部分液体通气对大鼠内毒素肺损伤的治疗作用

http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 2000年第12期

     作者：李金宝 邓小明 朱科明 李文献 熊源长 徐美英

    单位：第二军医大学长海医院麻醉科，上海 200433

    关键词：部分液体通气；内毒素；急性肺损伤

    第二军医大学学报001227 [摘要] 目的：探索部分液体通气对内毒 素急性肺损伤的治疗效果。方法：16只SD大鼠经颈静脉注射内毒素制 成急性肺损伤模型后，随机分为两组：急性肺损伤(ALI) 组和部分液体通气(PLV)组。所有 动物行机械通气，PLV 组在注射内毒素30 min后经气管插管给予氟碳液，剂量10 ml/kg，造 成ALI，在6 h内测定血气、血流动力学和外周血白细胞计数，实验结束后取肺作病理检查。 结果：两组对循环功能无明显影响，PLV可改善内毒素引起的PaO₂和 pH下降，病理显示部分液体通气时肺间质及肺泡毛细血管扩张不明显，仅有少量的炎性细胞 浸润。结论：急性肺损伤的大鼠行部分液体通气能够显著改善气体交 换，减轻肺部炎性浸润。

    [中图分类号] R 655.305 [文献标识码] A

    [文章编号] 0258-879X(2000)12-1178-03

    Treatment of partial liquid ventilation for endotoxin-induced lung injury in rats

    LI Jin-Bao DENG Xiao-Ming ZHU Ke-Ming LI Wen-Xian XONG Yuan-Chang XU Mei-Ying

    (Department of Anesthesiology, Changhai Hospital, Second Military M edical University, Shanghai 200433, China)

    [ABSTRACT] Objective: To investigate the possibility and effi cacy of partial liquid ventilation in rats with endotoxin-induced lung injury. Methods: Sixteen Sprague-Dawley rats with acute lung injury ind uced by endotoxin were randomly assigned to two groups: acute lung injury(ALI) g roup and partial liquid ventilation(PLV) group. All animals received conventi o nal mechanical ventilation,but in PLV group administration of 10 ml/kg of pe rfluorocarbon was given intratracheally 30 min after endotoxin injection. Blood gas, MAP, HR, WBC and pathiology were assessed during the ex perimental period. Results: The circulation of both groups remai ned unchanged. The values of PaO₂ and pH in PLV group were higher than those in ALI group. The inflamatory response in PLV group seemed less significant than that in ALI grou p. Conclusion: PLV might significantly improve gas exchange and acute lung injury in rats.

    [KEY WORDS] partial liquid ventilation; endotoxin; acute lung injury

    自1966年Clark等 ^[1] 发现小鼠在自动吸入全氟化碳(perfluocarbon,PFC) 期间还具有足够的气体交换能力以来，大量研究证实利用PFC实施部分液体通气(partial l iquid ventilation,PLV)可显著改善急性肺损伤(acute lung injury,ALI)和ARDS动物及 患者的气体交换功能和肺动力学特性。而国内尚无部分液体通气用于ALI和ARDS的临床报道 。本文旨在探索内毒素肺损伤大鼠进行部分液体通气治疗的可行性及其效果。

    1 材料和方法

    1.1 实验动物准备 雄性SD大鼠16只(第二军医大学实验动物中心提供)，体质 量280～400 g，实验前禁食12 h，但不禁水。2.5%硫贲妥钠60 mg/kg腹腔注射麻醉后，气管 切开插管，接动物呼吸机行机械通气，经左颈内静脉置管接微泵持续输注生理盐水2 ml/h， 经右颈总动脉置管并抗凝。所有动物机械通气参数相同(VT=10 ml/kg , 通气频率=80次/mi n, FiO₂=0.60)。

    1.2 实验分组及部分液体通气实施 上述动物稳定20 min后，随机分为ALI组和PL V组(n=8),两组均经颈静脉缓慢注射内毒素(E coli O₁₁₁-B₄, Sigma)8 mg/kg，经血气证实急性肺损伤模型复制成功后，PLV组按文献[2]方法实施部分液体通气 ，即经气管内插管将PFC(美国Alliance制药公司生产，德国Aundt教授馈赠)10 ml/kg缓慢 注入肺内，注入时变动动物体位，以使PFC在肺内充分分布，随后继续机械通气，实验在注 入内毒素6 h后结束。

    1.3 观察指标

    1.3.1 血气分析 两组分别在注射内毒素前和注射内毒素后0.5, 1, 2, 4, 6 h取 动脉血0 .1 ml作血气分析(PaO₂，PaCO₂，pH)，各时间点取血后给大鼠注入0.1 ml生理盐水以 补充血容量。

