大動物體外膜氧合模型建立的研究進(jìn)展

齊嘉琛，高思哲，張巧妮，吉冰洋

體外膜氧合（extracorporeal membrane oxygena?tion， ECMO）是心肺功能衰竭患者通過機(jī)械循環(huán)輔助裝置獲得短時間體外生命支持（extracorporeal life support， ECLS）的一種輔助治療手段［1］。 ECMO 的原理是將靜脈血從體內(nèi)引流到體外，通過氧合器（即膜肺）的氣體交換，使靜脈血氧合為動脈血，再用泵將血液灌注回體內(nèi)。 由此在一段時間內(nèi)替代患者的心肺功能。 ECMO 可支持呼吸和（或）循環(huán)功能、能有效而迅速地改善低氧血癥及去除CO2、可進(jìn)行左心／右心或全心輔助從而有效支持全身循環(huán)、避免長期機(jī)械通氣所致的氧中毒及氣道損傷，為心肺功能的恢復(fù)或心肺移植贏得時間［2］。

動物模型是ECLS 領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)，基于動物模型可以進(jìn)行相關(guān)生理學(xué)研究及分子機(jī)制研究，并為相關(guān)臨床試驗(yàn)提供重要參考。 多年來，已經(jīng)有多種ECMO 大動物模型建立并應(yīng)用，但在可行性和方法上缺乏全面的比較。 因此，本文對現(xiàn)有的靜脈－動脈（veno－artery， V－A）ECMO 大動物急性疾病模型、靜脈－靜脈（veno－venous，V－V） ECMO 大動物急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syn?drome， ARDS）模型、清醒 ECMO 大動物長期生存模型的特點(diǎn)和建立方法進(jìn)行系統(tǒng)的綜述，目的是優(yōu)化在未來研究設(shè)計中模型建立的相關(guān)策略。

1 V－A ECMO 大動物急性疾病模型的建立

V－A ECMO 現(xiàn)在被廣泛用于各種病因?qū)е碌男脑葱孕菘说难h(huán)支持治療［3］。 基于此特點(diǎn)，V－A ECMO 大動物模型主要針對心功能衰竭、心源性休克疾病模型的建立。

1.1 心功能衰竭、心源性休克造模方法和并發(fā)癥 研究大部分使用豬［4－16］，也有用羊［17－18］作為構(gòu)建疾病模型的物種，部分研究未提及年齡及性別信息。大多數(shù)研究采用急性心肌梗死（acute myocardial in?farction，AMI）誘導(dǎo)模型，通過結(jié)扎冠狀動脈左前降支（left anterior descending coronary artery，LAD）實(shí)現(xiàn)。 其他模型使用起搏誘導(dǎo)心室顫動（ventricular fi?brillation，VF）、艾司洛爾輸注、心肌缺氧或一氧化碳中毒的誘導(dǎo)方法。 大部分模型為急性期模型，大動物存活時間短，其中AMI 模型建立風(fēng)險較大，可出現(xiàn)不可逆的VF 導(dǎo)致動物死亡，與其他模型相比復(fù)雜程度及不可控性更大。 V－A ECMO 大動物的主要特征、心功能衰竭、心源性休克模型的誘導(dǎo)方法及潛在的并發(fā)癥詳見表1。

表1 V－A ECMO 大動物疾病模型的基本特征、造模方法和并發(fā)癥

1.2 術(shù)前管理及麻醉 根據(jù)物種不同，動物術(shù)前禁食24 ～48 h，禁水12 h。 給予氯胺酮或咪達(dá)唑侖鎮(zhèn)靜，靜脈麻醉誘導(dǎo)多應(yīng)用丙泊酚（2 mg／kg，iv）＋阿片類藥物靜脈注射，吸入麻醉誘導(dǎo)多采用異氟烷（1%～3%）吸入，隨后氣管插管并機(jī)械通氣。 麻醉維持多采用靜脈＋吸入復(fù)合麻醉，即異氟烷＋丙泊酚［8 ～10 mg／（kg·h）］＋阿片類藥物的組合，根據(jù)大動物生理參數(shù)、生命體征、角膜和眼瞼反射、流淚和自發(fā)運(yùn)動調(diào)整麻醉維持劑量。 機(jī)械通氣參數(shù)設(shè)置：潮氣量多為8～10 ml／kg，呼吸頻率根據(jù)呼氣末二氧化碳分壓調(diào)節(jié)，吸入氧濃度根據(jù)氧分壓調(diào)節(jié)。

1.3 插管及抗凝管理 V－A ECMO 插管相關(guān)信息、流量及抗凝管理詳見表2。 大部分模型采用外周插管，但插管策略不盡相同。 部分研究中的ECMO 流量是實(shí)驗(yàn)的一個控制參數(shù)。

表2 V－A ECMO 大動物疾病模型插管、流量及ACT 目標(biāo)值相關(guān)信息

一旦開始V－A ECMO 支持，ECMO 相關(guān)參數(shù)設(shè)置應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，以符合最新指南或?qū)嵺`：經(jīng)頸／股動脈穿刺，確認(rèn)尖端位置；ECMO 流量控制在60 ml／（kg·min）左右；根據(jù)動脈血?dú)饧办o脈氧飽和度（SvO2）或動脈氧飽和度（SaO2）動態(tài)調(diào)整膜肺的氧流量及氧濃度。

