體外膜肺氧合對(duì)內(nèi)毒素誘導(dǎo)大鼠急性肺損傷后肺氣體交換的影響

湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬太和醫(yī)院檢驗(yàn)科(十堰 442000)陳永梅 龔興瑞

急性肺損傷(Acute lung injury,ALI)是臨床常見危重癥,如果治療不力?？砂l(fā)展到急性呼吸窘迫綜合征(Acute respiratory distress syndrome,ARDS),表現(xiàn)為呼吸頻數(shù)、呼吸窘迫、頑固性低氧、肺部浸潤(rùn)影等[1]。機(jī)械通氣是一種常用的治療策略,有助于改善氧合,但是由于正壓通氣本身也可導(dǎo)致肺損傷,機(jī)械通氣時(shí)吸入高濃度氧可致氧中毒,正壓通氣時(shí)胸腔正壓影響靜脈回流等[2],存在有加重患者病情的可能,有時(shí)患者還需要循環(huán)的支持,因此,單純機(jī)械通氣治療效果尚不理想。體外膜肺氧合(Extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)由于可以在不使用機(jī)械通氣情況下改善病人氧合,改善循環(huán),在治療 ALI/ARDS方面可能有較大使用前景。本試驗(yàn)在排出機(jī)械通氣干擾的情況下,初步探討使用 ECMO治療內(nèi)毒素誘導(dǎo)大鼠急性肺損傷的可行性。

材料與方法

1 研究對(duì)象 健康成年 SD大鼠 30只,90～120d,體重 350～ 400g,由湖北醫(yī)藥學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,隨機(jī)分為 3組:對(duì)照組、模型組 (LPS組)、體外膜肺氧合組(ECMO組),另備健康成年大鼠 10只,供ECMO組體外循環(huán)預(yù)充用。

2 主要儀器、試劑及藥品 動(dòng)物體外循環(huán)機(jī),實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);動(dòng)物實(shí)驗(yàn)用的 ECMO耗材,手術(shù)器械;溫度計(jì);水浴箱;脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)、水合氯醛、肝素。

3 麻醉與穿刺處理 將鹽酸戊乙奎醚注射液1mg和氟哌利多 5mg加入 100ml水合氯醛,麻醉時(shí)采用腹腔注射3ml/100g,麻醉后將大鼠固定于手術(shù)臺(tái)上,整個(gè)手術(shù)期間不實(shí)施機(jī)械通氣,保留自主呼吸,術(shù)中持續(xù)使用面罩給氧,流量為1L/min。迅速切開右側(cè)腹股溝和右側(cè)頸部,將右側(cè)股靜脈、右側(cè)頸內(nèi)靜脈、右股動(dòng)脈均置入 22G靜脈留置針,尾動(dòng)脈置入 24G靜脈留置針做測(cè)壓用,穿刺好后用 20%肝素封管,LPS組和ECMO組從頸內(nèi)靜脈注射內(nèi)毒素5mg/kg,實(shí)驗(yàn)中監(jiān)測(cè)直腸溫度,使用水浴箱將各組大鼠體溫維持在 36.0±0.5℃。

4 體外循環(huán)管理 ECMO組在 LPS靜脈注射1h后開始轉(zhuǎn)流體外循環(huán),轉(zhuǎn)流時(shí)間為2h。預(yù)充液:1ml 5%碳酸氫鈉、1ml 20%甘露醇,4ml膠體,8ml大鼠血液,轉(zhuǎn)流前靜脈注射肝素為4mg/kg,激活凝血時(shí)間 ACT≥480s開始轉(zhuǎn)流。采用(頸內(nèi)靜脈+股靜脈)-股動(dòng)脈轉(zhuǎn)流方式,尾動(dòng)脈作測(cè)血壓和測(cè)量氧分壓用,流量 50～60ml/(kg? min),若引流量不足時(shí)在回流池內(nèi)加用負(fù)壓引流,保持引流通暢。

5 觀察時(shí)間點(diǎn) T0:LPS注射前;T1:LPS注射后 1h;T2:LPS注射后 2h;T3:LPS注射后 3h;T4:LPS注射后5h;ECMO組T1、T2、T3相應(yīng)的就在體外循環(huán)開始前,體外循環(huán)1h,體外循環(huán)結(jié)束后。3組分別在5個(gè)時(shí)間點(diǎn)觀察大鼠的血壓、心率、呼吸頻率、抽血測(cè)量動(dòng)脈血氧分壓(PO2)、二氧化碳分壓(PCO2)。 5h后處死大鼠,取肺組織稱重后放于 60℃的干燥箱,烘干 24h后再次稱重。

6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用 SPSS13.0,不同時(shí)點(diǎn)之間采用重復(fù)測(cè)量資料方差分析,組間同一時(shí)點(diǎn)的比較采用方差分析,對(duì)于方差分析結(jié)果有差異者,采用最小有意義極差法(LSD法)分析各組與對(duì)照組之間的比較,以P＜0.05為有顯著性差異,P＜0.01為有極顯著性差異。

結(jié) 果

1 存活情況 LPS組有 1只大鼠于氣管內(nèi)出現(xiàn)紅色泡沫痰,在 LPS注射后3h左右死亡,其余均存活。

2 三組大鼠各時(shí)間點(diǎn)呼吸頻率和血氧分壓的改變 見表1。三組大鼠的血壓、呼吸頻率在LPS注射前無(wú)顯著性差異,LPS組和 ECMO組注射內(nèi)毒素后均出現(xiàn)血壓逐漸下降,心率逐漸加快,與對(duì)照組相比,有顯著性差異 (P＜0.05),LPS組在 T2、T3、T4時(shí)刻血壓、心率與對(duì)照組、ECMO組相比有顯著性差異(P＜0.05)。