    1.3.2 外周血白细胞计数 于上述各时间点取20 μl动脉血加入0.4 ml 1%冰 醋酸中作外周血白细胞计数。

    1.3.3 血压和心率 抗凝的颈动脉置管连接多道生理记录仪监测血压和心率，观 察部分液体通气对循环功能的影响。

    1.3.4 病理检查 注内毒素后6 h处死大鼠，取右肺中叶，10%甲醛固定，切片，H -E染色，光镜下观察。

    1.4 统计学处理 数据以±s表示，组间比较采用t检验。

    2 结 果

    2.1 部分液体通气对血气的影响 结果见表1。(1) PaO₂：ALI组在给予内毒素 后PaO₂进行性下降，与注射前比较有显著差异(P<0.01)；PLV组在给予PFC后先有下 降，但2 h后即有所回升，且2 h后各时间点与ALI组相比有显著差异(P<0.01)。(2)P aCO₂：ALI组在6 h内略呈上升趋势，但无显著差异(P>0.05)；PLV组在给予PFC后0. 5 h即有所上升，1 h后逐渐下降，与ALI组相比无显著差异(P>0.05)。(3) pH：ALI组在注射内毒素后0.5 h即显著下降；PLV组在给予PFC后1 h即有所回升，以后各时 间点与ALI组相比有显著差异(P<0.01)。

    表 1 部分液体通气对内毒素肺损伤大鼠血气的影响

    Tab 1 Effect of partial liquid ventilation on blood

    gas in endotoxin-induced l ung injury in rats (n=8,±s) Group

    Pre-injury

    Post-injury(t/h)

    0.5

    1

    2

    4

    6

    ALI

    PaO₂

    (P/kPa)

    32.4±4.3

    20.3±3.7 ^**

    15.7±2.3^**

    12.9±1.9^**

    11.8±3.1^**

    10.5±2.7^**

    PaCO₂

    (P/kPa)

    3.9±0.7

    5.2±2.3

    5.9± 3.1

    6.0±2.4

    5.6±3.2

    6.2±3.4

    pH

    7.40±0.08

    7.21±0.05^**

    7.15±0.07^**

    7.09±0.08 ^**

    6.95±0.12^**

    6.94±0.11^**

    PLV

    PaO₂

    (P/kPa)

    29.8±1.7

    21.2±3.2^**

    20.1±1.9^**△

    23.6±2.1^**△△

    26.5± 1.8^*△△

    28.8±2.1^△△

    PaCO₂

    (P/kPa)

    4.1±0.9

    5.5±1.4

    5.1±1.3

    5.0±1.0

    4.7±1.1

    4.3±0.9

    pH

    7.39±0.06

    7.22±0.07^**

    7.32±0.07^△△

    7.35±0.13 ^△△

    7.37±0.12^△△

    7.39±0.08<sup>△△

    *</sup> P<0.05, ^** P<0.01 vs Pre-injury; ^△ P <0.05, ^△△ P<0.01 vs ALI group2.2 部分液体通气对循环和外周血白细胞计数的影响 部分液体通气对(1)血压和 心率：ALI组在注入内毒素后血压和心率均有下降趋势，血压改变无统计学意义(P>0.0 5)；心率于注射内毒素后2 h及以后各时间点下降有显著差异(P<0.05)；PLV组与ALI 组相比血压无明显改变(P>0.05)，心率有所回升，于4 h, 6 h点与ALI组相比有 统计学意义(P<0.05)。(2)白细胞计数：ALI组在注入内毒素后0.5 h外周血白细胞 计数即显著升高，后逐渐下降；PLV组在使用PFC后外周血白细胞数未见下降，相应时间点与 ALI组相比有显著差异(P<0.01)。

    表 2 部分液体通气对内毒素肺损伤循环和外周血白细胞计数的影响

    Tab 2 Effect of partial liquid ventilation on circulation

    and WBC in endotoxin -induced lung injury in rats (n=8,±s) Group

    Pre-injury

    Post-injury(t/h)

    0.5

    1

    2

    4

    6

    ALI

    MAP

    (P/kPa)

    18.9±2.3

    17.3±3.7

    17.0±2.3

    16.9±1.9

    16.7±3.1

    16.5±2.7

    HR

    (f_H/min^-1)

    298±15

    290±13

    285±16

    279±14^*

    278±11^*

    280±13^*

    WBC

    (×10⁹/L)

    5.40±0.18

    7.21±0.25^**

    5.15±0.17^*

    4.09±0.18^**

    3.35±0.12^**

    2.94±0.11^**

    PLV

    MAP

    (P/kPa)

    19.1±1.7

    17.8±3.2

    17.7±1.9

    17.6±2.1

    18.5±1.8

    18.8±2.1

    HR

    (f_H/min^-1)

    300±14

    294±16

    287±13

    290±12

    297±11^△

    299±12^△

    WBC

    (×10⁹/L)

