂相关的酶类可能被激活，从而保护细胞免除氧自由基的破坏，在碱性环境中则相反。模似CO2气腹后大鼠腹腔内肿瘤重量和腹水量显著增加，提示一定时间的CO2气腹可刺激肿瘤细胞的增殖，而模似He气腹后大鼠腹腔内肿瘤重量和腹水量显著减少，N2O气腹后，其肿瘤重量和腹水量的减少虽不如He明显，但与CO2组和对照组差异仍有显著性，提示He和N2O，特别是He可能肿瘤组织的生长有一定的抑制作用，也进一步表明肿瘤增殖可能与气体的性质有关。Garsten等20用30只小鼠分组观察肿瘤的肝脏微转移，无气腹腹腔镜组肝脏转移灶比开腹组和CO2气腹组小，差别有显著性，但开腹组与CO2气腹组无显著差异。Chen等21研究气腹下大鼠结肠肿瘤细胞经门静脉系统向肝转移的情况，发现在肿瘤细胞注射开始，随着CO2气体注入，大鼠肝表面肿瘤细胞明显增多，与非气腹组有明显差异，但两组差异随时间推移越来越小，肿瘤细胞分布的动态变化两组非常相似，气腹组平均生存时间略短于非气腹组，但差异无显著性，因此气腹在开始阶段可能会增加肿瘤细胞经门静脉向肝脏扩散，但长期生存率与非气腹组无显著差异。Hideyuki等22观察在10mmHg气腹条件下，CO2气腹有促进肝脏微小转移灶生长的作用。其原因可能是IAP增高导致肝脏局部缺血以及CO2气体经腹膜吸收产生的高碳血症会刺激门静脉系统肿瘤细胞的扩散。也有学者对此解释为CO2气体刺激了处于“休眠”状态的肿瘤细胞，使之转化为活跃的肝肿瘤细胞23，以及IAP增高促进了肿瘤细胞进入受伤组织所致24。但也有不同报道, Ronald等25认为腹腔镜技术不会促进原发肿瘤病灶生长或肺转移。有关穿刺孔肿瘤转移已有很多报道，其发生率到目前为止尚无准确统计。在20世纪90年代早期的报道穿刺孔肿瘤转移发生率为0-2126，且多数明显高于开腹手术的切口转移率27，28，但最近报道的发生率有明显的下降。Zmora等29对已发表的关于LCR的临床试验结果进行统计分析，结果穿刺孔肿瘤转移的发生率约为1%，和OCR的切口复发率一致。Bruch等30对已发表的一系列的结直肠癌的腹腔镜和开腹结直肠切除术的病例对照研究结果进行分析，结果表明两组的切口转移的发生率无统计学上的差异。虽然目前穿刺孔肿瘤转移的发生率已明显下降，但它仍是影响患者预后、生存率及生活质量的主要并发症，为降低穿刺孔肿瘤转移的发生率，在腹腔镜恶性肿瘤的手术过程中，应特别注意以下两点：尽可能的减少或避免穿刺孔的直接沾染。Vittorio等31通过调查对世界范围内443家医院发生的穿刺孔转移的详细资料进行总结分析，结果表明发生穿刺孔转移的100例中有70例是腹腔镜胆囊切除术（其中仅有8例用了标本取出袋），这70例中又有49例发生于标本取出孔，说明直接沾染对穿刺孔转移的影响。Hewett等32也认为肿瘤细胞沾染的器械与穿刺孔的直接接触可引起肿瘤细胞的种植、转移，频繁的更换器械、Trocar及标本的取出进一步地增加了这种机会。术者的手术操作技术及熟练程度与穿刺孔转移密切相关。Reymond等33认为已报道的穿刺孔转移的发生率为0-21不等，差异过大，单纯用某项技术的缺陷来解释这种差异显然是不合适的，可能与术者的操作技术及熟练程度有关。Bruch等30前瞻性地把300例腹腔镜直肠手术分成前、中、后三组（各100例），随访结果表明转移、并发症发生率（包括穿刺孔转移）和手术时间等，第三组比第二组，第二组比第一组明显降低或减少，这进一步说明了术者的手术操作技术及熟练程度与穿刺孔转移密切相关。关于腹腔镜的基础研究还有很多方面的报道，如腹腔镜对内分泌、代谢、应激反应、腹膜炎性反应等方面影响的研究，但结论均尚未一致，在此不再论述。综上所述，腹腔镜的基础研究在很多方面尚存在着分歧，需要进一步深入研究，为准确地把握腹腔镜手术适应症，减少并发症的发生提供必要的基础理论依据。参考文献1. 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