肺保護性通氣和體外膜氧合生命支持救治幼豬急性肺損傷研究.pdf

1、背景:
　　 急性肺損傷(acute lung iniury,ALI)和急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)是由心源性以外的各種肺內(nèi)外致病因素引起肺微血管和肺泡上皮損傷為主的肺部炎癥綜合征,臨床表現(xiàn)為急性、進行性低氧性呼吸衰竭,是危及各個年齡段的臨床危重癥,在兒科重癥監(jiān)護病房(pediatric intensive care unit,PICU)中病死率很高。難治

2、性低氧血癥是嚴(yán)重ALI/ARDS的突出臨床特點。一旦出現(xiàn)難治性低氧血癥,患兒都會接受肺保護性通氣策略指導(dǎo)下的機械通氣為主的呼吸支持治療,輔之以特殊治療技術(shù)如俯臥位、肺復(fù)張策略、吸入一氧化氮(inhaled nitric oxide,iNO)、外源性肺表面活性物質(zhì)(surfactant,Surf)等。當(dāng)患兒肺存在嚴(yán)重氣體交換障礙、上述方法不能糾正低氧血癥時,體外膜氧合(extracorporeal membrane oxygenation

3、,ECMO)生命支持可作為最終治療手段。應(yīng)用人工肺原理,ECMO可在體外對靜脈血進行氧合、排除CO2,回輸體內(nèi)從而提供呼吸和循環(huán)功能的支持作用。同時,ECMO治療的患兒可采用低濃度氧、低通氣量、低通氣頻率的機械通氣策略,最低限度地干預(yù)肺,使損傷肺得到休息,從而使損傷肺逐漸完成功能上的改善和病理上的修復(fù)。但ECMO治療也有不良反應(yīng),在提供肺功能支持的同時也啟動了機體的炎癥反應(yīng)。臨床、實驗研究顯示,ECMO治療常伴隨出現(xiàn)外周血中性粒細(xì)胞減少

4、,中性粒細(xì)胞活化,促炎介質(zhì)(tumornecrosis factor(TNF)-α、interleukin(IL)-6、IL-8、IL-1β)釋放,補體活化,肺部X線損傷評分增高等變化。ECMO啟動的炎癥反應(yīng)可能導(dǎo)致肺臟的二次損傷,抑制ECMO所致炎癥反應(yīng)、減輕治療后肺臟損傷將改善呼吸衰竭患兒的預(yù)后,提高ECMO救治技術(shù)生存質(zhì)量。ALI/ARDS臨床、實驗研究顯示iNO和/或Surf具有改善氧合、抑制肺內(nèi)炎癥反應(yīng)的作用。iNO可通過減少

5、肺內(nèi)分流、優(yōu)化通氣、血流比例改善氧合,并具有抑制核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear transcription factor,NF)-κB活性、減少促炎介質(zhì)釋放、降低粘附分子表達、抑制中性粒細(xì)胞粘附和遷移等抗炎作用。外源性Surf的應(yīng)用可恢復(fù)、增強損傷肺的表面活性物質(zhì)功能,同時具有抑制自由基生成、降低促炎細(xì)胞因子合成、抑制中性粒細(xì)胞活化等抗炎功能。另外,實驗研究顯示,聯(lián)合應(yīng)用iNO、Surf具有較單一應(yīng)用iNO或Surf更好的抗炎療效。但iNO

6、、Surf聯(lián)用能否減輕ECMO所誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)、減輕治療后肺臟損傷、促進肺臟恢復(fù)等尚不清楚。因此,本研究對行ECMO治療的ALI模型聯(lián)用iNO、Surf以探討二者的肺保護作用。
　　 目的:
　　 1.觀察ECMO對幼豬0-24h呼吸系統(tǒng)、血流動力學(xué)的影響,監(jiān)測ECMO所致炎癥反應(yīng);探討幼豬長時間生存(168h)后肺病理、生化變化;
　　 2.觀察行ECMO治療的正常、ALI幼豬聯(lián)用iNO、Surf對抑制ECMO

7、所致炎癥反應(yīng)、減輕治療后肺損傷及對長時間生存幼豬肺內(nèi)生長因子、纖維化等方面的影響。
　　 方法:
　　 健康雄性幼豬(4-5周齡、體重9-14kg)23只,經(jīng)鎮(zhèn)靜麻醉后均給予氣道插管和低潮氣量(7-9ml/kg)機械通氣。ALI模型經(jīng)靜脈注射18-20μg/Kg脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)后機械通氣4-8h誘發(fā)形成。ALI判斷標(biāo)準(zhǔn):(1)動脈血氧分壓/吸入氧濃度(PaO2/FiO2)≤300mm

