实验外科进展和展望

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1110页（4174字）

实验外科是以模拟人体进行动物实验为基础，藉以阐明疾病机理、摸索新的手术类型、评价和预测手术效果、打开手术禁区、培训与锻炼外科人才和提高医疗质量、促进各手术专业发展的桥梁学科或专业，是外科学的重要组成部分，亦是临床外科及手术专业不可缺少的基础。

历史已经证明，外科作为一门临床学科，是步步依靠实验外科，从实验研究中吸取营养而不断取得进展的。如果没有实验外科的紧密配合，临床外科要进一步提高是十分困难的。由此可见，实验外科对各手术专业学科的发展具有举足轻重的作用。

实验外科学作为实验医学的分支，起始于19世纪初期，当时曾有人进行过动物外科实验，其中有俄国的Н．П．иnpoяoв(1810～1881)，他将一些新的手术方法经动物实验成功后应用于临床，取得了良好的效果。这是实验外科的萌芽。实验外科的真正兴起和迅速发展则是随着实验动物科学的创建与形成而获得的。

1907年，C．C．Little在W．E．Castle指导下建立了世界上第1株近交品系动物——小鼠DBA；1928年j．A．Reyniers和1930年B．Gustafsson研制成功两型金属隔离器，取得了无菌隔离技术的初步突破。1946年美国劳帮德实验室Reyniers等人育成无菌大鼠，使实验动物科学的基本技术和理论得以初步建立，实验外科亦正式形成，但其工作基本上只是局限于无菌概念、无菌操作技能和普通动物的实验研究等初期发展阶段。

1956年，联合国教科文组织(UNESCO)与医学科学国际组织协会(CIOMS)以及生物科学协会联合会(IUBS)共同创建了国际实验动物委员会(1CLA)，这个组织本着促进实验动物国际合作、实验动物标准化和收集、传播有关实验动物科学技术情报，出版实验动物科学公报(ICLAS Bulletin)等宗旨进行工作，全世界已有40多个国家参加这一组织，这对推动和促进世界各地实验动物研究和实验外科等专业的发展起了积极作用。1957年，Trexler在金属无菌隔离器的基础上创造了塑料薄膜隔离器，改进了无菌技术，推动了无菌动物工作的发展，无菌免、猫、狗、猪、羊、牛、驹、猴等动物相继培育成功。1959年，Reyniers主编出版了《无菌脊椎动物现状》专着，使无菌动物的概念和特征更趋明确。按照胎盘屏障概念等基本观点，实验动物可培育和区分为无菌动物(Germ-free nimals)、悉生动物(Gnotobotic animals或GN动物，包括单菌动物、双菌动物和多菌动物)，无特定病原体动物(Specific pathogen-ferr animals、SPE动物)、清洁动物(clean animals)及普通动物(conventional animals或称经典动物classic animals)。

在实验动物生活环境方面亦逐步形成了无菌屏障(绝对屏障)、无特定病原体(SPF)屏障(相对屏障)环境、卫生环境和开放环境等标准规范条件和格局。随着实验动物科学理论与技术的日臻完善，实验外科亦进入全面深入发展的时期。在休克的实验研究方面，确立了微循环学说；器官移植通过动物实验取得了技术突破，开始进入临床试用的重要发展时刻；1954年Murray在实验研究的基础上首先施行同卵双生姐妹间的肾移植获得成功，受体者于术后长期生存；1962年Murray又第1次用尸体肾进行人的异体移植而受体者长期存活，从而打开了脏器移植大门。1960年，美国jacobson和saruaz开创了显微血管外科技术，他们用放大25倍的手术显微镜吻合26条口径在1．6mm以上的动物小血管，术后小血管通畅率达100%，这一实验结果为1962年Malt和1963年陈中伟等在临床取得断肢再植、断手再植成功奠定了基础。

1955年，美国成立了世界上第1个人工内脏器官学会(简称ASAIO)，对人工脏器的研制和实验研究起了很大的促进作用。自1960年起，动物科学和实验外科进入了具有划时代意义的发展阶段，亦即实验可以保证生产和供应各种规格的高质量商品动物，从而使实验外科亦步入了脏器移植和生物医学工程的崭新时代。在脏器移植方面突破了3个重要关键问题：(1)离体供移植用的器官能始终保持活力的低温保存法创制成功。此种方法包括Belzer于1967年发表的持续低温脉冲式机器灌洗和1969年collins创用的细胞内液型低温储存(包括长效单纯冷保存液UW、Ross液和HC-A液等)。

