Colecistectomía laparoscópica asistida con técnica de anclaje magnético en cerdos

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 4864 (2023) Citar este artículo

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El dispositivo de anclaje magnético basado en el principio de la atracción heteropolar magnética puede ayudar en la cirugía laparoscópica y reducir el trauma de la pared abdominal. Este estudio exploró la viabilidad del uso de nuestro dispositivo de anclaje magnético de diseño propio para la colecistectomía laparoscópica (LC) de puerto reducido a través de experimentos con animales. Doce cerdos experimentales (15-20 kg) se dividieron aleatoriamente en el grupo de estudio (LC de 2 puertos asistida por técnica de anclaje magnético, n = 6) y el grupo de control (LC de 3 puertos convencional, n = 6). Se compararon el tiempo operatorio, la pérdida de sangre intraoperatoria y las complicaciones posoperatorias entre los dos grupos. La CL se realizó con éxito en los 12 cerdos. No hubo diferencia significativa entre los grupos con respecto al tiempo operatorio (grupo de estudio: 35,83 ± 5,12 min; grupo control: 34,50 ± 5,13 min, P = 0,662) o la pérdida de sangre intraoperatoria (< 50 ml por animal en ambos grupos). En el grupo experimental, no hubo mal funcionamiento del dispositivo de anclaje magnético, el proceso de uso fue fluido y la tracción del tejido y la exposición al campo quirúrgico fueron satisfactorias. No hubo complicaciones perioperatorias como lesión del conducto biliar, fuga de bilis o sangrado en ambos grupos. Demostramos la viabilidad del uso del dispositivo de anclaje magnético de diseño propio en LC de puerto reducido. El dispositivo tiene un importante valor de aplicación clínica.

La cirugía mínimamente invasiva es una tendencia importante en el futuro desarrollo quirúrgico. La aparición de la colecistectomía laparoscópica (CL) fue un hito importante en el desarrollo de la cirugía abdominal mínimamente invasiva1. En comparación con la colecistectomía abierta tradicional, la LC ofrece las ventajas de un trauma menor y una recuperación más rápida. De hecho, la CL es actualmente el método quirúrgico estándar para las enfermedades benignas de la vesícula biliar, como los cálculos biliares y los pólipos vesiculares2. A lo largo de los años, LC ha evolucionado desde el enfoque original de 4 puertos al actualmente popular enfoque de 3 puertos3. La cirugía de puerto reducido, que incluye 2 puertos y puerto único, está lista para convertirse en la dirección futura del desarrollo de LC4,5. Sin embargo, el número reducido de puertos en la pared abdominal aumenta la dificultad de la operación y reduce la flexibilidad6, lo cual es un cuello de botella que restringe el desarrollo de CL con puertos reducidos.

La magnetocirugía/cirugía magnética (MS), representada por la técnica de compresión magnética (MCT) y la técnica de anclaje magnético (MAT), ofrece una clara ventaja como nueva tecnología quirúrgica en la práctica clínica. La investigación sobre la magnetocirugía fue iniciada por los académicos japoneses Obora et al. en 1978 en su estudio sobre anastomosis vascular magnética7. El dispositivo de anastomosis magnética especialmente diseñado puede usarse para anastomosis vascular8,9,10,11, anastomosis del tracto digestivo12,13,14,15,16, fístula terapéutica17 y preparación de modelo animal de fístula traqueoesofágica18. En 2007, Parque et al. propusieron el concepto de uso de la fuerza magnética para ayudar a la cirugía laparoscópica con el fin de reducir el número de puertos de la pared abdominal19. Posteriormente, se han utilizado diversos dispositivos de anclaje magnético en cirugía laparoscópica y toracoscópica20,21,22,23,24,25. Estos dispositivos pueden ayudar a lograr una mejor tracción del tejido y reducir de manera efectiva las molestias causadas por el efecto palillo en condiciones de puertos reducidos. En este estudio, diseñamos el dispositivo de anclaje magnético por nosotros mismos y validamos la viabilidad de uso del dispositivo para LC de puerto reducido en cerdos experimentales.

