部分液体通气治疗急性肺损伤家兔
张健鹏 刘又宁 王发强 刘书盈
摘 要 目的 观察部分液体通气(PLV)对急性肺损伤(ALI)家兔肺内气体交换、肺顺应性、体循环功能的影响。方法 健康雄性新西兰兔24只，用油酸制备成急性肺损伤模型后随机分为3组,每组8只。各组采用不同方法治疗：呼气末正压(PEEP)组，常规机械通气(CMV)+PEEP治疗；生理盐水(NS)组，肺内注入NS同时+CMV+PEEP；FDC组，肺内注入全氟碳化合物-全氟萘烷(FDC)同时+CMV+PEEP。分别观察各组治疗前后血气、呼吸力学、体循环的变化。结果 FDC组动脉血氧分压从(90±6)mm Hg升高到(232±26)mm Hg(P<0.05), 动脉血二氧化碳分压从(52.1±2.8)mm Hg降低到(40.1±3.0)mm Hg(P<0.05), 肺顺应性从(1.05±0.11)ml/cm H2O升高到(1.79±0.24)ml/cm H2O (P<0.05)，血气指标及肺顺应性的改善优于其它两组。结论 PLV可明显改善ALI家兔的动脉血气，有效提高肺顺应性，对动物的体循环无明显影响，疗效优于CMV。
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关键词：部分液体通气 全氟碳化合物 急性肺损伤 新西兰兔
近年来随着对通气相关性肺损伤(VILI)的逐步认识，了解到机械通气(CMV)可能通过多个环节引起VILI，在此基础上一方面提出了保护性通气策略，另一方面试图寻找更为安全、有效的机械通气新方法[1]。部分液体通气(PLV)是90年代初国外出现的新技术，在治疗急性肺损伤(ALI)时具有与完全液体通气相似的效果，可改善肺内气体交换、降低通气工作压力，有效防止VILI发生[2]。我们的研究用PLV观察国内合成的全氟碳化合物(PFC)-全氟萘烷(FDC)对急性肺损伤(ALI)动物的治疗作用。
材料与方法
一、实验动物与分组
健康雄性新西兰兔(解放军总医院动物中心提供)24只，体重(2.6±0.3) kg，随机分为3组：FDC组、呼气末正压(PEEP)组、生理盐水(NS)组。
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二、实验方法
(1)FDC由中国科学院有机化学研究所合成，分子式C10F18，每100 ml 氧容量49 ml、二氧化碳容量140 ml，表面张力15 dynec/cm。(2)油酸(OA)，美国Sigma公司，纯度99%。(3)仪器：Serve 900C呼吸机，930 940型呼吸力学监测仪，惠普54S型多功能监护仪，AVL995血气分析仪。(4)麻醉及手术：用3%戊巴比妥钠(30 mg/kg)静脉注射麻醉，股动脉插管监测动脉平均压、心率及采集动脉血气(ABG)，颈外静脉插管建立液体通道及监测中心静脉压，动静脉通道分别连接Interflow管，用肝素(NS)以3 ml/h维持通道。气管切开插管连接呼吸机进行CMV。操作完成后观察30 min，待动物血压、心率平稳及呼吸机运行稳定后开始实验。(5)ALI模型制备：OA用量0.09～0.11 ml/kg，分3次在20 min内经静脉注入，OA注射60 min后达到模型标准。(6)实验过程：在模型制好后各组采用不同措施进行治疗，FDC组FDC+PEEP+CMV，PEEP组PEEP+CMV，NS组NS+PEEP+CMV。(7)CMV参数设置：参数调节全部在模型制备前进行，吸入气氧浓度(FIO2)=1.0、呼吸频率为30次/分、吸气时间30%，潮气量(VT)调节至保持动脉血二氧化碳分压(PaCO2)在35～45 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)水平。从制备模型开始到实验结束，上述参数保持不变。PEEP的应用在相应组别中与液态呼吸介质(LRM)注入同步进行，PEEP均为4 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)。 LRM采用统一剂量，FDC及NS均为9 ml/kg[3]。
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三、观察指标
分别在ALI模型制备前、后60 min(即0时间点)、治疗后30、60、90 min时间点观察以下指标：动脉血氧分压(PaO2)、PaCO2、肺顺应性、心率、动脉平均压、中心静脉压。
四、统计学处理
