不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究.doc

不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究

实验完毕单位：1华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科
2 湛江海滨医用冲击波研究所
周惜才1 严泽军1 陈志强1 陈忠兴2 郑连伟2
实验参与讨论单位：北京大学泌尿外科研究所
广州医学院第一附属医院微创外科中心
郭应禄 梁丽莉 李逊 张泽 夏明义
叶章群 周四维 谢凯 黄烈

实验开始日期：2023年 3 月 17 日
实验完毕日期：2023年 7 月 10 日

不同能量冲击波对猪肾近期病理损伤的实验研究
实验完毕单位：1华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科
2 湛江海滨医用冲击波研究所
周惜才1 严泽军1 陈志强1 陈忠兴2 郑连伟2
实验参与讨论单位：北京大学泌尿外科研究所
广州医学院第一附属医院微创外科中心
郭应禄 梁丽莉 李逊 张泽 夏明义
叶章群 周四维 谢凯 黄烈

[摘要] 目的：探讨体外冲击波能量大小与肾脏损伤的关系。方法：应用液电式和电磁式碎石机，每型碎石机各冲击体重28～35kg的白猪36头，根据冲击电压的不同，随机分为A、B、C、D和E组，其中E组为对照组。每组按观测时间又分为4个小组，分别于冲击后即刻、1周、2周和3周予以解剖，并立即取出双侧肾脏，肉眼和光镜下观测其形态的改变。结果：所有受冲击的肾脏均有损伤性改变, 且损伤随脉冲压力的增长而加重，随时间的推移而逐渐恢复，当脉冲压力压力超过25.45MPa后，所引起的损伤是不可逆的（至少短期内）。对照组肾脏无任何异常。结论：当脉冲压力≤25.45MPa时，冲击波所引起的损伤在1～3周内基本可以恢复，而一旦超过25.45MPa，则会导致肾脏不可逆性病理改变。本实验为临床工作中ESWL能量参数的选择提供了一个参考依据。
_____________________________________________________________________
关键词：液电式碎石机；电磁式碎石机；体外冲击波；猪；肾脏；损伤；脉冲压力

An experimental study on the short-term pathologic injury of different extracorporeal shock wave energy on swines kidney
Abstract Objectives: To investigated the correlation between the degree of swine renal injury and the applied extracorporeal shock wave (ESW) energy. Methods: Electrohydraulic lithotripter and electromagnetic lithotripter were adopted, each lithotripter shocked 36 swines, which weighted 28-35kg were randomly divided into 5 groups (A、B、C、D and E) according to different discharge voltage, and group E as a normal control. Each group was divided into 4 subgroups according to the time schedule, the subgroups were sacrificed respectively at immediately, the 1st, 2nd and 3rd weeks，resection of bilateral kidneys for gross appearance observation and histological examination. Results: All of the kidneys have morphologic changes after ESW shocked, the severity of the damage was increasing with the rise of voltage, but gradually recovering with time. Once the pressure of focal spot exceeded 25.45MPa, the damage caused by ESW was irreversible (at least in short-term). There was no obvious abnormality in the control group. Conclusion: The injury of kidneys recovered well within 1 to 3 weeks when the pressure of focal spot was no higher than 25.45MPa, but irreversible pathological changes were observed when the pressure exceeded 25.45MPa. The research provides the experimental foundation for the selection of energy parameter in clinical ESWL.
Key words Electrohydraulic lithotripter; Electromagnetic lithotripter; Extracorporeal shock wave; Swine; Kidney; Injury

自Chaussy等人初次应用Dornier HM1型体外冲击波碎石机成功地治疗肾结石以来，肾结石的治疗发生了革命性的变化。通过短短20数年的发展，体外冲击波碎石术（ESWL）已经成为肾结石治疗的重要方法。但是，大量的临床观测表白，由于能量参数选择不妥，高能冲击波（HESW）在 ESWL过程中对肾脏组织会导致急性和慢性损伤[1]。为了探讨体外冲击波能量大小与肾脏损伤的关系，为临床安全合理地使用ESWL提供实验基础，我们以猪为实验模型，分别采用液电式和电磁式碎石机进行了一系列的实验，现报告如下。

