专题笔谈｜胃食管反流的力学基础与外科治疗策略

2    胃食管反流的力学基础

2.1    胸腔与腹腔之间存在压力差    食管为一肌性管道，经过颈、纵隔到达腹腔，与胃相连。纵隔位于胸腔内，胸腔与腹腔之间存在压力差，而这种压力差对穿行于其中的食管腔内压力构成影响。

人在静息状态下呼气时，胸腔内为负压，关闭声门用力吸气时，胸腔压可降至-90 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）。通常，胸腔压处于负压状态（-4~-8 mmHg），而腹腔内为正压，仰卧位腹内压通常<10 mmHg。根据世界腹腔间隔室综合征联合会（World Society of the Abdominal Compartment Syndrome，WSACS）制定的临床实践指南，正常腹内压约为5 mmHg［3］。

胸腔与腹腔的压力差是构成其内部食管出现胃食管反流的基础和动力，特别在平卧位时胃液易由压力高处向压力低处流动。但另一方面，正是由于存在压力差且集中在食管下段的某一位置，因而特别需要食管下段括约肌（lower esophageal sphincter，LES）维持持久收缩的状态，防止出现反流。LES功能对食管非常重要，若发生失常会引发GERD和贲门失弛缓症（achalasia）。

2.2    LES松弛    食管下段主要由平滑肌构成。LES在静息状态下持续保持收缩的关闭状态，并维持着较高的压力。当有吞咽动作时，LES主动松弛以利于食物、水、空气等通过。LES主动松弛主要存在以下两种情况：（1）吞咽性LES松弛（deglutitive LES relaxation，dLESR），其感觉触发可能是咽部刺激，即由吞咽反射所引发（图1）。吞咽情况下，当食物进入食管上段时，LES先主动开放（即出现松弛），以利于食物通过。dLESR是一种主动的表现，食物方向是由近端向远端。（2）短暂性LES松弛（transient LES relaxation，tLESR）。其感觉触发主要为胃扩张和食管扩张。tLESR引发由胃肌层向上逆向出现松弛信号，其运动表现为呃逆（图1）。tLESR与dLESR产生的松弛形式区别在于：（1）dLESR神经介导的松弛信号来自远端的感觉触发位点，而tLESR的感觉触发来自近端。（2）tLESR同时还抑制膈肌脚（crus of the diaphragm）肌肉的收缩。tLESR启动是从下往上，当胃底因气体、液体或食物而膨胀时，可使LES松弛，高压区暂时性丧失，发生反流。因此，多数学者认为，GERD是由于tLESR过度发生而引起食管下端内膜酸暴露后产生损害的疾病。

2.3    抗反流机制与结构    人体的上消化道具有一套系统的抗反流结构和机制，主要包括以下几个方面。

2.3.1    LES    从人体解剖角度，在食管的外侧面观察，或使用内镜、内镜超声检查食管内侧面，均很难找到LES边界；同样，使用X线和CT扫描检查也难以确定。但临床实践中，通过高分辨率食管测压（high-resolution manometry，HRM）或内镜下功能性腔道成像探针（endolumenal functional lumen imaging probe，EndoFLIP） 技术可清晰地显现LES的位置和功能（图2）。

在HRM中，LES被定义为食管远端压力增加超过胃基线的部位，持续到突然下降到胃基线以下的近端范围。LES的重要特征可以通过以下三点定义：LES总长度、腹段食管的长度和静息压力。LES的括约肌作用被认为是由食管下段环形的平滑肌和来自腹腔段食管EGJ水平的胃的扣状纤维共同产生［1］。

构成LES的肌性成分主要是平滑肌，食管平滑肌以内环行和外纵行肌层形式分布。平滑肌为不随意肌，不受意识控制，由自主神经支配，同时也受内分泌系统的调节。平滑肌的运动来自神经或激素的刺激，例如，食物到达食管的某一部位与LES形成某一反射使其自动开放（即dLESR）。平滑肌作用也使LES这一位置的张力长期存在，这是构成抗反流的最重要部分。

LES维持的张力取决于三方面因素的影响：自主神经、激素和旁分泌。支配神经主要来源于肌间食管和胃壁神经丛，具有兴奋性和抑制性神经元成分。其中，兴奋性神经元释放乙酰胆碱和P物质，而抑制性神经元释放血管活性肠肽和一氧化氮。激活抑制性神经元释放一氧化氮导致括约肌松弛。神经激素的释放还受经口摄入量的影响，且根据摄入食物的热量密度和化学成分而变化。这些机制可以较精准地控制LES的收缩与松弛。

