基于“筋脉横解，肠澼为痔”理论研究兔直肠粘膜内脱垂的发生机制

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1.福建中医药大学附属第二人民医院，福建 福州 350003；2.福建省中医药研究院，福建 福州 350003；3.福建中医药大学附属人民医院，福建 福州 350004

直肠粘膜内脱垂(Internal Rectal Prolapse,IRP)是出口型便秘的常见病因之一，发病率为外脱垂的3～10倍[1]。临床表现为排便困难、排便不尽感、排便次数增多[2]和慢性肛门疼痛[3]等症状。临床上采用注射疗法[4]、STARR手术[5]等方法治疗有效，但有专家认为外科手术对改善IRP症状无效[6]。分析治疗失败的原因，主要与目前对IRP的本质及病变过程未明确有关[7]。笔者旨在前期IRP动物模型[8]的基础上，研究IRP发生的阶段性特征，探讨IRP的发生机制，以期对临床治疗提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 动物 174只健康新西兰兔，雌雄各半，1月龄，体重0.7～0.8kg，分别编号。由上海松联实验动物养殖场提供[许可证号：scxk(沪)2012-0011]。兔由福建省中医药研究院比较医学研究中心统一饲养，对兔的处置符合中《关于善待实验动物的指导性意见》[9]中的规定。

1.2 药物与仪器 生大黄液、番泻叶液、无水酒精等由福建中医药大学附属第二人民医院制剂室提供。 AGIC-20KN万能材料试验机，50倍读数显微镜，UPER-SAP有限元软件。

1.3 方法

1.3.1 动物造模 按照前期IRP兔的造模方案[8]，采用中药生大黄液和番泻叶液灌胃、站立与无水酒精肛周注射3种方法联合造模，时间为2个月。

1.3.2 模型标准 按照前期IRP兔的模型标准[8]：①肛门镜下见松弛的直肠黏膜遮挡肛镜视野范围在3/4上；②排便时兔直肠黏膜未脱出肛外；③直肠HE染色镜下见：直肠粘膜层腺体增生，炎细胞浸润聚集，粘膜下层血管扩张、间质疏松水肿。

1.3.3 动物分组

1.3.3.1 雄兔 将78只雄兔按随机数字表随机分为4组：①正常组 6只兔，未造模时即解剖研究；②造模早期组(即造模第1天至第20天) 24只兔，开始造模后，分别于造模第5天、第10天、第15天、第20天随机选取6只兔，行解剖研究；③造模中期组(即造模第21天至第40天) 24只兔，开始造模后，分别于造模第25天、第30天、第35天、第40天随机选取6只兔，行解剖研究；④造模晚期组(即造模第41天至第60天) 24只兔，开始造模后，分别于造模第45天、第50天、第55天、第60天随机选取6只兔，行解剖研究。

1.3.3.2 雌兔 78只雌兔分组研究方法同雄兔。

1.3.4 解剖取材 在水合氯醛兔耳缘静脉麻醉后，以组织剪于兔肛门直肠外缘周围分离肛门直肠，腹侧分离至坐耻骨合缝下缘，左右两侧分离至坐骨缘，背侧分离至尾骨与荐骨交会处。以刀全程切开坐耻骨合缝至耻骨上缘，钝性分离直肠与髋骨、荐骨之间的组织。平行耻骨上缘切断分离出直肠，剥离附于肠壁上的周围组织。以刀将兔肛门直肠左右对半分离成两部分，分别行病理与力学研究。

1.3.5 病理观察

1.3.5.1 制片 常规取距肛缘1.5 cm的直肠组织(若发现常规取材处附近粘膜病变更显著，则选取病变更显著处制片)，通过固定、冲洗、脱水、透明、浸蜡、包埋、染色、常规脱水、透明、封片等步骤进行制片。

1.3.5.2 观察分析 光学显微镜下观察直肠壁粘膜层、粘膜下层、肌层、浆膜层等各层的病理改变。记录腺体、血管、炎细胞、间质等形态学变化情况。

1.3.6 力学分析

1.3.6.1 取材 沿直肠纵轴取一长1.5 cm、宽0.5 cm的直肠组织。以特制刀片分离兔直肠为两部分，一部分为直肠粘膜层与粘膜下层，另一部分为直肠肌层与浆膜层。取材在兔解剖当时完成，置于生理盐水纱布包裹，30 min内行生物力学指标测试。

