肺動脈灌注壓力對體外循環(huán)后肺功能的影響

張仁騰，汪曾煒，王輝山，姜 輝，宋恒昌，李 寧

·基礎研究·

肺動脈灌注壓力對體外循環(huán)后肺功能的影響

張仁騰，汪曾煒，王輝山，姜 輝，宋恒昌，李 寧

目的本實驗在之前研究的基礎上進一步探索體外循環(huán)過程中，保護液肺動脈灌注時，不同的灌注壓力對體外循環(huán)后肺功能的影響。方法20只健康家犬隨機平均分為一個對照組及三個灌注組，模擬臨床體外循環(huán)肺損傷特點建立動物模型。體外循環(huán)期間，分別以三個不同的壓力段（低：15～20 mm Hg，中：25～30 mm Hg，高：40～45 mm Hg）對灌注組動物實驗肺實施保護液灌注，對照組動物無保護液灌注。90 min體外循環(huán)肺缺血后，再灌注4 h，行實驗肺肺功能變化測定。結果較之基礎值，4組動物實驗肺各項肺功能指標均有不同程度的惡化。較之對照組，中壓灌注組各指標的變化幅度均明顯減低。較之中壓組，低壓組的變化幅度進一步減低。高壓組各指標的變化幅度稍低于對照組，但無明顯統(tǒng)計學意義。結論體外循環(huán)過程中，保護液肺動脈灌注可有效緩解體外循環(huán)后肺功能損害。灌注壓力是影響肺保護效果的重要因素，30 mm Hg以下的灌注壓力是安全而有效的，15～20 mm Hg的效果更佳；高至40～45 mm Hg的灌注壓力，未見明顯有益的肺保護效應。不同灌注壓力下的液體流量負荷和對肺血管內皮細胞的機械應力，可能是灌注壓力影響肺保護效果的重要機制。

體外循環(huán)；肺損傷；肺功能；肺動脈灌注；灌注壓力

大量研究證明，肺缺血及體外循環(huán)炎癥反應雙重因素導致體外循環(huán)肺損傷［1-2］，肺功能障礙是影響術后恢復的重要因素。近來，保護液控制性灌注在體外循環(huán)肺保護的研究中取得積極的成果［3-5］。之前的動物實驗，我們以灌注壓力、時機、時間作為保護液灌注的三個變量建立肺動脈灌注模式，實驗證明，該模式可有效緩解體外循環(huán)肺組織損傷，保護肺功能［6-7］。

然而，肺動脈灌注是一把雙刃劍，正如Halldorsson的研究［8］所示，灌注壓力不僅可影響保護液的流量和分布，而且也直接決定液體灌注對肺血管的機械應力。過高的機械應力或流量可能會損傷內皮細胞并影響組織內環(huán)境的穩(wěn)定，而保護液灌注不足或分布不均可能達不到肺保護的效果。本實驗力圖進一步探索不同灌注壓力對體外循環(huán)后肺功能的影響，以期獲得更為安全有效的灌注壓力。

1 材料與方法

1.1 動物模型的建立 20只健康家犬（15～20 kg）建立測壓及輸液通路。麻醉誘導后，插入氣管插管，連接呼吸機，采用容量控制模式，潮氣量10～15 ml/kg，呼氣末正壓3 mm Hg，吸入氧濃度50%～60%，氣管插管采用雙腔氣管導管（該類型氣管插管有利于根據(jù)需要變換雙側通氣或任一單側通氣）。麻醉維持以微量泵持續(xù)輸注丙泊酚50～150 μg/（kg· min）。7 F的熱稀釋肺動脈導管由右側頸內靜脈送入主肺動脈備測肺動脈壓及心輸出量。正中開胸，進入心包及兩側胸膜腔，游離左側肺動脈、左側肺靜脈及右側肺動脈。各組于左心房置測壓管備測壓。靜脈注射4 mg/kg肝素，檢測活化凝血時間（activated coagulation time，ACT）大于480 s后，分別于升主動脈及右心房插管建立體外循環(huán)，采用儲血罐、轉流泵、鼓泡式氧合器等裝置。以適量晶體液、膠體液、碳酸氫鈉及甘露醇預充、排氣后，并行循環(huán)，保持平均灌注壓60 mm Hg左右，流量約60～90 ml/（kg· min），降溫至鼻咽溫32℃。根據(jù)情況適當靜脈應用多巴胺（或間腔胺）、硝普鈉泵入調節(jié)血壓穩(wěn)定。

