顏喆，陸品相，羅軒明

（上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院普外科，上海 200003）

自膽道外科開(kāi)展以來(lái)，人們不僅從膽道的解剖結(jié)構(gòu)、生理方面認(rèn)識(shí)膽道，更從疾病病因、發(fā)病機(jī)制等方面研究膽道疾病，加快了膽道外科的發(fā)展。膽石癥作為我國(guó)常見(jiàn)、多發(fā)良性疾病，發(fā)病率呈逐年增加趨勢(shì)[1]；其中膽囊結(jié)石合并肝外膽管結(jié)石的發(fā)病率為10%～18%[2]，嚴(yán)重威脅患者的生命安全。因此，了解膽結(jié)石形成原因、治療方法成為臨床研究的重點(diǎn)。膽道的流體動(dòng)力學(xué)改變?cè)谀懯Y的發(fā)生過(guò)程中起到關(guān)鍵性作用，本文將結(jié)合近期的研究現(xiàn)狀并回顧既往研究結(jié)果，探討膽道流體力學(xué)的研究進(jìn)展，旨在為膽道疾病的治療提供新的依據(jù)和指導(dǎo)，以期降低膽石癥所帶來(lái)的危險(xiǎn)，并為預(yù)防和治療膽石癥提供理論依據(jù)。

1 膽道膽汁特性及研究方法

1.1 膽汁流動(dòng)特性 膽道內(nèi)連續(xù)的膽道靜水壓力梯度是保證膽汁從肝臟流入膽囊和流向十二指腸的基本動(dòng)力學(xué)因素，根據(jù)膽汁流動(dòng)特性分為2 個(gè)部分，其中膽汁從肝細(xì)胞間的毛細(xì)膽管流經(jīng)肝內(nèi)各級(jí)膽管進(jìn)入膽囊為第一膽流，驅(qū)動(dòng)力來(lái)自肝分泌壓和膽管收縮滲透壓，流動(dòng)是緩慢的、均勻的、片流性質(zhì)的；第二膽流指自膽囊經(jīng)膽總管排入十二指腸過(guò)程，驅(qū)動(dòng)力來(lái)自膽囊收縮壓和胰腺泡的分泌壓，膽汁流體特性因膽管的吸收和分泌而有所改變，是急促的、陣性的[3-5]。膽汁流動(dòng)受進(jìn)食、入肝血流[6]等多因素調(diào)控，尤其是第二膽流，常呈不規(guī)律陣發(fā)性流動(dòng)；由于膽管除Oddi 括約肌外無(wú)平滑肌組織，缺乏自行蠕動(dòng)，肝外膽管在受到炎癥牽拉等因素影響可導(dǎo)致膽管變形，進(jìn)而導(dǎo)致膽流發(fā)生改變，可能形成若干渦流、膽管內(nèi)壓力增大等變化，并最終形成導(dǎo)致膽道結(jié)石。因此，研究膽流對(duì)于膽石癥疾病的預(yù)防治療及其重要。

1.2 膽道壓力特性 膽道內(nèi)的膽道壓力一般通過(guò)膽道T 管外引流方法檢測(cè)膽道內(nèi)壓力，通過(guò)檢測(cè)膽汁的粘度等方法評(píng)估膽汁流動(dòng)力學(xué)；也可根據(jù)Caroli 裝置原理，自制簡(jiǎn)易膽道測(cè)壓裝置檢測(cè)膽道壓力及膽汁流量[7]，或通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助99mT c-HIDA 顯像方式，得出膽道壓力，對(duì)臨床治療具有指導(dǎo)性意見(jiàn)。人體肝膽管壓力為（40.18±6.08）kPa，膽囊壓力為（26.95±9.34）kPa，膽總管壓力為（33.76±5.85）kPa，十二指腸腔內(nèi)壓力為（7.11±1.44）kPa，肝膽管與十二指腸腔內(nèi)壓差為29.4～34.3 kPa[5，8]。然而上述方法均存在一定局限性，不能充分顯示個(gè)體化膽流特性，因此，為避免加重患者負(fù)擔(dān)，通過(guò)借助體外模擬技術(shù)探討流體力學(xué)在膽石癥疾病中的影響至關(guān)重要。

