機(jī)械通氣相關(guān)性肺損傷大鼠模型的建立與評(píng)價(jià)

任俊明　郭永清

[摘要] 目的 建立機(jī)械通氣相關(guān)性肺損傷大鼠模型并進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定建立機(jī)械通氣相關(guān)性肺損傷大鼠模型的最適通氣條件。 方法 選取成年雄性SD大鼠72只，體重250～300 g，隨機(jī)分為A、B、C、D組（n=18）：對(duì)照組（A 組，自主呼吸組），小潮氣量（VT）組（B組，VT=6 ml/kg），常規(guī)VT組（C組，VT=10 ml/kg），大VT組（D組，VT=40 ml/kg），各組按機(jī)械通氣時(shí)間（2、4、6 h）再隨機(jī)分為3個(gè)亞組（n=6）。A組僅作氣管切開插管，其余各組氣管切開后接小動(dòng)物呼吸機(jī)行機(jī)械通氣，呼吸機(jī)參數(shù)均設(shè)置為RR 70/min，F(xiàn)iO2 21%，PEEP 0 cmH2O。機(jī)械通氣結(jié)束后處死大鼠，剖胸取右肺組織計(jì)算濕重干重比（W/D），計(jì)算細(xì)胞凋亡指數(shù)，HE染色后光鏡下觀察肺組織病理學(xué)結(jié)果，并進(jìn)行肺損傷評(píng)分。比較不同VT及通氣時(shí)間條件下大鼠的肺損傷情況。 結(jié)果 與A、B、C組比較，D組通氣2 h時(shí)開始出現(xiàn)肺損傷病理學(xué)表現(xiàn)，通氣4 h時(shí)肺損傷評(píng)分、肺組織W/D和細(xì)胞凋亡指數(shù)均升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。 結(jié)論 給予大鼠40 ml/kg VT通氣4 h可以成功建立機(jī)械通氣相關(guān)性肺損傷模型。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)械通氣相關(guān)性肺損傷；機(jī)械通氣；動(dòng)物模型；大鼠

[中圖分類號(hào)] R332 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721（2016）02（c）-0011-04

[Abstract] Objective To establish and evaluate the rat model of ventilator-induced lung injury，and to determine the best ventilation condition of rat model of ventilator-induced lung injury. Methods 72 adult male SD rat were selected，weight was 250-300 g，and they were randomly divided into group A，B，C and D （n=18）.Control group （group A，spontaneous breathing group），low tidal volume group （group B，VT=6 ml/kg），routine tidal volume group （group C，VT=10 ml/kg） and high tidal volume group （group D，VT=40 ml/kg）.Each group was divided into 3 subgroups （n=6） according to duration of mechanical ventilation （2 h，4 h and 6 h）.group A was only given tracheotomy tube，the others were given small animal breathing machine to conduct mechanical ventilation after tracheotomy.The parameter of breathing machine was set as RR 70/min，F(xiàn)iO2 was 21%，PEEP was 0 cmH2O.The rat were sacrificed after the end of mechanical ventilation，W/D of right lung tissue taken by splitting chest was counted and cell apoptosis index was counted.The pathology results of lung tissue were observed under light microscope after HE staining.The score of lung damage was valued.Lung damage of rat at different tidal volume and duration of ventilation was compared. Results Compared with group A，B and C，lung damage pathology feature appeared after 2 h ventilation in group D and all of the lung damage score，W/D of lung tissue and cell apoptosis index was increased respectively，and the difference was statistical significance （P<0.05）. Conclusion Rat is given 40 ml/kg of tidal volume and ventilation for 4 h can establish the model of ventilator-induced lung injury successfully.

