感染肾的引流：支架大小不重要​

Drainage of infected kidneys with ureteral stents: does size matter?Cite this article

Modai, J., Shilo, Y., Leibovici, D. et al. Drainage of infected kidneys with ureteral stents: does size matter?. World J Urol 40, 2041–2046 (2022). https://doi.org/10.1007/s00345-022-04070-8

用输尿管支架引流受感染的肾脏：大小重要吗？

我们研究的目的是使用体外模型评估不同直径的输尿管支架排出积聚在阻塞肾脏中的脓液的能力。方法 我们开发了一个充满脓液的阻塞肾脏的体外模型。该模型包括基于计算机断层扫描 (CT) 数据的硅肾单元、基于真实提取的输尿管结石的 3D 打印输尿管结石、乳胶输尿管模型、膀胱血管和具有类似脓液的液体。相同的打印石头被插入四个输尿管模型，其中包含不同直径（4.8F、6F、7F、8F）的支架，每个模型都连接到肾脏单元和膀胱血管。肾脏单元充满人工脓液，压力为 30 cmH 2 O，以模拟受感染和阻塞的肾脏。置入支架后梗阻解除，人工尿液泵入肾脏；连续测量肾脏压力和剩余脓液。结果在肾脏中测量的压降速率和最终压力不受支架直径的影响。对于所有支架直径，压力在 30 秒内达到无阻塞水平，最终压力在 90-120 秒内达到，120 分钟后肾脏中残留少量脓液。结论体外实验表明，所有直径的支架都能以相同的功效排出充满脓液的阻塞肾脏。应该重新审视在这种情况下更大直径的管子更有效的普遍看法。

肾结石是一种影响约 8.8% 的普通人群的疾病 [ 1 ]。大多数病例表现为肾绞痛，其中一些通过保守治疗希望结石自发排出，而另一些则需要手术干预以进行肾脏减压和/或取石。出现阻塞性结石和发热的患者是一种特殊情况，因为他们需要抗生素治疗和紧急肾引流来控制感染过程。任何延迟干预或尝试保守治疗都可能导致败血症甚至死亡 [ 2 ]。一般认为，与较小直径的管相比，较大直径的管可以更好地排出积聚在肾脏集合系统中的脓液。然而，虽然肾造口管的直径往往比输尿管支架大，但评估输尿管支架与肾造口管相比对肾积脓患者的有效性的研究未能证明这两种方式的优越性 [ 3 , 4]。这导致一些临床医生建议首先在可能的情况下使用支架 ]，并为病情较重或结石较大的患者保留肾造口管。尽管尚未证明大直径的肾造口管在引流受感染的肾脏时是有利的，但在这种情况下，许多泌尿科医生在选择使用支架时更喜欢更大直径的支架。据我们所知，这个概念从未被研究过。我们研究的目的是评估不同支架直径在体外模型中对充满脓液的梗阻肾脏进行减压的效果。

材料和方法

体外肾-输尿管-支架-膀胱模型

我们开发了一种具有梗阻性输尿管结石模型的体外肾-输尿管-支架-膀胱系统（图 1）。对于肾脏，我们使用了来自正常人体腹部和肾脏采集系统的 CT 成像文件的数据，这些数据可从标准库 ( www.slicer.org ) 免费获得，以及来自另一个库 ( www.kaggle.com )的其他 CT 数据. 随后，使用 3D 打印创建了具有代表性的肾盏和骨盆 3D 蜡模型，然后进行蜡铸造工艺（图 1b）。将蜡模型放置在肾形模具中，并将硅浇注到模具中。硅固化后，蜡从肾脏单元中液化出来（图 1c）。

图1  

实验装置显示了完整的肾脏-输尿管-膀胱系统，并带有阻塞的输尿管结石。a整个系统的示意图，b基于 CT 的花萼和肾盂的花萼蜡模型，以及c硅肾单元。在c中，上、中、下花萼的三个小管连接到注射泵。插入骨盆的管子连接到压力计，以确定肾脏单元中的压力。最上面的花萼中的管子让空气和人造尿液排出肾脏单元，当它充满人造尿液时，然后在压力下流脓