1.3 體外模擬膽道流體力學(xué)方法 Bird 等[9-10]對(duì)理想化和真實(shí)膽管模型進(jìn)行了深入研究，數(shù)值模擬了膽管中的定向流動(dòng)，并對(duì)結(jié)石成因進(jìn)行深入分析；Meyer等[4]通過(guò)建立小鼠肝小葉膽道流動(dòng)力學(xué)的3D模型，用于預(yù)測(cè)藥物引起的膽汁流量變化；隨著影像技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dy‐namic CFD）的發(fā)展，CFD 成為研究膽道系統(tǒng)流量和功能的重要工具之一[11]，可通過(guò)體外模擬重建膽道結(jié)構(gòu)，并根據(jù)膽道內(nèi)流速、流量、壓力等探討膽管疾病發(fā)生原因、部位?；趫D像的膽道流體力學(xué)研究步驟包括三維模型重建、有限元模擬構(gòu)建、邊界條件設(shè)定及膽道動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬分析等，模擬膽囊、膽囊管、毛細(xì)膽管等結(jié)構(gòu)。肝膽動(dòng)態(tài)核素顯像是一種無(wú)創(chuàng)傷性、高特異性的功能顯像技術(shù)，其可實(shí)時(shí)定量評(píng)估膽汁從肝臟排泄至腸道的全過(guò)程，測(cè)定肝臟、膽管、十二指腸放射性核素轉(zhuǎn)運(yùn)情況，作出定量和定性診斷，記錄不同研究對(duì)象膽汁動(dòng)力學(xué)[12]。因此，通過(guò)多角度、多方式重建個(gè)體化膽道模型，精準(zhǔn)化判斷膽汁流體特性，對(duì)于膽石癥成因分析是可行的。

2 膽道膽汁流體特征與膽石性疾病的關(guān)系

2.1 流體力學(xué)與膽囊結(jié)石的關(guān)系 部分研究學(xué)者[13]根據(jù)膽囊收縮特點(diǎn)及膽汁屬性采用SIMPLER算法建立收縮膽囊內(nèi)膽汁流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，顯示出膽囊收縮時(shí)，囊內(nèi)出口附近區(qū)域存在明顯的S 型漩渦，并大膽假設(shè)該區(qū)域的存在可能是形成膽囊結(jié)石的重要條件。通過(guò)CFD仿真、三維建模等研究膽囊管結(jié)構(gòu)，均可從流體力學(xué)中證實(shí)膽囊管能提供恒定阻力控制膽囊內(nèi)膽汁流出[9，11]，顯示膽囊管形態(tài)及膽囊窩附近漩渦是膽囊結(jié)石形成的重要因素[9，11，13]，且由于流體力學(xué)條件各異，膽汁流入、流出膽囊均會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度不同、數(shù)目不等的渦流，造成膽囊內(nèi)可能不只存在一個(gè)結(jié)石，且結(jié)石大小亦不相同[14]；同時(shí)，膽囊結(jié)石存在也會(huì)導(dǎo)致流體力學(xué)的改變，形成新的漩渦，導(dǎo)致膽囊結(jié)石形成。另外，膽囊內(nèi)膽汁為非牛頓流體，即靜態(tài)或低切變率時(shí)，膽汁內(nèi)成分依賴(lài)其間的引力，相互聚集、沉淀，促進(jìn)結(jié)石生成[15]。因此膽囊結(jié)石的形成是由多因素造成，根據(jù)膽囊形態(tài)模擬膽囊內(nèi)流體力學(xué)可預(yù)判結(jié)石發(fā)生可能，避免因膽囊結(jié)石堵塞膽囊膽管引起重癥膽囊炎。

