余方宇 徐穎鶴 林榮海 蔣永潑 鄭貞蒼

亞低溫治療急性呼吸窘迫綜合征的實驗研究

余方宇 徐穎鶴 林榮海 蔣永潑 鄭貞蒼

目的 通過觀察早期亞低溫治療對急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）模型豬呼吸力學、血流動力學、炎癥因子和肺病理組織學的影響，探討早期亞低溫對ARDS的治療作用。方法 將12只健康雄性乳豬隨機分為常溫觀察組和亞低溫治療組，各6只，兩組均予常規(guī)鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜，經口氣管插管后接呼吸機機械通氣，頸內靜脈及股動脈置管接PiCCO監(jiān)護儀，使用內毒素靜脈注射20μg/kg負荷劑量制作ARDS動物模型，按血氣分析及胸部CT檢查來確定模型成功。造模成功后，常溫觀察組繼續(xù)常規(guī)鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜，控制血溫在40℃；亞低溫治療組使用氯丙嗪加異丙嗪亞低溫治療，控溫毯控制血溫在34℃。觀察兩組動物表現(xiàn)，記錄0、1、2、3、4h呼吸力學、血氣分析參數(shù)、血流動力學參數(shù)等變化，并抽取血標本進行IL-6、IL-10、TNF-α相關早期炎癥指標檢查。4h后，兩組乳豬均使用10%氯化鉀針注射處死，取肺組織行大體及光鏡檢查。結果 常溫觀察組乳豬表現(xiàn)血壓偏高，心率快，部分乳豬有顫抖表現(xiàn)，存在自主呼吸，呼吸頻率比設定值（25次/min）高；亞低溫治療組乳豬表現(xiàn)平靜，血壓較常溫觀察組低，自主呼吸不明顯。在呼吸力學上，兩組乳豬呼吸頻率和氣道平臺壓比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），亞低溫治療組表現(xiàn)為自主呼吸不明顯，氣道平臺壓低，常溫觀察組表現(xiàn)自主呼吸強烈，呼吸頻率快，氣道平臺壓高；血氣分析指標比較，兩組乳豬氧合指數(shù)（PaO2/FiO2）在2、3、4h時點比較差異均有統(tǒng)計學意義，亞低溫治療組高于常溫觀察組；氧供指數(shù)（DO2I）、氧耗指數(shù)（VO2I）在1、2、3、4h時點的差異均有統(tǒng)計學意義，亞低溫治療組低于常溫觀察組；兩組乳豬乳酸基本在正常范圍內，差異無統(tǒng)計學意義。血流動力學方面，兩組乳豬心指數(shù)（CI）及每搏量（SV）在1、2、3、4h時點比較差異均有統(tǒng)計學意義，亞低溫保護組低于常溫觀察組，而兩組間PVPI、EVLWI無統(tǒng)計學差異；炎癥指標上：兩組乳豬IL-6在2、3、4h時點的比較差異均有統(tǒng)計學意義，亞低溫治療組低于常溫觀察組；而IL-10在3h時兩組間的差異有統(tǒng)計學意義，亞低溫治療組低于常溫觀察組；而兩組間TNF-α在4個時點的差異均無統(tǒng)計學意義。ARDS乳豬的肺病理組織學檢查表現(xiàn)不同，大體觀察及光鏡下均提示亞低溫治療組損傷輕。常溫觀察組：肺泡隔增寬、見纖維增生，終末細支氣管壁及纖維間質中淋巴細胞、漿細胞浸潤，部分間質見出血，小血管內皮損傷；亞低溫治療組：肺泡隔略增寬，少量淋巴細胞浸潤。結論 亞低溫在早期ARDS豬模型中有治療作用。