材料与方法
1.碎石机和冲击波源：液电式HB-ESWL-V型液电式和电磁式碎石机（湛江经济技术开发区海滨医疗器械有限公司 制造），冲击波波源为该公司自行研制，液电式触发冲击电压选择为7 KV～10 KV，电容为0.54μf；电磁式触发冲击电压选择为12 KV～15 KV，电容为1.2μf。

2．测试仪器列表(附图1-4)：
表1 测试仪器列表
设备名称
规格型号
产地
数字式示波器
TDS 220
美国
数字式示波器
TDS 3054B
美国
针式水听器
ZS-1000
中国

图1 TDS 220数字式示波器（用作电磁式测试）

图2 TDS 3054B数字式示波器（用作液电式测试）

图3 ZS-1000针式水听器

图4 测试环境
3.每种波源的碎石机各采用体重28～35kg的白猪36头，根据冲击电压的不同，随机分为A、B、C、D和E 5组，其中E组为对照组。每组按观测时间又分为4个小组，分别于冲击后即刻、1周、2周和3周予以解剖，具体分组方法见表2和表3。
表2 液电式波源实验动物分组（附波形图5-8）
组别
冲击电压（KV）
声压峰值

动物数量（头）
压缩（MPa）
膨胀（MPa）

即刻
1W
2W
3W
A
7
22.01
0.917

2
2
2
2
B
8
25.45
0

2
2
2
2
C
9
29.58
0

2
2
2
2
D
10
33.71
4.6

2
2
2
2
E
0
0
0

1
1
1
1
* 本次液电式测试使用的ZS-1000针式水听器灵敏度为：0.436 uV/Pa
脉冲压力计算公式：
脉冲峰值电压（单位：uV）
脉冲压力 (单位：Pa) = ---------------------------------
针式水听器灵敏度 (单位：uV/Pa)

9.6 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 22.01 × 10 6 (Pa)
0.436 (uV/Pa)
图5 液电式A组波形图（7 KV）

11.1 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 25.45 × 10 6 (Pa)
0.436 (uV/Pa)
图6 液电式B组波形图（8 KV）

12.9 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 29.58 × 10 6 (Pa)
0.436 (uV/Pa)
图7 液电式C组波形图（9 KV）

14.7 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 33.71 × 10 6 (Pa)
0.436 (uV/Pa)
图8 液电式D组波形图（10 KV）

表3 电磁式波源实验动物分组（附波形图9-12）
组别
冲击电压（KV）
声压峰值

动物数量（头）
压缩（MPa）
膨胀（MPa）

即刻
1W
2W
3W
A
12
19.34
5.494

2
2
2
2
B
13
24.61
8.791

2
2
2
2
C
14
28.13
10.10

2
2
2
2
D
15
33.40
10.54

2
2
2
2
E
0
0
0

1
1
1
1
* 本次电磁式测试使用的ZS-1000针式水听器灵敏度为：0.455 uV/Pa
脉冲压力计算公式：
脉冲峰值电压（单位：uV）
脉冲压力 (单位：Pa) = ---------------------------------
针式水听器灵敏度 (单位：uV/Pa)

8.8 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 19.34 × 10 6 (Pa)
0.455 (uV/Pa)
图9 电磁式A组波形图（12 KV）

11.2 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 24.61 × 10 6 (Pa)
0.455 (uV/Pa)
图10 电磁式B组波形图（13 KV）

12.8 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 28.13 × 10 6 (Pa)
0.455 (uV/Pa)
图11 电磁式C组波形图（14 KV）

15.2 × 10 6（uV）
--------------------------------- = 33.40 × 10 6 (Pa)
0.455 (uV/Pa)
图12 电磁式D组波形图（15 KV）
4.实验方法：应用氯胺酮（15～20mg/kg）肌注麻醉后，用剃刀剃除2侧胁腹部猪毛，用特制的固定架将猪仰卧位固定（图13），用76%的泛影葡胺（1ml/kg）
作静脉肾盂造影（图14），在X线透视的引导下将F2定位于肾脏。用自制的腹