表1 三組大鼠各時(shí)間點(diǎn)血壓和心率的變化(x-±s)

3 呼吸頻率、PO2和 PCO2變化 見表2。3組大鼠的呼吸頻率、PO2、PCO2在 LPS注射前無(wú)顯著性差異,LPS組的呼吸頻率在LPS注射后T2、T3時(shí)刻與對(duì)照組和 ECMO組相比后明顯加快(P＜0.05);LPS組 PO2在 T2、T3、T4時(shí)刻下降明顯 ,PCO2在 T2、T3、T4時(shí)刻升高明顯,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

4 肺組織濕(干)質(zhì)量比值 見表 3。模型組和ECMO組相比較肺組織濕(干)質(zhì)量比值均增加,但是LPS組增加更明顯(P＜0.05)。

表2 三組大鼠各觀察時(shí)間點(diǎn)呼吸頻率、PO2和 PCO2變化(±s)

表2 三組大鼠各觀察時(shí)間點(diǎn)呼吸頻率、PO2和 PCO2變化(±s)

注:※與對(duì)照組比較,P＜0.05

測(cè)量指標(biāo) T0 T1 T2 T3 T4呼吸頻率(次/min)PO2(mmHg)PCO2(mmHg)對(duì)照組LPS組ECMO組對(duì)照組LPS組ECMO組對(duì)照組LPS組ECMO組75±8 79±6 83±11 85±9 86±8 88±10 44±4 43±4 44±5 83±12 85±13 90±14 83±6 79±7 80±8 42±6 45±3 47±4 81±13 92± 14※85±14 84±8 75± 12※130± 25※40±7 52± 6※37±6 79±11 105± 16※86±15 86±5 64± 15※105± 18※42±4 51± 7※38±5 81±9 107± 14※98± 13※84±9 66± 14※76±12 40±5 53± 5※46±6

表3 肺組織濕 /(干)質(zhì)量比值(±s)

表3 肺組織濕 /(干)質(zhì)量比值(±s)

注:※與對(duì)照組及 ECMO組比較,P＜0.05

組 別 LPSiv3h對(duì)照組 4.12±0.48 LPS組 5.62± 0.84※ECMO組 4.75± 0.69

討 論

ALI和 ARDS是指機(jī)體遭受嚴(yán)重感染、創(chuàng)傷、輻射、休克等打擊后,出現(xiàn)的以彌漫性肺泡毛細(xì)血管膜損傷為基礎(chǔ)的,以肺水腫和肺不張為病理特征的肺部炎癥和肺泡膜毛細(xì)血管通透性增加。脂多糖是內(nèi)毒素的主要成分,存在于革蘭陰性菌細(xì)胞壁的外膜,在 ALI的實(shí)驗(yàn)研究中常常使用 LPS作制作感染性肺損傷模型[3],內(nèi)毒素導(dǎo)致 ALI的主要病理學(xué)特征是肺組織中炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和肺微血管損傷所致的肺水腫,炎性細(xì)胞因子的表達(dá)增加,氧自由基、蛋白水解酶等毒性物質(zhì)造成肺血管內(nèi)皮損傷和肺泡Ⅱ型細(xì)胞分泌表面活性物質(zhì)減少,導(dǎo)致部分肺泡萎陷,通氣 (血流)比例失調(diào),肺通氣、換氣功能嚴(yán)重下降,并出現(xiàn)呼吸窘迫和頑固的低氧血癥,如果治療不力會(huì)嚴(yán)重威脅生命[4]。

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)毒素注射后模型組血壓下降、心率加快,與對(duì)照組和 ECMO組相比有顯著性差異,這可能是由于 LPS對(duì)心肌具有毒性作用[5],可以抑制大鼠的循環(huán)功能,經(jīng) ECMO循環(huán)支持后,ECMO組大鼠血壓和心率的改變沒有LPS組嚴(yán)重。PO2在LPS組于LPS注射后逐漸下降、PCO2升高、與其它兩組差異明顯,而經(jīng)ECMO治療后,PO2升高、PCO2下降,在體外循環(huán)后T4時(shí)刻雖有惡化的趨勢(shì),但與 LPS組相比,差異顯著,說明其有助于改善體外循環(huán)后肺的氣體交換。造成這種差異的原因:①體外循環(huán)轉(zhuǎn)流期間,ECMO同時(shí)充當(dāng)了心泵和呼吸泵的作用,有助于維持循環(huán)和氧合的穩(wěn)定,減輕了反射性呼吸和心率加快,有效避免了機(jī)體的缺氧;②體外循環(huán)轉(zhuǎn)流時(shí),血液經(jīng)大靜脈流向氧合器,流向心肺的血液減少,減輕了內(nèi)毒素導(dǎo)致的心肺損傷,肺水腫減輕,氣體交換改善;③ ECMO有效避免了機(jī)械通氣所致肺損傷和機(jī)械通氣時(shí)高濃度氧所造成的肺損傷。大鼠經(jīng)斷頭處死后,LPS組肺組織濕(干)比明顯高于對(duì)照組和ECMO組。說明LPS組肺水腫比較嚴(yán)重,經(jīng) ECMO治療有助于減輕 LPS誘導(dǎo)的急性肺水腫。

由于本實(shí)驗(yàn)采用非機(jī)械通氣下的全流量體外循環(huán)轉(zhuǎn)流,初步排出了機(jī)械通氣對(duì)肺損傷的影響。經(jīng)采用全流量轉(zhuǎn)流體外膜肺氧合代替肺臟的氧合作用,減輕由于低血氧導(dǎo)致的自主呼吸頻率加快、CO2蓄積和外周組織缺氧,減輕了肺水腫,有助于改善內(nèi)毒素致肺損傷時(shí)的氣體交換。

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