急性呼吸窘迫綜合征 豬 早期 亞低溫治療

1 材料和方法

1.1 實驗動物及模型建立[1]健康乳豬12只[泰州泰和生物科技有限公司提供，動物合格證號：SCKK（蘇）2011-0002]，雄性，體重11.4～13.7kg。在實驗前12h禁食，咪達唑侖針3mg/kg肌肉注射初始鎮(zhèn)靜，待動物入睡后，行肺部CT檢查。檢查后將動物仰臥位置固定于操作臺，建立耳緣靜脈開放外周靜脈通路，予芬太尼針（0.2mg加入0.9%氯化鈉溶液中至50ml，速度10ml/h）聯(lián)合丙泊酚針（50ml，速度10ml/h）微泵維持控制，實驗過程充分鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜，保證實驗順利進行和動物無痛苦。行纖維支氣管鏡引導下氣管插管，以小兒呼吸機連接管路連接呼吸機（美國紐邦公司，紐邦E-360呼吸機），呼吸模式為容量控制，初始吸氧濃度為25%，通氣頻率25次/min，調整潮氣量12～15ml/kg，加用呼氣末正壓（5cmH2O），監(jiān)測二氧化碳水平。體表接心電監(jiān)護，行右側頸內靜脈切開穿刺放置雙腔深靜脈導管（上海前茂企業(yè)代理ARROW，批號：71F14C0856），右或左股動脈切開穿刺置動脈測壓管，接PiCCO（脈波指示劑連續(xù)心排些量監(jiān)測）儀（德國飛利浦公司，MP50）監(jiān)測，并用于輸液及抽取各時間點血標本，實驗過程按PiCCO規(guī)范操作。B超（深圳市維爾德B超機9618C）引導下膀胱穿刺留置導尿。所有乳豬均在外科操作后穩(wěn)定30min，待血流動力學穩(wěn)定后，使用內毒素[西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司，批號：8016137768]靜脈注射20μg/kg負荷劑量制作ARDS動物模型，按感染性休克指南[2]規(guī)定液體復蘇等治療。

1.2 造模成功標準 根據柏林定義[3]，監(jiān)測血氣分析氧合指標下降至200以下，再行肺部CT檢查提示有雙側肺部可見彌漫性浸潤影及肺不張表現(xiàn)（圖1）。

圖1 肺部CT檢查（A：造模前；B：造模成功）

1.3 動物分組和處理 造模成功后，隨機分成常溫觀察組和亞低溫治療組，各6只。常溫觀察組：繼續(xù)鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜治療，使用電子加熱馬甲（深圳市千積水電子材料有限公司生產）維持血溫40℃；亞低溫治療組：在鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜治療基礎上，加用氯丙嗪針10mg/h和異丙嗪針10mg/h微泵維持，并使用控溫毯（北京大維同創(chuàng)醫(yī)療設備公司，DWK），控制血溫在34℃。兩組除溫度控制不同外，其余藥物及液體治療按ARDS指南（2006）推薦方案，呼吸機模式采用SIMV+PSV模式，設定潮氣量6ml/ kg，呼氣末正壓通氣（PEEP）為10cmH2O，呼吸頻率為25次/min，氧濃度按氧飽和度調節(jié)，控制氧飽和度在95%以上。

1.4 觀察指標 觀察兩組乳豬表現(xiàn)，每小時記錄1次，共觀察4h，收集以下數(shù)據：呼吸頻率、平臺壓；動脈及中心靜脈血氣各數(shù)值：計算氧合指數(shù)（PaO2/FiO2）、氧供指數(shù)（DO2I）和氧耗指數(shù)（VO2I），DO2I[ml/（min·m2）]=CI× 1.38×Hb×SaO2×10，VO2I[ml/（min·m2）]=CI×13.8×Hb×（SaO2-SvO2）（CI：心指數(shù)；Hb：血紅蛋白）；記錄動脈血乳酸（Lac）變化；PiCCO監(jiān)護儀監(jiān)測血流動力學指標，如CI、每搏量（stroke volume，SV）、肺毛細血管通透指數(shù)（pulmonary vascular permeability index，PVPI）、血管外肺水指數(shù)（extravascular lung water index，EVLWI）；抽取血標本進行IL-6、IL-10、TNF-α相關早期炎癥指標檢查。4h后，兩組乳豬均行10%氯化鉀針40ml快速頸內靜脈注射處死，取肺部組織大體觀并送病理室進行固定、切片，光鏡檢查。