    5.39±0.16

    7.22±0.17^**

    7.32±0.21^**△△

    8.35±0.13^**△△

    8.37±0.12^**△△

    8.39±0.18<sup>**△△

    *</sup> P<0.05, ^** P<0.01 vs pre-injury; ^△P< 0.05, ^△△P<0.01 vs ALI group2.3 病理变化 肺损伤组肺间质及肺泡毛细血管明显扩张充血，支气管壁及毛细 血管周围有大量炎性细胞浸润，肺泡壁内亦有大量炎性细胞浸润；液体通气组肺间质及肺泡 毛细血管扩张不明显，仅有少量的炎症细胞浸润。

    3 讨 论

    孙耕耘等^[3]认为ALI或ARDS发病的关键是致病因子激活了细胞和体液因素，导 致了体内过度或失控性炎症反应。炎性细胞在受到内毒素等刺激后，可激活有关酶和细胞因 子的基因，从而表达和释放大量炎性介质，激活巨噬细胞，导致前炎细胞因子(如TNF，IL- 1等)失控性释放，并导致继发的炎性介质(如花生四烯酸代谢产物、组胺等)，进一步激活 中性粒细胞和肺微血管内皮细胞，活化中性粒细胞表面的趋化因子受体和肺血管内皮细胞的 粘附分子，使中性粒细胞与肺血管内皮细胞发生粘附连锁反应。中性粒细胞跨血管壁游出， 产生活性氧及蛋白溶解酶等毒性物质，使肺间质及肺泡上皮损伤^[4]。

    本研究对内毒素肺损伤模型动物实施PLV 2 h后，大鼠PaO₂逐渐回升，提示PLV可改善内毒 素性肺损伤大鼠的动脉氧合，其可能机制包括：(1)PFC的理化作用：高携氧的PFC提高了 肺泡氧分压，加速了气体交换，降低表面张力，改善了肺顺应性，重力作用使萎陷的肺泡开 放^[5]；(2)抗炎作用：PFC可抑制肺损伤时的炎症反应，从而减轻肺损伤。在内 毒素性肺损伤时，由于炎症反应剧烈，白细胞在肺内滞留增加，导致外周血WBC逐渐减少； 实施PLV后PFC可能减少白细胞在肺的聚集，使外周血WBC未减少而逐渐升高，其机制可能是 抑制白细胞与肺微血管内皮细胞间的粘 附^[6]。(3)肺灌洗作用：PFC可将肺泡和小气道内的分泌物和渗出物及形成透明 膜的蛋白质清洗带入中央气道，通过抽吸排出；PFC极少经肺血管进入循环，不会发生肺间 质水肿^[7]。(4)促进内源性表面活性物质(PS)的产生：PFC不会被蛋白质灭活 ，可以在富含蛋白质的肺泡环境中降低表面张力，液体建立的呼气末正压可稳定肺泡结构， 使肺泡充盈，供氧改善，加上清洗肺泡内蛋白质的作用，有利于内源性PS的产生和恢复 ^[8]，使PaO₂增加；本实验结果也证明了这一点，但其对内源性PS的影响尚需进一步 研究。

    [作者简介] 李金宝(1970-)，男(汉族)，硕士，住院医师.

    参考文献

    [1] Clark LC Jr, Gollan F. Survival of mammals breathing organic liquids equilibrated with oxygen at atmospheric pressure[J]. Science,1966， 152(730):1755-1756.

    [2] Shaffer TH, Wolfson MR, Clark LC Jr. liquid ventilation[J]. Pedia tr Pulmonol, 1992，14(2):102-109.

    [3] 孙耕耘，毛宝龄. 急性呼吸窘迫综合征：问题和展望[J]. 国外医学*呼吸 系统分册， 1997，17(2)：87-89.

    [4] Kollet MH. Rescue therapy for the acute respiratory distress syndrome (ARDS) [J]. Chest, 1997，111(4):845-846.

    [5] Faithfull NS, Weers JG. Perfluorocarbon compounds [J]. Vox Sangui nis,1998，74(s2):243-248.

    [6] Quintel M, Heine M, Hirschl RB, et al. Effects of partial liquid ventilation on lung injury in a model of acute respiratory failure: a histologi c and morphometric analysis [J]. Crit Care Med, 1998，26(5):833-843.

    [7] Croce MA, Fabian TC, Patton JH Jr, et al. Partial liquid ventil ation decreases the inflammatory response in the alveolar environment of trauma patients[J]. J Trauma, 1998，45(2):273-280.

    [8] Colton DM, Till GQ, Johnson KJ, et al. Neutrophil accumulation i s reduced during partial liquid ventilation[J]. Crit Care Med, 1998，26(10) :1716-1724.

    [收稿日期] 2000-06-03

    [修回日期] 2000-10-30

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