1.3.6.2 指标测算 在直肠粘膜层与粘膜下层纵轴中段上取a、b两点，在a、b两点间横向上取c、d两点。先用50倍读数显微镜读取静止状态下a、b两点间的长度(L1，单位:mm)与c、d两点的宽度(L2，单位:mm)，然后用50倍读数显微镜读取组织的厚度，将上述数据，输入试验机的电脑。组织两端固定于万能材料试验机的夹板上，往两端行最长拉伸，记录最长拉伸所用的力(P，单位:牛)、行最长拉伸时粘膜的横截面积(A，单位:mm2)、拉伸后a、b两点粘膜的长度(L3，单位:mm)与宽度(L4，单位:mm)，计算拉伸前后长度的改变△L1(△L1= L3-L1，单位:mm)与宽度的改变△L2(△L2= L2-L4，单位:mm)。实验中试验机的电脑将实时自动显示应力与应变的关系曲线。计算公式具体如下：

①杨氏弹性模量(E,单位:MPa)：E= P/(A*△L1/L1)；

②泊松比(μ)：μ=(△L2/L2)/(△L1/L1)；

③剪切弹性模量(G,单位: MPa)：G=E/[2*(1+u)]。

1.3.6.3 计算直肠粘膜脱垂量 将测得的杨氏弹性模量、泊松比、剪切弹性模量等力学指标输入兔肛门直肠有限元模型中，在设定的直肠粘膜脱垂力条件下计算得出直肠粘膜852节点的脱垂量，前期发现该节点为粘膜脱垂相对显著处。

1.3.7 统计学处理 数据采用SPSS20.0软件分析，以(mean±SD)形式表示，比较用t检验和单因素方差(One-way ANOVA)分析，P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 实验动物数量分析 纳入兔174只，实验中18只死亡(9只雌兔、9只雄兔)及时补充，最终156只兔进入结果分析无脱失值。

2.2 造模不同时期直肠HE染色后镜下征象 正常兔镜下征象见粘膜层腺体排列整齐，腺上皮细胞分化良好，粘膜下层未见血管扩张、间质水肿(如图1所示)；造模早期镜下征象见粘膜层轻度炎细胞浸润，粘膜下层小血管轻度扩张、间质疏松水肿(如图2、3所示)；造模中期镜下征象见粘膜层中度炎细胞浸润，粘膜下层血管中度扩张、间质疏松水肿(如图4、5所示)；造模后期镜下征象见粘膜层腺体增生、重度炎细胞浸润，粘膜下层血管重度扩张、间质疏松水肿(如图6、7所示)。

2.3 力学指标 造模不同时期直肠粘膜层与粘膜下层的杨氏弹性模量、泊松比与剪切弹性模量等力学指标及直肠粘膜852节点位移量的比较，见表1～3。

分组测试时间例数/只杨氏弹性模量/Mpa泊松比剪切弹性模量/Mpa852节点位移量/mm雄性正常组61.5049±0.08530.4515±0.00070.5183±0.02961.3150±0.0138造模第5天61.8672±0.0718*0.4485±0.0006*0.6444±0.0249*1.3517±0.0117*造模第10天62.2646±0.1055*0.4469±0.0005*0.7826±0.0367*1.3683±0.0117*造模第15天62.6788±0.1088*0.4450±0.0006*0.9267±0.0376*1.4100±0.0141*造模第20天63.0891±0.1047*0.4432±0.0004*1.0700±0.0365*1.4450±0.0105*雌性正常组61.5088±0.0995△0.4516±0.0006△0.5197±0.0344△1.3067±0.0151△造模第5天61.8559±0.0748*△0.4486±0.0006*△0.6406±0.0260*△1.3450±0.0105*△造模第10天62.2883±0.0740*△0.4468±0.0005*△0.7908±0.0259*△1.3700±0.0126*△造模第15天62.6902±0.0837*△0.4451±0.0006*△0.9310±0.0290*△1.4033±0.0137*△造模第20天63.0860±0.0930*△0.4433±0.0005*△1.0691±0.0326*△1.4467±0.0151*△