對照組僅阻閉左肺動脈，并調整氣管插管及潮氣量行右側單肺通氣。灌注組以8 F的DLP管經(jīng)主肺動脈切口送入左肺動脈根部以備保護液灌注之用，結扎左肺動脈根部阻閉帶，固定DLP管的同時，阻閉左肺動脈血流；于左肺動脈阻閉帶遠側置測壓管，備測保護液灌注壓力；同時，調整氣管插管及潮氣量行右側單肺通氣。

在左肺動脈阻閉期間，各組均暫時阻閉左側肺靜脈根部，以避免左心房含氧血逆向傳導至左肺血管而影響肺缺血的效果；于左側上、下肺靜脈各切一小口（約3 mm長），以使左肺內支氣管動脈血或肺保護液回流通暢。各組90 min后，開放左肺動脈，并恢復左肺機械通氣。同時，以5-0聚丙烯線縫合左側肺靜脈切口，開放左側肺靜脈［9］。

左肺再灌注后，漸減少體外循環(huán)流量，體溫滿意、循環(huán)穩(wěn)定后停止體外循環(huán)。繼續(xù)以丙泊酚泵入維持鎮(zhèn)靜。左肺再灌注4 h后，測定左肺肺功能的變化。實驗過程中，保持電解質、血氣指標、紅細胞比容在滿意范圍。

1.2 保護液肺動脈灌注方法在左肺動脈阻閉期間，各組動物分別行如下保護液灌注操作：對照組：不行保護液肺動脈灌注。低壓灌注組：分別于左肺動脈阻閉之初及開放之前，以改良低鉀右旋糖酐（Low potassium dextran，LPD）保護液行左肺動脈灌注，每次約3～4 min，保持灌注壓力15～20 mm Hg。兩次保護液的溫度分別為8℃和25℃。在保護液灌注期間，調整氣管插管及潮氣量暫時行雙側通氣。中壓灌注組：保持灌注壓力25～30 mm Hg。其余同低壓灌注組。高壓灌注組：保持灌注壓力40～45 mmHg。其余同低壓灌注組。

1.3 LPD保護液的配置 保護液的成分包括：右旋糖酐40（40 g/L），葡萄糖（15 g/L），胰島素（3 u/L），Na2HPO4（6.4 g/L），NaH2PO4（0.6 g/L），NaCl（3 g/L），KCl（0.45 g/L），前列腺素E1（250 μg/L），甲潑尼龍（200 mg/L），山莨菪堿（50 mg/L），L-精氨酸（2.0 g/L）［10］。上述藥品及試劑均購自國藥集團化學試劑有限公司。溶液中Na+濃度為146 mmol/L，K+濃度為6.0 mmol/L。膠體滲透壓24～28 mm Hg，稍高于正常血漿膠體滲透壓。適當?shù)渭親3PO4溶液，調整保護液pH值為7.7～7.8。

1.4 左肺功能變化的測定 分別于體外循環(huán)前（基礎狀態(tài)）及左肺動脈再灌注4 h后，暫時阻閉右側肺動脈，并調整氣管插管及潮氣量行左側單肺通氣，使循環(huán)血流及機械通氣量完全通過左肺動脈及左主支氣管進入左肺，保持循環(huán)穩(wěn)定，獲得下述肺功能指標的相關數(shù)據(jù)后，開放右肺動脈及右主支氣管，并調節(jié)潮氣量至原值。

1.4.1 肺血管阻力指數(shù)（pulmonary vascular resistance index，PVRI）。該指標計算公式：PVRI（dyn× sec×cm-5）＝（PAP-LAP）÷CO×80，其中，PAP為平均肺動脈壓，LAP為平均左心房壓力，CO為心輸出量。LAP通過左心房測壓管測得；PAP通過肺動脈導管測得；CO的測量根據(jù)熱稀釋法，取三次測量的平均值。測心排量的儀器使用美國愛德華（Edwards）公司Swan-Ganz導管。