图13 用特制的固定架将猪仰卧位固定

图14 静脉肾盂造影对肾脏进行定位
带在猪腹中部加压以延缓造影剂过快排入膀胱和限制呼吸对肾脏移动的影响。每头猪采用相同的电压冲击2侧肾脏，每侧冲击2500次，频率为60次/min，液电式碎石机每冲击2500次更换一个电极，电磁式碎石机不需要更换。将实验动物分别于冲击后即刻、1周、2周和3周处死，并立即取出双侧肾脏，肉眼和光镜下（HE染色）观测其形态的改变。

结 果
一、液电式
2头猪接受冲击波解决后在观测期内死亡，其中C组1头，D组1头，解剖后取出肾脏，可见其损伤限度在3～4级。
1.肉眼观测：所有受冲击的肾脏均有肉眼可见的损伤性改变，由于呼吸幅度的影响，损伤范围比冲击波焦斑大约1.5～3cm，但以焦斑中心区为重，且损伤随电压的增长而加重，随时间的发展而逐渐恢复。对照组肾脏无任何异常。
1.1冲击后即刻：肾脏损伤情况见表4（图15、图16）。

表4 冲击后即刻肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
0
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
4
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
3
0
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
1
4
0

图15 冲击后即刻

图16 冲击后即刻剖面图

1.2 冲击后1周：肾脏损伤情况见表5（图17、图18）。
表5 冲击后1周肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组△
E组
0
无任何异常
3
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
1
3
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
1
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
0
2
0
△ D组在1周观测期间死亡1头猪

图17 冲击后1周

图18 冲击后1周剖面图

1.3 冲击后2周：肾脏损伤情况见表6（图19、图20）。
表6 冲击后2周肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组△
D组
E组
0
无任何异常
4
3
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
1
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
0
4
0
△C组在2周观测期间死亡1头猪

图19 冲击后2周

图20 冲击后2周剖面图

1.4 冲击后3周：肾脏损伤情况见表7（图21、图22）。
表7 冲击后3周肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
4
4
1
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
0
2
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
0
1
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
0
3
0

图21 冲击后3周

图22 冲击后3周剖面图

2.光镜观测：所有受冲击的肾脏都有镜下可见的病理改变，损伤限度随能量的增长而加重，随时间的推移而逐渐恢复，但是当焦斑压力达成一定限度后（＞25.45MPa），所引起的损伤是不可逆的（至少短期内）。所有对照组肾脏无任何病理改变。
2.1 A组（7 KV = 脉冲压力：22.01Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见受冲击部位包膜下肾实质、间质见点灶状出血，间质散在淋巴细胞浸润，肾小球形态基本正常，囊内可见少量红细胞和蛋白浆液渗出，滤过膜轻度受损，肾小管上皮细胞轻度浊肿、空泡化改变，管腔变小，管腔内可见粉染的蛋白质颗粒（图23A）；1周后上述改变基本恢复正常（图23B）。

图23
A ,冲击后即刻肾小球、肾小管内少量浆液性渗出，部分肾小管上皮细胞浊肿；
B，冲击后1周，肾小球、肾小管形态基本恢复正常

2.2 B组（8 KV = 脉冲压力：25.45Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见受冲击部位包膜下肾实质、间质不同限度条索状出血，肾小球囊内可见多量红细胞和蛋白浆液渗出，间质少量淋巴细胞浸润，部分肾小球基底膜破裂，失去正常形态，肾小管上皮细胞浊肿，灶状坏死，部分肾小管扩张，其内有血性液体聚集，弓状动脉和小叶间动静脉内皮细胞轻度损伤，管腔缩小，不规则（图24A)；1周后，肾小管形态接近正常，肾小球内仍可见蛋白浆液，未见红细胞，髓质仍可见点状出血，但较冲击后即刻明显减轻，间质轻度水肿，淋巴细胞浸润，动、静脉形态基本正常（图24B）；2周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常，间质内可见散在淋巴细胞浸润（图24C）；3周后基本恢复正常（图24D）。

图24
A，冲击后即刻间质不同限度条索状出血；
B，1周后肾小球、肾小管内可见蛋白浆液；
C，2周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常，间质内可见散在淋巴细胞浸润；
D，3周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常；

