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编号:11293467
无泵驱动体外膜肺治疗犬急性呼吸衰竭时的内皮素1水平变化
http://www.100md.com 《第四军医大学学报》 2006年第17期
     Dynamic change of endothelins1 in plasma and lung tissue of dogs with acute respiratory failure treated with pumpless extracorporeal membrane oxygenation

    YAN Yang, GENG XiGang

    Department of Cardiac Surgery, First Affiliated Hospital, Xian Jiaotong University, Xian 710061, China

    【Abstract】 AIM: To study the dynamic change of the endothelins1 (ET1) in plasma and lung tissue of dogs with acute respiratory failure (ARF) treated by bilateral femoral arteriovenous extracorporeal membrane oxygenation (bAVECMO). METHODS: A total of 10 ARF dog models were treated by the bAVECMO. Right atrium blood and lung tissue were collected at different time (before experiment, when models were established, 1, 2, 3, 4 h during ECMO). ET1 was detected dynamically by radioimmunological and immunohistochemical methods during bAVECMO. RESULTS: ET1 content in plasma was descendent from the original level (the moment when the models were completed), went back at 1 h and peaked at 2 h, then it descended. ET1 content in lung homogenate get to the peak at 2 h and then started to decrease. The statistical analysis showed ET1 contents in plasma or lung tissue changed significantly between pre and postECMO. CONCLUSION: The bAVECMO has a positive significance in the early treatment of ARF.

    【Keywords】 respiratory insufficiency; endothelins1;bilateral femoral arteriovenous extracorporeal membrane oxygenation

    【摘要】 目的: 观察双侧股动脉股静脉无泵驱动体外膜肺(bAVECMO)治疗急性呼吸衰竭犬,血浆及肺组织内皮素1(ET1)的表达变化. 方法: 10只犬在建立急性呼吸衰竭模型情况下给予bAVECMO治疗. 分别于实验开始前、模型建立完成时、转流开始后1,2,3,4 h取肺组织及血浆. 应用放免、免疫组化,观测bAVECMO期间血浆、肺组织匀浆ET1变化, 及与组织损伤的关系. 结果:犬ARDS模型血浆ET1含量在原有基础上(模型完成时)先降低,1 h后开始回升,2 h达到高值,之后缓慢下降;肺组织匀浆ET1含量转流2 h达到高值,之后缓慢下降. 统计分析表明匀浆和血浆各自ET1的均数在转流前后差异有统计学意义. 肺组织匀浆ET1转流3 h与4 h差异无统计学意义. 结论:对于急性呼吸衰竭bAVECMO的早期治疗有积极意义.

    【关键词】 呼吸功能不全; 内皮素1; 双侧股动脉股静脉无泵驱动体外膜肺

     0引言

    在对急性呼吸衰竭(ARF)和急性呼吸窘迫综合症(ARDS)的研究中,人们发现ARF,ARDS时内皮素1 mRNA表达显著增强,说明ET1参与了急性肺损伤的病理生理过程. 在对ARF,ARDS的治疗中无泵驱动体外膜肺辅助(AV)转流技术(AVECMO)由于其有效并对血液有形成分破坏轻等优点,已被应用于临床[1]. 在应用AVECMO转流中,国外均采用单侧股动脉股静脉ECMO转流,在临床中表现了一定的不足,如引流量不够大,影响了AVECMO的效果;但如应用大口径动脉插管来增加动脉引流,则会严重影响插管侧下肢血液供应等. 本项研究首次采用双侧股动脉股静脉无泵驱动体外膜肺(bAVECMO)转流技术,通过治疗犬急性呼吸衰竭模型,观察血浆、肺组织ET1的变化,为临床提供参考依据.

     1对象和方法

    1.1实验动物的准备选择健康成年家犬10只,雌雄不限,体质量为18~35(平均23.4±4.7) kg,应用35 g/L的苯巴比妥100 mg/kg进行腹腔注射行全身麻醉,待犬意识不清时,行气管插管与麻醉机连接. 常规消毒铺巾,分别解剖犬左、右两侧的股动脉及股静脉,全身肝素化静脉注射肝素,用量为1 mg/kg体质量,股动脉,股静脉上、下两端分别套丝线,结扎下端的股动脉、股静脉. 阻断股动脉、股静脉上端,在阻断与结扎血管的中下端,切开血管. 根据动、静脉内径的大小选择不同型号的PVC动、静脉插管,插管后结扎固定以防止脱出,常规缝合皮下、皮肤,防止伤口处渗血. 将动、静脉插管与bAVECMO装置连接. 右侧胸部开胸沿着第4肋间进胸,切开心包分别将心包固定在切口边缘,主动脉根部置入测压针管及测压装置,将此装置与飞利浦有创血压、心率动态监护仪连接. 当bAVECMO转流时,通过bAVECMO端口应用1000 mL/L氧气,其用量为(1.2±0.4) L/min.