1.4.2 動態(tài)肺順應性（dynamic lung compliance，Cd）。即指在呼吸過程中，單位壓力所引起的吸氣容量改變，即：Cd＝⊿V/⊿P。在使用呼吸機的情況下，動態(tài)肺順應性可表示為潮氣量與（氣道峰壓-呼氣末正壓）的比值，即Cd＝Vt/（PIP-PEEP）（ml/mm Hg）。測量時，動物充分鎮(zhèn)靜，阻斷自主呼吸，并吸凈氣管內分泌物。

1.4.3 左肺氧合指數(shù)（PaO2/FiO2）。循環(huán)平穩(wěn)后，抽取動脈血3 ml，行血氣分析檢測氧分壓。動脈血氧分壓（PaO2）與吸氧濃度（FiO2）之比，即左肺氧合指數(shù)，反應左肺氧合狀況。

左肺功能指標的基礎值（Fb）與再灌注后值（Fp）的差值，與基礎值的比值表示再灌注4 h后肺功能的變化，即：肺功能的變化＝|Fb-Fp|÷Fb［8］。測量時，控制同一動物前后兩個時間段左側單肺通氣的參數(shù)于相似水平，吸氧濃度（FiO2）均調至100%。

1.5 統(tǒng)計方法計量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示。采用SAS 8.0軟件進行統(tǒng)計分析，同一指標的多組間比較以方差分析證明其差異性（F檢驗）；若多組比較存在明顯差異性，同一指標各組兩兩間比較用SNK檢驗（q檢驗），在設定α＝0.05的水平上，判斷同一指標兩組間差異是否有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

表1示左肺再灌注4 h后，4組動物左肺功能指標的變化比例。較之基礎值，再灌注4 h后，4組動物左肺順應性及肺氧合指數(shù)均有不同程度下降，肺血管阻力有不同程度升高。較之對照組，中壓灌注組和低壓灌注組上述各指標的變化幅度均明顯減低（P＜0.01）。較之中壓灌注組，低壓灌注組上述肺功能指標的變化幅度進一步減低（P＜0.01）。高壓灌注組上述各項肺功能指標的變化幅度稍低于對照組，但二者差異無明顯統(tǒng)計學意義。見表1。

3 討 論

體外循環(huán)心臟手術過程中肺組織面臨著缺血再灌注損傷及循環(huán)炎性介質的雙重威脅［11-12］。本實驗模型設計充分考慮到體外循環(huán)致肺損傷因素：①實驗肺（左肺）肺動脈阻斷90 min后再灌注，模擬臨床心臟手術時肺缺血損傷；②實驗肺缺血期間，同時體外循環(huán)轉流，模擬臨床非生理循環(huán)的炎癥反應。

與實際臨床操作不同，實驗過程中，我們并未制造心臟停跳：①避免了因心肌缺血再灌注損傷產(chǎn)物對肺損傷檢測指標（如有實驗可能以丙二醛或其他心肺共同損傷產(chǎn)物作為判斷指標）造成干擾；②簡化了手術操作，減少了動物創(chuàng)傷，使實驗動物較長時間地安全耐受手術，順利通過實驗。

表1 再灌4 h后，左肺功能變化比例（%，|基礎值-再灌注后值|/基礎值）

在之前的實驗中，我們以灌注壓力、時機、時間作為控制體外循環(huán)過程中肺動脈保護液灌注的變量，實驗證明，選擇合適的保護液，在適當?shù)墓嘧毫Αr機和時間的情況下，肺動脈灌注可提高肺血管內皮細胞及肺組織對缺氧及炎癥反應的耐受性，有效緩解體外循環(huán)肺組織損傷，保護肺功能［6］。在該灌注模式中，灌注壓力作為控制保護液灌注的標準，不僅關乎保護液的流量和分布，也直接決定了保護液與肺組織，尤其是與血管內皮細胞之間的機械應力（切應力、壓應力、牽張力），是影響灌注效果的重要指標。

