荧光染料ICG在整形外科的应用现状
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皮瓣坏死是整形外科最常见的并发症。皮肤的微循环是一个复杂的连锁链,所以在临床上判断皮瓣血运非常困难。目前监测的方法可常规分为三种:①临床实验:如针刺反应、毛细血管反应;②化学方法:如荧光染料注射;③仪器分析方法:如超声多普勒血流仪。某些主观方法因个体皮肤结构的异质性和医师的临床经验有时很难判断,而有些客观的方法因临床可信性和有效性而未能广泛使用,因此开发研究一种新的方法是势在必行的。
1荧光技术现状
荧光技术被认为是目前皮瓣监测最为准确的方法。Lang和Boyd首次将荧光技术应用到皮肤的微循环研究中,他们通过荧光素钠在组织中的强度、比率和同种性来监测末梢毛细血管疾病的微循环,发现荧光与组织的血流和成活有很好的相关性。但传统的肉眼观察荧光法也有很多缺点如主观性较强、不能客观定量及交界处判断困难等[1]。1943年,Lange和Boyd研制出第一台皮肤荧光仪,定量观察组织微循环。1980年,Silverman[2]报道了改进的皮肤荧光仪。但是直到今天,皮肤荧光仪仍未被普遍接受,主要原因是染料荧光素钠。荧光素钠是一种水溶性染料,分子量为376,在血浆和全血中约50%与白蛋白结合,最大吸收峰为495nm,最大散射峰为515nm,由于其药代动力学的特点,荧光素钠的半衰期比较长,所以两次间隔时间比较长(7～8h),染料在组织中持续时间长,且易向组织间隙扩散,易造成假相性,另外激发光的最大值在紫外线光谱范围内,只能穿透真皮浅层。故未能在临床上广泛使用。
2荧光染料icg
第二代染料靛青绿(ICG)也可用来做皮肤血流的荧光示踪剂,其工作原理与荧光素钠相同。但与荧光素钠相比,ICG的药代动力学、理化性质、光谱特性优点非常明显,非常适合临床应用。1957年,Fox和Wood[3]首先将ICG引入临床应用,主要用于肝功、肝血流、心输出量的检测。1972年,Kougure等用ICG对猴子做脉络膜血管造影,1973年,Flower 和Hochheimer将ICG引入荧光技术。随着电子计算机的迅猛发展,数字化ICG视频血管造影在眼科学已经作为常规的诊断工具[4]。
2.1 荧光染料ICG的体内过程及药物分析:ICG也是一种三碳菁水溶性染料,分子量为775,在血浆和全血中几乎完全与血浆蛋白结合(主要是1-脂蛋白和白蛋白结合),这种结合可以保证染料几乎完全留在血管中,不易向外扩散。一般正常人静脉注射2～3min瞬即形成均一单元达到动态平衡,20min后约有90%从血中排除,不参与体内化学反应,几乎无毒副作用。ICG的吸收光在近红外线范围(800～840nm),最大吸收峰值为805nm,最大散射峰值为835nm,可穿透皮肤深层,深达真皮深层和皮下脂肪层,约为3mm。这个范围正处于皮肤的“光学窗口”,即相对于ICG的荧光波长,人的皮肤是相对比较透明的,而内在的发色集团Hb和水的吸收率却非常低。另外ICG的半衰期非常短,约为3～4min,ICG的清除分为二个阶段,0.5mg/kg的ICG90%在第一阶段排除,即成指数函数下降,其余10%在第二阶段排除(时间约为66min),所以两次间隔的时间非常短。
2.2相关仪器的基本结构及应用:相关文献报道的仪器为德国慕尼黑生产的动力性激光荧光素视频血管造影。主要组成见图1[5]。
相对于皮肤表面,激光和摄像机在同一个轴上,激发光为脉冲红外线二极管束,目前主要用二极管激光激发ICG,二极管比滤光片过滤的光更加紧密有效,且光分布范围也很大,即使小剂量ICG,低能量激光也能获得高质量的图象,波长800nm,脉冲持续时间为0.5～16兆秒,脉冲能量可高达1J,输出的二极管束映射到皮肤,可均匀一致地照明约500平方厘米的区域,穿透力3mm,这种水平的照明低于皮肤的损伤域,但同时能提供很好的信号―杂音荧光图像,注射剂量为0.1～0.5mg/kg,用非强化CCD(nonintensified charge couple device)摄像机拍摄ICG荧光图像,摄像机前加有红外线滤光片,可阻挡周围光和激光,仅收集荧光信号,在计算机中对图像进行数字化处理,计算机不但可以进行实时监控,也可定量分析数据(染料吸收时间、染料持续时间、燃料衰减时间等)和长期存储。