1.5 統(tǒng)計學處理 應用SPSS19.0統(tǒng)計軟件。計量資料以表示，不同時點間的比較采用單因素方差分析，組間比較采用t檢驗。

2 結果

2.1 兩組乳豬表現(xiàn) 常溫觀察組乳豬表現(xiàn)為血壓偏高，心率快，部分乳豬有顫抖表現(xiàn)，自主呼吸存在，心率快，呼吸頻率比設定值高；亞低溫治療組乳豬表現(xiàn)平靜，血壓較常溫觀察組低，自主呼吸不明顯。

2.2 兩組乳豬機械通氣情況的比較 兩組乳豬呼吸頻率和氣道平臺壓比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），亞低溫治療組表現(xiàn)為自主呼吸不明顯，氣道平臺壓低，常溫觀察組表現(xiàn)自主呼吸強烈，呼吸頻率快，氣道平臺壓高，詳見圖1-2。

2.3 兩組乳豬血氣分析結果的比較 見表1。

圖1 兩組動物機械通氣呼吸頻率比較

表1 兩組乳豬血氣分析結果的比較

由表1可見，兩組乳豬PaO2/FiO2在2、3、4h時點比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），且亞低溫治療組高于常溫觀察組；DO2I、VO2I在1、2、3、4h時點的差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），亞低溫治療組低與常溫觀察組；兩組乳豬乳酸基本在正常范圍內，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.4 兩組乳豬血流動力學指標的比較 見表2。

由表2可見，兩組乳豬CI、SV在1、2、3、4h時點比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），且亞低溫保護組低常溫觀察組，而兩組間PVPI、EVLWI的差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.5 兩組乳豬炎癥指標的比較 見表3。

由表3可見，兩組乳豬IL-6在2、3、4h時點比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05），且亞低溫治療組低與常溫觀察組；兩組間IL-10在3h時的差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），亞低溫治療組低與常溫觀察組；而兩組間TNF-α在4個時點的差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）。

表2 兩組乳豬血流動力學指標的比較

表3 兩組乳豬炎癥指標的比較

2.6 兩組乳豬肺的形態(tài)學觀察

2.6.1 大體觀察 常溫觀察組：可見肺組織明顯腫脹，呈暗紅色改變，與健康肺組織部分呈櫻紅色顯著不同，表面可見點狀出血及片狀出血，以下肺最為明顯，切面明顯充血、水腫，有血性液體滲出。亞低溫治療組：肺組織損傷較常溫對照組輕，暗紅色及片狀出血面積相對少，局部相對正常肺組織呈櫻紅色，無充血水腫，無出血點，見圖3。

2.6.2 光鏡觀察 取兩組肺組織左下肺段取組織行HE染色光鏡下檢查。常溫觀察組：肺泡隔增寬、見纖維增生，終末細支氣管壁及纖維間質中淋巴細胞、漿細胞浸潤，部分間質見出血；小血管內皮損傷，腔內見少量淋巴細胞、漿細胞及中性粒細胞（圖中央偏左下為終末細支氣管，偏右為損傷血管）；亞低溫治療組：可見肺泡、小血管及終末細支氣管結構未見明顯異常，肺泡隔略增寬，少量淋巴細胞浸潤，見圖4。