[Key words] Ventilator-induced lung injury；Mechanical ventilation；Animal model；Rat

機(jī)械通氣（mechanical ventilation，MV）在危重患者的救治和麻醉維持過程中起重要作用，然而MV使用不當(dāng)本身可以誘發(fā)嚴(yán)重肺損傷[1]。MV過程中較高的潮氣量（VT）可以損害肺泡-毛細(xì)血管黏膜屏障，破壞肺組織內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞增加其通透性[2]，同時(shí)機(jī)械刺激導(dǎo)致肺泡內(nèi)炎癥細(xì)胞募集活化并釋放炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子從而引起肺損傷[3]。目前，國內(nèi)外肺損傷動(dòng)物模型制備多選擇鼠類、兔類、犬類、綿羊等動(dòng)物，其中鼠類具有經(jīng)濟(jì)性、細(xì)胞生物學(xué)角色的可用性等優(yōu)點(diǎn)使其在肺損傷模型建立研究中運(yùn)用較多[4-5]。本研究主要比較不同VT及通氣時(shí)間條件下大鼠的肺損傷情況，確定建立MV所致肺損傷大鼠模型的最適通氣條件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

選取健康的成年清潔級(jí)雄性SD大鼠72只，體重250～300 g，由北京海淀興旺動(dòng)物養(yǎng)殖場提供。

1.2 儀器與試劑

HX-300動(dòng)物呼吸機(jī)（成都，泰盟）；動(dòng)物天平-YB102（中國，海康）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海，精宏）；細(xì)胞凋亡檢測試劑盒（武漢博士德生物工程有限公司）；戊巴比妥（西安沃爾森生物技術(shù)有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 動(dòng)物準(zhǔn)備 用2%戊巴比妥鈉（50 mg/kg）溶液進(jìn)行腹腔注射麻醉，待麻醉起效后給予稱重、固定架體位固定。頸部皮膚備皮、碘伏消毒，用手術(shù)刀沿氣管長軸切約1.0 cm皮膚切口，同時(shí)用止血鉗鈍性分離切口下皮膚組織和肌肉，暴露大鼠氣管。將自制14G氣管導(dǎo)管緩慢刺入氣管向前推進(jìn)1.0 cm、拔出管芯，通氣確定在主氣管內(nèi)手術(shù)縫線固定套管后接小動(dòng)物呼吸機(jī)行MV，四肢連接生物機(jī)能監(jiān)護(hù)儀持續(xù)進(jìn)行心電圖監(jiān)測。行尾靜脈穿刺保持靜脈通暢；整個(gè)過程中維持室溫26～28℃。實(shí)驗(yàn)中按大鼠出血量和生理需要量維持輸液[1 ml/（kg·h）生理鹽水][6]。

1.3.2 動(dòng)物分組 將大鼠隨機(jī)分為A、B、C、D組（n=18），予以不同VT和通氣時(shí)間。對(duì)照組（A 組，自主呼吸組），小VT組（B組，VT=6 ml/kg），常規(guī)VT組（C組，VT=10 ml/kg），大VT組（D組，VT=40 ml/kg），每組18只，各組分別按通氣時(shí)間（2、4、6 h）再隨機(jī)分為3個(gè)亞組，每個(gè)亞組各 6 只大鼠。A組僅作氣管切開插管，其余各組氣管切開后接小動(dòng)物呼吸機(jī)行MV，B、C、D組呼吸機(jī)參數(shù)均設(shè)置為RR 70/min，F(xiàn)iO2 21%，PEEP 0 cmH2O。

1.4 檢測指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)中觀察心電圖，通氣結(jié)束即刻處死動(dòng)物。剖胸取右側(cè)肺組織計(jì)算濕重干重比（W/D），另一側(cè)肺做病理學(xué)及細(xì)胞學(xué)凋亡檢測。

1.4.1 血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo) 連續(xù)觀察心電圖變化、心率。

1.4.2 肺組織 W/D 取大鼠右肺組織，先稱濕重，再放置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，干燥箱溫度設(shè)定為80℃，恒溫烘烤直到肺組織至恒重后稱肺干重，然后計(jì)算肺組織 W/D。

