不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究.docx
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不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究
不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究
实验完成单位：
1华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科
2湛江海滨医用冲击波研究所
周惜才1严泽军1陈志强1陈忠兴2郑连伟2
实验参与讨论单位：
北京大学泌尿外科研究所
广州医学院第一附属医院微创外科中心
郭应禄梁丽莉李逊张泽夏明义
叶章群周四维谢凯黄烈
实验开始日期：
2007年3月17日
实验完成日期：
2007年7月10日
不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究
实验完成单位：
1华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科
2湛江海滨医用冲击波研究所
周惜才1严泽军1陈志强1陈忠兴2郑连伟2
实验参与讨论单位：
北京大学泌尿外科研究所
广州医学院第一附属医院微创外科中心
郭应禄梁丽莉李逊张泽夏明义
叶章群周四维谢凯黄烈
[摘要]目的：
探讨体外冲击波能量大小与肾脏损伤的关系。
方法：
应用液电式和电磁式碎石机，每型碎石机各冲击体重28～35kg的白猪36头，根据冲击电压的不同，随机分为A、B、C、D和E组，其中E组为对照组。
每组按观察时间又分为4个小组，分别于冲击后即刻、1周、2周和3周予以解剖，并立即取出双侧肾脏，肉眼和光镜下观察其形态的改变。
结果：
所有受冲击的肾脏均有损伤性改变,且损伤随脉冲压力的增加而加重，随时间的推移而逐渐恢复，当脉冲压力压力超过25.45MPa后，所引起的损伤是不可逆的（至少短期内）。
对照组肾脏无任何异常。
结论：
当脉冲压力≤25.45MPa时，冲击波所引起的损伤在1～3周内基本可以恢复，而一旦超过25.45MPa，则会造成肾脏不可逆性病理改变。
本实验为临床工作中ESWL能量参数的选择提供了一个参考依据。
_____________________________________________________________________
关键词：
液电式碎石机；电磁式碎石机；体外冲击波；猪；肾脏；损伤；脉冲压力
Anexperimentalstudyontheshort-termpathologicinjuryofdifferentextracorporealshockwaveenergyonswineskidney
AbstractObjectives:
Toinvestigatedthecorrelationbetweenthedegreeofswinerenalinjuryandtheappliedextracorporealshockwave（ESW）energy.Methods:
Electrohydrauliclithotripterandelectromagneticlithotripterwereadopted,eachlithotriptershocked36swines,whichweighted28-35kgwererandomlydividedinto5groups（A、B、C、DandE）accordingtodifferentdischargevoltage,andgroupEasanormalcontrol.Eachgroupwasdividedinto4subgroupsaccordingtothetimeschedule,thesubgroupsweresacrificedrespectivelyatimmediately,the1st,2ndand3rdweeks，resectionofbilateralkidneysforgrossappearanceobservationandhistologicalexamination.Results:
AllofthekidneyshavemorphologicchangesafterESWshocked,theseverityofthedamagewasincreasingwiththeriseofvoltage,butgraduallyrecoveringwithtime.Oncethepressureoffocalspotexceeded25.45MPa,thedamagecausedbyESWwasirreversible（atleastinshort-term）.Therewasnoobviousabnormalityinthecontrolgroup.Conclusion:
Theinjuryofkidneysrecoveredwellwithin1to3weekswhenthepressureoffocalspotwasnohigherthan25.45MPa,butirreversiblepathologicalchangeswereobservedwhenthepressureexceeded25.45MPa.TheresearchprovidestheexperimentalfoundationfortheselectionofenergyparameterinclinicalESWL.