圖3 兩組乳豬肺組織的大體觀察（A：常溫觀察組；B：亞低溫治療組）

圖4 兩組乳豬肺組織的光鏡檢查（A：常溫觀察組；B：亞低溫治療組；HE染色，10×20）

3 討論

ARDS是指非心源性的各種內外致病因素如嚴重感染、創(chuàng)傷、休克、吸入有害氣體、中毒等導致的急性、進行性、缺氧性呼吸功能不全或衰竭。失控的炎癥反應導致彌漫性肺實質損傷和呼吸功能障礙是ARDS主要病理特征[4]。因此在ARDS的早期治療中如何控制炎癥爆發(fā)，減少對肺組織及肺血管功能的損傷是治療的重要內容。國外在心臟手術及顱腦損傷等相關研究中認為，亞低溫可以明顯控制炎癥發(fā)生及進一步進展[5]，且對損傷血管有保護作用，可以減少血管外滲出[6]；在小鼠感染性休克模型中也發(fā)現(xiàn)亞低溫相對常溫可使炎癥反應及氧化反應下降[7]。國內對亞低溫在臟器保護的應用中，喻敏等[8]認為亞低溫治療急性腦卒中可以降低患者病死率，同時不增加肺炎的發(fā)生率；王學敏等[9]在2002年發(fā)表文章認為亞低溫能增強機體對缺氧的耐受性，抑制過度的炎癥反應，并在ARDS的治療中有很大的應用前景。萬麗春等[10-11]在大鼠實驗研究中，發(fā)現(xiàn)亞低溫可改善內毒素性ARDS大鼠肺組織病理形態(tài)，減輕內毒素性ARDS大鼠肺組織炎癥反應，亞低溫可減輕內毒素性ARDS大鼠肺組織過氧化反應,降低肺通透性。陸戰(zhàn)超等[12]在類似的實驗中亦有相同的結果。

本研究模擬臨床膿毒癥導致ARDS的早期亞低溫治療，使用內毒素血管內注射法模擬膿毒癥患者嚴重感染后釋放大量內毒素進入循環(huán)系統(tǒng)，導致血管內皮損傷、血管收縮功能障礙和心肌抑制，出現(xiàn)肺水腫、肺實變不張，呼吸循環(huán)功能障礙。本研究觀察在不同溫度控制策略下ARDS模型乳豬在氣道順應性、氧合功能、血流動力學方面及炎癥因子的改變。實驗中發(fā)現(xiàn)，使用亞低溫控制策略治療，可以明顯改善ARDS模型乳豬的氣道順應性，氣道平臺壓下降，對呼吸機的拮抗作用減弱，自主呼吸不明顯；氧合功能輕度改善，頸內靜脈血氧飽和度增高，與氧耗減少有關；血流動力學指標：表現(xiàn)為心率下降，SV下降，CI下降，但血乳酸水平兩組無差異，亦提示組織耗氧、需氧減少，隨之氧供減少，EVLWI、PVPI改變不明顯，考慮可能與實驗研究時間較短相關。在早期炎癥指標上，采用亞低溫治療后，血IL-6及IL-10、TNF-α相對常規(guī)觀察組低，提示炎癥反應減弱。病理組織檢查提示了亞低溫治療組肺組織損傷減輕，瘀血、肺泡塌陷實變減少。

本研究證實，亞低溫在ARDS的早期治療中有改善全身炎癥反應，減少炎癥損傷的作用。具體分析認為：（1）亞低溫是一種治療策略，并非單用物理降溫方法作為亞低溫治療。在達到亞低溫條件之前，必須使用足量的鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜和減弱肌體對刺激反應的藥物，如使用氯丙嗪及異丙嗪控制，這些藥物本身就具備鎮(zhèn)靜、抗炎，減少炎癥損傷作用。（2）亞低溫是治療的衡量指標，代表機體代謝水平。機體炎癥反應存在，炎癥反應過強，代謝亢進，體溫常升高。使用亞低溫治療后使炎癥反應下降，鎮(zhèn)靜深度較深，甚至進入麻醉狀態(tài)，機體對外界溫度感受及調節(jié)功能下降，組織細胞代謝率降低，產熱下降。亞低溫狀態(tài)下，細胞代謝低，氧耗減少，更加能耐受缺血缺氧等環(huán)境；而應激下降，對各種炎癥應激反應下降，導致炎癥的瀑布樣反應緩慢或受阻，起到一定的保護作用[13]。亞低溫保護適合于乏氧性及應激性強烈的疾病，而感染性休克合并ARDS早期，全身炎癥反應明顯，出現(xiàn)體溫升高，心率加快，呼吸急促、潮氣量增高、過度通氣，但氧合功能常下降，使用亞低溫治療符合其病理生理特點，減少或逆轉了炎癥應激過程。

