體外肺支持策略用于急性呼吸窘迫綜合征的實驗研究

甘斌，翁羨吾

(貴港市人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，廣西貴港 537100)

體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，ECMO)自20世紀(jì)60年代末開始用于治療呼吸衰竭，現(xiàn)已越來多地應(yīng)用于常規(guī)治療無效的可逆性肺損傷，尤其是對小兒急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)，可以有效地改善臨床預(yù)后，提高生存率［1］。無泵驅(qū)動的體外肺輔助(pumpless extracorporeal lung assist，PECLA)技術(shù)是近年來逐漸應(yīng)用于臨床的一種新型體外肺支持(ECLA)技術(shù)，利用動靜脈壓力梯度驅(qū)動血液經(jīng)膜肺進(jìn)行氧合，有效改善血液氧合的同時，減輕血液成分的損傷。本研究通過觀察和比較兩種ECLA策略在幼齡動物模型中的應(yīng)用，總結(jié)管理經(jīng)驗，以供臨床參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物分組與麻醉

6～8周齡、體重16～20 kg的健康雄性雜種幼豬28只，禁食12 h送入實驗室，隨機(jī)分為健康對照組(CON組)、常規(guī)機(jī)械通氣組(MV組)、ECMO聯(lián)合小潮氣量通氣治療組(EC組)、pECLA聯(lián)合小潮氣量通氣治療組(PE組)4組。予肌肉注射鹽酸氯胺酮50 mg·kg－1鎮(zhèn)靜，硫酸阿托品0.20 mg·kg－1麻醉，鹽酸氯胺酮10 mg·kg－1·h－1和芬太尼 5 mg·kg－1·h－1持續(xù)鎮(zhèn)靜麻醉。

1.2 機(jī)械通氣與置管

所有動物行氣管切開，插入內(nèi)徑5.5 mm帶球囊導(dǎo)管與西門子300型呼吸機(jī)(西門子-埃勒馬公司，瑞典)連接。調(diào)整呼吸機(jī)參數(shù)維持動脈血二氧化碳分壓(PaC02)在正常范圍。

各組動物均分離左側(cè)頸外靜脈，并連接西門子SC 900生命體征監(jiān)護(hù)儀(西門子-埃勒馬公司，瑞典)，測定中心靜脈壓(CVP)、肺動脈壓(PAP)、肺動脈楔壓(PAWP)，于左頸動脈留置24 G軟管，連接Vigileo心排量監(jiān)護(hù)儀(Edwards Lifesciences，美國)。予肝素鈉100 μl·kg－1抗凝后，EC 組分離右頸外靜脈，置入14 Fr靜脈導(dǎo)管，分離右股靜脈，置入12 Fr動脈導(dǎo)管;PE組分離左側(cè)股動脈、右側(cè)股靜脈，分別置入動、靜脈導(dǎo)管。CON組和MV組同樣分離上述血管但不置管，縫合皮膚。

1.3 建立ARDS模型

參考Zhu等［2］介紹的油酸誘導(dǎo)動物ARDS建模方法。將10倍稀釋后油酸用微量泵緩慢持續(xù)60 min注入右心室，若血氣分析氧分壓(PaO2)＜70 mmHg，調(diào)節(jié)吸入氧體積分?jǐn)?shù)(FiO2)至50%。若PaO2/FiO2≤200 mmHg，調(diào)節(jié)FiO2至100%，逐步調(diào)節(jié)壓力以保證適當(dāng)?shù)某睔饬?。將呼氣末正?PEEP)調(diào)至2 cmH2O，穩(wěn)定1 h，如PaO2/FiO2仍≤200 mmHg并有進(jìn)行性下降趨勢，呼吸系統(tǒng)動態(tài)順應(yīng)性較基礎(chǔ)狀態(tài)下降50%以上、PAWP≤18 cmH2O，確認(rèn)成模。

1.4 治療策略

1.4.1 CON組 壓力控制模式(PCV)機(jī)械通氣，維持PaO2在80 mmHg以上，PaCO2在35～45 mmHg。

1.4.2 MV組 PCV機(jī)械通氣，調(diào)整呼吸機(jī)參數(shù)，盡可能維持PaO2、PaCO2在正常范圍。靜脈補(bǔ)液以維持CVP在5～10 cmH2O，根據(jù)檢測指標(biāo)變化調(diào)整呼吸機(jī)參數(shù)，給予糾酸、升壓、擴(kuò)容等治療。

