人体正常排便动作的生物力学研究

Though defecation is a normal physiological behavior of the human being, it accompanies with many benign anorectal diseases, Symptoms like “bleeding, pain and prolapse” always happen during defecation. So far studies of defecate process are mainly keen on Bristol Stool Scale, defecography and anorectal manometery, while research including density and viscosity of fecal and mechanical behaviors of the feces on anorectal canal has not been reported yet. This project will focus on the fecal physical properties and stress variance of anorectal canal combined with defecated posture of normal volunteers to analysis mechanical changes of defecation. We will use clinical experiment (stool density, defecate speed,defecography, anorectal manometry, geometry properties of hip) and mechanical experiment (fecal viscosity and elastic modulus of anorectal canal) to explain the biomechanical characteristics and quantitative induction of normal defecate process. Then we can establish biomechanical model of normal defecation of human being, which can be applied as the baseline to study the relationship between benign anorectal diseases and biomechanical characterizes of defecation in the future.

排便作为人体的正常生理行为与诸多肛肠良性疾病密切相关，患者的“便血、疼痛、脱出”等症状往往伴随排便动作发生。迄今为止，国内外对排便过程的研究多集中于粪便的类型、排便时肛门直肠的形态结构变化及肛门直肠压力等方面，而有关粪便的密度、粘度、排便速度以及粪便对直肠肛管的力学行为特征尚无相关报道。本项目以正常人为研究对象，把粪便的物性参数及排便动作肛管直肠受到的应力变化作为研究切入点，结合体位因素，运用力学模拟分析排便过程的力学变化，将临床实验（粪便密度、排便速度、排粪造影、肛门直肠压力、臀部几何特性）和力学实验（粪便粘性系数、肛管弹性模量）相结合，明确正常排便过程中直肠肛管组织受到粪便作用的生物力学特征，归纳排便过程的定量刻画指标集，从而建立正常人排便动作的生物力学模型，可为日后研究排便过程同肛肠良性疾病的发病和防治提供客观标准，为非药物疗法干预调节肛肠良性疾病提出个体化指导方案。

研究背景:.排便是人体的正常生理行为，却与很多肛肠良性疾病密切相关，目前国内外对排便过程的研究如排便体位及粪便对直肠肛管的力学行为特征尚无明确报道。.研究内容:.本项目把排便体位和粪便的物性及排便过程中肛管直肠受到的应力变化作为研究切入点，运用影像学和生物力学模拟分析排便过程的力学变化，将临床实验和力学实验相结合，明确正常排便过程中直肠肛管组织受到粪便作用的生物力学特征，初步建立正常人排便动作的初步生物力学模型。.研究结果:.临床研究观察发现:志愿者的肛门直肠测压结果显示:蹲位时初始排便阈值及最大感觉阈值较坐位时的阈值要小（P<0.05）,而蹲位和坐位的直肠静息压、肛管静息压、肛门最长收缩时间、肛管最大收缩压、最小感觉阈值之间无明显统计学差异。基于Bristol粪便量表，研制了仿真粪便造影剂，将其应用于排粪造影检查，发现蹲位时静息相、力排相的肛直角度数均较坐位组高 (P<0.05)。检查直肠前突发现，患者的会阴下降程度在蹲位组静息相及力排相较坐位组明显（P<0.05）。另有48%的患者前突深度在蹲位和坐位可同时测得显影，但有46%的患者在蹲位和坐位均无法测得。经会阴超声检查发现肛直角在静息相、提肛相、力排相、排空相时，坐位、蹲位和侧卧位三种体位之间有显著性差异（P<0.05），在力排相时患者的直肠前突深度、直肠前突体积和提肌裂孔面积在三种体位间存在显著性差异（P<0.05）。通过比较坐位和蹲位时排粪造影和经会阴超声检查结果发现，采用坐位排粪造影和经会阴超声一致性最好。生物力学研究提出了基于曲面主方向的正交系的非完整基理论,按此方法进行张量场场论可以清晰获得力学过程与边界几何之间的关系，而且形式上最为简单。通过该理论初步建立肛管与其内粪便运动的连续介质力学模型，并开展数值与物性实验。基于理论分析，初步获得肛管内应力与其运动与几何形态之间的关系。.研究结论和意义:.正常人不同体位排便过程中的解剖和生理结构存在差异，结合生物力学分析，对日后研究排便过程同肛肠良性疾病的发病和防治提供客观标准，并为非药物疗法干预调节肛肠良性疾病提出个体化指导方案。