2.3.2    膈肌脚的功能    膈是胸腔与腹腔的分界，膈的中央部为中心腱，是一种腱划样筋膜组织，周围部为横纹肌纤维。根据周围部肌纤维来源不同，分为胸骨部、肋部和腰部。依据膈肌对呼吸功能的影响，将其分为肋膈肌和脚膈肌，脚膈肌即通常表述的膈肌脚。肋膈肌收缩时胸廓下部扩张，起吸气作用；脚膈肌相反，收缩时胸廓下部缩小，起呼气作用。构成膈肌脚的肌纤维属于骨骼肌，也具有类似肛门外括约肌的功能，摒气时脚膈肌缩紧。

膈肌脚最重要的功能在于通过向EGJ施加外部压力维持其闭合，从而与LES协同发挥抗反流的作用。通常，远端食管高压区是由膈肌脚和LES共同组成，LES和膈肌脚高压区相互叠加和重叠。HH病人的测压检查结果显示由LES和膈肌脚构成的双高压区，为上述观点提供证明。多项研究结果表明，HH病人的LES压力低于正常对照［1,8］。

膈肌脚还有助于保持胃His角为锐角。当膈肌脚放松时，His角可以打开并允许呃逆、反流和呕吐发生。在His角的食管腔内部分，形成胃食管阀瓣（the gastroesophageal valve，GEV）辅助防止发生反流［4］。此作用机制与耻骨直肠肌在控制大便方面的作用相似。

2.3.3    GEV    GEV的形成是食管在胃近端的开口处出现黏膜皱褶，这种皱褶功能类似于阀瓣，可防止胃液向近端进入食管内（图3）。通过内镜观察（内镜进入胃后“U”形向上转动）可见胃和食管接合处存在一明显的凸起的黏膜褶皱。关于GEV的状态，可按Hill分级评定［4］：Ⅰ级，瓣膜关闭，沿大弯侧向上观察部可见存在明显的组织褶皱。Ⅱ级，褶皱有突出，但会突然地被打开闭合，尚存有部分功能。Ⅲ级，褶皱不明显，且所及范围未能包住内镜。Ⅳ级，有食管裂孔疝或管腔开放，GERD表现，可见食管的鳞状上皮炎性变化。

2010年，Buduhan等［5］开展的GEV相关研究中招募了10名无GERD健康志愿者，分别接受HRM和内镜检查。研究结果显示，随着体位变换，如左侧卧位、平卧位和站立位，GEV发生改变；由左侧卧位转为直立位时，GEV出现短暂性的减弱。此外，还发现在早期GERD病人中上述GEV减弱变化不大，认为与LES自身变短有关。

2.3.4    LES与膈肌脚组成重叠结构    LES（平滑肌）和膈肌脚（骨骼肌）共同构成抗反流屏障的重要结构，二者的位置决定了功能。LES和膈肌脚构成“coincide”结构，从字义上“coincide”可译为“重叠”，但英文中这种重叠有着严格的限制，即限制在同一时间和同一空间：膈肌脚位于LES的上方，类似于外括约肌包绕LES，膈肌脚与LES（包括GEV）形成一种3D结构，而GEV又恰位于LES和胃底之间，三者结合才能发挥良好的抗反流功能（图4a）。如果膈肌脚和LES在解剖位置上出现分离，GEV也会产生变化，丧失原本的3D结构，即重叠结构，影响其抗反流作用［1］。

3    HH的力学分析

3.1    HH的发生与改变   Ⅰ型疝为HH中最常见的疝，也称为食管裂孔滑疝，其在老年人群发病率较高，是典型的获得性疝。解剖上可由膈肌脚与LES之间产生位移而引发（图4b）。近年一项大型前瞻性多中心队列临床研究（MESA）结果提供了有力证据［6］。MESA最初的研究目的是观察美国纽约地区不同民族、不同阶层人群血管动脉粥样硬化情况，但却意外在HH方面取得重要发现。该研究在纽约6个社区不同阶层、不同种族人群中共招募6814人参与，年龄在45~84岁。采用64排螺旋CT（层厚0.625 mm）进行胸腔（全肺）扫描，包括剑突下EGJ。最长随访时间达10年，期间要求参与者需做>5次的CT扫描作为评判。结果显示，在6814人中有3179人排除了心血管疾病，316人患有HH，发病率为9.9%，其中223人为Ⅰ型HH（占70.5%）。而且，HH存在明显的年龄相关性，与既往通过内镜观察结果相似。总体发病率为9.9%，如果按年龄分层统计发病率，60岁为2.4%，当年龄增加7、8、9岁时，发病率可进一步调整为7.0%、14.0%、16.6%（HR=0.3，95%Cl 0.3-0.4）。该研究还发现，除年龄因素外，HH发病率还与进入老龄后身高下降有关（P=0.0005）。另外，长期随访发现HH分型随着患病时间延长可发生改变，26例Ⅰ型疝病人在患病数年后变为Ⅲ型疝。上述结果证明了HH的发生、发展与时间因素相关。