El comité de ética de la Universidad Xi'an Jiaotong aprobó este estudio (número de permiso: 2022-1457). Todos los experimentos con animales cumplieron con las pautas ARRIVE y se llevaron a cabo de acuerdo con la Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud (octava edición, 2011). El protocolo animal fue diseñado para minimizar la incomodidad de los animales.

Obtuvimos 12 cerdos (6 machos y 6 hembras; peso, 15–20 kg) del Centro de Animales de Laboratorio de la Universidad Xi'an Jiaotong (Xi'an, China). Los cerdos fueron asignados aleatoriamente al grupo de estudio (n = 6) o al grupo de control (n = 6). En el grupo de estudio se realizó CL de 2 puertos con dispositivo de anclaje magnético, mientras que en el grupo control se realizó CL convencional de 3 puertos. Para eliminar el sesgo de investigación causado por factores humanos, las CL de los 12 animales fueron realizadas por el mismo cirujano y primer asistente. El cirujano fue el médico tratante Xiaopeng Yan, quien de forma independiente completó más de 300 casos de LC en la clínica. Y el primer asistente quirúrgico (portador de imanes) fue Miaomiao Zhang.

El dispositivo de anclaje magnético incluye dos partes in vivo e in vitro. La parte externa se llama imán de anclaje (AM), que es un imán cilíndrico con un diámetro de 60 mm y una altura de 160 mm. Está hecho de NdFeB sinterizado N45 y la superficie del imán está niquelada. El AM está cubierto con una carcasa de plástico. La parte interna es la pinza interna, el extremo de la cabeza de la pinza interna es una pinza de tejido hecha de material de cobre y el extremo de la cola es el imán objetivo (TM). El TM es un cilindro con un diámetro de 10 mm y una altura de 15 mm, que está hecho de N50 NdFeB sinterizado y está cubierto con una carcasa de metal en forma de U. Toda la pinza interna tiene una longitud aproximada de 50 mm y puede pasar sin problemas a través del trocar de 12 mm. El AM pesaba 2242 gy tenía una densidad magnética de 0,75 T. La pinza interna pesaba 11,50 gy la TM tenía una densidad magnética de 0,53 T en la superficie de trabajo. La tercera parte del dispositivo de anclaje magnético es una pinza de aleación de titanio. La función principal de la pinza de aleación de titanio es sujetar la pinza interna en la cavidad abdominal y ajustar la posición de la pinza interna en la vesícula biliar. La pinza de aleación de titanio está hecha de aleación de titanio y se puede usar para evitar atraer los imanes de destino. Esta es una parte importante del dispositivo de anclaje magnético, que no está disponible en las pinzas convencionales. El dispositivo de anclaje magnético se muestra en la Fig. 1. La fuerza magnética máxima del imán de anclaje y el imán objetivo a distancia cero es de 39,29 Newton, y la fuerza magnética disminuye gradualmente con el aumento de la distancia entre AM y TM. La curva de fuerza magnética se muestra en la Fig. 2.

El dispositivo de anclaje magnético. (A) Pinza de aleación de titanio, imán de anclaje y pinza interna. (B) La pinza de aleación de titanio ayuda a la pinza interna a sujetar objetos.

Curva de fuerza magnética del imán de anclaje y el imán objetivo.

Después de un ayuno de 12 h, los cerdos se pesaron y luego se anestesiaron con una inyección intravenosa de una solución de pentobarbital sódico al 3% (1 ml/kg). Después de una anestesia exitosa, los cerdos experimentales se fijaron en posición supina y se sometieron a intubación traqueal y ventilación asistida por ventilador. Se colocó un trocar de 10 mm debajo del ombligo para la entrada de la fuente de luz laparoscópica y el sistema de cámara. Se colocó un trocar de 12 mm debajo del xifoides y se insertó el cauterio de gancho. Ajuste la posición del cuerpo para levantar la cabeza y el lado derecho del cuerpo. Debido al efecto de la gravedad, los órganos internos se desplazan hacia la izquierda y hacia abajo para exponer la vesícula biliar.

