肺復(fù)張策略對急性呼吸窘迫綜合征模型犬壓力－容積曲線和肺組織病理的影響*

熊旭明， 溫德良， 溫藝超， 江子欣， 劉衛(wèi)江

(廣州醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣東 廣州 510260)

肺內(nèi)源性急性呼吸窘迫綜合征(pulmonary acute respiratory distress syndrome，ARDSp)與肺外源性ARDS(extrapulmonary acute respiratory distress syndrome，ARDSexp)由于病因不同，對肺復(fù)張策略(lung recruitment maneuver，LRM)治療的反應(yīng)也有較大的差異[1]。我們的研究發(fā)現(xiàn)對于不同原因ARDS，RM均具有增加肺氧合，改善肺順應(yīng)性和肺組織通氣的作用，對ARDSexp的治療效果明顯優(yōu)于ARDSp[2-3]。肺靜態(tài)壓力 - 容量(pressure-volume，P-V)曲線能夠反映呼吸系統(tǒng)力學(xué)特征，對于指導(dǎo)ARDS機(jī)械通氣治療有重要的意義[4]。從理論上分析，LRM可以使塌陷的肺泡復(fù)張，擴(kuò)大肺容積，P-V曲線的低位轉(zhuǎn)折點(low inflection point，LIP)和高位轉(zhuǎn)折點(upper inflection point，UIP)可能也會發(fā)生相應(yīng)改變[5]，對于不同病因的 ARDS，LRM 后 LIP 和UIP的變化如何，目前未見報道。本研究通過復(fù)制犬ARDSexp和ARDSp模型，觀察LRM對其P-V曲線、肺復(fù)張容積和肺病理學(xué)的影響。

材料和方法

1 動物

普通級健康犬24只，體重(17.6 ±3.1)kg，雌性10只，雄性14只，由廣州醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供(動物合格證號:粵SCXK2009-009)。

2 動物準(zhǔn)備和模型制備

麻醉成功后行氣管插管，機(jī)械通氣。ARDSexp模型:20 mL生理鹽水和油酸(0.1 mL/kg)經(jīng)渦旋混合器振蕩30 s充分混合后，中心靜脈導(dǎo)管緩慢注入，20 min鐘注完。ARDSp模型:pH 1.0 HCl 2 mL/kg氣管內(nèi)注入。90 min后進(jìn)行動脈血氣分析，氧合指數(shù) (oxygenation index，OI)＜200 mmHg并穩(wěn)定30 min，說明ARDS模型復(fù)制成功。

3 準(zhǔn)靜態(tài)P－V曲線的描繪

靜脈注射阿曲庫銨，待動物完全肌松，采用低流速法，容量控制通氣(volume-controlled ventilation，VCV)，恒流，潮氣量(tidal volume，VT)20 mL/kg，呼吸頻率(respiratory rate，RR)5 min-1，吸氣時間(inspiratory time，Ti)10 s，吸氧濃度(fractional inspired oxygen concentration，F(xiàn)iO2)100%，由呼吸功能監(jiān)護(hù)儀記錄準(zhǔn)靜態(tài)P-V曲線，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，Origin 8.0軟件分析數(shù)據(jù)，采用雙向直線回歸法計算曲線的LIP 和 UIP 水平[6]。

4 動物分組

隨機(jī)分為ARDSexp和ARDSp組，每組12只，每組再隨機(jī)各分肺保護(hù)通氣策略(lung protective ventilation strategy，LPVS)組和 LPVS+LRM 組，每組 6只。LPVS 按 VT8 mL/kg、RR 30 min-1、FiO2100%、呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure，PEEP)為LIP+2 cmH2O進(jìn)行呼吸機(jī)通氣，LPVS+LRM組先實施LRM。

5 LRM實施

壓力控制通氣(pressure-controlled ventilation，PCV)，壓力上限為UIP，PEEP為LIP+2 cmH2O，維持時間60 s。LRM后繼續(xù)原方案通氣4 h。

6 肺復(fù)張容積測定

將呼吸頻率減為5 min-1，呼氣時間為9 s，吸氣末時將PEEP調(diào)為0 cmH2O(ZEEP)，測定此次呼氣量，與吸氣潮氣量相減即為PEEP所增加的功能殘氣量(ΔFRC)。用低流速法描記靜態(tài)P-V曲線，描記過程中PEEP維持不變，將此靜態(tài)P-V曲線沿容積軸上移ΔFRC。同法描記ZEEP時靜態(tài)P-V曲線，分別記錄2條曲線壓力在20 cmH2O時的容積(V20)，兩者之差即為肺復(fù)張容積。肺復(fù)張容積=V20(PEEP)+ ΔFRC-V20(ZEEP)[7]。

7 肺濕干重比值測定

取犬右中肺，稱重后置80℃烘箱內(nèi)，烘烤48 h至恒重，計算濕重/干重(W/D)值。

8 肺組織病理學(xué)