KeywordsElectrohydrauliclithotripter;Electromagneticlithotripter;Extracorporealshockwave;Swine;Kidney;Injury
自Chaussy等人首次应用DornierHM1型体外冲击波碎石机成功地治疗肾结石以来，肾结石的治疗发生了革命性的变化。
经过短短20多年的发展，体外冲击波碎石术（ESWL）已经成为肾结石治疗的主要方法。
但是，大量的临床观察表明，由于能量参数选择不当，高能冲击波（HESW）在ESWL过程中对肾脏组织会造成急性和慢性损伤[1]。
为了探讨体外冲击波能量大小与肾脏损伤的关系，为临床安全合理地使用ESWL提供实验基础，我们以猪为实验模型，分别采用液电式和电磁式碎石机进行了一系列的实验，现报告如下。
材料与方法
1.碎石机和冲击波源：
液电式HB-ESWL-V型液电式和电磁式碎石机（湛江经济技术开发区海滨医疗器械有限公司制造），冲击波波源为该公司自行研制，液电式触发冲击电压选择为7KV～10KV，电容为0.54μf；电磁式触发冲击电压选择为12KV～15KV，电容为1.2μf。
2．测试仪器列表（附图1-4）：
表1测试仪器列表
设备名称
规格型号
产地
数字式示波器
TDS220
美国
数字式示波器
TDS3054B
美国
针式水听器
ZS-1000
中国
图1TDS220数字式示波器（用作电磁式测试）
图2TDS3054B数字式示波器（用作液电式测试）
图3ZS-1000针式水听器
图4测试环境
3.每种波源的碎石机各采用体重28～35kg的白猪36头，根据冲击电压的不同，随机分为A、B、C、D和E5组，其中E组为对照组。
每组按观察时间又分为4个小组，分别于冲击后即刻、1周、2周和3周予以解剖，具体分组方法见表2和表3。
表2液电式波源实验动物分组（附波形图5-8）
组别
冲击电压（KV）
声压峰值
动物数量（头）
压缩（MPa）
膨胀（MPa）
即刻
1W
2W
3W
A
7
22.01
0.917
2
2
2
2
B
8
25.45
0
2
2
2
2
C
9
29.58
0
2
2
2
2
D
10
33.71
4.6
2
2
2
2
E
0
0
0
1
1
1
1
*本次液电式测试使用的ZS-1000针式水听器灵敏度为：
0.436uV/Pa
脉冲压力计算公式：
脉冲峰值电压（单位：
uV）
脉冲压力（单位：
Pa）=---------------------------------
针式水听器灵敏度（单位：
uV/Pa）
9.6×106（uV）
---------------------------------=22.01×106（Pa）
0.436（uV/Pa）
图5液电式A组波形图（7KV）
11.1×106（uV）
---------------------------------=25.45×106（Pa）
0.436（uV/Pa）
图6液电式B组波形图（8KV）
12.9×106（uV）
---------------------------------=29.58×106（Pa）
0.436（uV/Pa）
图7液电式C组波形图（9KV）
14.7×106（uV）
---------------------------------=33.71×106（Pa）
0.436（uV/Pa）
图8液电式D组波形图（10KV）
表3电磁式波源实验动物分组（附波形图9-12）
组别
冲击电压（KV）
声压峰值
动物数量（头）
压缩（MPa）
膨胀（MPa）
即刻
1W
2W
3W
A
12
19.34
5.494
2
2
2
2
B
13
24.61
8.791
2
2
2
2
C
14
28.13
10.10
2
2
2
2
D
15
33.40
10.54
2
2
2
2
E
0
0
0
1
1
1
1
*本次电磁式测试使用的ZS-1000针式水听器灵敏度为：
0.455uV/Pa
脉冲压力计算公式：
脉冲峰值电压（单位：
uV）
脉冲压力（单位：
Pa）=---------------------------------
针式水听器灵敏度（单位：
uV/Pa）
8.8×106（uV）
---------------------------------=19.34×106（Pa）
0.455（uV/Pa）
图9电磁式A组波形图（12KV）
11.2×106（uV）
---------------------------------=24.61×106（Pa）
0.455（uV/Pa）
图10电磁式B组波形图（13KV）
12.8×106（uV）
---------------------------------=28.13×106（Pa）
0.455（uV/Pa）
图11电磁式C组波形图（14KV）
15.2×106（uV）
---------------------------------=33.40×106（Pa）
0.455（uV/Pa）
图12电磁式D组波形图（15KV）
4.实验方法：
应用氯胺酮（15～20mg/kg）肌注麻醉后，用剃刀剃除2侧胁腹部猪毛，用特制的固定架将猪仰卧位固定（图13），用76%的泛影葡胺（1ml/kg）
作静脉肾盂造影（图14），在X线透视的引导下将F2定位于肾脏。
用自制的腹