Grupo de estudio: la pinza interna se insertó a través del trocar de 12 mm y la pinza de tejido se sujetó a la vesícula biliar con la ayuda de una pinza de aleación de titanio. El imán de anclaje se colocó fuera de la pared abdominal superior derecha del cerdo (Fig. 3A). En ese momento, el imán de destino en el extremo de la pinza interna fue atraído por el imán de anclaje (Fig. 3B). Atraído por el imán de anclaje, la parte inferior de la vesícula biliar se levanta para exponer el área triangular de la vesícula biliar. En este proceso, la dirección de tracción y la fuerza de tracción de la pinza interna se pueden cambiar ajustando la posición del imán de anclaje. Se disecó el triángulo de la vesícula biliar y se graparon y cortaron la arteria cística y el conducto cístico. La pinza de aleación de titanio se sostuvo en el extremo de la cola de la pinza de tejido para hacer que se abriera el extremo de la cabeza de la pinza de tejido. De acuerdo con los requisitos de la operación, se sujetó la pinza de tejido en la ampolla de la vesícula biliar y se movió el imán de anclaje para exponer completamente el lecho de la vesícula biliar y mantener la tensión adecuada del tejido. Durante la operación, se puede obtener un buen campo operatorio y tensión tisular reajustando la posición de sujeción de la pinza de tejido en la vesícula biliar. La vesícula biliar se diseccionó por completo del lecho de la vesícula biliar con un cauterio de gancho. Se retiró el imán de anclaje, se extrajo la pinza interna y la vesícula biliar a través de la incisión de 12 mm con la ayuda de la pinza de aleación de titanio.

Fotografías intraoperatorias que muestran el uso del dispositivo de anclaje magnético. (A) Puerto de pared abdominal e imán de anclaje. (B) Estado de la pinza interna tirando de la vesícula biliar.

Grupo de control: se utilizó un trocar de 5 mm en el borde inferior del arco costal derecho para insertar las pinzas de agarre de resorte. La diferencia con el grupo de estudio fue que en el grupo de control, se usaron pinzas de resorte en lugar de dispositivos de anclaje magnético para retraer la vesícula biliar.

El tiempo operatorio se definió como el tiempo requerido para la colecistectomía, y se calculó desde el inicio del establecimiento del puerto de la pared abdominal hasta la remoción completa de la vesícula biliar y la sutura de las incisiones. Se registró el tiempo de operación para cada cerdo.

Cada cerdo se alojó individualmente después de la cirugía. Después de la recuperación de la anestesia, no hubo restricciones en la ingesta de alimentos y agua. Durante los 3 primeros días tras la cirugía se inyectó petidina intramuscular (1 mg/kg) cada 12 h. El estado mental, el estado de alimentación y la actividad de cada cerdo se observaron diariamente después de la operación, y el punto final de observación fue 2 semanas después de la operación.

Los datos se analizaron utilizando el paquete de software estadístico SPSS (v19.0). La normalidad de distribución de las variables continuas se evaluó mediante la prueba de Shapiro-Wilk. Las variables continuas distribuidas normalmente se informan como media ± desviación estándar (DE) y las diferencias entre grupos se evaluaron mediante la prueba t. Las variables continuas que no se distribuyen normalmente se informan como medianas y rango intercuartílico y las diferencias entre grupos se evalúan mediante pruebas no paramétricas. Las variables categóricas se reportan como frecuencia y porcentaje, y se compararon mediante chi-cuadrado o pruebas no paramétricas, según correspondiera. Los valores de p < 0,05 se consideraron indicativos de significación estadística.