實驗結(jié)束后將動物處死，從右上、中和下肺取肺組織放入10%甲醛溶液中固定，行病理學(xué)檢查，觀察肺損傷程度。采用Smith積分法[8]，對肺水腫、肺泡及間質(zhì)炎癥、肺泡及間質(zhì)出血、肺不張和透明膜形成進(jìn)行半定量分析評分:無損傷=0分;病變范圍＜25%=1分;病變范圍占25% ～50%=2分;病變范圍占50% ～75%=3分;病變滿視野=4分，總肺損傷評分為上述各項之和。每只動物觀察10個高倍視野，取其平均值。

9 統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié) 果

1 一般情況

24只犬均達(dá)到ARDS模型標(biāo)準(zhǔn)，成模后各組動脈氧分壓(arterial partial pressure of oxygen，PaO2)、動脈二氧化碳分壓(arterial partial pressure of carbon dioxide，PaCO2)以及LRM前LIP、UIP差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P ＞0.05)，見表1。

表1 ARDSp組和ARDSexp組成模時氧合指標(biāo)、LIP和UIP的比較Table1.Comparison of PaO2，PaCO2，LIP and UIP in ARDSexp and ARDSp groups before treatment(.n=6)

表1 ARDSp組和ARDSexp組成模時氧合指標(biāo)、LIP和UIP的比較Table1.Comparison of PaO2，PaCO2，LIP and UIP in ARDSexp and ARDSp groups before treatment(.n=6)

Parameter ARDSexp ARDSp LPVS LPVS+LRM LPVS LPVS+LRM PaO2(mmHg) 113.2 ±22.5 118.5 ±31.7 120.6 ±26.8 115.1 ±19.8 PaCO2(mmHg) 44.2 ±10.3 42.5 ±8.9 42.8 ±8.4 40.7 ±9.5 LIP(cmH2O) 9.9 ±3.2 10.3 ±2.7 10.2 ±2.1 10.6 ±2.1 UIP(cmH2O)32.3 ±8.5 31.9 ±8.1 32.4 ±7.4 33.1 ±9.2

2 LRM對P－V曲線LIP和UIP的影響

LPVS組LIP和UIP無明顯改變;LRM實施后，ARDSp組和 ARDSexp組 LIP分別為(8.2±2.3)cmH2O 和(6.4 ±2.1)cmH2O，較 LRM 前均有下降(P＜0.05)，且ARDSexp組LIP下降更為顯著(P＜0.05);ARDSexp組4例UIP消失，其余2例UIP無明顯變化;ARDSp組6例UIP均無明顯改變。

3 LRM對肺復(fù)張容積的的影響

LPVS組中ARDSexp復(fù)張容積(57.9 ±10.1)mL顯著高于 ARDSp 的(45.6 ±8.9)mL(P ＜0.05);LRM組中 ARDSexp復(fù)張容積(112.9±16.6)mL顯著高于 ARDSp 的(77.3 ±14.1)mL(P ＜0.01)。LRM組中ARDSexp和ARDSp肺復(fù)張容積分別高于LPVS組中 ARDSexp和 ARDSp，差異顯著(P＜0.01)。

4 LRM對肺組織W/D的影響

肺組織W/D比值基本亦符合ARDS病理改變。LRM 組中 ARDSexp組 W/D 值(5.23±0.79)顯著低于ARDSp組(7.39 ±0.93)(P ＜0.01);LPVS組中ARDSexp和ARDSp組W/D值分別為(9.12±1.34)和(9.38±1.43)，兩組相比無顯著差異(P ＞0.05);LPVS組中ARDSexp和ARDSp組的W/D值分別高于LRM組中ARDSexp和 ARDSp，差異顯著(P＜0.01)。

5 LRM對肺組織病理評分的影響

LRM實施后，與LPVS組相比，LPVS+LRM組肺泡和間質(zhì)炎癥、出血、水腫和肺不張的程度均較輕，肺損傷評分顯著降低(P＜0.01);與ARDSp組相比，LRM實施后，ARDSexp組肺損傷評分改善程度大于 ARDSp組(P ＜0.05)，見圖1、表2。

Figure1.Histopathological changes of lung tissues in ARDS dogs(HE staining，×100).圖1 ARDS犬肺組織病理學(xué)改變

表2 LRM對ARDSp組和ARDSexp組肺組織病理評分的影響Table2.The changes of lung injury scores in ARDS dogs after LRM

討 論

ARDS根據(jù)病因可分為 ARDSp與 ARDSexp。ARDSp病理變化以肺泡腔內(nèi)改變?yōu)橹鳎鸱闻萸粌?nèi)水腫，纖維蛋白、膠原蛋白滲出和中性粒細(xì)胞聚集，可合并肺泡內(nèi)出血，導(dǎo)致肺實變;ARDSexp表現(xiàn)為小血管充血和肺間質(zhì)水腫，而肺泡腔的結(jié)構(gòu)相對正常。研究表明，ARDSexp對 LRM的反應(yīng)要比ARDSp 好一些[9]。