本實驗對照組及三個灌注組的實驗數(shù)據(jù)對比顯示，不同的灌注壓力確實嚴重影響肺功能的變化。較之對照組，體外循環(huán)肺缺血過程中以中壓和低壓對實驗肺進行保護液灌注均可明顯緩解再灌注后肺功能的惡化；較之中壓組，低壓灌注的保護效果更為明顯；當灌注壓力進一步升高至40～45 mm Hg，較之對照組，肺功能的惡化程度未見明顯緩解?；谏鲜鼋Y果，我們可能得出如下結論：在肺組織遭受體外循環(huán)炎癥反應及缺血-再灌注損傷的情況下，較之更高的灌注壓力，15～20 mm Hg的灌注壓力及與之相應的機械應力既能保證有效的液體流量和分布，有助于發(fā)揮對血管內皮及血氣屏障的保護作用［13-15］，又能避免因高灌注壓力所導致的組織內液體負荷過重及血管內皮應力損傷的風險。Halldorsson等［8］在肺缺血再灌注損傷的實驗中亦發(fā)現(xiàn)：較之更高的灌注壓力，肺缺血期間20～30 mm Hg的保護液灌注壓力具有更好的肺保護效果?？梢?，在肺動脈灌注過程中，灌注壓力的精確調控對于實現(xiàn)有效肺保護具有至關重要的意義。

總之，在肺動脈保護液灌注過程中，灌注壓力是影響肺保護效果的重要因素，對于本實驗灌注模式，30 mm Hg以下的灌注壓力較為合適，15～20 mm Hg的灌注壓力更為安全和有效，高至40～45 mm Hg的灌注壓力，未見明顯有益的肺保護效應。不同灌注壓力下的液體流量負荷和對肺血管內皮細胞的機械應力，可能是灌注壓力影響肺保護效果的重要機制。

本實驗有一定的局限性。首先，本實驗所設壓力范圍有限，仍有進一步降低的空間；其次，本實驗所用動物，是健康的低齡動物，無基礎心肺病變及癥狀，必然具有較低的肺動脈壓、肺血管阻力，這有利于保護液在組織中擴散和分布。因此，在體外循環(huán)背景下，低于15～20 mm Hg的灌注壓力將會對肺功能產(chǎn)生怎樣的影響？對于其他動物（如伴有肺動脈高壓或基礎心臟病變），肺動脈灌注過程中不同的灌注壓力將會產(chǎn)生怎樣的效果？值得進一步研究。

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Effects of different pulmonary artery perfusion pressures on cardiopulmonary bypass-induced pulmonary function injury

Zhang Ren-teng，Wang Zeng-wei，Wang Hui-shan，Jiang Hui，Song Heng-chang，Li Ning
Department of cardiovascular surgery，General hospital of shenyang military command，Shenyang，110016，China

ObjectiveReducing lung injury during cardiopulmonary bypass（CPB）is important for patients＇recovery.On the basis of prevenient experiments，the present study was designed to evaluate the effects of pulmonary artery perfusion pressure on the extent of lung function injury during CPB in an animal model.MethodsTwenty healthy mongrel dogs were randomly divided into four groups（5 for each group），including a control group and three perfusion groups designed to simulate clinical cardiopulmonary bypassinduced lung injury.During pulmonary ischemia and CPB，protective perfusions were performed using different perfusion pressures（15 -20，25-30，and 40-45 mm Hg），while animals in the control group were not perfused.After pulmonary reperfusion，the changes in pulmonary function were determined.ResultsCompared with the control group，lung compliance，oxygenation and vascular resistance after reperfusion were significantly improved in both low-and moderate-pressure groups，and in the low-pressure group the improvement was more significant.However，there were no significant differences in any of these parameters between the control group and the high-pressure group.ConclusionThe perfusion pressure is an important factor that determines the extent of lung protection，and the use of pressures below 30 mm Hg is optimal，with the safest and most effective range being 15-20 mm Hg.When the pressure is further elevated to 40-45 mmHg，there is no obvious benefit found compared to the control group.The volume load of perfusate and mechanical stress forces exerted on the lung due to different perfusion pressures may be the important mechanism influencing the protection effect.

Cardiopulmonary bypass；Lung injury；Pulmonary function；Pulmonary artery perfusion；Perfusion pressure

R654.1

A

1672-1403（2013）01-0037-04

2012-06-15）

2012-09-03）

110016沈陽，沈陽軍區(qū)總醫(yī)院心血管外科