8、Hg:(2)呼吸系統(tǒng)動態(tài)順應(yīng)性(dynamic compliance,Cdyn)較基礎(chǔ)狀態(tài)下降30％以上。(3)并且在出現(xiàn)上述指標(biāo)(0h)及12、24h肺病理切片顯示大量炎癥細(xì)胞浸潤,肺間隔和肺泡腔水腫,肺泡萎餡,符合ALI的病理改變(n=3)。另20只動物隨機分為4組(n=5):VENT組:機械通氣:VENOS組:機械通氣,吸入NO(iNO)10ppm,氣道滴入豬肺Surf制劑50mg/kg;ECMO組:機械通氣,ECMO治療;ENO

9、S組:機械通氣,ECMO治療,聯(lián)合應(yīng)用iNO、Surf(參照VENOS組)。另有5只健康幼豬為NENOS組:健康幼豬行機械通氣,ECMO治療,聯(lián)合應(yīng)用iNO、Surf(參照VENOS組)。常規(guī)性補液、糾正低血壓、酸中毒、電解質(zhì)紊亂等。在非ECMO干預(yù)動物,調(diào)節(jié)FiO2、呼吸頻率保持Pa02大于60mmHg、PaCO2介于35與45mmHg間。ECMO干預(yù)動物持續(xù)靜脈滴注肝素保持活化凝血時間(activated clotting time

10、,ACT)介于180-220s間,保持ECMO流量為70-80ml/kg/min,調(diào)節(jié)氧合器氣流量保持PaCO2介于35與45mmHg間。24h后各組動物停止治療、飼養(yǎng)至168h。
　　 基礎(chǔ)狀態(tài)、ALI出現(xiàn)時及ALI后第1天內(nèi)每1h監(jiān)測一次血氣、Cdyn、全身血流動力學(xué)、機械通氣壓力、流量、通氣頻率、ECMO轉(zhuǎn)流參數(shù);留取血標(biāo)本檢測血常規(guī)、全血高鐵血紅蛋白及血漿亞硝酸根/硝酸根、IL-8、IL-6含量檢查。168h處死動物,行

11、一側(cè)肺灌洗、另一側(cè)肺灌流固定和組織形態(tài)學(xué)檢查。支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中白細(xì)胞計數(shù)(white cell count,WCC)、總蛋白(total proteins,TP)、總磷脂(total phospholipids,TPL)和飽和磷脂(disaturated phosphalidylcholine,DSPC)、總磷脂表面張力及亞硝酸根/硝酸根、IL-6、IL-8含量測定

12、;肺組織濕/干重比(wet-to-dry lung weight ratio,W/D);肺病理形態(tài)學(xué)檢查,對肺泡擴張、肺損傷特點評分。肺組織中分析測定髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)、總NOS(total nitric oxide synthase,tNOS)活性、亞硝酸根/硝酸根含量(nitrite/nitrate,NO

13、2/NO3);IL-8、IL-6、角化細(xì)胞生長因子(keratinocyte growth factor,KGF)、肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF)、血管內(nèi)皮生長因子(vascularendothelialgrowfactor,VEGF)、血管內(nèi)皮生長因子受體(vascular endothelial grow factor receptor,VEGFR)-2、膠原(Collagen)Ш、誘導(dǎo)型

14、一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)mRNA的表達,判斷肺組織細(xì)胞炎癥反應(yīng)、致?lián)p傷程度及修復(fù)狀況。
　　 結(jié)果:
　　 1.ALI模型的建立:在內(nèi)毒素輸入0.5-1h后幼豬出現(xiàn)皮膚—過性紫斑、反應(yīng)差、體溫升高、血壓下降、心率增快、呼吸急促、呼吸系統(tǒng)動態(tài)順應(yīng)性進行性下降、動

15、脈血氧分壓降低,同時伴有外周血白細(xì)胞數(shù)量降低。ALI在輸注LPS4-8h內(nèi)可制備成功。肺內(nèi)為雙肺間質(zhì)彌漫性炎性細(xì)胞浸潤、肺泡萎陷、出血等病理表現(xiàn)。
　　 2.治療期間血流動力學(xué):治療期間,ECMO組、ENOS組血流動力學(xué)穩(wěn)定;ECMO組平均動脈壓(mean arterial blood pressure,MABP)、左心室收縮力指數(shù)(index of left ventricular contractility,dp/dtmax