所有结果均以均数±标准差表示，数据处理用SAS统计软件中的F检验及q检验进行，P<0.05示差异有显著性。
结果
不同治疗后，三组的PaO2、PaCO2、肺顺应性变化分别见表1～3，心率、动脉平均压、中心静脉压变化见表4。
由表1可见，三组在治疗后各个时间点的PaO2均较治疗前明显升高，但FDC组PaO2在各个时间点均较其他两组明显增高，且FDC组PaO2随治疗时间延长呈进行性增高，而其他两组PaO2不随治疗时间延长而增高。由表2可见，FDC组及PEEP组治疗后PaCO2较治疗前明显下降，NS组治疗前后PaCO2无明显变化。由表3可见，FDC组治疗后肺顺应性较治疗前明显增高，而PEEP组及NS组治疗前后肺顺应性无显著变化。
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由表4可见，FDC组治疗前后心率、动脉平均压无明显变化，而PEEP组及NS组治疗后心率、动脉平均压均较治疗前明显下降。三组治疗后CVP均较治疗前显著增加。
表1 各组家兔PaO2测定结果比较(x±s)
组别
只数
PaO2(mm Hg)
F值
P值
造模前
0 min
30 min
, 百拇医药
60 min
90 min
FDC组
8
409±37*
90±6
157±14*
193±38*
232±26*
55.61
0.0001
, http://www.100md.com PEEP组
8
405±37*
89±9
127±10*△
128±7*△
122±14*△
303.92
0.0001
NS组
8
402±42*
, http://www.100md.com
91±6
117±12*△
115±8*△
116±10*△
266.32
0.0001
F值
0.27
0.648
63.57
33.78
139.62
, 百拇医药
P值
0.895
0.63
0.000 1
0.000 1
0.0001
注:与同组0 min值比较P<0.05；与PDC组同一时间点值比较△P<0.05(下同)表2 各组家兔PaCO2测定结果比较(x±s)
组别
只数
PaCO2(mm Hg)
, 百拇医药
F值
P值
造模前
0 min
30 min
60 min
90 min
FDC组
8
39±3*
52.1±2.8
43±4*
, 百拇医药
41.9±3.7*
40±3
28.60
0.0001
PEEP组
8
39±4*
54.1±4.9
44±4*
45.0±5.8*
45±5
, http://www.100md.com
10.92
0.0001
NS组
8
39±5*
51.9±3.6
50±3△
48.1±2.6△
49±3△
19.12
0.0001
F值
, http://www.100md.com
0.21
1.86
5.29
11.73
29.79
P值
0.93
0.156
0.0045
0.0001
0.0001
表3 各组家兔肺顺应性测定结果比较(x±s)
, 百拇医药
组别
只数
肺顺应性(ml/cm H2O)
F值
P值
造模前
0 min
30 min
60 min
90 min
FDC组
8
3.0±0.4*
, 百拇医药
1.05±0.11
1.78±0.22*
1.79±0.24*
1.68±0.23*
89.19
0.0001
PEEP组
8
3.0±0.4*
0.98±0.19
1.02±0.11△
, http://www.100md.com
1.02±0.09△
0.94±0.08△
202.00
0.0001
NS组
8
2.9±0.5*
1.03±0.15
0.99±0.14△
0.93±0.14△
0.91±0.10△
, 百拇医药
131.84
0.0001
F值
0.19
0.66
31.33
21.31
35.07
P值
0.940 8
0.623 9
0.000 1
0.000 1
, 百拇医药
0.000 1
表4 各组家兔循环参数测定结果比较(x±s)
组别
只数
心率(次/min)
动脉平均压(mm Hg)
中心静脉压(cm H2O)
0 min
90 min
0 min
90 min
0 min
, 百拇医药
90 min
FDC组
8
280±22
271±15
83±8
82±10
4±1
6±1*
PEEP组
8
296±23
267±12*
, http://www.100md.com
88±15
74±11*
4±1
6±2*
NS组
8
270±19
236±23*
84±11