图13用特制的固定架将猪仰卧位固定
图14静脉肾盂造影对肾脏进行定位
带在猪腹中部加压以延缓造影剂过快排入膀胱和限制呼吸对肾脏移动的影响。
每头猪采用相同的电压冲击2侧肾脏，每侧冲击2500次，频率为60次/min，液电式碎石机每冲击2500次更换一个电极，电磁式碎石机不需要更换。
将实验动物分别于冲击后即刻、1周、2周和3周处死，并立即取出双侧肾脏，肉眼和光镜下（HE染色）观察其形态的改变。
结果
一、液电式
2头猪接受冲击波处理后在观察期内死亡，其中C组1头，D组1头，解剖后取出肾脏，可见其损伤程度在3～4级。
1.肉眼观察：
所有受冲击的肾脏均有肉眼可见的损伤性改变，由于呼吸幅度的影响，损伤范围比冲击波焦斑大约1.5～3cm，但以焦斑中心区为重，且损伤随电压的增加而加重，随时间的发展而逐渐恢复。
对照组肾脏无任何异常。
1.1冲击后即刻：
肾脏损伤情况见表4（图15、图16）。
表4冲击后即刻肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
0
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
4
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
3
0
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
1
4
0
图15冲击后即刻
图16冲击后即刻剖面图
1.2冲击后1周：
肾脏损伤情况见表5（图17、图18）。
表5冲击后1周肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组△
E组
0
无任何异常
3
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
1
3
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
1
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
0
2
0
△D组在1周观察期间死亡1头猪
图17冲击后1周
图18冲击后1周剖面图
1.3冲击后2周：
肾脏损伤情况见表6（图19、图20）。
表6冲击后2周肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组△
D组
E组
0
无任何异常
4
3
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
1
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
0
4
0
△C组在2周观察期间死亡1头猪
图19冲击后2周
图20冲击后2周剖面图
1.4冲击后3周：
肾脏损伤情况见表7（图21、图22）。
表7冲击后3周肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
4
4
1
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
0
2
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
0
1
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
0
3
0
图21冲击后3周
图22冲击后3周剖面图
2.光镜观察：
所有受冲击的肾脏都有镜下可见的病理改变，损伤程度随能量的增加而加重，随时间的推移而逐渐恢复，但是当焦斑压力达到一定程度后（＞25.45MPa），所引起的损伤是不可逆的（至少短期内）。
所有对照组肾脏无任何病理改变。
2.1A组（7KV=脉冲压力：
22.01Mpa）镜下改变：
冲击后即刻可见受冲击部位包膜下肾实质、间质见点灶状出血，间质散在淋巴细胞浸润，肾小球形态基本正常，囊内可见少量红细胞和蛋白浆液渗出，滤过膜轻度受损，肾小管上皮细胞轻度浊肿、空泡化改变，管腔变小，管腔内可见粉染的蛋白质颗粒（图23A）；1周后上述改变基本恢复正常（图23B）。
图23
A,冲击后即刻肾小球、肾小管内少量浆液性渗出，部分肾小管上皮细胞浊肿；
B，冲击后1周，肾小球、肾小管形态基本恢复正常
2.2B组（8KV=脉冲压力：
25.45Mpa）镜下改变：
冲击后即刻可见受冲击部位包膜下肾实质、间质不同程度条索状出血，肾小球囊内可见多量红细胞和蛋白浆液渗出，间质少量淋巴细胞浸润，部分肾小球基底膜破裂，失去正常形态，肾小管上皮细胞浊肿，灶状坏死，部分肾小管扩张，其内有血性液体聚集，弓状动脉和小叶间动静脉内皮细胞轻度损伤，管腔缩小，不规则（图24A）；1周后，肾小管形态接近正常，肾小球内仍可见蛋白浆液，未见红细胞，髓质仍可见点状出血，但较冲击后即刻明显减轻，间质轻度水肿，淋巴细胞浸润，动、静脉形态基本正常（图24B）；2周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常，间质内可见散在淋巴细胞浸润（图24C）；3周后基本恢复正常（图24D）。
图24
A，冲击后即刻间质不同程度条索状出血；
B，1周后肾小球、肾小管内可见蛋白浆液；