ARDS患者P-V曲線呈S型，通常由2點3段構(gòu)成。低位平坦段是開放肺泡隨壓力變化時容積增大的結(jié)果，LIP為陷閉肺泡的同時開放點，其后開放肺泡和開放的陷閉肺泡同時擴(kuò)張，出現(xiàn)陡直段，肺容量接近肺總量后，壓力明顯升高導(dǎo)致肺容量增加非常有限，稱為高位平坦段，二者交點為UIP，LIP和UIP是肺損傷發(fā)生機(jī)會多少的分水嶺[10-11]。我們的研究發(fā)現(xiàn)，LRM后ARDSp組和ARDSexp組LIP均明顯降低;與ARDSp組相比，ARDSexp組LIP下降更為顯著。這提示應(yīng)用LRM后大量坍陷肺泡復(fù)張，塌陷的肺泡較前明顯減少，此時肺泡復(fù)張所需的壓力降低，導(dǎo)致LIP水平下降。ARDSexp組由于其病理特點，對LRM反應(yīng)更好，大量肺泡復(fù)張，LIP水平下降更為明顯。

我們的研究還發(fā)現(xiàn)LRM實施后，ARDSexp組4例UIP消失，其余2例UIP無明顯變化，而ARDSp組6例UIP均無明顯改變。從理論上分析[12]，UIP的存在說明還有肺不張或肺局限水腫，從另一方面也說明肺未達(dá)到完全復(fù)張。ARDSexp組由于對LRM反應(yīng)良好，可達(dá)到完全肺復(fù)張，故可出現(xiàn)P-V曲線UIP的消失。相反，ARDSp組其病理基礎(chǔ)為肺部原因?qū)е路螌嵶?，病變相對局限，對LRM反應(yīng)較差，未達(dá)到完全肺復(fù)張，故UIP無明顯改變。

P-V曲線法是選擇PEEP常用的方法。LRM可降低LIP水平，從而使最佳PEEP水平發(fā)生了改變。研究認(rèn)為[13]，ARDS患者的最佳 PEEP為 LIP+2 cmH2O。實施LRM后，塌陷的肺泡復(fù)張，并能保持在復(fù)張狀態(tài)，故呼氣末所需的 PEEP水平下降。Grasso等[14]的研究表明，應(yīng)用LRM后，PEEP水平只需維持于P-V曲線呼氣支上肺泡閉合壓界值即能維持呼氣末肺泡復(fù)張，而肺泡閉合壓明顯低于RM前LIP。說明應(yīng)用LRM后，維持肺泡復(fù)張所需PEEP水平降低。為防止PEEP過高導(dǎo)致肺泡過度膨脹，應(yīng)根據(jù)LRM后的靜態(tài)P-V曲線重新選擇最佳PEEP水平。

機(jī)械通氣治療ARDS的機(jī)制之一是能夠使塌陷的肺泡重新開放，參與通氣的肺泡數(shù)量和肺容積增加，通氣/血流比例失調(diào)改善，從而改善氧合。肺復(fù)張容積的變化能反映肺復(fù)張過程，本研究利用P-V曲線測定肺復(fù)張容積，觀察到LRM使ARDS犬的肺復(fù)張容積明顯增加，說明LRM能使更多的肺泡重新開放，增加功能殘氣量和氣體交換面積，增加了機(jī)械通氣對ARDS的治療效果。

本研究觀察了LRM后ARDS肺組織病理學(xué)和肺組織W/D值的改變，發(fā)現(xiàn)肺組織W/D值明顯減輕，肺組織病理肺出血和炎癥表現(xiàn)明顯改善，肺損傷評分減輕，ARDSexp組肺損傷評分改善程度大于ARDSp組，從病理機(jī)制角度說明ARDSexp組的治療效果明顯優(yōu)于ARDSp。同時也說明以P-V曲線為導(dǎo)向的LRM是一種有效而安全的肺復(fù)張方法。我們設(shè)定的復(fù)張壓高壓為UIP、低壓為LIP+2 cmH2O，這樣既能保證肺泡能夠充分復(fù)張，又能防止肺泡過度膨脹，減輕呼吸機(jī)所致肺損傷。其主要機(jī)制可能包括:LRM后塌陷肺泡最大限度地復(fù)張，降低肺泡毛細(xì)血管壓力，從而減輕肺泡出血和炎癥滲出，防止肺損傷的加重和炎癥因子移位避免肺泡及細(xì)支氣管周期性塌陷-復(fù)張所引起的剪切力損傷[14]。

總之，對于不同原因ARDS，LRM具有增加肺容積和減輕肺損傷的作用，ARDSexp組的治療效果明顯優(yōu)于ARDSp。同時LRM可降低LIP，導(dǎo)致P-V曲線發(fā)生改變，故LRM后應(yīng)重新根據(jù)P-V曲線調(diào)整呼吸機(jī)通氣參數(shù)。

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