65±10*
4±1
6±2*
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讨论
一、PLV对ALI家兔动脉血气的影响
PLV可使PaO2显著增高、PaCO2显著降低，各指标改善均优于其它组。FDC组PaO2较治疗前增高160%，PEEP组、NS组分别增加47%、26%。PLV可使PaCO2降低10～12 mm Hg， PEEP组PaCO2降低7～12 mm Hg，NS组PaCO2无明显变化。
PLV由CMV与LRM构成，实验中各组CMV参数完全相同，故可排除CMV参数对结果的影响。对结果产生影响的干预因素只有LRM。NS组与其它组结果比较说明，气管内注入低气体携带能力的NS可明显降低单纯PEEP的治疗作用。低气体携带能力的NS的注入，相当于人为地增加肺内液体渗出，减少肺内气体交换面积，直接降低了CMV的效果，由此可见LRM的气体携带能力是影响疗效的重要因素，这也为以前的研究证实[4]。
, 百拇医药
FDC组与其它组的比较说明，在低水平PEEP的协同下，PLV可使血气得到明显改善，并随治疗时间延长血气指标趋向于不断好转，这与PEEP组血气指标先改善后恶化形成鲜明对比。PEEP是PLV时促进PFC在肺内较均匀分布的主要因素，同时也是气体从气相向液相扩散的主要动力。PLV时仅需较低水平PEEP与PFC相协同，即可使动脉血气得到明显改善，这也是PLV能有效降低CMV工作压力水平、减轻VILI的重要原因之一[5]。
二、PLV对ALI家兔肺顺应性影响
PLV可以显著提高肺顺应性，在PLV治疗开始时Cst即有大幅度增加，这种作用持续存在于治疗的全过程。与FDC组相比，PEEP组及NS组在治疗开始时Cst仅有小幅度升高，此后又逐步降低。PFC的高比重特性，有利于其直接进入萎陷的肺泡，使这些肺泡重新复张，同时PFC可抑制肺泡腔液体渗出、减少肺间质水肿；PFC具有很低的表面张力，类似于肺泡表面活性物质的作用，当其进入肺内后可明显降低肺泡表面张力，防止肺泡萎陷，PFC也可以促进内源性肺泡表面活性物质的产生[6]。同时，PFC具有直接抑制肺内炎性细胞活性，提高肺内超氧化物歧化酶水平，有助于维持肺内抗氧化平衡，抑制肿瘤坏死因子、白细胞介素等炎性细胞因子的表达等作用，可直接或间接地减轻肺组织的病理损伤[7，8]。FDC组肺顺应性的明显升高可能与PFC的上述作用密切相关。
, 百拇医药
三、PLV对ALI家兔血流动力学的影响
从观察结果可见，各组治疗前、后的动脉平均压、心率、中心静脉压均无显著变化，说明LRM对动物体循环无明显的影响。PEEP是CMV时影响循环的主要因素，而适当水平的PEEP(即最适PEEP)不但不会对循环带来不利影响，反而会促进循环功能的改善，增加组织氧合。本研究中PEEP水平较低，尚不足于影响动物的循环功能。
综上所述，PLV可明显改善ALI家兔的动脉血气，有效提高肺顺应性，其作用优于常规机械通气。
(本文编辑：宋越)
作者单位：张健鹏(100039 北京，武警总医院呼吸科)
王发强(100039 北京，武警总医院呼吸科)
刘又宁(解放军总医院呼吸科)
, 百拇医药
刘书盈(解放军总医院呼吸科)
参考文献
1，Dreyfuss D, Sauman G. Ventilator-induced lung injury. Am J Respir Crit Care Med， 1998,157:294-323.
2，Fuhrman BP, Panczan PR, Defrancisis M. Perfluorocarbon-associated gas exchange. Crit Care Med, 1991,19:712-722.
3，Tutuncu AS, Faithfull NS, Lachmann B. Intratracheal perfluorocarbon administration combined with mechanical ventilation in experimental respiratory distress syndrome: dose-dependent improvement of gas exchange. Crit Care Med, 1993,21: 962-969.
, 百拇医药
4，Shaffer TH. A brief review: liquid ventilation. Undersea Biomedical Research, 1987,14:169-178.