2.2 流體力學(xué)與肝內(nèi)膽管結(jié)石的關(guān)系 肝內(nèi)膽道結(jié)石是我國(guó)良性膽道疾病患者死亡的重要原因之一，應(yīng)遵從“去除病癥、取盡結(jié)石、矯正狹窄、通暢引流、防止復(fù)發(fā)”方針，需根據(jù)結(jié)石部位、數(shù)量、膽管狹窄部位和程度等制訂個(gè)體化的治療方案并選擇合適的手術(shù)方法[16]；膽管分叉部即膽道夾角處存在一個(gè)狹窄部，管腔變小，膽流對(duì)膽管壁的沖擊力就大，如果膽道發(fā)生感染，膽汁或泥沙性膽汁呈非牛頓流體特性，其炎性反應(yīng)致使分叉部膽管內(nèi)膜先遭受破壞，繼發(fā)病理性狹窄，導(dǎo)致該處膽汁流速減慢，膽汁淤積于狹窄部膽管上游，形成結(jié)石[17]；相反，膽道狹窄及結(jié)石形成亦會(huì)導(dǎo)致膽道壓力增加，進(jìn)而導(dǎo)致膽汁通過(guò)肝細(xì)胞途徑及匯管區(qū)淋巴間隙途徑返流入血[18]，引發(fā)嚴(yán)重并發(fā)癥。目前，肝內(nèi)膽管結(jié)石的手術(shù)治療常采取肝切除術(shù)、肝門(mén)部膽管重建術(shù)、膽管空腸吻合術(shù)、保留Oddi括約肌的肝門(mén)膽管狹窄成形皮下盲袢埋置術(shù)（oddi sphincter-preserved cholangio‐plasty with hepatico subcutaneous stoma，OSPCHS）等[16，19-21]通過(guò)治療可解除膽道狹窄，恢復(fù)膽道通暢性，保持流體特性穩(wěn)定，減少膽汁漩渦形成，抑制膽管繼發(fā)纖維化，預(yù)防并延緩結(jié)石復(fù)發(fā)，避免病情進(jìn)一步惡化。非手術(shù)治療包括介入治療即經(jīng)皮膽道鏡取石術(shù)（percutaneous transhepatic cholangioscopic lithotripsy，PTCSL），該手術(shù)方式因?qū)Υ┐棠繕?biāo)膽管的不確定性和肝內(nèi)膽管的變異性等因素，在一定程度上限制了其在臨床上的推廣運(yùn)用[22]。然而，通過(guò)體外3D模擬不同經(jīng)皮膽管入徑，可優(yōu)化手術(shù)入路，減少術(shù)中時(shí)間，提高結(jié)石清除率。尤其是對(duì)于合并左右肝膽管出現(xiàn)狹窄患者，甚至可在透視下放置膽道內(nèi)支撐管，擴(kuò)張膽管狹窄狹窄部位，通暢膽道，降低結(jié)石復(fù)發(fā)率。

2.3 流體力學(xué)與肝外結(jié)石的關(guān)系 肝外膽管結(jié)石患者術(shù)中通過(guò)經(jīng)膽囊管測(cè)量膽道內(nèi)壓力，指導(dǎo)膽總管切開(kāi)后一期縫合[23]；對(duì)于膽總管結(jié)石行T 管引流術(shù)后患者，膽道測(cè)壓與膽汁流出量能彌補(bǔ)膽道小結(jié)石在造影時(shí)不易發(fā)現(xiàn)的缺陷，指導(dǎo)拔除T管，縮短住院天數(shù)，減輕患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[7]。因此，對(duì)于肝外膽管結(jié)石患者，及時(shí)有效測(cè)量膽道壓力、膽汁流量等能指導(dǎo)手術(shù)方案的選擇，避免因過(guò)早或過(guò)遲拔除T 管而加重患者損傷，延緩愈合。