2 V－V ECMO 大動物ARDS 疾病模型的建立

當(dāng)機(jī)械通氣不能維持足夠的氧合或清除CO2時，V－V ECMO 可作為急性呼吸衰竭患者的救命性治療手段，這種情況多出現(xiàn)在嚴(yán)重的ARDS 的患者中［19］。 因此 V－V ECMO 大動物模型主要針對 ARDS疾病模型的建立。

2.1 ARDS 疾病模型的主要特征和造模方法 研究大部分使用豬［20－28］，也有用羊［29－31］作為構(gòu)建疾病模型的物種。 大動物ARDS 疾病模型的誘導(dǎo)方法主要包括：油酸（oleic acid，OA）輸注、脂多糖（lipopolysac?charide，LPS）輸注、鹽水灌洗、缺氧、鈍性損傷及煙霧吸入。 大部分模型為急性期模型，大動物存活時間多小于24 h。 各個模型的具體誘導(dǎo)方法及研究持續(xù)時間詳見表3。

表3 V－V ECMO 大動物ARDS 疾病模型中的主要特征、造模方法和持續(xù)時間

2.2 插管相關(guān)信息及參數(shù)設(shè)置 大部分模型采用外周插管，但ECMO 插管策略及參數(shù)設(shè)置不盡相同。ECMO 的流量、膜肺的通氣量及吸入氧濃度應(yīng)根據(jù)動脈血?dú)饧?SvO2或 SaO2動態(tài)調(diào)整。 V－V ECMO 大動物模型的插管信息及參數(shù)設(shè)置見表4。

表4 V－V ECMO 大動物模型的插管信息及參數(shù)設(shè)置

3 清醒ECMO 大動物長期生存模型的建立

清醒ECMO 最重要的指征是作為肺移植的過渡治療［32－34］。 其優(yōu)勢在于避免了因氣管插管、鎮(zhèn)靜、肌肉退化、神經(jīng)肌肉并發(fā)癥、醫(yī)院獲得性感染以及移植預(yù)后不良引起的一系列不良后果。 清醒ECMO 也成功用于急性呼吸衰竭恢復(fù)的過渡治療［35］，尤其是對于有創(chuàng)機(jī)械通氣相關(guān)風(fēng)險較高的患者，如免疫力低下或慢性阻塞性肺部疾病患者［36］。 清醒 V－A ECMO 方法已用于重度肺高壓和右心衰竭相關(guān)的肺功能衰竭患者，近期有文獻(xiàn)報道，V－A ECMO 可作為原發(fā)性心源性休克或心臟驟?；颊哌^渡至恢復(fù)或行心臟移植的一種治療方法，有助于降低感染風(fēng)險和評估神經(jīng)系統(tǒng)功能，可用于重癥心源性休克患者［37］。

清醒ECMO 大動物長期生存模型的建立旨在探究清醒ECMO 的病理生理改變，并為設(shè)計相關(guān)臨床試驗(yàn)提供基礎(chǔ)。

3.1 清醒大動物模型的基本特征及研究目的 清醒ECMO 大動物長期生存模型中的大動物多為羊，部分研究未提及羊的年齡及性別信息。 現(xiàn)存的大部分ECMO 大動物模型為健康大動物的長期生存（清醒）模型，建立的主要目的是驗(yàn)證ECMO 設(shè)備的安全及有效性。 大動物的基本特征總結(jié)詳見表5。

表5 清醒ECMO 大動物長期生存模型中羊的基本特征

3.2 大動物術(shù)前和術(shù)后的管理 大動物的術(shù)前管理、麻醉誘導(dǎo)及麻醉維持與ECMO 大動物短期（急性）疾病模型的方法基本相同。 ECMO 成功建立后，需確認(rèn)ECMO 的流量及大動物的生命體征平穩(wěn)，逐漸減停麻醉，嘗試脫機(jī)。 當(dāng)大動物肌力及自主呼吸恢復(fù)后，拔除氣管插管。 術(shù)后將大動物置于監(jiān)護(hù)籠中，大動物可以在籠內(nèi)自由活動，自主進(jìn)食水。 圍術(shù)期給予抗生素預(yù)防術(shù)后感染。

3.3 插管、參數(shù)設(shè)置及抗凝管理 為了使大動物清醒后能夠在監(jiān)護(hù)籠內(nèi)活動自由，研究均采用頸部血管插管。 插管型號根據(jù)動物體重及血管條件選擇。ECMO 的流量、膜肺的通氣量及吸入氧濃度根據(jù)動脈血?dú)饧癝vO2或SaO2動態(tài)調(diào)整。 ECMO 插管相關(guān)信息、參數(shù)設(shè)置及抗凝管理的具體信息詳見表6。

表6 大動物（羊）ECMO 插管相關(guān)信息、參數(shù)設(shè)置及抗凝管理

4 總 結(jié)

ECMO 從20 世紀(jì)70 年代成功進(jìn)入臨床以來，從設(shè)備、應(yīng)用領(lǐng)域到ECMO 管理策略都發(fā)生了巨大的變化，并隨著新時代的發(fā)展，產(chǎn)生了新的適應(yīng)證和挑戰(zhàn)。 大動物模型的建立可以為ECMO 相關(guān)的病理生理學(xué)探究、設(shè)備研發(fā)、應(yīng)用擴(kuò)展、管理策略的優(yōu)化等方面提供研究基礎(chǔ)。