16、)、外周血管阻力(systemic vascular resistance,SVR)水平分別高于VENT組19％、25％、36％。
　　 3.治療期間呼吸力學(xué):ECMO、ENOS組通氣頻率(repiratory rate,RR)呈下降趨勢;8h、16hECMO組RR顯著低于VENT、VENOS組(p＜0.01)。24hECMO組RR顯著低于VENOS組(p＜0.05)。ECMO組8h、16h分鐘通氣量(minuteventilm

17、ion volume,MV)顯著低于VENT、VENOS組(p＜0.01);ENOS組8hMV顯著低于VENT組(p＜0.05)。
　　 4.治療期間氣體交換:ECMO、ENOS組PaO2/FiO2呈持續(xù)、顯著的改善;VENT、VENOS組PaO2/FiO2比值升高。
　　 5.BALF磷脂含量、表面張力、WCC和TP檢測:ENOS、NENOS組DSPC顯著高于VENT、VENOS組(p＜0.05);ECMO組DSPC顯

18、著高于VENT組(p＜0.05)。ENOS、NENOS組最小表面張力(minimum surface tension,γmin)顯著低于VENT組(p＜0.05)。ENOS、NENOS組BALFWCC顯著低于VENT組(p＜0.05)。各組間TP無顯著性差異。
　　 6.NO2/NO3(Nox)檢測;0h,VENT、ECMO組血漿Nox含量顯著高于NENOS組含量(p＜0.05);4h,VENT組血漿Nox含量顯著高于ENOS、

19、NENOS組含量(p＜0.05)。4h后各組血漿均降低,組間無顯著性差異。VENT組BALF內(nèi)Nox含量顯著高于VENOS、ECMO、ENOS、NENOS組含量(p＜0.01)見圖1。
　　 7.IL-6檢測:實驗中各組血漿IL-6水平逐漸升高,24h達峰值,24h后均降低。血漿、BALFIL-6水平各組間無顯著差異。
　　 8.IL-8檢測:實驗中血漿IL-8水平呈上升趨勢,24h達峰值。16h,VENT組血漿IL-8

20、含量顯著高于ENOS、NENOS組含量(P＜0.05);24h,VENT、VENOS、ECMO組血漿IL-8含量均顯著高于ENOS、NENOS組含量(P＜0.05)。見圖2。BALF內(nèi)IL-8含量各組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 9.肺組織IL-6、IL-8、iNOS、eNOS mRNA表達:肺組織IL-6、eNOS各組間表達無顯著差異。VENT組IL-8表達顯著高于VENOS組、ENOS組和NENoS組(P＜0.01);ECMO

21、組IL-8表達顯著高于ENOS組和NENOS組(P＜0.05)見圖3。VENT組iNOS表達顯著高于ECMO、ENOS、NENOS組(P＜0.01)見圖4。
　　 10.肺組織VEGF、VEGFR-2、KGF、HGF、collagen III mRNA表達:肺組織VEGF、KGF、collagen III各組間表達無顯著差異。NENOS組VEGFR-2表達顯著高于VENT組(P＜0.05)。ENOS、NENOS組HGF表達顯著高

22、于VENT組(P＜0.05)。
　　 11.肺組織MPO、MDA、GSH、tNOS、Nox、W/D檢測:各組間MPO、GSH、tNOS、Nox無顯著差異。ENOS、NENOS組MDA含量顯著低于VENT組(P＜0.05)。NENOS組W/D顯著低于VENT組(P＜0.05)。
　　 12.肺組織學(xué)檢查:VENT組動物肺有顯著的粒細(xì)胞浸潤、肺泡萎陷。VENOS、ECMO組存在中度病理改變。ENOS、NENOS組動物肺內(nèi)有輕

23、度粒細(xì)胞浸潤。ENOS、NENOS組肺擴張度顯著高于VENT組(P＜0.05)。
　　 結(jié)論:
　　 1.成功制備內(nèi)毒素誘導(dǎo)幼豬ALI模型,為開展ECMO治療研究及觀察恢復(fù)期肺組織的修復(fù)機制提供合適方法。
　　 2.ECMO治療啟動幼豬全身炎癥反應(yīng)并引起肺損傷。
　　 3.ECMO治療能改善急性期ALI幼豬呼吸力學(xué)、氧合、血流動力學(xué)狀態(tài),恢復(fù)期通過降低肺內(nèi)iNOS表達、NO合成減輕呼吸機治療誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)