機械通氣對豬腹腔間隔綜合征后心臟繼發(fā)改變的影響

王宏業(yè) 尉繼偉

腹腔間隔室綜合征(abdominal compartment syndrome,ACS)有病情發(fā)展快、臨床病死率高等特點，是目前臨床研究的熱點問題之一[1-5]。心臟功能衰竭可能是導(dǎo)致ACS患者死亡的直接原因,但相關(guān)的病理機理尚不明確。機械通氣可加重患者的腹腔高壓[6],從而進一步加重心臟功能惡化。而機械通氣下腹腔高壓對臨床ACS患者心臟損傷的影響尚未見報道。筆者制作機械通氣腹腔高壓液體動物(豬)模型,觀察實驗豬心肌酶譜和心臟病理改變，探索機械通氣下腹腔高壓對ACS心臟造成的繼發(fā)損傷,以指導(dǎo)臨床治療。

材料和方法

一、材料

(一)實驗動物

健康成年實驗豬10頭,體質(zhì)量18.2～25.6 kg,平均體質(zhì)量(21.40±1.72)kg,雌雄不限,由山西大同大學(xué)實驗動物中心提供,動物合格證號[SCXK(2015-0002)]。

(二)主要實驗器械

麻醉機(上海德爾格醫(yī)療器械有限公司)，全自動生化分析儀(日本株式會社日立高新技術(shù))，安全套(青島雙碟集團股份有限公司)，引流袋(山東威高集團醫(yī)用高分子制品股份有限公司)。

(三)主要試劑

生化檢驗試劑:生產(chǎn)許可證編號:京食藥監(jiān)械生產(chǎn)需20022023號,注冊證編號:京械注準20162400540,北京九強生物技術(shù)有限公司。

二、方法

(一)水囊的制作和選擇

1.常規(guī)水囊的制作:普通安全套消毒后注入250 mL生理鹽水封口。

2.加壓水囊的制作:使用1 000 mL引流袋作為加壓水囊。

(二)腹腔高壓液體動物模型制作

將10頭實驗豬按隨機數(shù)字表法分為兩組:實驗組6頭,對照組4頭。實驗組采用水囊疊加加壓法制作腹腔高壓液體動物模型[7],術(shù)后通過加壓水囊引流管注液加壓。對照組在手術(shù)置入空癟的加壓水囊后即關(guān)腹,且不注液加壓。術(shù)后兩組分別在全身麻醉下行機械通氣,直至實驗動物被處死。

1.麻醉與機械通氣:將實驗豬稱重后仰臥位置于手術(shù)臺,經(jīng)耳緣靜脈穿刺置入22-0號號靜脈穿刺導(dǎo)管后固定,先予丙泊酚3～5 mg·kg-1和維庫溴銨0.4 mg·kg-1行麻醉誘導(dǎo),再以丙泊酚12 mg·kg-1·h-1和維庫溴銨0.4 mg·kg-1·h-1靜脈泵注維持麻醉。經(jīng)口氣管插管后接呼吸機輔助呼吸:容量控制通氣(volume controlled ventilation,VCV)模式,潮氣量10 mL·kg-1,呼吸頻率16次/min,吸入氧濃度(FiO2)40%,呼氣末正壓(positive end expiratory pressure,PEEP)5 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)。

2.手術(shù)方法:將實驗豬仰臥位固定于操作臺,沿腹中線作一長8.0～10.0 cm的縱向切口,預(yù)置全層縫合切口的縫線8～10根。沿切口首先置入空癟的加壓水囊,加壓水囊的加壓管通過切口置于腹外,然后在確?？蔁o張力關(guān)腹的情況下置入最大數(shù)量的常規(guī)水囊(本組均為8個)后,切口預(yù)置縫線打結(jié)關(guān)腹。

3.腹腔高壓模擬:經(jīng)過加壓管向加壓水囊中注入0.9%氯化鈉注射液,每注入50 mL,測壓1次,直至腹腔壓力達到30 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),之后通過調(diào)整液量達到動物模型所需的壓力(25 mmHg)。注液時維持注液速度均勻,時間約為20～30 min。注液溫度維持在30℃～35 ℃,以排除注液溫度對實驗動物的影響。

4.測壓方法:取1 m普通T形塑料尺,長臂垂直位固定于床邊,0 cm刻度在下,100 cm刻度在上,將輸液器由輸入端到穿刺端由上到下拉直,固定在T形尺上,前端通過三通管和加壓水囊的引流管相連,測壓管內(nèi)穩(wěn)定液平的高度與實驗豬的腋中線高度差即為腹腔壓力[8]。

三、觀察指標

(一)腹腔壓力-增容量曲線

通過加壓水囊引流管向加壓水囊內(nèi)注入0.9%氯化鈉注射液,每50 mL測壓一次,根據(jù)每個實驗動物的每次測壓結(jié)果取算數(shù)平均值,繪制與注液體積相對應(yīng)的腹腔壓力-增容量曲線。

(二)心肌酶譜

在動物模型建立前由實驗豬的耳緣靜脈置入靜脈穿刺導(dǎo)管1根,建模成功后調(diào)整兩組腹腔壓力維持在25 mmHg,分別于模型制作前和壓力維持后的1，2，3，4 h各抽取靜脈血5 mL,共計5次,行心肌酶譜[乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)、α-羥基丁酸脫氫酶α-hydroxybutyrate dehydrogenase,α-HBDH]、 肌酸激酶同工酶(creatine kinase isoenzymes,CK-MB)]檢查。觀察兩組心肌酶譜的差異。