5，Hirschl RB, Tooley R, Parent AC, et al. Improvement of gas exchange, pulmonary function, and lung injury with partial liquid ventilation. A study model in a setting of severe respiratory failure. Chest, 1995, 108:500-508.
6，Leach CL, Holm BA, Morin FC, et al. Partial liquid ventilation with Liquivent increase endogenous surfactant production in premature lambs with respiratory distress syndrome. Pediatric Research, 1995,37:220.
, 百拇医药
7，Smith TM, Steihorn DM, Thusu K, et al. Liquid perfluorochemical decrease the in vitro production of reactive oxygen species by alveolar macrophages. Crit Care Med,1995,23: 1533-1539.
8，Thomassen MJ, Buhrow LT, Wiedemann HP. Perfluoron decreases inflammatory cytokine production by human alveolar macrophages. Crit Care Med,1997,25: 2045-2047.
, 百拇医药
摘 要 目的 观察部分液体通气(PLV)对急性肺损伤(ALI)家兔肺内气体交换、肺顺应性、体循环功能的影响。方法 健康雄性新西兰兔24只，用油酸制备成急性肺损伤模型后随机分为3组,每组8只。各组采用不同方法治疗：呼气末正压(PEEP)组，常规机械通气(CMV)+PEEP治疗；生理盐水(NS)组，肺内注入NS同时+CMV+PEEP；FDC组，肺内注入全氟碳化合物-全氟萘烷(FDC)同时+CMV+PEEP。分别观察各组治疗前后血气、呼吸力学、体循环的变化。结果 FDC组动脉血氧分压从(90±6)mm Hg升高到(232±26)mm Hg(P<0.05), 动脉血二氧化碳分压从(52.1±2.8)mm Hg降低到(40.1±3.0)mm Hg(P<0.05), 肺顺应性从(1.05±0.11)ml/cm H2O升高到(1.79±0.24)ml/cm H2O (P<0.05)，血气指标及肺顺应性的改善优于其它两组。结论 PLV可明显改善ALI家兔的动脉血气，有效提高肺顺应性，对动物的体循环无明显影响，疗效优于CMV。
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关键词：部分液体通气 全氟碳化合物 急性肺损伤 新西兰兔
近年来随着对通气相关性肺损伤(VILI)的逐步认识，了解到机械通气(CMV)可能通过多个环节引起VILI，在此基础上一方面提出了保护性通气策略，另一方面试图寻找更为安全、有效的机械通气新方法[1]。部分液体通气(PLV)是90年代初国外出现的新技术，在治疗急性肺损伤(ALI)时具有与完全液体通气相似的效果，可改善肺内气体交换、降低通气工作压力，有效防止VILI发生[2]。我们的研究用PLV观察国内合成的全氟碳化合物(PFC)-全氟萘烷(FDC)对急性肺损伤(ALI)动物的治疗作用。
材料与方法
一、实验动物与分组
健康雄性新西兰兔(解放军总医院动物中心提供)24只，体重(2.6±0.3) kg，随机分为3组：FDC组、呼气末正压(PEEP)组、生理盐水(NS)组。
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二、实验方法
(1)FDC由中国科学院有机化学研究所合成，分子式C10F18，每100 ml 氧容量49 ml、二氧化碳容量140 ml，表面张力15 dynec/cm。(2)油酸(OA)，美国Sigma公司，纯度99%。(3)仪器：Serve 900C呼吸机，930 940型呼吸力学监测仪，惠普54S型多功能监护仪，AVL995血气分析仪。(4)麻醉及手术：用3%戊巴比妥钠(30 mg/kg)静脉注射麻醉，股动脉插管监测动脉平均压、心率及采集动脉血气(ABG)，颈外静脉插管建立液体通道及监测中心静脉压，动静脉通道分别连接Interflow管，用肝素(NS)以3 ml/h维持通道。气管切开插管连接呼吸机进行CMV。