2.3 C组（9 KV = 脉冲压力：29.58Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见肾组织内可见较大范围的出血，间质内可见多量红细胞，出血灶周边淋巴细胞浸润，部分肾小球受压变形，部分肾小球破裂，滤过膜损伤，肾小管成灶状或小片状坏死，肾小球、肾小管内可见浆液渗出，部分动静脉扩张，血管内皮细胞受损，可见红细胞溢出（图25A)；1周后肾组织内出血灶仍存在，间质内淋巴细胞浸润，部分肾小球萎缩，其内可见蛋白浆液，肾小球毛细血管扩张充血，可见血栓形成，肾小管、集合管扩张，管腔内出现蛋白管型和细胞管型，肾小管上皮细胞肿胀明显（图25B)；2周后未见明显出血灶，部分肾小球萎缩，部分代偿性肥大，间质仍可见淋巴细胞浸润伴肉芽组织形成，部分肾小管管腔内可见蛋白管型（图25C)；3周后表现与2周后基本相同，但是间质可见到不同限度的纤维组织增生，肾包膜稍增厚（图25D)。

图25
A， 冲击后肾组织内可见较大范围的出血，部分肾小球受压变形；
B，1周后肾组织内出血灶仍存在，间质内淋巴细胞浸润，部分肾小球萎缩，其内可见蛋白浆液；
C，2周后间质仍可见淋巴细胞浸润伴肉芽组织形成；
D，3周后间质可见到不同限度的纤维组织增生；

2.4 D组（10 KV = 脉冲压力：33.71Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见肾组织内广泛（甚至整个视野）出血灶，其中央组织被完全破坏，可见大量血小板、纤维素和白细胞，在出血灶周边可见肾小球、肾小管和血管壁的碎片，周边组织明显受压变形，肾小球、肾小管和血管的基本表现同9 KV组，但损伤范围更广，限度更重（图26A)；1周后上述改变仍存在，但有所减轻，可见大量炎性细胞浸润（图26B)；2周后出血灶开始机化吸取，出血区域未见完整的肾单位，间质内可见灶性淋巴细胞浸润，出血灶周边可见肾小球萎缩或代偿性肥大，肾小球、肾小管内可见蛋白管型（图26C)；3周后可见包膜增厚，肾组织陈旧性出血，其中可见含铁血黄素和钙沉积，纤维组织呈带状增生，间质弥漫性纤维化伴淋巴细胞浸润，增生的纤维组织部分呈玻璃样变，肾小管内皮细胞萎缩，部分管腔扩张，其内可见坏死颗粒或蛋白管型（图26D)。

图26
A，冲击后即刻可见肾组织内广泛出血灶，其中央组织被完全破坏；
B，1周后出血灶仍存在，可见大量炎性细胞浸润；
C，出血灶开始机化吸取，出血区域未见完整的肾单位，间质内可见灶性淋巴细胞浸润；
D，肾组织陈旧性出血，可见含铁血黄素和钙沉积，增生的纤维组织部分呈玻璃样变；

二、电磁式
3头猪接受冲击波解决后在观测期内死亡，其中C组1头，D组2头，解剖后取出其肾脏，可见肾脏损伤限度在3～4级。
1.肉眼观测：所有受冲击的肾脏均有肉眼可见的损伤性改变，以焦斑中心区为重，且损伤随电压的增长而加重，随时间的发展而逐渐恢复。对照组肾脏无任何异常。

1.1冲击后即刻：肾脏损伤情况见表8（图27、图28）。
表8 冲击后即刻肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
0
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
4
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
3
0
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
1
4
0

图27 冲击后即刻

图28 冲击后即刻剖面图

1.2 冲击后1周：肾脏损伤情况见表9（图29、图30）。
表9冲击后1周肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组△
E组
0
无任何异常
3
0
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
1
3
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
1
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
3
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
0
2
0
△ D组在1周观测期间死亡1头猪

图29 冲击后1周

图30 冲击后1周剖面图

1.3 冲击后2周：肾脏损伤情况见表10（图31、图32）。
表10 冲击后2周肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组△
D组△
E组
0
无任何异常
4
3
0
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
1
0
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
1
0
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
0
2
0
△C组和D组在2周观测期间各死亡1头猪

