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治疗性高碳酸血症对急性肺损伤动物病理生理指标的影响

来源:飒榕旅游知识分享网
维普资讯 http://www.cqvip.com 全科医学临床与教育2007年l1月第5卷第6期Clinical Ed ̄Jcation ,f General Practice Nov.2007, ! - ・ 475・ 基础研究・ 症对急性肺损伤动物 治疗性高 碳酸血 病理生理指标的 影响 陆志华 浦其斌 方强 【摘 要] 目的 通过观察治疗性高碳酸血症对急性肺损伤(Au)兔模型病理生理指标的影响,研究其是否 对Au具有保护作用。方法 18只新西兰兔随机分成_E常对照组(I组)、ALl模型组(Ⅱ组)、治疗性高碳酸 r血症组(Ⅲ组),Ⅱ、Ⅲ组兔油酸复制ALl模型,Ⅲ组在Au后吸入8%CO:形成治疗性高碳酸血症,动态观察 4h各组动物的病理生理指标变化。结果 Ⅱ、Ⅲ组均达到Au标准(氧合数(300mmHg)。Ⅲ组的动脉血二氧 化碳分压达(89.30 4-8.32)mmHg,与Ⅱ组比较,其气道峰压、气道平台压显著降低(t分别=2.99、4.72,P均 (0.05),动态、静态胸肺顺应性增加(t分剐=一3.26、一4.55,P均<0.05),动脉血氧分压和氧合指数升高( t分别:一4.95、一4.95,P均<0.05),支气管肺泡灌洗液总蛋白含量及肺含水量显著减少(t分别=3.56、 4.82,P均(0.05)。肺组织病理显示Ⅲ组的肺脏充血水肿、红细胞炎性细胞渗出较Ⅱ组不明显。结论性高碳酸血症对油酸引起的兔Au具有保护作用。 治疗 【关键词] 高碳酸血;肺疾病;急性肺损伤;机械通气;二氧化碳 Effects of therapeutic hypercapnia on pathologic and physiological indexes in acute lung injury rabbits LU Zhihua, PU Qibin,FANG Qiang.Department of Intensive Care Unit,Sir Run Run Shaw Hospital,School of Medicine,Zhejiang University,Hangzhou 3 10016,China 【Abstract】Objective To investigate whether therapeutic hypercapnia protects against acute lung injury(AL1)by ob- serving pathologic and physiological indexes in ALl rabbits.Methods Eighteen animals were randomized into Group I (contro1).GroupⅡ(normocapnia).GroupⅢ(therapeutic hypercapnic acidosis).Animals in GroupⅡ,Ⅲwere injected with oleic acid(0.08ml/kg)to produceAu.RabbitsinGroupⅢbreathedin 8%CO 2 afterAL1.Some pathologic and physiological indexes were collected and analyzed for 4 hours after AL1.Results PaCO 2 in GroupⅢwas(89.30±8.32) mmHg.GroupⅢexperienced a signiifcantly lower peak inspiratory pressure,plateau inspiratory pressure,greater dynamic corn【pllance.static compliance and PaO 2/FiO 2 than did GroupⅡ(t=2.99,4.72,一3.26,一4.55,一4.95,一4.95, P<0.05).GroupⅢcompared with GroupⅡdisplayed signiifcantly decreased bronchoalveolar lavage lfuid protein con- centrations(t=3.56.P<0.05)and pulmonary water content(t=4.82,P<0.05).Histologic damage in GroupⅡwas severer than that in GroupⅢ.Conclusions Therapeutic hypercapnia had protective effects on ALl rabbits induced by oleic acid. 【Key words】hypercapnic acidosis;lung disease;acute lung injury;mechanic ventilation;carbon dioxide 以往认为,治疗急性呼吸窘迫综合症(acute Yes. 