ARDS治療指南建議使用鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜，必要時使用肌松劑治療，但ARDS的致病機制是炎癥失控，細胞氧耗增加，導致呼吸急促，通氣量明顯增加，使用肌松劑后，患者炎癥失控及強代謝尚未糾正，而使用亞低溫不失為一種良好的選擇。但本研究時間較短，有待進一步延長實驗時間，就亞低溫保護下ARDS模型乳豬的炎癥因子影響及預后、并發(fā)癥方面做深一步研究。

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（本文由浙江省醫(yī)學會重癥醫(yī)學分會推薦）

Mild hypothermia treatment for acute respiratory distress syndrome in pigs

YU Fangyu,XU Yinghe,LIN Ronghai,et al.
Department of Critical Care Medicine,Taizhou Luqiao Hospiatal of Enze Medical Center,Taizhou 318050,China

【 Abstract】 Objective To evaluate the effect of mild hypothermia on acute respiratory distress syndrome(ARDS)in piglets. Methods Twelve male piglets were randomly divided into normal temperature observation group(control group)and mild hypothermia treatment group(hypothermia group).ARDS was induced by injection of endotoxin 20μg/kg.After the ARDS was induced,the piglets in hypothermia group were treated with chlorpromazine and promethazine;and the blood temperature was kept round 34℃with temperature-control-blanket.The animals in control group received analgesic and sedation and the blood temperature was kept round 40℃.Respiratory mechanics,blood gases,the blood oxygen partial pressure/inhale oxygen volume fraction(PaO2/FiO2),hemodynamics,and plasma IL-6,IL-10,TNF-α were measured at 0,1,2,3,and 4h after the induction of ARDS and lung histology was evaluated after animals were sacrificed. Results After the ARDS was induced,animals in control group presented hypertension and high respiration rate,some even shivered;while the piglets in hypothermia group were calm and spontaneous breath was not obvious.There were significant differences in airway pressure and respiratory frequency between two groups(P＜0.005).It showed oxygenation function improved for hypothermia group,the differences were significant at 2,3,4h after ARDS induced(P＜0.005).Compared to control group the oxygen supply index(DO2I)and oxygen consumption index(VO2I)were significantly lower at 1,2,3,4h after ARDS(P＜0.05).There were no statistically significant differences in plasma lactate levels between two groups.Compared to control group the cardiac index(CI)and stroke volume(SV)in hypothermia groupat 1,2,3,4h was significantly lower(P＜0.05).There was no significant difference in pulmonary capillary permeability index(PVPI), extravascular lung water index (EVLWI)between two groups.Compared to control group the inflammation markers IL-6 at 2,3, 4h and IL-10 levels at 3h in hypothermia group was significantly lower(P＜0.005).There was no significant difference in TNF-α between two groups at all time points.Histopathological examination showed that there were alveolar septum broadening or fiber hyperplasia,terminal bronchiole wall and fibrous stroma with infiltration of lymphocytes,plasma cells,even with interstitial hemorrhage,small vascular endothelial injury in control group,while there was alveolar septum slightly broadening and less lymphocytic infiltrates in hypothermia group. Conclusion The results indicate the therapeutic effect of mild hypothermia for early stage acute respiratory distress syndrome in piglets.

Acute respiratory distress syndrome(ARDS) Piglets Early stage Mild hypothermia protection急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）早期病理生理機制為全身炎癥反應明顯，導致肺毛細血管滲漏增加，出現(xiàn)肺組織水腫、肺泡塌陷、肺不張，嚴重影響呼吸氧合功能及循環(huán)障礙；而亞低溫可降低或抑制炎癥反應，降低組織氧耗，從而起到保護重要臟器的作用。筆者在ARDS豬模型中使用亞低溫干預，觀察亞低溫對ARDS模型豬的治療作用，現(xiàn)將結果報道如下。

2014-10-15）

（本文編輯：嚴瑋雯）

318050 臺州恩澤醫(yī)療中心路橋醫(yī)院重癥醫(yī)學科通信作者：徐穎鶴，E-mail：xuyingheicu@163.com