1.4.3 EC組 ECMO裝置(美敦力公司，美國)連接后以乳酸林格液排氣，管路中預(yù)充新鮮豬血，并補(bǔ)充肝素 500 μl、5% 碳酸氫鈉 20 ml、10% 葡萄糖酸鈣 5 ml，監(jiān)測血氣分析進(jìn)行調(diào)整。將ECMO環(huán)路的引血端和回流端分別與右頸外靜脈、右股靜脈導(dǎo)管相連。采用小潮氣量通氣，其他治療與MV組相同，轉(zhuǎn)流24 h后撤除ECMO設(shè)備。

1.4.4 PE組 PE組連接后乳酸林格液預(yù)充、排氣，將膜肺(美敦力公司，美國)引血端和回流端分別與右股動脈、左股靜脈導(dǎo)管相連。其他治療與ECMO組相同，24 h后撤除PECLA設(shè)備。

1.5 檢測指標(biāo)

所有指標(biāo)均于基礎(chǔ)狀態(tài)、成模時(TM)、體外支持轉(zhuǎn)流開始后(0、8、16 h)、體外支持組撤除后即刻(TEnd)進(jìn)行檢測。

1.5.1 血流動力學(xué) 記錄心排量檢測儀監(jiān)測的心輸出量(CO)、平均動脈血壓(MABP)、心率(HR)，以及生命體征監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測的CVP、PAP、PAWP。

1.5.2 肺功能 應(yīng)用潮氣量(VT)、吸氣峰壓(PIP)、呼吸頻率(RR)、平均氣道壓(MAP)、PEEP、PaCO2等參數(shù)計算肺順應(yīng)性［Cdyn=VT/(PIP-PEEP)/kg］、呼吸機(jī)指數(shù)［VI=RR×PaCO2×PIP/1000］以及氧合指數(shù)［OI=MAP×FiO2×l00/PaO2］等。

1.5.3 血液常規(guī)和生化 包括血細(xì)胞分析和肝、腎、凝血功能檢測。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理

定量數(shù)據(jù)資料以x±s表示，利用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，多組數(shù)據(jù)間均數(shù)比較采用方差分析，組間兩兩比較用SNK-q檢驗，計數(shù)資料比較用卡方分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 基礎(chǔ)狀況與生存比較

如表1、2所示，各組動物建模前一般狀況、血流動力學(xué)及肺功能差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。建模并經(jīng)不同方案治療后，MV組死亡率顯著高于另外3組(P＜0.05)，但CON、EC、PE組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P ＞0.05)。

表1 各組實驗動物基本資料

表2 各組實驗動物血流動力學(xué)、呼吸動力學(xué)基礎(chǔ)狀態(tài)

2.2 血流動力學(xué)狀態(tài)

在不同時間點HR、CVP差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=1.24)。由表3可見，隨著時間延長，MABP除CON組外都有所下降，8 h以后，MV、PE組低于 EC組(P＜0.01)，PE組雖高于MV組，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.09)。體外轉(zhuǎn)流開始后，與EC組相比，在0、8、16 h時間點，MV、PE組 CO 顯著降低(P＜0.05)。與CON組相比，TM時間另外3組PAP均顯著升高(P＜0.01)。體外轉(zhuǎn)流開始后8 h，MV組PAP顯著高于EC、PE組(P＜0.05)。但EC組與PE組間PAP差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=1.23)。

由表4可見，與CON組相比，建模后動物OI、VI顯著升高，Cdyn降低，在所有時間點，MV、EC、PE組與CON組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，但隨著體外支持開始，EC、PE組 OI、VI開始下降，16 h時間點EC組與CON組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.14);而MV組OI、VI持續(xù)增加，與EC、PE組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。Cdyn隨時間延長在各組均下降，各組內(nèi)TEnd與TM時間點相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。8 h時，MV組顯著低于EC、PE組(P＜0.05)。

2.3 肺功能與氣體交換

表3 各組動物血流動力學(xué)指標(biāo)檢測結(jié)果

表4 各組動物肺功能檢測結(jié)果

2.4 血液常規(guī)與生化檢查

如圖1所示，PE、EC組血小板呈進(jìn)行性減少趨勢，但在8 h時間點EC組與另外3組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。其他項目包括血細(xì)胞分析和肝、腎功能等，治療后與基礎(chǔ)狀態(tài)間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