通气策略及允许性高碳酸血症,其主要作用是减轻 piratory distress syndrome,ARDS)时采用的肺保护机械 肺牵张导致的呼吸机相关性肺损伤,而动脉血二氧 基金项目:浙江省科技厅重点资助项目(2005,491010 J305l7) 化碳分压(arterial carbon dioxide tension,PaCO 2)升高本 身对机体并无益处,甚至有不利影响。然而最近有学 者发表不同观点,认为高碳酸血症对急性肺损伤 (acute hmg injury,ALI)可能起独立保护作用 本次 作者单位:3iOOi6 浙江杭州,浙江大学医学院附属 邵逸夫医院危重医学科(陆志华);浙江大学医学院附属 第一医院ICU(浦其斌、方强) 维普资讯 http://www.cqvip.com .476. 全科医学临床与教育2007年】1月第5卷第6期Clinical刚ucafi0n 0fGeneral Practice N0v.2007.Vo .5.No.6 研究使兔在ALl后吸人高浓度co2形成治疗性高碳 力学(心率,平均动脉血压)和动脉血气指标[pH,动 酸血症,观察动物的一些病理生理指标变化,探讨治 脉血氧分压(alveolar partial pressure ofoxygen,PaO2), 疗性高碳酸血症是否对ALl具有保护作用。 1 材料与方法 PaCO2】,氧合指数为计算值[Pa02/吸人氧浓度 (fraction ofinspired oxygen,Fi02)】;支气管肺泡灌洗液 结束时放血处死动物,开胸取出心肺。用0.9%氯化 洗液在4c【=用2 000rpm离心20 min,上清液一70cl:冰 1.1 材料 2006年6月到2007年1月选择健康成 (bronchoalveolar lavage lfuid,BALF)总蛋白含量:实验 年新西兰大白兔22只,普通级,体重(1.8 2.6)kg, 组:正常对照组(I组)、ALl模型组(Ⅱ组)、治疗性高 由浙江省实验动物中心提供。按随机数字表分成3 钠注射液10 ml/kg反复灌洗左肺共5次,取2 lIll灌 碳酸血症组(Ⅲ组)。有l8只动物完成整个实验过 程,每组各6只。各组动物体重分别I组(2.28± 0.25)kg,Ⅱ组(2.17±0.24)kg,Ill组(2.32±0.34)kg, 各组间动物体动的差异无统计学意义(F=0.359, P>0.05)。 1.2方法 1.2.1 实验过程动物称重后用20%乌拉坦(5 ml/kg)腹腔注射麻醉,仰卧位固定。气管切开置人气 管导管(内径3.5 nln1)行机械通气(Servo 900C呼吸 机,由德国西门子公司生产),设置容量控制模式,潮 气量10ml/kg,呼吸频率30次/rain,吸呼时间比1:2, 呼气末正压1 cml-I:0。吸人气为混合气体I(0 70%、N:30%,本次研究所使用混合气体均由杭州新 世纪混合气体有限公司生产),实验过程中除吸人气 外上述通气参数维持不变。分别在耳缘静脉、颈内静 脉和颈动脉置管。经静脉注入维库溴铵(0.4 mg/kg) 肌松。经颈动脉导管持续监测血流动力学指标(78 354A多参数监护仪,由德国惠普公司生产);将CP一 100呼吸监护仪(由美国Bicore公司生产)的流量传 感器连接于气管插管与呼吸机Y管之间,进行肺力 学监测。气道平台压通过呼吸机吸气暂停获取。上述 操作完成后15min作为基础状态,测动脉血气(i— STAT便携式血气分析仪,由美国i—STAT公司生产) 在正常范围者进入随机分组。工组维持上述参数至实 验结束,Ⅱ组、Ⅲ组经颈内静脉注入油酸(0.08ml/kg, 20 rain内分5次注完;由Sigma公司生产)。60rain后氧 合指数<300mmHg即认为ALl造模成功。Ⅱ组在造模 后保持与I组相同参数至实验结束。Ⅲ组更换吸人气 为混合气体Ⅱ(02 70%、N2 22%、C02 8%)。各组在ALl 后观察4h,期间间断注入乌拉坦和维库溴铵保持动物 处于全麻和肌松状态,持续监测肛温,白炽灯照射保 温。 1.2.2 指标测定分别在基础状态(Base),ALl造 模成功(T0)及ALl后4h(T4)记录肺力学(气道峰 压,气道平台压’,动态顺应性,静态顺应性)、血流动 箱保存待测。总蛋白含量采用双缩脲法测定;肺含水 量:采用湿干重法【2】。取兔右肺下叶,滤纸吸干表面 渗液及血迹后称湿重,置烘箱(70 ̄C,72 h)烘至恒重 后称干重,肺含水量=[(湿重一干重)/湿重】× 100%;肺组织病理:处死动物后取出心肺,观察大体 标本改变,从右上肺取1块肺组织迅速放人10%甲 醛溶液中固定,常规石蜡包埋、切片,苏木素一伊红 (HE)染色,光镜下观察。 1.3 统计学方法用SPSS 13.0统计软件进行分 析。计量资料以均数±标准差( ±s)表示。多组间 均数比较采用单因素方差分析;组问两两比较采用 LSD法;同组实验前后比较采用Dunnett法。设P <0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 肺力学和血流动力学指标见表1。 