手术固然能切除癌肿，但还有残癌、或区域淋巴结转移、或血管中癌栓存在等，复发转移几率非常高。手术方式根据癌肿在直肠的位置而定。直肠壁内有粘膜下淋巴丛和肌间淋巴丛两个系统，癌细胞在肠壁内淋巴系统的转移不多见。一旦癌细胞穿透肠壁，就向肠壁外淋巴系统扩散。一般首先累及癌肿同一水平或稍高处的肠旁淋巴结，然后向上逐渐累及与痔上动脉伴行的中间淋巴结群，终至肠系膜下动脉旁淋巴结群。
上述向上方的淋巴转移是直肠癌最常见的转移方式。如癌肿位于直肠下段，癌细胞也可以横向沿肛提肌和盆壁筋膜面的淋巴管侵及闭孔淋巴结，或沿痔中动脉流至髂内淋巴结。
有时癌细胞也可以向下穿过肛提肌，沿痔下动脉引流至坐骨直肠窝内淋巴结、腹股沟淋巴结，由于直肠上段癌的淋巴转移方向几乎均向上，手术切除癌肿邻近和在此平面以上的淋巴组织，即可达到根治目的，手术有保留肛括约肌的可能。直肠下段癌的淋巴转移虽主要也是向上，但同时尚有横向转移至髂内淋巴结和闭孔淋巴结的可能，根治性手术需包括直肠肛管周围组织和肛提肌，故无法保留肛括约肌。
(1)经腹会阴联合切除(miles手术)：适用于距肛缘不足7cm的直肠下段癌，切除范围包括乙状结肠及其系膜、直肠、肛管、肛提肌、坐骨直肠窝内组织和肛门周围皮肤、血管在肠系膜下动脉根部或结肠左动脉分出处下方结扎切断，清扫相应的动脉旁淋巴结。腹部作永久性结肠造口(人工肛门)，会阴部伤口一期缝合或用纱布填塞。此手术切除彻底，治愈率高，是下段直肠癌的标准术式。
(2)经腹低位切除和腹膜外一期吻合术，也称直肠癌前侧切除术(dixon手术)，适用距肛缘12cm以上的直肠上段癌，在腹腔内切除乙状结肠和直肠大部，游离腹膜反折部下方的直肠，在腹膜外吻合乙状结肠和直肠切端。此手术的损伤性小，且能保留原有肛门，是最理想的保肛切除术。若癌肿体积较大，并已浸润周围组织，则不宜采用。
(3)保留肛括约肌的直肠癌切除术：适用于距肛缘7～11cm的早期直肠癌。如癌肿较大，分化程度差，或向上的主要淋巴管已被癌细胞梗塞而有横向淋巴管转移时，这一手术方式切除不彻底，仍以经腹会阴联合切除为好。现用的保留肛括约肌直肠癌切除术有借吻合器进行吻合，经腹低位切除-经肛门外翻吻合，经腹游离-经肛门拖出切除吻合，以及经腹经骶切除等方式，可根据具体情况选用。
如癌肿局部浸润严重或转移广泛而无法根治时，为了解除梗阻和减少病人痛苦，可行姑息性切除，将有癌肿的肠段作有限的切除，缝闭直肠远切端，并取乙状结肠作造口(hartmann手术)。如不可能，则仅作乙状结肠造口术，尤在已伴有肠梗阻的患者。
直肠癌约半数患者在术后出现转移和复发，除部分早期患者外，晚期和手术切除后的患者均需接受化疗。化疗在直肠癌综合治疗中是除外科治疗后又一重要治疗措施，分为术后辅助化疗和术前新辅助化疗。化疗会产生近期和远期毒性反应，如骨髓抑制，胃肠道反应，需加强支持治疗，减轻化疗药物的毒副作用，改善患者生存质量。
直肠癌细胞对放射线杀伤具有中等敏感度，因此在直肠癌的治疗中，放疗往往作为综合方法之一，与手术、化疗相配合，以期达到根治目的。放疗在直肠癌治疗中适用于：术前放疗、术中放疗、术后放疗、姑息放疗、治疗转移癌等几个方面。
(1)术前治疗：术前放疗可减少术中肿瘤种植，降低术后盆腔小肠粘连的发生率;可使原发肿瘤体积缩小，若肿瘤位置接近齿状线，则可使保留肛门括约肌的手术由原来的不可能变为可能，提高了患者的生存质量;可降低盆腔淋巴结分期，减少肿瘤的局部复发率，并能改善患者的5年生存率，对Dukes C期的患者更是如此;
(2)术中放疗：可以减少局部皮肤放射性损伤，减少局部复发。对于某些较晚期的病例，在手术切除肿瘤病灶并进行淋巴结清扫后，在术中实施整个术野的放射治疗，剂量较大，然后缝合皮肤。这样做可以一次性杀灭残存的癌细胞，防止术后复发，延长生存期;
(4)单纯根治性放疗：对某些年迈体弱的早期直肠癌患者，同时又患有心血管疾病或其他内脏疾病而不适宜手术者，可以实施根治性放疗;
(5) 姑息放疗：对某些已经丧失根治性手术机会的直肠癌患者，仍然可以实施放射治疗，以达到抑制肿瘤发展、控制病情、延长生命的目的;
(6)治疗转移癌：放射治疗是目前为止治疗骨转移疼痛的最好方法。对脑转移也可以起到抑制肿瘤生长，延缓生命的作用。
放射治疗的不良反应的严重程度取决于所用照射设备、照射剂量、照射面积、照射速度以及病人的具体体质状况。
放疗中会出现直肠粘膜充血、水肿和尿路刺激症状，表现为腹泻、肠痉挛、肠出血、尿频尿急、排尿困难等，对症处理后均可缓解。大部分患者术前常规放疗术后基本无并发症发生，但使用术前短程放疗则术后较容易发生并发症，如吻合口瘘、会阴部伤口感染或裂开、伤口延期愈合等。
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