1.4.3 肺組織病理學(xué)檢查 取部分左肺組織用4%多聚甲醛溶液固定，經(jīng)過石蠟包埋、切片、HE染色等處理后，置于光學(xué)顯微鏡下觀察肺泡及毛細(xì)血管充血、肺內(nèi)出血、中性粒細(xì)胞在血管壁及肺間隙浸潤、肺泡壁增厚或者透明膜形成以上四項(xiàng)進(jìn)行肺損傷評(píng)分。采用3分制計(jì)分：無改變0分，輕度改變1分，中度改變2分，重度改變3分，然后累計(jì)總分。每個(gè)標(biāo)本選取5個(gè)高倍視野，評(píng)分后取其均值。

1.4.4 TUNEL法檢測肺組織細(xì)胞凋亡程度 經(jīng)過TUNEL染色的肺組織細(xì)胞若細(xì)胞核內(nèi)出現(xiàn)棕黃色顆粒即為陽性結(jié)果，置于高倍鏡下（×400）隨機(jī)選取5個(gè)不重復(fù)視野，計(jì)數(shù)100個(gè)細(xì)胞中TUNEL陽性細(xì)胞數(shù)，計(jì)算細(xì)胞凋亡指數(shù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，不同組別、組內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)間比較采用方差分析，用Bartlett檢驗(yàn)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，滿足方差齊性則用LSD做兩兩比較，若不滿足方差齊性則采用Dunnet檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肺的病理學(xué)改變

肉眼觀察可見，A、B組肺組織未見明顯的損傷改變，C組通氣6 h時(shí)可見肺組織出現(xiàn)中度充血、水腫，橫切面可見不規(guī)則淤血區(qū)。D組在通氣2 h后可見肺組織水腫充血明顯，通氣4 h后肺表面出現(xiàn)大量出血點(diǎn)，通氣6 h后出血點(diǎn)形成不規(guī)則片狀。經(jīng)HE染色后光鏡下可見A、B組病理形態(tài)大致正常，C組通氣6 h出現(xiàn)肺內(nèi)輕度出血、肺泡壁輕度增厚并有透明膜形成。D組2 h即可見肺內(nèi)彌散存在出血點(diǎn)，通氣4 h時(shí)可見大量散在出血點(diǎn)，肺泡間隔增寬，肺泡腔滲液較多，通氣6 h肺組織結(jié)構(gòu)完全破壞，肺泡發(fā)生融合，肺組織實(shí)變。C、D肺組織損傷程度隨通氣時(shí)間的增加而加?。▓D1）。

2.2 4組肺組織W/D、肺損傷評(píng)分及細(xì)胞凋亡指數(shù)的比較

與A組比較，C、D組肺組織 W/D、肺損傷評(píng)分及細(xì)胞凋亡指數(shù)隨著通氣時(shí)間的增加均明顯升高（P<0.05），B組上述各項(xiàng)指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。C、D組內(nèi)3個(gè)時(shí)間點(diǎn)肺組織 W/D、肺損傷評(píng)分及細(xì)胞凋亡指數(shù)值均隨時(shí)間的變化明顯升高（P<0.05），A組上述各項(xiàng)指標(biāo)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）（表1）。

3 討論

危重患者在呼吸機(jī)的支持治療中常并發(fā)機(jī)械通氣相關(guān)性肺損傷（VILI）。目前，國內(nèi)外研究認(rèn)為，VILI的發(fā)生主要由于呼吸機(jī)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，即較高氣道壓或容量導(dǎo)致吸氣末肺組織的過度擴(kuò)張而呼氣末肺容積過低使不張的終末小氣道和肺泡隨機(jī)械通氣周期性地開放和關(guān)閉[7]，從而導(dǎo)致機(jī)械性肺損傷的發(fā)生。有的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著通氣時(shí)間的增加，肺損傷的趨勢(shì)也越來越明顯[8]。臨床工作中主要是通過改變呼吸機(jī)通氣模式和通氣策略來避免VILI的發(fā)生，但是至今對(duì)于呼吸機(jī)通氣模式的設(shè)置沒有達(dá)成明確的共識(shí)，本研究通過動(dòng)物肺損傷模型制備來尋找最適通氣模式。