激发光可诱导真皮深层和皮下脂肪层血管中的荧光,激发的荧光在皮肤内不滞留,用数码摄影机收集荧光的分布过程,可全面说明真皮的血循环情况,并能区分出大深血管和小浅血管。注射后开始阶段图像显示无ICG荧光(即使正常组织),这主要是因为染料需要10s的循环,典型的峰值在1min,随着肝脏的代谢,开始下降,3min后开始衰减。原则上讲,当染料衰减到最高浓度的10%时,即可再次注射(注射后9min无ICG染色,或是在高剂量ICG注射后出现初始图像后立即重复注射)。术中、术后边注射边观察可预测皮瓣未来的发展方向。
2.3 荧光染料ICG的不良反应:ICG有很多优点,但ICG中含有5%～9.5%的碘化钠,某些对碘化钠过敏或患有甲状腺疾病的患者应慎用,有文献报道,ICG的并发症为1/240000,主要为恶心、呕吐、头痛、荨麻疹等,重度为过敏性休克,故在应用之前应做碘过敏试验或术前口服抗组胺药或者考的松,以防发生过敏反应。
3荧光染料ICG临床应用
Green等[6-8]首先报道了用ICG进行烧伤深度的评估,发现ICG荧光可以探测到成活组织中真皮和皮下组织的血液灌注程度,因此可以区分Ⅱ度烧伤的面积,但创面的结痂可以吸收激光,易产生假阳性,临床应用的可靠性仍需进一步的研究。随后Still等[5,9]将ICG用于临床带蒂皮瓣血运判断和烧伤深度的评估,他们发现相对于传统的临床评估方法,ICG图象分析可提供更多的信息,如皮瓣摄入染料的时间、持续的时间、清除的时间,这样可以直接观察到皮瓣的血运情况以及监测皮瓣的成活情况。在18个患者21个皮瓣中,ICG图象显示16个皮瓣术中、术后1周ICG充盈饱和术后3周全部成活,而另外5个皮瓣术中发现ICG充盈不足或充盈时间较慢,颜色与周围不匹配,后发生皮瓣坏死,表皮坏死,行补充植皮后全部愈合。Holm等[10-13]应用此法进行了一系列的研究,他用此法对13例患者15个皮瓣的血运进行了观察,在15个皮瓣中,2个为腹股沟皮瓣、3个腓肠肌皮瓣、3个为腹直肌皮瓣、1个为前臂逆行皮瓣、2个前臂皮瓣、4个任意皮瓣。在术中皮瓣掀起后行ICG注射,发现有4个皮瓣的血运ICG荧光充盈不足,最终这4个皮瓣均发生感染、坏死、二期愈合,并发症区域与ICG荧光显像区域相一致,而另外的11个皮瓣荧光灌注充盈,全部成活,他认为术中ICG荧光充盈缺损预示着伤口将延迟愈合,所有患者无过敏反应发生。2002年,他又报道了用ICG监测游离移植组织血运的情况,共20例患者(其中2个前臂皮瓣、7个背阔肌皮瓣、1个颞筋膜皮瓣、2个胫前肌皮瓣、3个肩胛旁皮瓣、1个胫前筋膜瓣),发现对于任何组织的游离移植,ICG荧光可显示动脉痉挛、静脉瘀滞、局部血管的灌注情况,术中鉴别诊断和术后临床观察结果有很好的相关性。Eren和Rubben等[14-15]用此方法来评估大鼠左腹股沟轴形皮瓣和随意皮瓣的微循环情况,发现此方法可以很好地监测皮瓣的血液动力学过程,ICG的充盈程度与皮瓣的成活有很好的相关性,并可对其进行定量分析。由此可见,ICG图象分析在整形烧伤外科有很好的应用前景。
4展望
研制开发监测皮瓣和其他转移组织血液灌注的方法是整形再造外科最急需的任务之一。在目前所有的荧光染料中,ICG是最好的,ICG血管造影术是评估皮肤血流最敏感的方法之一。ICG血管造影术已广泛地应用到眼科、心脏外科、末梢血管疾病及截肢患者等。在整形外科的应用也有十多年的历史。纵观文献,我们认为ICG荧光染料可用于皮肤血运的监测, ICG充盈程度是一个精确度很高的预警系统,术中ICG充盈不足说明局部血液灌注不足,即可行皮瓣延迟或张力松解,减少皮瓣坏死并发症发生,预防二期愈合,术后可以监测皮瓣的愈合过程,防止意外事情发生,并可对某些扩血管药物的药效进行评估。另外,此方法简单、方便、易于操作、判断准确,与其他方法相比是一种客观的方法。国外此设备非常昂贵,因此开发研制国产ICG血流仪有很大的应用前景。
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[收稿日期]2010-02-24 [修回日期]2010-04-01