    1.2标本采集建立循环后,根据不同的转流时间收集标本. ①在体外循环开始前,经胸部切口取右肺下叶少许组织(10 mm×10 mm),置液氮罐待检测. ②制作呼吸衰竭动物模型进行试验. 应用潘克罗宁(Pancuronrum)(一般情况下0.1~0.2 mg/kg体质量),20 kg左右的犬首次剂量为4 mg,以后每30 min.左右追加2 mg使呼吸完全消失. 通过麻醉机调节呼吸频率和潮气量(犬在安静状态下潮气量如体重在16.4~30.5 kg,其潮气量多在251~432 mL). 采用血气分析仪测定犬动脉血pH值、动脉血氧分压、动脉血氧饱和度及动脉血二氧化碳分压(PaCO2)值,当达到呼吸衰竭指标时,经右心房抽血10 mL于注射器内,立即密封置冰盒待检. 另经胸部切口取右肺下叶少许组织(10 mm×10 mm),置冰盒后待检测. 开始bAVECMO转流实验后1,2,3,4 h,分别经右心房抽血10 mL,胸部切口取右肺下叶少许组织(10 mm×10 mm),置液氮罐待检测.

    1.3样品制备及测定方法①血浆及肺组织匀浆ET1含量测定:采用SN 695型全自动γ计数器(上海原子核所,放射免疫药盒购自解放军总医院科技开发中心放免所),以放射免疫法测定标本ET1含量. ②内皮素1含量的免疫组化分析,摘取肺脏用甲醛固定,制作石蜡切片,HE染色,观察肺脏光镜下病变;并用链霉菌亲生物素蛋白过氧化物酶免疫组化染色法(SP方法)进行免疫组化染色(按试剂盒说明书操作).

    统计学处理:实验数据以x±s表示,血浆及肺组织ET1的组内分析采用重复测量方差分析. P<0.05有统计学意义.

     2结果

    2.1肺组织内皮素浓度如表所示血浆ET1含量在原有基础上(模型完成时)先降低,1 h后开始回升,2 h达到高值,之后缓慢下降;肺组织匀浆ET1含量转流2 h达到峰值,之后缓慢下降. 重复测量方差分析表明匀浆和血浆各自ET1的均数在转流前后有显著差异. 肺组织匀浆ET1转流3 h与4 h已无显著差别(表1).表1血浆及肺组织ET1在转流期间变化(略)

    2.2免疫组化结果结果评定以细胞浆或细胞膜呈现棕黄色颗粒状,且着色明显高于背景或背景不着色而细胞着色者为表达阳性(图1).

    免疫组化染色呈阳性反应(棕黄色着色)的部位:①小细支气管壁、终末细支气管壁上皮细胞及周围平滑肌细胞胞浆和胞膜;②小血管壁周围平滑肌细胞胞浆、纤维组织和结缔组织;③巨噬细胞胞浆.

    与术前比较,术前部分细支气管壁上皮细胞胞浆内和胞膜可见弱阳性表达,血管壁周围和巨噬细胞中表达阴性. 造模完成后及转流期间气管壁及周围、血管壁周围明显阳性表达,少数巨噬细胞中阳性表达,其中以气管壁及周围变化最明显. 2 h之后各时间点阳性表达范围和强度未见明显变化(图1). 与术前组织对比,造膜完成后肺组织可见散在淤血、肺泡壁间隔轻微增厚等组织轻微损伤现象,未见组织紊乱、断裂等严重组织损伤改变.

     3讨论

    在对于ARF,ARDS治疗技术中,ECMO是一项具有重要意义的治疗方法. 但传统的ECMO方法有诸多缺点,如在持续使用有泵驱动转流技术ECMO治疗方面,Macdonald等[2]研究发现顽固性肺高压新生儿血中内皮素明显高于正常婴儿. 采用非ECMO治疗,患儿随着症状改善血中内皮素在3~5 d下降,而持续使用有泵驱动转流技术ECMO治疗的患儿血中内皮素却持续增高. 表明在ECMO治疗时,内皮素增加的主要原因是血泵影响的缘故. 通常国内使用人工膜肺对于呼吸疾病的治疗,往往被限制于病情危重无法控制,即患者的肺已无法完成维持生命所必须的气体交换的危重病例,这使得多数危重病例在使用ECMO治疗前其实已丧失治疗机会,我们认为这导致了ECMO应用死亡率有所夸大. Ancel等[3]研究认为,ECMO能提高儿童的生存率,但在不可逆的细胞损伤产生前应用,即早期应用是其提高生存率的关键所在. bAVECMO避免了传统ECMO治疗方法的诸多缺点,呼吸衰竭动物模型肺组织内皮素1的表达研究对其应用推广具有意义.