图31 冲击后2周

图32 冲击后2周剖面图
1.4 冲击后3周：肾脏损伤情况见表11（图33、图34）。

表11 冲击后3周肾脏损伤情况
损伤分级
病变限度
肾脏数量（个）
A组
B组
C组
D组
E组
0
无任何异常
4
4
1
0
2
1
包膜下散在出血点，切面肾实质无肉眼可见的损伤
0
0
2
0
0
2
包膜下散在出血点、瘀斑，小片状融合，切面肾实质见少量点状出血
0
0
1
0
0
3
包膜下片状出血瘀斑，切面肾实质可见小片状出血（＜1cm）
0
0
0
1
0
4
包膜下血肿、片状瘀斑，切面肾实质可见明显出血(＞1cm)
0
0
0
3
0

图33 冲击后3周

图34 冲击后3周剖面图
2.光镜观测：所有受冲击的肾脏都有镜下可见的病理改变，损伤限度随能量的增长而加重，随时间的推移而逐渐恢复，但是当能量达成一定限度后（＞25.45MPa），所引起的损伤是不可逆的（至少短期内）。所有对照组肾脏无任何病理改变。
2.1 A组（12 KV = 脉冲压力：19.34Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见受冲击部位包膜下肾实质、间质见点灶状出血，间质散在淋巴细胞浸润，肾小球形态基本正常，囊内可见少量红细胞和蛋白浆液渗出，滤过膜轻度受损，肾小管上皮细胞轻度浊肿、空泡化改变，管腔变小，管腔内可见蛋白质颗粒(图35A)；1周后上述改变基本恢复正常（图35B）。

图35
A,冲击后即刻肾小球、肾小管内少量浆液性渗出，部分肾小管上皮细胞浊肿；
B，冲击后1周，肾小球、肾小管形态基本恢复正常；

2.2 B组（13 KV = 脉冲压力：24.61Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见受冲击部位包膜下肾实质、间质不同限度条索状出血，肾小球囊内可见多量红细胞和蛋白浆液渗出，间质少量淋巴细胞浸润，部分肾小球基底膜破裂，失去正常形态，肾小管上皮细胞浊肿，灶状坏死，部分肾小管扩张，其内有血性液体聚集，弓状动脉和小叶间动静脉内皮细胞轻度损伤，管腔缩小，不规则（图36A）；1周后，肾小管形态接近正常，肾小球内仍可见蛋白浆液，未见红细胞，髓质仍可见点状出血，但较冲击后即刻明显减轻，间质轻度水肿，淋巴细胞浸润，动、静脉形态基本正常（图36B）；2周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常，间质内可见散在淋巴细胞浸润（图36C）；3周后表现和2周相似（图36D）。

图36
A，冲击后即刻间质不同限度条索状出血；
B，1周后肾小球、肾小管内可见蛋白浆液；
C，2周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常，间质内可见散在淋巴细胞浸润；
D，3周后肾小球、肾小管形态基本恢复正常；

2.3 C组（14 KV = 脉冲压力：28.13Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见肾组织内可见较大范围的出血，间质内可见多量红细胞，出血灶周边淋巴细胞浸润，部分肾小球受压变形，部分肾小球破裂，滤过膜损伤，肾小管成灶状或小片状坏死，肾小球、肾小管内可见浆液渗出，部分动静脉扩张，血管内皮细胞受损，可见红细胞溢出(图37A)；1周后肾组织内出血灶仍存在，间质内淋巴细胞浸润，部分肾小球萎缩，其内可见蛋白浆液，肾小球毛细血管扩张充血，可见血栓形成，肾小管、集合管扩张，管腔内出现蛋白管型和细胞管型，肾小管上皮细胞肿胀明显（图37B）；2周后未见明显出血灶，部分肾小球萎缩，部分代偿性肥大，间质仍可见淋巴细胞浸润伴肉芽组织形成，部分肾小管管腔内可见蛋白管型（图37C）；3周后表现与2周后基本相同，但是间质可见到不同限度的纤维组织增生，肾包膜稍增厚（图37D）。