La CL se realizó con éxito en todos los cerdos de ambos grupos. No hubo diferencia significativa entre los grupos con respecto al tiempo de operación (grupo de estudio: 35,83 ± 5,12 min; grupo control: 34,50 ± 5,13 min, P = 0,662). En el grupo de estudio, el dispositivo de anclaje magnético se usó sin problemas y no hubo casos de falla del dispositivo. No hubo lesión del tracto biliar, lesión intestinal o sangrado intraoperatorio mayor en ninguna de las operaciones. La pérdida de sangre intraoperatoria no superó los 50 ml en ninguno de los cerdos. Los indicadores relacionados con el perioperatorio del grupo de estudio y del grupo control se muestran en la Tabla 1.

La tasa de supervivencia postoperatoria fue del 100% en ambos grupos. El estado mental postoperatorio fue bueno y la ingesta de alimentos en el tercer día postoperatorio fue comparable al estado preoperatorio. Ninguno de los cerdos en este estudio mostró infección en la incisión, hernia en la incisión, esclerótica ictérica, orina amarilla o fiebre hasta 14 días después de la operación.

Se utilizan varios métodos y dispositivos para ayudar a la retracción en la cirugía laparoscópica de puerto reducido26,27,28; sin embargo, estos métodos ofrecen menos flexibilidad. Los imanes tienen la capacidad única de atraerse entre sí sin contacto. El diseño y la funcionalidad del dispositivo de anclaje magnético aprovechan esta característica única de los imanes. Cuando se utiliza el dispositivo de anclaje magnético, la dirección de tracción y la fuerza de tracción de la pinza interna se pueden cambiar ajustando la posición del imán de anclaje. En el experimento, encontramos que el uso de fuerza magnética para estirar la vesícula biliar ofrecía una mayor flexibilidad en la dirección de estiramiento, que no está disponible con otros métodos.

El dispositivo de anclaje magnético diseñado en este estudio tiene las siguientes características: (1) Tanto el imán de anclaje como el imán objetivo son cilindros, que están hechos de materiales NdFeB, para obtener la mayor fuerza magnética con el menor volumen de imán. Como se muestra en la curva de fuerza magnética, la fuerza magnética máxima entre el imán de anclaje y el imán objetivo puede alcanzar los 39,29 Newton a una distancia cero, y la fuerza magnética a una distancia de 5 cm es de 2,07 Newton. Tal fuerza magnética puede satisfacer las necesidades de la mayoría de los pacientes. (2) La superficie exterior del imán objetivo está cubierta con una carcasa de metal en forma de U. Su propósito principal es proteger y guiar las líneas de campo magnético de la superficie que no funciona del imán objetivo a la superficie de trabajo para aumentar la intensidad del campo magnético de la superficie de trabajo. Además, también reduce la fuerza del campo magnético de la superficie de no trabajo, reduciendo así la interferencia de la fuerza magnética con los instrumentos quirúrgicos durante la operación. (3) El dispositivo de anclaje magnético tiene un diseño ingenioso, una estructura simple y un uso cómodo.

En este estudio, la CL se completó con éxito en ambos grupos. El tiempo de operación en el grupo de estudio fue ligeramente más largo que en el grupo de control, pero la diferencia entre los grupos no fue estadísticamente significativa. Los resultados mostraron que las puntuaciones de conveniencia y satisfacción de la exposición al campo de la técnica de anclaje magnético asistida por LC de 2 puertos fueron más bajas que las de la LC convencional de 3 puertos, pero no hubo diferencia estadística (P > 0,05). Durante la operación real, debemos admitir que el efecto de tracción del dispositivo de anclaje magnético no puede superar el efecto de tracción de las pinzas de sujeción con resorte utilizadas en la operación convencional. Por lo tanto, el uso de un dispositivo de anclaje magnético para LC de puerto reducido también requiere cierta destreza quirúrgica, que tiene una cierta curva de aprendizaje. Durante el proceso de aplicación de los dispositivos de anclaje magnético, es necesario ajustar la posición del imán de anclaje para obtener un buen efecto de tracción. Además, la posición de sujeción de la pinza de tejido en la vesícula biliar debe ajustarse a tiempo según las necesidades. Solo se pueden lograr resultados satisfactorios combinando estos dos aspectos de manera orgánica y flexible. Sin embargo, no hubo diferencias significativas en la pérdida de sangre o lesiones entre los dos grupos. Como nuevo método quirúrgico, la técnica de anclaje magnético asistida por LC de 2 puertos también tiene una cierta curva de aprendizaje. Creemos que una vez que el cirujano haya completado la curva de aprendizaje, la flexibilidad intraoperatoria mejorará aún más y las complicaciones intraoperatorias se resolverán de manera segura.