    内皮素(ET)作为机体在缺氧、应激状态下产生的一种致损伤因子为研究者所重视. 研究认为[4]ET1是缺氧致肺血管收缩的支撑因素,单纯缺氧40 min后,血浆ET1水平有明显升高. 目前认为肺是ET1的主要生物合成和代谢场所,由203个氨基酸组成的内皮素前体原(PreproET1,PPET1)是其原始物质. 由于肺大量释放和代谢ET1,ET1释放或消耗量明显高于外周血含量,而肺循环是机体循环的重要组成部分,所以ET1的释放能够较快地从外周血中体现出来,这使得两者间ET1变化趋同. 在研究中我们对血浆和肺组织匀浆ET1测定的结果进行了分析,血浆和肺组织匀浆ET1水平自转流1 h后均呈正相关. 表明转流1 h后血浆ET1含量变化能够反映肺组织ET1含量变化. 因此在临床上可通过测定血浆内ET1含量来反映肺组织匀浆中ET1含量的变化,以便对bAVECMO治疗作出评价,对治疗方案和对bAVECMO的使用进一步改进.

    实验研究发现犬急性呼吸衰竭模型肺组织匀浆、血浆ET1含量,在原有基础上(模型完成时)先降低,究其原因主要为bAVECMO转流早期由于预充液使体内液体量增加;血流重新分配致肺的血流减少. 这些原因使患者体内的总液体量增加,体重增加,组织水肿存在,血浆ET1相对减少. 而缺血、缺氧致肺部炎症组织灌注不足等情况下,肺组织生成ET1实际增多,内皮细胞和肺泡壁的损伤使ET1灭活下降,导致肺组织内ET1升高. 同时,缺氧激活多种血管活性物质,如血栓素A2,血管紧张素等,而这些物质的释放又进一步刺激内皮细胞释放ET1[5]. 所以,肺组织及血浆ET1含量在以后的研究中逐渐升高. 但由于bAVECMO的早期应用(细胞不可逆损伤产生前早期应用)减少了ET1的进一步释放,使其表达在表现出升高后减少. 免疫组化结果显示,术前部分细支气管壁上皮细胞胞浆内和胞膜可见ET1弱阳性表达,血管壁周围和巨噬细胞中表达阴性. 造模完成后及转流期间气管壁及周围、血管壁周围明显阳性表达,少数巨噬细胞中阳性表达,其中以气管壁及周围变化最为明显. 转流2 h之后各时间点阳性表达范围和强度未见明显变化,这与我们放免试验结果相一致.

    在研究中,有理由认为ET1在肺脏中的表达可能随bAVECMO的转流进一步下降. 要进一步证实,须bAVECMO的长期转流试验来进行研究. 但对于急性呼吸衰竭而言,bAVECMO的早期治疗可被认为具有积极意义.

     【参考文献】

    [1]Liebold A, Rang CM, Philippi A, et al. Pumpless extracorporeal lung assistexperience with the first 20 cases[J]. Euro J Cardiothorac Surg,2000,17:608-613.

    [2]Naoki K,Hiroshi H,Daniel IS,et al. Cardiopulmonary bypass produces greater pulmonary their systemic proinflammatory cytokinesf[J]. Anesth Analg, 2000, 90:1039-1045.

    [3]Ancel JR, Alfrido T, Ralph D, et al. Extracorporeal membrane oxygenation for postcardiotomy cardiogenic shock in children[J]. Ann Thorac Surg, 1989, 47: 903-906.

    [4]Takeda S, Nakanishi K, Inoue T. Delayed elevation of plasma endothelin1 during unilateral alveolar hypoxia without systemic hypoxemia in humans[J]. Acta Anaesthesiol Scand, 1997, 41(2): 274-280.

    [5]Ridmord EM, Cahill PA, Podges R, et al. Regulation of endothelin recaptor sbynitricoxide in cultured ratvascular smooth musculecell[J]. J Cellular Physiol,1996,166:469-479.

    西安交通大学医学院第一附属医院心脏外科,陕西 西安 710061, 百拇医药(闫炀,耿希刚)


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