目前，國內(nèi)外研究中常見的機(jī)械通氣肺損傷動(dòng)物模型制備方法有兩種：一是在壓力控制通氣模式下給予較高的吸氣壓力導(dǎo)致肺損傷的發(fā)生，2015年，Yang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，給予大鼠吸氣壓力10 cmH2O，PEEP=0 cmH2O，RR 50/min，通氣4 h后可以復(fù)制大鼠肺損傷的發(fā)生。Dreyfuss等[10]的研究也證實(shí)，給予家兔45 cmH2O的吸氣壓力，MV過程中會(huì)很快出現(xiàn)肺損傷的表現(xiàn)。該方法的缺點(diǎn)是吸氣壓力大小的設(shè)置不好確定，沒有明確的文獻(xiàn)支持，沒有找出導(dǎo)致肺損傷發(fā)生的最佳吸氣壓力值[11-12]，此類方法在實(shí)驗(yàn)研究中運(yùn)用較少。二是容量控制通氣模式下給予大VT的MV，隨著時(shí)間的增加肺損傷程度逐漸加重。Huang等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VT設(shè)定為30 ml/kg，RR 25/min，F(xiàn)iO2=21%，通氣2 h即可出現(xiàn)肺損傷，這說明VT和通氣時(shí)間是導(dǎo)致肺損傷發(fā)生的關(guān)鍵因素[14-16]。

本研究中比較了不同VT（6、10、40 ml/kg）和不同通氣時(shí)間（2、4、6 h）條件下肺損傷的發(fā)生程度，同時(shí)通過肺損傷評(píng)分、細(xì)胞凋亡指數(shù)、光鏡下病理結(jié)果來評(píng)價(jià)VILI模型建立的成功與否。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，給予VT 40 ml/kg通氣2 h時(shí)光鏡下可見大鼠肺內(nèi)點(diǎn)狀出血點(diǎn)，肺泡腔內(nèi)滲出液增多。通氣4 h后可見肺內(nèi)大量散在出血點(diǎn)，肺泡間隔增寬肺泡膜增厚，肺泡腔內(nèi)大量滲出液，部分肺泡破裂融合。通氣6 h后肺組織結(jié)構(gòu)完全破壞。同時(shí)隨著VT的增大和通氣時(shí)間的增加，肺損傷評(píng)分及細(xì)胞凋亡指數(shù)在增高也說明了肺損傷程度的加重。相比之下，VT=6 ml/kg通氣組大鼠肺組織沒有出現(xiàn)肺泡水腫、炎癥滲出等急性肺損傷表現(xiàn)。VT=10 ml/kg通氣組大鼠在通氣6 h后可見有輕度肺內(nèi)出血點(diǎn)、肺泡壁輕度增厚表現(xiàn)。綜上所述可以得出結(jié)論：VT=40 ml/kg通氣2 h即可導(dǎo)致肺損傷，通氣4 h可穩(wěn)定建立大鼠MV所致肺損傷大鼠模型。

本研究中給予大鼠小VT（VT=6 ml/kg）通氣大鼠可以存活數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，小潮氣量對(duì)大鼠肺部的損傷是極其緩慢的。相比之下，給予大VT（VT=40 ml/kg）通氣的大鼠肺損傷發(fā)展較快數(shù)小時(shí)內(nèi)即可出現(xiàn)典型的肺損傷表現(xiàn)，因此建立大鼠VILI模型需要給予合適的VT和通氣時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)成功建立了大鼠VILI模型，為今后從事相關(guān)肺損傷的研究提供了動(dòng)物學(xué)模型的參考依據(jù)。

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（收稿日期：2015-11-11 本文編輯：許俊琴）