(2)显微血管吻合技术和吻合器械过了关。(3)HLA配型和免疫抑制药物(硫唑嘌呤，1961年；类固醇药物强的松等，1964年；抗淋巴细胞球蛋白ALG，1969年；环孢霉素CSA配合甘露醇，1979年；FK506，1984年)的相继应用，使现代器官移植的概念进一步明确，并在临床应用方面取得基本成功。虽然FK506已成为抗免疫排斥效果最好、毒副作用最少的药物；肾、肝、心、胰腺与胰岛、心肺、肺、小肠、脾、骨髓、甲状旁腺、肾上腺、睾丸以及胸腺等脏器组织的同种异体移植已先后在临床开展应用，但免疫排斥的问题仍末完全解决。1988年，Madsen创用基因工程技术使组织相容性抗原造成免疫耐受的实验动物为解决脏器移植排异开辟了新的途径。

至于吻合血管的游离皮瓣、游离肌肉、游离骨、游离骨膜、游离足趾和游离大网膜等自体组织移植则已逐步完善，开始普遍推广使用。随着人工心脏使试验动物存活达300余天的可喜进展，1982年，美国犹太大学Devrise首次对1名心脏病晚期患者置换了永久型人工心脏取得初步成功；其后，人工器官医学工程研究在世界各地兴起了热潮，取得了新的进展。不同规格的Toflon(聚四氟乙烯网络结构材料)人造膨体血管已在血管外科方面取得良好效果；自1960年Hanken首创球型瓣膜进行心脏瓣膜置换术成功后，人工心脏瓣膜已发展成生物瓣和机械瓣两大类，其中硅橡胶球形瓣和各向同情碳侧倾碟瓣及新型G-K钩孔碟型瓣等机械瓣经动物实验证明结构合理、性能良好而已在临床应用。由于医学生自物学材料的发展，医用生物材料的动物实验研究十分活跃，研究的重点是筛选复合材料体系、确定生物检测和标准化，以及材料与制品对机体的安全性，相容性和界面作用机制。

这些材料的研究为研制人工器官提供了必要的物质基础。因此，有人预言21世纪的医学特点之一是人工器官在临床医疗中被广泛应用。

1962年，Clark和Lyons首次报道生物传感器的酶电极应用于医学检测后，随着微电子技术的发展，生物传感器(包括细胞型即FET型和神经纤维型即光极型)已飞速向微型化、集成化、智能化、多功能化和分子化发展，并已着手研究合成分子传感系统，这无疑将为人工脏器和生物医学监测装置的进一步研制开创新的基地和提供新的手段。1963年，美国Cooper和Lee设计创造了冷冻技术设备，并经动物实验研究后应用于临床近丘脑手术取得成功，从而掀起了冷冻治疗及低温医学研究的热潮，通过大量实验研究，已基本阐明了低温保持生命的机理及其变化过程，并进一步探索研究避免杀伤性温度(－30～－40C)而进入胶相状态以保证生命的方法，这方面的动物实验研究将为生命科学和脏器移植的发展作出贡献。

中国实验外科的起步较国外要晚10～15年，但在脏器移植、人工器官研制和实验动物基地的建立等方面亦已做了大量的工作，取得了明显的成绩，有些研究项目已达到和超过国际先进水平，在一些有条件的单位，实验外科亦已初具规模。1963年9月起，北京积水潭医院开始作兔耳血管吻合研究，使1mm直径以下的微血管吻合通畅率达100%，至1964年3月，该院进一步获得了兔耳完全离断再植研究的成功，从而使中国显微外科技术达到了国际先进水平。经多年的肾、肝移植动物实验后，1974年首次报道了中国肾移植病例；1978年又发表了肝移植报告。这对推动中国脏器移植研究起了非常积极的作用。

在人工器官研制方面，继1960年上海报道研制成人工心脏后，北京、天津、上海、广州、大连、四川、西安、石家庄等地先后开展了人工血管和人工心肺、肾、胰及心脏瓣膜等各种人工器官的研究，取得了可喜的进展。但就总体而言，中国实验外科的发展与先进国家相比尚有不小的差距，亟待大家重视和努力。

没有实验外科的先导，就很难有临床的新突破与发展。

回顾过去，展望未来，通过生物医学工程技术，脏器将能根本解决移植的免疫排斥问题；冷冻医学将为长期保存脏器和生命奠定基础，最终将使脏器移植的难关被完全突破。真正的具有生物信息调控作用的智能人工脏器将在临床应用。总之，实验外科必将为包括颅脑在内的脏器移植和人工智能脏器置换以及生命再现等的实现而造福人类。

。【参考文献】：

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10 胡同增，主编．实验外科学．北京：人民卫生出版社，1991，1：4

(安徽医科大学第一附属医院陈国钧教授撰)