3.2    HH为“轴向疝”    从物理力学角度分析，食管可看作一圆柱体，其受力的方向包括轴向、径向和切向等，而Ⅰ型HH是沿着食管的轴向上下移动，故可将其称为“轴向疝”（axial hernia）［7］。

实际上，在食管下端所形成的疝可能产生轴向滑动，这里所谓的“轴向”是指疝囊截面可被视为无数个以食管轴为中心的同心圆组成，在力的作用下（如站立或平卧或摒气咳嗽），疝可沿着轴的方向变化，其疝囊包括了自体的食管下端和EGJ的组织，疝这种轴向的移位或滑动也与症状有关。反流的严重程度与上下滑动的范围以及膈肌脚与LES分离持续时间有关［8］。

应用“轴向疝”观点还可对疝进行计算，具体表现在影像学上通过测量可以计算出轴向的某一位置的横截面面积，对比在病程不同时期的面积变化可描述疝的进展，前文MESA研究也佐证了HH的疾病进程［9］。同样，也可关联疝的症状、发展等问题，从数字上加深对这一疾病的认识水平。

若以力学观点分析，还可认为Ⅰ型HH病人食管变短。滑动疝的结构使EGJ变为疝囊的一部分。

4    外科治疗策略

对于HH，外科手术无法改变其肌层间的神经丛产生冲动（如tLESR），所以外科治疗策略是通过手术改变结构，以改善功能、治愈疾病。对于此类疝，外科治疗的目的不仅在于修补缺损，更重要的是改变功能。

4.1    恢复腹段食管长度    恢复腹段食管的长度是为了改善LES功能，从力学上分析，胸腔和腹腔存在压力差，由于腹腔内始终处于正压状态，LES若处于腹腔内，有利于维持其关闭。前文已阐明Ⅰ型HH病人食管变短是由于EGJ向上移位。因此，通过手术游离将食管下移，恢复腹段食管的长度，使膈肌脚和LES形成互相重叠3D结构，即coincide。

4.2    食管“向心化”    与腹股沟疝手术壁化精索（使精索边缘化）相反，对于HH修补手术，须充分游离食管，然后缝合食管裂孔的膈肌脚边缘，使腹段食管向膈的中心位置移位，故称为“向心化”。食管“向心化”操作使解剖上的腹段食管由术前的腹腔间位器官变为腹腔内位器官，这种“向心化”腹段食管周边受力更均匀，更符合力学原理。

4.3    胃底折叠建立胃内“阀瓣”    对于抗反流手术的胃底折叠操作，须强调折叠“到位”，包括3个层面：（1）折叠位置。应在食管与胃底交界处折叠，若仅在胃上折叠，折叠后势必变成一个大胃（远端）和一个小胃（近端），没有达到膈肌脚与LES的重叠，难以出现疗效。（2）折叠范围。可选择360°折叠（Nissen）、270°部分折叠（Toupet）或180°胃底折叠（Dor），这3种折叠形态可以简化视为希腊字母Ω的“两脚”是分开些还是并拢些，术者还应考虑病人自身的食管和胃动力因素［10］。（3）折叠的高度。折叠是为了恢复GEV功能，通过内镜或超声造影随访，可观察到折叠后形成所谓的“唇”（其中含有部分脱垂的黏膜）的高度和质地，真正适合的高度约为2.5 cm，即浅而宽的折叠［11］。

综上所述，对HH和GERD的认识与解剖学、物理力学等多个学科相关联，术者的认识水平影响外科手术质量，只有从原理上清楚手术的目的，才能做好手术。此外，外科医师需要不断反馈和随访，清楚地了解病人的反应，从实践中不断完善手术选择和技术能力。