图37
A，冲击后肾组织内可见较大范围的出血，部分肾小球受压变形；
B，1周后肾组织内出血灶仍存在，间质内淋巴细胞浸润，部分肾小球萎缩，其内可见蛋白浆液；
C，2周后间质仍可见淋巴细胞浸润伴肉芽组织形成；
D，3周后间质可见到不同限度的纤维组织增生

2.4 D组（15 KV = 脉冲压力：33.40Mpa）镜下改变：冲击后即刻可见肾组织内广泛（甚至整个视野）出血灶，其中央组织被完全破坏，可见大量血小板、纤维素和白细胞，在出血灶周边可见肾小球、肾小管和血管壁的碎片，周边组织明显受压变形，肾小球、肾小管和血管的基本表现同9 KV组，但损伤范围更广，限度更重（图38A）；1周后上述改变仍存在，但有所减轻，可见大量炎性细胞浸润，肉芽组织增生（图38B）；2周后出血灶开始机化吸取，出血区域未见完整的肾单位，间质内可见灶性淋巴细胞浸润，出血灶周边可见肾小球萎缩或代偿性肥大，肾小球、肾小管内可见蛋白管型（图38C）；3周后可见包膜增厚，肾组织陈旧性出血，其中可见含铁血黄素和钙沉积，纤维组织呈带状增生，间质弥漫性纤维化伴淋巴细胞浸润，增生的纤维组织部分呈玻璃样变，肾小管内皮细胞萎缩，部分管腔扩张，其内可见坏死颗粒或蛋白管型（图38D）。

图38
A，冲击后即刻可见肾组织内广泛出血灶，其中央组织被完全破坏；
B，1周后出血灶仍存在，可见大量炎性细胞浸润；
C，出血灶开始机化吸取，出血区域未见完整的肾单位，间质内可见灶性淋巴细胞浸润；
D，肾组织陈旧性出血，可见含铁血黄素和钙沉积，增生的纤维组织部分呈玻璃样变；