我们将小管插入上、中和下花萼，并将管连接到注射泵 (KD Scientific)。将第四根管子插入肾脏单元的骨盆并连接到压力计，以实现肾脏单元内的压力测定。将第五根管子插入最上面的花萼，让空气和人造尿液排出肾脏单元，同时在压力下充满人造脓液（见下文）。对于输尿管模型，我们使用具有代表人类输尿管特性的乳胶管，如我们之前的研究 [ 8 , 9 , 10 ]。该管具有 3.175 毫米的内径和 0.79 毫米的壁厚（NEWTEX，NewAge ® Industries，Inc.）。我们使用聚乳酸丝打印 3D 结石，在泌尿外科手术中取出约 4 毫米的输尿管结石后对其进行建模，从而创建相同的结石来模拟阻塞的输尿管结石。在四个相同尺寸的输尿管模型的中间插入一块印刷石头。在每颗结石旁边，插入直径为 4.8F、6F、7F 或 8F 的聚合物支架（Percuflex Plus，Boston Scientific ®）。作为对照，我们使用了没有印刷结石和支架的输尿管模型。每个输尿管模型在一侧连接到肾脏单元，在另一侧连接到膀胱血管。预计阻塞和感染肾脏中的脓液粘度高达 2.9 泊（在室温下），这是 Picot 等人报告的上限。[ 11 ]。我们使用了基于 Griffith 等人描述的公式的人造尿液。[ 12 ]，添加鸡白蛋白以模拟尿液中的胶体成分，如先前研究中所述 [ 13 , 14 , 15]。为了合成人工脓液，在人工尿液中加入 2500 g 糖和另外 10 g 鸡白蛋白，使用制造商在 40 ℃下达到～2.4 泊的液体粘度（由粘度计测定；D236X，CANNON 仪器公司） - 提供校准系数，从而模拟发烧患者体温下的脓液粘度。人工脓液由两名高级泌尿科医师检查，他们确认其稠度与真实脓液相似，并显示出逼真的流动特征。在人工脓液中添加人工食用色素以促进图像分析和区分脓液和人工尿液（见下文）。

体外模型实验

最初，整个肾脏-输尿管-膀胱系统都充满了人工尿液。然后通过注射人工脓液排出尿液，填充模型的肾脏-输尿管部分，直至阻塞结石的位置。这是在允许多余的人造尿液通过最上部花萼中的管排出的同时实现的，同时阻塞膀胱血管的出口，以将系统加压至高于肾脏单位静息压力 30 cmH 2 O。该压力模拟了 Whitaker 测试定义的阻塞 [ 16 , 17]。整个模型以模拟仰卧位患者的方向定位。为了模拟支架插入充满脓液、阻塞的肾脏的瞬间，随后肾压降低，释放膀胱出口，同时以模拟正常肾脏尿液产生的速度（50 mL/h）将人工尿液注入肾脏）。摄像机每秒记录一次压力计压力，以记录压力下降。对于四种支架直径中的每一种和对照，实验一式四份地进行。为了更好地了解脓液引流对肾压的影响，我们测量了需要从肾单位清除的人工脓液量，以将压力降低 30 cmH 2O 肾单位静息压力。所有实验均在 37 ℃恒温箱中进行。对于每个支架直径，一个实验持续 120 分钟以评估支架直径对肾脏单元内剩余脓液量的影响。

结果

图 2描绘了对于每个支架直径和对照运行的测量的肾压降的四次实验的平均结果，作为时间的函数；还给出了测量的标准偏差。在每个一式四份的实验中，对于所有支架直径，肾压在 30 秒内达到 Whitaker 测试 [ 16 , 17 ]所描述的畅通水平- 远低于 10 cmH 2 O -。此外，在所有情况下，压力在 90-120 秒内达到平衡，在所有情况下临床上都可以忽略不计。在控制运行中，减压速度更快，在 15 秒内达到通畅水平，在 30 秒内达到平衡。

图 2  

在存在不同支架直径和对照的情况下，作为时间函数的肾压 (cmH 2 O)测量的平均结果（一式四份实验） 。对于每个支架直径和对照运行，每次测量的标准偏差通常 < 3 cmH 2 O；标准偏差在 90 秒时< ~ 1.6 cmH 2 O，在 120 秒及之后< ~ 1.1 cmH 2 O

将肾脏压力从高于肾脏单位静息压力的 30 cmH 2 O 降低到肾脏静息压力需要从肾脏单位排出约 0.8 mL 的人工脓液。120分钟后，肉眼检查清楚地表明，无论支架直径如何，几乎所有的人工脓液都从肾脏单元中清除，每个花萼最依赖的部分仅留下少量人工脓液（图 3）。