由表1所见,Ⅱ组中与TO时比较,T4时的气道 峰压和气道平台压均明显增高(t分别=一2.94、一 2.99,P均<0.05),m组中两者的差异均无统计学 意义(t分别=0.14、0.70,P均>0.05)。T4时与Ⅱ组 比较,Ⅲ组的气道峰压、气道平台压显著降低(t分 别=2.99、4.72,P均<0.05)。m组中与base及TO时 比较,T4时的心率明显减慢(t分别=7.05、7.46,P 均<0.05)。T4时三组的平均动脉血压差异无统计学 意义(F=0.15,P>0.05)。 2.2 动脉血气指标和氧合指数见表2。 如表2所示,T4时与I组、Ⅱ组比较,Ⅲ组的Pa. CO2明显升高(t分别=一14.82、一15.49,P均 <0.05),而PH值则明显降低(t分别=5.30、5.08, P均<0.05)。1I组中与T0时比较,T4时的Pa02/Fi02 明显降低(t=2.23,P<0.05),m组中两者的差异无 统计学意义(t=一0.24,P>o.05)。 2.3 BALF总蛋白含量 与工组的BALF总蛋白含 量[(1.43±0.57)g/L】比较,Ⅱ组[(9.12±2.38)g/L】 和m组[(5.78±2.10)g/L】明显降低,差异均有统计 学意义r t分别=一5.43、一3.42,P均<0.05)。Ⅱ组 维普资讯 http://www.cqvip.com 全科医学临床与教育2007年11月第5卷第6期Clinical Education nf General Practice Nov.2007,Vo1.5,No.6 表l 各组兔肺力学和血流动力学指标的变化 注: :与同时点I组比较,P<0.05; :与同时点Ⅱ组比较,P<0.05; :与同组base比较,P<0.05;‘:与同组T0比较,P<0.05。 表2 各组兔动脉血气和氧合指数的变化 注: :与同时点I组比较,P<0.05;。:与同时点Ⅱ组比较,P<0.05; :与同组base比较,P<0.05;‘:与同组TO比较,P<0.05。 与Ⅲ组比较,差异也有统计学意义(f=3.56,P 液体流出。Ⅲ组兔肺见点片状出血及暗红色实变区, <0.05)。 切面少量粉红色液体。 2.4 肺含水量 工组、Ⅱ组和Ⅲ组兔的肺含水量分 2.5.2 光镜下观察 工组肺泡结构清晰。Ⅱ组肺泡 另0为(77.95土2.40)%、(89.43土1.08)%和(85.81土 壁显著水肿增厚,肺间质和肺泡腔内大量炎性细胞、 1.49)%,3组间比较差异有统计学意义(F=54.52, 红细胞浸润,部分肺泡萎缩。Ⅲ组肺泡壁水肿无Ⅱ组 P<0.05)。与工组比较,Ⅱ组和Ⅲ组兔肺含水量升 明显,肺间质和肺泡腔内少量炎性细胞、红细胞浸 高,差异均有统计学意义(f分别=一l0.67、一6.82, 润。 P均<0.05)。而Ⅱ组的肺含水量高于Ⅲ组,差异有统 3 讨论 计学意义(f=4.82,P<0.05)。 本次研究中动物静脉注射油酸后均在短时间内 2.5 组织病理 出现明显的病理变化,包括肺大体和光镜下显微结 2.5.1 大体标本观察图(封三9一l1) 构的明显改变,同时氧合指数<300mmHg,胸肺顺应 由图9 ll可见,工组兔肺呈淡粉红色,弹性良 性下降>50%,肺含水量及BALF中蛋白含量增加, 好,横切面无液体流出。Ⅱ组肺包膜下明显充血水 这些变化均提示肺毛细血管通透性增加,较好地模 肿,中下叶比上叶显著,横切面可见粉红色泡沫样 拟了临床上ALl的病理改变。 维普资讯 http://www.cqvip.com 全科医学临床与教育2007年11月第5卷第6期Clinical Education of General Practice Nov.2007.Vo1.5。No.6 ALI是全身炎症反应的肺部表现,可进一步发 展成ARDS或多器官功能衰竭,具有较高的死亡率, 本次研究结果初步表明治疗性高碳酸血症对 ALI具有保护作用,改变了以往实施肺保护通气策略 时产生高碳酸血症是不得已为之的传统观点。但在 治疗性高碳酸血症能应用于临床之前,仍有许多问 常需进行机械通气。机械通气在改善机体通气的同 时可能导致或加重肺损伤。而采取减小潮气量和适 当提高呼气末正压水平的肺保护通气策略可提高 题诸如PaC02和pH改变对器官功能,特别当器官存 ARDS患者生存率B 。这些措施容易引起PaC02升 在急慢性损伤时功能的影响及安全性;介入时机和 高,导致的高碳酸血症以往被认为对机体不利而当 持续时间;在感染模型如脓毒血症中的作用;是否存 作肺保护通气策略的副作用。但近年来研究发现高 在与PaC02的剂量反应关系或剂量上限;缓冲酸中 碳酸血症本身即对肺损伤产生拮抗作用n】。目前多 毒后是否仍具有相同作用;可能的作用途径等,均有 数关于高碳酸血症对Au作用的研究是在Au出现 待于进一步研究明确。 之前就开始使动物吸入高浓度c()2形成预防性高碳 酸血症H 。这与临床实际情况存在差别,因为临床 参考文献 上对疾病的治疗一般是在疾病确诊之后才开始的。 为了更贴近临床,本次研究中在造模成功后才吸入 c ,形成治疗性高碳酸血症。 