讨 论
自1985年我国研制成功第一台体外冲击波碎石机以来, 碎石机国产化居各类大型设备之首。目前，我国已有30多家碎石机生产厂家，在这些厂家中良莠并存。虽然国家早已颁布了一系列医疗器械管理法规法令, 但在二十数年的临床碎石治疗中, 由于能量参数选择不妥，仍发生过不少医疗事故, 给结石患者带来了极大的痛苦和损失, 其主线因素是现行的国家标准和行业标准中缺少“临床安全标准”。
国家关于体外冲击波碎石机的临床安全指标, 目前只是在教科书标明冲击次数及使用电压, 但冲击点的真实脉冲压力无法明确。虽然1990年颁布的“YY001-90”标准中( 5、4、1) 已有第二焦点冲击波的峰值应为20Mpa～50Mpa, 但此指标由于目前的计量、设备定标问题未解决, 国家检测中心暂不作考核，因此很难拟定在临床治疗中使用多大能量为安全有效。初期的ESWL研究认为，冲击波通过与水相近的机体组织时，能量衰减很少，高能冲击波在碎石过程中对结石周边的组织器官不产生损伤[2]。因此，为了提高碎石率，一般采用较高能量的体外冲击波。
近年来，随着对冲击波生物学效应研究的不断进一步，大量的临床观测和动物实验表白，ESWL可导致肾脏的损伤，并且冲击波的能量越高，损伤越重[3-5]。为此，我们进行了相应的实验研究，以期为临床安全合理使用ESWL提供实验基础。由于猪和人的肾脏大小、体积相近，肾单位数量相同[6]，为了尽也许在实验中复制治疗患者时的物理条件，使冲击波的应用接近在患者身上的特性，我们选择猪为实验对象，并将冲击次数限定为2500次，冲击频率设立为60次/分。液电式碎石机由于在冲击过程中电极的损耗会导致电极与冲击位点距离增大而使焦斑变大，导致焦斑脉冲压力变小，影响实验结果的准确性，故每冲击2500次更换一次电极。电磁式碎石机则不需要更换电极。
目前，关于 HESW 引起肾脏损伤的机制重要有以下几种观点：①空化效应：是结石粉碎的主导机制，也是HESW导致肾脏损伤的重要直接因素[7]。Kodama 等在体外实验中，用高速摄影机观测到HESW使粘附于凝胶、肝细胞表面的小气泡发生扩张，随后气泡崩解产生微喷射流的现象，病理学检查发现肝细胞出现损伤[8]。②氧自由基：机体在高能冲击波作用下产生巨大压力和局部高温,可在活体细胞微环境基质液中产生微气泡。该气泡迅速膨胀,撞击可产生水分子化学反映,生成多种氧自由基,并且, ESWL过程会导致肾脏的缺血，缺血后对组织的再灌注过程中也会产生的大量氧自由基而对肾组织导致损伤[9]。③应力效应：冲击波在非均一性物体中传播时，因介质声学特性和机械特性的差异可形成压应力和张应力梯度，在物体内产生的剪切力起着破坏细胞和组织的作用，但目前尚无这方面的直接证据[10]。
大量的动物实验和临床观测表白，冲击波对肾组织的损伤限度和波源种类并不存在直接关系, 与焦斑的大小也不成正比, 而重要取决于波源产生冲击波的焦斑自身脉冲压力的大小, 且脉冲压力越大,对组织的损伤也越大[11]。在本实验中，当设定液电式碎石机的电压为7 KV（脉冲压力：22.01Mpa）、8 KV（脉冲压力：25.45Mpa）、9 KV（脉冲压力：29.58 Mpa）和10 KV（脉冲压力：33.71 Mpa）时，其冲击波焦斑的脉冲压力与电磁式碎石机电压为12 KV（脉冲压力：19.34 Mpa）、13 KV（脉冲压力：24.61 Mpa）、14 KV（脉冲压力：28.13 Mpa）和15 KV（脉冲压力：33.40 Mpa）时冲击波焦斑的脉冲压力基本相称。
冲击波对肾脏的肉眼损害重要表现为包膜下瘀斑、血肿和肾内出血。本实验结果显示：随着冲击波焦斑脉冲压力的逐渐加大，损伤限度也随之加重，由肾包膜下点状瘀斑加重为包膜下血肿。焦斑脉冲压力25.45MPa以下组的肾脏在冲击后3周内，基本可以恢复到无肉眼可见的异常。而在一旦超过25.45MPa，3周后包膜下血肿仍不能完全吸取。在组织学上，冲击波对肾脏的损伤可以分为可逆性改变与不可逆性改变。其中，可逆性改变的特点是肾小管上皮空泡化、轻度肾小管坏死，管腔内出现红细胞和管型、轻度间质水肿和出血等；不可逆性改变涉及肾单位破坏、肾小球和肾小管周边毛细血管破裂列、动静脉破裂、皮质和间质大量出血、广泛间质水肿、弥漫性间质纤维化等。本实验通过1～3周的观测发现，当焦斑脉冲压力低于25.45MPa【液电式电压≤8 KV（脉冲压力：25.45Mpa），电磁式电压≤13 KV（脉冲压力：24.61 Mpa）】时，肾脏病理改变符合可逆性改变；而当压力高于25.45MPa【液电式电压≤8 KV（脉冲压力：25.45Mpa），电磁式电压≤13 KV（脉冲压力：24.61 Mpa）】时，肾脏的病理改变则属于不可逆性改变。
为了减轻肾脏的损伤，在临床操作中，HB-ESWL-V型液电式和电磁碎石机冲击波焦斑的脉冲压力一般设立为低于22MPa，由于能量偏低，导致部分结石难以粉碎而影响碎石效果。本实验显示，当焦斑脉冲压力低于25.45MPa时，冲击波所引起的损伤在1～3周内基本可以恢复，而一旦超过25.45MPa，则会导致肾脏不可逆性病理改变。所以本实验为临床工作中ESWL能量参数的选择提供了一个参考依据。
本次实验研究的目的与意义：
一、 目的：本实验研究得出的结论【在体外冲击波碎石治疗中，焦斑脉冲压力≤25.45MPa为临床安全标准】，提供应国家有关管理部门选择作为产品临床安全标准的依据。
二、 意义：若国家有关管理部门能尽快拟定体外冲击波碎石治疗的临床安全标准，（1）对规范体外冲击波设备发展起着更快、更好的推动作用；（2）对患者可得到更安全有效的治疗；（3）对经济发展带来