操作完成后观察30 min，待动物血压、心率平稳及呼吸机运行稳定后开始实验。(5)ALI模型制备：OA用量0.09～0.11 ml/kg，分3次在20 min内经静脉注入，OA注射60 min后达到模型标准。(6)实验过程：在模型制好后各组采用不同措施进行治疗，FDC组FDC+PEEP+CMV，PEEP组PEEP+CMV，NS组NS+PEEP+CMV。(7)CMV参数设置：参数调节全部在模型制备前进行，吸入气氧浓度(FIO2)=1.0、呼吸频率为30次/分、吸气时间30%，潮气量(VT)调节至保持动脉血二氧化碳分压(PaCO2)在35～45 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)水平。从制备模型开始到实验结束，上述参数保持不变。PEEP的应用在相应组别中与液态呼吸介质(LRM)注入同步进行，PEEP均为4 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)。 LRM采用统一剂量，FDC及NS均为9 ml/kg[3]。
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三、观察指标
分别在ALI模型制备前、后60 min(即0时间点)、治疗后30、60、90 min时间点观察以下指标：动脉血氧分压(PaO2)、PaCO2、肺顺应性、心率、动脉平均压、中心静脉压。
四、统计学处理
所有结果均以均数±标准差表示，数据处理用SAS统计软件中的F检验及q检验进行，P<0.05示差异有显著性。
结果
不同治疗后，三组的PaO2、PaCO2、肺顺应性变化分别见表1～3，心率、动脉平均压、中心静脉压变化见表4。
由表1可见，三组在治疗后各个时间点的PaO2均较治疗前明显升高，但FDC组PaO2在各个时间点均较其他两组明显增高，且FDC组PaO2随治疗时间延长呈进行性增高，而其他两组PaO2不随治疗时间延长而增高。由表2可见，FDC组及PEEP组治疗后PaCO2较治疗前明显下降，NS组治疗前后PaCO2无明显变化。由表3可见，FDC组治疗后肺顺应性较治疗前明显增高，而PEEP组及NS组治疗前后肺顺应性无显著变化。
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由表4可见，FDC组治疗前后心率、动脉平均压无明显变化，而PEEP组及NS组治疗后心率、动脉平均压均较治疗前明显下降。三组治疗后CVP均较治疗前显著增加。
表1 各组家兔PaO2测定结果比较(x±s)
组别
只数
PaO2(mm Hg)
F值
P值
造模前
0 min
30 min
, 百拇医药
60 min
90 min
FDC组
8
409±37*
90±6
157±14*
193±38*
232±26*
55.61
0.0001
, http://www.100md.com PEEP组
8
405±37*
89±9
127±10*△
128±7*△
122±14*△
303.92
0.0001
NS组
8
402±42*
, http://www.100md.com
91±6
117±12*△
115±8*△
116±10*△
266.32
0.0001
F值
0.27
0.648
63.57
33.78
139.62
, 百拇医药
P值
0.895
0.63
0.000 1
0.000 1
0.0001
注:与同组0 min值比较P<0.05；与PDC组同一时间点值比较△P<0.05(下同)表2 各组家兔PaCO2测定结果比较(x±s)
组别
只数
PaCO2(mm Hg)
, 百拇医药
F值
P值
造模前
0 min
30 min
60 min
90 min
FDC组
8
39±3*
52.1±2.8
43±4*
, 百拇医药
41.9±3.7*
40±3
28.60
0.0001
PEEP组
8
39±4*
54.1±4.9
44±4*
45.0±5.8*
45±5
, http://www.100md.com
10.92
0.0001
NS组
8
39±5*
51.9±3.6
50±3△
48.1±2.6△
49±3△
19.12
0.0001
F值
, http://www.100md.com
0.21
1.86
5.29
11.73
29.79
P值
0.93
0.156
0.0045
0.0001
0.0001
表3 各组家兔肺顺应性测定结果比较(x±s)
, 百拇医药
组别
只数
肺顺应性(ml/cm H2O)
F值
P值
造模前
0 min
30 min
60 min
90 min
FDC组
8
3.0±0.4*
, 百拇医药
1.05±0.11
1.78±0.22*
1.79±0.24*
1.68±0.23*
89.19
0.0001