(三)心臟病理改變

建模后4 h后使用過量丙泊酚靜脈推注處死兩組實驗豬,即刻完整切取心臟,置于10%甲醛溶液中固定24 h后常規(guī)石蠟包埋、冠狀面連續(xù)切片,切片厚度為4 μm。經(jīng)蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色后在生物光學(xué)顯微鏡下觀察病理改變,放大倍數(shù)200倍。

四、統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析,計量資料以Mean±SD表示,采用兩獨立樣本t檢驗;采用簡單線性回歸分析腹腔內(nèi)壓與腹腔容量增加的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一、腹腔壓力-增容量變化曲線

實驗組6頭豬成功復(fù)制腹腔液體高壓模型,且在實驗全過程中無1例發(fā)生氣壓傷和死亡。腹腔高壓液體(豬)動物模型腹腔壓力-增容量曲線為線性函數(shù)關(guān)系,腹腔內(nèi)壓與腹腔容量增加呈正相關(guān),函數(shù)方程:Y=0.1074X-206.045(r2=0.8396,P<0.05)。見圖1。

圖1 機械通氣腹腔高壓液體動物(豬)模型腹腔壓力-增容量曲線

二、心肌酶譜變化

實驗組動物模型(n=6)在術(shù)前及術(shù)后1，2，3，4 h心肌酶譜變化情況見表1。

三、心臟病理改變

對照組(圖2a):心肌纖維呈短圓柱狀,有分支,互相連接成網(wǎng);可見閏盤及橫紋;心肌纖維的細胞核呈卵圓形,位居中央;肌質(zhì)豐富,居于核的兩端處;可見心肌纖維橫紋,但不明顯。實驗組(圖2b):心肌纖維呈嗜酸性變,心肌纖維部分萎縮,部分肥大,局部可見玻璃樣變性,橫紋消失,可見細胞核聚集。

圖2 機械通氣改良腹腔高壓液體動物(豬)模型的心臟病理改變(HE染色,×200)

表1 機械通氣改良腹腔高壓液體動物(豬)模型的心肌酶譜變化一覽表

注:LDH為乳酸脫氫酶，α-HBDH為a-羥丁酸脫氫酶，CK-MB肌酸激酶同工酶

討 論

ACS可引起心、肺、腎等多臟器的功能不全,臨床表現(xiàn)為心率增快、呼吸困難、難以糾正的低氧血癥和利尿劑無效的少尿。升高的腹腔壓力可通過腹-胸相互作用使胸腔壓力升高[9]、循環(huán)血量下降[10]以及細胞因子的大量釋放[11],繼而引起心臟繼發(fā)損傷。機械通氣在有效維持呼吸功能、減少腹腔壓力對胸腔器官的損傷,對心臟和肺臟起到一定程度保護作用的同時[2],也限制了膈肌的運動范圍,導(dǎo)致腹腔內(nèi)壓力上升的代償空間被壓縮,使ACS的發(fā)病壓力閾值下調(diào)。2006年,國際腹腔間隔綜合征委員會(World Society of the Abdominal Compartment Syndrome,WSACS)指出，高PEEP是腹腔壓力升高的獨立危險因素[13],更易導(dǎo)致ACS的發(fā)生。目前研究認為，腹腔高壓動物模型的壓力-容積曲線為一條腹腔壓力隨容積增加而逐漸增加的指數(shù)函數(shù)[14],腹腔壓力與容積呈正相關(guān)關(guān)系。本研究中，豬腹腔壓力-增容量曲線為線性函數(shù),腹腔壓力與腹腔增容量呈正相關(guān),但與既往報道的曲線走行完全不同。而產(chǎn)生這種改變的原因則考慮與機械通氣直接相關(guān):機械通氣與腹腔向胸腔傳導(dǎo)的壓力形成對抗,而且隨著腹腔壓力的上升,這種對抗也在同步增強,致使腹腔壓力隨容量增加而緩慢升高,而非既往報道的快速指數(shù)升高,造成了腹腔壓力-容積曲線走向的改變。這也是機械通氣能在一定程度上減輕胸腹腔臟器損害的可能原因。

心臟在出現(xiàn)損傷的情況下可表現(xiàn)為心肌酶譜的異常,測定心肌酶譜對診斷心臟的損傷程度有一定的參考價值[15]。本研究中,與建模前相比較,在建模后1 h,實驗組的LDH、CK-MB、α-HBDH均出現(xiàn)升高(P<0.05),并在建模后2～4 h恢復(fù)正常,提示在制作機械通氣腹腔高壓液體動物模型的過程中,ACS發(fā)生的前1 h內(nèi)對心臟造成的損傷較強,隨后由于適應(yīng)性代償,心肌酶譜又逐漸恢復(fù)到正常水平。心肌病理檢查結(jié)果證實:在機械通氣下,ACS的發(fā)生發(fā)展伴隨著心肌細胞的損傷,表現(xiàn)為心肌纖維嗜酸性變,心肌纖維部分萎縮,部分肥大,橫紋消失,局部可見玻璃樣變性,可見細胞核聚集等。

總之，在機械通氣下,ACS的發(fā)展伴隨明顯的心肌細胞損傷和心肌酶譜改變。機械通氣在維持肺通氣功能的同時,可向下壓迫膈肌,從而與腹腔高壓形成對抗,在一定程度上減輕了腹腔高壓對胸腔的壓力傳導(dǎo)[16],但對心臟的保護作用需要進行進一步的研究。