C，2周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常，间质内可见散在淋巴细胞浸润；
D，3周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常；
2.3C组（9KV=脉冲压力：
29.58Mpa）镜下改变：
冲击后即刻可见肾组织内可见较大范围的出血，间质内可见多量红细胞，出血灶周围淋巴细胞浸润，部分肾小球受压变形，部分肾小球破裂，滤过膜损伤，肾小管成灶状或小片状坏死，肾小球、肾小管内可见浆液渗出，部分动静脉扩张，血管内皮细胞受损，可见红细胞溢出（图25A）；1周后肾组织内出血灶仍存在，间质内淋巴细胞浸润，部分肾小球萎缩，其内可见蛋白浆液，肾小球毛细血管扩张充血，可见血栓形成，肾小管、集合管扩张，管腔内出现蛋白管型和细胞管型，肾小管上皮细胞肿胀明显（图25B）；2周后未见明显出血灶，部分肾小球萎缩，部分代偿性肥大，间质仍可见淋巴细胞浸润伴肉芽组织形成，部分肾小管管腔内可见蛋白管型（图25C）；3周后表现与2周后基本相同，但是间质可见到不同程度的纤维组织增生，肾包膜稍增厚（图25D）。
图25
A，冲击后肾组织内可见较大范围的出血，部分肾小球受压变形；
B，1周后肾组织内出血灶仍存在，间质内淋巴细胞浸润，部分肾小球萎缩，其内可见蛋白浆液；
C，2周后间质仍可见淋巴细胞浸润伴肉芽组织形成；
D，3周后间质可见到不同程度的纤维组织增生；
2.4D组（10KV=脉冲压力：
33.71Mpa）镜下改变：
冲击后即刻可见肾组织内广泛（甚至整个视野）出血灶，其中央组织被完全破坏，可见大量血小板、纤维素和白细胞，在出血灶周围可见肾小球、肾小管和血管壁的碎片，周围组织明显受压变形，肾小球、肾小管和血管的基本表现同9KV组，但损伤范围更广，程度更重（图26A）；1周后上述改变仍存在，但有所减轻，可见大量炎性细胞浸润（图26B）；2周后出血灶开始机化吸收，出血区域未见完整的肾单位，间质内可见灶性淋巴细胞浸润，出血灶周围可见肾小球萎缩或代偿性肥大，肾小球、肾小管内可见蛋白管型（图26C）；3周后可见包膜增厚，肾组织陈旧性出血，其中可见含铁血黄素和钙沉积，纤维组织呈带状增生，间质弥漫性纤维化伴淋巴细胞浸润，增生的纤维组织部分呈玻璃样变，肾小管内皮细胞萎缩，部分管腔扩张，其内可见坏死颗粒或蛋白管型（图26D）。
图26
A，冲击后即刻可见肾组织内广泛出血灶，其中央组织被完全破坏；
B，1周后出血灶仍存在，可见大量炎性细胞浸润；
C，出血灶开始机化吸收，出血区域未见完整的肾单位，间质内可见灶性淋巴细胞浸润；
D，肾组织陈旧性出血，可见含铁血黄素和钙沉积，增生的纤维组织部分呈玻璃样变；
二、电磁式
3头猪接受冲击波处理后在观察期内死亡，其中C组1头，D组2头，解剖后取出其肾脏，可见肾脏损伤程度在3～4级。
1.肉眼观察：
所有受冲击的肾脏均有肉眼可见的损伤性改变，以焦斑中心区为重，且损伤随电压的增加而加重，随时间的发展而逐渐恢复。
对照组肾脏无任何异常。
1.1冲击后即刻：
肾脏损伤情况见表8（图27、图28）。
表8冲击后即刻肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
0
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
4
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
3
0
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
1
4
0
图27冲击后即刻
图28冲击后即刻剖面图
1.2冲击后1周：
肾脏损伤情况见表9（图29、图30）。
表9冲击后1周肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组△
E组
0
无任何异常
3
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
1
3
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
1
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
0
2
0
△D组在1周观察期间死亡1头猪
图29冲击后1周
图30冲击后1周剖面图
1.3冲击后2周：
肾脏损伤情况见表10（图31、图32）。
表10冲击后2周肾脏损伤情况
损伤分级
病变程度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组△
D组△
E组
0
无任何异常
4
3
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
1
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血（＞1cm）
0
0
0
2
0
△C组和D组在2周观察期间各死亡1头猪
图31冲击后2周
图32冲击后2周剖面图
1.4冲击后3周：
肾
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