Una limitación de este estudio fue que los cerdos experimentales seleccionados tienen pesos corporales más pequeños y paredes abdominales más delgadas, que es bastante diferente de la pared abdominal de los humanos. En futuras investigaciones, se pueden seleccionar grupos experimentales con diferentes pesos corporales para explorar la viabilidad del uso del dispositivo de anclaje magnético. Además, el dispositivo de anclaje magnético se puede utilizar no solo para la tracción de la vesícula biliar, sino también para otros órganos abdominales como el apéndice, el hígado y el estómago. Por lo tanto, el potencial de aplicación del dispositivo de anclaje magnético debe explorarse en otras cirugías laparoscópicas.

En conclusión, los resultados del estudio demuestran la viabilidad del uso de nuestro dispositivo de anclaje magnético de diseño propio en LC de puerto reducido. El dispositivo tiene perspectivas de aplicación potencial para uso clínico.

Los conjuntos de datos utilizados y analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Este trabajo fue apoyado por la Fundación Institucional del Primer Hospital Afiliado de la Universidad Xi'an Jiaotong (No. 2022MS-07), el Programa Clave de Investigación y Desarrollo-Desarrollo Social de la Provincia de Shaanxi (No. 2021SF-163). Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.

Estos autores contribuyeron por igual: Miaomiao Zhang y Jia Ma.

Departamento de Cirugía Hepatobiliar, El Primer Hospital Afiliado de la Universidad Xi'an Jiaotong, 277 West Yanta Road, Xi'an, 710061, Shaanxi, China

Miaomiao Zhang, Yi Lyu y Xiaopeng Yan

Centro de Investigación de Ingeniería Conjunto Nacional y Local de Cirugía de Precisión y Medicina Regenerativa, El Primer Hospital Afiliado de la Universidad Xi'an Jiaotong, Xi'an, Shaanxi, China

Miaomiao Zhang, Haohua Wang, Yi Lyu y Xiaopeng Yan

Departamento de Oncología Quirúrgica, Hospital Popular Provincial de Shaanxi, Xi'an, Shaanxi, China

jia-ma

Qide College, Universidad Xi'an Jiaotong, Xi'an, Shaanxi, China

Jingci Gai, Zhixuan Zhang y Yuhan Zhang

Universidad Zonglian, Universidad Xi'an Jiaotong, Xi'an, Shaanxi, China

Yuxiang Ren

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Concepción y diseño, YL y XY; Apoyo administrativo, XY; Provisión de materiales de estudio, MZ, JM, JG, ZZ, HW, YZ y YR; Recolección y ensamblaje de datos, MZ, JM, JG, ZZ; Análisis e interpretación de datos, MZ, JM, JG, ZZ, HW y XY; Escritura manuscrita, MZ y JM; Aprobación final del manuscrito, Todos los autores.

Correspondencia a Yi Lyu o Xiaopeng Yan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Zhang, M., Ma, J., Gai, J. et al. Colecistectomía laparoscópica asistida con técnica de anclaje magnético en cerdos. Informe científico 13, 4864 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32157-8

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Recibido: 30 de octubre de 2022

Aceptado: 23 de marzo de 2023

Publicado: 24 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32157-8

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