PEEP组
8
3.0±0.4*
0.98±0.19
1.02±0.11△
, http://www.100md.com
1.02±0.09△
0.94±0.08△
202.00
0.0001
NS组
8
2.9±0.5*
1.03±0.15
0.99±0.14△
0.93±0.14△
0.91±0.10△
, 百拇医药
131.84
0.0001
F值
0.19
0.66
31.33
21.31
35.07
P值
0.940 8
0.623 9
0.000 1
0.000 1
, 百拇医药
0.000 1
表4 各组家兔循环参数测定结果比较(x±s)
组别
只数
心率(次/min)
动脉平均压(mm Hg)
中心静脉压(cm H2O)
0 min
90 min
0 min
90 min
0 min
, 百拇医药
90 min
FDC组
8
280±22
271±15
83±8
82±10
4±1
6±1*
PEEP组
8
296±23
267±12*
, http://www.100md.com
88±15
74±11*
4±1
6±2*
NS组
8
270±19
236±23*
84±11
65±10*
4±1
6±2*
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讨论
一、PLV对ALI家兔动脉血气的影响
PLV可使PaO2显著增高、PaCO2显著降低，各指标改善均优于其它组。FDC组PaO2较治疗前增高160%，PEEP组、NS组分别增加47%、26%。PLV可使PaCO2降低10～12 mm Hg， PEEP组PaCO2降低7～12 mm Hg，NS组PaCO2无明显变化。
PLV由CMV与LRM构成，实验中各组CMV参数完全相同，故可排除CMV参数对结果的影响。对结果产生影响的干预因素只有LRM。NS组与其它组结果比较说明，气管内注入低气体携带能力的NS可明显降低单纯PEEP的治疗作用。低气体携带能力的NS的注入，相当于人为地增加肺内液体渗出，减少肺内气体交换面积，直接降低了CMV的效果，由此可见LRM的气体携带能力是影响疗效的重要因素，这也为以前的研究证实[4]。
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FDC组与其它组的比较说明，在低水平PEEP的协同下，PLV可使血气得到明显改善，并随治疗时间延长血气指标趋向于不断好转，这与PEEP组血气指标先改善后恶化形成鲜明对比。PEEP是PLV时促进PFC在肺内较均匀分布的主要因素，同时也是气体从气相向液相扩散的主要动力。PLV时仅需较低水平PEEP与PFC相协同，即可使动脉血气得到明显改善，这也是PLV能有效降低CMV工作压力水平、减轻VILI的重要原因之一[5]。
二、PLV对ALI家兔肺顺应性影响
PLV可以显著提高肺顺应性，在PLV治疗开始时Cst即有大幅度增加，这种作用持续存在于治疗的全过程。与FDC组相比，PEEP组及NS组在治疗开始时Cst仅有小幅度升高，此后又逐步降低。PFC的高比重特性，有利于其直接进入萎陷的肺泡，使这些肺泡重新复张，同时PFC可抑制肺泡腔液体渗出、减少肺间质水肿；PFC具有很低的表面张力，类似于肺泡表面活性物质的作用，当其进入肺内后可明显降低肺泡表面张力，防止肺泡萎陷，PFC也可以促进内源性肺泡表面活性物质的产生[6]。同时，PFC具有直接抑制肺内炎性细胞活性，提高肺内超氧化物歧化酶水平，有助于维持肺内抗氧化平衡，抑制肿瘤坏死因子、白细胞介素等炎性细胞因子的表达等作用，可直接或间接地减轻肺组织的病理损伤[7，8]。FDC组肺顺应性的明显升高可能与PFC的上述作用密切相关。
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三、PLV对ALI家兔血流动力学的影响
从观察结果可见，各组治疗前、后的动脉平均压、心率、中心静脉压均无显著变化，说明LRM对动物体循环无明显的影响。PEEP是CMV时影响循环的主要因素，而适当水平的PEEP(即最适PEEP)不但不会对循环带来不利影响，反而会促进循环功能的改善，增加组织氧合。本研究中PEEP水平较低，尚不足于影响动物的循环功能。
综上所述，PLV可明显改善ALI家兔的动脉血气，有效提高肺顺应性，其作用优于常规机械通气。
(本文编辑：宋越)
作者单位：张健鹏(100039 北京，武警总医院呼吸科)
王发强(100039 北京，武警总医院呼吸科)
刘又宁(解放军总医院呼吸科)
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刘书盈(解放军总医院呼吸科)
参考文献
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