3 討 論

ECLS基本適應(yīng)證是傳統(tǒng)治療手段不能取得滿意效果的可逆性肺損傷。ECLS策略下呼吸機(jī)支持可以調(diào)整至無損水平等待病變肺臟自行恢復(fù)。自Bartlett等［3］首次對ECMO應(yīng)用于嬰幼兒呼吸衰竭進(jìn)行評價以來，隨著臨床研究的迅速發(fā)展，目前ECMO已經(jīng)成為傳統(tǒng)治療無效新生兒呼吸衰竭的標(biāo)準(zhǔn)治療方法［4］。雖然隨著其他治療方法如高頻振蕩通氣、人工肺泡表面活性物質(zhì)、吸入NO等技術(shù)的進(jìn)展，新生兒每年需要ECMO的人數(shù)有所降低，但小兒的需求有所增加。

圖1 各組動物血小板檢測結(jié)果

PECLA于20世紀(jì)80年代首次應(yīng)用于動物實驗中［5］，在一組通氣量低、血流動力學(xué)穩(wěn)定的犬模型中，于股動靜脈間連接膜式氧合器，血氣指標(biāo)在實驗過程中在正常范圍內(nèi)。Phillipp等［6］1997年報道了第1例臨床應(yīng)用PECLA治療嚴(yán)重的呼吸衰竭后患者，起因是患者ECMO治療中出現(xiàn)了明顯的血小板減少癥，而去除血泵后血小板減少得到控制，且患者肺功能也順利恢復(fù)。Floerchinger等［7］在16例心肺功能衰竭患者血流動力學(xué)穩(wěn)定后ECMO治療轉(zhuǎn)換為PECLA的臨床研究中發(fā)現(xiàn)，盡早撤除血泵可以有效地減少血液成分破壞等并發(fā)癥的發(fā)生。在一項96名嚴(yán)重ARDS患者應(yīng)用PECLA的回顧性研究［8］中，研究者認(rèn)為，PECLA可以清除積聚CO2約50%，雖然氧合有限但確實提供了更多的肺保護(hù)。這些研究一致認(rèn)為穩(wěn)定的血流動力學(xué)和低阻力的膜式氧合器是其應(yīng)用的先決條件。Kopp等［9］在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，PECLA雖然更為簡潔，但氧合能力和二氧化碳祛除能力有限，與之相比 Mini ECMO可以提供更好的心肺保護(hù)。

本研究發(fā)現(xiàn)，對于油酸誘導(dǎo)急性肺損傷所致的ARDS動物模型，傳統(tǒng)的機(jī)械通氣輔助呼吸為主的治療過程中，肺順應(yīng)性進(jìn)行性下降，呼吸機(jī)指數(shù)大幅度升高，說明呼吸動力的損傷嚴(yán)重，而OI的升高則提示肺換氣功能障礙，且死亡率極高，本實驗中為100%。這一結(jié)果與當(dāng)前臨床研究相符，說明模型建立與機(jī)械通氣治療策略與臨床應(yīng)用［10］相似。ECLA策略的應(yīng)用顯著地改善了呼吸動力學(xué)與肺換氣功能。PECLA可以順利地實現(xiàn)呼吸支持，短時間內(nèi)氧合水平理想，PAP的降低可能與氧供改善刺激減輕有關(guān)，且設(shè)備簡單利于管理，但與ECMO相比對血流動力學(xué)有一定影響。EC組ARDS動物的呼吸動力學(xué)與肺換氣功能得以有效改善，血流動力學(xué)穩(wěn)定，但較短時間內(nèi)出現(xiàn)了血小板減少、血液成分破壞的征兆。

總之，ARDS是病情危重、進(jìn)展迅速的一類疾病，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合理的肺保護(hù)策略。ECLA策略可以為治療贏取更多時間，靜脈-靜脈ECMO(V-V ECMO)是一種行之有效的治療手段，在血流動力學(xué)穩(wěn)定的條件下，應(yīng)用或轉(zhuǎn)換為PECLA可能將降低體外循環(huán)并發(fā)癥的發(fā)生，為患者帶來更多益處。

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