图 3  

对于 4.8F 支架，120 分钟后，脓液残留在肾单位（由三个箭头表示）中，在花萼的依赖部分。所有支架直径都获得了基本相同的结果

讨论

阻塞和感染的肾脏是危及生命的事件，需要紧急肾脏减压 [ 2 ]。泌尿科医师普遍认为，使用较大直径的管子给肾脏减压会比较小直径的管子更有效地排出肾脏集合系统内的脓液，从而改善患者的预后。然而，大多数在这些患者中比较使用双辫子支架与较大直径肾造口管的研究都未能证明这两种方法的优越性 [ 3 , 4 ]。只有一项研究显示肾造口管在辐射暴露时间、舒适度和抗生素治疗时间方面的优势，但在总体生存率方面没有优势 。我们的结果表明，无论支架直径如何，肾脏单元在 90 秒内完全减压。减压率和最终肾压相似，差异在临床上不显着。对于在所有支架直径中观察到的快速和相似的压降，有几种可能的解释。首先，我们发现只需约 0.8 mL 的人工脓液从肾脏单元排出即可将压力降低 30 cmH 2O. 这是由于人造尿液和脓液的可压缩性非常低：一旦血管容量和弹性效应耗尽，液体体积的微小变化就会导致压力急剧变化。肾脏顺应性会影响这种压力变化，但我们预计这种影响会受到限制，因为肾脏不用于储存尿液，并且其顺应性受到其实质和囊的阻碍。其次，先前的计算流体动力学和体外研究评估了使用输尿管支架引流肾脏（由于外部输尿管压力而阻塞），表明肾脏中压力的增加需要支架和输尿管之间 100% 的管腔闭塞，并且超过 90% 的支架管腔阻塞 [ 19 , 20]。这些结果基于经过验证的流体动力学原理，表明最小引流路径足以实现有效的肾脏减压。对于所有支架直径而言，脓液排空时间较长（至 120 分钟）相似，在实验结束时肾单位最依赖的部分中残留的脓液量最少（图 3）。我们的结果表明，任何直径的输尿管支架的插入都将导致在急性情况下充分减压。因此，如果使用大直径支架的输尿管导管插入术因结石嵌塞而失败，可以尝试在中止手术之前插入直径较小的支架，并将患者转向经皮肾造口管插入。此外，一些可用的数据表明较大的支架直径会增加患者的不适感 [ 21 ]，这为插入较小直径的输尿管支架提供了潜在的优势。另一方面，对于小直径支架的长期疗效存在一些担忧。Shilo 等人的体外研究。[ 9]，随着时间的推移评估受外部压缩阻塞的输尿管中的支架通畅性，发现小直径支架倾向于在较短的时间内闭塞。在存在感染的输尿管结石的情况下，输尿管支架的晚期闭塞可导致肾脏再次感染，需要第二次手术干预和住院治疗；它甚至可能导致发病率和死亡率增加。因此，使用小直径输尿管支架减压受感染和阻塞的肾脏可能需要在几周而不是几个月内进行更快的后续干预，以便在支架闭塞发生之前去除结石。人工脓液倾向于在肾脏单位最依赖的部分积聚的观察结果使我们评估了患者体位对脓液排出的影响。我们发现，将整个肾脏-输尿管-膀胱系统定位在俯卧患者的方向会导致人工脓液相对快速地（在几分钟内）从依赖的花萼中排出，然后从肾脏单元中排出。这一发现表明，指导患者随着时间的推移改变位置可能有助于脓液排出，这反过来又可以改变再感染率或未来结石形成的速度。事实上，已知患者体位会改变肾脏清除率：。这项研究有四个主要限制，主要与我们的体外模型有关。首先，这里使用的人造脓液粘度高，胶体浓度高，但缺乏活的和死的细菌、白细胞和多种其他成分（例如，DNA、RNA）。这些成分可能会影响可压缩性和/或任何粘附于支架壁的趋势，从而影响脓液排出时间和由此产生的肾压力曲线。为了减轻这种限制，我们使用了粘度在 Picot 等人报道的上限的人造脓液。[ 11]。我们的理由是，如果最稠的液体的排出不受支架直径的影响，那么添加其他成分的影响相对较小。此外，回顾所有情况下压力在 90-120 秒内达到平衡，脓液中其他成分（例如细菌和免疫系统细胞碎片）引起的压力下降速率的微小变化，即使在几分钟内，也可以被认为是无临床意义的。

其次，输尿管模型缺乏蠕动活动，预计会影响脓液引流。然而，我们的模型是相关的，因为输尿管内支架的存在往往会降低蠕动活动，而阻塞和扩张的输尿管被认为会完全失去蠕动活动。此外，预计输尿管蠕动活动可促进和增强脓液排出和肾脏减压，鉴于在我们的模型中观察到的减压曲线迅速下降，包括蠕动的影响可能没有什么临床意义。另一个限制是我们的模型没有考虑感染和梗阻对肾脏尿液产生的影响。虽然众所周知，肾梗阻缓解有时会伴随梗阻后利尿 [ 27]，感染可能会减轻或加重这种影响。因为在这种情况下的实际尿液产生是未知的，我们在我们的模型中规定了正常的尿液产生。随着支架放置时间的延长，超出了当前研究的范围，细菌感染的影响可导致支架定植、生物膜形成、感染持续性和支架通畅率降低。在临床实践中，一旦肾压正常且大量脓液排出，支架置入较长时间可能产生的负面影响可以通过相对早期的腔内介入去除阻塞性结石来缓解。最后，虽然实际的正常肾脏顺应性值似乎未知，但硅肾单元的顺应性似乎不太可能与真实肾脏的顺应性相匹配。因此，虽然降低肾压所需的液体量取决于肾顺应性，但我们的模型可能无法代表肾系统减压所需的实际排出液体量。然而，如上所述，有限的顺应性对于减轻全肾体积变化较小时可能发生的急剧压力波动几乎没有作用，因此可以预期相对少量的脓液引流足以使肾脏减压。

结论

据我们所知，这是第一个比较评估不同直径输尿管支架排出充满脓液的阻塞肾脏的能力的体外研究。我们的体外模型表明，无论支架直径如何，支架插入都会导致肾脏立即有效引流。因此，应该重新审视在这种情况下更喜欢大直径管子的看法。显然，这些发现需要临床试验才能得出结论，因为它们依赖于无法完全模拟现实生活场景的体外模型。