本次研究中治疗性高碳酸血症显著减轻了动物 Au时的肺力学损害,具体表现在气道峰压和平台压 的明显降低,同时提高了动态、静态呼吸系统顺应 2 l Laffey JG,HonanD,HopkinsN,et a1.Hypereapnic acidosis attenuates endotoxin—induced acute lung injury[J】.Am J Respir CritCareMed,2004,169(1):46—56. YoshinariD,Takeyoshil,KoibuchiY,et a1.Effects ofa dual inhibitor of tumor necrosis factor2alpha and interleukin21 on lipopolysaccharide2 induced lung injury in rats:involvement of the p38 mitogen2activated protein kinase pathway【J】.Crit Care Med,2001,29(3):628—634. 3 The Acute Respiratory Distress Syndrome Network.Ventilation with lower tidal volumes as compared with tradiional ttidal vol・ 性 离体实验表明,高碳酸血症能减轻ALI时的肺毛 细血管损害,使肺微血管通透性降低,血管内成分外 渗减少,改善呼吸系统顺应性H】。从本次研究中肺组 织病理以及肺通透性指标如BALF蛋白含量、肺含水 umes for acute lung i ̄jury and the acute respiratory distress syndrome【J】.N Engl J Med,2000,342(18):1301—1308. 4 Shibata K,Cregg N,Engelberts D,et a1.Hypercapnic acidosis 量的变化中也可得到证实。此外,肺组织中外渗的蛋 白质对肺表面活性物质功能具有抑制作用,加之酸 中毒本身能增强表面活性物质降低肺泡表面张力的 作用,都进一步使治疗性高碳酸血症组的肺力学损 害减轻。本次研究中治疗性高碳酸血症组的氧合指 5 may attenuate acute lung injury by inhibition of endogenous xanthine oxidase【J】.Am J Respir Cfit Care Med,1998(5pt1), l58:l578一l584. Sinclair SE,Kregenow DA,Lanlm WJ,et a1.Hypercapnic acidosis is pretective in an in vivo model of ventilawr—induced 标如Pa02以及氧合指数也有明显改善,其作用途径 是多方面的№】。高碳酸血症可增加机体交感神经兴 奋性,儿茶酚胺释放增加,提高心输出量,扩张体循 环血管,使输送至外周的氧供增加订J。PaCO ̄的升高 6 lung injury【J】.Am J Respir Crit Care Med,2002,166(3): 4o3—408. Laffey JG,Kavanagh BP.Carbon dioxide and the critically ill: 还使缺氧区肺血管局限性收缩,减少肺内分流,降低 肺泡动脉血氧分压差 8】。酸中毒时氧解离曲线右移, too little ofa g0od thing[J】.Lancet,1999,354(9186):1283 —1286. 利于氧合血红蛋白解离,组织供氧进一步增加。同时 酸中毒还通过抑制细胞内呼吸降低组织代谢水平减 少氧耗。这些因素均利于纠正肺损伤时的氧供需失 衡,改善机体整体氧合状态。 循环及神经系统改变被认为是高碳酸血症的主 要不利影响。本次研究中Ⅲ组的PaC02达到(89.30± 7 Hickling KG,Joyce C.Permissive hypercapnia in ARDS and its effect on tissue oxygenation【J】.Acta Anaesthesiol Scand sup_ pl,1995,107(1):201—208. 8 Swenson ER,Robertson HT,Hlastala MP.Effects of inspired carbon dioxide on ventilation—perfusion matching in normoxia, hypoxia,and hyperoxia【J】.Am J Respir Cfit Care Med,1994, 149(6):1563—1569. 8.32)mmHg,pH值低至( 7.04±0.14),但实验结束时 各组平均动脉血压未见明显差别。由于实验条件限 制,本次研究中未评价动物神经功能变化。 (收稿日期 2007—06—06) 【本文编辑蔡华波) 维普资讯 http://www.cqvip.com

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