注：与同组上一阶段比较，*P<0.05；与同一阶雄兔段比较，△P>0.1。

分组测试时间例数/只杨氏弹性模量/Mpa泊松比剪切弹性模量/Mpa852节点位移量/mm雄性造模第25天63.5314±0.08330.4421±0.00041.2243±0.02921.4750±0.0105造模第30天63.9000±0.0921*0.4411±0.0003*1.3530±0.0321*1.5117±0.0147*造模第35天64.2856±0.0701*0.4393±0.0008*1.4880±0.0245*1.5400±0.0089*造模第40天64.6877±0.0843*0.4375±0.0004*1.6339±0.0298*1.5683±0.0117*雌性造模第25天63.5147±0.10140△0.4422±0.0004△1.2186±0.0355△1.4733±0.0121△造模第30天63.8796±0.0987*△0.4410±0.0003*△1.3461±0.0344*△1.5067±0.0103*△造模第35天64.3004±0.1087*△0.4394±0.0008*△1.4943±0.0380*△1.5400±0.0167*△造模第40天64.6976±0.0706*△0.4374±0.0005*△1.6303±0.0268*△1.5633±0.0163*△

注：与同组上一阶段比较，*P<0.05；与同一阶雄兔段比较，△P>0.1。

注：与同组上一阶段比较，*P<0.05；与同一阶雄兔段比较，△P>0.1。

3 讨论

中医学最早对痔的病因记载见于《素问》，其《生气通天论》中谓:“因而饱食，筋脉横解，肠澼为痔”。古代医学认为脱肛属“痔”病范畴，如《疮疡经验全书》将脱肛称“肛痔”。西医认为IRP属中医“脱肛”范畴。“筋脉横解，肠澼为痔”认为脱肛是经脉因癖血积聚而懈怠、松弛、滑脱的病理改变[10]，IRP的发生与筋、脉关系密切。因此，在IRP造模不同阶段，取直肠组织行微观病理分析与宏观生物力学有限元测试，从而研究IRP的病变过程。

有限元模型作为生物力学的一种有效研究手段，是模拟软组织形变最经典的方法[11]。生物力学仿真结果已被证明是准确和可信的[12-13]，逐渐应用于肛门直肠疾病的研究。它的建立需测算杨氏弹性模量、泊松比及剪切弹性模量等力学指标。这些指标材料性质的物理量，标志材料的刚性。材料的杨氏弹性模量与剪切弹性模量越大，越不容易发生形变。本研究拟运用这些指标研究直肠组织的刚度，分析在脱垂过程中直肠组织所发生的力学改变。

宋红芳等[14]基于磁共振影像学资料，采用MIMICS有限元软件重构肛提肌的几何结构，应用有限元分析方法仿真计算肛提肌的应力分布，发现盆腔脏器脱垂和不同程度的压力性尿失禁4种病理状态下的高腹压，可对肛提肌产生较大的应力，容易造成肛提肌组织损伤。牛海军等[15]对不同阶段的兔关节炎软骨样本进行病理学分级，运用三相模型估计软骨的轴向弹性模量，并进行相关性分析,发现不同病理学关节炎等级软骨样本的三相力学特性有明显差异。

本研究发现：在微观病理学方面，在IRP造模不同时期，直肠粘膜层不同程度炎细胞浸润，粘膜下层小血管逐渐扩张，间质疏松水肿，该病理结果符合“筋脉横解，肠澼为痔”理论；在宏观生物力学有限元方面，直肠粘膜层与粘膜下层的杨氏弹性模量、剪切弹性模量在造模的中、早期逐渐增加，但在造模后期指标逐渐降低，泊松比呈相反的变化趋势，直肠粘膜852节点的位移量逐渐增加。从力学研究看，该结果与病理结果似有不相符的地方。但结合兔的生理学特征，本项目所研究的兔为1～3个月，相当于人的1～10岁阶段，直肠组织处于生长发育过程中，所以虽然造模的中早期呈现炎细胞轻中度浸润等病理改变，但兔直肠组织的杨氏弹性模量等力学指标仍呈增长趋势。伴随造模后期直肠粘膜层重度炎细胞浸润，粘膜下层血管重度扩张等病理改变，直肠组织的杨氏弹性模量等力学指标呈下降趋势。

综上，不同病理学阶段的兔肛门直肠力学特性存在统性学差异，可能是IRP的发生机制之一。

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