3 流體力學(xué)在膽石性黃疸中的應(yīng)用

梗阻性黃疸是膽管結(jié)石常見(jiàn)并發(fā)癥，膽道梗阻時(shí)門(mén)靜脈受膽管壓迫導(dǎo)致肝臟血供由門(mén)靜脈供血優(yōu)勢(shì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦蝿?dòng)脈優(yōu)勢(shì)，肝血流及膽汁動(dòng)力學(xué)均發(fā)生改變，導(dǎo)致肝竇淤血、微循環(huán)障礙、小膽管增生與肝纖維化，最終引起肝細(xì)胞凋亡。對(duì)于梗阻性黃疸，尤其是惡性梗阻性黃疸患者，非手術(shù)治療采用經(jīng)皮經(jīng)肝膽道引流術(shù)（percutaneous transhepatic biliary drainage，PTBD）或/和膽道內(nèi)支架引流術(shù)（en‐doscopic retrograde biliary drainage，ERBD）途徑進(jìn)行減黃治療，通過(guò)CFD 模擬建立膽道流動(dòng)力學(xué)的3D 模型，有利于模擬選擇方式減黃治療，能更好保持膽道引流通暢，盡快降低膽道壓力，促進(jìn)肝功能恢復(fù)，尤其為惡性梗阻性黃疸患者提供更及時(shí)的手術(shù)時(shí)機(jī)是十分有利的。有學(xué)者通過(guò)3D體外模型流體力學(xué)檢測(cè)顯示，具有多側(cè)孔的膽管內(nèi)支架引流不但可能無(wú)法提高流量，而且可能會(huì)導(dǎo)致膿毒癥的碎片堵塞引流管[24]，因此，如何選擇引流管，需要強(qiáng)調(diào)流體力學(xué)在其中的應(yīng)用原理。

4 流體力學(xué)在醫(yī)源性膽管損傷中的應(yīng)用

醫(yī)源性膽管損傷（iatrogenic bile duct injury）常導(dǎo)致膽管狹窄和吻合口狹窄，部分患者合并血管損傷。通過(guò)對(duì)增強(qiáng)CT和MRI的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建和三維可視化分析，模擬膽道及血管流體情況，明確膽管狹窄位置和是否存在血管損傷；測(cè)量肝門(mén)深度和左肝管橫部長(zhǎng)度；評(píng)估是否存在肝臟萎縮、肝門(mén)旋轉(zhuǎn)和肝內(nèi)膽管結(jié)石，為膽管損傷的手術(shù)入路和手術(shù)方案的選擇提供直觀和定量依據(jù)，并制定醫(yī)源性膽管損傷后狹窄的三維可視化評(píng)估與分型及相應(yīng)的治療原則[25-26]。當(dāng)前膽囊切除術(shù)所引起的損傷性膽管狹窄是良性膽管狹窄的首位因素，經(jīng)內(nèi)鏡逆行膽管造影（ERCP）治療良性膽管狹窄具有創(chuàng)傷小、療效確切、可反復(fù)操作等優(yōu)點(diǎn)，主要手段為球囊擴(kuò)張及膽道支架置入，膽道支架可根據(jù)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)分為塑料支架、非腹膜金屬支架、全覆膜自膨式金屬支架（fully covered self-expandable metal stent，F(xiàn)CSEMS）及生物可降解支架等型號(hào)[27-28]；對(duì)于嚴(yán)重吻合口狹窄可采用磁力再通技術(shù)治療[29]；無(wú)論是行ERCP還是磁力再通技術(shù)，其治療目的均是通暢膽管，恢復(fù)膽道內(nèi)正常流體動(dòng)力學(xué)，防止漩渦形成；如何避免過(guò)多次數(shù)擴(kuò)張或無(wú)效擴(kuò)張?jiān)黾幽懐?、出血等風(fēng)險(xiǎn)是目前治療難點(diǎn)，通過(guò)體外模擬膽汁流體力學(xué)的變化可更好地指導(dǎo)良性膽道狹窄的治療，并有效預(yù)防吻合口狹窄、吻合口結(jié)石形成等。

5 小結(jié)

流體動(dòng)力學(xué)在膽道疾病發(fā)生、發(fā)展、愈合中起到關(guān)鍵性作用，但因膽汁流速緩慢，并受多因素影響，導(dǎo)致膽汁流體力學(xué)的研究進(jìn)展十分緩慢；當(dāng)前在治療膽道疾病時(shí)，需充分利用MRCP、T 管造影、膽道測(cè)壓等有效方式測(cè)定膽道內(nèi)流體特性，通過(guò)CFD、3D 重建等技術(shù)模擬膽道流體力學(xué)的改變，指導(dǎo)膽道疾病患者個(gè)體化精準(zhǔn)治療，提高治療效果是必然趨勢(shì)。未來(lái)需要進(jìn)一步結(jié)合計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力和圖像重建技術(shù)的發(fā)展，建立有效的膽汁動(dòng)力學(xué)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展更大樣本量的流體力學(xué)多因素分析，以提供更優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療資源。